摘 要超声探测技术具有很多探测方法不具有的优点，如低成本、方法简单等，超声编码可以提高信号能量，接收端利用脉冲压缩可以提高分辨率。脉冲压缩技术已经广泛应用到很多科学领域，在超声探测中的运用也正在逐渐发展，例如彩色血流成像，B超检测等，其应用潜力现在不断被挖掘，在高帧频医学成像，超声探测等方面有较好的应用前景。本文主要研究了比较有代表性的Barker码，分析研究了该编码的特性性质，通过Matlab建立仿真模型得到了阵列信号，利用信号压缩，表明信号的分辨率有了明显的提高。主要内容如下：（1）研究脉冲压缩、相位编码的特性，分析Barker码，m序列等典型的二相编码信号，以及组合Barker码，多相Barker码的一些特性。（2）采用数字信号处理技术对Barker编码信号进行匹配滤波处理，得到了脉冲压缩后的信号，并通过Matlab得到了仿真图。得出Barker编码信号的压缩特性。（3）对不同长度的Barker码自相关函数进行旁瓣抑制，得到经过不同方法后的旁瓣抑制结果，通过Matlab绘制结果图，并对结果进行分析比较。（4）利用Comsol软件模拟混凝土缺陷探测的模型，模拟Barker超声激励信号对目标缺陷进行超声探测，对模型的声场图进行分析。摘 要 Ⅰ
目录
ABSTRACT .Ⅱ
第1章 绪论 1
1.1问题的提出及研究意义 1
1.2 国内外研究进展 2
1.3本文的主要工作 2
第2章 脉冲压缩理论 3
2.1脉冲压缩原理概述 3
2.2相位编码信号 3
2.3二相编码序列 5
2.3.1 Barker码 5
2.3.2 m序列 6
2.4本章小结 7
第3章 Barker相位编码信号 8
3.1 Barker二相编码信号 8
3.1.1 Barker二相编码调制信号 8
3.1.2数字脉冲压缩技术 9
3.1.3 Barker二相编码信号的脉冲压缩 11
3.2 Barker其它特性 18
3.2.1组合Barker编码 18
3.2.2多相巴克码 21
3.3
 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2# 
本章小结 24
第4章 Barker二相编码信号的旁瓣抑制 25
4.1 旁瓣抑制技术简介 25
4.2 旁瓣抑制方法 25
4.2.1线性规划(LP)法 25
4.2.2最小均方逆滤波法（LS) 29
4.3 本章小结 31
第5章 Barker二相编码信号的Comsol仿真模型 32
5.1 Comsol软件简介 32
5.2 混凝土缺陷模型的检测仿真 32
5.3 Barker回波信号的分析 35
5.4本章小结 37
第6章 总结与展望 38
致谢 39
参考文献 40
第1章 绪论
1.1问题的提出及研究意义
脉冲压缩理论最早的时候是从雷达信号技术中发展起来的，二战的时候在实现了最佳处理信号的前提下，脉冲式雷达在同时增强探测距离和分辨率和提高信噪比方面遇到了不可逾越的矛盾[1]。人们研究了线性调频信号、非线性调频信号、相位编码等新型信号。这些信号都有着共同的特点，它们的时宽和带宽都比较大，能够保证测量精度和分辨率，同时，它们也有着比较高的信号能量，在信号的作用距离方面，有着其他信号不可替代的优势。常规的脉冲信号时宽带宽积为 1。作为宽时宽带信号，它们的时带积都比较大[1]。在接收端接收到的信号经过匹配滤波处理，经过脉冲压缩后的信号所占用的时间宽度会大大缩短，从而达到了较高的距离分辨率。20世纪70年代以来，在声学领域，编码信号逐渐得到了发展。然而，编码信号在声学领域的应用较在雷达领域的应用是不能相比的。由于各种因素的影响，比如检测介质的复杂性和换能器的有限带宽问题，很多因素都不同程度使得宽带编码信号的应用受到了抑制。除此之外，超声编码电路还需要比较复杂的电子器件，需要设计由晶体管构成的高压宽带线性功率放大器，这些因素不仅提高了系统的总功耗还导致了成像系统的复杂性。
超声探测技术具有很多探测方法不具有的优点，如低成本，结构，方法简单等。现在所采用的传统的超声探测系统中，大多数都是把单脉冲超声信号作为激励信号，很明显，如果信号的发射功率条件保持一定值，信号的脉冲宽度越大，它的作用距离相对也就越大，然而得到的信号分辨率也就越低。我们既要达到大的作用距离，又想要得到较高的时间分辨率，显然，这是一对矛盾。为此，可以选择脉冲压缩编码信号代替单脉冲信号作为激励信号，用来提高信噪比。
本文研究具有代表性的Barker脉冲编码信号，在提高信噪比的同时保证有较高的分辨率。Barker超声编码信号具有很好的自相关特性，在超声探测等方面的应用良好，可以利用Barker超声信号处理很多实际问题[2]。
1.2 国内外研究进展
脉冲压缩编码早已广泛应用在雷达探测中，但在超声检测领域发展的相对很缓慢，究其原因，主要是超声波在介质传播过程中，很容易受到各种介质的影响，导致最后接收到的信号严重失真，脉冲压缩效果变差，然而，随着近几年信号处理和传感器材料的快速发展，脉冲压缩技术已经能在超声测距，医疗超声成像等新的领域发挥作用。
超声在介质中的传播过程中，其幅度随者传播距离的增大呈现指数衰减的趋势，当传播一段较长的距离后，信号将会变得非常弱，回波信噪比严重下降，甚至于信号可能完全淹没在噪声中，不能够成像。采用大功率的超声发射信号，虽然可以提高发射信号的强度，但是换能器的发射功率是非常有限的。同时，强度较高的发射信号也要求较高性能的电源和器件，因此不适用于野外的检测，也不能达到小型化的要求。现在采用的超声编码发射技术可以不增加发射信号功率，但能够提高发射信号的能量，在接收端对接收信号进行脉冲压缩，增大接收信号的信噪比，就是把信号从干扰噪声中“提取”出来，达到提高缺陷成像质量的要求[3]。
脉冲压缩方法最早的时候在雷达、通讯等方面领域应用效果很好，目前已经得到了广泛应用。在神州五号飞船的回收过程中，当时刚刚研制的脉冲压缩雷达搜索设备成功地搜索到了刚刚落地的神州五号飞船。脉冲压缩的方法在声纳中也有着广泛的应用，例如在解决、水声通信水声多路径问题等方面都起到了 不小的作用。现在的的船体声纳很多已经在使用脉冲压缩技术，像美国海军的 SQS53 型声纳或者雷声公司的DE1160 的升级版，它们通过对接收波束的控制来减少多路径效应的影响。脉冲压缩技术也已经应用在了很低频率的信号探测，如拖曳式声纳、美国声纳监视舰（TAGOS，附带有低频附属声纳）的声纳，以及北约几个国家目前正在测试的大型的主动拖曳式声纳（附带有线列阵接收机）。
在现在的超声领域里面，Newhouse第一次将脉冲压缩方法引进到医学超声成像的研究中，在接下来的 30 多年中，人们深入研究和开发了脉冲压缩应用的各种编码方法，M 序列伪随机码、Barker 码序列、Golay 码序列、Chirp和伪 Chirp 码序列等都已经用于超声编码激励的研究和分析中。Laurence利用13 位的 Barker 码调制信号检测活体器官，提高了大约11dB的信噪比。Klauswerner把 Barker 码用作机器人的探测信号，用来区分不同探测物的反射信号。Chiao模拟频率独立衰减和非线性传播对于 Chirp 和 Golay 码激励的影响。Nowicki对不同编码信号反射后的压缩结果进行了比较和分析。Jaehee研究了编码激励谐波检测的应用。Serge用 chirp编码激励的时间反转方法检测牙齿内部质量。Jerzy实验检测了水和生物组织的编码激励的声场。国内超声编码领域的研究，主要用于血流成像、流量检测和岩石物性成像的研究[4]。
1.3本文的主要工作
了解超声探测的优点。分析研究脉冲压缩理论的原理，分析相位编码信号的特性，研究常见的二相序列，Barker码序列，m序列的特性。

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