相控阵超声合成孔径成像优化方法研究

发布时间：2017-04-12 22:03

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【摘要】：超声检测技术在医学超声、交通运输、压力容器等领域应用广泛。相控阵超声对波束有很好的控制能力,具有高的灵敏度、大的检测范围等特点；合成孔径技术是一种后处理技术,能够把小孔径合成大孔径,形成逐点成像的聚焦信号,来提高成像质量,并且合成孔径技术具有成像方位分辨率与检测深度和工作波长无关的特点。随着检测需求的提高,常规相控阵超声检测不能满足检测需要,因此把合成孔径技术和相控阵超声结合起来成为了研究热点。本文为了提高相控阵超声合成孔径成像质量,引入了两种窗函数作为优化因子,分别是波达方向窗函数和辐射远场近似窗函数,并且对比研究了未优化和优化后的相控阵超声合成聚焦模型,分析了相控阵波束波形特征,进行了实验验证。本文对基于Field Ⅱ超声仿真平台对合成聚焦模型进行了模拟数据仿真,并模拟实验对超声合成聚焦成像进行了验证。接着分析了延时叠加算法和合成聚焦算法的波束模型,对其波束波形进行了仿真验证,同时引入波达方向窗函数和辐射远场近似窗函数对两种算法的波束进行优化和实验验证与分析,结果表明波达方向窗函数优化对波束的旁瓣抑制效果最好,旁瓣峰值迅速下降至-100dB；辐射远场近似窗函数优化对波束旁瓣抑制效果次之,旁瓣峰值下降至-89dB。最后分别对波达方向窗函数优化和辐射远场近似窗函数优化的相控阵超声合成聚焦成像进行了Field Ⅱ仿实验真验证和基于M2M公司的Multi2000超声检测仪的实验与分析。实验结论表明,两种优化方法明显提升了相控阵超声合成聚焦成像的成像深度。与未优化的合成聚焦成像相比,其中波达方向窗函数优化对缺陷的检出率明显提高,可达92%；辐射远场近似窗函数优化的结果更精确的反映缺陷的实际尺寸,把缺陷尺寸最大误差67.53%降低到了21.37%。
【关键词】：相控阵 合成孔径 超声成像 延时叠加 窗函数
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB553
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 超声无损检测技术12-13
• 1.3 超声相控阵技术13-17
• 1.3.1 超声相控阵发展历史概述14-16
• 1.3.2 超声相控阵的优势16-17
• 1.4 合成孔径超声成像技术国内外研究现状17-19
• 1.4.1 国外研究现状17-19
• 1.4.2 国内研究现状19
• 1.5 本课题的研究内容及结构安排19-21
• 1.5.1 研究内容19-20
• 1.5.2 结构安排20-21
• 第2章 合成孔径成像研究21-33
• 2.1 合成聚焦超声成像原理21-23
• 2.2 超声成像质量评价23-24
• 2.2.1 横向分辨率23-24
• 2.2.2 纵向分辨率24
• 2.3 合成孔径成像方法24-27
• 2.3.1 单振元合成孔径聚焦方式24-25
• 2.3.2 多阵元合成孔径聚焦方式25-26
• 2.3.3 合成发射孔径聚焦方式26
• 2.3.4 合成接收孔径聚焦方式26-27
• 2.3.5 合成聚焦方式27
• 2.4 延时叠加算法27-29
• 2.4.1 延时的计算28
• 2.4.2 延时聚焦的实现28-29
• 2.5 合成聚焦算法仿真29-32
• 2.5.1 Field Ⅱ超声仿真平台29-30
• 2.5.2 合成聚焦算法仿真30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 窗函数优化波束仿真33-42
• 3.1 延时叠加算法34-38
• 3.1.1 延时叠加算法波束仿真34-35
• 3.1.2 窗函数优化的延时叠加算法波束仿真35-38
• 3.2 合成聚焦算法38-41
• 3.2.1 合成聚焦算法波束仿真38-39
• 3.2.2 窗函数优化的合成聚焦算法波束仿真39-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第4章 波达方向窗函数优化成像方法研究42-53
• 4.1 波达方向窗函数优化成像42-45
• 4.1.1 线阵雷达的波达方向42-43
• 4.1.2 波达方向窗函数43-45
• 4.2 优化方法成像原理45-46
• 4.3 实验验证与结果分析46-51
• 4.3.1 模拟仿真46-47
• 4.3.2 仿真结果分析47-48
• 4.3.3 实验与分析48-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第5章 辐射远场近似窗函数优化成像方法研究53-59
• 5.1 辐射远场近似窗函数53-54
• 5.2 实验验证与结果分析54-58
• 5.2.1 模拟仿真54-56
• 5.2.2 实验与分析56-58
• 5.3 本章小结58-59
• 总结与展望59-61
• 1. 总结59-60
• 2. 展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 张光义;相控阵雷达的技术特点及关键技术[J];电子科技导报;1996年07期

2 薛振奎;白世武;詹华;夏欣;;国内长输管道对接环焊缝相控阵全自动超声检测装置的研制[J];焊管;2006年04期

3 孙宝申,沈建中;合成孔径聚焦超声成像(一)[J];应用声学;1993年03期

4 孙宝申,沈建中;合成孔径聚焦超声成像(二)[J];应用声学;1993年05期

5 孙宝申,沈建中;合成孔径聚焦超声成像(三)[J];应用声学;1994年02期

6 聂小武;鲁世强;王克鲁;;铸锻件磁粉与渗透检测工艺的选择[J];铸造;2006年04期

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

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本文编号：302134