[发明专利]一种CIC多相内插滤波超声相控阵波束延时方法

说明书

本发明公开了一种CIC多相内插滤波超声相控阵波束延时方法，所述方法包括：A通过聚焦法则激励多阵元探头，对反射波进行接收延时聚焦；B回波升采样，采样率从f_s提升到I·f_s，同时I路分解，形成相邻两路1/(I·f_s)的延时精度；C通过N阶CIC滤波器实现多相内插滤波。本发明提供的方法基于FPGA精准的时序控制、快速并行处理能力，结合CIC内插滤波器灵活、运算量小、抗镜像能力强容易达到‑120dB等优点，提出升采样插零技术，对信号I倍内插零再滤波，通过抗镜像滤波滤除高频成分，超声回波采样率从f_s提升到I·f_s，同时I路分解，形成相邻两路1/(I·f_s)的延时精度。

技术领域

本发明涉及一种CIC多相内插滤波超声相控阵波束延时方法。

背景技术

超声相控阵技术通过对超声阵列换能器中各阵元进行高压激励相位延时控制，再对多阵元接收的反射波进行延时聚焦，以获得灵活可控的合成波束及聚焦点位置的随意控制，实现声束任意偏转对工件各方位扫描，以实现动态聚焦、高速扫查、扇形扫描、可检测复杂形状物体等，需通过精确延时技术提供保证，是目前超声无损检测的研究热点。其中，实现精密聚焦延时是超声相控阵各种聚焦算法的核心及难点，并形成硬件线延时、采样延时、专用芯片延时、软件延时等精确延时方法，但其通用性差、成本高、修改控制困难等缺点；软件延时是借助灵活的数字信号处理算法、实现精确延时的方法，具有通用性强、移植性好特点，但算法较为复杂，实现方法与技巧一直是人们研究热点。

CIC滤波器由梳状滤波器和积分器组成，通带内具有线性相位，硬件实现只需要加法器、移位器和寄存器，占用资源更少，实现简单且速度更快，具有低通滤波作用，且可以进行任意整数倍的内插与抽取滤波，采用CIC作为多相内插滤波器，则可以实现性能更佳的波速延时。鉴于FPGA内部时序、组合电路的特殊性，可快速并行实时处理信号特点，结合超声相控阵仪器延时聚焦原理，用FPGA实现CIC多相内插滤波细延时算法，较传统延时方法在运算量、计算速度、分辨力、性价比方面均具有较大优势，非常适合于实时性强、精度高的聚焦延时算法实现。最后通过ModelSim进行功能仿真，由FPGA验证其效果。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种CIC(Cascaded IntegratorComb)多相内插滤波超声相控阵波束延时方法，对传统硬件线延时、采样延时、专用芯片延时、软件延时等方案进行改进，通过升采样技术，采样率从f_s提升到I·f_s，同时I路分解，形成相邻两路1/(I·f_s)的延时精度。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

一种CIC多相内插滤波超声相控阵波束延时方法，包括：

A通过聚焦法则激励多阵元探头，对反射波进行接收延时聚焦；

B回波升采样，采样率从f_s提升到I·f_s，同时I路分解，形成相邻两路1/(I·f_s)的延时精度；

C通过N阶CIC滤波器实现多相内插滤波。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

基于FPGA精准的时序控制、快速并行处理能力，结合CIC内插滤波器灵活、运算量小、抗镜像能力强容易达到-120dB等优点，提出升采样插零技术，对信号I倍内插零再滤波，通过抗镜像滤波滤除高频成分，超声回波采样率从f_s提升到I·f_s，同时I路分解，形成相邻两路1/(I·f_s)的延时精度。

附图说明