[发明专利]超声波首波检测与定位的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号处理技术领域，尤其涉及一种超声波首波检测与定位的方法和装 置。

背景技术

首波是也称为头波，是超声和其它类型信号脉冲式检测领域中一个有效信号的开始。首 波的可靠检测和准确定位对这类测量的精度有关键作用。首波提取的最大困难是其幅度一般 很小，非常易于和系统噪声混淆，噪声的存在对其测量的准确性影响很大。而且一般情况下 首波波幅随着信号频率的增大衰减很快，因此在频率较高的测量中，其首波检测更加困难。

目前，常用的首波检测方法主要有阈值法、加窗相关峰值法、长短时窗能量比法等。阈 值法是设置一个门限(即阈值)，若信号幅值小于该门限则认为该信号是噪声信号，若信号幅 值大于门限值，认为该信号是声波信号，而第一个大于该门限的信号即是首波。为防止个别 噪声变异大于门限而导致误判，可采用连续多个信号幅值大于门限值来确认首波。加窗相关 峰值法是检测波形与标准波形进行加窗相关对比，计算探索范围内的相关系数，最大相关系 数的位置即是首波的波至点。长短时窗能量比法是在首波初至的检测范围内计算短步进时窗 与长累积时窗的能量比，长累积时窗是第一个到当前位置处短步进时窗的并集，在首波到达 前，长累积时窗的能量与短步进时窗的能量均很小，相差不大；在首波到达时，长累积时窗 的能量仍很小，而短步进时窗的能量却突然变大，此时的长短时窗能量比出现大的跃变，需 要选择合适的能量阈值，才能可以检测到弱初至首波。

上述几种方法在信号信噪比较强时，尤其是在首波附近的局部信噪比较强的时候，检测 效果较好，反之，若首波附近局部区域的信噪比较小其检测效果将恶化，其中恶化最严重的 是阈值法，其次是长短时窗能量比法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗干扰能力、能准确检测首波位置的超声波首波检测与定位 的方法和装置。

为达到上述目的，本发明一方面提供了一种超声波首波检测与定位的方法，包括以下步 骤：

构造超声波信号序列的轨道矩阵；

对所述轨道矩阵进行奇异值分解获取所述超声波信号序列的奇异谱熵；

对所述奇异谱熵进行中值滤波，去除信号毛刺；

对已经过中值滤波的奇异谱熵进行阈值化处理，则已经过阈值化处理的奇异谱熵的第一 个下降沿即为所述超声波信号序列的首波。

本发明的超声波首波检测与定位的方法，所述构造超声波信号序列的轨道矩阵，具体包 括如下步骤：

对一个长度为N点的超声波信号序列，截取以n点开始长度为L点的超声波信号子序列， 构造出所述超声波信号子序列的轨道矩阵A_n为：