Page 23 - 《应用声学》2025年第1期

第 44 卷 第 1 期 张楠等： 检测声学成像原理与技术综述 19

元进行接收，而在聚焦点较深时增加使用的阵元数 1.2.4 相控阵合成孔径聚焦成像
量，实现孔径的动态调节 [34] 。此外，动态孔径还具 鉴于相控阵探头含有多个独立的阵元，前文所
有减少阵元最大延时量、增加近场焦区深度、缩小 论述的单探头 SAFT 同样可以采用相控阵探头进
时间增益补偿范围等优点 [20] 。对于相控阵，由于阵 行操作。利用相控阵电子控制各阵元进行工作的特
列发出的声束是各阵元声束相干叠加的结果，因此 点，检测时不需要通过物理的方式移动探头，只需要
所形成的声束在主瓣两侧往往还存在了一定数量 逐次变换工作阵元即可完成声束的收发。由于发射
的旁瓣。主瓣越窄，成像的横向分辨率越高；旁瓣越 和接收均来自同一阵元 (单发单收)，两段路程对应
小，对比度越高 [30] 。幅度变迹技术通过采用变迹函 的时间延迟相同 (即单程的两倍)，因此 SAFT 属于
数对不同阵元的信号幅值进行调制，可以达到抑制 发射和接收的双向动态聚焦，其优点也已在前文中
旁瓣的效果 [35] 。无论是在声束的发射还是接收阶 论述。然而，基于单阵元的 SAFT 存在成像结果信
段，均可使用。由于变迹函数常采用矩形窗、三角窗 噪比较低的问题，由此催生了一系列改进方案。
和汉宁窗等形式 [36] ，因此变迹后阵列中心的信号幅 多阵元合成孔径聚焦(Multi-element synthetic
值将会增强，而两端阵元的信号将会减弱。综合上 aperture focusing, M-SAF)技术从阵列中选取多个
述三种技术的优点，通过将动态聚焦、动态孔径和 不同的阵元构成子阵列进行检测，其执行流程和单
幅度变迹进行结合，能够确保在声束主轴沿线各点 阵元的 SAFT 类似 [37] 。每次发射声束时只有一个
处均获得最佳的成像质量。 子阵列工作。接收阵列与发射阵列阵元数目相同，
可以是同一个 (多发多收)。相比于单阵元，多阵元
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的使用扩大了单次收发的阵列孔径，具备更高的信
τ 1 [30]
噪比和对声束旁瓣更强的抑制能力 。进一步，合
К࠱ฉ 成接收孔径(Synthetic receive aperture, SRA)技术
采用全阵元发射、多阵元接收的检测模式 (全发多
τ 2
收)，每次发射后只使用部分阵元构成子阵列进行接
༏ҵηՂ
收，并基于电子系统逐次变换工作阵列的位置 。
τ 3 [38]
ᄬಖག
其优点在于可以在成像质量相同的情况下，减少接
收通道的数量，从而降低检测系统的造价，但相应地
τ 4
会降低系统成像的帧率。
τ 5
在单阵元 SAFT 的基础上， 合成聚焦 (Syn-
thetic focusing, SF) 技术在每次发射时只使用单
(a) ԧ࠱ᐑཥ
个阵元，而接收时则采用全部阵元 (单发全收)。无
ण௑വڱ
论是发射与接收，都需要根据目标点对阵元的信
号施加相应的时延，因此同样能实现双向动态聚
τ 1
焦 [20] 。SF 的主瓣宽度较窄且旁瓣幅值小，因此成
ڀฉ
像质量好。然而，其检测系统复杂度较高，需存储大
τ 2
量数据，且成像帧率偏低。进一步，合成发射孔径

Ĥ τ 3 (Synthetic transmit aperture, STA) 技术增加了发
ᄬಖག 射所用阵元数量，检测时每次使用部分阵元构成子
阵列进行发射，接收时则同样采用全部阵元 (多发
τ 4
全收) [39] 。子阵列数目越少，则效果越接近SF。通过
控制发射孔径的大小 (发射通道数量)，能够调节检
τ 5
测系统的复杂度，但相应地会影响成像的质量。注
(b) ଌஆᐑཥ [40]
意到 STA 有时也仅用于指代单发全收的 SF ，而
图 8 发射聚焦和接收聚焦的原理图 将多发全收的检测方式称为多阵元合成发射孔径
Fig. 8 Focus principle of transmission and reception (Multi-element STA, M-STA) [41] 。