(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210619654.7 (22)申请日 2022.06.02 (71)申请人 四川大学 地址 610065 四川省成 都市一环路南 一段 24号 (72)发明人 周新志　张林志　陈益潇　朱加良　 何正熙　徐涛　董晨龙　刘丹会　 (74)专利代理 机构 北京市领专知识产权代理有 限公司 1 1590 专利代理师 潘镜如 (51)Int.Cl. G01K 11/24(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06N 3/00(2006.01) (54)发明名称 一种圆形温度场声学测量拓扑结构重建方 法 (57)摘要 本发明涉及一种圆形温度场声学测量拓扑 结构重建方法， 包括步骤： 确定声波换能器的数 量； 基于径向基拟合与奇异值分解结合的方法对 圆形区域进行初步划分， 在初步划分的圆形区域 中包括外圆、 内圆； 采用粒子群优化算法对所有 声波换能器的位置参数、 圆形区域中内圆的半径 参数、 圆形区域中子温区域的弧度参数进行优 化， 以重构圆形区域的拓扑结构； 根据圆形区域 的拓扑结构重构温度场， 计算圆形区域的温度函 数。 本发明能够在声波换能器数量确定的情况 下， 将改变声波换能器在圆形区域的布局以及子 温区域的划分， 基于粒子群优化算法以温度场重 构模型的均方根误差最小为目标， 从而更精确的 对温度场进行重构。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 114858302 A 2022.08.05 CN 114858302 A 1.一种圆形温度场声学测量拓扑 结构重建方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤S1： 确定声波换能器的数量； 基于径向基拟合与奇异值分解结合的方法对圆形区 域进行初步划分， 在 初步划分的圆形区域中包括外圆、 内圆； 步骤S2： 采用粒子群优化算法对所有声波换能器的位置参数、 圆形区域中内圆的半径 参数、 圆形区域中子温区域的弧度参数进行优化， 以重构圆形区域的拓扑 结构； 步骤S3： 根据步骤S2得到的圆形区域的拓扑结构， 重构温度场， 计算圆形区域的温度函 数。 2.根据权利要求1所述的一种圆形温度场声学测量拓扑结构重建方法， 其特征在于： 所 述步骤S2具体包括以下步骤： 初步划分后确定有J个声 波换能器， 圆形区域中包括 N个子温区域； 将J个声波换能器设置在圆形区域的外圆圆周上， 声波换能器的初始坐标为(xj,yj)， 其 中j表示第j个声 波换能器， j∈J； 第j个声波换能器的最佳位置坐标为(x`j,y`j)， 用极坐标 形式表示 为： 其中， 为与横坐标的夹角； 将极坐标 形式转换为矩阵形式表示： 声波换能器在外圆圆周上的转动角度为 ， 且每个声波换能器的转动角度相互之间无 关联； 内圆半径为r； N个子温区域的弧度为 ， i表示第i个子 温区域； 将J个声波换能器的转 动角度为 作为位置参数 ， 且位置参数 的初始值为 中的随机值； 将内圆半径r 作为半径参数r， 且半径参数r的初始值为[1,5]中的随机值； 将N个子温区域的弧度 作为 弧度参数 ， 且内圆中的子温区域的弧度相加为 ， 外圆中的子温区域的弧度相加为 ； 将J个位置参数、 1个半径参数、 N个弧度参数作为一个维度的参数放入维度为K*(J+1+ N)的矩阵a中， 矩阵a的变换速度 矩阵为v， 通过粒子群优化算法对变换速度 矩阵v进行迭代， 直到变换速度 矩阵v的误差满足预设条件或迭代轮次t满足预设条件， 得到圆形区域的拓扑 结构。 3.根据权利要求2所述的一种圆形温度场声学测量拓扑结构重建方法， 其特征在于： 所 述矩阵a的变换速度 矩阵为v， 通过粒子群优化算法对变换速度 矩阵v进行迭代， 直到变换速 度矩阵v的误差满足预设条件或迭代轮次t满足预设条件的步骤， 包括： 第一轮次： 将矩阵a1放入重构模型的临时最佳矩阵pbest中， 将矩阵a1中所有参数代入 重构模型， 搜索本组K维的矩阵a1中能使误差最小的一个维度的参数作为本轮次优化的最 佳值gbest， 由最佳值gbest得 出下一轮次矩阵a2的变换速度矩阵v2： 其中， a1(k,;)表示第一轮次所使用的K维矩阵a1中的第k维参数； v1(k,;)表示第一轮次 所使用的K维矩阵a1中的第k维参数的变换速度， 是初始随机值； v2(k,;)表示第 二轮次所使权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114858302 A 2用的K维矩阵a2中的第k维参数的变换速度， 用于更新第二轮次所使用的K维矩阵a2； pbest (k,;)表示本轮次的K维临时最佳矩阵pbest中的第k维参数； gbest表示本轮次的K维临时最 佳矩阵pbest中能使误差最小的一个维度的参数； w、 c1、 c2分别表示标量常量； rand表示[0, 1]的随机标量； 第二轮次： 使用上一轮次得出的变换速度v2更新矩阵a1， 得到本轮次的矩阵a2=a1+v2， 将 矩阵a2中所有参数带入 重构模型， 同时将 矩阵a2得到的误差与上一轮临时最 佳矩阵pbest对 应维度参数的误差相对比， 如果矩阵a2的误差较小， 则更新临时最佳矩阵pbest对应维度的 参数， 否则不更新； 搜索本组K维的临时最佳矩阵pbest 中能使误差最小的一个维度的参数 作为本轮次优化的最佳值gbest， 由最佳值gbest得 出下一轮次矩阵a3的变换速度矩阵v3： 其中， a2(k,;)表示第二轮次所使用的K维矩阵a2中的第k维参数； v2(k,;)表示第二轮次 所使用的K维矩阵a2中的第k维参数的变换速度； v3(k,;)表示第三轮次所使用的K维矩阵a3 中的第k维参数的变化速度， 用于更新第三轮次所使用的K维矩阵a3； pbest(k,;)表示本轮 次的K维临时最佳矩阵pbest中的第k维参数； gbest表示本轮次的K维临时最佳矩阵pbest中 能使误差最小的一个维度的参数； 直到第t轮次： 使用上一轮次得出的变换速度vt更新矩阵at‑1， 得到本轮次的矩阵at=at‑1 +vt， 将矩阵at中所有参数带入重构模型， 同时将矩阵at得到的误差与上一轮临时最佳矩阵 pbest对应维度参数的误差相对比， 如果矩阵at的误差较小， 则更新临时最佳矩阵pbest对 应维度的参数， 否则不更新； 搜索本组K维的临时最佳矩阵pb est中能使误差最小的一个维 度的参数作为本轮次优化的最佳值gbest， 由最佳值gbest得出下一轮次矩阵at+1的变换速 度矩阵vt+1： 其中， at(k,;)表示第t轮次所使用的K维矩阵at中的第k维参数； vt(k,;)表示第t轮次所 使用的K维矩阵at中的第k维参数的变换速度； vt+1(k,;)表示下一轮次所使用的K维矩阵at+1 中的第k维参数的变化速度， 用于更新下一轮次所使用的K维矩阵at+1； pbest(k,;)表示本轮 次的K维临时最佳矩阵pbest中的第k维参数； gbest表示本轮次的K维临时最佳矩阵pbest中 能使误差最小的一个维度的参数； 直到变换速度矩阵v的误差满足预设条件或迭代轮次t满足预设条件， 得到圆形区域的 拓扑结构。 4.根据权利要求1所述的一种圆形温度场声学测量拓扑结构重建方法， 其特征在于： 所 述根据步骤S2得到的圆形区域的拓扑结构， 重构温度场， 计算圆形区域的温度函数的步骤， 包括： 若在步骤S1中基于径向基拟合方法对圆形区域进行初步划分时， 将圆形区域划分为N 个子温区域， J个声波 换能器在圆形区域中共有Q条声波传播路径， 设N个子温区域的声波速 度分布函数为u(x,y)， 声波速度分布函数的倒数为f(x,y)， 声波在圆形区域中沿特定传播 路径的声 波飞行时间为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114858302 A 3