空气中二维稀疏超声相控阵成像的关键技术研究

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1、ClassifiedIndex：TP274．53U．D．C：621．3SouthwestUniversityofScienceandTechnoIogyl5Ceclln0IMasterDegreeThesiSResearchonKeyTechnoIogyof2DSparseUItrasoniPhasedArayImaginginAirGrade：2011Candidate：AcademiCDegreeAppIiedfor：Speciaiity：SuperViSOt：LiUYujiaoMasterDetectionTechnoI

2、ogyandAutomatiCEquipmentYangTao，ProfessorMay．27．2014独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：当l叠俊日期：细嗽i．弓关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定

3、，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：参l孟俊导师签名：日期彬．厶弓西南科技大学硕士研究生学位论文第1页摘要针对现有的光学和电磁学成像设备在大雾、雨雪、强辐射、深海、烟雾等无法工作或效果不够理想的情况，在空气环境下提出一种用于障碍检测及成像的二维稀疏超声相控阵解决方案。结合圆形活塞式超声波换能器的远声场特性及二维相控阵扫描法原理，得N---维稀疏超声相控阵阵列因子及其方向图，建立了二维

4、稀疏超声相控阵在空气中的声场模型。对二维稀疏超声相控阵声场特性进行仿真，确定了相控阵结构及换能器尺寸、阵元间距、阵元数量等参数，二维稀疏超声相控阵发射阵列由8×8个发射阵元组成，行方向和列方向上阵元间距均为2九。为避免二维稀疏相控阵声场中栅瓣的影响，根据双向辐射基本原理排列发射与接收阵列，得到接收阵列结构，接收阵列由5x5个接收阵元组成，行方向上阵元间距为3九，列方向上阵元间距为2九。利用幅值加权变迹优化技术减小旁瓣与主瓣幅值比例，通过交替伪逆迭代算法获得二维稀疏超声相控阵的驱动矩阵、回波信号幅值加权矩阵及相位延迟矩阵。设计了

5、一种基于主从控制结构的二维稀疏超声相控阵驱动装置，该装置包括发射电路与接收电路。发射电路中为完成发射信号的聚焦与偏转，在FPGA平台上构建基于DDS技术的信号发生器，实现不同通道驱动信号的加权与延时；接收电路中通过相反的过程完成信号的定向接收。设计的二维稀疏超声相控阵可有效消除栅瓣并抑制旁瓣的影响，行方向和列方向上的角度分辨率可达1．50，扫描范围最大可达500。此外，通过幅值加权变迹优化，二维稀疏超声相控阵声场与优化前相比，旁瓣与主瓣比值降低约5％、一3dB声束宽度减小约0。6cm。最后完成了驱动装置中各功能模块的设计、制作

6、与调试，并测定单通道发射与接收匹配电路的扫描距离可达O．5～4m。关键词：二维稀疏超声相控阵声场特性仿真交替伪逆迭代幅值加权变迹相控阵驱动电路西南科技大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractToaddresstheissueofpoorperformance，highcostorbulkinessoftheopticalandtheelectromagneticimagingdevicesinthepresenceofthickfog，rain，snow,strongradiationorsmoke，asolutionf

7、oroptimizationofa2Dsparseultrasonicphasedarrayforobstacledetectionandimagingintheairisproposed．Thearrayfactoranddirectivitypatternofthe2Dsparseultrasonicphasedarrayareobtainedbycombiningthecharacteristicofcircularpistonultrasonictransducerinthefarsoundfieldandprinci

8、plesof2Dphasedarrayscanningmethod．Theacousticfieldmodelofthe2DsparseultrasonicphasedarrayintheairhasalSObeenestablished．Thestructureof2Dsp