[發明專利]一種基于混合子空間投影的廣義旁瓣相消超聲成像方法

在審

• 申請號: 202011134409.4
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112120730A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 王平;李錫濤;柳學功;崔士剛;郝建國;鄒德遠;劉忠洋;張瑞;孟繁興;陳曦;田訓;梁家祺;王慧悅;武超;李倩文;閻鑫龍;陳靖翰
• 申請（專利權）人: 重慶大學;國網內蒙古東部電力有限公司檢修分公司
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00;G06F17/16
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.一種基于混合子空間投影的廣義旁瓣相消超聲成像方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟：

S1：對超聲陣元接收的回波信號進行放大、AD轉換和延時聚焦處理，得處理后的超聲回波信號；

S2：將接收陣列依次劃分為具有重疊陣元的子陣，然后對相應子陣的回波信號進行前后向平滑和對角加載處理，獲得樣本協方差矩陣；

S3：對樣本協方差矩陣進行特征分解，并依據樣本協方差矩陣的特征值大小以及廣義旁瓣相消器的期望方向向量與樣本協方差矩陣的特征矢量相關性，共同構造混合信號子空間；

S4：將廣義旁瓣相消器的期望方向向量投影到混合信號子空間的左奇異空間，并基于改進后的期望方向向量構造新的阻塞矩陣；

S5：利用改進后的期望方向向量和新的阻塞矩陣進行廣義旁瓣相消自適應波束形成；

S6：將廣義旁瓣相消波束形成后得到的權值投影到混合信號子空間進行修正；

S7：利用修正后的權值對超聲陣列回波信號進行加權求和，得到最終的自適應波束合成信號。

2.根據權利要求1所述的廣義旁瓣相消超聲成像方法，其特征在于，步驟S2中，得到樣本協方差矩陣的具體步驟包括：

S21：把N個陣元依次劃分為陣元數目為L的子陣，并分別計算各個子陣的樣本協方差矩陣R_l(k)，然后根據以下公式計算前向估計協方差矩陣

其中，表示第k個采樣時刻下第l個子陣的聚焦后的超聲回波數據，即為第l個子陣的前向輸出向量；的共軛轉置，[·]^T表示轉置運算；

S22：通過下式計算得到后向估計協方差矩陣

其中，表示第l個子陣的后向輸出向量，表示的共軛轉置；

S23：通過以下計算公式計算前向估計協方差矩陣和后向估計協方差矩陣的求和平均，得到前后向估計協方差矩陣

S24：通過以下計算公式對前后向估計協方差矩陣進行對角加載，得到對角加載后的樣本協方差矩陣

其中，Δ為空間噪聲與信號功率之比，為信號的等效功率，I為單位矩陣。

3.根據權利要求1所述的廣義旁瓣相消超聲成像方法，其特征在于，步驟S3中，構造混合信號子空間的具體步驟包括：

S31：通過下式對進行特征分解：

其中，λ_i為的特征值，e_i為λ_i對應的特征向量，為e_i的共軛轉置，特征向量矩陣E＝[e₁…e_N]；E^H為E的共軛轉置，特征值矩陣Λ＝diag[λ₁…λ_N]；

S32：基于樣本協方差矩陣特征值大小構造期望閾值信號子空間EA_s；

S33：基于樣本協方差矩陣的特征矢量與廣義旁瓣相消器的期望方向向量的相關性構造基于相關性的信號子空間Ep_s；

S34：得到兩次分解的信號子空間EA_s和Ep_s后，將二者拼接，得到最終的混合信號子空間：E_mix-s＝[EA_s Ep_s]＝[ea₁,ea₂,…,ea_H,ep₁,ep₂,…,ep_Z]。