用于处理多普勒测量信号的仪器和方法

专利名称：用于处理多普勒测量信号的仪器和方法
技术领域：
本发明涉及多普勒(Doppler)测量的领域，并且特别地涉及处理多普勒测量信号。
背景技术：
存在通过发射超声载波信号来測量流体速度的仪器，所述超声载波信号在流动的液体中或在其上所携帯的颗粒物质处产生回波并且在其平均频率由于多普勒效应而发生偏移的情况下返回。其他仪器使用微波能量，并且据信经多普勒偏移的返回能量是由于Bragg散射而导致的。这种仪器的一种常见用途是测量如例如废水收集下水道中的开放通道流。这种类型的仪器通过所观测到的多普勒频移来估计流体速度。多普勒偏移可以包括由于物体朝向或远离多普勒发送器设备的运动而导致的反射信号相对于原始发送信号的频率偏移。随后可以对多普勒偏移进行处理以确定速度。此夕卜，反射信号的频率改变可以被用来确定所述物体的运动方向，即朝向或远离所述多普勒 測量设备。在測量流体流中，可以使用通过流体发送的连续或脉冲波来測量多普勒偏移，以便检测所述流体流的流体速度。因此可以从流体内发送所述波，包括平行于流体表面或者与流体表面成一角度进行发送。备选地，可以通过流体上方的空气发送微波无线电能量，其以锐角撞击到流体表面上。可以在反射自流体表面的能量中測量多普勒偏移。所述多普勒测量可以通过測量流体中的粒子或反射体(诸如杂质、气泡)的移动或者流体表面处的微波反射体的移动来检测并量化流体速度。存在各种用于处理返回信号的方法，但是大多数涉及某种类型的谱分析。通常把返回信号的归ー化功率谱密度(PSD)用作针对描述聚合粒子速度的概率密度函数(PDF)的替代。在某些仪器中，使用返回信号的幅值谱来代替功率谱。幅值谱和功率谱是两种类型的速度谱。然后使用所述速度谱来估计平均速度、峰值速度、最大似然速度或者与流有关的某种其他统计量。在返回信号被转换到数字形式的情况下，众所周知的是使用经平滑或经平均的周期图来进行所需的谱分析。进行平滑和/或平均是为了减小/消除所计算的谱中的噪声和异常值尖峰。通过使用快速傅立叶变换(FFT)来改进计算效率。因而在离散的频率或単元(bin)集合下估计速度谱。后端算法处理所述单元值以获得所期望的流统计量。从前面将理解，常见的做法是在频域中分析反射信号并且频域分析在估计和处理速度谱中是至关重要的。在不同于载波频率的频率下的频域分析将掲示出代表来自流体的反射中的多普勒偏移的多普勒测量响应幅度。所述流体速度与反射载波中的多普勒偏移的数量有关，其中大的流体速度将导致与载波频率的大偏移距离。反射(和偏移)载波关于原始载波频率的位置与流体流的速度和方向有夫。如图2中所示，两侧速度谱常常将包含两个明显峰值。中心峰值与未经多普勒偏移的载波能量关联。在两侧的情况下，载波峰值处于中心。对于ー侧谱，载波峰值通常处在谱的左側。由于来自静止物体(诸如流通道边界或其他边界表面)的串扰与反射的某种组合，载波能量存在于返回信号中。载波峰值经常将是速度谱中的最高峰值并且将比较窄。另ー个峰值将代表获得自(并且代表)流体流的測量反射。该峰值的位置将取决于所述流体流的速度和方向。相反方向上的流体流将处于所述中心峰值的另ー侧。在任一种情况下，更快的流体流将总是被定位更加远离载波峰值。许多仪器利用ー侧速度谱。在这些仪器中，不管实际的流方向如何，载波峰值可能处于谱的最左边缘并且流峰值将处于其右側。然而，在处理多普勒测量信号以便生成流体速度測量中有一些困难。例如，在任何測量系统中将总是存在噪声。此外，由于所述单元值的“长尾”统计量，所述傅立叶变换本身易于出现乱真频率尖峰。因此，在所得到的频谱中通常将有噪声伪信号(artifact)。此外，所述多普勒发送器可能接收到反射自其他物体的波，诸如反射自流通道的侧面或边界、流内的静止物体等等的信号。此外，原始发送的载波将立即被所述多普勒仪器接收到并且将呈现在频域中且基本上处于可能在频谱中居主导地位的载波频率的、非常强的反射信号。这些各种伪信号可能使得难以辨别所期望的多普勒速度測量。所有这些各种伪信号都需要被检测到并且/或者被从信号中去除，以便确保所得到的速度測量是精确的。 在图2中可以观察到,所估计的速度谱具有非零本底噪声(noise floor)。噪声可能干扰对感兴趣的统计量或测量的确定。例如，由于邻近频率单元中的噪声而难以确定最大流速度。对平均速度的计算受到噪声和载波峰值二者的破坏。因此，期望的是在计算感兴趣的流统计量之前从所估计的谱中去除噪声和串扰。在现有技术中，授予Nabity等人的美国专利号5，557，536公开了ー种使用浸没的超声换能器来获得经多普勒偏移的返回信号的流測量系统。使用载波速率下的复采样对返回信号进行数字化，并且借助于FFT对合成的样本进行处理以获得所估计的多普勒谱。在Nabity中所采用的统计量是明显作为功率谱的矩心的“平均速度”，其中对所述频率单元进行处理以便确定整个结果(可能包括乱真信号)的矩心。这与Nabity的早前专利(美国专利号5，371，686)形成对比。早前Nabity专利中的权利要求与对反射载波的幅值谱的使用一致。在现有技术中，授予Byrd的美国专利号5，821，427公开了ー种使用浸没的超声换能器来获得经多普勒偏移的返回信号的流測量系统。借助于FFT计算ー侧谱估计。所采用的技术是最大速度，并且所述后端算法尝试通过对功率谱的最小平方曲线拟合来改进该技术的估计。在现有技术中，授予Bailey的美国专利号5，315，880公开了ー种在开放通道的顶表面处投射微波雷达能量的流測量系统。经多普勒偏移的微波能量被反射回到雷达速度传感器。本领域的技术人员将认识到，可以通过Bailey来測量速度谱并且可以对所得到的速度谱的单元值进行处理以便导出与流速度有关的某种统计量。在现有技术中，授予Marsh的美国专利号5，811，688公开了ー种与由Bailey所描述的仪器类似的仪器。已知该仪器使用ー侧FFT。尽管所述仪器诊断和手册明确表明了(make it clear that)使用ー侧FFT技术,但是该专利没有公开如何获得多普勒估计。在现有技术中，授予Heckman的美国专利号5，421，211公开了被设定为比谱最大值低40dB的静噪(squelch)阈值。这样做大概是希望在随后计算之前去除噪声。在现有技术中，授予Petroff的美国专利号5，226，328公开了在两侧FFT上使用平滑。然而，没有有益地利用FFT的两侧性。在被全文合并在此以作參考的授予Petroff的美国专利号7，672，797中公开了ー种为了建立流的方向并且产生在随后阈值化(thresho I ding )中使用的噪声估计而使用两侧多普勒测量谱的非流侧的方法。然而，该专利没有如本专利申请提供的那样解决去除基本上対称的谱伪信号的问题。此外，该专利没有如本专利申请提供的那样教导对阈值化的对称应用。

发明内容
在本发明的一方面中，一种仪器包括
被配置成接收多普勒测量信号的接ロ ；以及
耦合到所述接ロ并且接收所述多普勒测量信号的处理系统，其中所述处理系统被配置 成从所述多普勒测量信号生成包括多个离散频率单元的两侧速度谱，其中所述两侧速度谱区分谱元素；并且针对多个局部门阈值处理ー个或更多速度谱单元对，其中所述ー个或更多速度谱单元对关于一个或更多载波单元基本上对称地定位，并且其中针对所述多个局部门阈值当中的相应的局部门阈值处理每ー个速度谱单元对。优选地，所述处理系统还被配置成针对全局静噪阈值处理所述ー个或更多速度谱单元对，其中如果单元对的两个单元幅度都小于所述全局静噪阈值，则所述单元对的两个单元幅度都被置零，并且其中如果单元对当中的至少ー个単元幅度超出所述全局静噪阈值，则所述单元对的两个单元幅度都未改变。优选地，所述处理系统还被配置成针对全局静噪阈值处理所述ー个或更多速度谱单元对，并且其中如果所述全局静噪阈值大于所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值，则用该全局静噪阈值来替代该局部门阈值。优选地，所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值是单元对的左和右単元幅度当中的较小值。优选地，所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值是从单元对的左和右単元幅度当中的较小单元幅度导出的，其中把所述较小単元幅度乘以预定乘数因子k以形成所述局部门阈值。优选地，所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值是从单元对的左和右単元幅度当中的较小单元幅度导出的，其中还将所述局部门阈值与一个或更多预定的附近局部门阈值的加权值进行平均。优选地，单元对当中的较小单元幅度被置零，并且其中如果较大单元幅度超出所述局部门阈值，则该较大单元幅度未改变。优选地，单元对当中的较小单元幅度被置零，并且其中如果较大单元幅度超出所述局部门阈值，则将该较大単元幅度减小该较小单元幅度。优选地，如果单元对的两个单元幅度都小于所述局部门阈值，则所述单元对的两个单元幅度都被减小或置零。优选地，所述处理系统还被配置成根据孤立(isolated)単元去除规则将孤立単元置零。在本发明的一方面中，一种用于处理多普勒测量信号的方法包括从所述多普勒测量信号生成包括多个频率単元的两侧速度谱，且其中所述两侧速度谱区分谱元素；以及
针对多个局部门阈值处理ー个或更多速度谱单元对，其中所述ー个或更多速度谱单元对关于一个或更多载波单元基本上对称地定位，并且其中针对所述多个局部门阈值当中的相应的局部门阈值处理每ー个速度谱单元对。优选地，还包括针对全局静噪阈值处理所述ー个或更多速度谱单元对，其中如果单元对的两个单元幅度都小于所述全局静噪阈值，则所述单元对的两个单元幅度都被置零，并且其中如果单元对当中的至少ー个単元幅度超出所述全局静噪阈值，则所述单元对的两个单元幅度都未改变。优选地，还包括针对全局静噪阈值处理所述ー个或更多速度谱单元对，并且其中如果所述全局静噪阈值大于所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值，则用该全局静噪 阈值来替代该局部门阈值。优选地，所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值是单元对的左和右単元幅度当中的较小值。优选地，所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值是从单元对的左和右単元幅度当中的较小单元幅度导出的，其中把所述较小単元幅度乘以预定乘数因子k以形成所述局部门阈值。优选地，所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值是从单元对的左和右単元幅度当中的较小单元幅度导出的，其中还将所述局部门阈值与一个或更多预定的附近局部门阈值的加权值进行平均。优选地，单元对当中的较小单元幅度被置零，并且其中如果较大单元幅度超出所述局部门阈值，则该较大单元幅度未改变。优选地，单元对当中的较小单元幅度被置零，并且其中如果较大单元幅度超出所述局部门阈值，则将该较大単元幅度减小该较小单元幅度。优选地，如果单元对的两个单元幅度都小于所述局部门阈值，则所述单元对的两个单元幅度都被减小或置零。优选地，还包括根据孤立単元去除规则将孤立単元置零。在本发明的一方面中，一种用于处理多普勒测量信号的方法包括
从所述多普勒测量信号生成包括多个频率単元的两侧速度谱，且其中所述两侧速度谱区分谱元素；
针对全局静噪阈值处理一个或更多速度谱单元对，其中所述ー个或更多速度谱单元对关于ー个或更多载波单元基本上对称地定位；以及
针对多个局部门阈值处理所述ー个或更多速度谱单元对，其中针对所述多个局部门阈值当中的相应的局部门阈值处理每ー个速度谱单元对。优选地，还包括如果所述全局静噪阈值大于所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值则用该全局静噪阈值来替代该局部门阈值。优选地，还包括根据孤立単元去除规则将孤立単元置零。


相同的附图标记在所有附图上代表相同的兀件
图I示出了根据本发明的实施例的多普勒测量仪器。图2以图形形式示出了示例性多普勒测量响应的频率单元。图3A示出了硬阈值化操作之前的示例性单元对，其中左単元幅度小于阈值而右単元幅度超出所述阈值。图3B示出了所述单元对，其中左単元幅度已通过硬阈值化而被置零。图4A示出了软阈值化操作的第一实施例之前的示例性单元对，其中左单元幅度小于阈值而右单元幅度超出所述阈值。图4B示出了所述单元对，其中左单元幅度已被置零并且其中右单元幅度由于所述软阈值化而从中减去了较小单元幅度(b)。 图5A示出了软阈值化操作的备选第二实施例之前的示例性单元对，其中左单元幅度小于阈值而右单元幅度超出所述阈值。图5B示出了所述单元对，其中左单元幅度已被置零并且其中右单元幅度由于所述软阈值化而从中减去了所述阈值(t)。图6A示出了全局静噪阈值化操作之前的示例性单元对，其中左单元幅度和右单元幅度都小于所述全局静噪阈值。图6B示出了所述单元对，其中左単元幅度和右単元幅度都因为没有超出所述全局静噪阈值而已被置零。图7A示出了全局静噪阈值化操作之前的示例性单元对，其中左単元幅度小于所述全局静噪阈值而右単元幅度超出所述全局静噪阈值。图7B示出了未改变的所述单元对，因为所述全局静噪处理将不会把单个单元置零并且在所述单元对中产生不对称性。图8A示出了全局静噪阈值化操作之前的示例性单元对，其中左单元幅度和右单 元幅度都超出所述全局静噪阈值。图8B示出了未改变的所述单元对。图9A示出了局部门阈值化操作之前的示例性单元对，其中左単元幅度小于所述局部门阈值而右単元幅度较大。图9B示出了所述单元对，其中左(即较小)単元幅度因为没有超出所述局部门阈值
而被置零。图IOA示出了局部门阈值化操作之前的示例性单元对，其中左単元幅度小于所述局部门阈值而右单元幅度较大。图IOB示出了所述单元对，其中左単元幅度因为没有超出所述局部门阈值而被置零并且右单元幅度已被减小。图IlA示出了局部门阈值化操作之前的示例性单元对，其中左単元幅度和右単元幅度都小于所述局部门阈值。图IlB示出了所述单元对，其中左単元幅度因为没有超出所述局部门阈值而被置零并且右単元幅度也已被置零。图12示出了在确定并去除了所述ー个或多个载波频率单元之后的图2的频率单
J Li ο
图13示出了根据本发明的实施例的从所述多个频率単元的部分噪声去除的实例。图14是根据本发明的一种用于处理多普勒测量的方法的流程图。图15是根据本发明的一般处理流程图。图16是根据本发明的速度谱单元对处理流程图。图17是根据本发明的针对两侧速度谱的平滑处理流程图。图18是根据本发明的针对两侧速度谱的全局静噪阈值处理流程图。图19是根据本发明的针对两侧速度谱的全局静噪阈值处理流程图。

图20 Ca)是受噪声损害的示例性多普勒谱。图20 (b)是示出了孤立单元去除的谱。图20 (c)示出了ー种产生两侧多普勒谱的仪器可以区分负流与正流。图20 Cd)是示出了显著高于本底噪声的对称谱伪信号的谱。
具体实施例方式图I 一 20以及下面的描述描绘了具体实例以教导本领域的技术人员如何实现和使用本发明的最佳模式。为了教导发明原理，某些常规方面已被简化或省略。本领域的技术人员将认识到落在本发明的范围内的偏离这些实例的变型。本领域的技术人员将认识到，可以按照各种方式组合下面所描述的特征以形成本发明的多种变型。因此，本发明不限于下面所描述的具体实例，而是仅由权利要求书及其等价物限定。图I示出了根据本发明的实施例的多普勒测量仪器100。多普勒测量仪器100包括仪表电子装置110以及通过线缆107或其他信号传输设备而耦合到仪表电子装置110的传感器探头106。仪表电子装置110生成信号(即载波)，所述信号被发送到流体中并且适于获得由于所述流体和/或流体中的物体而导致的多普勒响应。传感器探头106可以被放置到流体或流体流中，并且可以为仪表电子装置110生成多普勒测量信号。仪表电子装置110接收并处理所述多普勒测量信号，以便生成诸如例如流体流速度之类的ー个或更多多普勒測量值。备选地，所述多普勒测量值可以包括任何方式的速度測量。所述流体可以包括任何方式的液体或气体。多普勒测量仪器100可以包括侵入式或非侵入式仪器，其中电磁波或声波与所测量的流体相互作用。多普勒测量仪器100可以附加地測量或确定诸如例如流体体积流率之类的其他流体特性，其中使用流体流速度来导出流体体积流率。仪表电子装置110包括接ロ 101和耦合到接ロ 101的处理系统112。接ロ 101被配置成接收来自传感器探头106的多普勒测量信号并且将其中继到处理系统112。此外，接ロ 101可以执行任何方式的预处理操作，诸如例如对所述測量信号进行数字化。此外，接ロ 101可以按照期望执行任何方式的前置放大或滤波。在某些情况下，前置放大和数字化功能可以驻留在所述传感器探头中。处理系统112被配置成接收来自接ロ 101的多普勒测量信号。处理系统112可以对经数字化的多普勒测量信号执行傅立叶变换，以便将所述測量信号从时域转换到频域中。处理系统112可以在处理任何速度谱单元对之前将所述两侧速度谱居中在一个或更多载波单元上。在某些实施例中，所述傅立叶变换处理可以执行所述居中。傅立叶变换可以包括快速傅立叶变换(FFT)或离散傅立叶变换(DFT)或者任何适当的傅立叶变换方法。傅立叶变换的输出处的复数通过取其幅值或平方幅值而被转换成实数。结果是包括多个离散频率单元的频谱。估计频谱的其他方法是可能的并且在本说明书和权利要求书的范围内。例如，可以使用滤波器组或者使用自回归移动平均(ARMA)建模或者其他參数化谱估计工具或例程来获得所述估计。可以按照需要或期望来选择频率単元的数目。所得到的频谱将包含获得自流体的多普勒测量响应，其中与原始(即载波)波形的多普勒偏移与流体的速度有夫。然而，所述频谱可能还表现出噪声伪信号和多余的信号反射。比较之下，大多数已知的现有技术似乎仅仅执行ー侧谱处理。在其中计算两侧速度谱的ー种情况中，没有有益地利用所述两侧速度谱以减小谱伪信号。现有技术需要単独的处理来确定流方向。现有技术甚至可能不确定流方向。现有技术采用常规静噪算法，其中将每ー个频率单元与静噪阈值进行比较，并且如果所述単元值小于该静噪阈值则将所述单元值去除。现有技术在确定多普勒反射信号之前或者在确定多普勒反射信号与载波的偏离距离之前不从信号単元中扣除噪声或载波泄漏。 相比之下，本处理使用两侧速度谱的两侧以便确定哪些频率単元包含有价值的信息以及哪些频率単元可以被减小或置零。这可以增强区分速度谱中的多普勒反射信号的能力。所述处理还可以用来减小总体计算时间。这有利地在低流速下提供更好的结果。其在多普勒反射信号靠近载波时提供更好的結果。因此，这里的处理可以更好地辨别多普勒反射与噪声和载波。虽然所述镜像阈值化算法集中于去除対称的谱伪信号，但是有可能待处理的谱还包含非対称的伪信号。这些可能是偶然不对称的噪声伪信号，或者它们可能是恰好非対称的失真和/或混叠伪信号。不管其来源如何，都期望的是去除这些伪信号。如果它们具有足够低的电平，则可以通过静噪处理将它们去除。常规静噪处理的麻烦在于其不是成对进行的，因此其实际上可能产生附加的不对称性，并且其有可能将破坏对于随后镜像阈值化步骤正确工作而言所需要的左右电平关系。使用局部门阈值的处理可以去除较大伪信号(假设它们是対称的话)，但是其带有更高的统计风险，因为所述局部门阈值是基于少得多的数据(在许多情况下是一个单元值)。因此可能最好的是保留该技术用于较大伪信号并且使用保持左右对称性的经修改的静噪算法来去除较小伪信号。图2以图形形式示出了示例性多普勒测量响应的频率单元。该图形示出了在对所述测量信号进行任何处理之前的多普勒测量响应。(O. O位置处的)最大频率单元是由多普勒传感器探头106接收并测量的载波反射。可以看到，所述载波在频谱中居主导地位。在载波右侧的大约I. O位置处可以看到多普勒响应(即经多普勒偏移的返回信号)。这些是仅有的两个有效响应，而剩余的频率单元仅仅包含噪声或其他伪信号。因为多普勒测量特征将只在载波单元的一侧出现，则可以将速度谱单元对中的较小幅度确定为噪声或伪信号而不是有效测量值。这可以在图中看到，其中在载波单元右侧的频率単元I. O到I. 3基本上包含多普勒测量值，而在左侧的相应的左频率单元-I. O到-I. 3只包含少量的噪声或伪信号。在某些实施方式中，可以将所述谱循环地旋转，其中载波位置例如处在最左侧单元中。诸如例如通过使用在MATLAB中可获得的“fftshift”函数，可以在处理之前将这些
单元重新排序。再次參照图I，存储系统120可以包括多普勒测量信号121、谱例程122、多个频率単元123、全局静噪处理例程124、局部门处理例程125、流统计量计算例程126、多个局部门阈值127、全局静噪阈值128以及孤立单元例程129。多普勒测量信号121例如可以包括接收自传感器探头106的測量信号。多普勒测量信号121可以包括一个或更多项模拟或数字流測量，诸如可以反映静止或移动物体的速度的多普勒频移測量。多普勒测量信号121通常包括经多普勒偏移的谱分量和静止谱分量。谱例程122从所述多普勒测量生成两侧速度谱。在某些实施例中，谱例程122可 以对多普勒测量信号121执行快速傅立叶变换(FFT)，但是也可以采用其他技术，如前面所讨论的那样。因此，谱例程122可以将所述多普勒测量转换成频域表示。所述频域表示可以包括预定频率范围或频带中的幅度集合。例如，谱例程122可以产生包括存储在所述多个频率単元123中的多个离散值的频率响应。随后可以使用全局静噪阈值和多个局部门阈值来处理所述多个速度谱单元对当中的至少一部分，如下面所讨论的那样。然而应当理解的是，附加阈值被设想并且在本说明书和权利要求书的范围内。所述多个频率单元123包括多个离散间隔的数字频率单元。所述多个频率单元123当中的每ー个単元可以存储数值幅度值，所述数值幅度值反映在速度谱的该特定频率范围内的返回信号的存在(和相对强度)或缺失。所述多个频率单元123可以按照期望包括任何预定数目的频率单元。在某些实施例中，处理系统112被配置成识别所述多个离散频率单元当中的ー个或多个载波単元(并因此识别载波位置)。所述载波将数字频谱划分成两侧频谱。所述两侧频谱包括多个左频率单元和多个相应的/匹配的右频率单元。所述两侧频谱包括区分谱元素的两侧速度谱。应当理解的是，在确定了载波单元之后，所述两侧频谱保持流方向信息。载波位置的确定实现了多普勒测量响应的辨别，并且可以从中提取出測量信号幅度。在许多实施例中，所述载波单元将具有固定位置。在某些实施例中，实际的载波位置处在两个单元中心中间，因此所述载波频率响应可能占据ー个或更多邻近频率单元。此外，多普勒测量响应的位置可以确定流方向。例如，如果所述測量信号位于载波频率单元的右侧，则流体正基本上朝向传感器探头106移动。如果流体正基本上远离从传感器探头106发送的射束或波移动，则多普勒测量响应将位于载波频率单元的左側。某些实施例可以反转该惯例。在某些实施例中，处理系统112被配置成从频谱中去除载波。在从所述多个离散频率单元当中确定了一个或更多载波单元之后，所述载波的幅度被减去或置零，以便去除载波。当然，应当标注或记录所述ー个或更多载波単元位置以用于其他处理操作。多普勒测量仪器100接收并处理多普勒测量信号以便产生多普勒测量。所述多普勒测量可以包括流体流速度。所述多普勒测量可以包括流体流方向。多普勒测量仪器100使用谱例程122来生成两侧速度谱。谱例程122还生成所述多个频率単元123和其中的幅度值。多普勒测量仪器100处理所述两侧速度谱以减小或消除噪声，其中随后由多普勒测量仪器100产生更好的多普勒测量。所述处理对对称频率单元进行操作。所谓对称是指ー对频率単元位于载波位置的左侧和右侧的等距离处。某些单元对可能包含在两个单元中具有基本上相等幅度的对称伪信号。这样的对称伪信号可能是由外部噪声、乱真反射等导致的。如果伪信号是非対称的并且因此仅存在于载波的ー侧，则其可能不可通过局部门处理而去除。相反，可以通过全局静噪处理来去除非対称的伪信号。但是如果所述伪信号是对称的并且存在于所述一个或多个载波単元的两侦牝则对称谱伪信号不携带速度信息并且可以从频谱的两侧删除，即从所述ー个或多个载波単元的任ー侧的相应单元中删除。因此，可以从频谱中消除非測量信息，从而使得对速度值的辨别更加容易并且更加精确。在某些实施例中，接ロ 101被配置成接收多普勒测量信号，并且处理系统112耦合到接ロ 101并且接收所述多普勒测量信号。处理系统112被配置成从所述多普勒测量信号 生成包括多个离散频率单元的两侧速度谱，其中所述两侧速度谱区分谱元素。处理系统112被配置成针对全局静噪阈值对所述ー个或更多速度谱单元对进行全局静噪处理，其中所述速度谱单元对关于一个或更多载波单元基本上对称地定位。处理系统112被配置成针对多个局部门阈值对所述一个或更多速度谱单元对进行局部门处理。针对相应的速度谱单元对处理所述多个局部门阈值当中的每ー个局部门阈值。所述处理优选地包括全局静噪阈值化和局部门阈值化。优选地，首先执行全局静噪阈值化，接着是局部门阈值化。然而，在备选实施例中可以首先进行局部门阈值化。在某些实施例中，在全局静噪阈值化和局部门阈值化之后可以是去除孤立単元的孤立単元去除处理。所述孤立単元去除可以去除由所述阈值化操作而留下或产生的孤立单
J Li ο多普勒测量仪器100执行全局静噪处理例程124以便对所述多个频率单元123执行全局静噪阈值化。全局静噪处理例程124可以产生全局静噪阈值128。处于所述两侧速度谱的ー侧的单元对或者其子集被用来生成所述全局静噪阈值。全局静噪处理例程124可以针对全局静噪阈值128处理所述多个频率单元123当中的左和右速度谱单元对。将单独的单元对与所述全局静噪阈值进行比较。所述全局静噪阈值化基于两个单元值的幅度相对于所述全局静噪阈值而接受或改变速度谱单元对。下面将结合图7 — 9以及图18和19来讨论所述全局静噪阈值化。多普勒测量仪器100执行局部门处理例程125以便对所述多个频率单元123执行局部门阈值化。局部门处理例程125可以产生所述多个局部门阈值127。局部门处理例程125可以针对所述多个局部门阈值127处理所述多个频率单元123当中的左和右速度谱单元对。所述局部门阈值化在単独的単元对上进行操作。每ー个单元对被用来产生该単元对的局部门阈值。将每ー个单元对与其局部门阈值进行比较，并且因此可以改变ー个或两个单元值。然而，由于可能已经发生了所述全局静噪阈值化，因此有可能速度谱单元对的左和右単元的值可能都已经是可忽略的。对于任一种阈值化，如果有ー个或多个单元未达到(fail)阈值，则可以采用硬阈值化或软阈值化。在优选实施例中，硬阈值化用于全局静噪阈值化，尽管在备选实施例中可以使用软阈值化。在优选实施例中，软阈值化用于局部门阈值化，尽管在备选实施例中可以使用硬阈值化。流统计量计算例程126可以使用各种测量、已知值以及所确定的值来计算流统计量。例如，在某些实施例中，流统计量计算例程126可以确定流体水平、流体流方向以及流体流速度。此外，在某些实施例中，流统计量计算例程126可以确定流体流率。应当理解的是，其他流体測量和流体特性被设想并且在本说明书和权利要求书的范围内。多普勒测量仪器100执行孤立単元例程129以便识别并处理所述多个频率単元123当中的任何孤立単元。孤立単元例程129可以检查每ー个単元以便找到孤立単元。孤立単元例程129可以处理被确定为孤立的単元。所述处理可以包括将被确定为孤立的任何単元置零。图3A示出了硬阈值化操作之前的示例性单元对，其中左単元幅度小于阈值而右単元幅度超出所述阈值。图3B示出了所述单元对，其中左単元幅度已通过硬阈值化而被置 零。所述硬阈值化操作将不改变右单元幅度，因为右单元超出所述阈值。在硬阈值化中，只有未达到所述阈值的単元被改变。所述阈值可以是全局静噪阈值或者局部门阈值。图4A示出了软阈值化操作的第一实施例之前的示例性单元对，其中左单元幅度小于阈值而右单元幅度超出所述阈值。图4B示出了所述单元对，其中左单元幅度已被置零并且其中右单元幅度由于所述软阈值化而从中减去了较小单元幅度(b)。图5A示出了软阈值化操作的备选第二实施例之前的示例性单元对，其中左単元幅度小于阈值而右单元幅度超出所述阈值。图5B示出了所述单元对，其中左単元幅度已被置零并且其中右単元幅度由于所述软阈值化而从中减去了所述阈值(t)。在某些实施例中，所述阈值(t)可以包括所述较小単元幅度乘以预定乘数因子k。应当理解的是，将不允许负值，并且倘若减法产生负值，则将用零替代该负值。应当理解的是，在软阈值化期间减去的所述数量可以包括任何预定值，包括所述较小单元值、预定乘数因子k或其他值的各种组合。可以以任何方式形成全局静噪阈值128。可以通过对特定非测量单元(通常处于谱的非流侧，例如參见图20 (d))进行平均而形成全局静噪阈值128。全局静噪阈值128可以被设定为所选谱峰值(诸如在某些实施例中是载波峰值)的预定分数，或者可以是不对称峰值，或者是其某种组合。例如，一旦识别了流方向之后，则可以将在所述ー个或多个载波单元的非多普勒信号侧的频率単元一起进行平均，以便生成全局静噪阈值。对外侧(off-side)单元值进行平均并且对结果进行缩放以形成噪声估计是Petroff (7，672，797)所提倡的策略。由于噪声単元幅度可能具有非高斯统计，因此(当可获得许多噪声单元吋)一种更加鲁棒的策略是从在所述各噪声単元幅度当中所见的峰值中形成所述全局静噪阈值。因而全局静噪阈值128将高度代表频谱中的噪声的平均数量。所述非多普勒信号侧可以被识别为速度谱的具有较少能量内容的ー侧。全局静噪阈值128随后可以被用于处理所述频率単元当中的至少一部分。应当理解的是，如果期望的话可以处理所有速度谱单元对，其中所述处理把非多普勒单元对置零(或减小)。备选地，可以以其他方式从速度谱中导出所述全局静噪阈值。例如，所述全局静噪阈值可以包括速度谱中的谱峰值的预定百分比或部分，诸如经多普勒偏移的反射的百分比或部分。这可以是载波峰值。备选地，其可以是不对称峰值。在另ー种备选方案中，可以从速度谱中的每ー个谱峰值中计算所述全局静噪水平，并且可以把最低值选择为所述全局静噪阈值。应当理解的是，所述全局静噪阈值可以从速度谱的任何部分中形成或导出并且可以包括任何幅度水平。图6A示出了全局静噪阈值化操作之前的示例性单元对，其中左单元幅度和右单元幅度都小于所述全局静噪阈值。图6B示出了所述单元对，其中左単元幅度和右単元幅度都因为没有超出所述全局静噪阈值而已被置零。图7A示出了全局静噪阈值化操作之前的示例性单元对，其中左単元幅度小于所述全局静噪阈值而右単元幅度超出所述全局静噪阈值。图7B示出了未改变的所述单元对，因为所述全局静噪处理将不把单个单元置零 并且在所述单元对中产生不对称性。图8A示出了全局静噪阈值化操作之前的示例性单元对，其中左单元幅度和右单元幅度都超出所述全局静噪阈值。图8B示出了未改变的所述单元对。从上面的实例可以看到，可以实施所述全局静噪处理，其中两个频率単元都被保持或者都被改变。所述全局静噪处理优选地不只改变速度谱单元对当中的单个单元。如果一个或两个单元超出所述全局静噪阈值，则没有単元被改变。只有当速度谱单元对的两个単元都小于所述全局静噪阈值时，所述单元才被改变，并且随后两个单元都被置零。遵循这条规则以便避免在速度谱中产生不对称性。所述多个局部门阈值127包括由多普勒测量仪器100确定的一个或更多局部门阈值。在某些实施例中，所述多个局部门阈值127包括为所述多个频率単元123当中的每ー个速度谱单元对提供局部门阈值的局部门阈值阵列。所述多个局部门阈值127可以以任何方式形成。例如，可以把速度谱单元对的左和右单元进行比较，其中较小单元值被用来生成所述局部门阈值。因此局部门阈值127包括噪声对信号阈值，其中高于所述门阈值的任何频率单元幅度都被保持原样以作为可能的信息信号，但是其中处于或低于局部门阈值127的所有频率单元幅度可以在某些实施例中被置零以便去除噪声或其他乱真伪信号。其他方法可以被用来确定每ー个局部门阈值127并且在本说明书和权利要求书的范围内，诸如使用预定的最小或默认门阈值。在某些实施例中，所述局部门阈值可以进一歩被改变，诸如通过与预定乘数因子k相乗。因此，所得到的局部门阈值可能大于由之形成所述局部门阈值的所述较小単元值。因此，在速度谱单元对的左和右単元值在值上相对接近的情况下，则在某些情况下也可以将较大单元值置零(參见图10 — 11和下面伴随的讨论)。在某些实施例中，所述处理的特征在于通过在调节频率単元幅度之前将特定局部门阈值与预定的附近局部门阈值的加权值进行平均而进一歩修改每ー个局部门阈值127。这提供更加均匀的局部门阈值并且减小局部门阈值异常值。所述预定的附近局部门阈值可以包括在所讨论的频率单元的任一侧的邻近局部门阈值、在所讨论的频率单元的任ー侧的多个邻近局部门阈值、或者甚至并非真正邻近的附近局部门阈值，诸如到所讨论的频率单元的任一侧的ー个或更多単元的局部门阈值。因此，所述局部门阈值不必具有与所述较小单元值相同的幅度。可以针对所述局部门阈值调节单元幅度，以便确保所述较大単元幅度(在其大于所述较小単元幅度但是不大于所述局部门阈值的情况下)被置零。在某些实施例中，处理系统112被配置成迭代地确定所述多个速度谱单元对的多个局部门阈值。在某些实施例中，处理系统112被配置成通过将局部门阈值与一个或更多附近局部门阈值的加权值进行平均而修改每ー个局部门阈值。图9A示出了局部门阈值化操作之前的示例性单元对，其中左単元幅度小于所述局部门阈值而右单元幅度较大。这通常将在较小単元幅度被用作局部门阈值的情况下发生。图9B示出了所述单元对，其中左(即较小)単元幅度已因为没有超出所述局部门阈值而被置零。 就定义而言，除非两个单元完全相同，否则将有较小单元。在局部门处理中，所述较小单元将总是被置零。图IOA示出了局部门阈值化操作之前的示例性单元对，其中左単元幅度小于所述局部门阈值而右单元幅度较大。图IOB示出了所述单元对，其中左単元幅度已因为没有超出所述局部门阈值而被置零并且右単元幅度已被减小。这是软阈值化的实例，其中在某些实施例中可以将右単元幅度减小较小(左)単元幅度。备选地，可以将右単元幅度减小局部门阈值或其他预定值。图IlA示出了局部门阈值化操作之前的示例性单元对，其中左単元幅度和右単元幅度都小于所述局部门阈值。这可能在局部门阈值包括较小单元幅度乘以预定乘数因子k的情况下发生。因此，所述局部门阈值可能大于两个单元，特别在所述预定乘数因子k相对大的情况下尤其如此。图IlB示出了所述单元对，其中左単元幅度已因为没有超出所述局部门阈值而被置零并且右単元幅度也已被置零。在这里，左和右単元的大小被视为足够类似以被视为相同。以这种方式，取决于局部门阈值的大小，所述局部门阈值化可以消除具有基本上相同的幅度的単元对。就定义而言，关于载波对称地定位的并且具有基本上相同的值的两个单元不包含多普勒信号信息并且可以被去除。注意的是，不存在两个单元都大于局部门阈值的情況。这是因为所述局部门阈值的大小与较小单元幅度相同或更大(或者在它们完全相同的情况下包括一个单元幅度)。图11示出了其中两个单元值基本上相同并且因此两个单元值都被置零的局部门阈值化实例。在其中使用所述预定乘数因子k的实施例中，较大单元值可能最終小于局部门阈值。在这种情况下，局部门阈值化将把所述两个単元值作为基本上相同来对待。在某些实施例中，如果全局静噪阈值128大于局部门阈值127,则用全局静噪阈值128替代局部门阈值127。所谓值更大是指全局静噪阈值128具有更大幅度/幅值。在某些实施例中，全局静噪阈值128可以优先于(override)局部门阈值127。例如，在某些实施例中，如果全局静噪阈值128大于局部门阈值127,则用全局静噪阈值128替代局部门阈值127 (參见图18的步骤1805 — 1806)。备选地，在其他实施例中可以首先进行全局静噪阈值化，然后进行局部门阈值化。
图12示出了在确定并去除(即置零)了所述ー个或多个载波频率单元之后的图2的频率单元。由于载波信号常常是最大的并且包含频谱中的最多能量，因此载波响应的去除就去除了可能影响或损害测量确定的谱能量。图12还示出了根据本发明的实施例的从所述多个频率単元中去除对称谱伪信号的实例。该实例对紧接在载波左右的频率单元进行操作。如果两个単元都小于全局静噪阈值，则两个单元都将通过全局静噪处理而被置零。在这里，在所述两个単元的值是大的情况下，它们将不太可能小于全局静噪阈值并且将不受全局静噪处理的影响。相反，可以通过局部门处理来去除所述两个単元。在这里，在紧接在左右的单元处于彼此的预定对称阈值内的情况下，则它们可以被确定为基本上对称，如可以从图形中看到的那样。在ー个单元较小(即便只是略微较小)的情况下并且在把较小单元值乘以预定乘数因子k以形成局部门阈值的情况下，则较大単元也可能小于所述局部门阈值。在这种情况下，两个单元都可能通过局部门处理而被置零。虚线示出了根据本发明的它们的随后去除。
图13示出了根据本发明的实施例的从所述多个频率単元中的部分噪声或伪信号去除的实例。在该图中只完成了所述处理的一部分。在这里，对称地位于载波频率单元的左侧和右侧的频率単元被处理，并且从所述多个频率単元中去除噪声幅度值。此外，载波周围的具有微小幅度的频率单元已根据适用的阈值而被置零。此外，在多普勒测量响应的任一侧的频率単元在它们是基本上対称的情况下已被置零。再次參照图13，该图形示出了软阈值化。对多普勒测量响应中的载波右侧的频率単元I. O到I. 3执行了所述软阈值化。因此，通过的(passing)频率单元(即超出预定门阈值乘以预定乘数因子k的单元)也被减小预定幅度数量，诸如例如减小相对单元幅度。在某些实施例中，待被减小的频率单元并不减去预定乘数因子k也不受其影响，并且所述预定乘数因子k仅仅被用于所述频率单元与门阈值的比较。备选地，可以把通过的频率单元减小门阈值数量乘以预定乘数因子k，如前面所讨论的那样。这可以除了对未超出门阈值的频率单元进行置零之外来进行。图14是根据本发明的一种用于处理多普勒测量的方法的流程图1400。在步骤1401中，从所述多普勒测量中产生两侧速度谱。所述两侧速度谱包括多个离散频率单元。所述两侧速度谱区分谱元素，并且各个谱元素可以存在于所述多个频率単元中。可以从任何方式的多普勒测量(诸如流体流速度測量)中产生所述两侧速度谱。所述多普勒测量可以包括模拟或数字測量。产生所述两侧速度谱例如可以包括执行快速傅立叶变换(FFT)，其中 所述快速傅立叶变换产生多个离散频率单元，诸如例如数字值单元。所述FFT过程产生复
值(名)。为了使用这些复值，所述
方法可以包括|&|幅值谱或I名f功率谱。所述多个频率单元当中的每ー个频率单元包括所
述两侧速度谱的一部分。所述谱的频带的大小可以基本上类似，或者可以按照期望而不同。但是如果所述频带的大小不同，则必要的是其大小确定(sizing)关于载波位置対称。在1402中，从所述两侧速度谱的多个离散频率单元当中识别出一个或更多载波単元。所有随后处理都将开始所述ー个或更多载波単元的任一侧的ー个或更多単元。所述一个或更多载波单元可以包括在多普勒测量中所采用的载波频率。因此，所述ー个或更多载波单元包括原始载波的接收，并且在速度测量确定中不被需要也不重要。然而，重要的是知道载波位置，因为载波位置将频谱划分成两侧谱，包括在所述ー个或更多载波単元左侧的左频率单元以及在所述ー个或更多载波单元右侧的右频率单元。可以存储或者以其他方式标注所述ー个或更多载波単元的位置。在某些实施例中，所述载波确定可以包括从所述一个或更多载波单元中以及从频谱中去除或减去载波幅度。这可以完成，因为载波不是流速度測量确定的一部分。在步骤1403中，对所述两侧速度谱执行全局静噪处理。所述全局静噪处理采用单个全局静噪阈值，如前面所讨论的那样。所述全局静噪处理通常可以减小或消除速度谱中的非对称伪信号。如果速度谱单元对的两个单元值都小于全局静噪阈值，则该速度谱单元对被置零。如果任ー个或两个频率単元幅度超出全局静噪阈值，则两个单元都保持未改变。备选地，如果两个频率单元幅度的总和或平均超出全局静噪阈值，则两个频率単元再次可以保持未改变。 可以在全局静噪处理期间对两个単元都应用硬阈值化；或者两个频率単元都被保持或者二者都被置零。关键是同时处理对称定位的単元对。在步骤1404中，对所述两侧速度谱执行局部门处理。所述局部门处理采用多个局部门阈值，包括每ー个速度谱单元对的局部门阈值。在某些实施例中，在全局静噪处理之后执行局部门处理。该步骤总是将速度谱单元对的ー个或两个单元置零。其可能保持较大单元值，但是局部门处理从不保持二者。对于局部门阈值化，软阈值化可能更加适用，但是也可以使用硬阈值化。单元值与局部门阈值的比较可以包括所述单元值与所述局部门阈值乘以预定乘数因子k的比较。软阈值化用[max(L，R)-min(L, R)]的值替代较大单元值，并且在局部门处理的情况下将较小单元值置零。优选地，其不包括所述预定乘数因子k。然而在某些实施例中，所述比较可以是[max (L, R) >k*min (L, R)]。在这里，L和R分别代表左和右单元值。一种备选比较可以是基于速度谱单元对的左和右单元值L与R的平均和绝对差d|>k，*c，其中 d= (R-L)，其中 cKR+L)，并且其中 k，=2(k-l)/(k+l)。应当理解的是，可以迭代地执行处理步骤1403和1404，其中可以选择単元对并且对所选単元对执行全局静噪处理和局部门处理。然后可以选择并处理下ー个单元对。因此可以迭代地执行所述处理，直到处理了多个频率単元和所述频谱的预定部分(或全部)为止。应当理解的是，例如并不需要处理所有的频率单元。所述方法可以包括迭代检查，其中可以处理预定数目的频率单元。备选地，可以处理频率单元，直到达到预定目标为止。例如，可以从载波単元向外执行所述处理，直到遇到或通过多普勒测量特征为止。所述多普勒测量特征例如可能必须被通过或超出预定数目的频率单元。因此，所述处理可以去除上至所述多普勒测量特征及其周围的噪声或其他伪信号，但是不一定需要处理整个频谱。未经处理的単元可以被设置到零。在可选的步骤1405中，在某些实施例中处理并去除孤立単元。可以使用孤立単元去除规则来处理所述单元，其中孤立単元可以被置零并因此从所述两侧速度谱中去除。所述孤立単元去除可以去除在全局静噪处理和局部门处理之后所留下的孤立単元，其中这两个处理步骤可能在所述速度谱中留下原样的孤立単元。此外，这两个阈值处理步骤可能产生孤立単元。所述孤立単元去除规则可以指定为了去除孤立単元要考虑多少附近単元。孤立单元去除规则可以指定用于去除孤立単元的附近単元的幅度水平。在某些实施例中，考虑中的単元的幅度也可以是孤立単元去除规则中的因素。孤立単元去除规则可以单独评估或者作为ー组来评估附近単元水平(即，如果期望的话可以把与正被处理的単元紧邻的单元视为更重要得多)。图15是根据本发明的一般处理流程图1500。在步骤1501中，从多普勒测量中获得所述两侧速度谱，如前面所讨论的那样。在步骤1502中，识别所述ー个或更多载波単元。(ー个或多个)位置可以被存储以供将来使用。在步骤1503中，初始化与载波频率的单元偏离量。这可以在所述处理从左和右外 侧单元位置行进并向内移动的情况下进行。或者其可以在所述处理向外行进但是跳过载波位置附近的几个单元的情况下进行。在步骤1504中，使用単元索引来执行迭代处理。所述单元索引可以在处理起始时从所述単元偏离量导出。在步骤1505中，获得当前单元索引的左和右单元值。在步骤1506中，把所述左和右単元值进行比较，并且确定较小単元值。在步骤1507中，从所述较小单元值计算局部门阈值。所述局部门阈值可以代表频率単元中的最小能量水平，并且可以被用于消除非信号幅度值。在某些实施例中，可以将所述局部门阈值乘以提高阈值水平的预定乘数因子k。在步骤1508中，迭代单元索引，并且所述方法循环回到步骤1504，直到所有期望的速度谱单元对都被处理以产生多个局部门阈值为止。因此对多个速度谱单元对的处理将生成多个局部门阈值。如果已到达迭代的末尾，则所述方法继续行进到步骤1509。在步骤1509中，可以可选地修改所述多个局部门阈值。例如，在某些实施例中，所述局部门阈值可以通过将其与附近的局部门阈值进行平均来平滑。在某些实施例中，当全局静噪阈值大于特定的局部门阈值时，可以用所述全局静噪阈值来替代単独的局部门阈值。在步骤1510中，再次初始化与载波频率的单元偏离量。在步骤1511中，再次从所述単元偏离量初始化单元索引。所述单元索引再次可以被用来执行迭代处理。在步骤1512中，将左单元值与局部门阈值进行比较。如果左单元值大于该速度谱单元对的局部门阈值，则所述方法跳到步骤1514。因此，左単元值不被改变。相反，如果左单元值不大于局部门阈值，则所述方法行进到步骤1513。在步骤1513中，左单元值被置零。由于左单元值小于局部门阈值，因此左单元值被视为过小而不包括有用的谱信息。在步骤1514中，将右单元值与局部门阈值进行比较。如果右单元值大于该速度谱单元对的局部门阈值，则所述方法跳到步骤1516。因此，右単元值不被改变。相反，如果右单元值不大于局部门阈值，则所述方法行进到步骤1515。
在步骤1515中，右单元值被置零。由于右单元值小于局部门阈值，因此右单元值被视为过小而不包括有用的谱信息。在步骤1516中，迭代单元索引，并且所述方法循环回到步骤1511，直到针对局部门阈值处理了所有期望的速度谱单元对为止。因此对多个速度谱单元对的处理将生成多个局部门阈值。如果已到达迭代的末尾，则所述方法继续行进到步骤1517。在步骤1517中，对经修改的速度谱进行处理以提取有用的统计量，包括识别两侧速度谱中的多普勒反射。所述处理还可以确定多普勒偏离量，包括所述多普勒反射与载波频率的频率偏离量。所述频率偏离量可以被用来确定流速度。所述处理还可以确定所述多普勒反射是在所述两侧速度谱的左侧(即处于载波频率的左側)还是在右側。在步骤1518中，可以对所述频率偏离量和谱侧进行处理，以从所述多普勒测量中确定流速度和流方向。所确定的值可以被存储、显示或者发送到其他设备。图16是根据本发明的速度谱单元对处理流程图1600。处理流程图1600是图15 的步骤1504 — 1509的进ー步细节。处理流程图1600是所述局部门处理的实施例，其中局部门阈值包括较小单元值乘以预定乘数因子k，如前面所讨论的那样。在步骤1601中，获得左単元幅度和右単元幅度。例如可以通过使用単元索引来获得这些幅度值。在步骤1602中，将左和右幅度值进行比较，并且选择较小单元幅度。在步骤1603中，将较小単元幅度乘以预定乘数因子k。所述预定乘数因子k可以被用来针对任何随后比较和/或阈值化操作而修改较小单元幅度。在某些实施例中，所述预定乘数因子k提高较小単元幅度(即k>l)。在步骤1604中，所述经修改的较小单元值被用作局部门阈值。所述经修改的较小単元值可以被用于硬阈值化，如前面所讨论的那样。所述经修改的较小单元值可以被用于软阈值化，如前面所讨论的那样。因此，在阈值化操作期间可能改变左单元值和右单元值当中的一者或二者。就设计而言，在该步骤中将把至少ー个単元置零。另ー个単元可以被置零、减小或保持未改变。在步骤1605中，获得下ー个单元对(即下一个左单元值和下ー个右单元值)。这例如可以通过递增单元索引来实现。因此，可以迭代地处理多个单元对。图17是根据本发明的针对两侧速度谱的平滑处理流程图1700。在步骤1701中，初始化与载波频率的単元偏离量。在步骤1702中，使用単元索引来执行迭代处理。所述单元索引可以在处理起始时从所述単元偏离量导出。在步骤1703中，获得局部门阈值并且获得一个或更多预定的附近局部门阈值。可以根据所寻求的期望平滑水平来选择附近局部门阈值的数目。在步骤1704中，在某些实施例中，经平滑的局部门阈值被计算为原始局部门阈值与所述ー个或更多预定的附近局部门阈值的加权平均。在步骤1705中，迭代所述单元索引以生成下一个单元索引，并且所述方法循环回到步骤1702，直到处理了所有频率单元/局部门阈值为止。在步骤1706中，用相应的经平滑的值来替代局部门阈值。图18是根据本发明的针对两侧速度谱的全局静噪阈值处理流程图1800。在某些实施例中，流程图1800可以发生在图15的一般操作流程图1500的步骤1502与1503之间，即发生在局部门处理之前。在步骤1801中，识别两侧速度谱的非流侧。所述非流侧在其中将不具有多普勒反射。 在某些实施例中，通过计算左侧与右侧的幅度总计来识别非流侧。然后可以将符号百分比计算为100( Σ R- Σ LV( Σ R+ Σ L)。在这里，L和R代表一对中的左単元和右単元的对应幅度，并且在大多数或所有对上实施所述相加。这提供针对流方向的从-100%到+100%之间的置信度数字。在步骤1802中，确定全局静噪阈值。在某些实施例中，可以通过对非流侧的预定単元值进行平均来确定所述全局静噪阈值，如前面所讨论的那样。并非所有非流侧单元都将需要被平均。然而，可以以任何适当的方式生成所述全局静噪阈值。例如可以首先去除被确定为包括对称伪信号的任何単元值。备选地，所述静噪阈值例如可以被选择成包括外侧单元中的峰值，其中所述外侧单元构成不包括一个或多个流测量峰值的谱侧。 在步骤1803中，初始化与载波频率的单元偏离量。在步骤1804中，使用単元索引来执行迭代处理。所述单元索引可以在处理起始时从所述単元偏离量导出。在步骤1805中，将每ー个局部门阈值与在步骤1801中生成的全局静噪阈值进行比较。如果所述局部门阈值小于全局静噪阈值，则所述方法分支到步骤1806。然而，如果所述局部门阈值不小于全局静噪阈值，则所述方法行进到步骤1807。在步骤1806中，用全局静噪阈值来替代已被确定为小于全局静噪阈值的所述局部门阈值。因此，将不把速度谱单元对与小于全局静噪阈值的阈值进行比较，因为全局静噪阈值被计算成代表存在于两侧谱的非信号侧中的非信号能量水平。所述方法然后行进到步骤 1807。在步骤1807中，迭代单元索引，直到所有速度谱单元对(或局部门阈值)都被处理为止。图19是根据本发明的针对两侧速度谱的全局静噪阈值处理流程图1900。在某些实施例中，流程图1900可以发生在图15的一般操作流程图1500的步骤1502与1503之间，即发生在局部门处理之前。应当理解的是，流程图1900可以是图18的流程图1800的备选实施例。在步骤1901中，识别两侧速度谱的非流侧，如前面所讨论的那样。在步骤1902中，确定全局静噪阈值，如前面所讨论的那样。在步骤1903中，初始化与载波频率的单元偏离量，如前面所讨论的那样。在步骤1904中，使用単元索引来执行迭代处理，如前面所讨论的那样。在步骤1905中，识别所述单元对当中的较大单元值。在步骤1906中，将所述较大单元值与在步骤1902中生成的全局静噪阈值进行比较。如果所述较大单元值小于全局静噪阈值，则所述方法分支到步骤1907。然而，如果所述较大单元值不小于全局静噪阈值，则所述方法行进到步骤1908，并且单元幅度保持未改变。在步骤1907中，两个单元幅度都被置零。这样做是因为两个单元幅度都小于全局静噪阈值。这是其中所述单元幅度由于全局静噪处理而被改变的唯一情況，即如果至少ー个单元幅度超出全局静噪阈值，则所述单元对当中的没有一个单元被改变。所述方法然后行进到步骤1908。在步骤1908中，迭代单元索引，直到所有速度谱单元对(或局部门阈值)都被处理为止。注意的是，如果应用了常规(即逐点)静噪算法而不是本发明的成对全局静噪处理，则小于常规静噪水平的(単元对当中的)ー个单元值可能被消除，而该对当中的另ー个単元在其超出所述常规静噪水平的情况下将被保持。局部门处理中的随后软阈值化将是没有意义的，因为将已失去正确的噪声估计。单个频率単元幅度的去除将在另一个频率単元中广生信息印记(impression of information)。ー种更好的预先筛选算法将是把速度谱单元对的两个频率単元置零，除非其最大或平均值超出静噪极限。如果其最大或平均值超出所述静噪极限，则使用局部门阈值化对两个频率单元进行处理。然而，应当理解的是，可以使用任何方法或算法来确定ー个或两个频率单元何时满足静噪值。 期望的是去除非对称伪信号。如果它们具有足够低的电平，则可以通过静噪处理来去除这样的非对称伪信号。常规静噪处理的麻烦在于其不是成对进行的，因此其可能实际上产生附加的不对称性。此外，常规静噪处理将有可能破坏对于随后的局部门阈值化步骤正确工作而言所需要的左右电平关系。使用局部门阈值的处理可以去除较大伪信号(假设它们是对称的话)，但是其带有更高的统计风险，因为所述局部门阈值是基于少得多的数据(在许多情况下是ー个单元值)。因而最好的是保留局部门处理以用于可能在全局静噪处理后仍然存在的较大(对称)伪信号，因此是在使用保持左右对称性的静噪算法来去除较小伪信号之后执行局部门处理，如上面所讨论的那样。图20示出了极为湍急的流的实例。图20 (a)是受噪声损害的示例性多普勒谱。在某些实施例中，步骤A的信号可能在(ー个或多个)阈值化步骤期间导致错误肯定和/或错误否定。在另ー个实施例中，如步骤B中所示，在谱阈值化操作之前首先对所述谱进行平滑，因而减小错误肯定和/或错误否定的可能性。图20 (b)是示出了孤立単元去除的谱，其中噪声统计量在实际上没有流存在的情况下导致了错误肯定和/或错误否定単元。在某些实施例中，所述孤立単元去除可以包括根据孤立単元去除规则将孤立単元置零。在某些实施例中，所述孤立単元去除可以包括在执行了ー个(或多个)阈值化步骤之后所执行的步骤，其中所述阈值化可能留下可以被视为异常并且不携帯任何流信息的孤立単元。所述孤立単元去除规则可以指定为了去除孤立单元要考虑多少附近単元。孤立単元去除规则可以指定用于去除孤立単元的附近単元的幅度水平。孤立単元去除规则可以单独评估或者作为ー组来评估附近単元水平(即，如果期望的话可以把与正被处理的单元紧邻的单元视为更重要得多)。在一个实施例中，通过注意到在正被测试的単元的特定谱宽度内有零个或多个(仅仅出于说明的目的，在一个示例中其可以是零个或少数)已填充单元来去除和/或置零该单元，从而允许去除错误肯定単元并改进仪器精度。作为实例，可以检查所讨论的単元的任ー侧的3个单元，并且如果所述6个单元的単元幅度没有ー个超出预定阈值，则所讨论的単元可以根据给定的孤立単元去除规则而被判定为是孤立単元，并且可以被置零。图20 (C)示出了ー种产生两侧多普勒谱的仪器可以区分负流与正流。在产生ー侧多普勒谱的仪器中，这两种情况是不可区分的。
图20 (d)是示出了显著高于本底噪声的对称谱伪信号的谱。由于这些伪信号是対称的，因此它们将通过镜像步骤而去除。在某些实施例中，期望的是它们可能不被用来设定本底噪声估计。在仪器100的某些实施例中，可以通过计算有符号的谱矩心值来获得流估计，其中在频率轴的对称布置的区域内实施积分。以这种方式，例如，处于载波右侧的谱能量将以正号进入，而处于载波左侧的谱能量将以负号进入。这允许对包含正速度和负速度二者的极为湍急的流的正确矩心确定。当可获得两侧多普勒谱吋，(相对于载波的)平均频率偏移被计算为有符号的谱矩心。对于连续谱，这被定义为
权利要求
1.一种仪器(100)，包括 被配置成接收多普勒测量信号的接ロ(101);以及 耦合到所述接ロ(101)并且接收所述多普勒测量信号的处理系统(112)，其中所述处理系统(112)被配置成从所述多普勒测量信号生成包括多个离散频率单元的两侧速度谱，其中所述两侧速度谱区分谱元素；并且针对多个局部门阈值处理ー个或更多速度谱单元对，其中所述ー个或更多速度谱单元对关于一个或更多载波单元基本上对称地定位，并且其中针对所述多个局部门阈值当中的相应的局部门阈值处理每ー个速度谱单元对。
2.权利要求I的仪器(100)，其中，所述处理系统(112)还被配置成针对全局静噪阈值处理所述ー个或更多速度谱单元对，其中如果单元对的两个单元幅度都小于所述全局静噪阈值，则所述单元对的两个单元幅度都被置零，并且其中如果单元对当中的至少ー个単元幅度超出所述全局静噪阈值，则所述单元对的两个单元幅度都未改变。
3.权利要求I的仪器(100)，其中，所述处理系统(112)还被配置成针对全局静噪阈值处理所述ー个或更多速度谱单元对，并且其中如果所述全局静噪阈值大于所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值，则用该全局静噪阈值来替代该局部门阈值。
4.权利要求I的仪器(100)，其中，所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值是单元对的左和右单元幅度当中的较小值。
5.权利要求I的仪器(100)，其中，所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值是从单元对的左和右单元幅度当中的较小单元幅度导出的，其中把所述较小单元幅度乘以预定乘数因子k以形成所述局部门阈值。
6.权利要求I的仪器(100)，其中，所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值是从单元对的左和右单元幅度当中的较小单元幅度导出的，其中还将所述局部门阈值与ー个或更多预定的附近局部门阈值的加权值进行平均。
7.权利要求I的仪器(100)，其中，单元对当中的较小单元幅度被置零，并且其中如果较大单元幅度超出所述局部门阈值，则该较大单元幅度未改变。
8.权利要求I的仪器(100)，其中，单元对当中的较小单元幅度被置零，并且其中如果较大单元幅度超出所述局部门阈值，则将该较大単元幅度减小该较小单元幅度。
9.权利要求I的仪器(100)，其中，如果单元对的两个单元幅度都小于所述局部门阈值，则所述单元对的两个单元幅度都被减小或置零。
10.权利要求I的仪器(100)，其中，所述处理系统(112)还被配置成根据孤立単元去除规则将孤立単元置零。
11.一种用于处理多普勒测量信号的方法，包括 从所述多普勒测量信号生成包括多个频率単元的两侧速度谱，且其中所述两侧速度谱区分谱元素；以及 针对多个局部门阈值处理ー个或更多速度谱单元对，其中所述ー个或更多速度谱单元对关于一个或更多载波单元基本上对称地定位，并且其中针对所述多个局部门阈值当中的相应的局部门阈值处理每ー个速度谱单元对。
12.权利要求11的方法，还包括针对全局静噪阈值处理所述ー个或更多速度谱单元对，其中如果单元对的两个单元幅度都小于所述全局静噪阈值，则所述单元对的两个单元幅度都被置零，并且其中如果单元对当中的至少ー个単元幅度超出所述全局静噪阈值，则所述单元对的两个单元幅度都未改变。
13.权利要求11的方法，还包括针对全局静噪阈值处理所述ー个或更多速度谱单元对，并且其中如果所述全局静噪阈值大于所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值，则用该全局静噪阈值来替代该局部门阈值。
14.权利要求11的方法，其中，所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值是单元对的左和右单元幅度当中的较小值。
15.权利要求11的方法，其中，所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值是从单元对的左和右单元幅度当中的较小单元幅度导出的，其中把所述较小单元幅度乘以预定乘数因子k以形成所述局部门阈值。
16.权利要求11的方法，其中，所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值是从单元对的左和右单元幅度当中的较小单元幅度导出的，其中还将所述局部门阈值与一个或更多预定的附近局部门阈值的加权值进行平均。
17.权利要求11的方法，其中，单元对当中的较小单元幅度被置零，并且其中如果较大单元幅度超出所述局部门阈值，则该较大单元幅度未改变。
18.权利要求11的方法，其中，单元对当中的较小单元幅度被置零，并且其中如果较大单元幅度超出所述局部门阈值，则将该较大単元幅度减小该较小单元幅度。
19.权利要求11的方法，其中，如果单元对的两个单元幅度都小于所述局部门阈值，则所述单元对的两个单元幅度都被减小或置零。
20.权利要求11的方法，还包括根据孤立単元去除规则将孤立単元置零。
21.一种用于处理多普勒测量信号的方法，包括 从所述多普勒测量信号生成包括多个频率単元的两侧速度谱，且其中所述两侧速度谱区分谱元素； 针对全局静噪阈值处理一个或更多速度谱单元对，其中所述ー个或更多速度谱单元对关于ー个或更多载波单元基本上对称地定位；以及 针对多个局部门阈值处理所述ー个或更多速度谱单元对，其中针对所述多个局部门阈值当中的相应的局部门阈值处理每ー个速度谱单元对。
22.权利要求21的方法，还包括如果所述全局静噪阈值大于所述多个局部门阈值当中的ー个局部门阈值则用该全局静噪阈值来替代该局部门阈值。
23.权利要求21的方法，还包括根据孤立単元去除规则将孤立単元置零。
全文摘要
本发明涉及用于处理多普勒测量信号的仪器和方法。根据本发明的实施例提供一种仪器(100)。所述仪器(100)包括被配置成接收多普勒测量信号的接口(101)以及耦合到所述接口(101)并且接收所述多普勒测量信号的处理系统(112)。所述处理系统(112)被配置成从所述多普勒测量信号生成包括多个离散频率单元的两侧速度谱，其中所述两侧速度谱区分谱元素；并且针对多个局部门阈值处理一个或更多速度谱单元对，其中所述一个或更多速度谱单元对关于一个或更多载波单元基本上对称地定位，并且其中针对所述多个局部门阈值当中的相应的局部门阈值处理每一个速度谱单元对。
文档编号G01S15/58GK102692627SQ20111014017
公开日2012年9月26日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年3月23日
发明者D.L.里克 申请人:哈赫公司