一種準(zhǔn)單次正交互補(bǔ)Golay(A,B)碼超聲相控陣編碼激勵(lì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)單次正交互補(bǔ)Golay(A，B)碼超聲相控陣編碼激勵(lì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲相控陣系統(tǒng)性能關(guān)鍵技術(shù)中，通過增強(qiáng)發(fā)射能量來提高儀器的穿透力、分辨 力是工業(yè)無損探傷關(guān)鍵技術(shù)之一，如增大收發(fā)孔徑、改善探頭匹配電路、提高發(fā)射電壓，但 這使硬件系統(tǒng)變得復(fù)雜且可控性變差，直接影響到儀器的穩(wěn)定、可靠性，而采用編碼激勵(lì)技 術(shù)發(fā)射多個(gè)連續(xù)波間接增強(qiáng)發(fā)射能量(接收端對(duì)低電壓的連續(xù)波進(jìn)行能量聚合)能避免該 問題產(chǎn)生。單次激勵(lì)如Yannis S.Avrithis等（1998)米用CDMA(Code Division Multiple Access)偽隨機(jī)編碼激勵(lì)超聲系統(tǒng)，較傳統(tǒng)單脈沖激勵(lì)方式有更高圖像采集率、橫向分辨力 和對(duì)比度;韓國(guó)Jeong J S.學(xué)者(2013)使用Barker編碼技術(shù)抑制高強(qiáng)度聚焦超聲帶來干擾 達(dá)-40dB;美國(guó)Vanderbilt大學(xué)Byram B.等學(xué)者(2014)采用Chirp碼調(diào)頻模式，有效抑制超 聲多路徑與波束形成的雜波;但上述解碼效果不理想(產(chǎn)生水距離平旁瓣，不能還原成理想 的回波信號(hào))且發(fā)射電路復(fù)雜。雙次激勵(lì)如利福尼亞大學(xué)Jinhyoung Park(2010)采用Golay 碼激勵(lì)技術(shù)與6dB帶寬放大器，實(shí)現(xiàn)10~110MHz頻帶內(nèi)紋波在4dB內(nèi)，體現(xiàn)卓越性能；中國(guó)科 學(xué)技術(shù)大學(xué)(2010)用Chirp信號(hào)調(diào)制Golay互補(bǔ)碼激勵(lì)，增加醫(yī)學(xué)超聲透射深度與抗干擾能 力；中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院（2014)用長(zhǎng)度為4的Golay互補(bǔ)序列獲得了更高的信噪比；理論上雖達(dá) 到理想解碼效果，但需兩次發(fā)射，效率低、可靠性差。
[0003] 本文基于優(yōu)良正交互補(bǔ)Golay碼分析編碼激勵(lì)原理，提出一種準(zhǔn)單次激勵(lì)解碼技 術(shù)，能達(dá)到理想的解碼效果，改善傳統(tǒng)Golay編解碼技術(shù):兩次發(fā)射實(shí)現(xiàn)一次接收解碼以犧 牲脈沖重復(fù)頻率PRF(Pulse Recurrence Frequency)50%的缺點(diǎn)，最后通過構(gòu)建8位正交互 補(bǔ)Golay碼實(shí)施超聲相控陣儀器收發(fā)系統(tǒng)控制方案，通過ModelSim仿真其性能，回波幅度增 大約 16倍，由FPGA(Field Programmable Gate Array)驗(yàn)證其效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種準(zhǔn)單次正交互補(bǔ)Golay(A，B)碼超 聲相控陣編碼激勵(lì)方法，對(duì)傳統(tǒng)A、B碼分次激勵(lì)的方案進(jìn)行改進(jìn)，提出準(zhǔn)單次激勵(lì)方案，該 方法使得相控陣儀器基于Golay編碼激勵(lì)方式的掃查效率提高50%、避免兩次發(fā)射、接收信 號(hào)不一致帶來的解碼誤差，且大幅度提高信噪比。
[0005] 本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種準(zhǔn)單次正交互補(bǔ)Golay(A，B)碼超聲相控陣編碼激勵(lì)方法，該方法包括：
[0007] a由Go lay A碼超聲編碼激勵(lì)波形；
[0008] b回波通過噪聲抑制-反卷積法對(duì)A碼求反卷積、B碼求卷積，同時(shí)得
[0009] 到B碼激勵(lì)回波，形成準(zhǔn)單次激勵(lì)；
[0010] c分別對(duì)A、B碼激勵(lì)回波進(jìn)行脈沖壓縮，再矢量求和實(shí)現(xiàn)解碼。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)傳統(tǒng)Golay A、B碼分次激勵(lì)方案進(jìn)行改進(jìn)，提出準(zhǔn)單次激勵(lì)方案，通過Golay A碼實(shí)際激勵(lì)一次，由軟件 算法實(shí)現(xiàn)Golay A-B碼激勵(lì)轉(zhuǎn)換因子，通過解反卷積方式求解轉(zhuǎn)換因子，考慮到實(shí)際應(yīng)用 情況，接收回波信號(hào)都攜帶噪聲，提出了基于噪聲抑制-反卷積模型，有效抑制噪聲的放大。 采用FPGA作為實(shí)現(xiàn)工具，能快速現(xiàn)實(shí)兩次激勵(lì)到準(zhǔn)單次激勵(lì)的轉(zhuǎn)換，避免了物理硬件上以 犧牲效率的Golay(A，B)兩次激勵(lì)技術(shù)，在超聲相控陣儀器前端收發(fā)系統(tǒng)中具有重要的實(shí)際 意義，從而提高其掃查效率50 %與信噪比。
【附圖說明】
[0012] 附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí) 施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0013] 圖1是一種準(zhǔn)單次正交互補(bǔ)Golay(A，B)碼超聲相控陣編碼激勵(lì)方法流程圖；
[0014] 圖2是編碼電路控制器組成原理框圖；
[0015] 圖3是編碼激勵(lì)波形生產(chǎn)過程；
[0016] 圖4是Golay A-B激勵(lì)轉(zhuǎn)換離散差分方程方框圖；
[0017]圖5是準(zhǔn)單次Golay碼激勵(lì)實(shí)際解碼模型；
[0018] 圖6是碼長(zhǎng)Lc = 8、5MHz探頭Golay(A、B)編碼激勵(lì)與解碼ModelSim仿真圖；
[0019] 圖7是準(zhǔn)單次編碼激勵(lì)FPGA解碼效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 容易理解，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神下，本領(lǐng)域的一般 技術(shù)人員可以提出本發(fā)明的多個(gè)結(jié)構(gòu)方式和制作方法。因此以下【具體實(shí)施方式】以及附圖僅 是本發(fā)明的技術(shù)方案的具體說明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為本發(fā)明技術(shù)方案的 限定或限制。
[0021] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0022] 圖1是一種準(zhǔn)單次正交互補(bǔ)Golay(A，B)碼超聲相控陣編碼激勵(lì)方法流程圖，包括：
[0023] 步驟10由Golay A碼編碼激勵(lì)的方案，實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0024] Golay碼是由簡(jiǎn)單的數(shù)字符號(hào)1、_1組成，不能直接激勵(lì)探頭，必須由經(jīng)符號(hào)-波形 轉(zhuǎn)換產(chǎn)生激勵(lì)波形。圖2為編碼電路控制器組成原理框圖，其主要步驟如下：
[0025] ①基波生成模塊，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的雙極性方波Bw(n)，周期為探頭振蕩周期IV，與探頭激 勵(lì)系統(tǒng)形成共振，能量輸出最大化；
[0026] ②碼元經(jīng)R倍內(nèi)插保持器(R 2 Λ dc)，Adc為探頭一次激勵(lì)振蕩的時(shí)間長(zhǎng)度，內(nèi)插后 得到GR(n)，保證一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)探頭振蕩周期時(shí)間；
[0027]③卷積調(diào)相，Gr(η)與基波進(jìn)行卷積，得到激勵(lì)探頭波形Pw(n) (Pw(n) = Bw(n)*Gr (η)) (*表卷積)對(duì)基波進(jìn)行相位調(diào)制，實(shí)現(xiàn)相位變換產(chǎn)生編碼激勵(lì)信號(hào)，如圖3編碼 激勵(lì)波形生產(chǎn)過程。
[0028] 步驟20回波通過噪聲抑制-反卷積法對(duì)Golay Α碼求反卷積、Golay Β碼求卷積，同 時(shí)得到Golay B碼激勵(lì)回波，形成準(zhǔn)單次激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)方法如下：
[0029]①設(shè)整個(gè)硬件系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為hd(n)，單脈沖激勵(lì)信號(hào)e(n)，接收回波信號(hào)y(n) =6(11)*11(](11)，采用二元兩相調(diào)制編碼激勵(lì)函數(shù)？[6(11)]，則輸出7(11)=?[6(11)]*11(](11)，若 形成理想編碼激勵(lì)，則有：
[0030] F[e(n)]*hd(n) =NP · 3(n)*e(n)*hd(n)，LEZ+ (1)
[0031 ]②目前正交互補(bǔ)Golay碼具有理想編碼激勵(lì)性質(zhì)，設(shè)一對(duì)L。長(zhǎng)度的正交互補(bǔ)Golay (A、B)碼其碼元序列分別為二相序列an、bn，令A(yù)= {an}，ane ( + 1，-1)，{n￡N|n < U-1}和B = {bn}，bne (+1，-1)，{neN I η < Lc-1}，根據(jù)Golay碼定義，則A、B序列滿足：
[0032] {an}*{a(-n)} + {bn}*{b(-n)} = 2LC · δ(η) (2)
[0033] 方便表示可用an代表A碼編碼函數(shù)，則其激勵(lì)探頭回波信號(hào)為： 1·Α
[0034] .v，"= [Ζ σ',...各(fl -/. Δ"()] (3) i~0
[0035] ③圖4為Golay A-B激勵(lì)轉(zhuǎn)換離散差分方程方框圖，由hd(n)*a(n)計(jì)算hd(n)*b (η)，可得到雙次激勵(lì)回波，為正確解碼提供保證。B碼激勵(lì)轉(zhuǎn)換因子Μη)*^!(η)(對(duì)A碼求反 卷積），即
[0036] :4)
[0037]
[0038] 式中表反卷積運(yùn)算，〇3、％6{-1，1}為編碼符號(hào)極性。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)含噪回波 信號(hào)加以噪聲抑制處理以降低反卷積對(duì)噪聲的放大作用，可通過添加降噪模塊如FIR (Finite Impulse Response)或Wavel