[發明專利]一種微波掃頻數據的二階頻率選擇方法及裝置

有效

• 申請號: 202010542110.6
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111812122B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 韋真博;張津陽;王俊;杜冬冬;程紹明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04;G06N3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 應孔月

本發明公開了一種微波掃頻數據的二階頻率選擇方法及裝置，該方法包括：獲取微波掃頻數據；使用隨機森林?遞歸特征消除算法在所述微波掃頻數據上進行頻率選擇，將隨機森林?遞歸特征消除算法中的預設參數作為超參數，改變超參數的取值，生成一系列包含不同頻率的候選頻率子集；基于不同頻率的候選頻率子集對應的掃頻數據，建立預測模型；使用10折交叉驗證評價每一個預測模型的性能，計算得到模型性能的評價指標值；將所述評價指標作為投票的依據，使用多數投票法，選出最優的頻率子集合。本發明填補了基于微波掃頻數據進行頻率選擇的空白，去除會引入噪聲和冗余數據的劣質頻點；改善隨機森林?特征遞歸消除算法，消除特征選擇時的模糊性與主觀性。

技術領域

本發明涉及物料品質檢測，尤其是涉及一種微波掃頻數據的二階頻率選擇方法及裝置。

技術背景

物料的電磁參數(如介電常數)是物料組分、結構、均勻性、取向、含水量等因素的復合函數，利用微波無損檢測技術(microwave nondestructive testing,MNDT)可根據微波振幅、相位等參量的變化測量與介電特性相關的物料屬性，如含水率。物料含水量微波檢測法具有非接觸測量、測量范圍寬、精度高、可靠性好、抗干擾能力強、便于實現在線實時測量的優點，因此是一種理想的含水量測量方法。

CN200920033543.8提出了一種根據微波衰減量變化對織物含水率進行測量的裝置，該裝置只使用了單一頻率的微波。在文獻中，繆建均等人表示單一頻率的微波測量系統容易產生多重反射、干涉和共振等不利影響，而寬頻掃描技術則可以克服此缺點。Menke等人也在文獻中通過試驗證明在較寬頻帶內使用多個測量頻率有助于提高預測高濕物料含水率的準確性。CN201910064268.4提出了一種基于微波掃頻技術的谷物含水率測量方法，在自由空間傳輸測量中使用掃頻信號作為測量信號，以抑制測量過程中產生的多重反射等對于衰減和相移測量的影響。在文獻中徐浩等人提到，在10GHz頻率以下，微波的衰減受水中的鹽分等影響較大，而在這個頻率以上則可以忽略，因為這個特性，10GHz頻率的微波在水分測量中被廣泛應用。但是在美國農業部的Samir Trabelsi等研究人員發表的文章中，卻使用過多個10GHz外的頻率信號，如4.9GHz、5.8GHz、14.2GHz等等。而在他們的文章中并沒有詳細解釋過使用這些頻率信號的原因，沒有說明使用這些頻率信號是由于測試設備工作頻率的關系，還是說從被測物料本身出發來選擇出這些頻率信號。國內學者的研究中一般都會選用10GHz作為測量頻率。Okabe在文獻中表示物料中各個組分對于微波信號有著不同的影響，而每種物料都有其獨特的組成，所以使用相同的一個頻率來測量不同物料的水分含量不是一種好的做法。而且并不是每個頻率下測量出的微波特性(如衰減和相移)都會隨物料的含水率變化而靈敏地變化，也就是說某些頻點并不能區分物料的含水率，所以在后期的試驗中需要去掉這些無效頻點，不再測量這些頻率下對應的微波衰減和相移數據，去掉噪聲數據。因此，在引入掃頻技術后，亟需一種方法建立出一個完備的規則根據特征掃頻數據與物料目標屬性間的相關性，挑選出最佳的一組測量頻率。

發明內容

本發明實施例的目的是提供一種微波掃頻數據的二階頻率選擇方法及裝置，以解決現有存在的缺乏完備的頻率選擇方法能移除微波掃頻信號中會引入噪聲和冗余數據的劣質測量頻點的問題。

為了達到上述目的，本發明實施例所采取的技術方案是：

第一方面，本發明實施例提供一種微波掃頻數據的二階頻率選擇方法，包括：

獲取微波掃頻數據；

使用隨機森林-遞歸特征消除算法在所述微波掃頻數據上進行頻率選擇，將隨機森林-遞歸特征消除算法中的預設參數作為超參數，改變超參數的取值，生成一系列包含不同頻率的候選頻率子集；

基于不同頻率的候選頻率子集對應的掃頻數據，建立預測模型；

使用10折交叉驗證評價每一個預測模型的性能，計算得到模型性能的評價指標值；