[发明专利]基于探头补偿的分数阶傅里叶变换回波成像方法与系统

权利要求书

1.基于探头补偿的分数阶傅里叶变换回波成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、先进行超声探头的频响补偿，包括超声探头频响测定与回波信号探头频响补偿两个部分；

所述超声探头频响测定的步骤如下：

S1.1.1、将发射探头与接收探头通过耦合剂耦合，两个超声探头总的冲激响应用h(n)表示；

S1.1.2、利用数据处理单元中的信号发送单元发送一个已知宽带线性调频信号即发送信号x(n)，由D/A转换器完成数模转换，再通过发射探头转换为声信号，该声信号经过耦合剂后由接收探头接收并转换为电信号，再由A/D转换器完成模数转换得到接收信号y(n)，将其发送给数据处理单元中的信号接收单元；

S1.1.3、根据接收信号y(n)和发送信号x(n)求解超声探头的冲激响应h(n)；

S2、再进行基于分数阶傅里叶变换的脉冲压缩与成像，利用线性调频信号在分数阶傅里叶域中的能量聚集特性进行脉冲压缩并成像，包括以下步骤：

S2.1、根据发送信号的参数确定分数阶傅里叶变换的最佳阶数，对经过补偿后的回波信号作最佳阶数的分数阶傅里叶变换，将回波信号转换到能量聚集域中，使其呈现冲激形式，实现脉冲压缩；

S2.2、对脉冲压缩后的结果进行包络检测；

S2.3、将分数阶傅里叶变换域横坐标u转换为时延τ，并将幅值转换为灰度值；

横坐标u根据下式转换为时延τ：

符号F^α[x(t)]表示对信号x(t)作基于旋转角度α的分数阶傅里叶变换，f₀为所选信号的初始频率，k为调频率，A为信号幅度，最佳旋转角度α₀＝-arccotk，T为有限观测时间；

将幅值的最大值|X_α0(u)|_max设置为255，则幅值与灰度值的转换关系式为：

其中，G是幅值对应为时的灰度值；

S2.4、时延与灰度值具有一一对应的关系，此时以时延为横坐标，灰度值为纵坐标，即可完成成像。

2.根据权利要求1所述的基于探头补偿的分数阶傅里叶变换回波成像方法，其特征在于，求取探头冲激响应的方法采用频域最优逼近法、时域最优逼近法或时频域结合法；

频域最优逼近法、时域最优逼近法和时频域结合法即是求解三种不同代价函数的最优化问题；采用频域最优逼近法时，代价函数J设置为采用时域最优逼近法时，代价函数J设置为采用时频域结合法时，代价函数J设置为

其中，k、l、n均为参变量；Y(k)、X(k)、H(k)分别为接收信号、发送信号和超声探头冲激响应的频域表达式；Y(k),k＝1,2,…，2N，是通过对y(n),n＝1,2,…,N进行2N点的快速傅里叶变换得到的，N为所取信号长度；X(k),k＝1,2,…,2N，是通过对x(n),n＝1,2,…,N进行2N点的快速傅里叶变换得到的；参数k₁、k₂为在发送信号和接收信号的傅里叶变换谱上截取发送信号带宽所在的一段频谱，频谱的起始点和截止点，起始点k₁＝int(f₁N/f_s)，截止点k₂＝int(f₂N/f_s)，函数int(x)表示返回x的整数部分，f₁、f₂分别为发送信号的起始频率和截止频率，f_s为采样频率；e为自然指数；为频域的频率间隔；L为h(n)的阶数。