[發明專利]一種基于特征結構的廣義旁瓣相消超聲成像波束合成方法

有效

• 申請號: 201510410102.5
• 申請日: 2015-07-07
• 公開（公告）號: CN104970831B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 王平;程娜;龔志輝;李娜;潘震;杜煒;李剛建
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種基于特征結構的廣義旁瓣相消超聲成像波束合成方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：對超聲陣元接收的回波信號進行放大處理與AD轉換，以獲得超聲成像所需的回波數據；

步驟二：將接收陣列依次劃分為具有一個重疊陣元的子陣，然后對相應劃分子陣接收的回波信號進行前向平滑處理，以獲得樣本協方差矩陣；

步驟三：對樣本協方差矩陣進行對角加載，以獲得前向空間協方差矩陣估計；

步驟四：將空間協方差矩陣估計與方向向量結合，計算得到自適應波束加權矢量；

步驟五：根據最小方差準則，構造廣義旁瓣相消器，將加權矢量進行分解以獲得自適應與非自適應兩部分加權矢量；

步驟六：對空間協方差矩陣估計進行特征分解，構建特征閾值信號子空間；

步驟七：將整體的加權矢量投影到特征閾值信號子空間的左奇異矢量空間中，得到新的自適應波束加權矢量；

步驟八：最后利用投影所獲得的加權矢量與陣元回波數據進行點乘運算得到超聲成像的波束合成數據；

在步驟二中，具體包括以下步驟：

1)令步驟一中得到的聚焦延時后的超聲回波信號為x(k),表示為x(k)＝[x₁(k),x₂(k),…,x_N(k)]，其中，N表示超聲陣列的陣元個數，k表示對應于深度的采樣時刻；

2)把N陣元陣列依次劃分為具有一個重疊陣元的L個子陣，分別計算各個子陣的樣本協方差矩陣R_l(k)，然后計算所有子陣的樣本協方差矩陣的平均公式如下：

R~(k)=1N-L+1Σl=1N-L+1Rl(k)=1N-L+1Σl=1N-L+1xdl(k)xdl(k)H]]>

公式中為第l個子陣的輸出向量，表示的共軛轉置；

在步驟三中，通過下列公式對平均的樣本協方差矩陣進行對角加載得到對角加載后的前向空間協方差矩陣估計R_DL；

R~DL=R(k)+γI]]>

其中，Δ為加入的空間噪聲與信號功率比，為接收信號的等效功率，I表示單位矩陣；

在步驟五中，根據如下步驟構造廣義旁瓣相消器，獲得分解的自適應與非自適應加權矢量：

1)先通過最小方差原理計算自適應加權矢量w為：

w=R~DL-1aaHR~DL-1a]]>

其中，a為方向向量，表示前向空間協方差矩陣估計R_DL的逆運算；

2)構造與此解等效的廣義旁瓣相消器，將加權矢量w分解成自適應與非自適應加權矢量部分：

w＝w_q-Bw_a s.t B^Hw_q＝0

其中，w_q為非自適應權矢量，位于約束子空間中，對應的加權系數全部為1；w_a＝(B^HRDLB)^-1B^HR_DLw_q為自適應權矢量，B矩陣為L×(L-1)阻塞矩陣，根據約束條件B^Hw_q＝0計算獲得，B^H是B矩陣的共軛轉置；

在步驟六中，根據如下步驟得到特征閾值信號子空間：

對前向空間協方差矩陣估計R_DL進行特征分解，并且將得到的特征值λ_i從大到小排列，計算相鄰兩個特征值的比值λ_i/λ_i+1，當比值大于設定閾值T_h時，則構成特征閾值信號子空間R_s＝[a₁,a₂,…a_i,a_i+1]，否則，R_s＝[a₁,a₂,…a_i]，其中a_i為相應特征值λ_i對應的特征向量，其余特征向量構成干擾信號子空間。