管道脈沖超聲回波信號(hào)壓縮采樣方法研究.pdf

1、管道運(yùn)輸是隨著石油和天然氣產(chǎn)量的增長(zhǎng)而發(fā)展起來的，具有運(yùn)輸量大、運(yùn)輸工程量小、可實(shí)現(xiàn)封閉運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。然而，管道泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)隨著油氣工業(yè)的發(fā)展而逐漸增加。管道在運(yùn)行期間可能會(huì)產(chǎn)生微孔、腐蝕坑、壁厚減薄、橫向裂紋與縱向裂紋等缺陷。因此，加強(qiáng)在役油氣輸送管道的檢測(cè)具有重大的意義。超聲內(nèi)檢測(cè)法是一種高效的管道缺陷檢測(cè)方法，幾乎可以實(shí)現(xiàn)各種類型管道缺陷的檢測(cè)。目前在管道超聲內(nèi)檢測(cè)中存在著一些尚未解決的實(shí)際問題:管道超聲內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)量大，無法實(shí)現(xiàn)全部

2、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理。針對(duì)長(zhǎng)距離能源輸送管道在役超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)量大的問題，本論文提出了一種基于壓縮感知理論的管道超聲脈沖回波信號(hào)壓縮采樣方法。
　　論文對(duì)管道脈沖超聲回波信號(hào)的壓縮采樣理論進(jìn)行了探討和研究。首先，研究了稀疏信號(hào)壓縮采樣實(shí)現(xiàn)的條件，包括信號(hào)的稀疏性，測(cè)量矩陣的特性以及信號(hào)重構(gòu)算法。其次，建立了管道脈沖超聲回波信號(hào)的參數(shù)模型，分析了其在冗余字典下的稀疏表示原理，并對(duì)實(shí)際測(cè)試得到的管道脈沖超聲回波信號(hào)進(jìn)行了稀疏分解實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)

3、證了其在Gabor字典下的稀疏特性。在此基礎(chǔ)之上闡述了管道脈沖超聲回波信號(hào)的壓縮采樣原理。
　　論文對(duì)壓縮采樣技術(shù)在管道超聲檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。首先，分析了模擬信息轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Information convertor,AIC)的基本結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了基于Gabor字典的單通道AIC壓縮采樣系統(tǒng)。針對(duì)Gabor字典的冗余特性，構(gòu)造了規(guī)模較小的包絡(luò)字典，實(shí)現(xiàn)了檢波后管道脈沖超聲回波信號(hào)的壓縮采樣。其次，為實(shí)現(xiàn)未檢波的射

4、頻管道脈沖超聲回波信號(hào)的壓縮采樣，構(gòu)建了多通道AIC壓縮采樣系統(tǒng)，并分析了其與單通道AIC壓縮采樣系統(tǒng)在工作原理與壓縮性能上的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:多通道AIC壓縮采樣系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)未檢波的射頻管道脈沖超聲回波信號(hào)的壓縮采樣，對(duì)于檢波后的脈沖超聲回波信號(hào)，多通道AIC的壓縮性能優(yōu)于單通道AIC。最后，針對(duì)影響多通道AIC壓縮采樣系統(tǒng)性能的測(cè)量矩陣的多樣性，采用直方圖統(tǒng)計(jì)分析方法，以優(yōu)質(zhì)原子比為衡量測(cè)量矩陣性能優(yōu)劣的指標(biāo)，揭示了測(cè)量矩陣對(duì)壓縮采