杜春晖

一、引言

超声成像技术由于其广泛应用于各个行业领域，一直以来受到各国科研人员的追捧，尤其是水下超声成像可以很直观的将水下物体进行成像更是成为近年来的研究热点，使得水声成像技术得到了飞速发展。目前比较常见的水声成像声纳主要有侧扫声纳、前视声纳、多波束声纳、合成孔径声纳等，但都是以单探头进行移动发/收来合成阵的效应从而获得性能的提高[1～3]。

相控阵超声成像技术作为一种新型的水声成像技术，使用超声换能器阵列，无需移动探头就可以实现对物体一定声场范围内的扫查，其特点是检测灵敏度高、分辨率高。通过参数设置焦点位置、大小、焦深，便可得到物体均匀清晰的成像[4～5]。

由于水下特殊的声信道和复杂的噪声环境会影响水声成像的分辨率[6]，想要提高分辨率比较有效的办法就是增强超声发射信号强度。为此文中利用FPGA设计了一种新型的高集成度超声相控阵发射电路，包括FPGA相控延时设计及脉冲信号放大电路设计，可以产生高频高压脉冲信号，激励换能器阵列实现超声波束的相控发射。

二、相控聚焦发射原理

超声相控阵发射的原理是，通过设定时间延迟来依次激励超声换能器阵列各阵元，这样各阵元发射的超声波信号之间产生一定的相位差，在空间叠加形成波束聚焦和波束偏转等效果[3][7]。相控聚焦发射时，换能器阵列各阵元的激励信号延时从中间到两端逐渐减小，发射的超声波束合成的波阵面指向一曲率中心点，该点即为发射聚焦点，声波在该点处同相叠加增强，在该点以外的空间反相叠加减弱甚至抵消。……