本发明涉及碳纤维复合材料相控阵超声检测，尤其是一种基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法。
背景技术：
1、碳纤维复合材料因其拥有比强度高、比刚度高、耐高温、抗腐蚀及良好的可设计性等优点，正逐步取代传统材料，在航空航天、汽车结构、海洋工程等领域得到广泛的应用。但是，由于碳纤维复合材料的制造工艺复杂，生产过程中受外部影响因素多，此外碳纤维复合材料对冲击载荷较为敏感，固在其运输、装配以及实际使用过程中，材料长期承受各种附加载荷及交变应力的作用，材料内部易形成不同类型的缺陷。这些缺陷极大地降低了材料的力学性能，易导致复合材料构件服役过程中的失效，对结构整体的可靠性和安全性造成巨大威胁。因此，发展快速、高效的无损检测技术来实现碳纤维复合材料结构缺陷的有效检测已势在必行。
2、相控阵超声成像检测作为一种超声无损检测技术，由于其检测灵敏度高、检测穿透能力强、检测分辨率高、检测结果直观、对人体无害等优点，因而在碳纤维复合材料的无损检测中表现出巨大的应用潜力。在碳纤维复合材料的相控阵超声检测中，为了获得质量良好的检测图像，检测成像算法的开发至关重要，相控阵全聚焦算法成像算法(tfm)因其较高的成像精度和动态范围，成为了近年来国内外超声成像的研究热点。然而，相控阵全聚焦算法是基于全矩阵数据采集(fmc)为基础的成像算法，fmc阵列数据的采集是基于单阵元独立激励方法，这种情况下换能器发射能量较低，而在碳纤维复合材料的实际应用检测情况中，由于复合材料对声波的衰减作用较强，若采用传统的单脉冲激励方式，此时系统发射的声波能量较低，在材料的衰减作用下，声波会随探测距离的增加而逐渐衰减，接收到的回波信号较弱甚至接收不到回波，从而导致缺陷检测的成像信噪比低、深度分辨力弱以及成像质量较差，使得tfm成像算法在碳纤维复合材料的使用中受到局限。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法，解决了相控阵全聚焦成像激发声能能量低，在检测声能高衰减的碳纤维复合材料时不在适用的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法，包括如下步骤：
3、步骤1、结合golay码a码和线性调频信号，设计瞬时频率在单个子脉冲内呈线性变化，且在单个子脉冲间进行二元相位调制的golay码a码线性调频信号作为相控阵超声的发射波形；
4、步骤2、控制阵元数为n的相控阵超声探头的第1个阵元向样品内发射所设计的波形；
5、步骤3、再激励换能器第2个阵元并使用全部n阵元分别独立进行接收并以此类推依次激励，直至全部n阵元都分别独立地发射过一次球面波并接收过n次回波信号，共得到n×n组的golay码a码线性调频全矩阵数据集；
6、步骤4、对所述步骤3中所获取的待测样品回波信号矩阵进行匹配滤波处理，得到待测样品的内部超声回波信号的匹配滤波输出成像数据集r(t,r)；
7、步骤5、根据所述步骤4中得到的匹配滤波输出成像数据集，划分成像区域，计算延时；
8、步骤6、根据延时时间对匹配滤波输出成像数据集进行处理，移相叠加a扫数据点获得聚焦像素点p的幅值作为成像矩阵数值；
9、步骤7、划分具有m×n个像素点的成像区域，根据步骤6中p点幅值的计算方法，进行所有像素的虚拟聚集处理，n×n组的a扫信号回波数据将分别对应各像素点进行移相和叠加，得到各点的像素幅值；
10、步骤8、进行golay码a码线性调频信号的匹配滤波解码；
11、步骤9、由golay码a码线性调频信号的解码成像数据集根据卷积ab码转换因子转换得到golay码b码线性调频信号的解码成像数据集；
12、步骤10、将golay码a码线性调频信号的解码成像数据集与golay码b码线性调频信号的解码成像数据集对应相加得到最终的解码成像数据集。
13、优选的，步骤1中，golay码a码线性调频信号激励波形信号slga(t)为：
14、
15、其中，flfm(t)＝f1+kt表示瞬时频率，表示斜率调频斜率，f1表示起始频率，f2表示终止频率，tp表示激励持续时间，cak表示golay码a码的相位编码，n为单个子脉冲的数目，yk(t)表示码元系数，其中n取16，此时，cak＝[1,1,1,-1,1,1,-1,1,1,1,1,-1,-1,-1,1,-1]，
16、
17、fc为中心频率。
18、优选的，步骤1中，利用布莱克曼窗函数对所设计的golay码a码线性调频信号进行调制，以得到主瓣宽度更低的匹配滤波输出信号提升成像分辨率。
19、优选的，步骤2中，待测样品为工业碳纤维复合材料或待体检的人体；所有阵元接收数据，所有1～n个阵元接收的a扫回波数据可定义为：pa(1,1)(t)～pa(1,n)(t)。
20、优选的，步骤3中，得到n×n组的golay码a码线性调频全矩阵数据集用式(3)的矩阵来表示
21、
22、优选的，步骤5中，对被测区域进行划分，确定每个将要成为虚拟聚焦对象的像素点位置。以成像区域中的一点p为例，设点p坐标为(xp，zp)，通过计算声波从发射阵元到点p再到接收阵元的波程差，通过式(4)求解所有超声回波信号在该点的聚焦延迟时间。
23、
24、其中，dtp成像点p到发射阵元的距离，drp表示像点p到接受阵元的距离，xt表示发射阵元的横坐标，xr表示接受阵元的横坐标,c表示材料声速。
25、优选的，步骤6中，移相叠加a扫数据点获得聚焦像素点p的幅值作为成像矩阵数值，具体可表示为式(5)。
26、
27、其中，i(p)表示成像点p的幅值。
28、优选的，步骤7中，得到各点的像素幅值，最终得到如式(6)的成像矩阵数据集p，系统在成像数据的基础上进一步进行一些图像处理工作得到检测图像。
29、
30、其中，i(x)11～i(x)mn表示第1个成像像素点到第m×n个成像像素点的幅值。
31、优选的，步骤8中，golay码a码线性调频信号的解码成像数据集为：
32、
33、其中，表示复共轭卷积运算。
34、优选的，步骤9中，由golay码a码线性调频信号的解码成像数据集根据式(8)卷积ab码转换因子转换得到golay码b码线性调频信号的解码成像数据集，
35、rb(t,r)(t)＝rr(t,r)(t)*cgb(t)*-1cga(t) (8)
36、
37、其中，cgb(t)表示golay码b码过采样信号，cak表示golay码b码的相位编码，δ(t)表示单位冲激函数，cbk＝[1,1,1,-1,1,1,-1,1,-1,-1,-1,1,1,1,-1,1]，*表示卷积运算，*-1表示反卷积运算。
38、本发明的有益效果为：(1)本发明的匹配滤波输出由于能完全消除旁瓣且具有较窄的主峰，结合了线性调频信号宽频检测与golay码编码局部能量大的优点，具有很好的抗噪性能，其探测深度范围较深，因此展现出很高的信噪比和深度分辨率；(2)布莱克曼窗函数的引入可进一步抑制其匹配滤波输出的主瓣宽度，可实现高分辨率相控阵超声成像；(3)本发明具有普适性，不仅可应用于碳纤维复合材料的超声无损检测，还可用于医疗超声的高分辨率人体组织成像。
1.一种基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法，其特征在于，步骤1中，golay码a码线性调频信号激励波形信号slga(t)为：
3.如权利要求1所述的基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法，其特征在于，步骤1中，利用布莱克曼窗函数对所设计的golay码a码线性调频信号进行调制，以得到主瓣宽度更低的匹配滤波输出信号提升成像分辨率。
4.如权利要求1所述的基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法，其特征在于，步骤2中，待测样品为工业碳纤维复合材料或待体检的人体；所有阵元接收数据，所有1～n个阵元接收的a扫回波数据定义为：pa(1,1)(t)～pa(1,n)(t)。
5.如权利要求1所述的基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法，其特征在于，步骤3中，得到n×n组的golay码a码线性调频全矩阵数据集用式(3)的矩阵来表示
6.如权利要求1所述的基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法，其特征在于，步骤5中，对被测区域进行划分，确定每个将要成为虚拟聚焦对象的像素点位置；以成像区域中的一点p为例，设点p坐标为(xp，zp)，通过计算声波从发射阵元到点p再到接收阵元的波程差，通过式(4)求解所有超声回波信号在该点的聚焦延迟时间：
7.如权利要求1所述的基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法，其特征在于，步骤6中，移相叠加a扫数据点获得聚焦像素点p的幅值作为成像矩阵数值，具体表示为式(5)：
8.如权利要求1所述的基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法，其特征在于，步骤7中，得到各点的像素幅值，最终得到如式(6)的成像矩阵数据集p，系统在成像数据的基础上进一步进行一些图像处理工作得到检测图像；
9.如权利要求1所述的基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法，其特征在于，步骤8中，golay码a码线性调频信号的解码成像数据集为：
10.如权利要求1所述的基于改进golay码线性调频编码的相控阵全聚焦成像检测方法，其特征在于，步骤9中，由golay码a码线性调频信号的解码成像数据集根据式(8)卷积ab码转换因子转换得到golay码b码线性调频信号的解码成像数据集，
