一种基于稀疏盲解卷积的超声信号分辨率提升方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112147236A(43)申请公布日2020.12.29(21)申请号202010993361.6(22)申请日2020.09.21(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市高新园区凌工路2号(72)发明人林莉金士杰孙旭雷明凯(74)专利代理机构大连星海专利事务所有限公司21208代理人杨翠翠花向阳(51)Int.Cl.G01N29/44(2006.01)G06K9/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于稀疏盲解卷积的超声信号分辨率提升方法(57)摘要一种基于稀疏盲解卷积的超声信号分辨率提升方法，属于无损检测技术领域。该方法采用一套包括脉冲发生器、示波器及一对带楔块探头构成的超声测试系统。首先，利用匹配追踪算法对采集的多重混叠信号进行重构，去除噪声干扰。在此基础上，基于同态变换分离系统响应与反射序列。最后，引入反射序列的稀疏性，结合l2和l1混合约束在频域中建立稀疏盲解卷积模型。通过反演求解，在多重回波混叠且不需要参考信号情况下，实现超声信号分辨率提升和小缺陷定量。与其它提升分辨率的方法相比，该方法无需参考信号，可分离多重混叠信号，能够去除噪声且提升信号分辨率，对硬件系统无额外要求，具有较好的工程应用价值。CN112147236ACN112147236A权利要求书1/2页1.一种基于稀疏盲解卷积的超声信号分辨率提升方法，首先，利用匹配追踪算法对采集的多重混叠信号进行重构，去除噪声干扰；在此基础上，基于同态变换分离系统响应与反射序列；最后，引入反射序列的稀疏性，结合l2和l1混合约束在频域中建立稀疏盲解卷积模型；通过反演求解，在多重回波混叠且不需要参考信号情况下，实现超声信号分辨率提升和小缺陷定量；所述方法采用如下步骤：(1)确定超声检测参数超声测试系统包括脉冲发射器、示波器及一对带楔块探头；根据被检工件情况选取超声检测参数，参数包括探头频率、楔块斜楔角及探头中心距；(2)采集混叠信号基于步骤(1)中确定的检测参数，将探头对称放置于工件上方，利用脉冲发生器激发超声脉冲，示波器显示并采集来自工件近表面小缺陷的A扫描信号；(3)重构信号探头发射脉冲h(t)进入工件内部，考虑噪声n(t)的影响，将接收到的A扫描信号y(t)模型化为y(t)＝h(t)*r(t)+n(t)(1)式中，*表示卷积，t表示时间，r(t)包含了被检缺陷信息；根据超声回波信号特点，利用一系列与h(t)相似的原子Di(t)对信号y(t)进行迭代分解；每一次迭代选取相关性最大的原子，第M次迭代分解可以表示为iiM式中，<Ry,Di(t)>表示第i次迭代分解的残差Ry与Di(t)的内积，Ry表示第M次迭代分解的残差；忽略残差，利用主要的分解系数与对应原子进行信号重构，实现噪声信号n(t)的解耦，获得无噪声信号结合式(1)可得(4)建立优化模型对式(3)两边做傅里叶变换，得到频域形式式中，H(f)和R(f)分别表示h(t)和r(t)的傅里叶变换，f为频率；进一步获得复倒谱一方面，由于r(t)与h(t)的结构特征不同，h(t)的复倒谱主要集中在零点附近；采用低通滤波器进行滤波，再通过傅里叶逆变换获得H(f)的重构频谱另一方面，长度为N的序列r(t)可表示为2CN112147236A权利要求书2/2页式中，ri为时间ti处对应的反射系数值，δ(t)为脉冲函数；将式(6)转换到频域中，根据脉冲函数性质和欧拉公式，整理可得结合式(4)、式(5)和式(7)可得式(8)两边的实部与虚部对应相等，将该式扩展为矩阵形式，并简记为A＝BR(9)式中，A对应式(8)左边的矩阵，R表示反射序列矩阵形式，B表示系数矩阵；根据反射序列r(t)具有稀疏性，通过引入l1范数反演高分辨率的超声信号，建立式(10)所示的约束问题min||R||s.t.A＝BR(10)最后，利用l2范数约束，将式(10)约束问题转换为式(11)的无约束问题式中，argmin{}表示使得{}里面函数取得其最小值，μ表示正则化参数；基于式(11)的求解结果rinversion，读取多重混叠信号之间的时间差Δt1和Δt2；根据两个探头中心间距2S及材料声速cl，带入式(12)和(13)，计算缺陷的上端埋深d与高度h。3CN112147236A说明书1/4页一种基于稀疏盲解卷积的超声信号分辨率提升方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于稀疏盲解卷积的超声信号分辨率提升方法，其属于无损检测技术领域。背景技术[0002]超声无损检测技术是一种高效检测材料内部结构与性质的方法，在定量检测中应用十分广泛。然而，受到脉冲宽度与材料结构等影响，常存在信号分辨率不足和信噪比低的问题，造成缺陷定量检测与解释困难。[