[發明專利]一種基于信息融合的超聲相控陣方法

有效

• 申請號: 201410082361.5
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103870686A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 詹湘琳;蔡玉杰;劉岱;劉濤
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 莫琪

技術領域

?????本發明屬于超聲信號處理領域，特別涉及一種基于信息融合的超聲相控陣方法。

背景技術

超聲相控陣技術于上世紀八十年代被提出，初期主要應用于醫學超聲成像診斷。近年來國內外超聲相控陣技術發展很快，在醫學診斷和工業檢測等方面的研究很受歡迎。另外，在相控陣的系統設計、系統的模擬以及實際應用等方面也有所進展，相控陣技術開始走向數字化。隨著超聲相控陣技術越來越受人們的重視，也出現了以下難點：超聲相控陣各陣元得到的回波信息具有不同的信號特征，單個信息不能夠全面描述被測體；超聲波在復合材料中幅值衰減大，所以超聲陣列得到的回波幅度很小，后續信息不容易處理；當多個陣元同時發射時，各陣元的發射波、回波之間會發生干涉作用，當各波相位不同時，信號強度會減弱。

根據上述技術難點，中國發明專利申請號200810140346.6采用D一S證據理論融合算法對超聲相控陣多個陣元得到的信息進行數據融合，對數字信號處理器DSP數據融合模塊數據的特征描述更加準準確。然而，證據理論具有很強的主觀性，不區分不確定數據信息和不知道的信息，往往會把不知道的信息認為成是等可能得信息。中國發明專利申請號201210334509.0采用反向傳播神經網絡（BP）對相控陣各陣元采集的信息進行處理分析，高效完成凸優化處理。由于在網絡訓練期間，當權值改變時，會出現圍繞最佳解的振蕩情況，因此BP算法不能在訓練期間實現全局誤差最小，只可保證實現局部誤差最小。中國發明專利申請號97109099.8采用傅里葉變換對超聲信號進行頻譜分析；中國發明專利申請號200410011403.2通過提升小波包變換對超聲信號進行濾波，然后利用希爾伯特變換和正交解調方法對濾波信號進行聯合時頻分析提取信號在不同頻率段的信息特征。但以上這些特征提取方法都是基于希爾伯特變換和傅里葉變換，所以特征提取速度慢，而又由于相控陣超聲信號是一種非穩態的時變信號，不滿足傅里葉變換的條件，不能準確反映超聲信號的特征。我們要嚴格控制各相鄰發射陣元之間具有恒定的相位差，通過硬件實現成本很高，比較困難，我們可以用軟件來實現，本發采用信息融合技術來解決上述難點。

信息融合（Information?Fusion,或稱為數據融合Data?Fusion)是電子戰、機器人、系統導航、柔性制造、故障診斷以及數字圖像處理等領域的一個重要的課題。多傳感器信息融合是一種處理多個或多類傳感器系統的新方法,又可被稱為多元合成、多源關聯、混合傳感器或多傳感器融合等，但是有一種更廣泛的說法，即多傳感器信息融合，簡稱為信息融合。它減少了單一傳感器的信息盲區，提高了多源信息處理結果的質量，有利于檢測人員對檢測情況做出更好的判斷和決策。目前，尚沒有把信息融合技術用于研究超聲相控陣的相關文獻和實際應用系統。將兩者集合，可以更加靈活而有效地控制聲束，所以，選擇最優信息融合算法運用于實際超聲相控陣系統具有廣闊的應用和發展前景。因此，本發明采用信息融合技術領域中的其他方法來解決超聲相控陣檢測中信號處理方面存在的技術難點的可能性。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種基于信息融合的超聲相控陣方法，該方法能夠提高各超聲相控陣陣元所采集信息的利用率，能夠得到對現實環境更為準確、可靠的描述。

?????本發明是通過下述技術方案加以實現的，一種基于信息融合的超聲相控陣方法，其特征在于，包括以下步驟：

???（一）超聲相控陣探頭的各個陣元依次單獨采集信號，每個陣元采集到的所有信號組成一個數組，得到多個數組；

??（二）分位圖法的建立

???1）各陣元采集得到的信號組成的各數組元素都由小到大排列，求出每個數組的中位數M、上四分位數F1、下四分位數F2；

???2）求出信號保留區間（P1，P2），其中dF=F2-F1，P1=F1-a/2*dF，P2=F2+a/2*dF，其中a為經驗值常數；各數組元素在區間內的保留，在區間外的剔除，得到比原來數組元素個數少的新數組，數組的大小就是最佳融合數；

???（三）貝葉斯估計的建立