[发明专利]一种基于互相关信号相位分解的时延估计方法

权利要求书

1.一种基于互相关信号相位分解的时延估计方法，其特征在于：选取时长为T_s的理想发射信号，获取接收信号，对接收信号与理想发射信号进行互相关运算得到互相关信号，将接收信号传播延时分解为K个整周期和ψ的相位偏移；设置单周期函数信号，求得互相关信号与所述单周期函数信号间的相关系数的极值，得到相位偏移ψ；将单周期函数信号再往0时刻方向进行整周期移相，求得互相关信号的第一个起振点，从而得到接收信号的时延，所述单周期函数与理想发射信号函数为相同类型的函数，且角频率相同；

设：

其中Kx为待求解周期整数，表示从0时刻开始最接近Γ_x的整周期点，ψ为待求解自该整周期点的偏移相位差；记K_s为T_s包含的整周期个数，则：

构造单周期函数信号：

式中θ为待求解相位偏移自变量，ω为超声激励信号的角频率,K_m为互相关信号f(τ)的序列f(mT)序列最大值处零点方向最近的整周期点。

2.根据权利要求1所述时延估计方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、对接收信号与理想发射信号进行互相关运算得到互相关信号，构建单周期函数信号，并对单周期函数信号进行步进移相，求解互相关信号和单周期函数信号的相关系数的极值，极值处相位即为接收信号传播延时的精确相位偏移ψ；

S2、对求得的精确相位偏移为ψ的单周期函数信号，往0时刻方向进行整周期移相，确定具体的移相周期数K，求得互相关信号的第一个起振位置点，得到接收信号传播延时。

3.根据权利要求2所述时延估计方法，其特征在于：包括以下步骤：所述接收信号传播延时等于互相关信号的第一个起振位置点与所述理想发射信号时长的差。

4.根据权利要求2所述时延估计方法，其特征在于：步骤S1中，包括以下步骤：

A1、选取时长为Ts的理想发射信号x(t)；

A2、获取接收波信号y(t)；

A3、进行互相关运算，生成互相关信号f(τ)的离散形式序列f(mT)；

A4、寻找f(mT)为最大值时的T_max；

A5、获取离T_max最近的整周期点，记为K_m；

A6、构建步进移相的单周期函数信号g(τ)序列g((mT)_θ(i)(j))；

A7、求取序列g((mT)_θ(i)(j))与步进移相的互相关信号序列f((mT)_θ(i)(j))的相关系数ρ_gf(K_m，θ(i))；

A8、求取ρ_gf(K_m，θ(i))最小值时的θ(i)，即为精确相位值ψ；

其中，步骤A1与步骤A2无先后顺序区别。

5.根据权利要求3所述时延估计方法，其特征在于：所述互相关信号，如下式所示：

式中，τ表示互相关信号时域自变量；

所述单周期函数信号g(τ)与互相关信号f(τ)的相关系数ρ_gf(θ)，如下式所示：

式中，

计算中的方法如下：

6.根据权利要求3所述时延估计方法，其特征在于：所述互相关信号离散形式序列f(mT)计算方式如下：

其中，x(t)和y(t)由同一个脉冲触发信号P(nT)进行数字化采样，分别形成x(nT)和y(nT)：

式中，N_x为接收信号起振后第一个采样点序列值，N_s为发射激励信号最后一个采样点序列值，N_r为接收信号最后一个采样点序列值；x(t)表示激励信号；y(t)表示接收波信号，T_x为待求解的飞行时间，c表示换能器起振参数。