專利名稱：相控陣超聲檢測(cè)中基于鄰近相關(guān)法的相位畸變校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲相控陣技術(shù)，尤其是超聲相控陣的相位校正技術(shù)。 憎"在相控陣超聲檢測(cè)中，檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部聲速的非均勻性等原因，會(huì) 造成相控陣超聲檢測(cè)中發(fā)射聚焦環(huán)節(jié)與接收聚焦環(huán)節(jié)中各路信號(hào)的 相位偏差，從而導(dǎo)致多通道發(fā)射聲束與接收聲束進(jìn)行相控合成后的信 號(hào)發(fā)生畸變，降低了聲束合成信號(hào)的幅度和信噪比，并使得聚焦點(diǎn)處 的聲束合成信號(hào)束寬增加，相控陣超聲檢測(cè)的空間分辨力與對(duì)比度分 辨力都會(huì)受到聲束畸變的影響而變差。相位畸變的來(lái)源主要有假定聲速和實(shí)際聲速之間的偏差、待檢 測(cè)對(duì)象中聲速的不均勻性、檢測(cè)系統(tǒng)各通道的不一致性以及系統(tǒng)固有 的相控誤差等。在光學(xué)中，為解決光線沿不同的傳播路徑引起的相位差問(wèn)題，引 入了相關(guān)分析法。相關(guān)分析法是一種成熟和廣泛使用的方法，它在抑 制隨機(jī)干擾等方面是行之有效的重要手段。其理論根據(jù)是信號(hào)的時(shí)間 相關(guān)性和空間相關(guān)性?？臻g相關(guān)性描述^f言號(hào)在空間不同點(diǎn)處的相關(guān) 性；時(shí)間相關(guān)性描述信號(hào)在不同時(shí)刻的相關(guān)性或者可預(yù)測(cè)的聯(lián)系。在 相控陣超聲領(lǐng)域，我們借鑒相關(guān)分析法在相位校正方面取得有效的應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容解決問(wèn)題在相控陣超聲檢測(cè)中，由于假定聲速和實(shí)際聲速之間 的偏差、待檢測(cè)對(duì)象中聲速的不均勻性、檢測(cè)系統(tǒng)各通道的不一致性 以及系統(tǒng)固有的相控誤差等，造成了各通道信號(hào)之間的相位畸變，本 發(fā)明的目的是提供一種超聲相控陣相關(guān)相位校正的新方法一一鄰近 相關(guān)相位校正法，在陣元接收到的回波信號(hào)的信噪比較高的時(shí)候，可 以有效提高時(shí)間延遲估計(jì)的精度，減小各通道信號(hào)之間的相位畸變。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明特提出以下技術(shù)方案在陣列回波信號(hào)的校正中，采用某個(gè)陣元(邊上或者中間的某個(gè) 陣元)的回波信號(hào)做相關(guān)參考信號(hào)。通過(guò)相鄰陣元信號(hào)之間的相關(guān)估計(jì)得到兩個(gè)陣元信號(hào)之間的時(shí) 間延遲量(相位差)，每個(gè)陣元與參考陣元之間的時(shí)間延遲量，是通 過(guò)其相鄰陣元逐步傳遞累加得到的。技術(shù)效果理論分析和實(shí)驗(yàn)汪明在噪聲強(qiáng)度較低的情況下(信噪 比S冊(cè)〉12 dB)時(shí)，鄰近相關(guān)估計(jì)基本不產(chǎn)生估計(jì)誤差。
具體實(shí)施方式
首先引入相關(guān)函數(shù)的離散形式，假設(shè)*(">和都為能量有限信 號(hào)，則它們之間的相關(guān)函數(shù)定義為<formula>formula see original document page 5</formula>假設(shè)觀察得到的信號(hào)x(n)為有限長(zhǎng)，且x(n)中含有噪聲(假設(shè) 有用信號(hào)為s(n)，噪聲為u(n)， x(n)=s(n)+u(n))，那么x(n)的自相 關(guān)為其中，K"O，K附)是有用信號(hào)s和噪聲u的互相關(guān)， 一般噪聲u是隨機(jī)的，和信號(hào)s應(yīng)無(wú)相關(guān)性，所以這兩項(xiàng)應(yīng)該很小。夂(w)是噪 聲u的自相關(guān)，其能量主要集中在m-0處，1mi〉0時(shí)，其衰減很快。 但對(duì)于m較小的時(shí)候，式(2)的相關(guān)函數(shù)值主要由有用信號(hào)的自相關(guān) 和噪聲的自相關(guān)決定。在相關(guān)校正中，兩列信號(hào)的時(shí)間延遲量(相位偏差)，是利用兩 列信號(hào)互相關(guān)函數(shù)的極大值來(lái)估計(jì)得到的。但噪聲信號(hào)的存在，對(duì)于 時(shí)間延遲的估計(jì)精度產(chǎn)生了影響，即公式(2)中^—)項(xiàng)的大小，是影 響估計(jì)精度的主要因素。在超聲檢測(cè)中，壓電晶片中的電噪聲主要是由熱噪聲引起的，所 以假設(shè)每個(gè)陣元接收到信號(hào)中的噪聲是基本不相關(guān)的高斯分布白噪 聲，跟實(shí)際情況基本相符。以相鄰陣元之間的相關(guān)時(shí)延估計(jì)為基礎(chǔ)，選取陣列中一個(gè)陣元的 回波信號(hào)為參考信號(hào)，通過(guò)相鄰陣元信號(hào)之間的相關(guān)估計(jì)得到兩個(gè)陣元信號(hào)之間的時(shí)間延遲量(相位差)，每個(gè)陣元與參考陣元之間的時(shí)間延遲量，是通過(guò)其相鄰陣元逐步傳遞累加得到的。比如一個(gè)16陣 元的陣列，選取陣元l為參考陣元，通過(guò)鄰近相關(guān)分析，得到陣元2 跟l之間的時(shí)間延遲量dH， 3跟2之間的時(shí)間延遲量d3—2， 4跟3之 間的時(shí)間延遲量山—3......16跟15之間的時(shí)間延遲量(114_15。所以，在以陣元1為參考陣元的相位校正中，其它各個(gè)陣元需要##的時(shí)間延遲量為陣元2為dH 、陣元3為dw + d .......陣元16為+ d3-2+ ...+d16—15。當(dāng)噪聲強(qiáng)度為0.15以下時(shí)，鄰近相關(guān)估計(jì)得到的時(shí)間延遲量與 預(yù)先加入的時(shí)間延遲量基本一致，即在噪聲強(qiáng)度較低的情況下(信噪 比SNRH2 dB)時(shí)，鄰近相關(guān)估計(jì)基本不產(chǎn)生估計(jì)誤差。
權(quán)利要求
1、一種超聲相控陣發(fā)射相位校正的方法，其特征是在陣列回波信號(hào)的校正中，采用某個(gè)陣元(邊上或者中間的某個(gè)陣元)的回波信號(hào)做相關(guān)參考信號(hào)。
2、 如權(quán)利要求1所述的相控陣超聲檢測(cè)中基于鄰近相關(guān)法的相位畸變 校正方法，其特征是以相鄰陣元之間的相關(guān)時(shí)延估計(jì)為基礎(chǔ)，選取陣列中一 個(gè)陣元的回波信號(hào)為參考信號(hào)，通過(guò)相鄰陣元信號(hào)之間的相關(guān)估計(jì)得到兩個(gè)陣 元信號(hào)之間的時(shí)間延遲量(相位差)，每個(gè)陣元與參考陣元之間的時(shí)間延遲量， 是通過(guò)其相鄰陣元逐步傳遞累加得到的。
全文摘要
在相控陣超聲檢測(cè)中，由于假定聲速和實(shí)際聲速之間的偏差、待檢測(cè)對(duì)象中聲速的不均勻性、檢測(cè)系統(tǒng)各通道的不一致性以及系統(tǒng)固有的相控誤差等，造成了各通道信號(hào)之間的相位畸變，本發(fā)明的目的是提供一種超聲相控陣相關(guān)相位校正的新方法——鄰近相關(guān)相位校正法，在陣元接收到的回波信號(hào)的信噪比較高的時(shí)候，可以有效提高時(shí)間延遲估計(jì)的精度，減小各通道信號(hào)之間的相位畸變。鄰近相關(guān)相位校正法，就是以相鄰陣元之間的相關(guān)時(shí)延估計(jì)為基礎(chǔ)，選取陣列中一個(gè)陣元的回波信號(hào)為參考信號(hào)，通過(guò)相鄰陣元信號(hào)之間的相關(guān)估計(jì)得到兩個(gè)陣元信號(hào)之間的時(shí)間延遲量(相位差)，每個(gè)陣元與參考陣元之間的時(shí)間延遲量，是通過(guò)其相鄰陣元逐步傳遞累加得到的。
文檔編號(hào)G03B42/06GK101403728SQ20081010575
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者春 彭, 波 彭, 敏 王, 勇 香 申請(qǐng)人:碩德(北京)科技有限公司