[发明专利]一种阵列稀疏方法

说明书

本申请公开了一种阵列稀疏方法，该方法包括利用全聚焦算法采集阵列数据，并获取所有的激发接收组合；基于所述阵列数据和所述激发接收组合，利用二元粒子群算法计算所述阵列的方向图，并稀疏所述阵列。本申请通过二元粒子群算法，优化了阵列中各元件的布局，使得稀疏阵列不仅具有比参考全阵列更好的成像质量，而且还能够提高全矩阵捕捉或者总聚焦法效率。

技术领域

本发明一般涉及超声检测技术领域，具体涉及一种阵列稀疏方法。

背景技术

超声相控阵技术的基本思想源于雷达电磁波相控阵技术，而相控阵雷达由大量子天线阵列按照一定规则或者形状组合排列，其通过控制每个子天线阵列所发射电磁束的幅度和相位，以在一定时空范围内形成灵活可变的聚焦雷达波束。超声相控阵是由多个压电换能器元件组成的换能器阵列，可以实现超声波的相位控制。

目前，相关技术中总聚焦法(TFM)使用全阵列采集，这意味着单个阵列元素会激发所有阵列元素以进行接收，并且每个阵列元素都会依次触发，直到使用激发和接收的所有组合来获取完整的检测信息为止。在后处理阶段，通过灵活地延迟设置并重构各种相声束，以实现在检查区域中聚焦成像任何位置。

然而，在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：高分辨率超声相控阵检测系统的换能器阵列孔径较大，元件之间距离小于波长的一半，同时所需阵列元件数量很多，硬件成本高昂，以及总聚焦法计算过于耗时，具有局限性。

发明内容

鉴于相关技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种阵列稀疏方法，在不降低声音场特性的情况下，能够将阵列稀疏到合适水平，使得优化后的稀疏阵列比参考全阵列具有更好的性能，同时提高处理效率。

本申请提供一种阵列稀疏方法，所述方法包括：

利用全聚焦算法采集阵列数据，并获取所有的激发接收组合；

基于所述阵列数据和所述激发接收组合，利用二元粒子群算法计算所述阵列的方向图，并稀疏所述阵列。

可选地，在本申请一些实施例中，所述二元粒子群算法通过如下步骤求解，包括：

根据每个粒子的速度和位置，计算各所述粒子对应的适应度值；

根据所述适应度值，计算各所述粒子的局部最优值以及整个群体的全局最优值；

根据所述全局最优值，对所述粒子进行速度更新和位置更新。

可选地，在本申请一些实施例中，所述粒子的位置更新通过下式进行计算：

其中，S(v_jk(t))表示第j个粒子的第k个维度在第t次迭代中状态更新的概率。

可选地，在本申请一些实施例中，所述全聚焦算法包括：

全矩阵采集模型，用于激发单个阵元，所有阵元同时接收，依次进行直到获取所有的激发接收组合；

二维全聚焦成像几何模型，其中一维线性阵列探头设置于二维各向同性均匀介质表面，点缺陷位于所述介质内部，成像区域位于所述阵列下方。

可选地，在本申请一些实施例中，所述单个阵元的声压通过下式进行计算：

其中，r表示成像点与阵列阵元之间的距离，k表示波数，θ表示方向角，ω表示角频率，a表示阵元宽度。

可选地，在本申请一些实施例中，激发阵元和接收阵元到散射点的路径通过下式进行计算：