一種準單次正交互補Golay(A,B)碼超聲相控陣編碼激勵方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種準單次正交互補Golay(A，B)碼超聲相控陣編碼激勵方法。
【背景技術】
[0002] 超聲相控陣系統性能關鍵技術中，通過增強發射能量來提高儀器的穿透力、分辨 力是工業無損探傷關鍵技術之一，如增大收發孔徑、改善探頭匹配電路、提高發射電壓，但 這使硬件系統變得復雜且可控性變差，直接影響到儀器的穩定、可靠性，而采用編碼激勵技 術發射多個連續波間接增強發射能量(接收端對低電壓的連續波進行能量聚合)能避免該 問題產生。單次激勵如Yannis S.Avrithis等（1998)米用CDMA(Code Division Multiple Access)偽隨機編碼激勵超聲系統，較傳統單脈沖激勵方式有更高圖像采集率、橫向分辨力 和對比度;韓國Jeong J S.學者(2013)使用Barker編碼技術抑制高強度聚焦超聲帶來干擾 達-40dB;美國Vanderbilt大學Byram B.等學者(2014)采用Chirp碼調頻模式，有效抑制超 聲多路徑與波束形成的雜波;但上述解碼效果不理想(產生水距離平旁瓣，不能還原成理想 的回波信號)且發射電路復雜。雙次激勵如利福尼亞大學Jinhyoung Park(2010)采用Golay 碼激勵技術與6dB帶寬放大器，實現10~110MHz頻帶內紋波在4dB內，體現卓越性能；中國科 學技術大學(2010)用Chirp信號調制Golay互補碼激勵，增加醫學超聲透射深度與抗干擾能 力；中國醫學科學院（2014)用長度為4的Golay互補序列獲得了更高的信噪比；理論上雖達 到理想解碼效果，但需兩次發射，效率低、可靠性差。
[0003] 本文基于優良正交互補Golay碼分析編碼激勵原理，提出一種準單次激勵解碼技 術，能達到理想的解碼效果，改善傳統Golay編解碼技術:兩次發射實現一次接收解碼以犧 牲脈沖重復頻率PRF(Pulse Recurrence Frequency)50%的缺點，最后通過構建8位正交互 補Golay碼實施超聲相控陣儀器收發系統控制方案，通過ModelSim仿真其性能，回波幅度增 大約 16倍，由FPGA(Field Programmable Gate Array)驗證其效果。
【發明內容】
[0004] 為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種準單次正交互補Golay(A，B)碼超 聲相控陣編碼激勵方法，對傳統A、B碼分次激勵的方案進行改進，提出準單次激勵方案，該 方法使得相控陣儀器基于Golay編碼激勵方式的掃查效率提高50%、避免兩次發射、接收信 號不一致帶來的解碼誤差，且大幅度提高信噪比。
[0005] 本發明目的通過以下技術方案來實現：
[0006] -種準單次正交互補Golay(A，B)碼超聲相控陣編碼激勵方法，該方法包括：
[0007] a由Go lay A碼超聲編碼激勵波形；
[0008] b回波通過噪聲抑制-反卷積法對A碼求反卷積、B碼求卷積，同時得
[0009] 到B碼激勵回波，形成準單次激勵；
[0010] c分別對A、B碼激勵回波進行脈沖壓縮，再矢量求和實現解碼。
[0011] 與現有技術相比，本發明的一個或多個實施例可以具有如下優點：對傳統Golay A、B碼分次激勵方案進行改進，提出準單次激勵方案，通過Golay A碼實際激勵一次，由軟件 算法實現Golay A-B碼激勵轉換因子，通過解反卷積方式求解轉換因子，考慮到實際應用 情況，接收回波信號都攜帶噪聲，提出了基于噪聲抑制-反卷積模型，有效抑制噪聲的放大。 采用FPGA作為實現工具，能快速現實兩次激勵到準單次激勵的轉換，避免了物理硬件上以 犧牲效率的Golay(A，B)兩次激勵技術，在超聲相控陣儀器前端收發系統中具有重要的實際 意義，從而提高其掃查效率50 %與信噪比。
【附圖說明】
[0012] 附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實 施例共同用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0013] 圖1是一種準單次正交互補Golay(A，B)碼超聲相控陣編碼激勵方法流程圖；
[0014] 圖2是編碼電路控制器組成原理框圖；
[0015] 圖3是編碼激勵波形生產過程；
[0016] 圖4是Golay A-B激勵轉換離散差分方程方框圖；
[0017]圖5是準單次Golay碼激勵實際解碼模型；
[0018] 圖6是碼長Lc = 8、5MHz探頭Golay(A、B)編碼激勵與解碼ModelSim仿真圖；
[0019] 圖7是準單次編碼激勵FPGA解碼效果圖。
【具體實施方式】
[0020] 容易理解，根據本發明的技術方案，在不變更本發明的實質精神下，本領域的一般 技術人員可以提出本發明的多個結構方式和制作方法。因此以下【具體實施方式】以及附圖僅 是本發明的技術方案的具體說明，而不應當視為本發明的全部或者視為本發明技術方案的 限定或限制。
[0021] 下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述。
[0022] 圖1是一種準單次正交互補Golay(A，B)碼超聲相控陣編碼激勵方法流程圖，包括：
[0023] 步驟10由Golay A碼編碼激勵的方案，實現步驟如下：
[0024] Golay碼是由簡單的數字符號1、_1組成，不能直接激勵探頭，必須由經符號-波形 轉換產生激勵波形。圖2為編碼電路控制器組成原理框圖，其主要步驟如下：
[0025] ①基波生成模塊，產生標準的雙極性方波Bw(n)，周期為探頭振蕩周期IV，與探頭激 勵系統形成共振，能量輸出最大化；
[0026] ②碼元經R倍內插保持器(R 2 Λ dc)，Adc為探頭一次激勵振蕩的時間長度，內插后 得到GR(n)，保證一個碼元對應探頭振蕩周期時間；
[0027]③卷積調相，Gr(η)與基波進行卷積，得到激勵探頭波形Pw(n) (Pw(n) = Bw(n)*Gr (η)) (*表卷積)對基波進行相位調制，實現相位變換產生編碼激勵信號，如圖3編碼 激勵波形生產過程。
[0028] 步驟20回波通過噪聲抑制-反卷積法對Golay Α碼求反卷積、Golay Β碼求卷積，同 時得到Golay B碼激勵回波，形成準單次激勵，實現方法如下：
[0029]①設整個硬件系統的傳遞函數為hd(n)，單脈沖激勵信號e(n)，接收回波信號y(n) =6(11)*11(](11)，采用二元兩相調制編碼激勵函數？[6(11)]，則輸出7(11)=?[6(11)]*11(](11)，若 形成理想編碼激勵，則有：
[0030] F[e(n)]*hd(n) =NP · 3(n)*e(n)*hd(n)，LEZ+ (1)
[0031 ]②目前正交互補Golay碼具有理想編碼激勵性質，設一對L。長度的正交互補Golay (A、B)碼其碼元序列分別為二相序列an、bn，令A= {an}，ane ( + 1，-1)，{n￡N|n < U-1}和B = {bn}，bne (+1，-1)，{neN I η < Lc-1}，根據Golay碼定義，則A、B序列滿足：
[0032] {an}*{a(-n)} + {bn}*{b(-n)} = 2LC · δ(η) (2)
[0033] 方便表示可用an代表A碼編碼函數，則其激勵探頭回波信號為： 1·Α
[0034] .v，"= [Ζ σ',...各(fl -/. Δ"()] (3) i~0
[0035] ③圖4為Golay A-B激勵轉換離散差分方程方框圖，由hd(n)*a(n)計算hd(n)*b (η)，可得到雙次激勵回波，為正確解碼提供保證。B碼激勵轉換因子Μη)*^!(η)(對A碼求反 卷積），即
[0036] :4)
[0037]
[0038] 式中表反卷積運算，〇3、％6{-1，1}為編碼符號極性。根據實際應用對含噪回波 信號加以噪聲抑制處理以降低反卷積對噪聲的放大作用，可通過添加降噪模塊如FIR (Finite Impulse Response)或Wavel