WDA相关法时间延迟估计

　　相控阵超声检测能够通过高效的电子扫查、动态聚焦、动态孔径等技术[1],有效地提高超声检测的时间、空间和对比度分辨力,是目前超声检测研究的热点问题。相控阵超声检测中,声束焦点处具有最高的空间和对比度分辨力,因此准确聚焦对于提高超声检测质量具有重要意义。但是由于被检测工件存在材质不均等原因,实际检测时理论焦点和实际焦点存在偏差。医学诊断超声和声通讯领域的国内外学者[1 6]研究了通过自适应控制技术实现声束的自适应聚焦。本文在他们研究的基础上,结合超声检测的特点,研究相控阵超声检测中的自适应聚焦问题。自适应聚焦是通过自适应控制各个通道的发射(接收)时间延迟实现的。通道间时间延迟估计的精度将很大程度上决定自适应聚焦的精度。利用通道间的相关性可以进行通道间时间延迟估计。在实际处理时,通常将中心通道(参考通道)的回波信号作为模板信号,用该模板信号与其他通道的回波做相关处理,取相关性最大处与模板间的时间差作为该通道与参考通道之间的时间延迟[5]。再次发射与接收时,利用该时间延迟作为该通道的发射与接收时间延迟,实现在目标点的自聚焦。

　　影响通道间时间延迟估计精度的因素主要有3个:噪声、时间窗函数和缺陷特征。噪声不仅影响模板的可靠性,而且影响被测信号与模板信号间的相关性,从而影响时间延迟估计;模板信号是对参考通道加时间窗口来获取的,窗口的大小直接影响模板信号的特征,因而影响模板与被测信号间的相关性;由于超声反射与被反射体的几何特征相关,实际检测时,各通道间存在几何差,因此缺陷的位置和形状会影响不同通道的回波信号,从而影响通道间的相关性。

　　为了有效抑制以上3个因素对相关法时间延迟估计的影响,本文提出了基于小波变换的相关法时间延迟估计方法。

　　1　检测超声回波信号的特点及其小波分解

　　1.1　检测超声回波信号的特点

　　超声换能器发射的一个窄波列超声信号遇到缺陷或界面反射后被换能器接收成为回波信号x(t)。

　　该信号可分解为载波、缺陷信息和噪声信号:

　　式中:C(t)为载波信号,反映探头特性;F(t)为缺陷信号,反映缺陷位置和形状信息,包括声衰减等因素,在不考虑频散等因素时通常为低频信号,可以看作对载波的调制,与载波相关性小;n(t)为噪声信号,反映系统的噪声干扰,与前两者没有相关性。

　　目前相控阵探头制作工艺可以保证各阵元本身的机电特性的一致性,也就是回波信号中,各阵元的载波信号具有很强的相关性。因此,利用载波之间的相关性能有效消除噪声和缺陷特征对时间延迟估计的影响。上面的分析指出:载波信号、缺陷信号和噪声之间在频率上具有明显的差别,因此可以利用小波分析的频率筛选特性,进行信号分离。