基于合成孔径聚焦技术的激光超声无损检测方法研究

针对厚钢板内部缺陷的检测问题,利用合成孔径聚焦技术(SAFT)实现了厚钢板样品内部缺陷的定位及成像。移动脉冲激光线源在样品内激发超声纵波,利用激光测振仪在固定点探测得到超声时域B扫描信号,从时域信号中提取缺陷反射的纵波回波,对样品内部缺陷进行成像。使用有限元方法对该成像过程进行数值模拟,并通过实验对其进行验证,所获得的实验结果与数值计算结果一致。采用这一缺陷成像方法可在缺陷回波信噪比较低的情况下实现缺陷检测,并且过程简便,在激光超声检测领域具有应用价值。     

基于信号统计特性的超声成像方法

介绍合成孔径聚焦超声成像的基本原理。为进一步提高成像分辨率和信噪比,研究超声回波信号的相关性,根据缺陷信号和噪声信号的不同统计特性,提出一种基于信号相关性分析的非线性合成孔径算法。实验结果表明:与传统的延时叠加合成孔径算法相比,新方法提高了图像的横向分辨率和信噪比。     

相移迁移法在激光超声合成孔径聚焦技术中的应用

通过分析脉冲源激光辐照于工件表面激发的多模式、宽带超声体波信号并结合合成孔径聚焦技术(SAFT),实现了对工件内部微小缺陷的检测、定位和成像。首先基于有限元仿真模拟了激光激发超声波在含缺陷样品中的传播过程,编写了基于相移迁移法(PSM)的SAFT成像算法,然后在实验中使用激光在含缺陷样品表面激发超声波,使用激光测振仪探测超声波,并基于已有算法和探测结果对样品内缺陷进行了检测和定位,以验证算法的正确性。有限元仿真以及实验结果均表明,将激光超声技术与频域SAFT-PSM结合,能够有效地对微小缺陷进行检测和定位,且其图像重构速度快于时域SAFT,可为激光超声无损检测提供更快速的实时技术方案。     

基于联合块稀疏模型的随机调频步进ISAR成像方法

在回波数据稀疏、低信噪比等不利条件下,利用随机调频步进信号进行ISAR成像时,成像性能将会严重下降。针对上述问题,该文在充分分析随机调频步进信号回波特性的基础上,提出利用目标距离向具有的联合块稀疏特征来获得高质量ISAR图像的新方法。首先,推导了在随机调频步进信号发射波形条件下目标回波信号的联合块稀疏成像模型并分析了该模型特征;其次,提出了联合块稀疏正交匹配追踪稀疏重构算法(JBOMP)实现对模型的求解。该算法利用ISAR回波信号具有的块稀疏以及联合稀疏等先验信息,因此在低量测值、低信噪比条件下的ISAR成像性能得到了增强。所提算法还可以实现对多维信号的联合处理,且具有较快的运算速度。理论分析与仿真实验均验证了所提方法的有效性。     

基于EMD与欧氏距离的缺陷信号识别方法

将EMD方法应用到超声缺陷信号的建模与识别中,利用EMD方法对缺陷超声回波信号进行分解,得到若干个IMF,然后对包含故障信息的IMF作时域与频域分析,求出缺陷信号的一组特征值,分析特征值并构造出识别缺陷信号的特征向量。最后通过欧氏距离公式判别待测信号与已知缺陷信号间特征向量的近似程度(距离大小)来辨别信号的缺陷类型。通过试验表明这种方法可以有效识别信号的缺陷类型。     

基于改进Morlet小波的超声回波信号处理

粘结复合材料的超声回波检测信号夹杂了大量的噪声,完全淹没了有用的裂纹缺陷信息,基于时域或频域的分析方法难以判断其是否存在缺陷.在对信号作多尺度分析的基础上,改进了Morlet小波,并基于改进Morlet小波对信号进行了各种分析.当取多个尺度参数时,基于改进Morlet小波变换得到的小波系数都包含有缺陷信号的频率成分,这样便解决了多分辨率分析时多尺度小波系数在分析窄频带缺陷信号时的不足.     

基于单频连续波的无源雷达成像研究

该文提出一种新的单频连续波无源雷达成像时域算法。该算法先建立信号匹配矩阵,再将接收到的回波信号拓展为回波信号矩阵,然后将信号匹配矩阵和回波信号矩阵的Hadamard积在时间维上求和,实现回波信号的匹配积累,得到散射点目标的像。给出了算法成像分辨率,分析了影响成像质量的因素并综合得到算法聚焦能力的量度。算法完全在时域中进行成像处理,避免了频域的插值处理。在理论分析的基础上,仿真实验得到了较好成像结果,验证了所提算法有效性。     

前视阵列SAR回波稀疏采样及其三维成像方法

针对高分辨前视阵列SAR三维成像系统面临的距离采样率高和回波数据量大的问题,本文利用地面散射源在三维空间中的稀疏性,提出距离频域和沿航向时域二维稀疏采样并稀疏重构地面三维图像的方法.从前视阵列SAR角度观察三维地面,地面散射源在距离向和沿航向二维空间中是稀疏的,在该二维方向上联合稀疏采样有望实现最佳的稀疏采样效果.为避免距离向时域稀疏采样造成的三维成像复杂化,提出利用子脉冲结合距离频域稀疏采样的方法来实现距离向稀疏采样.同时,结合地面散射源连续性特点,提出低信噪比情况下稳健的信号重构方法.与传统三维匹配滤波成像方法相比,本方法降低了距离采样率和回波数据量,并直接重构地面散射源信息以实现三维成像.     

波束扫描合成孔径雷达成像处理

本文主要研究了滤束扫描合成孔径雷达的杨像处理方法，分析了ＳＣＡＮＳＡＲ的工作原理、信号格式、信号结构和信号参数限制，成像处理算法包括块数据成像算法和块图像拼接算法两部分，频谱分析法和时域频域混合相关法被用于数据成像，块图像的拼接是利用时间有系剪裁块图像再顺次拼接，计算机仿真验证了本文提出的ＳＣＡＮＳＡＲ信号格式和成像算法的可行性。     

基于正交编码激励的水下声呐高帧频成像方法

针对水下声速引起的超声成像系统成像帧率不高的问题,提出一种采用伪随机编码线性调频波(平衡Gold-LFM)作为发射信号的高帧频水下声呐成像方法。该方法通过依次发射相互正交的伪随机编码调制线性调频波,结合通道分离技术和波束形成技术,实现不同信号的通道分离与高帧频成像。仿真实验表明所提出的基于平衡Gold-LFM复合信号的成像方法可以实现回波信号的通道分离和提高成像帧率,同时能够降低图像伪影,具有较好的成像信噪比。     

合金弹头超声检测缺陷特征提取方法研究

在对合金弹头内部及近表面缺陷进行超声检测时,由于噪声干扰等原因,使得从超声回波信号中很难识别出缺陷回波的准确位置,进而影响对合金弹头缺陷的准确定位与重构,必须对回波信号进行处理。首先简要论述了合金弹头超声波检测原理和方法,然后针对采集的超声回波信号采用了小波时频分析方法进行缺陷特征提取。实验结果表明：采用小波时频分析方法进行缺陷特征提取能够较准确地判断出合金弹头内部及表面缺陷所存在的位置,为合金弹头的缺陷识别提供了有利的参考。     

合金弹头超声检测缺陷定位方法研究

首先论述提出的一种结合信号包络线和阈值判定的缺陷定位方法,然后针对采集的合金弹头内部及近表面缺陷超声回波信号采用这种方法进行合金弹头缺陷定位。通过实验表明,该方法能够较准确地判断出合金弹头内部及近表面缺陷所在的位置,参照C扫描方式重构图,能直观地判定缺陷的位置、形状和大小,为合金弹头自动超声检测提供了一种有效的手段。     

Covariance analysis of time delay estimates for strained signals

Estimates of time-varying delays from the ultrasonic echo signals of compressed biological media are the basis of a new type of medical imaging known as elastography. This paper is focused on predicting the covariance between time delays estimated from sequential Gaussian-weighted echo segments that overlap. The accuracy of the analysis was tested and improved by comparisons with measurements involving ultrasonic waveforms simulated from independent band-limited Gaussian signal and noise spectra. Data were generated to explore the dependence of time delay covariance on ultrasonic signal-to-noise ratio, time-bandwidth product W, fractional bandwidth, window separation, and the amount of strain (a is the time rate of change in delay). The relationship between a and other experimental parameters was crucial for understanding how signal decorrelation affects time delay error and, ultimately, elastographic noise. For echo waveforms without strain (a=0), delay variance was found to decrease with W. However, when waveform segments were strained (a≠0) a minimum was found in the plot of time delay variance versus W, where delay errors from additive noise equaled those from signal decorrelation caused by strain. Delay covariance decreased monotonically with increasing window separation (less overlap) when a=0. When a≠0, however, the covariance became negative for large separations. Properties of strain image noise were predicted from knowledge of the experimental parameters and time delay errors     

基于三维块匹配的红外图像降噪与缺陷量化方法

对金属表面的缺陷检测以及量化逐渐成为一项重要的工作,对于保障器件安全有着重大意义。本文以钛合金为例,使用了一种以激光器为热源的的红外热成像缺陷量化方法。利用激光器可以点加热的优点对缺陷周围进行加热并对金属背面进行图像采集,为了使红外图像清晰表示并保留边缘,对红外图像进行同态滤波,变换后的红外图像进行噪声估计并使用基于三维块匹配的去噪算法将图像进行去噪,并且对去噪图像进行边缘检测以及缺陷量化。实验表明该系统可以有效的对金属材料进行缺陷检测,该红外去噪算法在峰峰值信噪比(PSNR)方面得到了显著的提升,在去除乘性噪声的同时也使图像边缘得到了有效地保留,该缺陷量化方法可以将误差控制在15 %以内。     

线性调频匹配滤波器的ARM回波提取技术

针对反辐射导弹(ARM)及其载机的雷达回波特性,提出一种改进的ARM回波提取方法,即先根据载机回波多普勒频率的估计值对时延信号进行相位补偿,然后与原信号相减抑制载机回波,再用线性调频匹配滤波器积累ARM回波。通过分析不同调频匹配误差条件下的滤波器性能,获得了有价值的结论。仿真实验表明该方法在低信噪比下仍然可以有效地提取ARM回波信号。     

改进的基于图像评价准则的相位补偿方法

空间目标大都尺寸较小,雷达的回波数据信噪比较低,在目标单元之外往往存在严重的噪声影响,使ISAR成像出现严重的散焦,有时甚至是无法成像,常规的补偿方法不再适用。在分析低信噪比影响的基础上,综合利用不同方法进行相位的估计,提出一种改进的基于图像评价准则的补偿方法对相位进行精确估计,有效地提高成像的聚焦质量。考虑噪声的迭代运算误差,利用信号的相关性,结合相干积累方法,区分噪声与目标单元,大大提高了运算的速度与图像聚焦的质量。实验结果证明了方法的有效性。     

基于Gabor变换的超声回波信号时频估计

 在无损检测中,超声回波往往是一个重叠较严重,含有噪声的多回波信号。根据Gabor变换时频分析的特点,该文提出一种基于Gabor变换的超声回波信号时频估计方法。该文建立回波信号与Gabor变换分析窗函数相似度(即距离)模型,通过模型相似度最小化问题转化为求解回波信号Gabor变换系数模的最大值来估计回波信号的传播时间(TOF)和中心频率(CF),最后推导它们的克拉美-罗界(CRLB)以评价算法的性能。Monte Carlo仿真和实验结果表明该文提出的算法,无论对低信噪比的单回波信号或重叠的多回波信号都能达到较高的精度,而且估计的均方误差在高信噪比时,达到CRLB,即使在低信噪比,也接近CRLB。     

基于球面孔径合成成像的RCS测试方法研究

该文提出了一种基于球面孔径合成成像的雷达散射截面积（Radar Cross Section,RCS）测试方法,建立了基于去相干函数的回波信号模型,推导了基于球面孔径合成成像的RCS反演方法。首先,通过球面孔径合成三维成像方式获取被测目标的全方位-俯仰散射信息;其次,利用改进去相干函数的三维波数域积分成像处理方法获得目标的三维单视复图像,通过图像空域滤波抑制干扰目标信息;最后,通过波数域变换反演目标的RCS。该文引入去相干函数有效抑制了角度去相干和频域去相干效应对成像和RCS反演的影响,表征了目标方位-俯仰向RCS的幅度特性和相位特性,理论推导、仿真实验与数值分析均验证了该文方法的正确性和有效性。