[發明專利]一種基于貪婪算法的相控陣超聲信號重構優化方法

在審

• 申請號: 201710005147.3
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN106841402A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 白志亮;陳世利;肖啟陽;賈樂成;曾周末
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 李林娟

1.一種基于貪婪算法的相控陣超聲信號重構優化方法，其特征在于，所述信號重構優化方法包括以下步驟：

搭建超聲相控陣缺陷檢測系統，獲取經由被測試件的缺陷位置反射的超聲回波，并提取A掃信號；

采用正交基對A掃信號進行稀疏變換，并通過計算稀疏度來選取最優稀疏基；

根據最優稀疏基，采用匹配追蹤、正交匹配追蹤、正則化的正交匹配追蹤、逐步正交匹配追蹤、壓縮采樣匹配追蹤對超聲相控陣信號分別進行重構；

計算不同壓縮率下使用上述五種貪婪重構算法的超聲相控陣信號重構誤差并根據結果選擇最優算法；

將最優算法的結果與傳統的小波壓縮結果相比較，驗證算法的適用性。

2.根據權利要求1所述的一種基于貪婪算法的相控陣超聲信號重構優化方法，其特征在于，所述超聲相控陣缺陷檢測系統包括：依次電連接的上位機、超聲相控陣檢測儀、以及超聲相控陣探頭。

3.根據權利要求1所述的一種基于貪婪算法的相控陣超聲信號重構優化方法，其特征在于，所述采用正交基對A掃信號進行稀疏變換，并通過計算稀疏度來選取最優稀疏基的步驟具體為：

采用介于L1范數和L2范數之間的公式定量描述各稀疏變換的稀疏度；

對A掃信號進行離散傅里葉變換得到X(k)，進行離散余弦變換得到D(k)，并計算相應的稀疏度；使用四層分解的sym4小波基對x(n)進行離散小波變換得到WT_f(m,n)，并計算其稀疏度；

選取常見的db,sym,bior,rbio和coif家族共54種小波基對A掃信號進行分解，分解層數設定為2到6層，根據稀疏度計算結果選取最優稀疏基。

4.根據權利要求1所述的一種基于貪婪算法的相控陣超聲信號重構優化方法，其特征在于，所述根據最優稀疏基，采用匹配追蹤對超聲相控陣信號進行重構的步驟具體為：

獲取矩陣A中相應列矢量的系數n_k，從矩陣A中選取列向量a_n，使其與殘差具有最高的相關性；

更新重建目標信號；更新殘差，迭代重復，更新殘差值；返回重構信號s₁。

5.根據權利要求1所述的一種基于貪婪算法的相控陣超聲信號重構優化方法，其特征在于，所述根據最優稀疏基，采用正交匹配追蹤對超聲相控陣信號進行重構的步驟具體為：

從矩陣A中選取列向量a_n，使其與殘差具有最高的相關性，記錄相關系數n_k；計算當前列向量下的最佳近似系數；

迭代重復，更新殘差值，返回重構信號s₂。

6.根據權利要求1所述的一種基于貪婪算法的相控陣超聲信號重構優化方法，其特征在于，所述根據最優稀疏基，采用正則化的正交匹配追蹤對超聲相控陣信號進行重構的步驟具體為：

計算相關系數u，從u中尋找K個最大值所對應的索引位置，將其存入索引集J中；K為稀疏度值；

使用正則化方法進行二次篩選，選擇能量最大的一組相關系數對應的原子索引值存入J₀中，J₀為集合J的第一個元素；

令Ω＝Ω∪J₀，更新支撐集A_Ω；使用最小二乘法進行信號逼近及殘差更新；Ω為索引集；

重復上述步驟直到|Ω|≥2K，返回重構信號s₃。

7.根據權利要求1所述的一種基于貪婪算法的相控陣超聲信號重構優化方法，其特征在于，所述根據最優稀疏基，采用逐步正交匹配追蹤對超聲相控陣信號進行重構的步驟具體為：

設立軟閾值并計算該閾值下的原子集合J_k＝{j:|C_k(j)|＞t_kσ_k}，其中閾值參數2≤t_k≤3；C_k(j)表示臨時索引集合C_k中的第j個元素；r_k-1為殘差值；m為測量矩陣Φ的行數；

計算逼近系數向量，更新殘差值，返回重構信號s₄。