[发明专利]一种合成孔径声学成像方法

说明书

一种合成孔径声学成像方法，属于声学成像技术领域。方法包括：步骤S01，接收声学探测设备沿垂直声源方向移动时多个位置采集的声信号，并基于每个位置采集的声信号构建对应位置的基准声阵列；步骤S02，基于每个位置的基准声阵列，按照阵列中阵元接收频率扩展虚拟阵元，以形成每个位置的虚拟声阵列；步骤S03，基于每个位置的虚拟声阵列，构建集合所有位置虚拟声阵列的声采集矩阵；步骤S04，基于声采集矩阵，利用多通道波束成形算法计算声压。本发明简单且能准确定位录音中有效信号位置，进而对声学产品进行准确的音频指标分析。本发明从算法层面解决现有合成孔径方案空间分辨率不够高、低频旁瓣较多的问题。

技术领域

本发明涉及声学成像技术领域，尤其涉及一种合成孔径声学成像方法。

背景技术

合成孔径成像自20世纪50年代提出，应用于雷达、声呐成像。近年来合成孔径成像在声学无损检测、医学超声成像等领域的研发也有长足进步，并扩展到其他领域如光学、微波成像等。

现有雷达或声呐应用领域下，合成孔径成像的核心原理是：条带合成孔径成像利用小孔径基阵，在直线运动轨迹上均速移动，并在确定位置顺序发射，接收并存储回波信号。根据空间位置和相位关系对不同位置的回波信号进行相干叠加处理，合成虚拟大孔径的基阵，从而获得沿运动方向的高分辨率。可见，现有应用下的合成孔径成像原理需要主动发射声波，再基于回波信号进行孔径合成过程（本文在此称为主动式合成孔径成像）。

声学成像仪是基于麦克风阵列测量技术，通过测量一定空间内的声波到达各麦克风的信号的相位差异，并应用一定的声源位置估算方法确定声源的分布，测量声源的幅值，并以图像的方式显示声源在空间中分布的仪器。仪器将声源分布图像用颜色或亮度代表声源信号强弱分布，并将声源分布图像同光学摄像头画面融合呈现最终测试结果。

现有声学成像仪测量的精准度受限于其麦克风阵列中的阵元数量。由于现有声学成像仪为手持式成像仪，其尺寸规格不大，为此其能够安装的麦克风阵元数量也有限。当对远程平面波声源进行定位时，其声源位置定位效果不佳。

考虑到该成像技术能够合成虚拟大孔径的基阵，即能够形成超过实际阵元数量的虚拟阵元数量，这样在不改变手持式成像仪尺寸规格下就能实现更高精度的检测。为此，申请人提出了在先申请“CN2022102440176，基于合成孔径的多阵元超声波声源三维成像方法及系统”，该方法包括步骤：S1、以第一预设距离为步长，标定多个与麦克风阵列平行的虚平面；S2、选择其中一个虚平面，麦克风阵列成像仪在该虚平面上按预设轨迹移动第二预设距离；S3、分别基于移动过程中的多个位置处麦克风阵列成像仪接收到的声源信号形成多个波束；S4、基于形成的多个波束进行声源成像，并记录该虚平面成像热力图的最大值；S5、重复步骤S2-S4，直至完成所有虚平面成像热力图的最大值记录；S6、比较所有虚平面成像热力图的最大值大小，选取最大数值对应的成像热力图作为声源三维成像图。该发明采用了被动式合成孔径成像（区别于现有主动式合成孔径成像，其不需要发射信号）。该发明虽然将合成孔径应用于声成像领域，使得在不增加麦克风数量的情况下，提高了信号信噪比和成像清晰度，但是其在移动过程中获得多个波束后，通过成像热力图取最大值的方式来确定最终声源三维成像图，而此简单便捷的择取方式使得空间分辨率不够高，低频旁瓣较多，声学成像精准度不够高。

针对此问题，申请人进一步改进其声学成像方法，从算法层面抑制低频旁瓣，以提高声成像精度。

发明内容

本发明旨在解决现有合成孔径方案空间分辨率不够高、低频旁瓣较多的问题，故此，提出一种合成孔径声学成像方法，以提高信号信噪比和声学成像精度。

本发明提供一种合成孔径声学成像方法，包括：

步骤S01，接收声学探测设备沿垂直声源方向移动时多个位置采集的声信号，并基于每个位置采集的声信号构建对应位置的基准声阵列；

步骤S02，基于每个位置的基准声阵列，按照阵列中阵元接收频率扩展虚拟阵元，以形成每个位置的虚拟声阵列；