融合环形统计矢量的复合材料褶皱缺陷超声相位迁移成像

超声波的相位变化携带着组织结构的重要信息,通过相位加权可提高超声图像的清晰度.针对褶皱散射回波微弱、受噪声影响大、时域修正成像耗时长等问题,提出一种基于相位虚部相干因子的频域相干成像方法.首先提取波场信号中的相位信息,然后采用环形统计获取相位虚部矩阵,通过相位虚部矩阵与相位迁移成像(phase shift migration,PSM)中的原频域矩阵相乘构建相位虚部相干因子(phase imaginary coherence factor,PICF),将相位虚部相干因子引入相位迁移成像,并对各层迁移波场进行修正,通过频域信号相乘恢复纤维纹理信息.对厚度为18 mm的碳玻纤维复合材料板进行检测,实验结果表明:未加权的相位迁移成像在10 mm深度以后的纤维铺层信息丢失,无法检测出深层区域的缺陷;用PICF加权后PSM成像可检测出位于11,15,16 mm处的3个纤维褶皱,褶皱缺陷成像清晰度和纹理细致度均得到提高,褶皱角度的检测误差约为10%,并且成像耗时仅为1.5 s,运算效率比时域全聚焦成像(total focusing method,TFM)至少提高8.67倍.

基于环形统计矢量阈值加权的上表面开口裂纹横波全跨全聚焦成像

为了有效抑制非目标模式反射体回波伪影,本文提出环形统计矢量阈值(CSVT)加权的上表面开口裂纹横波全跨全聚焦成像技术。利用延时信号构建环形统计矢量(CSV),并根据Weibull分布确定伪影噪声的CSV值范围后,通过阈值将其剔除得到CSVT因子。研究表明,在32~64阵元有效孔径范围内,非目标模式反射体回波伪影噪声的CSV值范围在0.2~0.4之间,TT-TT模式(目标模式)下的上表面缺陷回波CSV值接近于1。因此,阈值处理后的CSVT因子值可有效保留缺陷的权重因子,同时抑制绝大多数非目标模式反射体伪影及相位随机分布的噪声。相比于横波全跨TFM成像,CSVT加权后的铝块TFM成像图中,上表面-45°~45°人工刻槽下尖端的裂纹信噪比提升范围为7.7~14 dB。

超声相干平面波复合成像的环形统计矢量加权

为提高超声相干平面波复合(CPWC)成像质量,本文提出了基于环形统计矢量(CSV)的加权算法。该算法以延时信号相位为环形统计样本,通过样本平均合矢量建立反映相位分布一致性程度的相干因子。进一步地,根据波束形成及相干因子构建数量的不同,提出了全孔径环形统计矢量(tCSV)加权算法。结果表明,相比于CPWC,CSV和tCSV的散射靶点分辨率和囊肿的对比度分别提高了至少23.67%和27.69%,CNR值降低至多39.37%。与相干因子(CF)和符号相干因子(SCF)相比,虽然CSV和tCSV算法在分辨率和对比度上最大分别比之减小约12.83%和88.31%,但抑制背景噪声和保留目标靶点回波幅值的能力较强,且CNR值比之提高了约20%,其成像质量具有更好地鲁棒性。

图象边缘检测的环形统计算法

利用假设检验的统计理论,使平滑噪声和检测边缘同时进行是边缘检测的一种有效方法。本文描述了一种新的统计法——环形统计算法。该算法是根据阶跃边缘加白噪声模型建立起来的。文中给出了严密的理论推导和算法的实现步骤。为了与同类方法比较,文中还给出了一种性能测度方法。利用该方法,我们将环形算法与sobel 算法进行了比较。对于理论图象及实际噪声图象的检测结果表明,环形统计算法是在噪声图象中进行边缘检测的一种有效的方法。

基于环形统计量和支持向量机的CPM信号调制识别

频率成形脉冲是CPM信号调制相位的度量,也是信号解调必需的调制参数,包括脉冲形状和关联长度。本文提出一种基于环形统计量和支持向量机(Support Vector Machines,SVM)的CPM信号调制识别技术。首先将基带采样信号的瞬时频率看作环形分布的随机变量,计算瞬时频率的三角矩;然后提取其统计量作为分类特征;最后利用支持向量机,实现了不同频率成形脉冲CPM信号的识别。仿真结果表明,该方法可以实现在不同调制参数类型情况下任意脉冲成形CPM信号的识别。仿真结果中给出了包括多指数CPM信号在内的,不同频率成形脉冲CPM信号间的识别率。由于本文采用基于SVM的分类器,不依赖于信噪比条件,因此具有很高的分类性能和良好的稳健性。

基于环形统计矢量的超声相干复合发散波成像

为提高大壁厚构件的缺陷检出能力,提出了全孔径相干复合发散波成像(CDWI)与环形统计矢量(CSV)相结合的复合检测方法。基于虚拟源技术,该方法通过发射延时实现全孔径阵元的大范围的偏转波前发射,以增加深度和宽度传播方向上波前的声能。为有效提高孔径有效覆盖区域以外的检出能力,相干复合过程中结合CSV进一步增加缺陷回波影像的质量指标。结果表明,在检测铝制构件中横向分布超出探头孔径覆盖范围20 mm和纵向埋深在2~3倍探头孔径之间这两种情况下的Φ2边钻孔缺陷时,本文所提复合方法的缺陷回波幅值较平面波成像分别高出17.5~18.5 dB和10.6~14.8 dB。

一种傅里叶域超声平面波复合成像处理构架

提出一种相位迁移(PSM)和相位环形统计矢量(PCSV)相结合的傅里叶域超声平面波复合成像(PWCI)处理构架。首先,提取平面波数据的瞬时相位,并将其实部和虚部视作圆形复平面上分布的PCSV。然后,利用针对平面波成像修正后的相位迁移算法对平面波数据的实部和虚部分别进行波场外推,并通过外推后的实部和虚部构建PCSV加权因子。最后,利用PCSV因子对修正PSM处理后的平面波图像进行自适应加权获得PSM-PCSV图像。结果表明,相比于传统平面波成像构架,这种新型平面波成像构架具有较高的成像质量和较低的运算复杂度。与延时叠加算法相比,当复合平面波数量为17时,PSM-PCSV图像的信噪比提高了76%,半峰值全宽缩短了44%。该构架有望进一步降低高质量平面波成像系统的硬件成本。

频域相位相干合成孔径聚焦超声成像研究

为提高合成孔径聚焦技术(SAFT)的成像质量和成像效率,提出一种基于相位环形统计矢量(PCSV)的频域SAFT超声成像算法。首先,通过希尔伯特变换和欧拉公式提取波场记录中信号的瞬时相位。然后,将瞬时相位的实部和虚部视作圆形复平面上分布的PCSV,并通过波场外推构建用于频域SAFT加权的相位相干因子。最后,通过加权处理获得高质量频域SAFT-PCSV图像。成像结果表明,频域SAFT-PCSV成像算法有效增强了图像分辨率和信噪比。在相同测试条件下,频域SAFT-PCSV成像算法的运算时间小于传统时域SAFT算法的1/46,所占内存空间低于时域SAFT算法的1/47。

Virtual Reality Simulation of Fuzzy-logic Control during Underwater Dynamic Positioning

In this paper, graphical-user-interface （GUI） software for simulation and fuzzy-logic control of a remotely operated vehicle （ROV） using MATLABTM GUI Designing Environment is proposed. The proposed ROV＇s GUI platform allows the controller such as fuzzy-logic control systems design to be compared with other controllers such as proportional-integral-derivative （PID） and sliding-mode controller （SMC） systematically and interactively. External disturbance such as sea current can he added to improve the modelling in actual underwater environment. The simulated results showed the position responses of the fuzzy-logic control exhibit reasonable performance under the sea current disturbance.