[发明专利]一种面向超声波信号的小波去噪方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及超声波数字化信号处理领域，尤其涉及一种面向超声波信号的小波去噪方法及系统。

背景技术

超声波探伤是五大常规无损检测中运用最为普遍的一种，超声回波的信号处理直接关系到被测对象是否合格，关系到产品的安全状况及企业的经济效益。

传统的超声波信号处理方法，是通过基于傅里叶(Fourier)变换实现回波降噪、特征提取。此类处理方法的关键是抗混叠滤波器及AD转换器，而抗混叠滤波器的设计相当烦琐，其电路板的印制所占面积大且不可重复利用，无法适用不同类型超声波探伤机，影响了超声信号处理质量、超声探伤产品的工作效率。如图1为传统超声波信号处理流程简图。

当前超声波探伤设备有了一定的改进，有相当部分设备都是采用基于FPGA为核心的超声波检测卡。在检测卡上集合了数据采集电路、高速A/D转换器、FPGA、程控放大电路、复位电路及电源电路、模拟滤波电路等硬件以实现探头对的超声波的发射接收、超声回波信号的处理，并将转换后的数据存入卡上FPGA的片内存储单元。其中的超声回波信号处理方法较为通用的有二种：一种是一阶、高阶有源滤波器电路，或者是带通滤波器，如图2所示其基本单元为一阶有源低通滤波器，输入信号U_i经电阻R接入放大器A的正向输入端，放大器A的正向输入端经电容C接地，放大器A的负向输入端经电阻R_F接放大器A的输出端，放大器A的输出端还经电阻R_L接地，放大器A的输出端输出信号U_o；一种是基于有限冲击响应(FIR)的滤波器，图3是FPGA中专用数字信号处理模块实现的FIR滤波器基本结构单元的结构示意图。FIR滤波器的工作频率取决于各基本连接电路的最高工作频率f_sub-filter及其后的加法器树工作频率f_add-tree，实际中加法器树频率f_add-tree比f_sub-filter低得多，这二者中较小者就是FIR滤波器的最高工作频率即f_add-tree，这影响了FIR滤波器在高频工况下的运用，此外，随着内部乘法器与加法器的增加，FIR滤波器的面积、功耗、成本也相应的增加。这样，在超声信息量大、实时性要求高的场合下，基于FIR滤波器的信号处理模块则无法发挥其相应的功能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种面向超声波信号的小波去噪方法及系统。

本发明提供了一种面向超声波信号的小波去噪方法，包括：

步骤1，获取含噪声的超声回波信号数学模型f(t)＝s(t)+r(t)，s(t)是探头接收到的衰减后的超声回波信号，r(t)是包括结构噪声在内的所有噪声；

步骤2，选取基本小波并计算该基本小波的尺度函数和滤波函数；

步骤3，将超声回波信号数学模型与基本小波的滤波函数卷积，得到去噪的超声波信号。

在一个示例中，基本小波选自Daubechies小波族。

在一个示例中，步骤2中，根据小波变换滤波器系数h₀(n)与h₁(n)求解尺度函数与滤波函数ψ(t)。

在一个示例中，按照下式进行卷积：

其中WT_x(a，τ)为去噪的超声波信号，a为尺度，ψ^*(t)为滤波函数ψ(t)的共轭函数。

在一个示例中，滤波函数ψ(t)根据下式得到：k＝2，3，.......，2N～1，N为小波变换滤波器的阶数，g_k为权重。

本发明提供了一种面向超声波信号的小波去噪系统，包括：

超声回波信号数学模型获取模块，用于获取含噪声的超声回波信号数学模型；

基本小波选取模块，用于选取基本小波并计算该基本小波的尺度函数和滤波函数；

去噪模块，用于将超声回波信号数学模型与基本小波的滤波函数卷积，得到去噪的超声波信号。

在一个示例中，基本小波选自Daubechies小波族。

在一个示例中，基本小波选取模块根据小波变换滤波器系数h₀(n)与h₁(n)求解尺度函数与滤波函数ψ(t)。

在一个示例中，去噪模块按照下式进行卷积：

其中WT_x(a，τ)为去噪的超声波信号，a为尺度，ψ^*(t)为滤波函数ψ(t)的共轭函数。