[發(fā)明專利]一種超聲相控陣關(guān)聯(lián)成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910772193.5
• 申請日: 2019-08-21
• 公開（公告）號: CN110441780B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任新敏;張欽偉;于永河;顧永建;李文東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89
• 代理公司: 重慶敏創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50253
• 代理人: 陳千

1.一種超聲相控陣關(guān)聯(lián)成像方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：聲吶陣列發(fā)出超聲波并構(gòu)造產(chǎn)生具有一定指向性的空間隨機(jī)輻射聲場，輻射到探測目標(biāo)處，產(chǎn)生聲壓為：式中，r_s為聲源s的位置，|r-r_s|為聲源到探測目標(biāo)的距離，c為聲波傳播速度，t為時間，所述聲壓P(r,t)與所述探測目標(biāo)相互作用后，產(chǎn)生散射聲場，其散射聲波的聲壓為：p^sca(r,t)＝p(r,t)σ(r)，式中，σ(r)為目標(biāo)后向散射系數(shù)，所述散射聲波經(jīng)傳播到達(dá)聲吶接收處的回波信號聲壓為：式中，s₀代表接收聲吶，r₀為接收聲吶的位置；

其中，所述空間隨機(jī)輻射聲場由二維平面超聲相控陣聲吶構(gòu)造產(chǎn)生，所述二維平面超聲相控聲吶被劃分成多個隨機(jī)初相位的信號子陣，各子陣內(nèi)陣元按照常規(guī)的多波束合成技術(shù)形成統(tǒng)一指向的波束，各子陣之間疊加一個充分獨(dú)立的相位，空間任意一點(diǎn)的聲場是所有子陣產(chǎn)生聲場的非相干疊加，從而保證構(gòu)造出既具有一定指向性又具有空間隨機(jī)漲落的輻射聲場；所述聲吶陣列共有MK×NL個聲吶單元，該陣列被劃分為M×N個子陣，每個子陣包含K×L個陣元，設(shè)參考單元(0,0)在O處，X方向和Y方向陣元長度分別為l_x和l_y，間隙寬度分別為g_x和g_y，聲吶單元間距分別為s_x和s_y，則s_x＝l_x+g_x，s_y＝l_y+g_y，以(q,i)坐標(biāo)對各個單元進(jìn)行標(biāo)記，其中q為X方向上陣元的標(biāo)號，i為Y方向上陣元的標(biāo)號，即：

第(q,i)陣元坐標(biāo)位置為R_(q,i)＝qx+iy，其中_x和y分別表示X方向和Y方向的單位矢量；

S2：通過發(fā)射Q次隨機(jī)輻射聲場，以獲得Q次樣本，將輻射聲場的Q次樣本與Q次接收到的散射聲場進(jìn)行一階關(guān)聯(lián)，得到目標(biāo)后向散射系數(shù)：即為關(guān)聯(lián)處理的成像結(jié)果，其中P^*為P的復(fù)共軛，其中，所述探測目標(biāo)處的隨機(jī)輻射聲場滿足時間與空間的不相關(guān)性，即：R(r_n,t_n；r_m,t_m)＝∫P_n(r_n,t_n)P_m(r_m,t_m)dtdr＝δ(r_n-r_m)δ(t_n-t_m)，式中，r_m、r_n為波束內(nèi)空間任意兩點(diǎn)，t_m、t_n為任意兩個時刻，P_m(r_m,t_m)為波束內(nèi)空間點(diǎn)r_m處t_m時刻的聲壓大小，P_n(r_n,t_n)為波束內(nèi)空間點(diǎn)r_n處t_n時刻的聲壓大小，R(r_n,t_n；r_m,t_m)表示相關(guān)系數(shù)；

所述二維平面超聲相控聲吶遠(yuǎn)場聲壓為：

式中，B(x,y,z)為空間中任意位置矢量，ρ為液體密度，c為波速，λ_B為液體體積模量，ν₀(ω)為聲吶陣元內(nèi)空間平均分布速度，k₀＝2π/λ為波數(shù)，為角頻率，l_x為x方向陣元長度，l_y為y方向陣元長度，表示單陣元的指向，聲場偏轉(zhuǎn)角方向為為球坐標(biāo)系下的偏轉(zhuǎn)角，Δφ_m,n(t)為子陣額外疊加的隨機(jī)相位，其隨機(jī)相位服從均勻分布Δφ_m,n(t)～(0,2π)，x方向的聲吶單元間距為s_x，y方向的聲吶單元間距為s_y，s_x＝l_x+g_x，s_y＝l_y+g_y，g_x為x方向的聲吶單元間隙寬度，g_y為y方向的聲吶單元間隙寬度，聲吶陣列共有MK×NL個聲吶單元，該陣列被劃分為M×N個子陣，每個子陣包含K×L個陣元；

所述隨機(jī)輻射聲場綜合方向指向性為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣關(guān)聯(lián)成像方法，其特征在于，采用偽逆算法進(jìn)行所述超聲相控陣關(guān)聯(lián)成像的數(shù)值仿真，以論證超聲相控陣關(guān)聯(lián)成像方法的可行性。