本发明专利技术公开了一种基于几何反演阵列的目标探测方法与装置，采用前端探测和后端目标反演分离模式，探测终端采用单发多收的阵列传感器/天线，负责超宽带探测信号的发射和回波信号的接收，通过无线模块把探测、回波信号和收、发阵元的空间坐标传输到无线移动终端，相关数据通过无线或有线网络传输到负责目标反演后运算的云计算服务器，运用信号处理方法估计从发射阵元到各接收阵元的信号传输延时，应用空间几何原理一次性推算出多个目标空间位置；反演结果由无线模块回传到探测终端，再由人机交互界面显示。该装置采用超宽带探测信号，运用前端探测和后端目标反演分离探测模式，能提高探测精度，降低设备复杂性，使设备小型和轻型化，降低制造成本。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于几何反演阵列的目标探测方法与装置，采用前端探测和后端目标反演分离模式，探测终端采用单发多收的阵列传感器/天线，负责超宽带探测信号的发射和回波信号的接收，通过无线模块把探测、回波信号和收、发阵元的空间坐标传输到无线移动终端，相关数据通过无线或有线网络传输到负责目标反演后运算的云计算服务器，运用信号处理方法估计从发射阵元到各接收阵元的信号传输延时，应用空间几何原理一次性推算出多个目标空间位置；反演结果由无线模块回传到探测终端，再由人机交互界面显示。该装置采用超宽带探测信号，运用前端探测和后端目标反演分离探测模式，能提高探测精度，降低设备复杂性，使设备小型和轻型化，降低制造成本。【专利说明】一种基于几何反演阵列的目标探测方法与装置
本专利技术涉及超宽带声波/电波探测的
，具体涉及一种应用于目标探测、缺陷目标定位的超宽带声波/电波探测方法与装置。
技术介绍
在目标探测领域，为了提高目标探测的准确性和探测结果的可靠性，利用相控阵技术进行前端聚焦和逐点扫描是当前的主要研究方向，该技术广泛应用于雷达和超声检测。在基于相控阵的检测技术中，相干波源产生的电磁波或者超声波具有同样的频率及相位，波动理论指出相干波在介质中会产生干涉现象，通过形成稳定的电场或声场而实现聚焦。如果调整阵元发射电波或声波信号的相位，可实现波束方向和聚焦点的改变。因此，采用逐点聚焦和扫描方式可以逐点进行目标探测或缺陷检测，利用图像处理技术还可以实现目标或缺陷的成像。相关应用趋于多样化，主要包括工业无损检测、医疗超声成像与诊断、矿产资源勘探、水下目标探测、国防等
。鉴于波动理论的相干原理，利用相控阵技术进行前端聚焦和逐点扫描可逐点进行目标探测，在实际应用中存在问题如下: (I)为了实现相干聚焦，相控阵系统需要根据聚焦算法计算出天线中各阵元激发电磁波的延迟时间、振幅大小或者探头中各阵元发射超声波的延迟时间。对于简单的相控阵型(如线阵)，其波束扫描范围有限。如果采用环形阵、圆面阵等共形阵型，系统的聚焦算法势必复杂化，造成设备复杂、造价昂贵，并制约了目标检测时效性。(2)在实际应用中，为了简化相位调整，基于相控阵的检测多数采用窄带脉冲信号(相对带宽不超过10%);同时，在特定的扫描周期内，逐点扫描导致发射探测信号的持续时间不能太长，从而使得发射探测信号的时宽频宽积在I左右。根据香农信息论可知，时宽频宽积与探测精度成正比，因而这种采用窄带信号逐点扫描的方式必然限制探测精度的提高。如果采用宽频带探测信号，其相位的调整必然变复杂，聚焦算法会因此变得更为复杂，严重制约目标检测的时效性。(3)基于相控阵的检测技术采用逐点扫描方式，通过不断聚焦进行多目标探测。为了遍历整个探测空间，各阵元需要遵循聚焦算法进行多次波束发射和回波接收，结果造成目标探测的延时长且功耗大。(4)利用相干原理进行聚焦，不可避免地存在伪像问题，影响了目标探测的准确性。因为电波或者声波产生干涉时，波形叠加产生的旁瓣在探测时无法与主瓣分开，形成旁瓣效应伪像。相比幅度较小的低回声信号，旁瓣效应伪像也无法和它区分开，使得探测装置对低回声信号的分辨率降低。
技术实现思路
针对相控阵技术在目标探测领域中的现存问题，本专利技术目的在于提出一种基于几何反演阵列的一次性多目标探测方法与装置，可应用于电磁波和声波的探测系统中。该装置使用超宽带探测信号和单发多收阵列，在接收阵元获取多路回波信号，运用频率估计算法和几何学原理，通过高速的后运算进行一次性多目标反演，可实现快速、高效、高精度的探测。为了达到以上目的，本专利技术采用以下技术方案: 一种前端探测和后端目标反演分离的探测模式，探测终端采用单发多收的阵列传感器/阵列天线，负责超宽带探测信号的发射和回波信号的接收，并通过无线模块把探测信号、回波信号和收、发阵元的空间坐标传输到无线接收终端，无线接收终端通过无线或有线网络与云计算服务器相连；云计算服务器负责目标反演的后运算。一种基于几何反演阵列的目标探测装置，其特征在于包括阵列换能器/阵列天线，目标探测模块，探测数据处理模块，无线模块和云计算模块；其中阵列换能器/阵列天线与目标探测模块相连接，目标探测模块、无线模块分别与探测数据处理模块相连接；阵列换能器/阵列天线用于发射和接收超宽带探测信号；目标探测模块用于探测信号的产生与驱动、探测接收回波信号的增益与采样处理；探测数据处理模块用于整个装置的探测参数设置与控制、探测数据的存储与处理、数据通信以及人机交互；无线模块用于探测装置的无线定位、探测数据的无线传输及反演结果的接收；云计算模块用于信号传输延时估计和目标反演的快速实现。上述一种基于几何反演阵列的目标探测装置，其中所述阵列换能器/阵列天线包括I个超宽带发射阵元和至少3个的超宽带接收阵元；所述目标探测模块包括超宽带发射单元、超宽带接收单元与频率时钟；所述探测数据处理模块包括主控制器、探测数据缓存单元、存储单元以及人机交互平台；所述无线模块包括全球定位系统定位单元(GPS定位单元)和无线传输单元；所述云计算模块包括延时估计单元和目标反演单元。本专利技术的另一目的在于提出一种基于几何反演阵列的一次性目标探测方法，具体实现步骤包括: 步骤1:探测装置参数配置。设置的参数包括:阵列换能器/阵列天线参数，接收阵元参数，无线模块网络参数，探测结果的显示控制参数；步骤2:装置设备状态自动检测。该步骤所检测的状态包括:探测数据处理模块与目标探测模块的连接状态，目标探测模块与阵列换能器/阵列天线的连接状态，探测装置电源容量状态，无线模块的在线状态，无线传输单元与无线接收终端的连接状态；步骤3:探测前的增益校准。其中增益校准方式包括两种:手动增益与自动增益；手动增益校准方式由探测人员根据检测对象各层介质的特性设置各种增益参数；自动增益校准方式则是在检测对象获得一定的样本数据后，由探测主机自动估算检测对象各层介质的各种增益参数；其中增益参数包括无线电波/声波在各层探测介质中的传输速度，增益大小，带通滤波器的频率带宽；步骤4:发射探测信号。目标探测模块根据步骤I所设置的发射阵元参数发射超宽带探测信号；无线模块启动扫描，对当前探测位置进行GPS定位；步骤5:接收探测回波信号。目标探测模块根据步骤I所设置的接收参数及选定的接收换能器/接收天线通道接收探测回波信号，同时检测GPS定位坐标；步骤6:通过无线传输单元把探测信号、回波信号数据和发射、接收阵元的位置信息传输到无线接收终端:步骤7:无线接收终端通过无线或有线网络与云计算服务器相连，把探测信号、回波信号数据和发射、接收阵元的位置信息传输到云计算模块；步骤8:在延时估计单元中根据探测信号和回波信号进行延时估计。包括以下步骤: 步骤8.1:数据预处理，包括A-Scan数据频域变换、去噪声处理及频域滤波；步骤8.2:探测信号和回波信号进行相关运算和高频滤波；步骤8.3:通过频率估计算法获取信号传输延时；步骤9:在目标反演单元中根据发射阵元、接收阵元的位置和信号的传输延时进行几何反演，确定探测目标的空间位置；步骤10:探测结果通过无线接收终端回传到探测数据处理模块；步骤11:对目标反演结果进行分类处理，并将探测结果在人机交互平台中显示出来本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于几何反演阵列的目标探测装置，其特征在于所述前端探测和后端目标反演分离的探测模式，包括探测终端、无线接收终端和云计算服务器；探测终端通过低功耗高速无线通信技术与无线接收终端相连，无线接收终端通过无线或有线网络与云计算服务器相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韦岗，刘娇蛟，
申请(专利权)人：广州丰谱信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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