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原文传递基于空间谱估计算法的电阻抗成像方法

专利名称：	基于空间谱估计算法的电阻抗成像方法
摘要：	本发明公开了一种基于空间谱估计算法的电阻抗成像方法，其包括：将W个电极围成一个圆形区域；将盐水放入圆形区域中，采用循环相邻激励的方法，对W个电极的每一组相邻电极注入电流，对非注入电流的电极进行电压测量，得到第一组测量数据；将待成像物体放入盐水中，采用相同方法得到第二组测量数据；在仿真软件上建立W个电极的圆域模型，将该圆域剖分为N个像素块区域，将该圆域与电极平铺展开，将电阻成像模型转换为空间谱估计数学模型，利用m‑Capon算法进行空间谱估计，求解出空间谱的强度，根据空间谱的峰值判断出待成像物体所在的像素块。该电阻抗成像方法利用m‑Capon算法进行空间谱估计，能够提高在像素块电阻抗变化较小时的成像质量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广西;45
申请人：	广西大学
发明人：	文珺;韦国恩;廖斌;朱润发
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910133340.4
公开号：	CN109781791A
代理机构：	北京中誉威圣知识产权代理有限公司
代理人：	李秋琦
分类号：	G01N27/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	530004 广西壮族自治区南宁市西乡塘区大学东路100号
主权项：	1.一种基于空间谱估计算法的电阻抗成像方法，其特征在于，包括：将W个电极围成一个圆形区域；将盐水放入所述圆形区域中，采用循环相邻激励的方法，对所述W个电极的每一组相邻电极注入电流，对非注入电流的电极进行电压测量，得到第一组测量数据；将待成像物体放入所述盐水中，采用循环相邻激励的方法，对所述W个电极的每一组相邻电极注入电流，对非注入电流的电极进行电压测量，得到第二组测量数据；以及在仿真软件上建立W个电极的圆域模型，将该圆域剖分为N个像素块区域，将该圆域与电极平铺展开，将电阻成像模型转换为空间谱估计数学模型，将所述第一组测量数据和所述第二组测量数据作为雷达接收机的接收信号，每个像素块看成是一个目标信号源，而所述W个电极相当于所述雷达接收机的天线阵列，每个像素块电导率变化值引起的所述W个电极的电势的变化相当于所述目标信号源向所述天线阵列发射信号引起的雷达接收机的接收信号的变化，利用m-Capon算法进行空间谱估计，求解出空间谱的强度，根据所述空间谱的峰值判断出待成像物体所在的像素块。 2.如权利要求1所述的基于空间谱估计算法的电阻抗成像方法，其特征在于，所述仿真软件为基于MATLAB的edibors有限元模拟仿真软件。 3.如权利要求1所述的基于空间谱估计算法的电阻抗成像方法，其特征在于，将电阻成像模型转换为空间谱估计数学模型包括：根据Laplace公式得到电阻抗成像模型：其中，x，y表示所述圆域中的点的坐标，φ(x,y)为所述圆域的电势分布函数，σ(x,y)为所述圆域的电导率分布函数，J(x,y)为所述圆域的电流密度函数；根据有限元原理，将圆域Ω看成由N个像素块ξi构成，则有假设背景电导率σ＝1，当电导率σ→σ+Δσ时，有φ→φ+Δφ，Laplace公式变为：其中，所述圆域内pth像素块的电导率变化Δσ\|p产生了扰动电势Δφ，在边界处接收到的信号快拍可线性近似建模为： x(n)＝A(Ξ)s(n)+n(n) 其中x(n)∈RM×1，表示为某次快拍电压测量向量，M表示某次快拍的测量数据长度，A(Ξ)∈RM×N为流型矩阵，s(n)∈RN×1为某次快拍时的源向量，n(n)∈RM×1为加性白噪声与建模误差矩阵；令t1时刻，原始圆域的背景电导率为σ1，源向量s(t1)表示为：t2时刻，三个像素块电导率σ1→σ2，σ1≠σ2，源向量s(t2)可表示为：总源矩阵则可以表示为：S＝[s(t1)s(t2)]N×2；将空间谱估计数学模型表示为：X＝A(Ξ)S+N，其中，X∈M×k为数据矩阵，A(Ξ)＝[a(ξ1),a(ξ2),...,a(ξN)]可看成流型矩阵，a(ξi)∈RM×1为导向矢量。 4.如权利要求1所述的基于空间谱估计算法的电阻抗成像方法，其特征在于，利用m-Capon算法进行空间谱估计包括：将协方差矩阵用矩阵的形式表示为：其中，Us为信号子空间，Un为噪声子空间，R为协方差矩阵大特征值构成的对角矩阵，H表示共轭转置，б2代表噪声强度，Λ是特征值λ构成的对角矩阵，进一步得到：其中，λ表示特征值；当m无限接近无穷大时，趋近于噪声子空间，有：利用m-Capon算法进行空间谱估计的优化方程为：其中，θ为目标角度的值，a(θ)代表导向矢量，将该m-Capon算法运用至电阻抗成像模型中，空间谱估计算法变为
所属类别：	发明专利