合成孔径聚焦技术
探讨相控阵检测技术及其应用
探讨相控阵检测技术及其应用发布时间：2022-07-16T01:08:17.213Z 来源：《当代电力文化》2022年3月第5期作者：关凯文[导读] 为了提升相控阵技术应用水平，提高检测质量。
本文结合实际，在分析相控阵检测技术原理的同时，对该技术的关键点进行了解分析关凯文国家电投集团青海黄河电力技术有限责任公司摘要：为了提升相控阵技术应用水平，提高检测质量。
本文结合实际，在分析相控阵检测技术原理的同时，对该技术的关键点进行了解分析。
最后以合成孔径聚焦技术为例，详细探讨该技术的应用情况。
希望通过分析后，可以给该领域的工作人员一些参考。
关键词：相控阵；检测技术；应用要点引言在检测领域中作为一种形象化表征与准确定位以及定量评估技术，相控阵检测技术由于具备操作方便、检测精确度高得到广泛的应用。
但是从我国现状分析，无论是从相控阵检测技术或是相关标准来说，还未构建出完全同一的技术标准，所以需要采取相关的标准给技术的实施作为支撑。
因而，对相控阵检测技术的原理与应用要点进行分析，总结归纳技术措施尤为重要。
1.超声相控阵检测原理及关键技术1.1超声相控阵检测原理超声相控阵检测技术的研发主要是根据惠更斯原理与亥姆霍兹声压积分定理而研发应用的，是先进技术类型。
在检测中，主要的部件就是超声相控阵列换能器，内部组成结构是多个独立性的一组压电晶片阵元组成，每个阵元都是独立性存在的，且独立完成超声波反射和使用。
根据系统设定的原则对于部门或者全部进行阵元激发，在该环节中，各个阵元内发射的各个波束是重叠的，这种重叠会组合成为波阵面的形式。
在信号接收环节，也需要按照不同的原则延迟对于信号的处理，从而形成超声影像。
1.2超声相控阵检测关键技术1.2.1相控声束聚焦相控声束聚焦是检测工作开展的基础，其主要是进行超声相控阵换能器两侧相应阵元的激励性处理，并且沿着换能器阵列中心方向设置，从而可以通过增加时间延迟以实现其他阵元的激励处理，保证其按照某个曲率中心的波阵面形成。
光学合成孔径成像技术简介
光学合成孔径成像技术简介 机械电子工程 201028013919088 李 鹏一.光学合成孔径成像的研究意义高分辨率目标成像对航天遥感和军事应用有着重要意义,根据波动光学理论,传统光学成像系统角分辨率为[1]：1.22/D θλ=分辨率受波长和光学系统口径的限制。
对于一定的工作波段,若要提高系统的角分辨率，则只能增大系统口径。
而在实际应用中很多因素限制了系统孔径的增大。
高分辨率成像需要长焦距、大口径光学系统，但其成本高、材料制备困难、制造技术难度大，这些因素制约着大口径光学系统的发展。
于上世纪70年代提出的多孔径成像技术为提高分辨率提供了新的方法。
如何用小口径系统来达到单个大望远镜的分辨本领，就是多孔径成像的目的。
与传统的光学系统相比，多孔径成像技术具有如下特征和优点[2]：①降低了光学元件的加工制造难度；②光学元件体积小，重量轻，系统可以设计成为折叠式，有利于减小发射体积和重量，节约发射费用；③系统设计和组装灵活多变，特别适用于各种空间光学系统。
为了提高成像系统的分辨率，光学多孔径成像技术从无到有，逐步发展壮大，可以肯定地说，随着技术的发展，多孔径成像技术将被应用到更多的成像领域。
二. 光学合成孔径成像原理1.光学成像原理分类[3]光学成像原理可分为三大类，一类是几何光学、像差理论成像原理，通常的光学系统设计按此理论基础进行的；一类是衍射成像原理，它以波动光学的衍射理论为基础，结合通信理论中线性系统的方法，把成像系统视为空不变的线性系统，成像系统的特性用相干传递函数(相干照明)或光学传递函数(非相干照明)来描述，衍射成像原理在像质定量评价和成像系统分辨率的研究以及实现高分辨率成像等方面起了重要的作用；另一类成像理论是干涉成像原理，它认为成像过程本质上是干涉过程，像面上任何一点的光扰动必然是出瞳上各点光扰动贡献的叠加，干涉成像原理以光场的部分相干性为基点。
这是实践中普遍存在的光场，部分相干性的成像特性有着不可忽视的影响。
科技前沿▏合成孔径成像的应用及发展
科技前沿▏合成孔径成像的应用及发展一、引言合成孔径成像自20世纪50年代提出，应用于雷达成像，历经70年的研发，已经日趋成熟，成功地用于环境资源监测、灾害监测、海事管理及军事等领域。
受物理环境制约，合成孔径在声呐成像中的研发与应用起步稍迟，滞后于雷达，近年来在民用及军事领域的研究与应用进展加速。
此外，近年来合成孔径成像在声学无损检测、医学超声成像等领域的研发也有长足进步，并扩展到其他领域如光学、微波成像等。
本文简要介绍了条带合成孔径成像的原理及其在雷达、声呐、无损检测及医学影像等方面的应用及发展。
二、合成孔径成像原理条带合成孔径成像利用小孔径基阵，在直线运动轨迹上均速移动，并在确定位置顺序发射，接收并存储回波信号。
根据空间位置和相位关系对不同位置的回波信号进行相干叠加处理，合成虚拟大孔径的基阵，从而获得沿运动方向的高分辨率。
在1985年的先驱奖故事中，合成孔径雷达(SAR)的发明者Wiley 谦逊地说：我有幸想到了一个基本想法，我称之为多普勒波束锐化(DBS)，而不是合成孔径雷达。
和所有信号处理一样，有一个双重理论：一个是频域解释，这是多普勒分析；在时域内分析系统，这就是合成孔径雷达。
在时间域对合成孔径成像的“合成阵列”的解释如图1所示。
图1 合成阵列原理其中，阵元或天线水平长度为L，水平波束开角为θ=＝λ/L。
工作频率时，波长为λ。
阵元行进轨迹为直线，点目标与行进轨迹的垂直距离为R。
阵元在位置1时，目标进入波束；阵元在位置N时，目标退出波束。
合成孔径阵元数为N，合成孔径长为D＝R×θ=＝R×λ/ L，合成孔径波束开角为θsyn＝λ/D＝λ/（R×(λ/L)）＝L/R。
采样结束，合成孔径波束形成后处理时，对不同位置的回波信号进行相干叠加，需要计算阵元发射信号至目标、目标反射信号返回阵元的往返声程2R。
因此，合成孔径波束开角实际应为θsyn＝λ/2D＝λ/(2R×(λ/L)) ＝L/2R。
超声相控阵检测教材 第一章 相控阵技术的发展史及优点
第一章超声相控阵检测技术发展史及优点1.1 超声相控阵检测技术的发展史20世纪20年代，苏联科学家S.J.Slkolov就已经开始了超声成像的研究。
其后由于技术上的种种原因，超声成像研究进展缓慢。
之后随着电子技术和计算机技术的迅速发展，大大推动了超声成像的研究和应用。
目前，在无损检测领域，已被发展或正在研究的超声检测成像方法主要有以下几种。
1、扫描超声成像：脉冲超声回波（实际上是超声回波通过超声换能器转换成电信号的波形）在显示屏上可以由不同的显示方式，包括A型、B型、C型、P型、F型扫描显示。
2、超声全息：基于波前重建原理，即通过物波和参考波干涉形成的图案（全息图），然后经过反衍射积分的重建过程，获得物体的图像。
早期的超声全息模仿光全息原理，使用液面成像方式。
目前研究比较活跃的声全息方法是扫描声全息，大致分为激光束扫描声全息和计算机重建声全息两类。
3、超声显微镜：利用声波对物体内部的声不连续性（如缺陷、力学特性或微观组织变化等）进行高分辨率成像检测的系统和技术。
其原理是用高频（工作频率可高达2GHz）超声波照射样品，形成样品的微观声学参数分布，能获得被测物体表面和近表面结构的高分辨率图像。
4、超声CT：计算机层析超声成像，它是借鉴X射线CT而发展的超声成像技术。
其用一束超声波依次沿不同方位角照射物体，并同时检测物体中目标的散射波（即投影），再由投影来计算反演重建目标的像。
目前超声CT主要有透射型和反射型两种，而图像重建也有两种理论，射线理论和衍射理论。
5、ALOK超声成像（amplituden and laufzeit orts kurven）技术，即幅度—传播时间—位置曲线技术。
利用幅度—传播时间—位置曲线，通过传播时间补偿和信号叠加的方法，从回拨信号中识别来自缺陷的回波信息而去除噪声信号，并可给出用B型显示的缺陷图像。
6、衍射传播时间技术（TOFD）：依靠超声波和缺陷端部相互作用发出的衍射波来检出缺陷并对其进行定量的检测技术，并可给出A型扫描显示及D扫描、B扫描灰度图像显示。
两种合成孔径成像算法介绍-RDA、CSA
距离多普勒算法1.简介距离多普勒算法（RDA）是在1976年至1978年为处理SEASAT SAR数据而提出的，至今仍在广泛使用，它通过距离和方位上的频域操作，达到了高效的模块化处理要求，同时又具有了一维操作的简便性。
该算法根据距离和方位上的大尺度时间差异，在两个一维操作之间使用距离徙动校正（RCMC)，对距离和方位进行了近似的分离处理。
由于RCMC是在距离时域-方位频域中实现的，所以也可以进行高效的模块化处理。
因为方位频率等同于多普勒频率，所以该处理域又称为“距离多普勒”域。
RCMC的“距离多普勒”域实现是RDA与其他算法的主要区别点，因而称其为距离多普勒算法。
距离相同而方位不同的点目标能量变换到方位频域后，其位置重合，因此频域中的单一目标轨迹校正等效于同一最近斜距处的一组目标轨迹的校正。
这是算法的关键，使RCMC能在距离多普勒域高效地实现。
2.算法概述图1示意了RDA的处理流程。
1.当数据处在方位时域时，可通过快速卷积进行距离压缩。
也就是说，距离FFT后随即进行距离向匹配滤波，再利用距离IFFT完成距离压缩。
图1（a）和图1（b）就是这种情况，图1（c）则不同。
2.通过方位FFT将数据变换至距离多普勒域，多普勒中心频率估计以及大部分后续操作都将在该域进行。
3.在距离多普勒域进行随距离时间及方位频率变化的RCMC，该域中同距离上的一组目标轨迹相互生命。
RCMC将距离徙动曲线拉直到与方位频率轴平等的方向。
4.通过每一距离门上的频域匹配滤波实现方位压缩。
5.最后通过方位IFFT将数据变换回时域，得到压缩后复图像。
如果需要，还进行幅度检测及多视叠加。
以下各节将依次讨论包括两种不同二次距离压缩（SRC）实现在内的所有步骤。
讨论基于机载C波段仿真数据，参数如表1所示。
表1距离信号和方位信号采样的差别图1 RDA 的三种实现框图3. 低斜视角下的RDA首先考察无需SRC 的简单低斜视角情况，处理步骤与图1中的基本RDA 相同。
合成孔径聚焦成像算法研究
龙源期刊网
合成孔径聚焦成像算法研究
作者：宋志明李金龙王黎高晓蓉王泽勇
来源：《现代电子技术》2010年第23期
摘要：合成孔径聚焦成像技术与传统的超声成像方法相比，可以通过较低的工作频率和较小的换能器孔径获得较好的分辨率，目前已在无损检测中获得广泛应用。
随着科技的进步，合成孔径聚焦算法也日益成熟。
对三种常用的合成孔径聚焦算法的原理进行了分析，总结了各自特点及优势。
在实际应用中，合理选择成像算法，能够有效提高成像质量。
关键词：无损检测；合成孔径聚焦技术；波包原子分解；匹配滤波；角度相关卷积。
医学超声合成孔径成像技术浅析
研究 方 面取得 显 著的效 果 ，证 明 了合 成孔 径成像 拥 有较 高 分
辨率 和较好 的成像 品质 。
Ｔ Ｅ ＣＨ ＮＯＬ ＯＧＹ 技 术 应 用
◆ 张 志 宏
摘 要 ：文中主要讨 论 了医学超声 成像技 术的发展 ，详 细 阐述 了该领 域 的背景 意义 、采 用的 主要 现 有成熟技 术及其 优缺 点 ，并 对一种新 颖 的 医学超 声合 成孔径 成像技 术进行 了探 索和 解析 。 目的在 于 引 导研 究人 员快速 地 了解本领域 的研 究 内容 。在 医学超 声合成孔 径技 术成像 的研 究 中，尽 管研 究人 员已 经做 了大量的前 期工作 ，但是 波束形成 和成像 的 实时性 ，都是 有待 解决 的难点 。 关键 词 ：超 声 ；合 成孔径 成像 ；波束
波束 形成 的质量 。在 合 成孔径 成像 中，超声 传感 器 阵列 被分 成若 干个 发射 或接 收单元 ，以发 射单元 作为 点源 传感 器 在被 测物 理 的表面 上进 行扫 描 ，存 接 收到来 自 物 体 内部个 点 的散 射声 信号 后 ，对其进 行存 储 ，然后 根 据成像 区域 内点 的 间
形 成研 究 中有两 个 主要指 标 ，即主瓣 宽度 和旁瓣 幅度 ，它们 理论 Ｌ作 为 主要 标 准来 判断所 形成 的波 束质 量高 低 。主瓣 的宽度越 窄 ，那 么成 像 的横 向分辨 率越高 ；旁 瓣 的幅度越小 ， 那 么成像 的对 比度就 越大 ，并 且伪影 噪声 越少 。在 现代 超声 延 时叠加 波束 形成 中 ，常使用 动态 聚焦 和幅度 变迹 来控 制旁
合成孔径成像
合成孔径成像
把多个信号源集中在一个地方，使其成为一个强大的信号源，这就是所谓的合成孔径成像。
当把多个信号源结合在一起，那么就会形成一个能够抓取信号的局部，而这个局部又会由其他信号源组成，这样一种强大的信号源就形成了。
合成孔径成像的主要目的是提高信号捕捉的效率，以及能够捕捉到单个信号源所不能捕捉到的信息。
它的基本原理是把多个信号源排列成一个矩形，然后用一个聚焦点来缩小这个区域，从而获得一个更加清晰的信号图像。
通常，合成孔径成像系统由一个成像阵列、一个信号源、一个聚焦机和一个目标构成。
首先，合成孔径成像系统使用一个成像阵列来收集信号，成像阵列由一个栅格组成，每个格子上装有一个接收天线。
接下来，它会接收信号源发出的信号，信号源是一个位置不确定的天线，一般是跨越整个成像阵列，这意味着每个接收天线都可以接收到信号源发出的信号，从而形成一个完整的信号图像。
接着，合成孔径成像系统会使用聚焦机来把信号源的信号进行聚焦，即把多个信号源的信号结合在一起，形成一个强大的信号源。
最后，目标会将这个强大的信号提取出来，从而获得比传统的方法更加准确的信号图像。
合成孔径成像在航空摄影、数字地形图、卫星跟踪定位等领域有着广泛的应用，它具有能够清晰地成像单个信号源以及多个信号源如何结合在一起的能力，使得它在各种研究领域都有广泛的应用。
随着科技的发展，合成孔径成像将会发挥更大的作用，被用于更多的领域，它的实际应用将会带来更多的好处和改变，为人类带来更多的便利。
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合成孔径聚焦技术
合成孔径聚焦技术是一种利用多个孔径接收信号并将其合成以
提高成像分辨率的技术。
在这种技术中，多个接收孔径在同一时刻接收到来自目标的信号，然后这些信号被合成成一个高分辨率图像。
合成孔径聚焦技术可以用于雷达、声纳、光学和医学成像等领域。
在雷达和声纳中，合成孔径聚焦技术可以提高目标检测的精度和距离分辨率。
在光学成像中，合成孔径聚焦技术可以提高图像的空间分辨率和对深度的解析度。
在医学成像中，合成孔径聚焦技术可以提高超声成像的分辨率和对组织结构的检测能力。
合成孔径聚焦技术需要使用高精度的数据处理和成像算法来实现。
这些算法包括相位编码、自适应滤波、图像重构和深度解析度测量等。
随着计算机技术的发展，这些算法已经得到了很大的改进，并在各种应用中得到了广泛的应用。
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