[发明专利]一种基于脉冲对发射的目标声成像及测速方法与系统

说明书

本发明提供一种基于脉冲对发射的目标声成像及测速方法与系统，本方法包括：将信号发生器产生的脉冲对信号，经过功率放大器施加在发射换能器上，向媒质中辐射声波；通过接收换能器阵列所有阵元接收辐射声波在媒质中目标散射形成的回波信号，并将所有阵元接收通道的信号经多通道信号采集转换为数字信号；各接收通道数字信号经数字信号处理器进行延时叠加处理，完成对所有扫描波束的计算，得到波束形成；根据波束形成结果，得到目标所在体像素的径向速度估计，并提取波束的时域信号包络，完成对所有扫描波束的计算，得到扫描声图像。本发明可以在实现声成像的同时，对所有包含点状目标的像素进行速度估计，获得介质中所有目标的径向速度估计。

技术领域

本发明属于信号处理方法技术领域，具体涉及到一种基于脉冲对发射的目标声成像及测速方法与系统。

背景技术

媒质空间场景中目标的图像与运动信息(速度或多普勒频移)是实现目标探测、定位、分类识别的重要特征参量，在声呐与雷达领域都有对目标成像与测速的现实需求。例如雷达对空中目标如飞机、导弹的探测与分类，声呐对于水下目标如潜艇、鱼类、生物的探测与分类，都需要尽可能地获取目标的高分辨率图像与速度信息。

现有成像与测速雷达或声呐通常是功能独立的，即测速雷达或声呐只能在一个或几个独立的波束上对有限个目标实现测速，不能对三维空间视场中的所有目标同时进行高分辨率的观察；而现有的成像雷达或声呐只能实现对静态目标的高分辨成像，无法同时完成对目标的测速。

目前，对特定媒质(如水、金属材料、生物组织)空间中目标的高分辨率观察可以通过声成像技术来实现，高分辨率声成像在医学、无损检测与水下声呐等领域都有广泛应用。

典型的声成像系统一般由信号发生器、功率放大器、发射换能器或换能器阵列、接收换能器阵列、多通道信号接收调理及数据采集、数据处理(波束形成)和成像结果显示等部分组成。

传统声成像的基本原理是：由信号发生器产生一个电脉冲信号，经功率放大器之后由发射换能器阵列或者单个发射换能器向介质(或媒质)中发射一个脉冲声波p(t)(简称声脉冲)，照射介质中被成像区域，该电脉冲信号可以是时域上的窄脉冲，也可以是时域编码脉冲或线性调频脉冲信号；接收换能器阵列部分或全体阵元接收介质中粒子的散射回波声信号(简称回波)，并经由多通道数据采集转化为数字信号，利用专用数字信号处理器(或计算机、或硬件如ASIC、FPGA)进行数字波束形成或者数字聚焦，重构声图像。所述的发射换能器可以是单个换能器，也可以是换能器阵列；而接收换能器则采用换能器阵列。上述的发射与接收换能器阵列一般共用同一阵列；既可以是一维(1-D)线阵，通过在一维方向上扫描实现二维(2-D)成像，也可以是二维(2-D)面阵，通过在二维方向上扫描实现三维(3-D)成像。由于传统的声成像采用发射单个声脉冲的技术方案，因此也可称为脉冲回波成像方法。

但传统的声成像技术只能对静态场景进行扫描，形成静态的声图像，无法获得空间中运动目标的速度，即无法反映目标的动态信息，从而限制了其应用范围。

发明内容

针对传统的声成像技术只能获得场景中目标静态的声图像，无法获得运动目标的速度信息的不足，本发明提出一种基于脉冲对发射的目标声成像及测速方法与系统，可以在完成声成像的同时，获得声图像中目标的径向速度估计。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于脉冲对发射的目标声成像及测速方法，包括：

1)将信号发生器产生的脉冲对信号，经过功率放大器施加在发射换能器上，向媒质中辐射声波；

2)通过接收换能器阵列所有阵元接收辐射声波在媒质中目标散射形成的回波信号，并将所有阵元接收通道的信号经多通道信号采集转换为数字信号；

3)各接收通道数字信号经数字信号处理器进行延时叠加处理，完成对所有扫描波束的计算，得到波束形成；