一种超声信号合成与分离方法技术

本发明专利技术公开了一种超声信号合成与分离方法，为大规模超声传感器阵列接收回波信号时，提供一种减少模拟通道数的方法。本发明专利技术将每路超声回波信号进行频移，各频移后的调制信号频带允许存在频率交叠。本发明专利技术中实现频移的载波是由数字器件产生的离散序列经D/A转换后形成的，避开了采用振荡电路产生载波时电路复杂问题及频率控制精度不高的问题，同时产生的载波在后续合成信号分离时可直接采用小波解调的方法，避免了常规解调时对同频率的载波的严格相位要求，降低了解调难度。本发明专利技术可实现8路超声传感器回波信号共享一路模拟通道，并能在数字处理端将8路回波信号的波形、回波时延和幅值分离出来。值分离出来。值分离出来。

【技术实现步骤摘要】
一种超声信号合成与分离方法


[0001]本专利技术属于超声无损检测
，涉及一种超声信号合成与分离方法。

技术介绍

[0002]在现代超声无损检测领域，超声传感器向着阵列，甚至大规模阵列化方向发展，阵列阵元数目的增加不仅可以提高单次扫查的检测效率，而且可以获取反射体更加丰富的信息，使缺陷的空间分布量化信息更加准确，材料的整体性能评估更加可靠。但阵元数目的增加必然导致模拟端信号处理通道数的增多，每个超声传感器都需要配置独立的接收电路，当阵元规模扩大后，电路的复杂度和制作成本大大增加。
[0003]为了减少超声传感器信号处理单元电路数量，提高信道的利用率，目前超声阵列信号的接收处理技术主要是将超声传感器接收到的信号按一定的时差和相位差合成。基于时分复用的信号合成，可以根据传感器几何结构和声场传输特性，确定不同通道在回波时延范围，实现多路传感器信号的分时合成，但是需要先验传播声场几何参数，给检测带来不便。超声信号正交合成是将超声传感器阵元接收到的模拟信号进行预处理，用一组相互正交的三角函数调制超声回波信号中的低频成份，再将正交调制后的信号用加法器合成一路模拟信号，但是合成信号的路数有限。
[0004]频分复用最初用于信号传输，实现多路信号同时在一个信道内传输的目的，各路信号在时间上混叠的而在频谱上不混叠，基于频分复用的信号合成，是将多路传感器的回波信号调制到不同的频段，从而达到合成的目的，但是该方法需要对各路信号在频域上设置频带间隔，减少了合成的通道数，降低了频带的利用率，且对器件的频带要求较高。本专利技术旨在提高超声接收信道利用率，增加合成路数，并能从合成信号中分离出原单路通道的主要参数。

技术实现思路

[0005]针对现有超声信号合成与分离技的局限，本专利技术的目的在于提供一种超声信号合成与分离方法，采用模拟电路实时获取超声换能器回波信号，将N通道的超声传感器回波信号进行信号合成，减少了电路的复杂程度。并且不同频率的N路超声信号无需设置频带间隔，在相同带宽的条件下提升了合成的通道数，提高了频带的利用率。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种超声信号合成与分离方法，包括以下内容：
[0007]信号合成：
[0008]S1)获取每路超声传感器检测回波信号u
n
(t)，对回波信号进行预处理得到包络信号x
n
(t)；
[0009]S2)由数字器件产生离散序列g
n
(n)，将离散序列整形成载波信号g
n
(t)；
[0010]S3)将N路超声传感器包络信号x
n
(t)与N组频率不同的载波信号g
n
(t)通过调制电路进行调制，生成频率不同、相位和原始信号相同的N路调制信号y
n
(t)；
[0011]S4)将调制后的N路超声传感器信号y
n
(t)通过加法电路进行相加，合成一路信号
y
∑
(t)；
[0012]S5)将N路超声传感器合成信号y
∑
(t)通过模数转换得到合成信号离散数字序列y
∑
(k)；
[0013]信号分离：
[0014]在上位机中对数字化后的合成信号离散序列y
∑
(k)进行小波包分解和重构，获取分离后的每路信号从中估计出回波信号参数。
[0015]进一步地，上述步骤S1)中采用N路超声传感器对被测材料进行超声检测，获取每路超声传感器回波信号u
n
(t)，
[0016]u
n
(t)＝h
n
(t
‑
t
n
)cos(2πf0(t
‑
t
n
))，n＝1，2，...N
[0017]其中，h
n
(t)为每路超声回波信号包络，f0为超声传感器中心频率，t
n
为回波到达时刻。
[0018]进一步地，上述步骤S1)中将每路超声传感器阵元回波信号u
n
(t)进行降噪、取包络预处理，得到处理后的包络信号x
n
(t)，
[0019][0020]其中，β
n
为幅值，α
n
为波形因子，t
n
为回波到达时刻。
[0021]进一步地，上述步骤S2)中由数字器件CPU或FPGA产生离散序列g
n
(n)，通过D/A整形电路生成不同频率f
n
的载波信号g
n
(t)，
[0022][0023]其中，A
n
为载波信号幅值，为载波信号初始相位。
[0024]进一步地，上述步骤S3)中将包络信号x
n
(t)与载波信号g
n
(t)通过乘法电路进行调制，生成调制后的频移信号y
n
(t)，
[0025][0026]其中，A
n
为载波信号幅值，β
n
为包络信号幅值，α
n
为波形因子，t
n
为回波到达时刻，f
n
为载波信号的频率，为载波信号初始相位。
[0027]进一步地，上述步骤S4)中将N路频移信号y
n
(t)通过加法电路，合成一路信号y
∑
(t)，
[0028][0029]进一步地，上述步骤S5)中对合成信号y
∑
(t)进行A/D转换，得到合成信号的离散数字序列y
∑
(k)，k＝0，1，2，...，L
‑
1，其中L为采样数据长度，并将离散数字序列y
∑
(k)传送至上位机。
[0030]进一步地，上述步骤S4)中第一路载波频率为基频f1，设合成信号的最大允许带宽为B，则
[0031][0032]其余载波频率由确定；
[0033]载波为频率f
n
的余弦信号，合成信号中各路调制后的超声频带存在交叠。
[0034]进一步地，上述合成信号离散序列y
∑
(k)重构包括：将合成序列y
∑
(k)分解为N个子
频带，对子频带按照频率由低到高排列，依次得到分离后的各通道信号序列从中得到回波信号的时延和幅值。
[0035]本专利技术的有益效果为：
[0036]不同于常规的频分复用信号合成方法，首先将N路超声传感器阵元接收到的模拟信号进行预处理，用N组中心频率不同的余弦信号进行调制，再将N路中心频率不同的超声传感器信号用加法器合成一路模拟信号，通过单路模数转换通道，得到合成后的超声回波数字信号，借助小波包分解，可实现原信号的参数分离，本专利技术的有益效果在于不同频率的N路超声传感器信号无需设置频带间隔，在相同带宽的条件下提升了合成的通道数，提高了频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声信号合成与分离方法，其特征在于，包括以下内容：信号合成：S1)获取每路超声传感器检测回波信号u
n
(t)，对回波信号进行预处理得到包络信号x
n
(t)；S2)由数字器件产生离散序列g
n
(n)，将离散序列整形成载波信号g
n
(t)；S3)将N路超声传感器包络信号x
n
(t)与N组频率不同的载波信号g
n
(t)通过调制电路进行调制，生成频率不同、相位和原始信号相同的N路调制信号y
n
(t)；S4)将调制后的N路超声传感器信号y
n
(t)通过加法电路进行相加，合成一路信号y
∑
(t)；S5)将N路超声传感器合成信号y
∑
(t)通过模数转换得到合成信号离散数字序列y
∑
(k)；信号分离：在上位机中对数字化后的合成信号离散序列y
∑
(k)进行小波包分解和重构，获取分离后的每路信号从中估计出回波信号参数。2.如权利要求1所述的超声信号合成与分离方法，其特征在于，所述步骤S1)中采用N路超声传感器对被测材料进行超声检测，获取每路超声传感器回波信号u
n
(t)，u
n
(t)＝h
n
(t
‑
t
n
)cos(2πf0(t
‑
t
n
))，n＝1，2，...N其中，h
n
(t)为每路超声回波信号包络，f0为超声传感器中心频率，t
n
为回波到达时刻。3.如权利要求1所述的超声信号合成与分离方法，其特征在于，所述步骤S1)中将每路超声传感器阵元回波信号u
n
(t)进行降噪、取包络预处理，得到处理后的包络信号x
n
(t)，其中，β
n
为幅值，α
n
为波形因子，t
n
为回波到达时...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋寿鹏，张泽林，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：