[发明专利]一种基于信息融合的超声相控阵方法

说明书

技术领域

     本发明属于超声信号处理领域，特别涉及一种基于信息融合的超声相控阵方法。

背景技术

超声相控阵技术于上世纪八十年代被提出，初期主要应用于医学超声成像诊断。近年来国内外超声相控阵技术发展很快，在医学诊断和工业检测等方面的研究很受欢迎。另外，在相控阵的系统设计、系统的模拟以及实际应用等方面也有所进展，相控阵技术开始走向数字化。随着超声相控阵技术越来越受人们的重视，也出现了以下难点：超声相控阵各阵元得到的回波信息具有不同的信号特征，单个信息不能够全面描述被测体；超声波在复合材料中幅值衰减大，所以超声阵列得到的回波幅度很小，后续信息不容易处理；当多个阵元同时发射时，各阵元的发射波、回波之间会发生干涉作用，当各波相位不同时，信号强度会减弱。

根据上述技术难点，中国发明专利申请号200810140346.6采用D一S证据理论融合算法对超声相控阵多个阵元得到的信息进行数据融合，对数字信号处理器DSP数据融合模块数据的特征描述更加准准确。然而，证据理论具有很强的主观性，不区分不确定数据信息和不知道的信息，往往会把不知道的信息认为成是等可能得信息。中国发明专利申请号201210334509.0采用反向传播神经网络（BP）对相控阵各阵元采集的信息进行处理分析，高效完成凸优化处理。由于在网络训练期间，当权值改变时，会出现围绕最佳解的振荡情况，因此BP算法不能在训练期间实现全局误差最小，只可保证实现局部误差最小。中国发明专利申请号97109099.8采用傅里叶变换对超声信号进行频谱分析；中国发明专利申请号200410011403.2通过提升小波包变换对超声信号进行滤波，然后利用希尔伯特变换和正交解调方法对滤波信号进行联合时频分析提取信号在不同频率段的信息特征。但以上这些特征提取方法都是基于希尔伯特变换和傅里叶变换，所以特征提取速度慢，而又由于相控阵超声信号是一种非稳态的时变信号，不满足傅里叶变换的条件，不能准确反映超声信号的特征。我们要严格控制各相邻发射阵元之间具有恒定的相位差，通过硬件实现成本很高，比较困难，我们可以用软件来实现，本发采用信息融合技术来解决上述难点。

信息融合（Information Fusion,或称为数据融合Data Fusion)是电子战、机器人、系统导航、柔性制造、故障诊断以及数字图像处理等领域的一个重要的课题。多传感器信息融合是一种处理多个或多类传感器系统的新方法,又可被称为多元合成、多源关联、混合传感器或多传感器融合等，但是有一种更广泛的说法，即多传感器信息融合，简称为信息融合。它减少了单一传感器的信息盲区，提高了多源信息处理结果的质量，有利于检测人员对检测情况做出更好的判断和决策。目前，尚没有把信息融合技术用于研究超声相控阵的相关文献和实际应用系统。将两者集合，可以更加灵活而有效地控制声束，所以，选择最优信息融合算法运用于实际超声相控阵系统具有广阔的应用和发展前景。因此，本发明采用信息融合技术领域中的其他方法来解决超声相控阵检测中信号处理方面存在的技术难点的可能性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于信息融合的超声相控阵方法，该方法能够提高各超声相控阵阵元所采集信息的利用率，能够得到对现实环境更为准确、可靠的描述。

     本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种基于信息融合的超声相控阵方法，其特征在于，包括以下步骤：

   （一）超声相控阵探头的各个阵元依次单独采集信号，每个阵元采集到的所有信号组成一个数组，得到多个数组；

  （二）分位图法的建立

   1）各阵元采集得到的信号组成的各数组元素都由小到大排列，求出每个数组的中位数M、上四分位数F1、下四分位数F2；

   2）求出信号保留区间（P1，P2），其中dF=F2-F1，P1=F1-a/2*dF，P2=F2+a/2*dF，其中a为经验值常数；各数组元素在区间内的保留，在区间外的剔除，得到比原来数组元素个数少的新数组，数组的大小就是最佳融合数；

   （三）贝叶斯估计的建立