多尺度声表面波式小波变换处理器及小波反变换处理器的研究

摘要

小波变换是一个时间和频率的局部变换。小波分析在时域和频域同时具有良好的局部化性质，特别适用于非稳定信号的分析与处理。因此小波变换广泛应用于数学、信号分析、语音合成、图像处理、量子力学、电子对抗、计算机识别、数据压缩、地震勘探、大气与海洋分析、机械故障诊断等多领域。小波变换算法需要大量的数学运算和复杂的编程,因此在工程技术领域中难以实现。为避免小波变换复杂的数学运算和编程，科学家们研制了声表面波式小波变换器件。用声表面波器件实现小波变换继承了小波变换良好的局部化性质。声表面波式小波变换器件具有声表面波器件的优点，比如处理速度快、设计简单、体积小、温度稳定性好、价格低和功耗小。
　　当声表面波式小波变换器件输入换能器的指条包络按照小波函数的包络设计时，能够实现小波变换，从而制作出了声表面波式指条包络加权小波变换处理器。但是该声表面波式小波变换处理器存在严重的衍射问题。衍射问题会引起衍射损耗和波前形状发生畸变。为解决衍射问题，本文研制了三种新型多尺度声表面波式小波变换处理器及小波反变换处理器，即声表面波式指条面积加权小波变换处理器及小波反变换处理器、声表面波式指条宽度加权小波变换处理器及小波反变换处理器、声表面波式指条混合加权小波变换处理器及小波反变换处理器。本文主要研究内容和创新点如下：
　　(1)选取Morlet小波函数作为三种新型多尺度声表面波式小波变换处理器及小波反变换处理器的小波函数，实现方案如下：
　　①声表面波式指条面积加权小波变换处理器输入换能器的指条面积及小波反变换处理器输入换能器和输出换能器的指条面积等于小波函数的包络面积，声孔径满足 DH2/??。
　　②声表面波式指条宽度加权小波变换处理器输入换能器的指条宽度及小波反变换处理器输入换能器和输出换能器的指条宽度等于小波函数的包络幅值，声孔径满足 DH2/??。
　　③声表面波式指条混合加权小波变换处理器输入换能器的声孔径及小波反变换处理器输入换能器和输出换能器的声孔径足够大区域的指条长度等于小波函数的包络幅值，即指条长度与小波函数的包络幅值成正比，指条宽度相等；声孔径比较小区域的指条宽度等于小波函数的包络幅值，即指条宽度与小波函数的包络幅值成正比，声孔径等长。
　　(2)根据其方案，推导出了三种新型多尺度声表面波式小波变换处理器及小波反变换处理器的物理参数（材料参数、结构参数）与其性能的关系，确定了最佳结构。
　　(3)提出了三种新型多尺度声表面波式小波变换处理器及小波反变换处理器研制过程中的关键性问题：衍射问题、压电基片对声表面波式小波变换处理器频率特性的影响、输出换能器的指条数对声表面波式小波变换处理器带宽的影响、指条宽度的精度对声表面波式小波变换处理器频率特性的影响及相位移等。对这些问题的产生原因进行了详细分析，并提出了解决的方法。
　　(4)在X-112°Y LiTaO3压电基片上制作出了三种新型多尺度声表面波式小波变换处理器及小波反变换处理器的样品。通过实验测得声表面波式小波变换处理器及小波反变换处理器理论带宽值和实验带宽值相一致，且三种新型多尺度声表面波式小波变换处理器及小波反变换处理器不存在衍射问题。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 课题研究领域的现状

1.3 论文研究内容及创新点

1.4 论文章节安排

第2章 声表面波式小波变换处理器及小波反变换处理器研制中的关键问题及解决方法

2.1 衍射问题及其解决方法

2.2 压电基片对声表面波式小波变换处理器频率特性的影响及其解决方法

2.3 输出换能器的指条数对声表面波式小波变换处理器带宽的影响及其解决方法

2.4指条宽度的精度对声表面波式小波变换处理器频率特性的影响及其解决方法

2.5 相位移及其解决方法

2.6 本章小结

第3章 声表面波式指条面积加权小波变换处理器及小波反变换处理器

3.1声表面波式指条面积加权小波变换处理器

3.2声表面波式指条面积加权小波反变换处理器

3.3 本章小结

第4章 声表面波式指条宽度加权小波变换处理器及小波反变换处理器

4.1声表面波式指条宽度加权小波变换处理器

4.2声表面波式指条宽度加权小波反变换处理器

4.3 本章小结

第5章 声表面波式指条混合加权小波变换处理器及小波反变换处理器

5.1声表面波式指条混合加权小波变换处理器

5.2声表面波式指条混合加权小波反变换处理器

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间学术科研成果

附录A：声表面波式指条面积加权小波变换处理器及小波反变换处理器源代码

附录B：声表面波式指条宽度加权小波变换处理器及小波反变换处理器源代码

附录C：声表面波式指条混合加权小波变换处理器及小波反变换处理器源代码