伪随机码调制LFM的稀疏线性阵列超声成像的研究

发布时间：2017-10-24 06:48

  本文关键词：伪随机码调制LFM的稀疏线性阵列超声成像的研究

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【摘要】：超声成像技术凭借其无损、直观、原理简单等特点已经被广泛应用在医疗检测和工业生产的检测中,为病情的确诊和工业产品的检测提供了较大的便利。目前,大部分的超声成像系统采用的是多次发射聚焦和接收聚焦的模式,电路设计较复杂,成本也随之增加。本文以减小系统设计复杂度、降低超声成像系统的成本和提高超声成像的质量为目的展开了研究。本文首先介绍和分析了超声成像系统的组成,从换能器阵列的布阵方式、发射信号的选择、信号处理方法和成像方式等方面进行总结,提出了基于伪随机码调制线性调频信号和稀疏线性阵列的自适应波束形成超声逐点幅度成像方法。然后针对传统超声成像系统多次发射聚焦和接收聚焦的复杂模式,本文采用发射阵元同时发射且只需发射一次的模式进行。换能器阵列进行稀疏排列,4个发射阵元和8个接收阵元稀疏排列并利用虚拟阵元技术可以构建出32个等间距的虚拟阵元阵列,即用12个阵元实现32个阵元的性能。因为采用一次且同时发射的模式,在实现虚拟阵元技术时就需要4个发射信号具有好的正交性。在分析了常用的发射信号的基础上,提出了伪码调相线性调频的信号作为发射信号,伪随机码选择个数多且具有好的正交性的Go1d码序列,进行Gold码调相同时线性调频操作后使得发射信号具有好的正交性和脉冲压缩特性。为了进一步提高超声成像的质量,特别是提高成像的横向分辨率能力,在发射信号具有脉冲压缩性能的基础上对Capon自适应波束形成方法进行了部分改进,将编码激励技术与Capon算法结合。利用脉冲压缩以后的信号求得自适应权值,对脉冲压缩以后的信号进行自适应加权延时叠加,实现幅度成像。最后根据对各个环节的设置,进行综合仿真。实验结果表明基于伪码调制线性调频信号和稀疏线性阵列的自适应波束形成超声逐点幅度成像方法能够实现对比度高,空间分辨能力强的超声成像。另外,本文还进行了对应的超声成像前端系统的设计实现,可以实现本文构造的发射信号的发射,对接收的信号可以进行后续的离线处理,完成成像,用以证明新的成像模式的有效性。
【关键词】：超声成像 稀疏阵列 编码调制 自适应波束形成
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.7;TB559
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 超声成像国内外研究现状9-10
• 1.2.1 国外研究现状9
• 1.2.2 国内研究现状9-10
• 1.3 超声成像系统的构成与发展趋势10-12
• 1.4 基于稀疏阵列的新的超声成像模式的提出12-13
• 1.5 论文主要工作及内容安排13-15
• 1.5.1 论文主要解决的问题13
• 1.5.2 论文的内容安排13-15
• 第二章 稀疏线性阵列和发射信号的优化与设计15-35
• 2.1 稀疏阵列的优化方法15-18
• 2.2 稀疏线性阵列的优化18-24
• 2.2.1 基于遗传算法的稀疏线性布阵技术实现18-19
• 2.2.2 基于虚拟阵元技术的稀疏线性阵列优化19-21
• 2.2.3 遗传算法稀疏布阵与虚拟阵元技术的布阵性能对比21-24
• 2.3 发射信号的优化方法24-26
• 2.4 伪随机码调制LFM的发射信号模型及性能分析26-34
• 2.4.1 伪随机码调制LFM的发射信号模型26-28
• 2.4.2 伪随机码调制LFM的复合信号的性能分析28-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 基于伪码调制LFM信号的自适应波束形成方法35-47
• 3.1 波束形成概述35-36
• 3.2 时域波束形成方法36-40
• 3.2.1 固定加权波束形成方法36-37
• 3.2.2 自适应加权波束形成方法37-40
• 3.3 基于编码信号的LFM-CAPON自适应加权波束形成算法40-41
• 3.4 LFM-CAPON自适应波束形成算法的性能分析41-45
• 3.4.1 波束的指向性能41-43
• 3.4.2 干扰信号的方向对波束形成的影响43-44
• 3.4.3 波束性能随阵元个数的变化44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 仿真成像47-56
• 4.1 超声成像仿真环境及参数设置47-48
• 4.2 成像的仿真步骤48-50
• 4.3 仿真实验结果及分析50-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 基于任意信号的稀疏阵列超声成像前端系统设计56-64
• 5.1 超声成像前端系统的整体设计56-57
• 5.2 信号发射与接收系统的设计与实现57-62
• 5.2.1 信号发射部分的设计实现57-60
• 5.2.2 信号接收部分的设计实现60-61
• 5.2.3 数据通信与上位机软件介绍61-62
• 5.3 本章小结62-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 全文总结64-65
• 6.2 未来工作的展望65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间发表论文70
• 攻读硕士学位期间参与项目情况70

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 杜英华;合成孔径聚焦超声成像技术研究[D];天津大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 黄伟;稀布阵列天线的阵元分布优化设计研究[D];电子科技大学;2012年

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本文编号：1087580