[發明專利]一種無線無源聲表面波傳感器的超分辨率測量方法

有效

• 申請號: 201811096818.2
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109282841B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 劉伯權;郭佳佳;羅治民
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G01D5/48
• 分類號: G01D5/48
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 顏昌偉

本發明公開了一種無線無源聲表面波傳感器的超分辨率測量方法，包括以下步驟：步驟一：接收回波信號，將回波信號均等劃分為若干子信號，提取有用子信號，并甄別接收信號是否收到干擾，若有干擾，則重新接收回波信號，無干擾，則進入步驟二；步驟二：建立數學模型，利用凸優化，對有用子信號進行頻率估計；步驟三：利用概率論的原理，確定回波信號的頻率，完成超分辨率測量。本發明通過分析回波信號的時頻特性，能有效隔離被干擾的聲表面波回波信號，并利用凸優化恢復信號主頻中丟失的細節，實現超分辨率的頻率測量，有效解決了由于回波信號能量小導致無線無源聲表面波傳感器測量精度較低的問題，并大大提高的測量距離與精度。

技術領域

本發明涉及一種無線無源聲表面波傳感器的超分辨率測量方法。

背景技術

諧振型無線無源聲表面波傳感器與傳統傳感器相比，它無需供能，體積小，耐用性強，且能實現更遠的無線傳感測量。但正因為諧振型聲表面波傳感器不具備任何數據采集和處理能力，只能被動的反射查詢脈沖信號，其測量精度由頻率估計算法和硬件(傳感器和閱讀器)條件共同決。

在提高無線無源諧振型聲表面波傳感器測量精度方面，研究者們大多是從優化傳感器的結構和基底材料，降低傳感器的插損、增加傳感器Q值、提高閱讀器靈敏度、增強閱讀器噪聲性能等方面入手來提高測量精度。在頻率估計算法上，無線無源聲表面波傳感器仍普遍使用傅里葉變換(FT)方法求取回波信號頻率。但FT方法的頻率分辨率極大受制于回波信號的時長，并且FT方法相當于功率譜估計的周期圖法，本身存在頻率估計標準差性能較差(結果起伏劇烈)的缺點，這都束縛了聲表面波傳感器的測量精度。鑒于FT方法存在的缺點，研究人員將目光投向了基于參數模型的現代譜估計方法，以提高傳感器的測量精度。代表性的有：Kalnin通過數值模擬研究了將基于參數模型的頻率估計算法用于求取聲表面波回波信號頻率的優劣，除此之外，還有奇異值分解法等等。但回波信號具有顯著的非平穩性，參數模型法中的信號波形假設很難與之匹配，這就造成其在實際應用中效果欠佳，有時甚至還不如FT方法。因此，我們希望能尋找一種超分辨率測量方法，其方法具有超高的頻率測量精度以及穩定性。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種算法簡單、測量精度高、穩定性好的無線無源聲表面波傳感器的超分辨率測量方法。

本發明解決上述問題的技術方案是：一種無線無源聲表面波傳感器的超分辨率測量方法，包括以下步驟：

步驟一：接收回波信號，將回波信號均等劃分為若干子信號，提取有用子信號，并甄別會比信號是否收到干擾，若有干擾，則重新接收回波信號，無干擾，則進入步驟二；

步驟二：建立數學模型，利用凸優化，對有用子信號進行頻率估計；

步驟三：利用概率論的原理，確定回波信號的頻率，完成超分辨率測量。

上述無線無源聲表面波傳感器的超分辨率測量方法，所述步驟一的具體步驟為：

1‐1)接收最新的回波信號樣本，將回波信號X均等分為20份子信號X₁,X₂,...,X₁₉,X₂₀，求出每份子信號的標準差，將X₁的標準差σ₁作為標準，且令j＝0，N＝0；

1‐2)令j＝j+1，判斷j21是否成立，若j21成立，則繼續判斷σ_j≥0.707σ₁是否成立，σ_j表示第j份子信號X_j的標準差，若σ_j≥0.707σ₁成立，則N＝N+1，記錄n_N＝j，n_N表示第N個有用子信號的位置，第N個有用子信號X′_N＝X_j,并返回步驟1‐2)，若σ_j≥0.707σ₁不成立，則直接返回步驟1‐2)；若j21不成立，則執行步驟1‐3)；