一种准单次正交互补Golay(A,B)码超声相控阵编码激励方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种准单次正交互补Golay(A，B)码超声相控阵编码激励方法。
【背景技术】
[0002] 超声相控阵系统性能关键技术中，通过增强发射能量来提高仪器的穿透力、分辨 力是工业无损探伤关键技术之一，如增大收发孔径、改善探头匹配电路、提高发射电压，但 这使硬件系统变得复杂且可控性变差，直接影响到仪器的稳定、可靠性，而采用编码激励技 术发射多个连续波间接增强发射能量(接收端对低电压的连续波进行能量聚合)能避免该 问题产生。单次激励如Yannis S.Avrithis等（1998)米用CDMA(Code Division Multiple Access)伪随机编码激励超声系统，较传统单脉冲激励方式有更高图像采集率、横向分辨力 和对比度;韩国Jeong J S.学者(2013)使用Barker编码技术抑制高强度聚焦超声带来干扰 达-40dB;美国Vanderbilt大学Byram B.等学者(2014)采用Chirp码调频模式，有效抑制超 声多路径与波束形成的杂波;但上述解码效果不理想(产生水距离平旁瓣，不能还原成理想 的回波信号)且发射电路复杂。双次激励如利福尼亚大学Jinhyoung Park(2010)采用Golay 码激励技术与6dB带宽放大器，实现10~110MHz频带内纹波在4dB内，体现卓越性能；中国科 学技术大学(2010)用Chirp信号调制Golay互补码激励，增加医学超声透射深度与抗干扰能 力；中国医学科学院（2014)用长度为4的Golay互补序列获得了更高的信噪比；理论上虽达 到理想解码效果，但需两次发射，效率低、可靠性差。
[0003] 本文基于优良正交互补Golay码分析编码激励原理，提出一种准单次激励解码技 术，能达到理想的解码效果，改善传统Golay编解码技术:两次发射实现一次接收解码以牺 牲脉冲重复频率PRF(Pulse Recurrence Frequency)50%的缺点，最后通过构建8位正交互 补Golay码实施超声相控阵仪器收发系统控制方案，通过ModelSim仿真其性能，回波幅度增 大约 16倍，由FPGA(Field Programmable Gate Array)验证其效果。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种准单次正交互补Golay(A，B)码超 声相控阵编码激励方法，对传统A、B码分次激励的方案进行改进，提出准单次激励方案，该 方法使得相控阵仪器基于Golay编码激励方式的扫查效率提高50%、避免两次发射、接收信 号不一致带来的解码误差，且大幅度提高信噪比。
[0005] 本发明目的通过以下技术方案来实现：
[0006] -种准单次正交互补Golay(A，B)码超声相控阵编码激励方法，该方法包括：
[0007] a由Go lay A码超声编码激励波形；
[0008] b回波通过噪声抑制-反卷积法对A码求反卷积、B码求卷积，同时得
[0009] 到B码激励回波，形成准单次激励；
[0010] c分别对A、B码激励回波进行脉冲压缩，再矢量求和实现解码。
[0011] 与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：对传统Golay A、B码分次激励方案进行改进，提出准单次激励方案，通过Golay A码实际激励一次，由软件 算法实现Golay A-B码激励转换因子，通过解反卷积方式求解转换因子，考虑到实际应用 情况，接收回波信号都携带噪声，提出了基于噪声抑制-反卷积模型，有效抑制噪声的放大。 采用FPGA作为实现工具，能快速现实两次激励到准单次激励的转换，避免了物理硬件上以 牺牲效率的Golay(A，B)两次激励技术，在超声相控阵仪器前端收发系统中具有重要的实际 意义，从而提高其扫查效率50 %与信噪比。
【附图说明】
[0012] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0013] 图1是一种准单次正交互补Golay(A，B)码超声相控阵编码激励方法流程图；
[0014] 图2是编码电路控制器组成原理框图；
[0015] 图3是编码激励波形生产过程；
[0016] 图4是Golay A-B激励转换离散差分方程方框图；
[0017]图5是准单次Golay码激励实际解码模型；
[0018] 图6是码长Lc = 8、5MHz探头Golay(A、B)编码激励与解码ModelSim仿真图；
[0019] 图7是准单次编码激励FPGA解码效果图。
【具体实施方式】
[0020] 容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般 技术人员可以提出本发明的多个结构方式和制作方法。因此以下【具体实施方式】以及附图仅 是本发明的技术方案的具体说明，而不应当视为本发明的全部或者视为本发明技术方案的 限定或限制。
[0021] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
[0022] 图1是一种准单次正交互补Golay(A，B)码超声相控阵编码激励方法流程图，包括：
[0023] 步骤10由Golay A码编码激励的方案，实现步骤如下：
[0024] Golay码是由简单的数字符号1、_1组成，不能直接激励探头，必须由经符号-波形 转换产生激励波形。图2为编码电路控制器组成原理框图，其主要步骤如下：
[0025] ①基波生成模块，产生标准的双极性方波Bw(n)，周期为探头振荡周期IV，与探头激 励系统形成共振，能量输出最大化；
[0026] ②码元经R倍内插保持器(R 2 Λ dc)，Adc为探头一次激励振荡的时间长度，内插后 得到GR(n)，保证一个码元对应探头振荡周期时间；
[0027]③卷积调相，Gr(η)与基波进行卷积，得到激励探头波形Pw(n) (Pw(n) = Bw(n)*Gr (η)) (*表卷积)对基波进行相位调制，实现相位变换产生编码激励信号，如图3编码 激励波形生产过程。
[0028] 步骤20回波通过噪声抑制-反卷积法对Golay Α码求反卷积、Golay Β码求卷积，同 时得到Golay B码激励回波，形成准单次激励，实现方法如下：
[0029]①设整个硬件系统的传递函数为hd(n)，单脉冲激励信号e(n)，接收回波信号y(n) =6(11)*11(](11)，采用二元两相调制编码激励函数？[6(11)]，则输出7(11)=?[6(11)]*11(](11)，若 形成理想编码激励，则有：
[0030] F[e(n)]*hd(n) =NP · 3(n)*e(n)*hd(n)，LEZ+ (1)
[0031 ]②目前正交互补Golay码具有理想编码激励性质，设一对L。长度的正交互补Golay (A、B)码其码元序列分别为二相序列an、bn，令A= {an}，ane ( + 1，-1)，{n￡N|n < U-1}和B = {bn}，bne (+1，-1)，{neN I η < Lc-1}，根据Golay码定义，则A、B序列满足：
[0032] {an}*{a(-n)} + {bn}*{b(-n)} = 2LC · δ(η) (2)
[0033] 方便表示可用an代表A码编码函数，则其激励探头回波信号为： 1·Α
[0034] .v，"= [Ζ σ',...各(fl -/. Δ"()] (3) i~0
[0035] ③图4为Golay A-B激励转换离散差分方程方框图，由hd(n)*a(n)计算hd(n)*b (η)，可得到双次激励回波，为正确解码提供保证。B码激励转换因子Μη)*^!(η)(对A码求反 卷积），即
[0036] :4)
[0037]
[0038] 式中表反卷积运算，〇3、％6{-1，1}为编码符号极性。根据实际应用对含噪回波 信号加以噪声抑制处理以降低反卷积对噪声的放大作用，可通过添加降噪模块如FIR (Finite Impulse Response)或Wavel