[发明专利]一种超声声层析流场成像方法及其装置

权利要求书

1.一种超声声层析流场成像方法，其特征在于：所述方法包含以下步骤：

S1，获取待检测水域的边界，建立二维直角坐标系，将所述边界按等间距分隔出N个扫描点；

S2，通过固定设置第一超声分机于其中一个扫描点，在其他扫描点通过第二超声分机与所述第一超声分机互收发超声信号，所述互收发超声信号具体为：在相同时刻所述第一超声分机开始发射超声信号、所述第二超声分机开始接收超声信号，间隔第一时间后，在相同时刻所述第二超声分机开始发射超声信号、所述第一超声分机开始接收超声信号；

S3，固定设置第一超声分机于下一个扫描点，在其他扫描点通过第二超声分机与所述第一超声分机互收发超声信号；

S4，循环步骤S3，直至第一超声分机在所有扫描点收发；

S5，获取每一对扫描点声互收发的声传播时间差集合；

S6，获取每一对扫描点之间连线的距离，以及每一对扫描点之间连线与X轴的夹角，根据每一对扫描点之间连线与所述声传播时间差集合的建立流场的流速关系，所述流速关系包含流场对应X轴和Y轴的传播速度分量；

S7，根据所述流速关系重建流场空间分布；

步骤S7具体为：

S7.1，根据N点声传播时间差建立矩阵y，根据步骤S6中的建立矩阵E，定义观察误差为e；

S7.2，对E进行奇异值分解，得到奇异值分解结果U、A、V，其中UAV^T＝E；

S7.3，根据u＝V[A^TA+α²I]^-1A^TU^Ty重建流场u，其中α²为阻尼。

2.根据权利要求1所述的一种超声声层析流场成像方法，其特征在于：所述步骤S5具体为：获取所述第一超声分机在每一个扫描点时超声信号从第一超声分机到达其他扫描点的第二超声分机的传输时间变化量集合超声信号在其他扫描点从第二超声分机到达每一个扫描点的第一超声分机的传输时间变化量集合获取每一对扫描点声互收发的声传播时间差集合

3.根据权利要求2所述的一种超声声层析流场成像方法，其特征在于：所述步骤S6具体为：定义声线l_ij为每一个扫描点到其他任意扫描点的距离，i和j分别为1-N的任意整数，定义θ_i为声线l_ij与X轴的夹角，根据声线l_ij与所述声传播时间差集合建立流场的流速关系，所述流速关系为

其中u_j为流场在X轴的传播速度分量，v_j为流场在Y轴的传播速度分量。

4.根据权利要求3所述的一种超声声层析流场成像方法，其特征在于：根据声线l_ij与所述声传播时间差集合建立流场的流速关系具体为：

S6.1，计算传输时间总和；

S6.1.1，定义超声信号在无流场干预的水体中的参考声速为c₀，定义超声信号在所述待检测水域的声速变化为δc，定义T⁺为所述第一超声分机在每一个扫描点时超声信号从第一超声分机到达其他扫描点的第二超声分机的传输时间总和，则

S6.1.2，定义T^-为超声信号在其他扫描点从第二超声分机到达每一个扫描点的第一超声分机的传输时间总和，则

其中v为超声信号传播速度向量组成的1xN矩阵，n为超声信号传播方向向量组成的Nx1矩阵。

5.根据权利要求4所述的一种超声声层析流场成像方法，其特征在于：进一步包含S6.2，定义超声信号在无流场干预的水体中的参考传播时间为T₀，T₀＝l_ij/c₀，则

6.根据权利要求1所述的一种超声声层析流场成像方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述第一时间3-8s。