[发明专利]一种改进的时域超声信号合成孔径算法

说明书

本发明公开了一种改进的时域超声信号合成孔径算法，步骤为(1)、首先利用首波声时法先确定试件缺陷的大概分布，首波声时法可采用反射法或者透射法对试件进行与检测；(2)、其次对缺陷的分布位置利用合成孔径聚焦的方法成像，采用一个探头，使其沿着一条检测线来移动，每次步进一个固定的位移，探头在每次步进固定位移之后采集回波信号并编号存储；(3)、最后实现聚焦算法，通过对每个步进位置的回波信号进行处理，按照矢量相加合成方法，利用左右较少的孔径数目为聚焦半径进行延时叠加，获得一个指向性很好的波束。本发明减小了信号发射和接收阶段可能产生的误差，提高成像结果的精度。

技术领域

本发明涉及超声检测领域，具体涉及一种改进的时域超声信号合成孔径算法。

背景技术

在所有的超声检测中，都需要定性或定量的来确定缺陷目标，其中对于缺陷目标的位置分布是检测者最为希望获得的。在超声成像研究中，内部缺陷目标的空间位置信息包含在回波当中，经过处理成像，可以将这些信息变为可视图像的目标而呈现。既然是图像，那么图像的分辨率这个参数对于成像结果来说就变得很重要了。图像中对于多个点目标的分辨能力直接决定了成像系统的分辨力，系统的横向分辨率可以表示为同一距离向而不同方向上的两个点目标的分辨率，相应的对于同一方向而不同距离向的两个点目标的分辨率就可以称之为纵向分辨率。对于一个检测系统而言，其检测分辨率的高低主要由这两个分辨率来决定。

我们可以用一个三维的坐标系来描述系统横向和纵向分辨率的概念，假设一个点目标P位于空间中的某个位置，认为坐标系原点O代表了某个超声探头的位置，如图1所示，从几何知识可知，只有知道了点P的坐标值，才可以在空间中唯一的确定点P的空间位置。假设点P相距坐标原点也就是探头的距离OP＝R，那么OP在水平xy平面的投影OP’，与x轴的夹角设为与斜距OP的夹角设为θ。

此时斜距R是可以求得的，因为声波是按照射线理论进行传播的，那么在坐标原点和点P之间是按照直线传播的，速度就是在某种介质中的声速，这是个定值。如果从坐标原点到点P的传播时间为t，那么斜距R就可以用式1.1来表示：

如图1所示，按几何知识推知，在同一方向上如果有两个点P1和P2，它们与发射探头的距离分别为R1和R2。从这两点发出的回波到达探头的时间分别为t1和t2，时间间隔就可以用式1.2来表示

如果P1和P2两点相距很远，此时超声波在这两点的回波呈现在波形上的包络会比较容易区分，但如果P1和P2相距很近，此时两个点的回波包络可能会有所重叠而变得不容易区分，当然这个和发射信号有关，如果发射信号脉冲较窄，那么可以在一定程度上提高分辨率，但检测混凝土的超声频率一般较低，脉宽都比较宽，因此发射波的因素就必须考虑。

当前一个点目标P1的回波包络和第二个目标点P2的回波包络的前后沿恰好重合时，这个极限间距就称之为是这个系统的纵向分辨率，即

其中τ是发射信号的脉冲宽度。所以从纵向分辨率的表达式1.3可以看出可以通过采用窄脉冲来提高纵向分辨率。但是窄脉冲所包含的能量有限，如果被检测目标位于较深的距离，那么窄脉冲信号可能在没有达到检测目标时就已经衰减完了。在雷达系统中，信号波形的带宽是可以决定系统检测结果的纵向分辨率的。窄脉冲的频率比较单一，此时可以考虑线性调频信号，这种信号在时域中持续时间长，而其频带却很宽，且线性分布，这样的发射波能量较强，适合深层目标的检测。

探头发射超声是以声束发射的，如图2所示，声束具有一定的扩散角，当目标点位于声束范围之内时，就意味着目标点会被声束中的超声波扫射到而产生回波，在声束照射范围之外的目标点就不会被照射到，这样也就不会产生回波。因此，传感器的指向性特征决定了检测系统的横向分辨率。