最小均方误差解调算法在彩色超声血流成像中的研究

研究了最小均方误差正交解调算法在超声血流成像中的应用。首先由设计的期望信号与接收信号在最小均方误差原则下得到其迭代解调形式,获得回波信号同相分量和正交分量,然后由得到的正交解调信号通过自相关的方法对血流流速进行估计。解调算法的仿真结果表明,对高斯噪声信噪比为0.5¹0 dB的正弦波调制信号,解调输出平均信噪比与Hilbert变换法和I/Q解调法相比分别提高了15 dB和4 dB;血流成像的仿真结果表明,在流速估计性能相当的情况下,解调的乘法运算量仅分别为上述对比方法的18%和9%。因此在超声血流成像中应用最小均方误差正交解调算法,对于提高估计性能和降低运算量都有一定意义。     

最小均方误差解调算法在彩色超声血流成像中的研究

研究了最小均方误差正交解调算法在超声血流成像中的应用。首先由设计的期望信号与接收信号在最小均方误差原则下得到其迭代解调形式,获得回波信号同相分量和正交分量,然后由得到的正交解调信号通过自相关的方法对血流流速进行估计。解调算法的仿真结果表明,对高斯噪声信噪比为0.5—10dB的正弦波调制信号,解调输出平均信噪比与Hilbert变换法和I/Q解调法相比分别提高了15dB和4dB;血流成像的仿真结果表明,在流速估计性能相当的情况下,解调的乘法运算量仅分别为上述对比方法的18%和9%。因此在超声血流成像中应用最小均方误差正交解调算法,对于提高估计性能和降低运算量都有一定意义。      

相位敏感光时域反射系统的时钟同源I/Q解调方法

提出一种基于时钟同源I/Q解调的相位敏感光时域反射系统解调方法.分析了调制信号与混频信号非同源不一致对解调结果的影响,采用声光调制器调制信号、斩波信号与I/Q混频信号时钟同源的方法以消除残余频率的影响.实验采用双压电陶瓷作为扰动源,通过I/Q解调实时获得后向瑞利散射光幅值和相位,进而实现扰动的定位和还原.实验结果表明,该系统能有效地探测到5km和9km处的正弦扰动,定位信号信噪比分别达17.8dB和16dB,相位解调结果准确还原正弦扰动,与正弦曲线的拟合系数分别为0.994和0.991,均方根误差分别为0.116和0.141.实验进一步验证了该方法能够测得不同扰动幅度下的相位正弦变化曲线,并能准确得到不同扰动频率,且扰动位置处相位变化幅度与扰动强度具有良好的线性关系,线性拟合系数达0.992,均方根误差为0.499,均优于非同源解调结果.     

基于I/Q解调原理的数字PAD研制

 I/Q解调器可以同时测量微波信号的相位和幅度。为了消除传统I/Q解调器的不平衡误差，根据I/Q解调原理，应用数字滤波器及Hilbert变换等数字信号处理方法实现了对微波信号的正交解调，可以精确测量任意包络形状微波信号的相位和幅度。测试表明，数字相位和幅度探测器的精度可达±0.5°，重复性误差小于0.2°，温度系数约为-0.1°/℃，相位测量的动态范围为-18~5 dBm，幅度测量的动态范围为-20~0 dBm，其各项指标都达到了BEPCⅡ直线加速器相控系统的要求。     

基于双高斯衰减模型的超声回波处理方法

信号降噪与特征提取是超声检测数据处理的关键技术.基于超声信号有特定结构而噪声和超声信号的结构无关,本文提出一种旨在解决强噪声背景下超声回波的参数估计和降噪问题的方法.该方法将超声回波的参数估计和降噪问题转换为函数优化问题,首先根据工程经验建立超声信号的双高斯衰减数学模型,然后根据观测回波和建立的超声信号模型确定目标函数,接着选择人工蜂群算法对目标函数进行优化从而得到参数的最优估计值,最后由估计出的参数根据建立的超声信号数学模型重构出无噪的超声估计信号.通过仿真和实验表明本文方法可以准确估计出信噪比大于-10 dB的含噪超声回波中的无噪信号,且效果优于基于自适应阈值的小波降噪方法和经验模态分解方法;此外相比常用的指数模型和高斯模型,本文提出的双高斯衰减超声信号模型与实测超声信号更接近,其均方误差为9.4×10~(-5),波形相似系数为0.98.     

双向血流超声多普勒信号的小波降噪

利用小波框架结合软阈值的方法对表征双向血流的超声多普勒信号进行降噪。为了避免软阈值非线性处理对双向血流多普勒信号方向表征的影响,先对超声多普勒信号进行方向分离,然后对分离后的信号分别进行小波降噪,最后合成降噪后的双向血流超声多普勒信号。对计算机仿真的股动脉超声多普勒血流信号的降噪实验结果分析表明:本方法在不影响双向血流信息的前提下,提高了多普勒信号的信噪比、最大频率曲线和平均频率曲线的估计精度。仿真实验的结果证明了本方法可以用于双向血流超声多普勒信号的降噪。     

超声回波参数估计的初值选取方法

针对超声回波参数估计中,初值随机选取带来的收敛速度慢,搜索效率低,易受噪声影响等问题,对回波参数估计的初值选取进行了探讨。理论上研究了超声回波信号的包络和能量与信号参数的关系,阐明了从信号自身选取参数初值的可行性。在此基础上,利用希尔伯特变换和傅里叶变换提取有效信息,为回波参数估计提供合适的初值,从而减少估计过程的迭代次数、提高参数估计速度。实验结果表明,与传统参数估计方法相比,该方法在不同信噪比情况下都可获得较高的估计精度,而且参数估计的收敛速度较快。      

超声平面波同相正交信号频域波束形成算法

针对频域平面波波束形成算法尚不能直接应用于采用正交解调的超声成像系统中的实际问题,提出一种平面波同相正交信号频域波束形成方法。以平面波射频信号频域波束形成算法为基础,根据射频信号与同相正交信号波数空间变量之间的关系,推导了平面波同相正交信号与对应图像的频谱映射表达式,从而实现对正交解调后信号的频域超声图像重建。采用2016年Plane Wave Imaging Challenge in Medical Ultrasound (PICMUS)发布的仿真、仿体及在体原始回波数据对这一方法进行验证,并评估图像的分辨率和对比噪声比。仿真和仿体实验结果表明,相对于射频信号的频域波束形成算法,该算法可获得与之相同的图像质量,并将成像速度提高了约4倍。在体实验数据的成像结果也验证了该算法在实际应用中的有效性。      

光栅干涉位移传感器信息解算方法研究

面向光栅干涉式位移传感器信号高精度解算的需求,提出了一种基于椭圆拟合补偿及反正切算法的位移解算改进方法。采用傅里叶变换及标准化椭圆参数拟合法对信号误差估计,通过构建线性误差补偿模型对带误差信号进行正交补偿,结合反正切算法对信号进行线性化处理,实现高精度位移解算读出。Matlab仿真结果表明,该方法对信号正交补偿效果显著,线性化处理算法解算位移最大相对误差小于0.2%。为提高光栅干涉式传感器位移解算精度提供了有效途径和方法。     

超声动态测距的一种直接数字解调处理方法

为了减少传统的相位差超声动态测距的复杂性,提出了一种基于直接数字解调的信号处理方法。运用STM32内部两路A/D同步采集超声测量信号与参考信号,对这两组信号数据通过最小二乘椭圆拟合方法,计算[-π,π]单周期范围内的实时相位差。在此基础上,对实时相位差进行解包裹运算,得到绝对相位差。最后,通过绝对相位差的变化量与距离变化量成正比的关系,计算出实时的动态变化距离值。实验结果表明:当目标速度不超过2.5 m/s时,该方法能够准确地将距离值直接解调出来,满足动态变化条件下跟踪测距要求。