[發明專利]一種基于脈沖對發射的目標聲成像及測速方法與系統

有效

• 申請號: 201910645334.7
• 申請日: 2019-07-17
• 公開（公告）號: CN110456362B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 李朝暉;崔健
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S15/58
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 俞達成

1.一種基于脈沖對發射的目標聲成像及測速方法，包括：

1)將信號發生器產生的脈沖對信號，經過功率放大器施加在發射換能器上，向媒質中輻射聲波；

2)通過接收換能器陣列所有陣元接收輻射聲波在媒質中目標散射形成的回波信號，并將所有陣元接收通道的信號經多通道信號采集轉換為數字信號；

3)各接收通道數字信號經數字信號處理器進行延時疊加處理，完成對所有掃描波束的計算，得到波束形成；

4)根據波束形成結果，獲得目標所在體像素的徑向速度估計以及掃描聲圖像，其中通過以下步驟獲得目標所在體像素的徑向速度估計：

4.1)對波束形成結果中波束指向角(θ_ap,θ_eq)方向波束的實信號進行正交解調，獲得基帶復信號；

4.2)根據基帶復信號，用時間窗口截取包含第i個目標所在區間回波的時域復信號片段；

4.3)計算接收換能器陣列中陣元與位于(θ_ap,θ_eq)方向波束中，且在距離為r₀處體像素內的第i個點目標之間的時間延遲關系；

4.4)將時域復信號片段代入時間延遲關系，并求取自相關函數；

4.5)依據自相關函數在時間間隔T處的相角，得到第i個點目標的體像素的徑向速度估計；

4.6)重復步驟4.1)-4.5)，獲得目標所在體像素的徑向速度估計。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的脈沖對信號由兩個相同且且時間間隔為T的單脈沖信號組成；所述單脈沖信號為時域的窄脈沖信號，或經過脈沖壓縮實現時域窄脈沖的時域編碼信號；所述發射換能器包括單個換能器、發射換能器陣。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收換能器陣列所有陣元接收通道接收到的同一點狀目標的散射幅度相同。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的波束是在二維方向上掃描的。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述聲圖像通過以下步驟獲得：

1)提取波束的時域信號包絡，完成對所有掃描波束的計算，得到脈沖對掃描聲圖像；

2)對所述的脈沖對掃描聲圖像的圖像失真進行校正，并顯示校正后聲圖像。

6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，采用解卷積方法，通過過門限判決，獲得目標所在的像素集合，實現所述校正；所述的門限是通過計算本底圖像灰度均值獲得。

7.一種基于脈沖對發射的目標聲成像及測速系統，包括信號發生器、功率放大器、發射換能器陣列、多通道信號采集器、數字信號處理器、波束形成模塊、速度估計模塊和圖像顯示模塊，其中：信號發生器模塊用以產生一組脈沖對信號；經功率放大器施加在發射換能器陣列上，以向媒質中輻射聲波；接收換能器陣列接收輻射聲波在媒質中目標散射形成的回波信號，并經多通道信號采集轉換為數字信號；波束形成模塊中的數字信號處理器處理數字信號，完成波束形成；速度估計模塊根據波束形成結果，得到目標所在體像素的徑向速度；圖像顯示模塊提取波束的時域信號包絡，完成對所有掃描波束的計算，獲得并顯示掃描聲圖像；通過以下步驟獲得目標所在體像素的徑向速度：

1)對波束形成結果中波束指向角(θ_ap,θ_eq)方向波束的實信號進行正交解調，獲得基帶復信號；

2)根據基帶復信號，用時間窗口截取包含第i個目標所在區間回波的時域復信號片段；

3)計算接收換能器陣列中陣元與位于(θ_ap,θ_eq)方向波束中，且在距離為r₀處體像素內的第i個點目標之間的時間延遲關系；

4)將時域復信號片段代入時間延遲關系，并求取自相關函數；

5)依據自相關函數在時間間隔T處的相角，得到第i個點目標的體像素的徑向速度估計；

6)重復步驟1)-5)，獲得目標所在體像素的徑向速度估計。

8.如權利要求7所述的系統，其特征在于，還包括圖像校正模塊，對所述聲圖像進行校正。