自适应直达波抑制方法在前向散射宽带信号中的应用

介绍了前向声散射目标探测的基本原理,并提出了基于自适应滤波的直达波抑制(DBS-AF)方法。将DBS-AF方法扩展到线性调频(LFM)信号中,把信号的包络视为一种广义"波形"并输入自适应滤波器。利用该方法分析了湖试数据,并得到了随观测时间变化的检测输出曲线。在曲线上直达波对应了曲线的背景输出而目标引起的接收声场畸变则对应了曲线的峰值起伏。单个通道的直达波抑制效果可以达到-5 dB左右;引入去均值化预处理能够增强直达波抑制效果,再利用多通道的接收信息,直达波被抑制到-10 dB以下。影响算法性能的主要因素是训练权值时段内接收信号的起伏和信直比。      

提高成像分辨率的远场多孔声全息方法

针对远场声全息成像分辨率较差的问题,提出多孔声全息方法。利用多个小型传声器阵列进行优化布置,可以有效地提高分辨率,达到等效大阵列的声场可视化效果。首先推导了空间多孔加窗对远场Kirchhoff衍射积分声全息带来的干涉叠加效应;然后对主瓣宽度和旁瓣高度进行了定量计算,阐述了多孔优化布置方法,实现了旁瓣抑制条件下的分辨率最优;最后利用双音箱实验,验证了多孔声全息的可行性和理论分辨率,证明了多孔声全息方法的有效性。研究表明,多孔声全息的干涉叠加方法可以有效提高远场测量的重建分辨率,多孔声全息的优化设计方法可以实现旁瓣抑制条件下的分辨率最优。      

结合深度学习的非下采样剪切波遥感图像融合

遥感图像融合是指将不同传感器得到的具有不同观测特性的图像信息有选择、有策略地结合起来,以得到具有更优观测特性的新图像的方法。提出一种深度学习结合非下采样剪切波变换(NSST)的遥感图像融合算法,利用改进的超分辨率重建网络对多光谱图像(MS)进行空间分辨率增强,全色图像(PAN)参考重建后的多光谱图像的每个分量进行直方图匹配。将对应通道的图像进行NSST变换,分别得到低频子带和若干高频子带。低频子带通过使用基于梯度域的自适应加权平均规则来获得低频融合系数,高频子带采用局部空间频率最大值规则来获得高频融合系数,最后经逆NSST变换重构获得融合图像。对不同数据集中的City和Inland多光谱图像采用双三次插值方法进行上采样,作者提出算法的通用图像质量指数(UIQI)分别为0.988 6和0.932 1,光谱角映射(SAM)分别为1.872 1和2.143 2。实验结果表明,图像结构更加清晰,保存的光谱信息更加完整,融合图像质量优于对比算法,融合图像更利于人类视觉观察。     

焊缝结构中超声相控阵聚焦声场的数值模拟及分析*

针对焊缝内相控阵声场聚焦问题,建立焊缝结构中多高斯声束法的相控阵声场计算模型,分别用直接聚焦和底面反射聚焦两种方式对焊缝内部的相控阵声场进行数值模拟,分析不同方式下的相控阵聚焦声场特性,讨论不同区域适用的聚焦方式,分析了界面倾斜角度对聚焦效果的影响。结果表明,在相同焊缝结构条件下直接聚焦的方式更适合对厚壁焊缝的中下部进行聚焦扫描,在焊缝上表面附近,当声束偏转角大于80°时,直接聚焦方式无法有效聚焦;反射聚焦的方式更适合对焊缝上表面附近区域进行聚焦扫描,随着焦点深度增加,反射聚焦的声束偏转角增大,当声束偏转角大于55°时,反射聚焦无法形成明显焦点;两种聚焦扫描方式可形成有效的互补。当设置的焦点固定时,直接聚焦的实际焦点随界面倾斜角度增大向预设点远处偏移,而反射聚焦的效果基本不受倾斜角的影响,实际焦点始终在预设焦点附近。     

微纳相控线阵超声换能器参数的理论分析*

微纳相控线阵超声换能器参数(阵元数目、阵元宽度及阵元间距)直接影响其横向声场分布,而其横向声场分布是能否实现高成像分辨率、大探测深度的决定性因素,也是制备换能器的主要依据。该文利用数值模拟研究微纳相控线阵超声换能器阵元参数对其横向声场中主瓣强度、-3 dB主瓣宽度、第一级旁瓣及栅瓣的影响。结果表明,主瓣强度随着阵元数目增加而增大,随阵元间距减小而增大,随着阵元宽度的增大呈现先增大后减小的趋势;-3 dB主瓣宽度随着阵元数目和阵元间距的增大而减小,随着阵元宽度的减小而减小;此外,减小阵元数目、减小阵元间距或增大阵元宽度均可以抑制旁瓣;栅瓣在阵元间距满足一定条件时可以完全消除。通过这些研究为微纳相控线阵超声换能器的优化设计与制备提供理论参考。     

Sound field of thermoacoustic tomography based on a modified finite-difference time-domain method

A modified finite-difference time-domain （FDTD） method is proposed for the sound field simulation of the thermoacoustic tomography （TAT） in the acoustic speed inhomogeneous medium. First, the basic equations of the TAT are discretized to difference ones by the FDTD. Then the electromagnetic pulse, the excitation source of the TAT, is modified twice to eliminate the error introduced by high frequency electromagnetic waves. Computer simulations are carried out to validate this method. It is shown that the FDTD method has a better accuracy than the commonly used time-of-flight （TOF） method in the TAT with the inhomogeneous acoustic speed. The error of the FDTD is ten times smaller than that of the TOF in the simulation for the acoustic speed difference larger than 50%. So this FDTD method is an efficient one for the sound field simulation of the TAT and can provide the theoretical basis for the study of reconstruction algorithms of the TAT in the acoustic heterogeneous medium.     

迭代法重建平板光波导折射率分布

提出了一种用于重建渐变折射率平板光波导折射率分布的方法,这种方法通过数值法求解亥姆霍兹方程．从光波导的低阶模开始采用迭代法顺次对各个模式对应的“转折点”位置进行校正．并多次重复迭代以消除“转折点”外折射率分布的变化对相应模式“转折点”位置的影响。借助WKB近似原理说明了这种方法迭代过程中“转折点”坐标的收敛性。对折射率按照指数规律变化的平板光波导的折射率分布重建结果证明这种方法具有较高的精度。分析表明：这种方法克服了WKB法固有的缺陷,即忽略模式“转折点”外折射率分布对相应模式传输常鞋的影响和“转折点”处相移的不确定性,因而比逆WKB法具有更好的自洽性和精确性。     

二维剪切干涉波前的最小二乘法重建

提出了一种可以快捷地重建原始的二维波前的新算法。对于分别在相互垂直方向上横向切干涉获得的两个差分波前,用快速傅里叶变换首先计算出待测原始波前存x和y方向的估计分布,然后利用误差计算的最小二乘法进行二维拟合,可以恢复出待测波前的二维分布。提出的理论可以应用于剪切量大于1个采样间隔的二维波前重建问题,解决了已有的二维剪切干涉波前重建技术中要求剪切量等于采样间隔的限制。研究了剪切量和噪声对重建精度的影响．和其它算法进行了比较．给出了数值实验结果和分析讨沦。结果表明该算法速度快,对噪声有较强的抵抗力．有望在实际的剪切干涉测量中获得应用。     

井孔中多极源在分层介质的声场模拟方法*

水平分层地层是常见的地质模型,为了获得地下水平分层介质中声波测井的响应并了解声波在其中的传播规律,需要对该模型进行声场数值模拟,通常采用基于时域有限差分的数值模拟方法。然而对于地下数百米井段的声场模拟,如何最大化地减小数值模拟的计算区域,提高计算速度和节省内存,是必须考虑的策略问题。本文中,我们提出了动态计算区域的仿真策略,给出了计算区域选取的优化方案,并通过算例验证策略的有效性。假设发射器分布在阵列接收器下方,模拟结果表明,当声源距离下方最近的分层边界超过2米时,位于仪器下方的所有分层介质可以在计算中忽略不计。对于位于阵列接收器上方的分层边界,在选取计算区域时,也同样采用类似的策略。利用这样的策略,我们连续快速模拟了多层介质中单极子和偶极子声波测井响应,其中纵波和横波速度提取结果与输入的连续分层介质参数吻合。应用这种策略,可开发出数百米甚至数千米的井孔声场连续快速仿真的数值模拟软件。     

基于声场重建的材料吸声系数测量方法

针对现有方法对材料吸声系数进行现场测量时存在低频测量误差大的问题,本文提出了一种利用扬声器线阵列对材料吸声系数进行现场测量的新方法。该方法使用基于能量比值约束的最小二乘法在待测材料表面进行平面波声场重建并结合双传声器传递函数法对材料的吸声系数进行测量。数值仿真表明在100～1600 Hz频率范围内,新方法在未加约束时能够对材料的吸声系数进行准确测量。在半消声室中利用新方法测量了三聚氰胺泡沫的吸声系数,分析了能量比值约束值对测量结果的影响,并和阻抗管以及其它两种现场测量方法的测量结果进行了对比。结果表明该方法能够对吸声材料在160～1600 Hz频段内的吸声系数进行准确测量,并且相较于现存的现场测量方法,新方法具有更低的测量频率下限。