[发明专利]一种基于OFDM信号的超声目标检测方法

说明书

本发明公开了一种基于OFDM信号的超声目标检测方法，将Zadoff_Chu序列调制成OFDM信号，来对目标距离进行估计，实现了无旁瓣的脉冲压缩。该方法可以在低信噪比下很好的检测出目标信号并解决脉冲旁瓣的问题，将无线通信中的OFDM技术应用于超声目标检测中，不仅能解决噪声旁瓣的问题，也降低了系统设计复杂度，提升了系统性能，在超声检测技术领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于工业自动化和测试及测量的技术领域，具体指代一种基于OFDM信号的超声目标检测方法。

背景技术

超声波探伤是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理可知，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。

传统的超声波探伤仪采用高压单脉冲信号作为激励，信噪比和分辨率是一对矛盾。虽然编码激励技术一定程度上可以解决这个问题，但在对回波信号进行脉冲压缩处理时又会带来距离旁瓣的问题，微弱信号可能淹没在较强信号脉冲压缩的距离旁瓣中，这给检测带来很大的困难。

在无线通信领域，采用OFDM(正交频分复用)技术可以有效对抗频率选择性衰落。OFDM 主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此可以消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

在无线信道中，电波传播除了直射波外，在传播过程中还会有各种障碍物所引起的散射波，这就是多径效应。而超声检测的关键问题是检测出不同反射点叠加之后的回波信号，超声检测中的回波信号和无线通信中多径信号产生的原理是一致的，都是不同反射信号叠加后的信号，因此超声检测和无线通信理论中的信道估计本质上是一致的。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于OFDM信号的超声目标检测方法，解决了现有技术中传统的单脉冲超声探测技术存在信噪比较低，微弱的回波信号很难从噪声中恢复出来的问题。

为达到上述目的，本发明的一种基于OFDM信号的超声目标检测方法，包括步骤如下：

发射端OFDM信号波形的设计：发射端对N位的Zadoff-Chu序列进行IFFT变换，如下过程所示：

其中，X_k为N位Zadoff-Chu序列，Δf为子载波间隔，f_s为系统采样率，k为整数，x(n)表示发射信号波形的第n个采样值；经上述公式(1)变换后，得到含有多个子载波的OFDM 信号，给每个OFDM信号的子载波加上循环前缀后，作为发射波形发送出去；

接收端回波信号的处理：接收端采用DFT信道估计算法进行回波处理，假设发射信号为 x(n)，信道冲激响应为h(n)，接收端回波信号为y(n)，随机噪声分量为w(n)，则：

y(n)＝x(n)*h(n)+w(n) (2)

其中，*表示卷积运算，0≤n≤N，将信号两边分别做DFT运算变换到频域，

对H_ls做逆DFT变换，得到含有回波信息的时域信号h_ls：

h_ls＝IDFT(H_ls) (4)。