CN111123272B - 单极系统的戈莱码编码激励方法和解码方法 - Google Patents

单极系统的戈莱码编码激励方法和解码方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种单极系统的戈莱码编码激励方法，产生各个双相戈莱码编码的正脉冲序列，以及一个完整正脉冲序列Pbx，完整正脉冲序列Pbx的单个正脉冲脉宽与各个双相戈莱码编码序列的编码脉宽相等；并相应各发射一次脉冲序列。进一步地，完整正脉冲序列Pbx的脉冲幅度与双相戈莱码编码的正脉冲序列的脉冲幅度相等。相应的解码方法为，通过
Figure DDA0001848892910000011
得到各个双相戈莱码编码序列；其中Pbi′是接收到的各个双相戈莱码编码的正脉冲序列，i为大于0的自然数；Pbx′是接收到的完整正脉冲序列。

Description

单极系统的戈莱码编码激励方法和解码方法
技术领域
本发明涉及超声成像技术领域，尤其是一种单极系统的戈莱码编码激励方法和解码方法。
背景技术
脉冲压缩技术已经长时间用于雷达系统。它也在超声成像中广泛应用。一般而言，超声系统通过利用一个短的脉冲获得高的轴向分辨率(axial resolution)。然而，短的脉冲会降低发射脉冲的平均功率，直接影响了回波信号的信噪比(SNR)。众所周知，信噪比(SNR)将决定超声图像的穿透效果。所以需要既能够增加脉冲持续时间(即增加平均的发射脉冲功率),也能同时保持足够的轴向分辨力。脉冲压缩能够使超声系统获得一个相对长脉冲的平均发射功率，而同时获得与短脉冲相应的轴向分辨力。
脉冲压缩技术特别适用于小型化的便携超声系统，比如掌上或笔记本式超声扫描器；然而其使用的电池电压比普通超声系统低。一个长的持续脉冲会补偿由于电池的电压低造成的信噪比降低。
在采用单一单元固定焦点换能器检查无生命物体的无损检测(NDE)领域，戈莱码(Golay codes)应用于超声是众所周知的；戈莱码在医学超声成象领域中也渐为人知；不过，因为动态聚焦、组织运动(在NDE中并不存在的效应)和非线性传播效应被认定会引起不可接受的代码恶化，并导致相应的轴向分辨率降低，所以戈莱码在超声成像系统中没有得到广泛的使用。美国专利US6155980A描述了戈莱码在双极和单极具体实施细节。
超声系统多年来连续地被微型化，无线手掌大小的掌上超声设备正由于它的便利性的获得更多注意。人们推测无线掌上超声设备会被当做听诊器广泛使用。为了实现微型化，一个单极电源系统有助于降低发射功率部分的复杂度和物理尺寸、以及相关电路一半以上。
由于戈莱码是一个双相编码(bi-phase code)，比如+1和-1，在单极系统(uni-polar system)中只有1可用，在现有技术US6155980A中，为了在单极系统中实现双相编码而提出一种方法。基本上，一个双相编码通过两个单相编码(uni-phase codes)实现，如编码A由+1组成，编码B由-1组成，两者符号(sign)不同；然后接收A减去接收B被用来实现双相编码；由于戈莱码需要一对正交双相编码，总共四个单相编码需要被发射，这将降低一半帧率。
对于基波图像，需要设置一对戈莱码，就需要四个单相编码；
为了通过戈莱码获得谐波图像，美国专利US6491631B2、US6050947A1中提到需要四组90°或-90°相移的编码，那么就需要八个单相编码。
因此，对于基波图像的一对戈莱码，需要在单极系统下进行四次发射；对于谐波图像的两对戈莱码，需要在单极系统下进行八次发射。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种单极系统的戈莱码编码激励方法和解码方法，将显著地减少帧频损失。本发明采用的技术方案是：
一种单极系统的戈莱码编码激励方法，其主要改进之处在于，
产生各个双相戈莱码编码的正脉冲序列Pbi，以及一个完整正脉冲序列Pbx，完整正脉冲序列Pbx的单个正脉冲脉宽与各个双相戈莱码编码序列的编码脉宽相等；并相应各发射一次脉冲序列；i为大于0的自然数；
进一步地，所产生的完整正脉冲序列Pbx的脉冲幅度与双相戈莱码编码的正脉冲序列Pbi的脉冲幅度相等。
或者，所产生的完整正脉冲序列Pbx的脉冲幅度与双相戈莱码编码的正脉冲序列Pbi的脉冲幅度不相等。
进一步地，对于基波图像的一对戈莱码，i＝1,2；对于谐波图像的两对戈莱码，i＝1,2,3,4。
当一种单极系统的戈莱码编码激励方法中，所产生的完整正脉冲序列Pbx的脉冲幅度与双相戈莱码编码的正脉冲序列Pbi的脉冲幅度相等时，相应的单极系统的戈莱码编码解码方法，包括：
通过
Figure BDA0001848892890000021
得到各个双相戈莱码编码序列；其中Pbi′是接收到的各个双相戈莱码编码的正脉冲序列；Pbx′是接收到的完整正脉冲序列。
当一种单极系统的戈莱码编码激励方法中，所产生的完整正脉冲序列Pbx的脉冲幅度与双相戈莱码编码的正脉冲序列Pbi的脉冲幅度不相等时，相应的单极系统的戈莱码编码解码方法，包括：
对接收到的完整正脉冲序列先进行幅值变换，使得接收到的完整正脉冲序列的脉冲幅度与接收到的双相戈莱码编码的正脉冲序列的脉冲幅度相一致，
通过公式
Figure BDA0001848892890000022
进行解码，Pbi′是接收到的各个双相戈莱码编码的正脉冲序列，Pbx″是接收到的并经过幅值变换后的完整正脉冲序列。
或，对接收到的双相戈莱码编码的正脉冲序列先进行幅值变换，使得接收到的完整正脉冲序列的脉冲幅度与接收到的双相戈莱码编码的正脉冲序列的脉冲幅度相一致，
通过公式
Figure BDA0001848892890000023
进行解码，Pbi″是接收到的并经过幅值变换后的双相戈莱码编码的正脉冲序列；Pbx′是接收到的完整正脉冲序列。
或，对接收到的完整正脉冲序列和双相戈莱码编码的正脉冲序列先进行幅值变换，使得接收到的完整正脉冲序列的脉冲幅度与接收到的双相戈莱码编码的正脉冲序列的脉冲幅度相一致，
通过公式
Figure BDA0001848892890000024
进行解码，Pbi″是接收到的并经过幅值变换后的双相戈莱码编码的正脉冲序列；Pbx″是接收到的并经过幅值变换后的完整正脉冲序列。
本发明的优点在于：对于基波图像的一对戈莱码，只需要发射三次超声波声束，而不是现有技术中的四次，对于谐波图像，需要设置四个戈莱码，此时只需要发射五次超声波声束，而不是对比文件中的八次，本发明比现有技术节约大量的时间，提高了系统帧频。
附图说明
图1为双极系统超声波脉冲序列基本单元的示意图。
图2为本发明实施例中一个戈莱码编码序列P1示意图。
图3为本发明实施例中另一个戈莱码编码序列P2示意图。
图4为现有技术中所产生双相戈莱码编码的正脉冲序列Pa1示意图。
图5为现有技术中所产生双相戈莱码编码负脉冲序列的反相序列Pa2示意图。
图6为现有技术中所产生双相戈莱码编码的正脉冲序列Pa3示意图。
图7为现有技术中所产生双相戈莱码编码负脉冲序列的反相序列Pa4示意图。
图8为本发明中所产生双相戈莱码编码的正脉冲序列Pb1示意图。
图9为本发明中所产生双相戈莱码编码的正脉冲序列Pb2示意图。
图10为本发明中所产生完整正脉冲序列Pbx示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
对于双极超声系统而言，超声波脉冲序列的一个基本单元如图1所示，一个正脉冲和一个负脉冲的组合代表了代码+1；反之，一个负脉冲和一个正脉冲的组合代表了代码-1；
一对戈莱码中的一个如图2所示，另一个如图3所示；
在图2的例子中，戈莱码编码由代码+1、+1、-1、+1组成，若按照四位典型戈莱码编码规则，可以代表十进制数9；
在图3的例子中，戈莱码编码由代码+1、+1、+1、-1组成，若按照四位典型戈莱码编码规则，可以代表十进制数11；
在单极系统中，单极超声系统只能发射在正电压情况下脉冲波或者负电压情况下的脉冲波中的其中一个；为了便于阐述本发明，本发明采用正电压情况下的脉冲波进行解释；
为了在单极超声系统中实现图2中的双相戈莱码编码序列P1，在单极超声系统的正电压下，换能器的基元依次产生双相戈莱码编码的正脉冲序列Pa1、双相戈莱码编码负脉冲序列的反相序列Pa2，分别如图4、图5所示，并相应各发射一次超声波脉冲；
接收超声波脉冲解码时，Pa1-Pa2即可得到双相戈莱码编码序列P1；
为了在单极超声系统中实现图3中的双相戈莱码编码序列P2，在单极超声系统的正电压下，换能器的基元依次产生双相戈莱码编码的正脉冲序列Pa3、双相戈莱码编码负脉冲序列的反相序列Pa4，分别如图6、图7所示，并相应各发射一次超声波脉冲；
接收超声波脉冲解码时，Pa3-Pa4即可得到双相戈莱码编码序列P2；
因此，对于基波图像的一对戈莱码，现有技术中，需要换能器的基元在正电压的单极超声系统下发射4次脉冲序列；对于谐波图像的两对戈莱码，需要换能器的基元在正电压的单极超声系统下发射8次脉冲序列；
本发明提出的单极系统的戈莱码编码激励方法，进行了相应改进；
以实现一对双相戈莱码编码序列为例，分别是图2中的双相戈莱码编码序列P1、图3中的双相戈莱码编码序列P2；
换能器的基元产生各个双相戈莱码编码的正脉冲序列Pb1(相当于图4中的Pa1)和Pb2(相当于图6中的Pa3)，以及一个完整正脉冲序列Pbx，完整正脉冲序列Pbx的单个正脉冲脉宽与各个双相戈莱码编码序列的编码脉宽相等；并相应各发射一次超声波脉冲序列；戈莱码编码序列的编码脉宽为一个戈莱码编码的第一个代码起始时间至最后一个代码结束时间；本发明中的方法在激励时不需要如传统的双极系统产生双相戈莱码编码的负脉冲序列，或者如传统的单极系统产生双相戈莱码编码负脉冲序列的反相序列；
双相戈莱码编码的正脉冲序列Pb1如图8所示，双相戈莱码编码的正脉冲序列Pb2如图9所示，完整正脉冲序列Pbx如图10所示；
完整正脉冲序列Pbx的单个正脉冲通过在一定时间片段内提供恒定电压作用下产生；图10显示的是完整正脉冲序列Pbx的单个正脉冲；
这样，对于一对双相戈莱码编码序列，只需要发射三次超声波声束，而不是现有技术中的四次；对于谐波图像，需要设置两对戈莱码，只需要发射五次超声波声束，而不是现有技术中的八次；
完整正脉冲序列Pbx的脉冲幅度优选为与双相戈莱码编码的正脉冲序列的脉冲幅度相等，也可以大于或小于双相戈莱码编码的正脉冲序列的脉冲幅度；
接收超声波脉冲解码时，通过
Figure BDA0001848892890000041
得到图2、图3中的双相戈莱码编码序列；其中Pbi′是接收到的各个双相戈莱码编码的正脉冲序列，i为大于0的自然数；Pbx′是接收到的完整正脉冲序列；
若编码激励时，所产生的完整正脉冲序列Pbx的脉冲幅度与双相戈莱码编码的正脉冲序列的脉冲幅度不相等，则在接收超声波脉冲解码时，对接收到的完整正脉冲序列和/或双相戈莱码编码的正脉冲序列先进行幅值变换，使得接收到的完整正脉冲序列的脉冲幅度与接收到的双相戈莱码编码的正脉冲序列的脉冲幅度相一致后，
通过公式
Figure BDA0001848892890000042
进行解码，Pbi′是接收到的各个双相戈莱码编码的正脉冲序列，Pbx″是接收到的并经过幅值变换后的完整正脉冲序列；
或通过公式
Figure BDA0001848892890000043
进行解码，Pbi″是接收到的并经过幅值变换后的双相戈莱码编码的正脉冲序列；Pbx′是接收到的完整正脉冲序列；
或通过公式
Figure BDA0001848892890000044
进行解码，Pbi″是接收到的并经过幅值变换后的双相戈莱码编码的正脉冲序列；Pbx″是接收到的并经过幅值变换后的完整正脉冲序列。
本发明提供的戈莱码编码激励方法和解码方法可减少发射脉冲序列的次数，提高了系统的帧频。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种单极系统的戈莱码编码激励方法和解码方法，其特征在于，
所述单极系统的戈莱码编码激励方法包括：
产生各个双相戈莱码编码的正脉冲序列Pbi，以及一个完整正脉冲序列Pbx，完整正脉冲序列Pbx的单个正脉冲脉宽与各个双相戈莱码编码序列的编码脉宽相等；并相应各发射一次脉冲序列；i为大于0的自然数；
当所产生的完整正脉冲序列Pbx的脉冲幅度与双相戈莱码编码的正脉冲序列Pbi的脉冲幅度相等时，相应的单极系统的戈莱码编码解码方法包括：
通过
Figure FDA0003339498500000011
得到各个双相戈莱码编码序列；其中Pbi′是接收到的各个双相戈莱码编码的正脉冲序列；Pbx′是接收到的完整正脉冲序列；
当所产生的完整正脉冲序列Pbx的脉冲幅度与双相戈莱码编码的正脉冲序列Pbi的脉冲幅度不相等时，相应的单极系统的戈莱码编码解码方法包括：
对接收到的完整正脉冲序列先进行幅值变换，使得接收到的完整正脉冲序列的脉冲幅度与接收到的双相戈莱码编码的正脉冲序列的脉冲幅度相一致；通过公式
Figure FDA0003339498500000012
进行解码，Pbi′是接收到的各个双相戈莱码编码的正脉冲序列，Pbx″是接收到的并经过幅值变换后的完整正脉冲序列；
或，对接收到的双相戈莱码编码的正脉冲序列先进行幅值变换，使得接收到的完整正脉冲序列的脉冲幅度与接收到的双相戈莱码编码的正脉冲序列的脉冲幅度相一致；通过公式
Figure FDA0003339498500000013
进行解码，Pbi″是接收到的并经过幅值变换后的双相戈莱码编码的正脉冲序列；Pbx′是接收到的完整正脉冲序列；
或，对接收到的完整正脉冲序列和双相戈莱码编码的正脉冲序列先进行幅值变换，使得接收到的完整正脉冲序列的脉冲幅度与接收到的双相戈莱码编码的正脉冲序列的脉冲幅度相一致通过公式
Figure FDA0003339498500000014
进行解码，Pbi″是接收到的并经过幅值变换后的双相戈莱码编码的正脉冲序列；Pbx″是接收到的并经过幅值变换后的完整正脉冲序列。
2.如权利要求1所述的单极系统的戈莱码编码激励方法和解码方法，其特征在于，
对于基波图像的一对戈莱码，i＝1,2。
3.如权利要求1所述的单极系统的戈莱码编码激励方法和解码方法，其特征在于，
对于谐波图像的两对戈莱码，i＝1,2,3,4。
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