[發明專利]一種基于遺傳算法的多頻率探地雷達剖面融合方法

有效

• 申請號: 202010988389.0
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112098998B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 趙文軻;盧國澤;原琳;王幫兵
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S13/89;G01S7/41;G06N3/00;G06N3/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種基于遺傳算法的多頻率探地雷達剖面融合方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：在同一測線上使用不同中心頻率的探地雷達天線進行數據采集，獲得不同頻率的數據集；

S2：對不同頻率的數據集進行數據預處理；

S3：對預處理后的不同頻率的數據集進行配準，保持數據的空間一致性；

S4：建立多頻率探地雷達信號融合表達式：

S_f＝W₁*S₁+W₂*S₂+…+W_k*S_k

其中，S_f是融合后的信號，S₁到S_k表示一系列頻率由高到低的信號，k為采集信號的天線數量；W_k對應相同下標信號S_k的權重系數，且滿足：

W₁+W₂+…+W_k＝1

S5：使用遺傳算法求取不同頻率信號加權融合的權重系數的最優解，包括：

S51：初始化

初始種群由隨機產生的N個個體W組成，每個個體對待求取的權重系數進行編碼，其中n表示配準后的離散信號采樣點個數，初始遺傳代數G設為0，其表達式如下：

其中，表示第i個個體對應第j個離散信號采樣點的權重系數；

S52：適應度評估

構建目標函數，計算當前代數種群內個體的適應值；所述的目標函數F為：

其中，S_f(j)為第j個離散信號采樣點的融合結果，d(j)為離散的擬合信號中的第j個采樣點；所述的離散的擬合信號d(j)可由下式得到：

其中，n_k表示該離散信號S_k(j)從第一個采樣點開始直到累積能量達到總能量的90％時的采樣點；

S53：遺傳操作

(1)基因選擇：挑選出M個經目標函數計算的適應值最低的權重系數，且M＜N；

(2)交叉：根據選擇的權重系數生成另外N-M個新的權重系數；

(3)變異：用隨機產生的P_m*(N-M)個權重系數來替換根據交叉算子產生的部分權重系數，其中P_m為變異率；

S54：補充子代：用步驟S53產生的新的權重系數來替換適應度最差的N-M權重系數；

S55：返回步驟S52，并計遺傳代數G＝G+1，直至達到預設的遺傳代數；

S6：將不同頻率的數據集按照權重系數加權融合，生成一個復合的剖面顯示。

2.如權利要求1所述的基于遺傳算法的多頻率探地雷達剖面融合方法，其特征在于，步驟S2所述的預處理包括頭文件編輯、直流成分去除、振幅增益、一維帶通濾波、背景一致性噪聲去除、二維濾波。

3.如權利要求1所述的基于遺傳算法的多頻率探地雷達剖面融合方法，其特征在于，所述的S3具體為：

S31：對預處理后的不同頻率的信號進行剪切，保持縱向上相同的起始時間和截止時間；

S32：剔除多余信號道，保持在橫向上的空間一致；

S33：對數據進行重采樣，使得不同頻率的信號的采樣點位互相對應；

S34：振幅歸一化，保持不同頻率信號的振幅分布均衡。

4.如權利要求1所述的基于遺傳算法的多頻率探地雷達剖面融合方法，其特征在于，步驟S33中對數據進行重采樣，具體為對低頻數據進行上采樣。

5.如權利要求1所述的基于遺傳算法的多頻率探地雷達剖面融合方法，其特征在于，步驟S51的初始化過程中，采用500個個體數量的種群，每一代中包含200個父代以及300個子代，個體長度與信號采樣點數相同，總遺傳代數為2000代。

6.如權利要求1所述的基于遺傳算法的多頻率探地雷達剖面融合方法，其特征在于，步驟S53的交叉過程中，采用的交叉率為1。

7.如權利要求1所述的基于遺傳算法的多頻率探地雷達剖面融合方法，其特征在于，步驟S53的變異過程中，采用的變異率為0.05。