学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于脉冲压缩与二相编码激励的超声检测提高信噪比研究

作　者: 刘波
导　师: 郭建中
学　校: 陕西师范大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 编码激励脉冲压缩旁瓣抑制超声换能器超声检测
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 101次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

超声成像作为临床检查手段方便、有效、价格低廉,在医学诊断领域应用广泛。传统的单脉冲激励模式超声成像,受到生物组织对于超声效应受限程度的限制,脉冲幅值不能太高,因而检测深度和检测分辨率二者不可兼得。雷达系统中经常使用的大时宽带宽积信号,运用在超声检测和超声成像领域,可以较好地解决检测深度和检测分辨率这二者之间的矛盾,在保持检测分辨率的同时大大提高回波信号处理后的信噪比,增大了检测深度,提升了超声成像的质量,成为近年来医学超声诊断设备领域的研究热点。基于编码激励和脉冲压缩技术,针对常用超声检测换能器的等效频带特性,本文采用正弦波载频调制二相编码信号,进行超声激励的仿真和实验研究,设计激励信号的匹配滤波器和失配滤波器,从时域和频域研究超声换能器对激励信号的影响,针对信噪比增益和分辨率损失研究超声换能器对激励信号脉冲压缩结果的影响,对信噪比增益损失和主瓣展宽系数进行曲线拟合分析,探讨超声换能器与激励信号的最优匹配方式,优化调制参数后选择最佳激励信号进行多目标环境下的复杂信号回波的处理分析。本文的研究内容主要包括：(1)改进矩形方波基础码调制形成二相编码激励信号,选择使用正弦波载频调制的二相编码激励信号,分别设计了脉冲压缩所需要的匹配滤波器和失配滤波器,对回波信号进行了匹配处理和失配处理。(2)计算机控制任意波形发生器产生软件设计的二相编码激励信号,激励换能器,对接收到的超声回波信号分别通过匹配滤波和失配滤波进行脉冲压缩后,研究分析脉冲压缩处理后信号的信噪比增益。(3)针对超声换能器具有的等效带通滤波特性,采用单位码元载有不同正弦波载频周期个数的巴克码激励信号来激励换能器,在时域和频域对回波信号的特性进行仿真分析和实验验证,从信噪比增益损失和分辨率损失两方面研究换能器对理想状态下的脉冲压缩的性能影响,探索最优激励参数,优化调制参数并选用最佳激励信号。(4)针对多目标环境下的复杂回波,研究间距不同的四根靶线对应的回波信号,采用最优激励信号激励换能器,通过对其复杂的混叠回波信号进行脉冲压缩,恢复四根靶线的位置信息,与相应的单脉冲实验结果进行信噪比和分辨率的对照研究。本文的分析研究结果表明：(1)二相编码激励信号通过超声换能器后,信号频带宽度和能量都有所减小；与不考虑超声换能器影响的理想状态脉冲压缩性能相比较,脉冲压缩结果的信噪比增益有所下降,压缩后的脉冲主瓣系数有所展宽(分辨率下降),并综合信噪比增益损失和分辨率损失两个参数,针对超声换能器的特性优化调制参数,选用单位码元载有3个正弦波载频周期数的13位巴克码调制信号最佳,作为超声换能器的最佳激励信号。(2)本文采用正弦波调制的二相编码信号激励超声换能器,在多目标复杂环境下,选用最佳激励信号,对不同间距四根靶线的复杂回波混叠信号分别进行匹配滤波处理和失配滤波处理,脉冲压缩失配处理结果的主旁瓣比值接近-40dB。比较传统单脉冲激励,二相编码激励在保证系统分辨率的同时,信噪比有了很大的提高,可以检测到传统设备很难检测到的淹没在噪声中的微弱信号,该激励方案可以很好的应用在超声检测领域。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 选题背景  9-10
  1.2 超声编码激励研究进展  10-12
  1.3 研究内容及研究意义  12-13
第二章医学超声检测、编码激励及脉冲压缩原理  13-33
  2.1 医学超声检测的物理基础及方法  13-23
    2.1.1 超声场的特征值  13-15
    2.1.2 生物组织的超声传输特性  15-17
    2.1.3 医用超声换能器探头及其特性  17-19
    2.1.4 医学超声成像分类及指标  19-23
  2.2 脉冲压缩及编码激励原理  23-30
    2.2.1 脉冲压缩原理  23-25
    2.2.2 常用的二相编码信号及其性能分析  25-29
    2.2.3 超声编码激励性能的评价标准  29-30
  2.3 本章小结  30-33
第三章换能器对编码激励信号影响的研究  33-47
  3.1 理论与仿真  33-36
    3.1.1 超声换能器探头特征的仿真  33-34
    3.1.2 载频调制二相编码信号的及其通过换能器后的特性  34-36
  3.2 实验研究  36-44
    3.2.1 实验装置  36-37
    3.2.2 实验所用的巴克码激励信号的产生  37-44
  3.3 结果分析  44-46
    3.3.1 时域影响分析  44-45
    3.3.2 频域影响分析  45-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章换能器对脉冲压缩性能的影响的研究  47-53
  4.1 换能器对脉冲压缩性能影响的理论与仿真  47-49
  4.2 实验研究  49-50
  4.3 结果分析及调制参数优化  50-52
    4.3.1 信噪比损失分析  50-51
    4.3.2 分辨率损失分析  51-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章多目标环境下的脉冲压缩研究  53-59
  5.1 多目标靶线脉冲压缩实验  53-57
    5.1.1 多目标靶线单脉冲激励实验  53
    5.1.2 多目标靶线编码激励实验  53-54
    5.1.3 编码激励回波的脉冲压缩处理  54-57
  5.2 结果分析  57-58
    5.2.1 失配滤波器的旁瓣抑制效果分析  57
    5.2.2 多目标环境下的分辨率分析  57-58
    5.2.3 编码激励的信噪比分析  58
  5.3 本章小结  58-59
第六章总结与展望  59-61
  6.1 结论  59
  6.2 存在的问题及对研究工作的展望  59-61
参考文献  61-65
附录  65-69
致谢  69-71
攻读学位期间的研究成果和承担科研项目  71

基于脉冲压缩与二相编码激励的超声检测提高信噪比研究

内容摘要

全文目录

相似论文