基于小波包分解的超声相控阵前置阈值降噪研究

超声相控阵由于其独特的优点广泛应用于航空航天工业领域,在实际检测过程中,噪声污染难以避免,仪器电噪声和环境噪声会造成伪像以及成像分辨率低等问题。为此利用小波包分解对超声相控阵检测开展前置阈值降噪研究,首先对多孔碳钢试块进行超声相控阵实验检测,提取B扫、S扫的各个阵元原始数据;然后利用小波包分解检测信号,获得分解信号中最底层各个节点的能量谱;最后提出一种随分解层数而变化的自适应阈值计算方法,并利用改进后阈值函数进行去噪处理,将重构后的信号成像与未降噪信号成像对比。结果表明这种前置阈值降噪方法既可以保留原始信号的特征,也可以对信号中的噪声杂波起到抑制作用;相比带有噪声的B扫、S扫检测信号,降噪后缺陷图像信噪比分别平均提升8.97 dB、8.26 dB,且改进阈值函数降噪后的缺陷图像信噪比相比硬阈值降噪和软阈值降噪,B扫平均提升2.36 dB和2.39 dB;S扫平均提升3.87 dB和3.17 dB。所提方法在工程实际中具有较好的应用前景。     

磁轮式超声串列自动扫查爬壁机器人结构及位置调整

介绍一种新型爬壁机器人,它以超声串列法自动扫查和检测在役化工容器筒壁对接环焊的危害性缺陷. 着重介绍了它的机械结构及位置调整运动控制算法. 这种机器人采用磁轮吸附和小车式行走,利用磁带导航,光纤传感器检测,具有结构紧凑、导航性能好、位置调整方法可行和定位精度高等特点.     

高集成度超声相控发射电路的设计

以往超声相控发射电路采用分立元件,集成度低,由多块发射电路板组成,存在由于板间不同步造成的误差,影响发射精度.本文提出了一种高集成度高精度发射电路的设计.该设计利用FPGA内部锁相环的倍频和移相的技术取代了延时线,并采用多个4通道的高压脉冲产生芯片和8通道高压模拟开关芯片,集成于一块电路板上,大大提高了电路的集成度,避免了板间不同步的问题.同时对该电路实现电子扫查进行了相控分析,并通过仿真和实验,证明了电路的可行性.     

天线组阵信号处理的仿真研究

天线组阵技术是提高深空微弱信号接收信噪比（SNR）的一种有效途径,也是未来深空通信中的重要发展方向之一。本文介绍天线组阵信号的基本合成方案,用Matlab软件对合成方案进行了仿真比较,重点研究各合成方案性能恶化与调制指数、载波恶化、副载波恶化、符号恶化的关系。     

利用阵元异振幅优化超声传感器阵列的指向性能

超声传感器阵列是提高超声指向性性能的重要手段,本文提出利用阵列中阵元发射不同振幅超声波的方法进一步改善发射阵列的指向性性能。通过与常规阵元同振幅发射模式的指向性进行模拟和实验比较,结果表明该方法在超声阵列阵元分布形式完全相同的情况下,获得的超声波波束不但能保证主瓣尖锐的指向性,而且能有效的抑制旁瓣数量和旁瓣级,避免能量分散,提高超声发射效率。     

高精度波束形成的相控阵超声系统研究

为深入研究管道环焊缝缺陷特性,需要相控阵检测系统提供完全控制激励信号参数和获得接收回波信号的特性,针对该问题设计了32个模拟通道,可接入128个阵元,数字化频率达到125 Msample/s的相控阵超声检测系统.采用流水线式延时实现小数倍延时,脉冲发射延时精度为2.5 ns;使用Master-Slave结构的管理方式,在硬件上合理分配资源,对回波数据进行线性插值,同时根据脉冲的延时方案对各通道的插值数据进行存储,实现高精度数字波束形成.使用Hilbert变换提取形成波束在FIR滤波器滤波前后的包络,得到滤波后信噪比提高了9.4 dB.对标准试块进行缺陷检测实验,实验表明在深度上缺陷定位的相对误差为1.7%,相对于现有系统检测精度提高了接近2倍.     

基于超声相控阵的环焊缝缺陷检测方法研究

针对传统超声探头焦距固定,检测位置的改变就要更换相应焦距的探头而影响检测效率的问题,提出一种基于超声相控阵换能器的环焊缝缺陷检测方法;而超声相控阵具有电子偏转和电子聚焦特性,能在不移动的情况下发射偏转聚焦超声束,有效地解决了上述问题;首先基于超声相控线阵换能器的声场特点,采用数值分析方法,研究了影响声束偏转聚焦性能的几个主要参数;然后给出了与超声相控阵换能器相连接的多通道数据采集系统结构;介绍了单通道声信号的硬件结构及相应的信号处理方法,实现了对换能器中单个阵元的精确延时的控制;实验结果表明,优化设计的超声相控线阵换能器具有较高的检测精度和检测效率。     

超声相控阵探头的模型研究与参数优化

超声相控阵探测技术是在工业无损检测领域具有良好应用前景的新技术。论文介绍了超声相控阵检测的基本原理,对相控阵探头单一阵元模型和多维线性模型进行了仿真对比,证实了多维线性相控阵模型在应用中的优势;进而针对多维线性相控阵结构参数与探测性能的关系进行了仿真研究,基于实验仿真和理论推算给出了探头参数的优化方案,为相控阵探头结构设计奠定了基础。     

多组滞后非线性控制大系统的结构与关联鲁棒镇定

建立了一类多组多滞后区间时变非线性控制大系统的结构概念，采用李雅普诺夫函数鲁棒镇定等价法，给出了无滞后和扰动结构参数线性时变控制大系统的关联镇定，它蕴含了具有扰动结构参数的多组多滞后区间时变非线性关联控制大系统的结构与关联鲁棒镇定，同时给出了扰动参数与滞后非线性项界限的估计公式。     

脉冲数字式超声相控阵发射系统设计

研制了基于现场可编程门阵列(FPGA)、可编程延迟线(DS1020)和脉冲集成放大电路(HV732)的8通道、高精度、脉冲数字式超声相控阵发射系统;分析了关键技术并提出了解决方案。该系统适用于中心频率为0.1~10MHz的换能器,延迟精度为1ns,根据检测的不同要求,可以分别控制各个通道的延迟时间和脉冲宽度。     

超声相控阵缺陷检测聚焦技术仿真分析

采用有限元方法对超声相控阵缺陷检测技术进行分析.首先介绍了超声波波束聚焦、偏转的基本原理,然后使用COMSOL有限元分析软件以及Matlab仿真程序对超声相控阵缺陷检测技术进行建模,在该模型的基础上分析了超声相控阵延时聚焦技术的实现过程与方法.在仿真过程中,通过改变阵元参数,研究其对于超声相控阵缺陷检测信号的影响,并结合物理实验进行了验证.分析结果表明,超声相控阵的延时聚焦技术减小了发射波的波幅宽度,提高了缺陷点回波信号的幅值;基于延时聚焦技术的发射信号,其波束指向性图的主波瓣波束较窄,幅值较高,旁瓣幅值降低,提高了图像分辨率以及成像质量.     

自适应权重CV模型在超声相控阵图像分割中的应用

图像分割是超声相控阵无损检测图像三维重建的关键环节,分割精度和效率是图像三维重建准确性与实时性的重要保障。由于超声相控阵无损检测图像中含有大量噪声且灰度不均匀,在使用传统的CV模型分割检测图像时采用固定迭代步长,这导致分割效率较低且精度不高。本文利用分水岭算法过分割的特性,在对图像做分水岭变换后,统计各区域中的像素数目与灰度信息,从而得到一个权重矩阵并引入CV模型中,得到一种自适应权重CV模型。在水平集函数迭代过程中,权重矩阵可以根据图像信息自适应调整迭代步长。实验表明,与CV模型和LBF模型相比,本文提出的权重CV模型在分割超声相控阵无损检测图像时,具有更高的效率和分割精度。     

基于超声相控阵的飞机蒙皮检测技术研究

根据飞机蒙皮的结构特性及飞机的工作环境,分析了飞机蒙皮中常见的缺陷及损伤类型,对其相关的无损检测技术进行了研究。通过对几种常见的检测方法优劣性的分析,提出一种基于超声相控阵技术的飞机蒙皮检测方法,并对相控阵换能器的辐射声场进行计算仿真,分析了检测中的声场特性。最后,对飞机蒙皮试块进行检测试验,验证了超声相控阵技术在新型复合材料检测中的优势,应用于飞机蒙皮的检测有较好的发展前景。     

基于超声相控阵的角焊缝缺陷信号重构方法研究

在对接管角焊缝进行超声检测的过程中,由于检测的工件结构复杂并且仪器设备本身会受到电信号干扰,所以检测得到的A扫信号存在噪声,在检测图像中会出现“伪像”,从而造成检测困难;如果想要提高检测图像的质量,对于A扫信号的除噪尤为重要;文章提出小波去噪和经验模态分解相结合的角焊缝缺陷信号重构方法：首先分析接管角焊缝结构特点,进行相控阵检测试验,得到缺陷检测数据;然后着重分析了裂纹与未熔合缺陷信号,完成对其的经验模态分解与重构;最后通过对原始信号进行小波去噪及经验模态分解与重构,从而达到了比传统的算法更高的信噪比与更低的均方误差;结果显示本算法有更好的去噪效果,更有利于超声回波信号的分析。     

一种超宽带相控阵天线单元设计

为了提高相控阵天线的超宽带和宽角扫描性能,提出一种新型全金属Vivaldi天线阵元。利用仿真软件CST对Vivaldi天线阵元建立模型、仿真与优化,最终该天线在2~18 GHz的频段内,其VSWR≤2,具备超宽带特性;针对扫描盲区的问题,提出下宽上窄的创新型侧面结构,优化电流路径,消除扫描盲区,最终可实现全频带范围内±45°的宽角扫描特性。仿真结果表明,该天线具有超宽带、宽角扫描的特性,可以满足作为超宽带宽角扫描相控阵天线单元的要求。     

被动相控阵雷达自适应调度算法研究

研究被动相控阵资源优化调度.相控阵雷达实现目标跟踪,精度和实时性是主要的指标.针对现有的主动相控阵资源调度不能很好地解决被动环境下搜索截获概率低,跟踪精度差的问题,提出一种被动相控阵雷达自适应调度算法(以下简称为被动自适应调度算法).算法根据被动截获、跟踪的特点,设计被动自适应调度算法的实现框架,重点研究了被动自适应调度的任务参数自适应生成、任务优先级评估及调度自适应执行等算法过程,并给出了被动自适应调度算法性能评估指标.仿真结果表明,该算法能优化安排被动相控阵雷达时、空、频等资源,缩短目标发现时间,保证跟踪稳定性.