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时间:2018-08-01
《基于分数阶fourier变换的线性调频超声回波信号的滤波》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、基于分数阶Fourier变换的线性调频超声回波信号的滤波【摘要】编码超声发射技术已在高端超声成像仪中使用,其中线性调频信号是常用的编码信号。由于通过超声系统的回波会有较大衰减,接收信号通常比较微弱,并且带有强噪声,影响成像质量。分数阶Fourier变换应用在编码超声信号处理中,可以有效提高成像质量。本研究提出一种新的成像方法,先对回波信号进行分数阶Fourier变换,再经带通滤波器滤除大部分噪声,然后通过匹配滤波器处理,最后成像。该方法同时融合了信号在时域和频域的信息,并可以进一步降低发射功率。仿真结果表明,这种方法相
2、对于传统的成像方法可以进一步增强系统的抗干扰能力,提高信噪比,从而改善超声成像质量。【关键词】分数阶傅立叶变换;线性调频信号;匹配滤波器;超声滤波;信噪比Abstract:Codedultrasoundtransmittechnologyisgenerallyusedinhigh-endultrasoundimagingdevice.Linearfrequencymodifingsignalisoneofthemostcommonlyusedcodedultrasoundsignal.Becausetheultraso
3、undattenuateheavily,thereceivedsignalisveryweakandaccompanieswithstrongnoise,whichinfectsthequalityofimage.ThefractionalFouriertransform(FrFT)hassomeadvantagesoverconventional11matchedfilteringtechniquesinapplicationsofcodedultrasoundsignal.FrFTcanimprovetheimag
4、ingqualitygreatlyincodedultrasound.Anewimagingmethodwaspresentedinthepaper,afterdoingFrFT,weusedbandpassfiltertofiltermostofthenoise,andthenmatchedfiltertogettheimage.Byusingtimeandfrequencyinformationatthesametime,thefractionalFouriermethodcouldlowertransmissio
5、npower.OursimulationresultsprovethisbyshowinggoodperformanceswithhigherSNR,andimproveultrasoundimagingquality.Keywords:FractionalFouriertransform;Chirps;MatchFiltering;Ultrasoundfiltering;Signaltonoiseratio1引言医学超声系统的一个重要问题是在保持有效分辨率的情况下,如何获得足够的成像深度。成像深度随着发射脉冲功率的增
6、加而增加,但是出于安全考虑,发射功率应该是有限的。因此,在这种局限性下,为增加成像深度,需要使用能量较高的长脉冲。然而,增加脉冲长度会降低成像的分辨率[1]。11采用线性调频信号和脉冲压缩技术可以解决上述问题。临床超声系统将发射信号从短的脉冲信号改为长的线性调频信号,在接收端采用匹配滤波技术,得到高峰值、低脉宽的脉冲信号,最后成像,见图1。这种方法可以在不需要增大发射功率的条件下增加成像深度,并提高成像的分辨率。该方法中的核心技术—匹配滤波,主要采用普通Fourier变换及其逆变换,这导致其无法充分利用线性调频信号的时
7、频特性,因为Fourier变换将信号在整体上分解为具有不同频率的正弦分量,得到的是信号的整体频谱,不能获得信号的局部特性。本研究采用新的方案,在匹配滤波之前先采用分数阶Fourier变换,见图2。回波信号经过分数阶Fourier变换后,经过带通滤波器滤除大部分噪声,然后再通过匹配滤波器处理,最后成像。该方法同时融合了信号在时域和频域的信息,通过对接收信号的分数阶Fourier变换后的匹配滤波处理,信噪比进一步提高。仿真结果表明该方法可以进一步增强系统的抗干扰能力,提高信噪比。 2分数阶傅立叶变换11 在信号处理领域
8、,传统的Fourier变换是一个研究最为成熟、应用最为广泛的数学工具。虽然Fourier变换提供了信号的频谱内容,但是它不能指出频谱成分对应的时间位置。为分析和描述频率随时间变化的非平稳信号的统计量(如相关函数和功率普密度等),可以使用时频分析的方法,将一维的时间信号转换为二维的时间频率信号。分数阶Fourier变换实际上是一种线
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