一种基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法技术

本发明专利技术提供一种基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法，属于物质检测技术领域，获取参考信号以及多组样品透射信号，对参考信号以及多组样品透射信号进行离散采样，对参考信号进行处理，得到参考信号的太赫兹频谱；对透射信号进行处理，得到透射信号的太赫兹频谱；将参考信号的太赫兹频谱与透射信号的太赫兹频谱进行对比，得到样品太赫兹吸收谱，与太赫兹指纹谱数据库比对，实现待测样品识别。本发明专利技术降低了高斯噪声对信号的干扰，实现了样品太赫兹特征谱的检测识别，相对传统算法，特征吸收峰提取方便、检测概率高、信噪比高，提取样品太赫兹特征谱，通过太赫兹指纹谱数据库对比，实现样品检测识别，样品检测概率均优于90％，高于传统算法检测概率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法
本专利技术涉及物质检测
，具体涉及一种基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法。
技术介绍
太赫兹波是频率范围为0.1THz～10THz、波长范围为30μm～3mm的介于无线电波和光波之间的电磁辐射，具有携带信息丰富，亚皮秒量级脉宽、高时空相干性、低光子能量、穿透性强、使用安全性高、定向性好、带宽高等特性，在国防、国土安全、天文、医疗、生物、计算机、通信等科学领域有着巨大的应用价值。自然界中大部分物质在太赫兹频段具有明显响应，如许多生物大分子的振动和转动能级，半导体及超导材料等的声子振动能级都在太赫兹频段；太赫兹辐射对于大部分非极性材料有非常强的穿透能力；许多大材料分子振动光谱在太赫兹波段存在很多特征吸收峰，这使得太赫兹频段在物质检测分析领域具有广泛应用的基础。太赫兹频段具有一定的穿透能力，与X射线等波段不同的是，太赫兹频段的光子能量非常低，1THz电磁辐射的单光子能量只有4.1meV，不及X射线电磁辐射单光子能量的百万分之一，因此，不会对物质造成损害，从而达到物质无损测试的目的。基于以上优点，太赫兹波成为发现物质、认知物质的一种电磁媒介。为了实现利用太赫兹指纹谱进行物质无标志识别，相关的硬件设备主要有太赫兹辐射源、太赫兹样品室、太赫兹探测器、太赫兹采集设备及服务器组成。太赫兹辐射源能够产生特定频率及功率的太赫兹连续波。太赫兹样品室一般包括精密控制设备实现太赫兹信号能够精准透过样品。太赫兹探测器能够实现样品反射/透射太赫兹信号的高灵敏度探测。数据采集设备通常具备较高的采样频率，实现太赫兹信号的离散化采集。服务器一般是一台计算机，可以接收来自于太赫兹采集设备发送的太赫兹信号，并对其进行数据处理、执行检测识别算法、调用太赫兹谱数据库实现样品检测识别。传统的利用上述设备进行物质识别时的流程如图1所示，进行系统初始化并校准成功后，太赫兹源持续发射太赫兹信号，太赫兹探测器分别接受参考信号和待测样品的透射信号，时域太赫兹信号经AD处理传输给服务器，求解样品吸收的太赫兹透射特征谱，完成样品的检测识别。上述方法存在特征吸收峰提取困难、检测概率低、信噪比低、测试结果可靠性差等缺陷，无法满足太赫兹物质高精度检测识别的应用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够实现样品太赫兹特征谱的检测识别，特征吸收峰提取方便、检测概率高、信噪比高的基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：本专利技术提供的基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法，获取参考信号以及多组(组，)样品透射信号，按照设定的参数对参考信号以及多组(组，)样品透射信号进行离散采样，根据采样后的参考信号和透射信号提取待测样品太赫兹吸收谱，与太赫兹指纹谱数据库比对，实现待测样品识别；所述根据采样后的参考信号和透射信号提取待测样品太赫兹吸收谱包括：对参考信号进行处理，得到参考信号的太赫兹频谱；对透射信号进行处理，得到透射信号的太赫兹频谱；将参考信号的太赫兹频谱与透射信号的太赫兹频谱进行对比，得到样品太赫兹吸收谱。优选的，所述对参考信号进行处理，得到参考信号的太赫兹频谱包括：利用经验模式分解对参考信号进行重构，获得重构时域信号；对重构时域信号进行傅里叶变换，即可得到参考信号的太赫兹频谱。优选的，对透射信号进行处理，得到透射信号的太赫兹频谱包括：利用小波网络对多组(组，)透射信号分别进行无效点检测，基于经验模式分解对透射信号进行重构，对重构后的透射信号分别进行傅里叶变换，即可得到多组透射信号频谱，对多组透射信号频谱进行频谱累积处理，利用希尔伯特变换进行频谱优化。优选的，所述将参考信号的太赫兹频谱与透射信号的太赫兹频谱进行对比，得到样品太赫兹吸收谱包括：基于参考信号的太赫兹特征谱和透射信号的太赫兹特征谱，求解样品太赫兹吸收谱，并对样品太赫兹吸收谱进行相干处理，利用局部优化算法增强样品太赫兹吸收谱，实现样品太赫兹吸收谱的特征提取。优选的，利用经验模式分解对参考信号进行重构，在对参考信号进行经验模式分解时，参考信号与加入的高斯信号满足：其中，ε表示高斯信号方差，εn表示参考信号与本征信号和间的误差，Nv表示表示加权系数取值范围[0,1]。优选的，在参考信号重构过程中，设定参数R，若R值小于1，则被认为是噪声：其中，IMFv表示经验模式分解得到的第v个本征函数，IMFi(i＝1,…,v)表示经验模式分解得到的v个本征函数中的第i个。优选的，利用小波网络对多组(组，)透射信号分别进行无效点检测，可表示为：其中，l表示透射信号的次数，ul表示透射信号，表示小波函数，a与τ分别表示母小波的尺度因子与收缩因子，WTl(a,τ)第l个透射信号在以尺度因子a与收缩因子τ的前提下小波变换结果，*表示复共轭，d表示微分，λ表示积分变量时间，dλ表示变量λ的一个无穷小的增量。优选的，对多组透射信号频谱进行频谱累积处理为：其中，Qm表示进行傅里叶变换后的透射信号频谱，m＝1,2,......M，M＝l-1；利用希尔伯特变换进行频谱优化为：H＝(S+jS)(S-jS)其中，j2＝-1。优选的，求解样品太赫兹吸收谱为：T＝lin(H/W)其中，W表示参考信号太赫兹频谱；进行相干处理：U＝T·T其中，·表示相干运算。优选的，利用局部优化算法增强样品太赫兹吸收谱为：其中，U[λmax(0)]表示U局部最优值；λmax(0)表示U的第一个局部最优值的在U中的索引值；如果λmax(0)<Umax，则：其中，λmax(1)表示U次局部最优值；直到λmax(k)＝Umax，k表示U的第k-1个局部最优值的索引值，完成样品太赫兹吸收谱的特征提取。本专利技术有益效果：能够显著改变太赫兹信号信噪比，降低高斯噪声对信号的干扰，实现样品太赫兹特征谱的检测识别，可解决传统算法存在的特征吸收峰提取困难、检测概率低、信噪比低等缺陷，在提取样品太赫兹特征谱后，通过太赫兹指纹谱数据库对比，样品检测概率均优于90％，远高于传统算法80％的检测概率。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为传统的太赫兹物质检测识别方法流程图。图2为本专利技术实施例所述的基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法流程图。图3为本专利技术实施例所述的根据采样后的参考信号和透射信号提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法，获取参考信号以及多组样品透射信号，按照设定的参数对参考信号以及多组样品透射信号进行离散采样，根据采样后的参考信号和透射信号提取待测样品太赫兹吸收谱，与太赫兹指纹谱数据库比对，实现待测样品识别；其特征在于，所述根据采样后的参考信号和透射信号提取待测样品太赫兹吸收谱包括：/n对参考信号进行处理，得到参考信号的太赫兹频谱；/n对透射信号进行处理，得到透射信号的太赫兹频谱；/n将参考信号的太赫兹频谱与透射信号的太赫兹频谱进行对比，得到样品太赫兹吸收谱。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法，获取参考信号以及多组样品透射信号，按照设定的参数对参考信号以及多组样品透射信号进行离散采样，根据采样后的参考信号和透射信号提取待测样品太赫兹吸收谱，与太赫兹指纹谱数据库比对，实现待测样品识别；其特征在于，所述根据采样后的参考信号和透射信号提取待测样品太赫兹吸收谱包括：
对参考信号进行处理，得到参考信号的太赫兹频谱；
对透射信号进行处理，得到透射信号的太赫兹频谱；
将参考信号的太赫兹频谱与透射信号的太赫兹频谱进行对比，得到样品太赫兹吸收谱。


2.根据权利要求1所述的基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法，其特征在于，所述对参考信号进行处理，得到参考信号的太赫兹频谱包括：
利用基于经验模式分解对参考信号进行重构，获得重构时域信号；对重构时域信号进行傅里叶变换，即可得到参考信号的太赫兹频谱。


3.根据权利要求2所述的基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法，其特征在于，对透射信号进行处理，得到透射信号的太赫兹频谱包括：
利用小波网络对多组透射信号分别进行无效点检测，基于经验模式分解对透射信号进行重构，对重构后的透射信号分别进行傅里叶变换，即可得到多组透射信号频谱，对多组透射信号频谱进行频谱累积处理，利用希尔伯特变换进行频谱优化。


4.根据权利要求3所述的基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法，其特征在于，所述将参考信号的太赫兹频谱与透射信号的太赫兹频谱进行对比，得到样品太赫兹吸收谱包括：
基于参考信号的太赫兹谱特征和透射信号的太赫兹谱特征，求解样品太赫兹吸收谱，并对样品太赫兹吸收谱进行相干处理，利用局部优化算法增强样品太赫兹吸收谱，实现样品太赫兹吸收谱的特征提取。


5.根据权利要求2所述的基于太赫兹波的物质无标志检测识别方法，其特征在于，利用基于经验模式分解对参考信号进行重构，在对参考信号进行经验模式分解时，参考信号与加入的高斯信号满足：



其中，ε表示高斯信号方差，εn表示参考信号与本征信号和间的误差，Nv表示表示加权系数取值范围[...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓林，邓建钦，年夫顺，姜万顺，朱伟峰，
申请(专利权)人：中电科仪器仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37