【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于樹木病蟲害檢測，具體涉及一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測方法。
技術(shù)介紹
1、近年來，森林受蛀干害蟲侵害所造成的森林資源損失逐年加重。我國蛀干害蟲的種類繁多，如天牛、小蠹蟲、吉丁蟲等、蛀干害蟲會蛀食樹木的木質(zhì)部和韌皮部，不僅在樹木內(nèi)部形成不可逆的缺陷，嚴(yán)重影響樹木健康，而且還會影響樹木的力學(xué)性質(zhì)，限制木材的利用率。電磁波無損檢測是一種快速且高精度技術(shù)，在醫(yī)學(xué)、軍工、地面探測等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。電磁波檢測設(shè)備更為輕便且成本較低，因此適合用于野外環(huán)境。此外，電磁波檢測具有更好的穿透性，這意味著它能夠有效地檢測各種尺寸的活立木內(nèi)部缺陷。由于野外活立木的生長環(huán)境、健康狀況以及林齡的不同，其相應(yīng)的樹干尺寸、含水率以及電磁參數(shù)均有所不同，并且由于缺乏先驗信息，傳統(tǒng)的電磁檢測裝置在野外情況下的活立木檢測難度較高，檢測精度和準(zhǔn)確率難以滿足要求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)要解決的問題是提高樹木病蟲害的檢測精度，提出一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測方法。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
3、一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測成像裝置的檢測方法，依托于一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測成像裝置實現(xiàn)，包括如下步驟：
4、s1.將檢測平臺圍繞目標(biāo)活立木拼合起來，連接線纜完成一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測成像裝置的搭建；
5、s2.對檢測平臺環(huán)繞的目標(biāo)活立木進行檢測，首先設(shè)置發(fā)射天線、接收天線的初始位置，設(shè)置初始化參數(shù)，根據(jù)檢測的活立木在主控系統(tǒng)中設(shè)置
6、s3.主控裝置對步驟s2得到的8×8組時域波形數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)化，得到8×8組轉(zhuǎn)化的頻域波形數(shù)據(jù)；
7、s4.基于步驟s3得到的轉(zhuǎn)化的頻域波形數(shù)據(jù)，采用子空間優(yōu)化算法進行目標(biāo)活立木內(nèi)部缺陷的電磁波成像；
8、s5.基于步驟s4得到的電磁波成像進行目標(biāo)活立木內(nèi)部缺陷的識別。
9、進一步的，所述的一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測成像裝置，包括檢測平臺、主控裝置、劃道、發(fā)射天線、拼接開口、接收天線、信號發(fā)生器、信號接收器；
10、所述檢測平臺為2個半圓環(huán)形平臺通過拼接開口連接，所述檢測平臺的上頂面上設(shè)置有劃道，所述劃道為環(huán)形劃道；
11、所述劃道上放置有發(fā)射天線、接收天線；
12、所述檢測平臺側(cè)面安裝有信號發(fā)生器、信號接收器，所述主控裝置通過線纜連接信號發(fā)生器、信號接收器。
13、進一步的，所述發(fā)射天線和所述接收天線為柔性微帶天線陣列。
14、進一步的，所述信號發(fā)生器的型號為dsg3000b信號發(fā)射器，所述信號接收器的型號為e5061b矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。
15、進一步的，步驟s2的具體實現(xiàn)方法包括如下步驟：
16、s2.1.設(shè)置初始化參數(shù)，包括設(shè)置目標(biāo)活立木內(nèi)部缺陷模型的介電常數(shù)為5～20、磁導(dǎo)率為1、背景介質(zhì)及樹木內(nèi)部蛀道為空氣、介電常數(shù)為1、檢測半徑、電磁波頻率、增益、采樣間距、時間窗口；
17、s2.2.進行電磁波無損檢測，建立目標(biāo)活立木內(nèi)部缺陷模型；
18、s2.2.1.為了簡化目標(biāo)活立木內(nèi)部缺陷模型對檢測精度的影響，對maxwell方程組使用等效原理，等效后的maxwell方程組如下：
19、
20、其中，j為等效電流源，k為等效磁流源，e為電場強度、i為電流、ω角頻率為、μ0為空氣磁導(dǎo)率、h為磁場強度、ε0為介質(zhì)的絕對介電常數(shù)、ρe為等效電導(dǎo)率、ρm為等效磁導(dǎo)率；
21、s2.2.2.基于步驟s2.1的活立木內(nèi)部缺陷模型的磁導(dǎo)率為1，忽略散射體的磁散射作用，忽略k和ρm；
22、s2.2.3.將目標(biāo)散射體放入興趣域內(nèi)，由信號發(fā)射器發(fā)射的信號即為入射場，接收機測得數(shù)據(jù)是總場，記作et，散射場等于總場減去入射場。將總場修改為helmholtz形式，表達式為：
23、
24、其中，et為總場、k0為均勻介質(zhì)背景波數(shù)；
25、引入二維格林函數(shù)g(r,r')，表達式為：
26、
27、其中，r為觀測點，求解電磁場的位置，r'為源點，即電磁場的來源位置，為第一類的零階hankel函數(shù)；
28、s2.2.4.構(gòu)建目標(biāo)活立木內(nèi)部缺陷模型，表達式為：
29、
30、其中，ei為入射場，k0表示均勻介質(zhì)背景波數(shù)，i為對比電流密度；
31、s2.2.5.設(shè)置ricker子波作為入射波，檢測活立木內(nèi)部缺陷模型，表達式為：
32、
33、其中，e(t)為入射波函數(shù)、f為中心頻率、t為時間。
34、進一步的，步驟s3的具體實現(xiàn)方法包括如下步驟：
35、s3.1.對步驟s2得到的8×8組時域波形數(shù)據(jù)進行篩選、濾波、去噪處理，采用低通濾波器進行處理，表達式為：
36、
37、其中，y[n]為濾波后的信號、x[n]為輸入信號波形數(shù)據(jù)、n為濾波器的窗口大小，表示用于計算平均值的數(shù)據(jù)點數(shù)；
38、s3.2.對步驟s3.1處理后的數(shù)據(jù)進行單位轉(zhuǎn)化，表達式為：
39、
40、
41、其中，p為接收信號的功率，g為入射波的增益，z為自由空間中的阻抗，es為轉(zhuǎn)化的散射場數(shù)據(jù)，pdb以分貝表示的功率為、p0為基準(zhǔn)功率；
42、s3.3.將步驟s3.2得到的轉(zhuǎn)化的散射場數(shù)據(jù)進行時域波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域電磁波數(shù)據(jù)，表達式為：
43、
44、其中，x(m)為頻率為m的復(fù)數(shù)分量的幅度和相位、x(n)為輸入序列的離散時域信號、n為輸入序列長度、[cos(2πmn/n)-j·sin(2πmn/n)]為經(jīng)過歐拉公式展開的旋轉(zhuǎn)因子復(fù)指數(shù)，表示信號在頻率為m的旋轉(zhuǎn)。
45、進一步的，步驟s4的具體實現(xiàn)方法包括如下步驟：
46、s4.1.利用bp算法計算目標(biāo)電磁參數(shù)分布作為子空間的先驗信息作為som算法的輸入，bp算法的表達式為：
47、
48、其中，χ為bp估測檢測目標(biāo)的對比度分布，ni為線源總數(shù)，χ(r)為對比度，p是入射次數(shù)，jp(r)為第p次入射時的感應(yīng)電流，r為定義的散射場二次誤差的代價函數(shù)；
49、s4.2.設(shè)置子空間優(yōu)化算法的感應(yīng)電流分解為兩部分，包括確定性感應(yīng)電流和模糊性感應(yīng)電流，表達式為：
50、
51、其中，為當(dāng)前時刻的感應(yīng)電流，方程的前項是感應(yīng)電流的確定性部分，由公式(15)算得，后項為感應(yīng)電流模糊部分。表示第j左奇異向量共軛轉(zhuǎn)置、表示散射場、σj表示第j個奇異值、表示組成右奇異矩陣的正交右奇異向量；
52、s4本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測方法，依托于一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測成像裝置實現(xiàn)，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測方法，其特征在于，所述一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測成像裝置包括檢測平臺(1)、主控裝置(2)、劃道(3)、發(fā)射天線(4)、拼接開口(5)、接收天線(6)、信號發(fā)生器(7)、信號接收器(8)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測方法，其特征在于，所述發(fā)射天線(4)和所述接收天線(6)為柔性微帶天線陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測方法，其特征在于，所述信號發(fā)生器(7)的型號為DSG3000B信號發(fā)射器，所述信號接收器(8)的型號為E5061B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測方法，其特征在于，步驟S2的具體實現(xiàn)方法包括如下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測方法，其特征在于，步驟S3的具體實現(xiàn)方法包括如下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測方法，依托于一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測成像裝置實現(xiàn)，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測方法，其特征在于，所述一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測成像裝置包括檢測平臺(1)、主控裝置(2)、劃道(3)、發(fā)射天線(4)、拼接開口(5)、接收天線(6)、信號發(fā)生器(7)、信號接收器(8)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種野外活立木內(nèi)部缺陷檢測方法，其特征在于，所述發(fā)射天線(4)和所述接收天線(6)為柔性微帶天線陣列。
4.根據(jù)權(quán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周宏威，劉國洋，岳妍，周宏舉，夏博，胡浩昌，王文祿，
申請(專利權(quán))人：東北林業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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