一种建筑物墙体的电参数测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种建筑物墙体的电参数测量方法，包括如下步骤：步骤1，获取反射系数：步骤2，基于PSO算法的电参数反演。本发明专利技术所公开的测量方法，测量精度高，相对误差小。本发明专利技术所公开的测量装置与本发明专利技术的测量方法相配合，测量效率较高。量效率较高。量效率较高。

【技术实现步骤摘要】
一种建筑物墙体的电参数测量方法及装置


[0001]本专利技术属于电参数反演研究领域，特别涉及该领域中的一种基于粒子群算法的建筑物墙体的电参数测量方法及装置。

技术介绍

[0002]1987年Cullen等人在《A new free
‑
wave method for ferrite measurement at millimeter wavelengths》公开了一种自由空间法来获取建筑物墙体电参数，其方法是基于菲涅尔反射定律提出的自由空间反演方法，利用发射天线、接收天线以及矢量网络分析仪(vector network analyzer)，通过测量材料散射参数的幅度和相位，反演出介电常数，不足之处是在自由空间波法的测量过程中，如果测量的样品尺寸过小，入射的电磁波照射到样品边缘会产生多次绕射和散射，反演结果的准确性降低。在测量室内建筑材料的电磁参数、构建室内电磁环境模型时，由于室内环境极其复杂，利用自由空间波法在真实室内环境中测量受到很多环境因素的影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种基于粒子群算法结合超宽带测量系统修正的建筑物墙体反射系数反演电参数的方法及装置。
[0004]本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种建筑物墙体的电参数测量方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
[0006]步骤1，获取反射系数：
[0007]在墙面放置金属板，测量金属板的反射回波，将金属板的反射回波信号强度当做计算时的入射波强度；r/>[0008]去除墙面的金属板，记录反射信号，就是建筑物的反射回波信号强度；
[0009]为测试墙面铺设吸波材料，或找一块能屏蔽测试建筑物反射回波且不影响其他背景环境反射效应的替代场地，测量对应的反射回波信号强度作为实际的背景回波信号强度；
[0010]将得到的时域信号通过时窗进行分离后转换到频域，通过以下计算，得到待测建筑物的反射系数；
[0011]基于金属板的全反射特性，将金属板的反射回波当做实际的入射波；将去掉金属板的测量回波当做实际的反射回波；将去掉建筑物反射效应的背景回波当做实际的背景噪声；然后通过以下公式转换求得建筑的反射系数R
n
：
[0012][0013]上式中，f
n
是实测的频率，R
n
是频率为f
n
时的反射系数；F
rn
是频率为f
n
时接收的脉冲的频谱密度；F
tn
是频率为f
n
时发射天线的脉冲频谱密度；B
n
是频率为f
n
时背景反射脉冲信号的频谱密度；R是收发天线到实测物体的距离；G
r
是接收天线的增益；G
t
是发射天线的增
益；C为光速；
[0014]步骤2，基于PSO算法的电参数反演：
[0015]分别在电导率和介电常数的给定范围内进行搜索，PSO算法对于介电常数的搜索方程为：
[0016][0017]PSO算法对于电导率的搜索方程为：
[0018][0019]上式中，k是指第k代，k+1是待求代数，用于完成算法迭代求解，v
i
是当前的粒子速度，w是粒子的惯性因子，c1、c2为学习因子，pbest
i
为个体极值，gbest
i
为群体极值，x
i
表示粒子的当前位置，σ为电导率，ε
r
为介电常数，ran是用rand函数给微粒初始化速度附加随机因素，取值范围为0
‑
1；
[0020]使用实测建筑物的反射系数模值与理论计算的反射系数模值的均方差值f
er
作为目标函数，并以此来筛选每一代粒子的最优位置，目标函数表示为：
[0021][0022]上式中，R
m
(θ
i
,f)为不同的入射角和频率对应的测量反射系数的模值，R
c
(θ
i
,f)为不同的入射角和频率对应的理论反射系数的模值，θ
i
表示变化的入射角，f表示变化的频率，N表示总共的测试次数；
[0023]首先采用随机函数rand随机产生每个粒子形成粒子群集合，遍历该粒子群集合后带入到公式(5)目标函数中得出该集合的最优解，判断是否满足约束条件，如果是则为要找的解，如果不是，继续通过公式(3)、公式(4)更新下一轮每个粒子的速度和位置，再次根据公式(5)计算目标函数，更新每个粒子的历史最优位置，得到整个粒子群在一系列更新迭代过程中的最优解，继续判断是否满足最终参数的条件，如果不满足则继续更新参数。
[0024]一种建筑物墙体的电参数测量装置，其改进之处在于：包括电脑，用来产生超宽带信号的脉冲源，发射信号的发射天线Tx，接收信号的接收天线Rx，滤除杂波的滤波器、放大信号的放大器、对信号进行采样处理的采样机；其中电脑分别与脉冲源和采样机电连接，脉冲源与发射天线Tx电连接，采样机依次通过放大器、滤波器与接收天线Rx电连接。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术所公开的测量方法，测量精度高，相对误差小。本专利技术所公开的测量装置与本专利技术的测量方法相配合，测量效率较高。
附图说明
[0027]图1是本专利技术所公开测量方法的流程示意图；
[0028]图2是本专利技术所公开测量装置的组成框图；
[0029]图3是粒子群算法的执行流程图；
[0030]图4是实验测量设备的连接示意图；
[0031]图5是大理石测试样品图；
[0032]图6是大理石测试实景图；
[0033]图7是实测大理石板的时域信号展示图；
[0034]图8是入射角为3.86
°
时的实测信号的脉冲频域波形和反射系数频域波形图；
[0035]图9是入射角为1.89
°
时的实测信号的脉冲频域波形和反射系数频域波形图；
[0036]图10是入射角为16.73
°
时的实测信号的脉冲频域波形和反射系数频域波形图；
[0037]图11是大理石测试结果展示图；
[0038]图12是经过时窗分离后入射角为3.86
°
时的频域波形图；
[0039]图13是经过时窗分离后入射角为1.98
°
时的频域波形图；
[0040]图14是经过时窗分离后入射角为16.73
°
时的频域波形图；
[0041]图15是500MHz下相对介电常数为7.0、电导率为0.01S/m下的反演结果图；
[0042]图16是1GHz下相对介电常数为7.0、电导率为0.01S/m下的反演结果图；
[0043]图17是5GHz下相对介电常数为7.0、电导率为0.01S/m下的反演结果图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种建筑物墙体的电参数测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取反射系数：在墙面放置金属板，测量金属板的反射回波，将金属板的反射回波信号强度当做计算时的入射波强度；去除墙面的金属板，记录反射信号，就是建筑物的反射回波信号强度；为测试墙面铺设吸波材料，或找一块能屏蔽测试建筑物反射回波且不影响其他背景环境反射效应的替代场地，测量对应的反射回波信号强度作为实际的背景回波信号强度；将得到的时域信号通过时窗进行分离后转换到频域，通过以下计算，得到待测建筑物的反射系数；基于金属板的全反射特性，将金属板的反射回波当做实际的入射波；将去掉金属板的测量回波当做实际的反射回波；将去掉建筑物反射效应的背景回波当做实际的背景噪声；然后通过以下公式转换求得建筑的反射系数R
n
：上式中，f
n
是实测的频率，R
n
是频率为f
n
时的反射系数；F
rn
是频率为f
n
时接收的脉冲的频谱密度；F
tn
是频率为f
n
时发射天线的脉冲频谱密度；B
n
是频率为f
n
时背景反射脉冲信号的频谱密度；R是收发天线到实测物体的距离；G
r
是接收天线的增益；G
t
是发射天线的增益；C为光速；步骤2，基于PSO算法的电参数反演：分别在电导率和介电常数的给定范围内进行搜索，PSO算法对于介电常数的搜索方程为：PSO算法对于电导率的搜索方程为：上式中，k是指第k代，k+1是待求代数，用于完成算法迭代求解，v
i
是当前的粒子速度，w是粒子的惯性因子，c1...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯阳，郭琛，朱仁江，郭立新，刘忠玉，赵军，左伟庆，程尧，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：