超声回波信号的多阈值分段去噪方法研究

通过构建超声回波信号模型,将基于小波包阈值去噪应用在超声回波信号研究中。针对超声回波信号的非平稳性,提出一种多阈值分段去噪方法应用于超声回波信号的去噪研究中。仿真实验表明,采用的多阈值分段去噪克服了单阈值规则的局限性,能够较好地处理超声信号中的噪声分量。     

基于Gabor变换和灰度梯度共生矩阵的超声无损测温研究

提出了一种基于Gabor变换和灰度梯度共生矩阵(CMGG)的超声无损测温方法.通过高强度聚焦超声(HIFU)对新鲜离体猪肉组织进行辐照,实时获取辐照前后的超声图像,对其做数字减影和Gabor滤波,提取归一化后灰度梯度共生矩阵的二阶参数梯度平均、混合熵和逆差矩作为温度的表征参数.实验结果表明:Gabor滤波后的灰度-梯度共生矩阵的二阶参数梯度平均、混合熵和逆差矩与温度的相关系数分别达到0.9804、0.9854和-0.9644,优于传统的灰度均值法和实值Gabor系数法.Gabor滤波后的灰度-梯度共生矩阵的二阶参数混合熵在37℃~55℃能较好地反映温度变化信息,梯度平均则在55℃~85 ℃有更好的测温效果.     

分段读出平面回波序列在高强度聚焦超声焦点快速定位中的应用

磁共振声辐射力成像作为一种新兴的高强度聚焦超声监控技术,能够通过检测组织内的微米级位移实现高强度聚焦超声焦点定位。文章提出将分段读出自旋平面回波序列应用于磁共振声辐射力成像检测。通过与目前常用的单次激发平面回波序列及二维自旋回波序列对比发现,该序列在有效缩短检测时间的同时不易引起图像畸变。位移定量结果显示,分段读出自旋平面回波序列检测到的位移大小与另两种方法有较高的一致性,并具有良好的重复性。此外,单次激发平面回波序列可以同时提供具有良好图像质量的垂直于声传播方向的冠状面位移图及平行于声传播方向的矢状面位移图,有助于把握高强度聚焦超声焦域的三维结构。     

基于回波模拟器的CFOSAT散射计校飞模式定标研究

航空校飞是中法海洋卫星(Chinese-French Oceanic SATellite,CFOSAT)散射计发射前需要完成的一项重要实验内容,它可以检验星载散射计的各项功能和性能,获取有效数据,是保障散射计在轨正常工作的重要环节。在本次校飞实验中,利用了回波模拟器对散射计进行地面系统测试及定标验证,探索了一种利用回波模拟器对星载散射计进行系统测试定标的方法。运用该方法对CFOSAT星载散射计进行全系统地面测试以及定标实验。回波模拟器提供给散射计标准的、已知的回波信号,散射计处理该信号后,获取系统参数并得到定标常数。校飞的实验结果验证回波模拟器对星载散射计地面测试和定标方法的可行性和准确性。     

基于B超图像处理的无损测温方法研究

用B超和计算机设计一套实验装置,通过对B超图像分析来检测生物组织内的温度变化。用此装置对新鲜的离体猪肉进行了测温实验,并对不同温度时获得的B超图像作差值处理,在此基础上分析了数字减影结果与温度变化的关系。结果表明温度在40 ℃至85 ℃间,减影图像的相对灰度变化值与温度近似线性关系。     

基于人工蜂群算法的超声回波参数估计

将适用于求解组合优化问题和连续优化问题的人工蜂群算法运用于超声回波的非线性高斯模型,提出了一种基于人工蜂群算法的超声回波参数估计新方法,给出了算法的基本步骤,并在不同初始条件下对算法的性能进行了仿真。仿真结果表明,该算法的估计精度与初始值的选择无关,不仅能成功估计出超声回波模型的各个参数,而且可在全局范围内取得最优解,与超声回波参数估计的蚂蚁算法相比,该算法具有收敛速度快,运行时间短,鲁棒性好,可进行实时处理的优点。     

基于改进的DE算法的超声回波参数估计

利用最小二乘法将超声回波参数估计问题转化为优化问题,采用改进的差分进化算法(DE算法)对待优化函数进行优化处理。仿真研究说明,该方法在噪声环境下依然有效,并且不依赖于初始值选择,不需计算梯度,可以在全局范围内搜索。     

基于AR模型的多普勒散射计回波功率谱估计

当采样点数少或流速较小时,采用周期图法估计的多普勒散射计(Doppler scatterometer, DopSCAT)回波功率谱分辨率低,多普勒频移提取精度低。对此,提出了一种基于自回归(autoregressive, AR)模型的DopSCAT回波功率谱估计方法。该方法为DopSCAT回波信号建立含有未知参数的AR模型,采用赤池信息量准则自适应确定模型的最优阶数;对定阶后的AR模型采用Burg算法计算模型参数,利用得到的AR模型估计回波功率谱;对功率谱进行峰值检测提取多普勒频移计算径向流,采用两个观测方位向的径向流合成得到海面流场。利用OSCAR海流数据进行了回波功率谱估计与海流反演实验。分析结果表明,与周期图法相比,该方法能够显著提高回波功率谱分辨率和多普勒频移的提取精度,进而提高了海流的反演精度。     

一种基于B超图像处理的生物组织变性监测方法

本文提出基于B超图像灰度和小波变换系数并结合BP神经网络监测HIFU治疗中生物组织变性的方法。通过对高强度聚焦超声打击新鲜离体猪肉组织前后获得的B超图像作数字减影,并提取图像特征,利用神经网络进行分类处理。在此基础上,对大量实验数据处理后的统计特性和误差进行分析,得出较好的辨识效果。结果表明:结合图像平均灰度和小波变换系数特征并输入BP神经网络,能够更好地监测HIFU治疗中生物组织是否变性。     

水下发射装置壁温测量方法研究

水下枪械是用于水下作战部队的新枪种,水下枪械的膛壁温度测量,对比空气和水下发射时温度的变化对水下内弹道模型的符合参数取值有着重要的意义,同时枪管膛壁温度分布的变化对研究膛壁的烧蚀和提高身管寿命等都有帮助.为测量水下发射装置在发射过程中壁温的瞬态变化,设计了PtRt10-Pt 微热电偶,进行测试系统设计,对测试信号用小波分析的方法处理,得到了水下枪械不同固定点壁温的变化规律,为研究水下枪械发射过程温度变化及其他研究奠定了基础.     

连续超声波测风测温系统研究

超声波测风测温技术是大气湍流测量的主要手段,随着对大气湍流的研究不断深入,对大气湍流的测量提出了更高要求.针对传统脉冲超声波测风测温技术的不足,本文提出了利用连续调频超声波相位差测风测温的新方法,并设计了试验系统,初步试验取得了较好的测量结果.     

基于虚拟仪器的超声信号测量及测距研究

为更好地进行目标探测,利用虚拟仪器技术设计了超声信号测量系统,介绍了系统的构成和各模块工作原理。测距是目标探测的关键技术,重点从信号处理的角度,在分析传统超声射程时间TOF测量算法的基础上,提出了两种基于包络的改进算法,并利用LabVIEW软件来实现。最后利用超声信号测量系统完成超声波信号的采集、存储,回波信号的特征和幅值分析、测距分析等实验,结果表明该系统能对超声信号进行直观信号分析处理,测距准确,为后期目标识别提供了基础平台。     

基于多点测温的舒适度智能传感器研究

针对人体舒适度的检测,基于手部皮肤平均温度与舒适度之间的定量关系,设计了一种舒适度智能传感器结构。该智能传感器利用三维集成多层结构将多个温度传感元件集成在一块硅基片上,利用基于一致可靠性测度的多传感信息故障判断与信息融合方法,在实现异常数据与器件故障判断的同时实现了多传感信息融合与舒适度检测。实验研究表明,该信息融合方法与平均加权融合相比,融合误差降低了约71.2%,舒适度最大检测误差为±0.051。     

Research on double-barrier resonant tunneling effect based stress measurement methods

Piezoresistive effect of semiconductor materials is often used in microsensors as a sensing principle. Resonant tunneling diodes (RTDs) have been proved to have negative differential resistance effect, and their current–voltage characteristics change as a function of stress, which can be generated by external mechanical loads, such as pressures, accelerations and so on. According to this, the Meso-piezoresistive effect of RTDs can be used for stress measurement. This paper discusses two double-barrier resonant tunneling effect based stress measurement methods, including an RTD-Wheatstone bridge based method originally proposed. According to the results from the RTD-Wheatstone bridge based experiment, the piezoresistive sensitivity of RTD is adjustable in a range of 3 orders. And the largest piezoresistive sensitivity of RTD is larger than that of common semiconductor materials, such as silicon and GaAs.     

基于模型参考自适应技术的超声电机测控研究

推导出超声电机(USM)面向控制的数学模型,并结合电机的速度特性,给出了TRUM60电机的传递函数;构建了利用光栅编码器进行位置反馈的测控系统,在系统中引入了模型参考自适应控制(MRAC)控制器对USM进行控制.控制实验表明:在USM运转性能发生变化的情况下,USM的MRAC仍能实现快速精确的位置控制,控制误差为-0.1°～ 0.13°.     

基于CCD图像传感器的火焰温度场测量的研究

研究了比色测温法的原理,推出了计算高温物体温度场的计算公式,并运用图像处理技术得到了高温物体表面的温度分布。同时以酒精灯火焰作为研究对象,通过彩色CCD工业相机和图像采集卡设置图像的各种参数,将火焰的数字图像采集到计算机,在对图像进行预处理后计算出火焰图像的温度场,最终生成了相应的等温线。     

基于比色测温的温度场测量技术研究

为了解决热电偶、热电阻、红外热辐射等测温方法存在的只能逐点测量,响应时间长,无法得到整个温度场的温度信息等问题.提出利用彩色CCD摄象器件,按比色测温原理建立一套不需参考点的非接触高温物体表面温度场测量方法.并对比色测温算法进行了改进.试验结果表明,改进后的比色算法使Trg的最大绝对误差由58K减少到24K,最大相对误差由3.631%减少到1.534%,能够满足一般工业生产标准,具有对环境适应性强、测量范围宽和非接触测量等一系列特点,有着较强的研究价值和广泛的应用前景.     

Differentiating walls from corners using the amplitude of ultrasonic echoes

This paper analyzes the use of ultrasonic echo amplitudes to evaluate the characteristics of the detected surfaces (such as distinguishing between walls and corners). The shape and surface characteristics of the environment, such as roughness or absorption coefficient, as well as the distance and the angle of incidence, have high influence on the amplitude of the echoes. As a consequence, the amplitude of the received echoes has received little attention from robotic researchers. Instead, time-of-flight (ToF) has been used as the main source of information of the environment. It is also well known that the shape of the echoes of a corner is the same as that of a wall [IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. (PAMI), 12 (1990) 560]. Several authors have proposed special multi-transducer configurations to avoid this problem. This paper studies the amplitude of received echoes and presents a simple model to predict the shape and amplitude of echoes received from different materials in environments composed of walls and corners. Using this model, and analysing the amplitude of the echoes it is possible to distinguish between walls and corners in a single scan of a single ultrasonic transducer pair. The parameters of the model were obtained from tests performed on different materials and surfaces. The last section of the paper shows the experimental results of the wall–corner classifications obtained in real tests during the walk of a mobile robot. The results suggest that the method proposed can be of great interest for map building in robotics.     

基于超声波气体传感器的飞行时间测量系统

提出并搭建了一种基于双向回波法和数字相关法的超声波飞行时间测量系统.利用双向回波法标定传感器的电路延迟,获取测量时所用的参考信号.以参考信号和接收信号之间二重相关函数的最大值处作为粗糙定位点,在其附近对经希尔伯特变换后的函数进行线性插值,获取过零点作为最终的时间测量值.系统的标定精度能达到fs级,单次测量精度能够达到几纳秒至几十纳秒.该系统的优势是能够以低配模式获得高精度且可信赖的飞行时间测量结果,可应用于距离、流量和风速测量等领域.