专利名称：相控阵超声检测中基于邻近相关法的相位畸变校正方法
技术领域：
本发明涉及超声相控阵技术，尤其是超声相控阵的相位校正技术。 憎"在相控阵超声检测中，检测对象内部声速的非均匀性等原因，会 造成相控阵超声检测中发射聚焦环节与接收聚焦环节中各路信号的 相位偏差，从而导致多通道发射声束与接收声束进行相控合成后的信 号发生畸变，降低了声束合成信号的幅度和信噪比，并使得聚焦点处 的声束合成信号束宽增加，相控阵超声检测的空间分辨力与对比度分 辨力都会受到声束畸变的影响而变差。相位畸变的来源主要有假定声速和实际声速之间的偏差、待检 测对象中声速的不均匀性、检测系统各通道的不一致性以及系统固有 的相控误差等。在光学中，为解决光线沿不同的传播路径引起的相位差问题，引 入了相关分析法。相关分析法是一种成熟和广泛使用的方法，它在抑 制随机干扰等方面是行之有效的重要手段。其理论根据是信号的时间 相关性和空间相关性。空间相关性描述^f言号在空间不同点处的相关 性；时间相关性描述信号在不同时刻的相关性或者可预测的联系。在 相控阵超声领域，我们借鉴相关分析法在相位校正方面取得有效的应用。发明内容解决问题在相控阵超声检测中，由于假定声速和实际声速之间 的偏差、待检测对象中声速的不均匀性、检测系统各通道的不一致性 以及系统固有的相控误差等，造成了各通道信号之间的相位畸变，本 发明的目的是提供一种超声相控阵相关相位校正的新方法一一邻近 相关相位校正法，在阵元接收到的回波信号的信噪比较高的时候，可 以有效提高时间延迟估计的精度，减小各通道信号之间的相位畸变。技术方案为实现以上目的，本发明特提出以下技术方案在阵列回波信号的校正中，采用某个阵元(边上或者中间的某个 阵元)的回波信号做相关参考信号。通过相邻阵元信号之间的相关估计得到两个阵元信号之间的时 间延迟量(相位差)，每个阵元与参考阵元之间的时间延迟量，是通 过其相邻阵元逐步传递累加得到的。技术效果理论分析和实验汪明在噪声强度较低的情况下(信噪 比S冊〉12 dB)时，邻近相关估计基本不产生估计误差。
具体实施方式
首先引入相关函数的离散形式，假设*(">和都为能量有限信 号，则它们之间的相关函数定义为<formula>formula see original document page 5</formula>假设观察得到的信号x(n)为有限长，且x(n)中含有噪声(假设 有用信号为s(n)，噪声为u(n)， x(n)=s(n)+u(n))，那么x(n)的自相 关为其中，K"O，K附)是有用信号s和噪声u的互相关， 一般噪声u是随机的，和信号s应无相关性，所以这两项应该很小。夂(w)是噪 声u的自相关，其能量主要集中在m-0处，1mi〉0时，其衰减很快。 但对于m较小的时候，式(2)的相关函数值主要由有用信号的自相关 和噪声的自相关决定。在相关校正中，两列信号的时间延迟量(相位偏差)，是利用两 列信号互相关函数的极大值来估计得到的。但噪声信号的存在，对于 时间延迟的估计精度产生了影响，即公式(2)中^—)项的大小，是影 响估计精度的主要因素。在超声检测中，压电晶片中的电噪声主要是由热噪声引起的，所 以假设每个阵元接收到信号中的噪声是基本不相关的高斯分布白噪 声，跟实际情况基本相符。以相邻阵元之间的相关时延估计为基础，选取阵列中一个阵元的 回波信号为参考信号，通过相邻阵元信号之间的相关估计得到两个阵元信号之间的时间延迟量(相位差)，每个阵元与参考阵元之间的时间延迟量，是通过其相邻阵元逐步传递累加得到的。比如一个16阵 元的阵列，选取阵元l为参考阵元，通过邻近相关分析，得到阵元2 跟l之间的时间延迟量dH， 3跟2之间的时间延迟量d3—2， 4跟3之 间的时间延迟量山—3......16跟15之间的时间延迟量(114_15。所以，在以阵元1为参考阵元的相位校正中，其它各个阵元需要##的时间延迟量为阵元2为dH 、阵元3为dw + d .......阵元16为+ d3-2+ ...+d16—15。当噪声强度为0.15以下时，邻近相关估计得到的时间延迟量与 预先加入的时间延迟量基本一致，即在噪声强度较低的情况下(信噪 比SNRH2 dB)时，邻近相关估计基本不产生估计误差。
权利要求
1、一种超声相控阵发射相位校正的方法，其特征是在阵列回波信号的校正中，采用某个阵元(边上或者中间的某个阵元)的回波信号做相关参考信号。
2、 如权利要求1所述的相控阵超声检测中基于邻近相关法的相位畸变 校正方法，其特征是以相邻阵元之间的相关时延估计为基础，选取阵列中一 个阵元的回波信号为参考信号，通过相邻阵元信号之间的相关估计得到两个阵 元信号之间的时间延迟量(相位差)，每个阵元与参考阵元之间的时间延迟量， 是通过其相邻阵元逐步传递累加得到的。
全文摘要
在相控阵超声检测中，由于假定声速和实际声速之间的偏差、待检测对象中声速的不均匀性、检测系统各通道的不一致性以及系统固有的相控误差等，造成了各通道信号之间的相位畸变，本发明的目的是提供一种超声相控阵相关相位校正的新方法——邻近相关相位校正法，在阵元接收到的回波信号的信噪比较高的时候，可以有效提高时间延迟估计的精度，减小各通道信号之间的相位畸变。邻近相关相位校正法，就是以相邻阵元之间的相关时延估计为基础，选取阵列中一个阵元的回波信号为参考信号，通过相邻阵元信号之间的相关估计得到两个阵元信号之间的时间延迟量(相位差)，每个阵元与参考阵元之间的时间延迟量，是通过其相邻阵元逐步传递累加得到的。
文档编号G03B42/06GK101403728SQ20081010575
公开日2009年4月8日 申请日期2008年4月30日 优先权日2008年4月30日
发明者春 彭, 波 彭, 敏 王, 勇 香 申请人:硕德(北京)科技有限公司