基于多频段雷达幅度-相位参数融合的透波材料测试方法

本发明涉及透波材料测试，具体为基于多频段雷达幅度-相位参数融合的透波材料测试方法。

背景技术：

1、透波材料作为雷达天线罩的核心组成部分，其主要功能是保护雷达天线免受外界环境影响，同时保证电磁波能够顺利穿透。然而，在透波材料的生产、加工和使用过程中，不可避免地会产生分层、脱粘、气孔、裂纹等内部缺陷。这些缺陷会导致电磁波发生幅度-相位、反射和相位畸变，降低雷达系统的探测精度和性能，甚至可能引发严重的安全事故。因此，对透波材料进行有效的缺陷检测具有重要的现实意义。

2、传统的无损检测方法，如超声检测、x射线检测、红外热成像检测等，在检测透波材料缺陷时存在一定的局限性。超声检测对材料的穿透深度有限，对于一些复合材料或夹层结构，难以检测到深层缺陷；x射线检测虽然穿透能力较强，但存在辐射危害，且检测成本较高；红外热成像检测主要针对表面缺陷，对于内部缺陷的检测效果不佳。此外，这些传统方法大多只能检测缺陷的存在与否，无法有效关联缺陷对电磁波传输性能的影响。

3、多频段雷达检测技术具有非接触、无损、穿透能力强、信息丰富等优点，为透波材料缺陷检测提供了新的思路。然而，单一频段雷达检测存在固有的物理矛盾，如低频段分辨率低但穿透深，高频段分辨率高但穿透浅。为此我们提出一种基于多频段雷达幅度-相位参数融合的透波材料测试方法。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：基于多频段雷达幅度-相位参数融合的透波材料测试方法，包括以下内容：

3、s1：获取透波材料样品的幅度-相位参数；

4、s2：对参数进行背景对消、时域加窗和距离徙动校正处理，采用采集信号幅值与背景噪音幅值相减的方法消除环境固定杂波；

5、s3：将预处理后的数据通过后向投影算法，对每个频段的频域幅度-相位参数，直接提取其幅度和相位信息，分别映射为伪图像的幅度通道和相位通道；将每个测量点的雷达参数从一维数据映射到二维平面的对应位置；对幅度通道采用对数压缩进行归一化，对相位通道映射到[-π,π]范围进行归一化，通过后向投影算法转为伪图像；

6、s4：采用深度学习融合网络中的多分支编码器对各频段伪图像进行特征提取，分别对幅度信息与相位信息进行分层卷积处理，得到各频段伪图像深层特征图并完成特征图尺寸对齐；

7、s5：根据伪图像深度特征图中，依据某一频段的特征，从另一频段中提取与之最相关的信息，通过深度学习融合网络的多个层次进行双向或网状注意力交互，最后将各融合后的特征采用加权求和法，并通过深度学习融合网络中的跨频段注意力机制实现不同频段特征的深度融合；

8、s6：经过图像解码器对图像处理，输出伪彩色图像；

9、s7：计算伪彩色图像的掩膜差异损失和边缘损失。

10、作为本发明所述的基于多频段雷达幅度-相位参数融合的透波材料测试方法的一种优选方案，其中，所述s1的具体方法为：在微波暗室中同步采集原始信号与背景噪音，通过频域或复数域背景消除固定杂波；采用宽频段球面阵列天线发射c频段至ku频段的三种波段信号，由矢量网络分析仪通过缝隙天线采集透波材料样品的反射系数及相位参数，所述宽频段球面阵列天线能够实现快速波束赋形与电子扫描。

11、作为本发明所述的基于多频段雷达幅度-相位参数融合的透波材料测试方法的一种优选方案，其中，所述s2中，背景对消的频域形式公式为：，其中，为原始采集信号，为背景噪音，为对消后的校正信号。

12、作为本发明所述的基于多频段雷达幅度-相位参数融合的透波材料测试方法的一种优选方案，其中，所述s3中，幅度通道的归一化公式为：，其中，|s11|为幅度-相位参数幅度，μ和σ分别为幅度通道的均值和标准差，为平滑因子。

13、作为本发明所述的基于多频段雷达幅度-相位参数融合的透波材料测试方法的一种优选方案，其中，所述s4将伪图像分为幅度分支与相位分支，分别经四层卷积得到幅度深层特征图与相位深层特征图，并对二者进行尺寸对齐。

14、作为本发明所述的基于多频段雷达幅度-相位参数融合的透波材料测试方法的一种优选方案，其中，所述s5接收s4的深层特征图后，进行多频段图像特征融合，融合计算公式为：，其中为权重参数，满足。

15、作为本发明所述的基于多频段雷达幅度-相位参数融合的透波材料测试方法的一种优选方案，其中，采用深度学习融合网络的多分支编码器模块、跨频段注意力融合模块及多层次特征深化交互模块；

16、所述多分支编码器模块用于分别提取各频段伪图像的幅度与相位深层特征图；

17、所述跨频段注意力融合模块采用跨特征注意机制实现不同频段特征的深度融合；

18、所述多层次特征深化交互模块用于对多尺度特征进行注意力增强。

19、作为本发明所述的基于多频段雷达幅度-相位参数融合的透波材料测试方法的一种优选方案，其中，所述s7根据s6输出的图像计算混合损失函数：，其中为用于衡量预测分割掩膜与真实分割掩膜之间的差异损失，为基于距离变换图的边界损失，、为权重系数；混合损失值反向传播以优化特征融合与成像效果。

20、作为本发明所述的基于多频段雷达幅度-相位参数融合的透波材料测试方法的一种优选方案，其中，所述s6中缺陷的定量分析包括计算缺陷的像素级位置坐标、面积占比、几何形态特征，以及评估缺陷对电磁波传输性能的影响。

21、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明突破了传统检测技术的瓶颈，在透波材料缺陷检测领域实现了多维度的技术提升，核心技术效果体现在检测能力、检测精度、检测效率、结果实用性等多个方面，具体如下：

22、1.突破传统无损检测方法的局限性，适配透波材料检测需求：解决了超声检测穿透深度有限、x射线检测有辐射且成本高、红外热成像检测仅适用于表面缺陷的问题，同时弥补了传统方法无法关联缺陷与电磁波传输性能影响的短板，实现了透波材料内部缺陷的有效检测，且检测过程无接触、无损，适配雷达天线罩用透波材料的检测场景要求。

23、2.解决单一频段雷达检测的物理矛盾，兼顾穿透性与分辨率：融合多频段雷达信息，结合低频段穿透深、高频段分辨率高的优势，突破了单一频段“穿透深则分辨率低，分辨率高则穿透浅”的技术瓶颈，实现了透波材料深层+浅层缺陷的同步检测，提升了缺陷检测的全面性。

24、3.充分挖掘雷达参数信息，提升特征提取的丰富度：区别于传统雷达成像技术丢弃相位信息的做法，将相位信息作为独立特征通道保留，与幅度通道构成双通道伪图像，让深度学习网络能学习幅度-相位联合特征，获取更丰富的参数细节，为缺陷精准识别提供了更全面的特征依据。

25、4.实现缺陷的像素级精准定位与定量分析，检测精度高：通过多频段特征深度融合、图像编码重建及混合损失函数优化，不仅能精准识别缺陷的存在，还可实现缺陷的像素级定位，同时能计算缺陷的位置坐标、面积占比、几何形态特征，还能评估缺陷对电磁波传输性能的影响，实现了缺陷的定性+定量精准检测。

26、5.优化缺陷分割效果，提升检测结果的清晰度与准确性：采用dice损失+boundary边界损失的混合损失函数，同时优化缺陷区域的整体分割精度和边界清晰度，解决了传统分割方法中区域重叠度低、边缘模糊的问题，让缺陷的轮廓和范围更清晰，提升了缺陷识别的准确性；且损失函数计算结果可反向反馈优化特征融合过程，持续提升图像质量。

27、6.依托专业测试环境与设备，保障参数采集的精准性与高效性：在微波暗室中开展检测，消除了反射、噪声等环境干扰，结合宽频段球面阵列天线的快速波束赋形、电子扫描能力，以及矢量网络分析仪的精准采集能力，实现了多频段雷达幅度-相位参数的快速、精准采集，为后续检测分析奠定了高质量的数据基础。

28、7.简化成像算法，提升检测效率且降低技术门槛：无需采用距离-多普勒处理、chirpscaling等复杂雷达成像算法，直接利用矢量网络分析仪采集的s参数，通过空间位置映射构建物理参数伪图像，大幅简化了数据处理流程，提升了缺陷检测的效率，同时降低了技术实现的门槛。

29、8.多维度特征融合，强化特征表征能力：采用跨频段注意力机制实现多频段特征的深度融合，通过多分支编码器提取各频段深层特征，多层次特征深化交互模块实现深化特征间的信息交互，还能依据某一频段特征从另一频段提取最相关信息，实现特征级跨频段融合，强化了缺陷特征的表征能力，让微小、复杂缺陷也能被有效识别。

30、9.检测结果可视化，便于快速判断缺陷信息：通过生成伪彩色图像直观展示缺陷的位置、面积、类型等信息，实现了检测结果的可视化，工作人员可快速、直观地判断雷达罩等透波材料的缺陷部位及相关特征，提升了缺陷排查的效率。