混合加权型声表面波式单尺度小波变换处理器

摘要

本发明公开了一种混合加权型声表面波式单尺度小波变换处理器，其特征在于，包括压电基片，压电基片的一端设有输入换能器，压电基片的另一端设有输出换能器，电信号加到输入换能器中进行小波变换后，输入换能器输出声表面波式小波变换信号进入输出换能器，最后输出电信号式小波变换信号，所述的输入换能器采用两种加权方式：小波函数包络幅值加权和包络加权。本发明具有抑制衍射的功能和设计简单的特性，适用于雷达、通讯、军用船舶、传感器等领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合加权型声表面波式单尺度小波变换处理器，属于声表面波式小波变换处理器技术领域。

背景技术

小波分析技术把信息工业推向了一个新的时代。小波分析的算法复杂，其算法运算目前绝大部分是在计算机中完成的，因而编程工作量大；也有一些人研究利用硬件实现小波变换，如超大规模集成电路(Very Large Scale Integration，简称VLSI)、数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)、声表面波器件等。用VLSI和DSP实现小波变换的方法开辟了用硬件实现小波变换的先河。最近几年用VLSI和DSP实现小波变换处理器已经有了一定的进展。VLSI式小波变换处理器也出现了一些专用芯片(如ADV202，ADV611)。DSP式小波变换处理器得到了广泛的应用。VLSI和DSP在实现小波变换方面起到了积极性的作用，也解决了许多实际问题，但VLSI和DSP都是基于数字方法，其算法复杂度和难度都很高，并且价格相对比较昂贵。因此，科学家和工程技术人员正在努力寻找一种简便的、价格低廉的新方法进行小波变换，试图避免复杂的算法、繁琐的编程，并希望把小波变换制作成器件。鉴于这种情况下，提出了用声表面波器件实现小波变换的方法(属于模拟实现方法)，从而制作出了声表面波式小波变换处理器。

目前现有文献中的声表面波式小波变换处理器的输入换能器绝大部分是图1所示的叉指换能器，其指条包络按照Morlet二进小波函数包络加权(即叉指换能器的指条长度与Morlet二进小波函数包络幅值成正比)，通常称为包络加权。在声孔径比较小时，该包络加权存在衍射问题。

声孔径R大时(即R≥λ或R/λ≥1，λ为声表面波波长，如图1中A区)，衍射问题可以忽略，其指条包络按照Morlet二进小波函数包络加权设计。声孔径R小时(即R＜λ或R/λ＜1，如图1中B1和B2区)，存在严重衍射问题。

为了解决衍射问题，现有文献中声表面波式小波变换处理器的输入换能器也采用指条面积加权的叉指换能器，但指条面积加权的叉指换能器设计复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供了一种具有抑制衍射的功能和设计简单的混合加权型声表面波式单尺度小波变换处理器，解决了传统声表面波式小波变换处理器存在衍射的问题，以及输入换能器采用指条面积加权的叉指换能器设计复杂的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种混合加权型声表面波式单尺度小波变换处理器，其特征在于，包括压电基片，压电基片的一端设有输入换能器，压电基片的另一端设有输出换能器，电信号加到输入换能器中进行小波变换后，输入换能器输出声表面波式小波变换信号进入输出换能器，最后输出电信号式小波变换信号，所述的输入换能器采用两种加权方式：小波函数包络幅值加权和包络加权。

优选地，所述的输入换能器分为衍射现象可忽略区域和衍射现象严重区域，衍射现象严重区域包括右侧衍射现象严重区域和左侧衍射现象严重区域。

优选地，所述的衍射现象可忽略区域的指条包络采用Morlet二进小波函数包络加权，即指条长度与Morlet二进小波函数的包络幅值成正比。

优选地，所述的衍射现象严重区域的指条宽度采用Morlet二进小波函数的包络幅值加权，即指条宽度与Morlet二进小波函数的包络幅值成正比。优选地，所述的输出换能器为指条相等重叠、均匀周期的叉指换能器。

本发明输入换能器的声孔径在衍射现象可忽略区域随小波函数包络变化；衍射现象严重区域声孔径不变，并且声孔径足够的大(这里取声孔径大于或等于声表面波波长)。为减小衍射现象严重区域的衍射，该区域的指条宽度与Morlet二进小波函数的包络幅值成正比。因而本发明具有抑制衍射的功能和设计简单的特性，适用于雷达、通讯、军用船舶、传感器等领域。

附图说明

图1为指条包络按小波函数包络加权的叉指换能器；

图2为一种混合加权型声表面波式单尺度小波变换处理器的结构示意图；

图3(a)为小波函数与小波函数包络的示意图；

图3(b)为小波函数的包络及小波函数的包络幅值的示意图；

图3(c)为混合加权型输入换能器的指条的示意图；

图3(d)为混合加权型输入换能器的示意图。

其中：1-指条包络；2-输入换能器；3-输出换能器；4-压电基片；5-电信号；6-电信号式小波变换信号；7-声表面波式小波变换信号；8-Morlet二进小波函数；9-Morlet二进小波函数的包络；A-衍射现象可忽略区域；B1-右侧衍射现象严重区域；B2-左侧衍射现象严重区域。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明为一种混合加权型声表面波式单尺度小波变换处理器，如图2所示，其包括压电基片4，压电基片4上制作输入换能器2和输出换能器3。即压电基片4的一端有输入换能器2，压电基片4的另一端有输出换能器3。电信号5加到输入换能器2中进行小波变换后，输入换能器2输出一个在压电基片4的表面上传播的声表面波式小波变换信号7，该声表面波式小波变换信号7向输出换能器3传播。当输出换能器3接收到声表面波式小波变换信号7时，它把该声表面波式小波变换信号7转换成电信号式小波变换信号6，从而实现了小波变换，这样能够制作出混合加权型声表面波式单尺度小波变换处理器。

如图3a-3d所示，输入换能器2按照尺度2^-1的Morlet二进小波函数的包络设计。本发明把两种不同的加权方式同时应用于输入换能器2中，即输入换能器2的设计分为两部分：一部分是衍射现象未产生或可以忽略区域(如图3c和图3d中A区)的指条包络按照Morlet二进小波函数包络加权设计(即指条包络1与Morlet二进小波函数包络9相同)，即通常称包络加权；另一部分衍射现象严重区域(如图3c和图3d中B1，B2区)的指条宽度按照Morlet二进小波函数的包络幅值加权设计。输出换能器3为指条相等重叠、均匀周期的叉指换能器。

输入换能器2的设计原理分为衍射现象可忽略区域A和衍射现象严重区域进行描述。衍射现象严重区域包括右侧衍射现象严重区域B1和左侧衍射现象严重区域B2。

其中，L_-(p+n)，L_-(p+n-1)，L_-(p+n-2)，...，L_-(p+2)，L_-(p+1)，L_-p，L_p，L_p+1，L_p+2，...，L_p+n-2，L_p+n-1，L_p+n，是Morlet二进小波函数的包络幅值；W_-(p+n)，W_-(p+n-1)，W_-(p+n-2)，...，W_-(p+2)，W_-(p+1)，W_-p，W_p，W_p+1，W_p+2，...，W_p+n-2，W_p+n-1，W_p+n，是输入换能器2的指条宽度；R是声孔径。

输入换能器2的衍射现象可忽略区域(如图3c和图3d中A区)设计原理：

在图3c和图3d的A区，输入换能器2的指条包络按照Morlet二进小波函数包络加权设计，即指条包络随Morlet二进小波函数包络的变化而变化，即包络加权，如图3c和图3d的A区，其中-(p-1)，…，-3，-2，1，2，3，…，p-1为A区的所有指条。

输入换能器2的衍射现象严重区域(即右侧衍射现象严重区域B1和左侧衍射现象严重区域B2，如图3c和图3d中B1、B2区)设计原理：

在图3c和图3d的B1、B2区中，输入换能器2的指条宽度按照Morlet二进小波函数的包络幅值加权设计，即输入换能器2的指条宽度与Morlet二进小波函数的包络幅值成正比，其中p，p+1，p+2，…，p+n-2，p+n-1，p+n为B1区的所有指条；-p，-(p+1)，-(p+2)，…，-(p+n-2)，-(p+n-1)，-(p+r)为B2区的所有指条。

从而得到W_-(p+n)∝L_-(p+n)，W_-(p+n-t)∝L_-(p+n-1)，W_-(p+n-2)∝L_-(p+n-2)，...，W_-(p+2)∝L_-(p+2)，W_-(p+1)∝L_-(p+1)，W_-p∝L_-p，W_p∝L_p，W_p+1∝L_p+1，W_p+2∝L_p+2，...，W_p+n-2∝L_p+n-2，W_p+n-1∝L_p+n-1，W_p+n∝L_p+n。

本发明的输入换能器2衍射现象未产生或可以忽略区域(如图3c和图3d中A区)的指条包络按照Morlet二进小波函数包络加权设计时，输入换能器2声孔径随Morlet二进小波函数的包络变化而变化，每指指条宽度不变；当输入换能器2衍射严重的B1、B2区域的指条宽度按照Morlet二进小波函数的包络幅值加权设计时，输入换能器的声孔径R保持不变，并且R足够的大(这里取R≥λ)，从而克服了输入换能器B1，B2区的衍射问题。因而该混合加权型声表面波式单尺度小波变换处理器具有很好抑制衍射的功能。

把多个本发明的混合加权型声表面波式单尺度小波变换处理器并联连接能够得到多尺度的声表面波式小波变换处理器。