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超声相控阵仪器具有空间声场完整覆盖（无须移动探头）、准确度高、抗干扰能力强、全方位实时超声成像、可替代工业CT部分功能等特点,用于材料参量定征、材料失效机理分析与寿命预测等科研的重要科学仪器。论文从超声相控阵功能构架入手,重点研究编码激励、聚焦延时精度、数据量变换、大数据存储与缓存等方面的理论方法与实现技巧,并应用于超声相控阵仪器研制中,对于加快我国无损检测技术与仪器水平,促进现代检测技术的高精度化、高速化、高效率化,具有重要的学术价值与重大实际意义。研究工作得到国家重大科学仪器设备开发专项（2013YQ230575）和广州市科技计划项目（201509010008）资助。论文基于超声相控阵仪器工作原理,从编码激励、接收延时聚焦、信号处理、大数据存储与传输等关键部分,论述国内外研究进展,确定论文的研究内容,主要包括:⑴结合理想编码激励条件及正交互补Golay（A、B）激励特性,针对传统两次激励方能进行一次理想解码激励效率低的问题,首先,提出准单次激励技术:只由A码或B码激励,由软件算法再对回波进行A→B或B→A码激励因子转换,获得两次激励以便进行解码;接着提出两种有效构造长正交互补Golay码的方法,易于FPGA实现;最后通过Field II+Matlab完成正交互补Golay码准单次编码激励技术仿真,经Golay（Lc=8）码编码对散斑点进行激励测试,RF信号幅度提高约16（2?Lc）倍,通过相控阵成像模式对多个散斑点进成像,在焦点处散斑点图像更加清晰。⑵基于超声相控阵技术的精密延时聚焦算法核心及难点,为解决传统延时方法通用性差、成本高、修改控制困难等缺点,提出数字信号处理灵活的的多相内插波滤算法实现精确细延时。在经典的FIR内插滤波器基础上建立了一种基于CIC滤波器的多相内插延时算法模型,对其特殊的反馈结构改造成多相内插结构,推导出多相内插滤波的数学表达式,并给出1ns延时精度FPGA电路结构;试验比较FIR、多级HB、CIC内插滤波延时算法,CIC内插滤波延时算法具有误差小、通用性强、移植性好等特点,且实现的聚焦波束线峰值距离旁瓣噪声水平PSNL值最小,算法具有信噪比高、实现聚焦能力强。⑶针对硬件采样率一定的超声相控阵系统要实现更高的数字分辨力与采样率任意转换,减轻单一、单次升采样与压缩算法对处理器性能过渡依赖,提出多相内插与多项式内插相结合的粗、细内插技术。首先,研究一种升采样小倍数的分段滑动三次Spline-Hermite细插值法,用小点数N’个节点滑动插值代替大点数N节点插值,推导出一定精度条件下适合值Nsuit,而整数倍粗插值采用CIC多相内插,获得任意倍最优升采样;其次,通过时分复用技术对CIC多相内插后多路低速率信号进行分时并行压缩,使得数据处理时钟频率不变,提高算法稳定性,同时解决了升采样与速率转换问题。实验表明,采样率100MHz,15MHz回波进行7点分段滑动三次Spline-Hermite插值最大相对误差仅达0.35%,而CIC多相内插的升采样与峰值保持并行压缩方法,对4.75MHz回波包络进行仿真、试验4倍升采样7倍压缩,峰值保持压缩误差为0.496%。,有效实现升采样与高速率实时信号动态压缩效果。⑷开展提高超声相控阵仪器信噪比与实时性研究。针对传统离线大数据处理技术非实时性问题,即多组扫查模式超声相控阵仪器大数据处理与外设高速数据交互问题,提出基于大数据的DDR3高速缓存控制算法与多组扫查模式PCIe数据传输共享带宽利用率最大化算法。首先,基于有限状态机的多片DDR3控制方法,实现大数据的高速缓存,流水线实时求解噪声阈值,提高降噪算法的效率;其次,推导超声相控阵仪器N组扫查模式下数据传输带宽利用率最大化公式,设计多FIFO变长度调度算法,提高PCIe带宽利用率。实验分析,对4片DDR3实现实时控制,有效地实现滑动平均、提升小波降噪算法,而多FIFO变长度调度算法较常见盲调度算法的带宽利用率提高1倍。⑸开展各关键技术在自己研发新型超声相控阵仪器中综合应用研究。对合作单位提供的风力发电变桨轴承厚5cm20cm螺栓孔工件裂纹刻槽（宽2mm深2mm）进行检测,获得了较佳性能测试结果,各项指标均达到预期要求,表明所研究的提高超声相控阵系统测量精度与实时性能关键技术基础理论的有效性与可行性。