第四章 超声信号、信道与主要指标 PPT课件.pptVIP

* 第四章 超声信号、信道与主要指标 本章提要： 4.1 诊断超声信号与信道概述 4.2 超声发射信号形式及其特性 4.3 超声信号与系统的主要指标 4.4 超声发射通道 4.5 模拟超声接收处理通道 4.6 数字超声接收处理通道 4.7 接收相关处理与脉冲压缩技术 PSw w= 4.1 诊断超声信号与信道概述 信道包括：发射通道、电/声转换环节、发射声波传 播、接收声波传播、声/电转换环节和接收信号处理通道 六个环节。 4.2 超声发射信号形式及其特性 4.2.1 信号特性的表达方法 1. 时间波形 表达了信号在不同时间的取值，或随时间的变化，如用 s(t)表示。 2. 频谱S(ω)与功率谱P(ω) S(ω)等于s(t)的傅里叶变换，即 P(ω)等于幅度S(ω)的平方，即 =-= ( tRtht 3. 相关函数 互相关函数是衡量在不同时刻上两个信号之间的 相关性或相似性的量。 当y(t)=x(t)时，称为自相关函数 R(τ)和P(ω)是一对傅里叶变换对。 对于冲激响应为h(t)的线性系统，输入x(t)与输出 y(t)的互相关函数等于x(t)的自相关函数与h(t)卷积。 4.2.2 超声信号分类 单频载波脉冲信号 调频脉冲信号 编码脉冲信号 规则信号 幅相编码 频率编码 相位编码 超声信号 均匀脉冲串 脉冲串信号 非均匀脉冲串 正弦波连续信号 相位编码连续波信号 噪声信号 伪随机信号(拟噪声信号) 非规则信号 线性调频 阶梯调频 非线性调频(如双曲线调频) 单脉冲信号 4.2.3 超声信号特性 1. 单脉冲信号 若向目标发射单位冲激信号δ(t)，可获得代表目标本身特性的单位冲激响应h(t)。理想的单脉冲信号波形可表示为： A d (t ) t 0 ,1,0 t f 2. 单频载波脉冲信号 1) 波形 2) 功率谱 s(t)的功率谱是将功率谱p(t)中心频率搬至f0处获得。 3) 自相关函数 周期矩形脉冲p(t)的自相关函数为三角形周期脉冲。 ( tdt AR = 3. 单频连续波信号 在连续波超声多普勒血流仪中，常采用单频正弦 波信号 ，其频率谱为单一频率分量，信号 通道可采用较窄的通频带，而具有很高的信噪比和检 测灵敏度。 4. 随机噪声信号 随机噪声信号在任何时刻的取值都不能先验确定，任 意两个不同时刻的信号没有任何依赖关系，这种信号成为 白噪声。时间波形不能用数学表达式表示，其功率谱在整 个频率上平坦分布。其自相关函数是δ函数。 Aδ(τ)可用又高又窄的等腰三角形近似。 5. 伪随机相位编码连续波信号 伪随机信号是一种可以重复产生，可以控制，并具有 随机特性的确定性信号，它是由移位寄存器及反馈逻辑网 络所构成的伪随机序列发生器产生。 图中Dl、D2、D3为三级移位寄存器，为模二加法器。移位寄存器的作用为在时钟脉冲驱动下，能将所暂存的“1”或“0”逐级向右移。模二加法器的作用为图中(b)所示的运算，即0十0＝0，0十1＝1，1十0＝l，l十1＝0。图(a)中D2、D3输出的模二和反馈为Dl的输入。在图(c)中示出，在时钟脉冲驱动下，三级移位寄存器的暂存数据按列改变。D3的变化即输出序列。如移位寄存器各级的初始状态为111时，输出序列为1110010。在输出周期为23 －1＝7的码序列后，D1、D2、D3又回到111状态。在时钟脉冲的驱动下，输出序列作周期性的重复。因7位为所能产生的最长的码序列，1110010则为m序列。 1) m序列产生与波形 （1，0）二进制m序列经1→＋a，0 →－a变换关系转变 为m序列波形的信号。 m序列的基本特性： （1）码长p=2r-1,伪随机波形周期T=ptc，tc是时钟脉冲周期， 也是子码宽度。 （2）在一个序列周期中，1码元个数比0码元个数多1个。 （3）若把n个相同码元连续出现叫做一个长度为n的码元游 程，则一个序列周期中，长为n的码元游程比长度为 n+1的码元游程多一倍。 , 2 ,1, 0 , ￠￥ ￡|? )1[( （3）直流分量的强度为a2/p2，与码长的平方成反比。 （4）功率谱的带宽由子码宽度所决定。 2) 自相关函数和功率谱 （1）自相关函数 （2）功率谱 m序列波形功率谱的特点： （1）它是一