基于神经网络模型的辐射真温测量方法研究.pdf

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1、第20卷第2期红外与毫米波学报Vol.20No.22001年4月].Infraredillim.WavesApril2001基于神经网络模型的辐射真温测量方法研究孙晓刚戴景民丛大成褚载祥(哈尔滨工业大学精密仪器系黑龙江哈尔滨150001)摘要将神经网络理论用于多光谱辐射测温领域实验结果表明该方法是解决目标真温测量行之有效的一种新方法.关键词真温测量神经网络BP模型.TRUETEMPERATUREMEASUREMENTRADIATIONMETHODASEDONNEURANETWORKMODESUNXiao-GangDAI]ing-inCONGDa-ChengC-UZai-Xiang(Dep

2、artmentofPreciseInstrument-arbinInstituteofTechnology-arbin-eilongjiang150001China)AbstractThetheoryofneuralnetworkswasappliedinthefieldofmulti-spectralradiationthermometry.Theex-perimentalresultsshowthattheabove-mentionedmethodisaneffectivemethodforsolvingthetruetemperaturemeasurement.Keywordstr

3、uetemperaturemeasurementneuralnetworkBPmodel.输出信号V可表示为z引言-562Vz=A/E(/zT)/zexp(-)/zT80年代以来欧共体和美国国家技术及标准研究院(NIST原NBS)先后研制了光导纤维分光干(z=12...n)(1)涉滤光片限定工作波长的6波长高温计[1~B]式(1)中A为只与波长有关而与温度无关的检定常.90年/z代初哈尔滨工业大学成功地研制成B5波长像差补数它与该波长下探测器的光谱响应率,光学元件透偿焦平面式高温计克服了以往多波长高温计需要过率,几何尺寸以及第一辐射常数有关;E(/为zT)干涉滤光片限定工作波长的缺点[4

4、~5].但对于多光温度T的目标光谱发射率.谱辐射测量数据国内外均采用最小二乘法进行数在定点黑体参考温度T/下第z个通道的输出据处理这必须要假设发射率与波长之间的函数关信号Vz/为;系.由于假设模型与实际情形是否相符会对目标真-562Vz/=A//zexp(-)z/温的计算结果影响很大所以人们一直在寻求一种zT/能取消发射率与波长假设模型的新方法.本文采用(此时E(/zT)=1.0)(2)目前应用最为广泛且理论上也最为完善的BP模由式(1)和式(2)可得;型处理多光谱辐射测量数据通过大量的计算机仿6262VzV/z=E(/zT)exp(-)(B)真实验表明该方法是一种解决目标真温测量行之/

5、zT//zT有效的新方法具有良好的应用价值.由此可知同一通道下两个电压值之比VzV/z与目标真温T存在某种非线性映射关系神经网络1数学模型的建立在处理非线性映射问题上有其优越性理论上已经设多波长温度计有n个通道则第z个通道的证明;三层BP模型可以任意精度逼近任意非线性国家自然科学基金(编号69777020)资助项目TheprojectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundation稿件收到日期2000-11-11修改稿收到日期2000-12-08ofChina.Received2000-11-11revised2000-12-08l52红外与毫

6、米波学报20卷映射~本文即采用BP模型来解决多个波长下的电3仿真结果分析压测量值与目标真温的非线性映射问题.本文采用的8波长辐射温度计~其有效波长分2神经网络的原理别为0.4~0.5~0.6~0.7~0.8~0.9~l.0~l.lpm~参考从结构上讲~BP网络是典型的多层网络~分为温度选为l200K~9个温度点分别为l800~l820~输入层~隐层和输出层~层与层之间多采用全互连方l840~l860~l880~l900~l920~l940~l960K~在每个式~同一层单元之间不存在相互连接.BP网络的每温度点上采用如图l所示的A~B~C~D~E5类发射一层连接权值可以通过学习来调节~基本

7、处理单元率样本~每类又分别包括l0种发射率样本训练网(输入层单元除外)为非线性输入输出关系~最常络~其发射率训练样本集的具体数值见文献[6]~表用的节点作用函数有SigmOid~双曲正切~正弦函数l只列出了部份发射率训练样本.其中Al~Bl~Cl~等S型函数~即分别为:Dl~El作为检验数据不参加训练~即实际输给BP模l型的训练样本共405个(45>9).除了未参加训练网f(x)=-x~(4)l+e络的A作为检验数据以外~已参加训l