[发明专利]低频窄带高分辨超声探测成像方法

权利要求书

1.一种低频窄带高分辨超声探测成像方法，包括如下步骤：

(1)构造离散回波信号模型：

(1a)根据发射的低频窄带波信号s(t)，将回波信号r(t)表示为发射的低频窄带波信号在不同延时的叠加，即：

r(t)=ΣiNαis(t-τi)+n(t)]]>

其中t表示连续时间，τ_i表示第i个目标的延时量，N表示目标散射点的个数，s(t-τ_i)表示第i个目标的回波信号，α_i表示i个目标的散射系数，n(t)为加性噪声；

(1b)对回波信号r(t)进行离散化采样，令采样间隔为T_s＝1/f_s，其中f_s为采样频率，得到离散化后的回波信号r_k，即：

rk=r(kTs)=ΣiNαis(kTs-τi)+nk]]>

其中n_k＝n(kT_s)表示离散后的噪声信号，s(kT_s-τ_i)表示第i个目标的离散回波信号，k表示第k个采样点，k＝1，2，L M，M表示采样个数；

(2)将离散化后的回波信号r_k写成矩阵形式，得到回波信号向量r：

r＝[r₁，r₂，...r_k，....r_M]^T＝Aα+n

其中，T表示向量的转置，A是根据不同目标的离散回波信号s(kT_s-τ_i)构建的稀疏基矩阵，α＝[α₁，α₂，...α_k，....]^T为超声探测成像系数向量，n＝[n₁，n₂，...n_k，....n_M]^T为加性噪声向量；

(3)由以上回波信号向量r，构建基于压缩感知的高分辨率超声探测成像模型，即：

minα∈RNE(p)(α),s.t||r-Aα||22≤ζ.]]>

其中min表示最小化，R^N表示N维空间，ζ为噪声方差；

(4)按如下迭代加权最小二乘法对上述基于压缩感知的高分辨率超声探测成像模型进行求解，得到一维高分辨率的超声探测成像系数向量α：

(4a)初始化：k＝0，e_k，e_min＝10^-8，

其中k表示第k次迭代，表示A的伪逆，α_k表示当前迭代得到的超声成像系数向量，e_k是一个可调参数，初始设置在0～1之间，e_min表示e_k在迭代中的最小值；

(4b)由α_k构造系数的权值矩阵p是一个0到1之间的自然数，并更新稀疏基矩阵A_k，得到A_k+1：

A_k+1＝AW_k+1

(4c)由A_k+1更新α_k，得到α_k+1：

αk+1=Wk+1Ak+1+r]]>

(4d)判断如下条件是否成立：

||αk+1-αk||2<ϵk/100]]>

其中i表示系数向量α_k+1和α_k中第i个元素，α_k+1[i]表示系数向量α_k+1中第i个元素，α_k[i]表示系数向量α_k中第i个元素，

如果不成立，返回步骤(4b)继续迭代；

如果成立，再判断是否满足条件ε_k＜ε_min，如果满足，则停止迭代，得到一维高分辨率的超声探测成像系数向量α＝α_k+1；否则更新ε_k＝ε_k/10，返回步骤(4b)继续迭代，直到满足条件ε_k＜ε_min，得到一维高分辨率的超声探测成像系数向量α＝α_k+1；

(5)将得到的超声探测成像系数α取模值，即得到低频窄带高分辨超声探测成像。

2.根据权利要求1所述的低频窄带高分辨超声探测成像方法，其中步骤(2)涉及的根据不同目标的离散回波信号s(kT_s-τ_i)构建的稀疏基矩阵A，是通过如下公式构建：

A＝[s(kT_s-Δτ)，s(kT_s-2Δτ)K，s(kT_s-nΔτ)，K，s(kT_s-LΔτ)]

其中Δτ＝T_s，T_s表示采样间隔，k＝1，2，L M，M表示采样个数，n＝1，2，L L，L表示矩阵A的列数，L＝τ_max/Δτ，这里τ_max＝max(τ_i)，表示最大延时量，τ_i表示第i个目标的延时量。