基于凸优化的3D变迹函数水下声呐成像算法

针对水下声呐成像算法中旁瓣电平过高的问题,提出一种基于凸优化的3D变迹函数优化方法,用于成像算法之前,以求在波束形成中获得较低旁瓣电平。利用凸优化算法高效求解满足约束条件的阵元激励权值,将激励权值形成一个3D变迹函数,以幅度变迹的方式作用于各阵元接收的信号,并对幅度变迹后的各阵元接收信号采用延时叠加方法波束形成并成像。以主瓣宽度和峰值旁瓣电平作为衡量波束性能的指标,将所提出方法与切比雪夫窗函数方法和未经变迹函数方法处理进行对比,并进行成像仿真。实验结果表明:所提出方法可以有效地抑制波束峰值旁瓣电平,提高成像对比度。     

基于宽波束激励的高帧频超声成像方法研究

超声成像的帧频是影响超声成像应用的一个关键因素,成像系统的帧频决定了系统捕捉运动组织的能力,如3D成像、心脏成像、彩色多普勒等。传统超声成像采用延迟聚焦方法可获得较好的图像,但成像帧频较低。目前提高超声成像帧频主要有平面波成像和宽波束激励成像两种方法。平面波成像是通过激励所有阵元同时发射并同时接收超声波,虽在帧频上获得了显著提高,但由于它使用非聚焦技术,分辨率的提高仍然比较有限,特别是当要维持较高帧率而使用较少的扫描角度时,得到的图像质量仍然不高。宽波束成像技术利用多阵元同时发射超声波、远点聚焦、动态实现孔径变迹等方法可极大地提高图像的帧频、均匀性和空间分辨率。文章通过美国 Verasonics公司 V-1数据采集系统采集宽波束数据,进行波束合成建立宽波束超声图像,并与平面波成像和传统聚焦成像技术进行了对比和分析。实验结果表明,相较于平面波成像和传统聚焦成像方法,宽波束成像具有更好的横向分辨率和轴向分辨率,且可获得比传统聚焦方法更高的帧频。     

广义相干系数的合成聚焦成像

在医学超声成像中,为了提高分辨率并修正由生物组织的声速不均匀性引入的聚焦误差,提出将广义相干系数引入到合成聚焦成像中。并针对合成聚焦数据的特点,对回波数据进行双次广义相干系数算法处理。由单个阵元发射,所有阵元接收的数据计算广义相干系数;将接收数据求和后与该系数进行加权,得到单次发射接收信号的处理结果;对各次发射接收信号的处理结果再一次使用广义相干系数进行处理。仿真实验结果表明,该方法在提高图像分辨率、对比度以及校正聚焦误差上都明显优于传统的延时叠加与合成聚焦成像方法。     

均匀圆阵阵元缺损对阵列方向图影响的分析

阵列中阵元接收信号按照一定加权方式合成,使波束方向图指向期望信号同时抑制其他方向的干扰信号。但是当阵列中有阵元缺损时,会对阵列方向图产生一定影响。本文分析并仿真了均匀加权情况下,均匀圆阵无缺损的波束方向图,同时对比了具有相同波束指向的均匀圆阵和均匀线阵在缺损阵元位于不同位置的波束方向图。仿真表明缺损一个阵元后,均匀加权的均匀圆阵性能下降较多。而当缺损阵元位于不同阵列不同位置时,对均匀线阵影响有较大不同,但是对均匀圆阵的影响则相差不多。     

基于可编程计算架构的诊断超声信号处理系统设计

诊断超声信号处理系统的可编程与可重构性对于超声成像技术研究有着极其重要的意义。给出一种基于可编程计算架构的诊断超声成像系统的结构组成与实现方法。系统具有48路并行发射通道与回波信号接收通道,可实现128阵元线阵或48阵元相控阵换能器的激励信号的产生、回波信号调理与50 MHz、12 bit同步采集与接收。数字化回波数据在Virtex6 FPGA内经解串、波束合成、正交解调后送入TMS320C64x+DSP进行组织图像重建。在系统软件控制下,DSP通过控制FPGA内的信号处理代码可实现系统功能的重构,以满足新一代成像算法开发与验证需求。     

数字子阵级MIMO雷达设计方法

设计并实现了一种集中式数字子阵级MIMO雷达实验系统,该系统在子阵间实现正交二相相位编码信号发射,接收端实现了子阵级发射数字多波束合成与接收数字多波束合成,有效完成了对民航飞机的观测。子阵多波束与子阵正交波形发射成倍简化了系统设计复杂度,具有良好的工程应用价值,使得MIMO雷达功能可作为数字相控阵雷达的典型工作模式在数字阵中推广应用。     

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.     

成像声纳中多波束形成的FPGA工程实现

提出了一种计算方法简单、计算量小、所需存储量小的近场聚焦多波束形成的高速FPGA实现方法,用于成像声纳中高精度、高覆盖、高波束数的多波束形成。本方法基于180阵元均匀半圆阵,通过阵元等效弦的转动,仅采用6组加权系数矢量即可在90°范围内产生540个波束,使存储量降低了两个数量级,从而有效降低对硬件存储资源的要求。该系统工作在270 MHz,通过乒乓操作实现数据不间断的输入/输出,从而提高速度;通过多通道多系数复用乘法器和流水并行技术,仅采用24个乘法器完成了540个波束的实时产生,实现了8 190倍复用。     

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.     

频域宽带阵列波束形成技术优化设计

为提高宽带相控阵系统的波束合成性能,该文针对宽带相控阵系统中的延时补偿问题,采用频域宽带阵列波束形成的方法,分析了宽带相控阵中应用交叠FFT进行时延补偿的原理和误差造成的原因;基于一个接收信号带宽为600MHz的64阵元的宽带相控阵系统,研究了子阵规模、FFT点数、交叠率、位宽、采样率等交叠FFT参数对延时精度、信号保真度和波束性能的影响,在满足工程应用的要求的同时对频域宽带阵列波束合成技术进行了优化;经研究确定子阵规模不超过9个天线阵元、FFT点数不小于512、交叠率不小于1/16、位宽不小于采用12bit时可以达到指标的要求,为交叠FFT方法应用在实际工程中提供了依据与参考,并使其工程实现复杂度降低。     

最优正交信号分解的FPGA实现

获取回波信号的同相分量和正交分量对于声纳系统的数字波束形成器非常重要.本文提出了一种采用最大误差最小化准则来优化数字希尔伯特（Hilbert）变换滤波器的方法,用以获取幅度和相位严格平衡的正交信号,并在此基础上给出了基于现场可编程门阵列（FPGA）的分布式DA算法的硬件实现结构.实验结果表明这种方法稳定可靠,达到系统实时要求.     

雷达电子战系统的宽带数字波束形成实时实现

雷达电子战信号系统中宽带数字波束形成算法在工程中难以实时实现。要满足算法实时性要求主要面临两个瓶颈:其一是长点FFT运算量较大,难以实时实现;其二是多波束电子扫描时运算模块间实时数据传输量过大,难以保证实时传输。提出了一种应用在基于RapidIO总线信号处理平台的宽带数字波束形成的实时实现方案。该方案采用了FFT的二维分解算法,利用分模块流水线方法实现了长点FFT实时运算。采用分频段宽带数字波束形成算法,有效减少了多波束电子扫描时运算模块间实时数据传输量。该方案应用在基于RapidIO总线的数字信号处理平台的实时性能分析和算法仿真结果验证了该方案的可行性。该方案在雷达电子战系统应用中具有一定的理论研究意义和工程应用前景。     

超声检测中收发波形的数字化处理

时差法超声检测是通过对发射波与第一次回波之间的时差进行计时进而求得探测目标位置的一种方法。本文以CPLD(Complex Programmable Logic Device)为基础,结合MCU(Micro Control Unit)的处理特点,介绍了发射驱动信号与接收回波检测的数字化处理方法与程序设计,简化了电路设计,加大了控制的灵活性。     

基于DSP+FPGA的激光测距机数字信号处理研究

针对激光回波脉冲窄、弱等缺点,提出数字信号处理技术检测目标的方法;该方法首先采用小波阈值去噪方法对激光回波弱信号进行滤波,然后利用激光回波信号之间的相关性,对滤波后的潜在目标进行目标匹配,检测出目标,整个系统采用高速数宁信号处理器（DSP）实现相应的算法,采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）设计接口电路,降低了电路的复杂度;实验结果表明,该处理方法不仅提高了激光测距的作用距离和测距精度,而且实现了激光测距仪的小型化。     

地面探测脉冲压缩雷达的动目标检测

介绍了基于脉冲压缩体制的地面探测雷达动目标检测的数字信号处理流程,阐述了动目标检测原理,讨论了雷达回波的函数表达式,并利用计算机进行了雷达回波仿真,在复杂的环境背景下顺利地完成了对动目标的检测。     

动态雷达仿真系统的设计与实现

在脉冲雷达研究的基础上,提出了建立雷达仿真系统的设计与实施方案。该方法利用数学模型产生数字仿真回波,者直接导入实际采集的回波数据,通过D／A产生视频回波信号,通过不同的调制方式产生不同体制雷达的接收天线馈的高频信号。建立在软件无线电与现代仿真技术上的雷达仿真系统具有极大的灵活性和通用性,只需要改变软件,就可实现不同体制的雷达回波的实时动态仿真。或口以     

基于DEM的雷达地杂波仿真

地杂波仿真是雷达仿真系统的重点和难点.文中研究了基于高程数据模型的地杂波仿真问题.对利用分形算法产生随机地形的高程数据做了简要概述,并说明了如何对高程数据做平滑处理和着色.在高程数据的基础上,把地面分割成很多散射特性已知的简单的几何散射面单元,详细讨论了利用雷达方程和解析几何的思想计算每个单元的地杂波的功率,然后采用叠加原理对各个单元的功率进行叠加,实现整个地面的地杂波的计算,最后利用OpenGL技术进行着色和显示.上述方法的实验结果取得预期效果,基本符合工程需要.     

超声换能器发射激励能量利用率的研究

在全数字化B超或者是彩色B超当中前级收发电路和回波的质量直接影响到整个产品的性能;而超声换能器发射激励的不同更大程度上决定了超声图像的质量.在试验中发现利用双极性发射,3.5 M探头回波信号的峰峰值达到了1 V,而单极性的回波信号只有500 mV左右;这说明了不同发射激励对图像质量有很大的影响,而双极性发射方式的能量利用率最高,可以有效地控制发射频率,从而使变频等效果明显的显现出来,能够提高回波信号的质量.     

用于数字图像传感器的脉冲宽度调制读出方法研究

为提高数字像素图像传感器的动态范围,提出了一种具有自适应参考电压的脉冲宽度调制读出方法。该方法将像素阵列分成包含相同数目像素的像素块,通过参考电压产生模块使每个像素块的参考电压和像素块内光照强度相关,理论上这种结构能够将数字像素图像传感器的动态范围从48 dB提升至96 dB,实际仿真结果为88.16 dB。分析了像素分块内主要的噪声来源和参考电压产生模块的采样电容引入的偏差。采用65 nm CMOS工艺实现了4×4的像素块电路,在高光强和弱光强条件下分别将电路输出同理论计算值相比较,并分析了产生误差的原因。     

LFM信号限幅失真对侧扫声纳声图的影响

本文分情况讨论了LFM信号限幅失真对脉冲压缩及侧扫声图的影响并进行了湖试验证。结果表明:限幅失真对于脉压波形的主瓣几乎没有影响,即不会影响到声图的分辨率,但是会使脉压波形的幅度产生失真。当限幅程度较大时,由于信号的叠加会进一步恶化脉压波形,使脉压信号的幅度明显降低,甚至产生假目标,信号的动态变化范围被严重压缩;即使当单个信号不限幅时,而由于多目标回波相互叠加也可能会引起信号限幅,此时也可能对处理结果造成较为严重的失真,使信号动态范围被压缩。