[发明专利]一种基于高阶矩的编码超声信号脉冲流形成方法及电路

权利要求书

1.一种基于高阶矩的编码超声信号脉冲流形成方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、产生编码激励信号c(t)，经功率放大后激励超声换能器发射编码超声信号e(t)，并通过回波接收电路得到编码超声回波信号r(t)；

S2、提取编码超声回波信号r(t)的二阶矩s(t)；

S3、将二阶矩信号s(t)转换成高阶矩信号h(t)；

S4、对高阶矩信号h(t)进行增益调整，得到编码超声回波信号脉冲流p(t)。

2.根据权利要求1所述的基于高阶矩的编码超声信号脉冲流形成方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：

由数字芯片产生编码激励信号c(t)，经功率放大后激励超声换能器产生编码超声信号e(t)，经过被测物体反射后的回波信号再经回波接收电路处理后得到回波信号r(t)；

其中，c(t)采用二进制编码方式，逻辑0和1分别代表不同频率的三角函数信号，三角函数信号由矩形时间窗截断，二进制编码位数K和窗函数宽度t_k的乘积决定编码信号的总时长L＝K×t_k，而总时长L由缺陷检测时距离分辨率要求确定；

二进制频率编码激励信号c(t)为：

其中，K为二进制编码位数，K∈Z⁺，G(t-k_iτ_i)是长度为τ_i的矩形窗函数，且ω_i为三角函数基频，m为谐波阶数，m∈Z⁺，E为常数。

3.根据权利要求1所述的基于高阶矩的编码超声信号脉冲流形成方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

对编码超声回波信号r(t)提取二阶矩，其二阶矩信号s(t)获取公式为：

其中，t₀为时移，T为积分周期。

4.根据权利要求1所述的基于高阶矩的编码超声信号脉冲流形成方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

将二阶矩信号s(t)接入四象限乘法电路进行乘法运算，四象限乘法电路可逐级串联，串联级数由高阶矩的阶数决定，每串联一级阶次按2的整数幂提升，得到高阶矩信号h(t)＝s²ⁿ(t)，n∈Z⁺；

此时，获取的高阶矩信号h(t)可由有限个主瓣峰值P_hl与主瓣峰值时刻t_hl表征，当回波个数为l时，该信号信息自由度为2l，具有有限新息率信号的特征。

5.根据权利要求1所述的基于高阶矩的编码超声信号脉冲流形成方法，其特征在于，所述步骤S4中，为了调整增益，为后续处理电路进行电平的匹配，得到编码超声回波信号脉冲流p(t)＝F·h(t)，其中，F为增益值。

6.基于高阶矩的编码超声信号脉冲流形成电路，其特征在于，包括依次串联的编码产生与激励电路、回波接收电路、二阶矩提取电路、高阶矩转换电路以及增益调整电路；其中，编码产生与激励电路用于产生二进制编码，并将其功率放大到足以激励超声换能器；回波接收电路用于阻抗匹配并对目标体反射的弱信号进行前置放大与滤波去噪；二阶矩提取电路用于得到回波信号的二阶矩；高阶矩转换电路用于获取回波信号的高阶矩；增益调整电路用于获取电平与后续电路匹配的脉冲流信号。

7.根据权利要求6所述的基于高阶矩的编码超声信号脉冲流形成电路，其特征在于，所述编码产生与激励电路可根据编码规则产生二进制编码激励信号c(t)，并将二进制编码激励信号c(t)的电压与电流进行放大，输出高能激励信号W·c(t)激励超声换能器产生编码超声信号e(t)，其中W为功率放大增益。