空氣中二維稀疏超聲相控陣成像的關鍵技術研究.pdf

1、針對現(xiàn)有的光學和電磁學成像設備在大霧、雨雪、強輻射、深海、煙霧等無法工作或效果不夠理想的情況，在空氣環(huán)境下提出一種用于障礙檢測及成像的二維稀疏超聲相控陣解決方案。
　　結合圓形活塞式超聲波換能器的遠聲場特性及二維相控陣掃描法原理，得到二維稀疏超聲相控陣陣列因子及其方向圖，建立了二維稀疏超聲相控陣在空氣中的聲場模型。對二維稀疏超聲相控陣聲場特性進行仿真，確定了相控陣結構及換能器尺寸、陣元間距、陣元數(shù)量等參數(shù)，二維稀疏超聲相控陣發(fā)射陣

2、列由8×8個發(fā)射陣元組成，行方向和列方向上陣元間距均為2λ。為避免二維稀疏相控陣聲場中柵瓣的影響，根據(jù)雙向輻射基本原理排列發(fā)射與接收陣列，得到接收陣列結構，接收陣列由5×5個接收陣元組成，行方向上陣元間距為3λ，列方向上陣元間距為2λ。利用幅值加權變跡優(yōu)化技術減小旁瓣與主瓣幅值比例，通過交替?zhèn)文娴惴ǐ@得二維稀疏超聲相控陣的驅動矩陣、回波信號幅值加權矩陣及相位延遲矩陣。設計了一種基于主從控制結構的二維稀疏超聲相控陣驅動裝置，該裝置包括

3、發(fā)射電路與接收電路。發(fā)射電路中為完成發(fā)射信號的聚焦與偏轉，在FPGA平臺上構建基于DDS技術的信號發(fā)生器，實現(xiàn)不同通道驅動信號的加權與延時;接收電路中通過相反的過程完成信號的定向接收。
　　設計的二維稀疏超聲相控陣可有效消除柵瓣并抑制旁瓣的影響，行方向和列方向上的角度分辨率可達1.5°，掃描范圍最大可達50°。此外，通過幅值加權變跡優(yōu)化，二維稀疏超聲相控陣聲場與優(yōu)化前相比，旁瓣與主瓣比值降低約5％、-3dB聲束寬度減小約0.6cm