[发明专利]一种多层分层介质中的目标定位方法

说明书

本发明公开了一种多层分层介质中的目标定位方法，将换能器阵列布放于n层介质最上层表面，一个发射阵元向分层介质内发射前向声束，其余阵元接收由目标反馈的散射信号和各个界面反馈的反射信号；所述方法包括：步骤1)各个接收阵元对接收到的散射信号和n‑1个反射信号均做时间反转处理，模拟生成各接收阵元对应的n个信号的逆向声束；步骤2)将接收到的前向声束和各阵元对应的逆向声束分别进行卷积处理，以各阵元在同一点卷积后得到的各个最大值之和作为分层介质空间中该点的声场值，由此生成n个信号的声场分布；步骤3)出现单一的山峰状声场对应的信号为目标散射信号，则目标散射信号的声场分布中声场值最高的点对应的坐标为目标位置。

技术领域

本发明涉及声学检测技术领域，具体涉及一种多层分层介质中的目标定位方法。

背景技术

声学检测和成像是材料和结构无损探伤和诊断的重要手段，它也是水下探测和地层探测的常用方法。在多层介质中的目标检测一直是超声检测的难题。由于界面的存在，传统的脉冲回波方法很难区别界面信号和目标信号。导致无法实现多层介质中的目标检测和定位。针对这一问题，用时间反转和逆时偏移混合法被提出。对于双层分层介质已经进行了理论和实验研究。那么对于三层及以上分层介质时，由于多层界面的存在，对目标的检测和定位是更加困难的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的声学检测方法无法实现多层分层介质中的目标定位的技术问题，运用时间反转(TR)和逆时偏移(RTM)的混合法解决三层及以上介质中目标检测和定位的难题。

为实现上述目的，本发明提供了一种多层分层介质中的目标定位方法，将换能器阵列布放于n层介质最上层表面，选择换能器阵列中任意一个阵元作为发射阵元向分层介质内发射前向声束，并将其余阵元作为接收阵元接收由目标反馈的散射信号和各个界面反馈的反射信号；所述方法包括：

步骤1)各个接收阵元对接收到的散射信号和n-1个反射信号均做时间反转处理，模拟生成各接收阵元对应的n个信号的逆向声束；

步骤2)在分层介质空间中各个点，将接收到的前向声束和各阵元对应的逆向声束分别进行卷积处理，以各阵元在同一点卷积后得到的各个最大值之和作为分层介质空间中该点的声场值，由此生成n个信号的声场分布；

步骤3)在n个声场分布中出现单一的山峰状声场对应的信号为目标散射信号，则目标散射信号的声场分布中声场值最高的点对应的坐标为目标位置。

作为上述方法的一种改进，所述步骤1)具体包括：

步骤1-1)以阵元i作为发射阵元，发射信号为Ω(t)，则接收阵元j接收到的信号为P_ij(t)：

P_ij(t)＝m_0ijΩ(t-t₀)+m_1ijΩ(t-t₁)+…+m_n-1ijΩ(t-t_n-1) (1)

其中，m_0ij为目标散射系数，m_kij为第k个界面的反射系数，0≤k≤n-1；t₀为阵元i发射，j接收到的目标散射信号的旅行时；t₁,…t_n-1分别为阵元i发射，j接收到的n-1个界面反射信号的旅行时；其中，n为介质的层数，t为时刻；

步骤1-2)模拟生成各接收阵元对应的n个信号的逆向声束；

目标散射信号的逆向声束为：阵元i发射声脉冲经过界面反射和目标散射，阵元j接收后提前ΔT₀将接收信号发出的信号R_0ij(t)：