基于变分模态分解与优选的超高分辨ISAR成像微多普勒抑制方法

逆合成孔径雷达(ISAR)在对空中目标成像时,目标自身的转动、振动等局部微动将产生微多普勒效应,回波将附加额外的多普勒调制,造成频谱展宽。在超高分辨条件下,这一微动特性将会影响主体散射点的聚焦,导致目标图像局部散焦模糊,严重影响成像质量。并且,微多普勒相位还具有时变非平稳特性,难以从ISAR目标回波中准确估计或分离出微多普勒。为了解决上述问题,该文利用目标主体回波和微多普勒分量的时频分布差异,提出一种基于变分模态分解(VMD)与优选的非参数化方法抑制了回波中的微多普勒分量,消除了微多普勒对成像的影响,获得超高分辨率的无人机ISAR成像结果。该文首先引入VMD算法并将其扩展到复数域,将ISAR目标回波数据沿方位向分解为若干个中心频率均匀分布于多普勒采样带宽中的模函数,在此基础上利用图像熵指标优化分解参数和筛选成像模态,以保证微多普勒的良好抑制和主体回波的较完整保留。与现有基于经验模态分解(EMD)和局部均值分解(LMD)的方法相比,所提方法在超大带宽条件下对旋翼微动引起的微多普勒干扰有着更为出色的抑制效果,而且对机身部分的保留更为完整。最后,通过仿真对比和超宽带微波光子ISAR无人机实测数据处理,证明了该文所提方法的有效性和优势。

基于多分量LFM信号时频分析的水声多普勒和时延估计研究

在水声多普勒因子和时延估计研究实用化的进程中,利用多分量线性调频(LFM)信号实现估计的算法研究越来越普遍。针对多分量LFM信号时频域存有交叉项时各分量参数估计不准确的问题,提出基于非完全残差与脊线段匹配的自适应模态分解方法。该方法采用非完全残差函数保留了交叉点处的部分时频信息,利用脊线段匹配方法提供更精确的预设时频脊线,改进了各分量LFM信号调频斜率和起始频率的估计精度。联合两个估计量进一步给出了多普勒因子和时延估计的算法。仿真结果表示,较现有模态分解算法,所提改进方法有效解决了估计分量过程中交叉区间断裂带来的估计误差;水声多径的条件下,该方法的多普勒因子和时延估计精度优于对比的现有方法。

多纵模激光器体制下直接多普勒测风技术的实现与仿真

考虑到单纵模激光器作为多普勒测风激光雷达的激励光源需要复杂的种子注入技术和高精度的稳频锁频技术,本文提出了以自由运转的多纵模激光器作为激励光源的直接多普勒测风激光雷达,以降低激励光源的实现难度和复杂性.针对典型Nd:YAG脉冲激光器,研究了不同激光辐射线宽、光学谐振腔长和中心波长条件下多纵模激光激励的大气弹性散射回波光谱的分布模式.为了综合利用大气风场导致的多纵模激光中每个纵模所激励大气弹性散射回波光谱的多普勒频移,利用具有周期性透过率曲线且四个输出通道相位各相差π/2的可调谐四通道马赫-曾德尔干涉仪,实现对多纵模大气弹性散射回波光谱多普勒频移的高精度鉴别.在此基础上,构建了多纵模激光器体制下直接多普勒测风技术大气风场反演的数学模型.仿真结果表明,所提出的多纵模直接多普勒测风激光雷达能够实现对大气风场信息的高精度测量,并且激光中心波长越大,激光光学谐振腔长越短,系统测风范围越大,测风误差越小.

彩超多模式弹性成像技术鉴别诊断乳腺成像报告和数据系统3类、4a类乳腺病灶的价值

目的探讨彩超多模式弹性成像技术鉴别诊断乳腺成像报告和数据系统(BI-RADS)3类、4a类乳腺病灶的价值。方法选择2022年4月至2023年4月九江市中医医院收治的BI-RADS 3类、4a类60例乳腺肿块患者作为研究对象,均行彩超多模式弹性成像技术检查。分析BI-RADS 3类、4a类乳腺病灶的超声特征及超声弹性成像指标,以手术病理活检结果为金标准,分析彩超多模式弹性成像技术诊断价值及其与病理诊断的一致性。结果60例乳腺肿块患者中良性肿块42例,恶性肿块18例;恶性肿块形态非平行生长、边缘不光整、内部回声不均匀、钙化比例均高于良性肿块,差异有统计学意义(P<0.05);恶性肿块弹性指数、弹性成像评分、弹性图像与灰阶图像上的面积比均高于良性肿块,差异有统计学意义(P<0.05);彩超多模式弹性成像技术诊断BI-RADS 3类、4a类乳腺病灶的灵敏度、特异度、阳性预测值、准确度、阴性预测值分别为90.48%、77.78%、90.48%、86.67%和77.78%。Kappa检验显示:彩超多模式弹性成像技术与病理诊断的一致性尚可(Kappa值=0.683,P<0.001)。结论彩超多模式弹性成像技术在BI-RADS 3类、4a类乳腺良恶性病灶的诊断中有较高的临床价值,诊断结果与病理诊断一致性尚可,能够为临床诊治乳腺肿块提供指导。

乳腺非肿块性病变的超声特征探讨及多模态超声诊断

目的 分析非肿块性乳腺病变(NML)在B型超声(US)、彩色多普勒超声、应变弹性成像(SE)和对比增强超声(CEUS)中的特征,建立多模态超声方法鉴别恶性NML病变,并比较多模式超声方法诊断恶性NML的诊断效能。方法 回顾性分析2020年12月—2023年7月本院行乳腺多模超声(B超+CDFI+SE+CEUS)检查患者的临床资料,以病理学结果作为金标准,分为良性组和恶性组。比较两组患者的年龄、临床症状及月经史、US、彩色多普勒、SE、CEUS各种模式下多个参数的差异,并使用二元逻辑回归法确定诊断恶性NML独立的危险因素,进一步建立恶性NML预测模型并检查模型的ROC曲线下面积(AUC)、敏感度、特异度、阳性预测值(PPV)及阴性预测值(NPV)并比较不同超声模式下的NML诊断效能。结果 共纳入68例患者(共71个乳腺病变)。患者平均年龄(46.32±9.96)岁。病变的最大直径0.47~5.62 cm,平均值为(2.25±1.30)cm。恶性组40个(56.3%),良性组31个(43.7%)。两组的年龄、微钙化、血管分布、达峰时间、峰值强度、蟹爪状形态和硬度均具有统计学差异(P<0.05)。其中微钙化、高峰值强度、质硬是恶性NML的独立危险因素,包含上述危险因素建立的预测模型诊断恶性NML的敏感度、特异度、PPV、NPV、准确度分别为92.5%、83.9%、90.2%、89.7%、92.9%,较其他超声模式的准确度明显提高。结论 多模式超声方法简单、诊断性能高,有助于预测NML的潜在恶性。

眼部超声可视化生物规范测量指南(2024)

超声检查和测量的准确性对眼部疾病的诊断有着重要意义。常用的眼超声检查主要包括A型超声、B型超声、超声生物显微镜(UBM)和彩色多普勒血流成像等方法。A型超声主要用于测量不同回声强度的组织之间的距离。B型超声可以显示眼的二维结构并对目标点进行定量测量。UBM是一种超高频的二维成像方法,可清晰显示眼前段的结构特点并测量相关参数,对房角形态改变的定量分析,眼内镜植入手术前、后的眼前段形态变化均可提供帮助。彩色多普勒血流成像在二维超声的基础上应用多普勒效应可定量测量移动物质的相关参数,反映眼局部的血流变化情况。为规范不同超声检查方法在眼部检查中的测量操作,特制定本指南。本指南主要针对不同类型眼部超声仪器测量的规范化操作及其在眼部疾病中的临床应用来进行阐述,从而为相关眼部疾病的诊断和治疗提供一定的指导意见。

基于涡旋电磁波新体制的雷达前视三维成像

涡旋电磁波具有独特的波前相位调制特性,其作为一种新的雷达发射端分集模式,可实现目标雷达截面积(RCS)分集、提升信号与信息处理维度和性能,其探测与成像性能在多种雷达体制中得到了验证。该文针对前视雷达成像的应用背景,基于均匀圆阵发射与圆阵中心单天线接收的收发体制,在建立了电磁涡旋前视雷达信号模型与成像模型的基础上,提出了一种分时多模态扫描的成像方法,利用多模态涡旋电磁波在不同俯仰角的幅度差异性和在不同方位角的相位差异性,以及雷达与目标相对运动产生的多普勒效应,提出了改进的后向投影-距离多普勒算法,实现了目标三维成像。由于涡旋电磁波的能量发散特点,随着俯仰角增大,高模态方向图增益急剧下降,该文所提方法通过对多个模态在空域能量分布的有效利用,在较大视场角下具有较高的稳定性。基于点目标成像结果,验证了在多模态涡旋波覆盖的较大视场范围内,目标成像结果的归一化等效增益在低俯仰角与高俯仰角处基本相当。所提方法通过对飞机目标的实验验证,根据成像结果可较为准确地重构目标的三维结构。

基于激光多普勒测振的结构工作模态分析

为验证激光多普勒测振仪快速识别高层建筑结构模态参数的适用性,提出一种采用两台远距离激光多普勒测振仪进行环境振动测试的方法。以一悬臂灯杆为例进行实测,获得振动速度响应。该方法实施便捷,测量精度能够满足要求。本文采用频域分解法(FDD)及随机子空间算法(SSI)对其模态参数进行了识别,为进一步应用于环境激励下的高层建筑等大型结构提供试验基础。结果表明,两种算法均可较好地获取结构自振频率及模态振型,自振频率差异很小,振型则几乎一致。并对灯杆进行简化的有限元分析,将模态识别结果与数值模拟结果相比,二者振型吻合较好,但自振频率略有差别。为避免模态遗漏和虚假模态,应结合多种模态识别算法进行模态分析。最后采用该方法对一超高层建筑进行环境激励下的振动实测与模态参数识别。

定量组织速度成像技术评价正常人膈肌收缩运动的研究

目的:应用M型超声和定量组织速度成像技术(QTVI)分析评价正常健康人群膈肌运动功能,探讨QTVI在观察膈肌运动中的应用价值。方法:选择43名志愿者,均为健康成年人,其中男22例,女21例,平均年龄(37.5±4.3)岁。应用M型超声分别获得右侧膈肌在平静呼吸和深呼吸状态下运动幅度及收缩持续时间、收缩强度;应用QTVI在膈肌同一点获得膈肌在平静呼吸和深呼吸状态下的运动幅度、收缩持续时间及收缩强度;应用QTVI获取同一呼吸运动周期膈肌不同点的位移-时间曲线图。分别比较2种方法在平静呼吸和深呼吸状态下膈肌运动所获得参数的差异;分析深呼吸状态下2种方法测得的膈肌运动幅度、收缩强度与肺功能的相关性;观测同一呼吸运动周期膈肌不同点的位移-时间曲线图,分析其运动的同步性。结果:在平静呼吸以及深呼吸状态下,QTVI所获得的膈肌运动的幅度与M型超声测量的数据相差异均无统计学意义(P>0.05);在平静呼吸以及深呼吸状态下,2种方法所获得的膈肌收缩持续时间及收缩强度差异均无统计学意义(P>0.05);在深呼吸状态下2种方法所获得的膈肌运动幅度、收缩强度与肺功能具有较强的正相关关系(P<0.01);正常人群同一呼吸运动周期内膈肌运动具有同步性。结论:应用M型超声及QTVI可以量化评价膈肌的收缩运动,正常人同一呼吸运动周期内膈肌运动具有同步性。

含圆形缺孔平板结构振型的连续扫描激光测试

为了实现含任意圆形缺孔的平板结构的振动变形测量,提出了一种子区域划分测试与振型重构的激光连续扫描多普勒测试方法。首先,将任意圆形缺孔的平板结构表面通过子区域划分,得到完全覆盖的多个矩形和圆环形扫描的子区域,并分别使用恒速直线连续扫描和螺旋线扫描的方法,得到各子区域的振动变形;其次,考虑子区域分别扫描中存在的振幅比例、基准平面和旋转角度不同以及节径两侧反向振动等问题,拼接和重构所有子区域的振动变形,得到整体结构的振动变形;最后,将振型结果与仿真结果进行对比,模态置信因子(modal assurance criterion,简称MAC)均大于0.95,验证了方法的有效性。该方法可实现含有任意圆形缺孔的平板结构的连续扫描激光振动测试,具有效率高、测点密集等优点,对进一步提高其工程应用的适用范围具有重要作用。

调频多普勒引信EMD数字包络检波算法

针对传统的数字检波算法无法对调频多普勒引信系统中的谐波信号进行检波这一问题,对谐波信号进行特性分析,提出一种基于经验模式分解(EMD)的数字检波算法,通过获取信号的极值点信息并做最小二乘曲线拟合来实现数字检波。传统的数字检波算法适用于受到幅度调制的单频正弦波,而EMD数字包络检波算法对于待检波信号表达式没有严格要求,对调频多普勒引信系统中谐波信号可以正常实现检波功能。

多普勒天气雷达遥测下的雷电风险识别系统

受大片区建构筑物群识别范围和区域的影响,雷电风险识别精准性较低。为此,设计多普勒天气雷达遥测下的雷电风险识别系统。硬件部分使用双通道收发式多普勒天气雷达接收散射波分量,设计由卡塞格伦天线组成的馈线结构,通过正交模耦合器采集风险数据。软件部分通过计算回波在直角坐标系中与雷达站的相对位置,获得回波经纬度值。建立包含或部分包含被识别因子所在区域网格集,构建多普勒天气雷达遥测网格化模型。以此为基础,建立雷电风险识别模型,实现雷电风险识别。测试结果可知,该系统在时长为11 min时,雷击流序列1、2、3的识别距离分别为125 m、200 m、380 m,与实际距离一致,具有精准的识别效果。

基于双阶涡旋光束的旋转测速精度提升方法

涡旋光束因其独特的螺旋型波前结构,在对旋转物体探测时会产生与转速成正比的旋转多普勒频移,双阶涡旋光束的转速测量精度是单阶的2倍,但探测过程的噪声干扰会引起测量精度的下降。首先,通过分析双阶涡旋光束的旋转物体速度测量机理,给出测量精度影响因素分析。其次,在给出测量系统设计的基础上设计物体转速提取算法思路。最终,对高斯噪声、乘性噪声、探测器累积时间和光束模式纯度这四种情况对于测速精度的影响进行分析。结果表明,高阶双阶涡旋光束能有效提升噪声环境下的测速精度,提高模式纯度至94%以上,探测器累积时间控制在0.49s以上可以获得更好的测速精度。

多模态超声检查预测TIA患者短期脑卒中风险的价值

目的 分析颈动脉血管超声联合经颅彩色多普勒超声检查对短暂性脑缺血发作(TIA)患者短期脑卒中风险的预测价值。方法 选取2019-12—2021-12三亚中心医院确诊的34例短暂性脑缺血发作患者为研究对象,对所有患者均行颈动脉血管超声和经颅彩色多普勒超声联合检查,评估患者短期内脑卒中的发生风险。结果 所有患者检测部位均可见不同程度的血管狭窄,且血流信号异常,其中血管狭窄<50%共21例(61.76%),血管狭窄≥50%共13例(38.24%)。血管狭窄≥50%组中,2 d、7 d内卒中风险分别为30.77%、46.15%,血管狭窄≥50%组TIA患者短期卒中风险显著高于血管狭窄<50%组(P<0.05)。低危组中患者2 d、7 d内卒中风险分别为4.35%、4.35%,中、高危组中患者2 d、7 d内卒中风险分别为36.36%、45.45%,中、高危组TIA患者短期卒中风险显著高于低危组(P<0.05)。结论 颈动脉血管超声和经颅彩色多普勒超声联合用于短暂性脑缺血发作患者,能够观察血管狭窄和血流变化情况,同时对预测患者短期脑卒中风险也具有较好的效果。

优化变分模态分解的超声多普勒测流信号误差模型研究

超声多普勒流量计的应用环境复杂多变,因此提高测量精度和误差,精确提取回波信号非常重要。提出了融合变分模态分解(Variational Mode Decomposition,简称VMD)和奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis,简称SSA)的降噪模型,以更好地改善回波信号信噪比。该方法首先利用柯西变异算子产生随机迭代过程,克服了海鸥算法(Seagull Optimization Algorithm,简称SOA)容易陷入局部最优的特性;其次,采用包络谱熵值作为适应度函数,自适应优化VMD参数组合,同时引入云相似度值作为有效模态分量(Intrinsic Mode Functions,简称IMF)筛选的标准;最后,针对中低频的二次谐波振荡现象,引入SSA加以解决。通过构造超声波模拟信号和走车实验数据实例,与小波阈值、经验模态分解(Empirical Mod Decomposition,简称EMD)等方法对比,分析CVSOA-VMD-SSA降噪效果。结果表明:对于仿真信号而言,CVSOA-VMD-SSA能克服模态混叠及SOA易陷入局部最优解问题,更有效地抑制噪声干扰,相较于EMD-SSA、SOA-VMD-SSA,信噪比最高达30.78 dB,均方根误差最低达0.01;对于走车实验而言,采用多组信号统计分析,确定云相似度阈值为0.6,对比不同走车流速探测精度,CVSOA-VMD-SSA误差最小,范围在0.01~0.03 m/s,该结果为实际工程应用提供理论支撑。

多普勒耦合对跟踪模式切换的影响分析

具有脉冲串信号形式的单脉冲雷达能通过模式切换实现应答信号和反射信号跟踪切换,对跟踪模式切换原理进行说明,并对脉冲压缩技术产生的多普勒耦合效应进行分析,给出了距离多普勒耦合效应修正模型,最后根据修正模型分析了多普勒耦合对跟踪模式切换产生的影响。

超声成像在早期干燥综合征小鼠模型中的评价作用

目的探讨颌下腺超声成像在评价干燥综合征动物模型中的作用和价值。方法C57BL/6雌性小鼠建立SS模型,在d 0、21、28和35对小鼠进行唾液量、饮水量和体重等常规指标检测,d 35检测颌下腺指数和病理改变,同时运用Vevo 2100小动物超声成像系统,对小鼠颌下腺部位进行纵切超声检查,将超声观察的结果与常规检测指标进行相关性分析。结果SS小鼠造模d 28出现唾液量明显减少,饮水量显著增多,造模d 35颌下腺指数明显增高,颌下腺发生SS的典型病理改变。超声扫描在造模d 21发现SS组颌下腺轴面面积较正常组明显增高,颌下腺血流信号在d 28和35较正常组明显增多。分析表明,超声观察的结果与常规检测指标具有显著相关性。结论颌下腺的超声成像可能为SS动物模型的评价提供早期线索和半定量指标,在评价SS模型病情变化以及治疗SS的药效学基础研究中具有重要价值。

心脏彩色多普勒超声评价压力负荷超载诱导的舒张性心力衰竭及益气温阳中药的干预作用

目的:通过心脏彩色多普勒超声评价压力负荷超载诱导的舒张性心力衰竭及益气温阳中药的干预作用。方法:清洁级雄性Wistar大鼠40只,随机选取10只为假手术组,余30只腹主动脉缩窄术后,随机分为模型组、中药组、缬沙坦组,每组10只。造模后8周开始药物干预,共干预16周。观察药物干预对心脏彩色多普勒超声的影响。结果:1.心肌形态测量学:造模24周后,模型组大鼠CMI、LVMI明显增加(P<0.05),中药组的CMI、LVMI和模型组相比差异无统计学意义(P>0.05),缬沙坦组CMI、LVMI和模型组相比差异有统计学意义(P<0.05),中药组CMI、LVMI与西药组相比差异无统计学意义(P>0.05)。2.M型超声心动图:(1)造模24周后,模型组大鼠IVSd显著增高(P<0.05),中药组IVSd与模型组相比有减小趋势,差异无统计学意义(P=0.069),缬沙坦组IVSd与模型组相比明显减小(P<0.05),中药组IVSd与缬沙坦组相比差异无统计学意义(P>0.05)。(2)造模24周后,模型组大鼠LV Mass增大(P<0.05),中药组LV Mass与模型组相比有统计学差异(P<0.05),缬沙坦组LV Mass与模型组相比差异有统计学意义(P<0.05),中药组LV Mass与缬沙坦组相比差异无统计学意义(P=NS)。(3)造模24周后,模型组大鼠LVIDd明显增大(P<0.05),中药组LVIDd较模型组减小(P<0.05),缬沙坦组LVIDd和模型组比较差异没有统计学意义(P>0.05),中药组LVIDd与缬沙坦组相比差异无统计学意义(P>0.05)。(4)造模24周后,模型组大鼠EF、FS降低,但差异无统计学意义(P>0.05),中药组、缬沙坦组和模型组相比差异无统计学意义(P>0.05,P>0.05),中药组和缬沙坦组相比差异无统计学意义(P>0.05)。3.心脏彩色血流多普勒超声:(1)造模24周后,模型组E峰显著减小(P<0.05);中药组E峰较模型组增大(P<0.05);缬沙坦组和模型组比较差异无统计学意义(P>0.05),中药组与缬沙坦组相比差异无统计学意义(P>0.05)。(2)模型组E/A比值显著降低(P<0.05),中药组E/A比值较模型组显著提高(P<0.05),缬沙坦组E/A比值和模型组相比差异无统计学意义(P>0.05),中药组E/A比值与缬沙坦组相比差异无统计学意义(P>0.05)。4.血流动力学:(1)造模24周后,模型组SAP明显升高(P<0.05),中药组SAP较模型组降低(P<0.05),缬沙坦组SAP较模型组降低(P<0.05),中药组SAP与缬沙坦组相比差异无统计学意义(P>0.05)。(2)造模24周后,模型组LVSP明显升高(P<0.05),中药组LVSP较模型组降低(P<0.05),缬沙坦组LVSP较模型组降低(P<0.05),中药组LVSP与缬沙坦组相比差异无统计学意义(P>0.05)。(3)造模24周后,模型组LVEDP明显升高(P<0.05),中药组LVEDP较模型组降低(P<0.05),缬沙坦组LVEDP较模型组降低(P<0.05),中药组LVEDP与缬沙坦组相比差异无统计学意义(P>0.05)。结论:心脏彩色多普勒超声是评价压力负荷超载诱导的舒张性心力衰竭的有效方法,益气温阳中药可有效改善压力负荷超载诱导的舒张性心力衰竭。

电离层不同传播模式信号多普勒频移的实验研究

介绍了试验采用的设备和工作参数。依据试验数据,统计分析了电离层不同传播模式信号的多普勒频移、射线距离、信号强度、能量频谱的距离展宽和频率展宽,给出了不同传播模式信号多普勒频移、射线距离和信号强度间的比较结果。最后通过分析电离层不同传播模式信号多普勒频移与射线距离间的变化关系,得到了对不同传播模式多普勒频移变化规律的一些新的认识。

湖北梅雨期暴雨的中尺度系统及其模拟分析

利用武汉多普勒雷达和武汉暴雨所AREM模式资料,分析了湖北省2005年梅雨期的一次暴雨过程。结果表明,暴雨发生在条状回波带变宽的时候,位于2 km上空切变线附近的中尺度气旋中,表现为强对流单体回波;强降水发生时,对流系统中有两个强上升运动中心,分别位于300 hPa和600hPa附近,低层辐合、高层辐散的分布对上升运动的维持是有利的;环境风场并不能很好地控制中尺度对流系统的移动方向,中尺度对流系统向低层涡度增加的地方移动;暴雨形成过程可概括为低层切变线东移诱发出地面低压,产生垂直上升运动迅速增加,配合丰沛的水汽输送和高不稳定能量释放。