一种MMSE波束形成器、MMSE波束形成方法、计算机可读存储介质技术

本发明专利技术提出一种MMSE波束形成器、MMSE波束形成方法、计算机可读存储介质，本发明专利技术对现有的基于最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器和标量滤波器实现合成波束逼近最小均方误差准则MMSE的技术方案进行了改进，重新搭建了相干因子计算模型和协方差估算模型。克服了现有最小方差无失真响应(MVDR)波束形成方法中由于协方差估算和相干因子计算偏差导致的合成图像质量偏低的技术问题，能自适应地抑制数据噪声和干扰对成像对比度的影响，提高合成图像的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种MMSE波束形成器、MMSE波束形成方法、计算机可读存储介质
本专利技术涉及相干平面复合
，具体涉及一种MMSE波束形成器、MMSE波束形成方法、计算机可读存储介质。
技术介绍
相干平面波合成(CPWC)是一种在整个成像区域实现高帧速率和均匀分辨率的方法，与逐行生成图像的传统系统不同，CPWC可以使用平面波传输在一个脉冲回波序列内生成整个图像。最小均方误差(MMSE)波束形成器是用于增强超声相干平面波合成(CPWC)图像质量的阵列处理技术，它通常使用最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器和标量滤波器来近似最小均方误差准则MMSE。在实际操作中，标量滤波器通常使用相干因子来近似，该相干因子的计算是基于入射信号的，而入射信号的由估算得到，带有误差。另一方面，最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器一般通过空间平滑近似估计得到MVDR算法中的数据协方差矩阵，这种近似方式会使得计算出的权值矢量偏小，进而导致合成图像质量偏低。
技术实现思路
专利技术目的：为克服现有技术的缺陷，本专利技术提出一种MMSE波束形成器、MMSE波束形成方法、计算机可读存储介质。技术方案：本专利技术提出的技术方案为：一种MMSE波束形成器，应用于相干平面波合成，所述波束形成器通过N元线性阵列接收换能器发射出的M个不同角度的平面波的回波数据，并进行波束合成；记回波数据矩阵为：u(n)＝[u1(n)，u2(n)，…，uM(n)]T，则合成波束为：其中，ui(n)表示平面波i的回波数据，xi，j(n)表示在时刻n第j个阵元接收到的平面波i的回波数据；wDCR-MMSE为权值矢量，wDCR-MMSE的表达式为：其中，rk(n)表示中间参数，qk(n)表示所述波束形成器的N个阵元输出信号的快照集合，qk(n)＝[qk，1(n)，qk，2(n)，…，qk，N(n)]，ε为对角线加载参数，I表示单位矩阵，a表示所有回波数据的时间延迟向量。一种MMSE波束形成方法，包括步骤：(1)激励N元线性阵列换能器发射出M个不同角度的平面波，通过N个阵元接收回波数据；(2)通过快拍采集每个阵元的输出信号，记为qk(n)，qk(n)＝[qk，1(n)，qk，2(n)，…，qk，N(n)]，其中，xi，j(n)表示在时刻n第j个阵元接收到的平面波i的回波数据；(3)根据需求选取对角线加载参数，根据步骤(2)获取的qk(n)计算协方差矩阵：其中，I表示单位矩阵；(4)定义中间参数rk(n)，a表示所有回波数据的时间延迟向量；根据步骤(2)得到的qk(n)和步骤(3)得到的计算出rk(n)，(5)计算相干因子：(6)计算出权值矢量：(7)计算出回波的合成波束为：一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有至少一个可被处理器执行的指令，所述至少一个指令被处理器执行时，实现所述的MMSE波束形成方法。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：本专利技术提出的MMSE波束形成方案对现有的基于最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器和标量滤波器实现合成波束逼近最小均方误差准则MMSE的技术方案进行了改进，克服了现有最小方差无失真响应(MVDR)波束形成方法中由于协方差估算和相干因子计算偏差导致的合成图像质量偏低的技术问题，能自适应地抑制数据噪声和干扰对成像对比度的影响，提高合成图像的质量。附图说明图1为本专利技术涉及的MMSE波束形成方法的流程图。图2为实施例中涉及的用不同波束形成器生成的9个理想病变的模拟图像；其中，图2(a)为采用CPWC波束形成器生成的9个理想病变的模拟图像，M取值为75；图2(b)为采用SS-MVDR波束形成器生成的9个理想病变的模拟图像，M取值为75；图2(c)为采用CPWC波束形成器生成的9个理想病变的模拟图像，M取值为15；图2(d)为采用SC-MVDR+CF波束形成器生成的9个理想病变的模拟图像，M取值为15；图2(e)为采用SS-MVDR+HRCF波束形成器生成的9个理想病变的模拟图像，M取值为15；图2(f)为联合SC-MVDR波束形成器生成的9个理想病变的模拟图像，M取值为15；图2(g)为DCR-MVDR波束形成器生成的9个理想病变的模拟图像，M取值为15；图2(h)为DCR-MMSE波束形成器生成的9个理想病变的模拟图像，M取值为15；图2(a)至(h)均经过日志压缩，显示的动态范围为60dB。图3为实施例中涉及的用不同波束形成器生成的用于分辨率评估的实验图像；图3(a)为CPWC波束形成器生成的实验图像，M取值为75；图3(b)为SS-MVDR波束形成器生成的实验图像，M取值为75；图3(c)为CPWC波束形成器生成的实验图像，M取值为15；图3(d)为SC-MVDR+CF波束形成器生成的实验图像，M取值为15；图3(e)为SS-MVDR+HRCF波束形成器生成的实验图像，M取值为15；图3(f)为联合SC-MVDR波束形成器生成的实验图像，M取值为15；图3(g)为DCR-MVDR波束形成器生成的实验图像，M取值为15；图3(h)为DCR-MMSE波束形成器生成的实验图像，M取值为15；图3(a)至(h)都经过日志压缩，并以70dB的动态范围显示。图4为扫描中心线上纵坐标分别为10mm、30mm和50mm处的尼龙单丝金属线对CPWC波束形成器(M＝75)、SS-MVDR波束形成器(M＝15)和CPWC波束形成器(M＝15)所生成的波束的响应对比图；其中，图4(a)为扫描中心线上纵坐标10毫米处的尼龙单丝金属线横截面上的波束响应对比图；图4(b)为扫描中心线上纵坐标30毫米处的尼龙单丝金属线横截面上的波束响应对比图；图4(c)为扫描中心线上纵坐标50毫米处的尼龙单丝金属线横截面上的波束响应对比图。图5为扫描中心线上纵坐标分别为10mm、30mm和50mm处的尼龙单丝金属线对CPWC波束形成器(M＝15)、联合SC-MVDR波束形成器(M＝15)、SS-MVDR+CF波束形成器(M＝15)、SS-MVDR+HRCF波束形成器(M＝15)、DCR-MVDR波束形成器(M＝15)、DCR-MMSE波束形成器(M＝15)所生成的波束的响应对比图；其中，图5(a)示出了扫描中心线上纵坐标为10mm处的尼龙单丝金属线横截面上CPWC波束形成器(M＝15)生成的波束和联合SC-MVDR波束形成器(M＝15)生成的波束的响应分布对比图；图5(b)示出了扫描中心线上纵坐标为30mm处的尼龙单丝金属线横截面上SS-MVDR+CF波束形成器(M＝15)生成的波束和SS-MVDR+HRCF波束形成器(M＝15)生成的波束的响应分布对比图；图5(c)示出了扫描中心线上纵坐标为50mm处的尼龙单丝金属线横截面上DCR-MVDR波束形成器(M＝15)生成的波束和DCR-MMSE波束形成器(M＝15)生成的波束的响应分布对比图。图6为用不同波束形成器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MMSE波束形成器，应用于相干平面波合成，其特征在于，所述波束形成器通过N元线性阵列接收换能器发射出的M个不同角度的平面波的回波数据，并进行波束合成；记回波数据矩阵为：u(n)＝[u

【技术特征摘要】
1.一种MMSE波束形成器，应用于相干平面波合成，其特征在于，所述波束形成器通过N元线性阵列接收换能器发射出的M个不同角度的平面波的回波数据，并进行波束合成；记回波数据矩阵为：u(n)＝[u1(n)，u2(n)，…，uM(n)]T，则合成波束为：



其中，ui(n)表示平面波i的回波数据，xi，j(n)表示在时刻n第j个阵元接收到的平面波i的回波数据；wDCR-MMSE为权值矢量，wDCR-MMSE的表达式为：









其中，rk(n)表示中间参数，qk(n)表示所述波束形成器的N个阵元输出信号的快照集合，qk(n)＝[qk，1(n)，qk，2(n)，…，qk，N(n)]，ε为对角线加载参数，I表示单位矩阵，a表示所有回波数据的时间延迟向量。


2.一种MMSE波束形成方法，其特征在于，包括步骤：
(1)激励N元线性阵列换能器发射出M个不同角度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮义，理查德普拉格，
申请(专利权)人：剑桥大学南京科技创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32