一种融合FM与CSI检测溶液浓度及电导率的方法与流程

本发明属于非接触式电磁检测，尤其涉及一种融合fm与csi检测溶液浓度及电导率的方法。

背景技术：

1、目前，溶液浓度及电导率的检测方法主要依赖接触式传感器或电化学测量技术，例如电极式或电感式电导率传感器，通过电极与溶液直接接触获取导电特性参数。这类方法虽然结构简单、测量精度较高，但在实际应用中容易受到电极极化、污染及腐蚀等因素影响，导致长期稳定性下降。例如现有技术中公开的多种电导率检测方案通常通过交流信号测量溶液电导率并利用整流滤波电路进行信号转换，但由于电极接触式结构的限制，其测量响应速度及长期可靠性仍存在一定不足。

2、为避免接触式测量带来的电极老化和维护成本问题，一些研究开始探索基于无线电磁波传播特性的非接触式检测方法。例如在无线通信领域，信道状态信息能够描述无线信号在传播过程中受到的多径、衰落及反射等信道特性，其数据通常包含各子载波的幅度和相位信息，可反映环境介质对电磁波传播的影响。然而，现有基于无线信号的检测技术大多集中于通信性能优化或环境感知领域，在溶液浓度及电导率检测方面的研究仍相对有限。同时，由于液体介质通常具有较高的介电常数和离子浓度，其对电磁波传播特性具有明显影响，容易引起信号衰减、多径干扰及相位波动等问题，导致检测信号稳定性不足。因此，如何利用环境中稳定存在的广播信号源，并结合csi信道数据进行多源信息融合，从而实现对溶液浓度及电导率的非接触式、高稳定度检测，成为当前技术研究的重要方向。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种融合fm与csi检测溶液浓度及电导率的方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、第一方面，为实现上述目的，本发明提供了一种融合fm与csi检测溶液浓度及电导率的方法，包括以下步骤：

3、构建由fm信号接收与csi信号采集组成的同步感知环境，通过fm信号进行宏观场强监测以判定目标溶液的存在状态，当判定满足触发条件时启动csi信号的精细解析；

4、对csi信号进行幅值与相位分离，分别对幅值序列进行联合去噪处理，并对相位序列进行误差补偿与连续性恢复；

5、提取处理后的csi幅值特征与相位特征，同时提取同步采集的fm信号包络的时域特征与时频域特征；

6、对提取的多源特征进行基于相关性的筛选，将筛选后的特征进行主成分分析融合，并将融合后的低维特征输入至经训练的随机森林模型，由该模型输出溶液浓度与电导率的检测结果。

7、第二方面，本发明还提供了一种融合fm与csi检测溶液浓度及电导率系统，用于实施一种融合fm与csi检测溶液浓度及电导率的方法，所述系统包括：

8、宏观感知触发模块，用于构建由fm信号接收与csi信号采集组成的同步感知环境，通过fm信号进行宏观场强监测以判定目标溶液的存在状态，当判定满足触发条件时启动csi信号的精细解析；

9、csi信号预处理模块，用于对csi信号进行幅值与相位分离，分别对幅值序列进行联合去噪处理，并对相位序列进行误差补偿与连续性恢复；

10、特征提取模块，用于提取处理后的csi幅值特征与相位特征，同时提取同步采集的fm信号包络的时域特征与时频域特征；

11、融合检测模块，用于对提取的多源特征进行基于相关性的筛选，将筛选后的特征进行主成分分析融合，并将融合后的低维特征输入至经训练的随机森林模型，由该模型输出溶液浓度与电导率的检测结果。

12、第三方面，本发明还提供了一种计算机终端设备，包括：

13、一个或多个处理器；

14、存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

15、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述第一方面中融合fm与csi检测溶液浓度及电导率的方法的步骤。

16、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述第一方面中融合fm与csi检测溶液浓度及电导率的方法的步骤。

17、第五方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中融合fm与csi检测溶液浓度及电导率的方法的步骤。

18、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

19、本发明提供的一种融合fm与csi检测溶液浓度及电导率的方法，本发明通过电磁场进行非接触式的电导率测量，不需要与溶液直接接触，避免了传统电极测量对样本的侵扰或损害，同时采用较为简单的传感器结构，有效降低了生产与维护成本。本发明利用fm信号在低频广域覆盖与宏观扰动感知方面的优势，对目标溶液存在状态进行快速判定与触发，抑制了非目标状态下的冗余计算，提高了系统的鲁棒性。当触发条件满足时，本发明对csi进行子载波级精细解析，通过幅值序列的联合去噪与相位序列的误差补偿，实现了对溶液浓度与电导率的定量检测。本发明兼具fm的宏观鲁棒触发能力与csi的微观精细表征优势，具有良好的环境适应能力和可扩展性，不仅适用于溶液检测领域，还可扩展应用于医疗健康监测、生物传感、环境监测及智能感知等多个领域。

1.一种融合fm与csi检测溶液浓度及电导率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对相位序列进行误差补偿与连续性恢复的过程包括：利用多输入多输出天线阵列，通过相邻接收天线间的相位差分消除公共相位误差；基于最小均方误差准则对残留相位偏差进行补偿；对补偿后的相位序列进行解卷绕处理，将受限相位恢复为连续变化的相位值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取同步采集的fm信号包络的时域特征与时频域特征的过程包括：对带通滤波后的fm信号进行希尔伯特变换以提取包络序列；通过滑动窗口对包络序列进行分帧，对每个窗口内的包络序列计算时域统计量，并将窗口内的信号变换至频域，计算其频域能量分布参数，构建包含时域与频域特征的fm特征集。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对提取的多源特征进行基于相关性的筛选的过程包括：分别计算每个csi子载波特征、每个fm特征与目标浓度或电导率之间的皮尔逊相关系数；将所有特征的相关系数进行统一排序，筛选出相关系数最高的预设数量的特征，构建为低维融合特征集；所述将筛选后的特征进行主成分分析融合的过程包括：对低维融合特征集进行标准化处理后输入主成分分析模型，输出保留主要成分的低维融合特征向量。

5.一种融合fm与csi检测溶液浓度及电导率系统，其特征在于，用于实施权利要求1-4中任一项所述的方法，所述系统包括：

6.一种计算机终端设备，其特征在于，包括：

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-4中任一项所述方法的步骤。

8.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的方法的步骤。