基于AR模型的HIFU无损测温方法研究

自回归功率谱密度(AR-PSD)方法的基础是生物组织的离散散射体模型〔超声体模〕理论,该模型认为生物组织为半规则的散射体分布的,这种方法是基于温度和频移的相关特性。本文介绍超声回波信号对HIFU(High Inten-sity Focused Ultrasound)治疗的测温技术,从测温模型和算法,实验仪器的设计和构建,仿真和离体实验中获取了一套有效的测温方法,利用Matlab7.1和VC++6.0作为工具对超声回波信号进行计算机仿真,并从实验获得的超声回波信号中分析出具体的温度变化,验证了算法的可行性。     

软组织超声散射子频率特性的研究

由于生物软组织对超声波的衰减、吸收等作用,组织超声背散射射频(RF)信号的中心频率会发生偏移,利用超声背散射RF信号中心频率的偏移量来估计软组织超声特征散射子的粒径等特征成为可能.该文在软组织超声背散射RF信号功率谱理论分析的基础上,制作了4种不同散射子粒径的实验仿体,并对实验仿体进行了信号采集和数据处理,研究其频率特性.研究结果表明,生物软组织超声背散射RF信号的中心频率随超声特征散射子粒径的增大而向低频方向移动,且越来越接近发射超声信号的中心频率.     

多普勒激光雷达回波信号的蒙特卡罗模拟

为了研究光在复杂几何形状和非均匀介质,尤其是激光在大气中的多次散射传输问题,采用半解析蒙特卡罗方法,对不同气象条件和系统参量下的激光雷达回波信号进行了数值模拟,得到了相对回波信号随时间变化的分布曲线,并分析了接收机视场角对回波信号的影响。结果表明,当接收视场角较小时,回波信号曲线与单次散射曲线近似重合,随着接收视场角的增大,单次散射作用减弱,多次散射作用增强。     

浑浊水体激光后向散射特性仿真与实验研究

由于水体的吸收和散射作用,光束能量在传播的过程中会产生衰减,激光脉冲会被展宽,制约着水下激光雷达的探测范围和探测精度。文中以浑浊水体环境下水下弱小目标探测为应用背景,建立了水下光子传播的蒙特卡洛仿真模型,模拟了不同衰减系数和散射率的水体后向散射回波信号,并对相应的水体后向散射回波信号变化趋势进行了分析。仿真结果表明：随水体衰减系数的增加,近场水体激光回波信号接收光子数逐渐增多;随水体散射率的增加,回波信号光子消亡速度逐渐降低。开展了不同浊度下的激光雷达回波信号的测试实验,实验结果表明：随水体衰减系数的增加,水体激光后向散射回波幅度逐渐增高,脉冲宽度逐渐展宽。在进行浑浊水体水下弱小目标探测时,随水体衰减系数的增加,应通过逐渐减小激光器能量或接收系统增益来增强水体回波与目标回波之间的差异,以此提高浑浊水体水下弱小目标探测的信噪比。实验验证了理论与仿真结果,为浑浊水体环境下水下弱小目标激光探测系统在不同水质下的激光能量选取、接收系统增益设计等提供理论支撑。     

超低空状态下海面激光散射特性测试与分析

在海上使用的超低空雷达设计中,非常有必要了解不同海情下的海面激光散射特性。针对设计需求,在实验室内通过人工造波模拟海况,解决了实际海环境测试的困难,实现海面激光散射影响因素的定量控制。通过激光散射测试系统,获取各种状态和不同波束照射角情况下的近场激光散射数据,经过统计分析给出了规则正弦波海面和不规则(P-M谱)海面的激光散射特性。海面激光散射与漫反射板散射差异较大,海面散射以表面镜像散射分量为主。激光散射回波起伏随海表面波形空间波长而变化;散射回波大小随擦地角增大而增大;在固定的擦地角时,海情越高相应散射回波越强;当擦地角足够大时,散射回波大小随海情变化不大。     

检测散射元间距的多分辨率分析方法

本文研究了从生物组织的背向散射信号中提取散射元间距信息的多分辨率分析方法。从文中构造一维生物组织超声散射模型可以看到,散射元间距信息隐含在背向散射信号的低频包络中。本文采用绝对值检波方法作多分辨率分析的预处理,并采用能量最大准则确定检测的敏感尺度。仿真试验结果表明,这种方法可以有效地提取出背向散射信号中低频包络信息,准确地检测出散射元的位置;具有较强的抗噪性。     

仿人体组织材料的超声背向散射系数测量研究

材料的背向散射系数是与声速、声衰减系数并列的重要声学参数,常被用于疾病诊断和材料设计.与声速、声衰减系数的测量相比,背向散射系数的测量装置和结果处理较为复杂,迄今国内外并没有统一的标准.本文以仿人体组织材料为研究对象,采用了仿人体组织的超声散射理论模型,建立了脉冲回波法的背向散射系数测量装置;实验研究了水浸聚焦探头焦点位置的选择与背向散射回波信号长度的选择对测量结果的影响.结果表明,探头在物体中的聚焦位置对测量结果影响较小;随着散射回波信号长度的增加,计算得出的散射系数会有所减小,但影响有限.     

粗糙平面的激光散射特性研究

为了检测目标的边缘信息,采用激光扫描目标表面、通过回波信号变化来得到目标的边缘信息的方法,利用随机面元模型,分析了刚性随机粗糙平面的激光散射特点,建立了实用化的随机粗糙平面激光散射理论模型,并给出了正入射时几种情况下的激光散射图像,分析了平面目标的激光散射能量计算方法,仿真了光束在平面目标表面做正弦摆动时,光斑在不同位置的反射能量,利用激光信号的强度变化,采用峰(谷)检出法或者过零检出法就可以得到物体的边缘信息。结果表明,通过回波信号的变化,可以得到目标的边缘轮廓。     

超宽带线性调频雷达目标回波模型

超宽带雷达具有高分辨能力,它探测到复杂目标时,目标总的电磁散射是多散射中心的合成,回波信号不同于普通的窄带雷达回波。文中分析了在超宽带信号照射下的目标散射特性,得到超宽带雷达的一般模型。     

基于缓变上升沿泵浦光的布里渊慢光研究

为了增加布里渊慢光的时间延迟,减小脉冲展宽,利用迎风格式的有限差分法对光纤中受激布里渊散射耦合方程组进行数值求解,分析了具有缓慢变化上升沿的连续光作为泵浦光时,光纤输出端斯托克斯光的时间延迟和脉冲展宽因子随增益的变化情况。数值结果表明:具有缓慢变化上升沿的泵浦光可使高斯长脉冲FWHM(半宽全高)为120ns的时间延迟增加到52ns,高斯短脉冲(FWHM为20ns)的时间延迟增加到64ns,同时可减小高斯长短脉冲的展宽。     

长脉冲微波热声效应的实验研究

微波热声效应是一种生物组织在微波脉冲信号的照射下向外辐射声波信号的特殊现象,产生的声波信号携带着生物组织对微波信号的吸收特性,以及生物组织吸收微波能后发生的一系列生物化学物理反应的变化等信息。本文介绍了电子科技大学设计、搭建的一套脉冲宽度6ms,功率约800W的长脉冲微波热声效应实验系统,并介绍了初步实验研究结果。结果表明在长脉冲条件下,微波热声效应与微波的脉冲特性有复杂的关联性,内涵丰富的物理化学机制,具有很大的潜在研究价值。     

Noninvasive estimation of tissue temperature response to heatingfields using diagnostic ultrasound

A noninvasive technique for monitoring tissue temperature changes due to heating fields using diagnostic ultrasound is described. The approach is based on the discrete scattering model used in the tissue characterization literature and the observation that most biological tissues are semi-regular scattering lattices. It has been demonstrated by many researchers and verified by the authors that the spectrum of the backscattered radio frequency (RF) signal collected with a diagnostic ultrasound transducer from a semi-regular tissue sample exhibits harmonically related resonances at frequencies determined by the average spacing between scatterers along a segment of the A-line. It is shown theoretically and demonstrated experimentally (for phantom, in vitro, and in vivo media) that these resonances change with changes in the tissue temperature within the processing window. In fact, changes in the resonances (Δf) are linearly proportional to changes in the temperature (ΔT), with the proportionality constant being determined by changes in the speed of sound with temperature and the linear coefficient of thermal expansion of the tissue. Autoregressive (AR) model-based methods aid in the estimation of Δf. It should be emphasized that this new technique is not a time of flight velocimetric one, so it represents a departure from previously used ultrasonic methods for tissue temperature estimation     

激光远场激发表面波在开口缺陷处的散射回波

为了实现激光超声技术对表面缺陷的定量检测,采用有限方法模拟了激光激发的表面波与表面开口矩形缺陷作用的复杂过程,比较了近场和远场两种不同激发方式下相同接收点的位移信号,发现远场激发下各种模式转换波和反射表面波能充分分离,有利于分析表面波与缺陷作用的复杂过程。在远场激发方式下分别探讨了表面波与缺陷前沿和后沿的作用过程,提取缺陷产生的散射回波特征,并用惠更斯原理分析其产生原因。最后研究了缺陷深度和宽度变化对散射回波特征的影响。结果表明,散射回波特征点到达时间差与缺陷深度和宽度有线性关系。该研究为反问题估算缺陷尺寸提供了理论依据。     

Un modèle statistique pour les échos réverbérés par une surface fluctuante aléatoire

The authors have treated a statistical model which describes time intervals distribution between successive echos scattered by a fluctuating surface. A sonar signal scattered by sea surface is taken as a practical example. It is shown that scattered echos are achieved by random deleting of transmitted signals.     

P89LPC935在雨量探测中的应用

在超声波探头上施加一电脉冲信号,探头发出超声波,在遇到不同介质界面时被反射,超声波探头接收回波并将之变为电脉冲信号.利用P89LPC935的CCU部件测量发射波和回波之间的时间间隔,通过准确测量环境温度计算出超声波传播速度,进而测量出超声波的传输距离,从而获知液位高度和降雨量.     

A noninvasive cross-correlation ultrasound technique for detecting spatial profile of laser-induced coagulation damage--an in vitro study

A cross-correlation A-mode ultrasound technique is proposed for noninvasively detecting the spatial profile of coagulation damage in tissue being irradiated by laser. The basic assumption underlying this technique is that when coagulation is taking place in a tissue region, owing to thermally-induced structure changes in tissue, the waveform of echo signal scattered from that region should be changing accordingly. Our technique consists of four steps: 1) repeatedly sending the same acoustic signal to the tissue being heated; 2) tracking echo signals scattered from many small tissue regions using a cross-correlation echo-tracking technique; 3) quantifying waveform change of echo signal scattered from each region by means of cross-correlation coefficient between the currently acquired signal and a reference signal; 4) using the spatial profile of the degree of the waveform change to represent the tissue coagulation status at different depths. We carried out 23 heating experiments on fresh canine liver samples using a Nd:YAG laser (1,064 nm wavelength) at various light intensity (62 to 105 W/cm2) and exposure time (20 to 350 s). A 13-mm-diameter 10-MHz broadband single-element spherical focused ultrasound transducer was used. The spatial profiles of the degree of coagulation damage in the heated tissues, as determined by our technique, qualitatively agreed with the grossly inspected results. They also appeared to be consistent with the experimental and theoretical findings in the literature on laser-tissue interaction. Moreover, we developed an automatic procedure to compute the coagulation depth using the spatial profiles of the waveform change. We used the result as an indirect but quantitative means for evaluating the technique. Good overall agreement with a root mean square (rms) difference of only 0.81 mm was obtained between the computed and visually inspected final coagulation depths for the 23 experiments.     

离焦量对激光超声测厚的影响

为了研究离焦量对激光超声信号幅值的影响,采用相同能量的脉冲激光辐照不同厚度的铝质试块进行了工件测厚的实验。光路会聚采用焦距100mm的平凸球面聚焦透镜,将该透镜固定于5维光学调整架上,调节水平轴旋钮以改变离焦量;利用中心频率5MHz的压电探头接收激光超声波信号,并记录所有试块在每个离焦量下的超声信号数据;依据信号之间的时间间隔,求出每个铝质试块的厚度。结果表明,测厚结果与工件实际厚度之间的相对误差均在3%范围内;在等量激光脉冲激励下,当工件表面处于离焦量-10mm时,获得信号的幅值最大。     

基于ABAQUS的Lamb波时间反转薄板损伤研究

超声兰姆(Lamb)波无损检测技术是薄板结构应用很广的技术.针对由基准差信号提取损伤散射信号技术在应用中存在实用性差的问题,该文提出了一种采用Lamb波时间反转聚焦原理结合椭圆法定位的方法.该方法首先根据ABAQUS仿真分析得到实验的可行性,通过采集Lmab波反转聚焦信号得到时间延时,计算出损伤与传感器的距离,再通过几...     

基于双极化圆阵天线的多路径干涉仪测向研究

当低空掠海反舰导弹攻击目标舰船时,因为海面多路径散射波的存在,导致舰船上传统的相关干涉仪测向不准,从而不能有效反击拦截导弹。提出了一种基于双极化圆盘阵列天线的多路径相关干涉仪的测向方法,其工作原理为(假设反舰导弹天线是垂直极化方式)当圆盘阵列天线选择垂直极化方式时,干涉仪接收到导弹直达和海面多路径散射的混合信号;当圆盘阵列天线选择水平极化时,干涉仪仅接收到海面多路径总散射信号。在仿真中,根据相关干涉仪算法和多信号分类(MUSIC)算法,可以画出混合信号和总散射信号的空间坐标分别为方位角3°,4°,俯仰角82°,86°,然后比较两者空间向量之间的关系,得出导弹的空间坐标方位角小于3°,俯仰角小于82°,最后通过最小方差无失真响应(MVDR)空域滤波和波束形成算法抑制干扰信号的影响, 通过仿真可以看出总散射信号方位角被抑制大约23 dB,俯仰角被抑制大约17 dB,并通过与仿真场景中导弹的实际空间坐标进行比较,可看出该方法依然存在一定的差距,但也为消除散射多路径对测向的影响提供一种思路与方法。     

基于波束域预处理的阵列盲信号分离方法

相控阵雷达采用多个阵元进行信号的接收处理,其多通道信号处理可以采用盲信号处理的方法进行目标源信号分离.由于阵元间距导致信号在阵元间产生相位延迟,在进行盲分离的时候一般只能采用卷积混合模型,盲分离过程是较为复杂的多通道反卷积问题.文中对阵列接收信号进行波束域预处理,通过确定的空间波束相位补偿,将阵元域的多时延混合信号变换为瞬时混合信号,从而采用简单的实数分离算法即可完成信号分离,分离信号可用于后置处理.所提方法简单有效,相比常规阵列信号处理方法,可直接适用于宽带信号.仿真实验验证了其有效性.