專利名稱：Gauss-Rees參量超寬帶系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
技術(shù)領(lǐng)域是取決于實現(xiàn)的裝置、使用方法和制造方法，以及由此 生產(chǎn)的相應(yīng)產(chǎn)品，以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、有形嵌入程序指令的計算機(jī)可讀介 質(zhì)、制造以及上述的必要媒體，每個屬于在下文論述的Guass-Rees 參量超寬帶系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為示例說明識別未知物體的挑戰(zhàn)，考慮找出大規(guī)模破壞的致命材 料、爆炸、麻醉，或其它危險、違禁、法律土禁止的物品或任何其它 指定的材料的任務(wù)?？紤]當(dāng)隱藏在一些容器中時，找出這種物體的更 具體挑戰(zhàn)。 一種已知方法，車輛和容器檢查系統(tǒng)(VACIS， Vehicle and Container Inspection System )包含當(dāng)掃描車輛或車輛上的容器時，騰 空車輛以撤走人員以保護(hù)人員免受穿透車輛或容器壁過程中涉及的有 害電離輻射-例如X射線、伽馬射線、熱或快脈沖中子的傷害。努力擴(kuò) 展即使非侵入的這種有問題形式-遙感，即有效掃描700英尺長貨物容 器船上的容器是龐大的任務(wù)。當(dāng)它正充分距離它的目的地港口航行時 期望攔截這種船只時，這一任務(wù)甚至更多如此使人膽怯。此外，與保 護(hù)船員避免暴露于電離輻射有關(guān)的所有問題已經(jīng)不是任何簡單解決方
案能夠解決的問題。即使如此，檢測低原子序數(shù)材料的方法的有效性 值得懷疑。另外，任何這些方法必定受價格調(diào)節(jié)。按照老的格言"恰似 試圖海底撈針"。
超寬帶(UWB)雷達(dá)已經(jīng)被建議為可能的解決方案。不幸的是， 其僅僅檢查貨物形態(tài)的能力通常包含檢查許多容器貨物的"圖像"，而 沒有提供某些形式的飛機(jī)場行李探詢的3維層析成像的優(yōu)點。同時， UWB雷達(dá)由于導(dǎo)電材料中的"趨膚效應(yīng)"電流而具有嚴(yán)重的損耗， -UWB僅能穿透壁和其它物體的非金屬部分，很顯然，這是一種局限， 也困擾其用于地面穿透。
其它方法，諸如金屬檢測器在其能檢測的金屬方面也非常有限。 其它方法實際上是不切實際的。當(dāng)然，不能將進(jìn)入國家的任何東西都 經(jīng)過色鐠分析，例如，色鐠分析用在搜索"臟彈"的成分中。
只要說用于識別物體，特別是以一種方式或另 一種方式隱藏的物 體的需要如此重大以致涉及國家安全問題就足夠了。盡管許多人已經(jīng) 嘗試找出滿足這種需要的方法，但還沒有完全的成功。

發(fā)明內(nèi)容
最重要的是，認(rèn)為實施例能適合于解決這些問題。更具體地說， 實施例涉及發(fā)現(xiàn)一種在此,皮稱為Gauss-Rees波形的新波形，在下文將 更全面地論述。
然而，通常Gauss-Rees波形能用來便于非線性聲波(NLS， Non-Linear Sonic)方法，依賴于非線性聲學(xué)物理的某些方面。由 Gauss-Rees波形便于偏轉(zhuǎn)到非線性聲學(xué)是線性(所謂"小信號波動") 方法的進(jìn)步，至少由于發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓力波動感應(yīng)的應(yīng)力增加時，聲音傳播 介質(zhì)的彈性散射屬性變化。注意，材料(諸如空氣)中的聲速取決于 材料的體積模量(或其在彈性材料常數(shù)方面的等效)和密度之比的平 方根。當(dāng)在其(靜態(tài))環(huán)境值附近出現(xiàn)明顯的壓力空間和時間變化時， 這兩個材料參數(shù)均改變。因此，當(dāng)傳播聲壓波中的"大信號波動"被傳 送到具有適當(dāng)非線性聲屬性的介質(zhì)中時，這種波的峰值振幅行進(jìn)要快 于其波谷。
根據(jù)標(biāo)記為A, B等等的一些參數(shù)，表示該非線性相位波速度相 關(guān)性。關(guān)于所謂的"并項(condensation)",這些參數(shù)在行進(jìn)波壓力 波動的冪級數(shù)擴(kuò)展中具有原點，所述"并項，，是本地介質(zhì)密度相對于周 圍密度的波動除以周圍密度所給出的無量綱的量。A系數(shù)乘以并項的 一次冪是周圍條件下的體積模量，以及具有與壓力波動相同的量綱單 位。B系數(shù)乘以并項的二次冪(即平方)并除以因子2，其冪級數(shù)分 布也表示描述非線性聲效應(yīng)的笫一(通常主要)項。高次項進(jìn)一步描 述非線性聲學(xué)相互作用的屬性。
一般來說，B/A比主要描述在透射探詢結(jié)構(gòu)的情況下(或在反向
散射探詢結(jié)構(gòu)的情況下，回調(diào))進(jìn)入并穿過被采樣的任何材料的強(qiáng)壓
力波的非線性聲學(xué)相互作用，從而允許材料的非侵入識別。該B/A比 將一個非常類似的材料與另一個唯一區(qū)分開來，即，基于它們的非線
性聲學(xué)材料屬性。
通過舉例，可以通過比較它們的B/A比來可靠地區(qū)分非常類似的 氨基酸。同樣地，通過比較它們的復(fù)合B/A比，能將氯化鈉(巖鹽， Nacl)與氯化鉀(鉀鹽，Kcl)分開，即使它們均具有非常類似的立方 結(jié)晶格材料以及非常類似的外觀。因此，作為非侵入探詢的非電離形 式，實施例能提供物體的材料或成分的有效非線性聲學(xué)識別。
在單正弦傳播波的情況下(即所謂的"行進(jìn)單波")，當(dāng)其隨時間 流逝空間前進(jìn)時，變得越來越"鋸齒"形。這種形狀失真度取決于壓力 波動的正-負(fù)峰值"擺動"-即，與(靜態(tài))周圍壓力的偏轉(zhuǎn)-多接近所謂 的壓力源臨界"激震，，級(critical shock level)。該臨界"激震，，級與介質(zhì) (在這種情況下為空氣)的衰減和傳播屬性、被傳播的波的頻率以及 發(fā)射聲波的換能器的橫向尺寸有關(guān)。
事實上在空氣中，當(dāng)行波演化成"鋸齒"形載波波形時，在該傳播 波形的正面出現(xiàn)壓力突變。如此，該"鋸齒"波的正面的條件開始類似 當(dāng)飛機(jī)達(dá)到1馬赫時遇到的"激震波陣面"。如果空氣或任何其它傳播 液體或材料無粘性(即，不應(yīng)用任何粘滯損耗)，則"鋸齒"顯示出無
窮小厚的"激震波陣面"，然而，粘滯損耗量控制其厚度。
在水中，在用于以低于水中的聲速，即;以低于水中的i馬赫行 進(jìn)的壓力感應(yīng)粒子速度前向運(yùn)動的"激震波陣面"區(qū)域中，出現(xiàn)臨界"激 震"。與空氣中的該情形相反，水中的條件被稱為"弱激震"。無論如何，
發(fā)射聲波的輻射壓力源級(source level)越接近臨界"激震"級，非線 性聲學(xué)效應(yīng)變得更普遍。 一旦達(dá)到臨界"激震，，級，就認(rèn)為發(fā)生了飽和 非線性聲學(xué)相互作用。
關(guān)于如何利用由這種強(qiáng)的單波傳輸產(chǎn)生的諧波， 一種方法是在彼 此非線性相互作用的同時，產(chǎn)生一起行進(jìn)的兩個這種相連正弦波(以 單獨的頻率振蕩)。這被稱為雙波非線性聲波(DW/NLS, Dual-Wave Non-Linear Sonic)方法。作為單波，當(dāng)波朝向"鋸齒，，行進(jìn)波形發(fā)展 時，每個單獨的等壓波產(chǎn)生其自己的諧波分量集，反過來，也開始彼 此交叉作用(即互調(diào))。差頻(即次級)波是這些互調(diào)產(chǎn)物中最主要 的。應(yīng)注意到，使用單波的聲功率的兩倍來將這些等壓波形的每一個 引入相對于臨界"激震，，級的預(yù)定源級內(nèi)。
在識別需要兩倍聲功率過程中，另一 NLS方法發(fā)展了使用相對 "擴(kuò)頻，，波形的單波聲源，以便執(zhí)行包含在這種聲源頻譜內(nèi)的所有頻譜 增量對之間的互調(diào)。其結(jié)果是，最終次級波形(secondary waveform) (或小波(wavelet))的頻i脊是原始初級波形(primary waveform ) 的改進(jìn)解調(diào)形式。因此，存在頻率下移到跨雄從直流(DC)到接近于 在原始初級波形的載波頻率周圍產(chǎn)生的最大帶寬頻移的兩倍頻率的頻 率范圍中。這被稱為自解調(diào)非線性聲波(SD/NLS， Self-Demodulated Non-Linear Sonic )方法。
當(dāng)使用DW/NLS方法時，通過將非重疊"擴(kuò)頻"波形置于每個雙 波載波的周圍，能獲得類似的作用，但是，因為需要兩倍聲功率，將 損耗進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換效率。實際上，因為還將使用至少二倍傳輸帶寬， 面臨另外的聲吸收損耗，進(jìn)一步損耗轉(zhuǎn)換效率。因此，SD/NLS方法 通常優(yōu)于DW/NLS方法。
NLS方法的另一方面涉及相互作用是限于發(fā)射源的近場還是繼
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續(xù)進(jìn)入其遠(yuǎn)場。由聲輻射發(fā)射器的大小(例如，對于軸對稱發(fā)射器， 諸如活塞，同樣地，其是面積)的平方除以初級聲波的波長，給出被
稱為Rayleigh距離的近場到遠(yuǎn)場的轉(zhuǎn)變。在初級波頻率和發(fā)射器大小 使得在達(dá)到Rayleigh轉(zhuǎn)變距離之前，相當(dāng)大,分初級波聲功率在傳播 介質(zhì)中被吸收的情況下，這種NLS方法被稱為"近場有限"。當(dāng)初級波 繼續(xù)在遠(yuǎn)場中顯著地相互作用時，其被稱為"遠(yuǎn)場有限"。此外，如果 聲壓源級超出臨界"激震"級，除了適當(dāng)?shù)慕鼒龌蜻h(yuǎn)場描迷符外，每一 方法將被認(rèn)為"飽和有限"。該術(shù)語應(yīng)用于DW/NLS或SD/NLS方法。 實際上，正好在超出臨界"激震"級時的情形之上的狀態(tài)被稱為"準(zhǔn)飽 和，，狀態(tài)，因為在高于該開始達(dá)10dB的區(qū)域中，轉(zhuǎn)換效率"變平，，，以 及在此之后，出現(xiàn)急劇"下降"。然而，在"準(zhǔn)飽和，，以下，壓力源級每 低于臨界"激震，，級10dB，轉(zhuǎn)換效率降低10dB。相對于取決于發(fā)射器 大小、初級波波長、下移率和每單位距離的主和次級波吸收合成的基 線轉(zhuǎn)換損耗，出現(xiàn)這些降低。用這種方式，由于其與臨界"激震"級有 關(guān)，可以根據(jù)它們的實際初級波源級，來測量轉(zhuǎn)換效率的這些降低。
由于聲吸收限制，近場相互作用導(dǎo)致從務(wù)布式指數(shù)衰減初級波輻 射源集相互作用發(fā)射次級波，以形成次級波源的等效指數(shù)截錐形"端射 陣列"。同樣地，Rutherford波束方向圖結(jié)果-在中子散射方面核子物 理學(xué)家所熟悉的-其是不具有旁瓣的窄波束方向圖，其中，當(dāng)對于"近 場有限"情形出現(xiàn)"飽和極限"時，該Rutherford波束方向圖變寬。當(dāng) 應(yīng)用"遠(yuǎn)場限制，，時，就此而言，在SD情況下-雙波束方向圖(所謂的 "乘積，，波束方向圖)的產(chǎn)物DW產(chǎn)生并與Rutherford方向圖空間巻 積。通常，該Rutherford波束方向圖足夠窄以被認(rèn)為是空間狄拉克-8 函數(shù)，以便巻積產(chǎn)生乘積方向圖。
這些波束方向圖屬性是高度定向的，由此允許相對小的發(fā)射器用 于控制在主頻率的橫向分辨率，同時稍微提高在次級頻率的該分辨率。 不管在5: l的下移率，相當(dāng)大小的傳統(tǒng)非線'&聲學(xué)系統(tǒng)將顯示出5: 1的較差橫向分辨率的事實，這會發(fā)生。該表面上的反論根本不成立， 因為保留橫向分辨率是以轉(zhuǎn)換損耗為代價的。
近場或遠(yuǎn)場限制的另一方面是在如何從一對DW或單個SD初級 波形產(chǎn)生次級波形(或小波)功能中的變化。為論述此，將用其復(fù)數(shù) (分析)信號波形來表示實際初級波形或波形。在近場或遠(yuǎn)場情況下， 次級波形分別與 一個信號與另 一個的復(fù)共軛或其本身的復(fù)數(shù)乘法所給 出的量的第二或第一時間導(dǎo)數(shù)成比例。在DW情況下， 一個初級波形 的分析信號乘以另一主信號波形的復(fù)共軛。然而，在SD情況下，單 個分析信號乘以其本身的復(fù)共軛，即，初級波分析信號形式的絕對值 的平方被雙倍或單獨時間微分。當(dāng)"準(zhǔn)飽和"發(fā)生時，顯示出該量的平 方根經(jīng)受適當(dāng)?shù)臅r間微分，由此，在SD情況下，其是有關(guān)絕對值。
另 一形式的非線性相互作用也是感興趣的。與材料的彈性非線性 聲相互作用相反，它涉及非彈性，并建議使用光Raman散射的聲模 擬。與B/A比辨別不同，通過利用在分子級偏移的聲子(與聲子相反) 能帶量子，該所謂的聲Raman分子散射方法潛在地能夠探詢材料， 諸如生物劑的痕量。當(dāng)通過特定材料的非彈性散射吸收強(qiáng)烈聲能時， 該方法示出偏移到更低頻率的Stokesian線，或當(dāng)通過正^:詢的材料 產(chǎn)生聲能時，示出偏移到更高頻率的約10dB'更弱反Stokesian線。
該理解自然地導(dǎo)致最佳初級和次級波形的問題，以便應(yīng)用于激發(fā) 非彈性非線性聲相互作用，同時探詢氣體、液體、等離子體、固體或
其它這些材料或其組合。如前所述，波形問題也取決于認(rèn)為近場相互 作用NLS方法還是遠(yuǎn)場相互作用NLS方法適合于手頭的特定應(yīng)用。 當(dāng)考慮相對大的"遠(yuǎn)離(stand off)"距離和相對低頻操作(與容器壁 穿透相符)時，近場NLS方法是適當(dāng)?shù)?。也可以選擇波形用于揭示感 興趣的某些材料的存在。
能通過選擇波形的發(fā)展以便影響導(dǎo)致現(xiàn)代磁共振成像(MRI， Magnetic Resonance Imagery)的核旋激發(fā)核磁共振(NMR， Nuclear Magnetic Resonance)來引導(dǎo)波形選擇。NMR開始于通過在可疑共振 頻帶上緩慢掃描無線電波激發(fā)而便利的"準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)"激發(fā)。因此，能唯一 地設(shè)計初級波形來產(chǎn)生與海上地震烴探測優(yōu)選的準(zhǔn)Ricker小波類似 的超寬帶倒置墨西哥帽小波(inverted Mexican hat wavelet)，因為
其與激發(fā)海底的地層的"脈沖"匹配。
使用具有高斯包絡(luò)的SD/NLS方法-同時注意到高斯包絡(luò)的平方 仍然是高斯形狀-調(diào)制初級波載波，近場相互作用由于該方法中固有的 雙倍時間微分而產(chǎn)生這種小波。然而，需要考慮當(dāng)使用遠(yuǎn)場相互作用 SD/NLS方法時不提供的二階時間導(dǎo)數(shù)(其與近場相互作用SD/NLS 方法相比，與手頭問題的需要更兼容)。
因此，Gauss-Rees初級波形將時間導(dǎo)數(shù)應(yīng)用于高斯形包絡(luò)以便解 決當(dāng)采用遠(yuǎn)場相互作用時的時間導(dǎo)數(shù)丟失。然而，為了避免由大于 100%調(diào)幅(AM)引起的頻鐠邊帶"飛濺"，將DC偏移加到被用作用 于初級波載波的AM的該新包絡(luò)函數(shù)上。另外，為了避免由于總是"導(dǎo) 通"而載波被低效輻射，通過平滑的酉函數(shù)來門控Gauss-Rees波形以 便生成與形成同樣短的準(zhǔn)Ricker小波兼容的短波形"突發(fā)"。
已經(jīng)使用AR30發(fā)射器來論證了 Gauss-Rees初級波形及其相關(guān) 的準(zhǔn)Ricker小波，以便產(chǎn)生避開相應(yīng)臨界"激震，，級約10dB的初級波 壓源級。該AR30發(fā)射器使用振幅和相位均衡來偏移失真。此外，也 可以考慮通過各種厚度鋼和鋁板的發(fā)射損耗。還認(rèn)識到，通過波形反 轉(zhuǎn)來應(yīng)用二遍適應(yīng)然后重新發(fā)送該結(jié)果，可以克服由于板變厚引起的 阻抗不匹配。能進(jìn)行類比以便使用導(dǎo)頻信號來特征化異常傳播多徑失 真，然后，第二遍通過光相位共軛來校正它，除了相位共軛也不將反 振幅共同地用作校正動作的一部分外。然而，反向復(fù)數(shù)極坐標(biāo)形式的 振幅和相位兩者的組合動作與自適應(yīng)去巻積方法類似，所述自適應(yīng)去方式。
另外，多發(fā)射器、合成譜聚焦方法可以通過焦點區(qū)波形重構(gòu)而搶 先進(jìn)入非線性聲相互作用。用這種方式，可以逸到較高臨界"激震"級， 甚至通過進(jìn)入"準(zhǔn)飽和，，狀態(tài)來超出較高臨界"激震，，級。這可以包含修 改Gauss-Rees初級波形來適應(yīng)在該"準(zhǔn)飽和，，狀態(tài)下操作的已知方法。
另外，能使用自適應(yīng)反饋來控制發(fā)射和接收，以便消除或最小化 與容器壁穿透，特別是在應(yīng)用具有合成譜聚焦的發(fā)射器的陣列來提高
次級源級，以及便于增強(qiáng)"遠(yuǎn)離"距離能力的情況下有關(guān)的插入損耗。 最好根據(jù)自適應(yīng)去巻積，描述該阻擋層穿透的自適應(yīng)改進(jìn)的應(yīng)用。
該SD/NLS方法提供了用于通過它們的"圖像"來確定容器內(nèi)的材 料的屬性，或?qū)嶋H上在其它情況下例如在地下隱藏的物體的潛力。實 施例能通過所謂的B/A比測試來提供小體積量的判別，或通過聲 Raman分子散射測試來提供痕量的判別。使巧聲學(xué)Raman分子散射 技術(shù)可以便于"泛光照明，，而不是"圖像掃描，，基器，以便能快速和可靠 地確定任一容器中沒有與所關(guān)心的材料特征相匹配的材料。該測試失 敗可以觸發(fā)要求"圖像掃描，，的更慢B/A比掃描，可以集中注意力在可 疑容器用于隨后的詳細(xì)高分辨率化驗。
在源或目的地區(qū)的安全港口，能使用安裝在掃描裝置上或平板容 器貨車必須行駛通過的入口處的實施例，以及利用安裝在行駛的裝料 吊車起重機(jī)架上的實施例來進(jìn)行化驗。對于海上禁止的容器-貨輪，實 施例可以從任何并排甲板安裝的容器旁以及連續(xù)通過任何并排甲板安 裝的容器，來執(zhí)行探詢。另外，通過向下穿透容器層以便探詢它們同 時達(dá)到甲板下貨物的方式，能從上面執(zhí)行這種探詢。壓力容器安裝的 實施例變形能用來經(jīng)由與由U.S.海軍直升飛機(jī)所采用的"壓浸聲納，， 吊艙類似的水下聲納模式來實現(xiàn)水線下探詢。用這種方式，也能實現(xiàn) 船身板的更有效穿透。
作為另一變形，可以由與作為浩瀚海洋的監(jiān)視以及通信、命令、 控制和智能(CCCI )平臺的反合成孔徑雷達(dá)(ISAR， Inverse Synthetic Aperture Radar) —起使用的高空飛船，來布署和無線遙測控制無人 空中飛機(jī)(UAV， Unmanned Aerial Vehicle)。該UAV將必須能夠 承載實施例作為有效負(fù)載，同時以足夠低的空速巡航以便調(diào)整步調(diào)和 緩慢移動同時完全探詢?nèi)萜?貨輪。通過具有在容器-貨輪甲板上緩慢 操作和移到旁邊的能力的UAV進(jìn)行探詢將是最期望的。
當(dāng)然，上文僅是示例以及打算例示實施例的強(qiáng)壯特性和在實際應(yīng) 用中使用Gauss-Rees波形。工業(yè)應(yīng)用性針對機(jī)器，取決于實現(xiàn)、裝置、 使用方法和制造方法以及由此產(chǎn)生的相應(yīng)產(chǎn)品，以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、有形
嵌入程序指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)、以及上文的必然中間產(chǎn)物，每個屬
于Gauss-Rees參量超寬帶使用。這適合于計算機(jī)工業(yè)和專用于用在工 業(yè)，諸如金融，包括房地產(chǎn)的部分。盡管已經(jīng)公開了實施例及模式， 在不背離在此所示的精神的情況下，可以做出各種變形和改變。


圖1表示原理初級波(高斯)頻i普。
圖2表示次級小波的頻i普。
圖3表示Ricker小波的時間小波形狀。
圖4表示時間高斯波形。
圖5表示在應(yīng)用第二時間偏導(dǎo)數(shù)之后，準(zhǔn)Ricker小波上升。 圖6表示高斯波形的二階導(dǎo)數(shù)和疊加的氣槍特征(air gun signature )。
圖7表示載波具有的Gauss-Rees初級波的選通形式。
圖8表示Ricker小波的能譜。
圖9表示載波具有的波形的能鐠。
圖10表示準(zhǔn)Ricker小波的能鐠和疊加的氣槍能鐠。
圖ll表示預(yù)失真(即一階導(dǎo)數(shù))高斯波形加DC偏移。
圖12表示梯形選通函數(shù)的平滑截錐形形式。
圖13表示圖11和12中的兩個函數(shù)的乘法合成。
圖14表示準(zhǔn)Rkker小波和Ricker小波的時間波形。
圖15表示準(zhǔn)Ricker小波和Ricker小 >麥的能譜。
圖16表示非選通傳輸?shù)腉uass-Rees初級波形。
圖17表示解調(diào)的(次級)源極波形。
圖18表示對應(yīng)于圖16-17所示的時間次級小波的解調(diào)的源級波形。 圖19表示解調(diào)的波形的電壓譜。
圖20表示傳輸?shù)腉auss-Rees初級波形，其酉選通脈沖的持續(xù)時 間被選擇為太短以致不能示例說明點。
圖21表示具有由圖20所示的失真波形產(chǎn)生的失真的解調(diào)的源極
波形。
圖22表示如在圖21中所看到的時間次級小波的重復(fù)。 圖23表示失真的解調(diào)(次級)波形的電壓鐠。 圖24表示已經(jīng)按2: 1縮放來示例說明時間壓縮的未選通的 Guass-Rees初級波形。
圖25表示相應(yīng)的時間壓縮的解調(diào)(次級)源級波形。
圖26表示時間壓縮的解調(diào)波形的電壓i脊。
圖27表示用于示例性氣體、液體和固體的典型B/A參數(shù)比。
圖28是相關(guān)的代表性裝置的高級概述的圖示。
圖29是用于發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和物體的方向表示的圖示。
圖30是代表性接收機(jī)的圖示
圖31是代表性處理器的圖示。
圖32是發(fā)射機(jī)的代表性其它實施例的圖示。
圖33是用于多發(fā)射器實施例的概述。
圖34是用于多發(fā)射器實施例的附加裝置的詳細(xì)圖示。
具體實施例方式
新波形已經(jīng)被命名為"Gauss-Rees，，波形。該波形能被特征化如下。
Gauss-Rees波形及其相關(guān)的準(zhǔn)Ricker小波
Gauss-Rees波形具有由下面的方程式給出的分析形式。
<formula>formula see original document page 29</formula>因此，其實數(shù)部分由下述給出
<formula>formula see original document page 29</formula>
其中，通過讓Gauss-Rees波形的包絡(luò)的帶寬以周期/秒=赫茲為 單位，如"。=2《，以便以赫茲的/。也確定Gauss-Rees波形的載波的中
心頻率，常數(shù)"a，，確定波形的時標(biāo)。應(yīng)注意到，應(yīng)用由括號內(nèi)的指數(shù)前 的單一值表示的直流(DC )偏移來不僅實現(xiàn)而且避免將引入載波的邊 帶"干擾"的大于100%的調(diào)幅。 將Gauss-Rees波形的選通脈沖函數(shù)0，HW選擇為"良好"函數(shù)-諸如 酉 函數(shù) U( t )-對于其所有時間導(dǎo)數(shù)中的每一時間值t具有連續(xù)性， 包括(-oo， +oo)。包括該選通脈沖函數(shù)以便防止其它連續(xù)波(CW) 載波通過浪費(fèi)Gauss-Rees波形包絡(luò)的主體外的非有用聲能而引起低
效。用作Gauss-Rees初級波形中的選通脈沖的百函數(shù)具有如下形式 1 1
<formula>formula see original document page 30</formula>
其中，該百函數(shù)在t=0具有單一值，以及具有tyV)-"(a卜i)的屬 性，同時還在t一左右對稱。該酉函數(shù)還具有零左右的擴(kuò)展"平頂"， 同時顯示出在t=0的每一側(cè)對稱的、從"平頂"區(qū)分別到其"上升，，和"下
降"的平滑轉(zhuǎn)變，然后平滑轉(zhuǎn)變到分別漸近并入"(-C0)和f/(+O0)的其負(fù)和
正"尾部，，區(qū)，而其所有第 一階和較高階時間導(dǎo)數(shù)也具有相同的漸近性。 由于這些屬性的結(jié)果，當(dāng)媒體的自解調(diào)非線性相互作用繼續(xù)進(jìn)入 發(fā)射器的遠(yuǎn)場時-如單個時間導(dǎo)數(shù)特征化的-該百函數(shù)不由其時間導(dǎo)數(shù) 引入有效組成。(還注意到，Lord Rayleigh通過「1 = Af^A來定義近場 到遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)變徑向范圍rt，其中，CA是傳播媒體中的"小信號"聲速。) 否則，這種時間導(dǎo)數(shù)將乘以由非選通的Gauss-Rees波形包絡(luò)的導(dǎo)數(shù)產(chǎn) 生的其它不感興趣項。因此，進(jìn)行調(diào)整以獲得作為選通脈沖使用的酉 函數(shù)的最佳持續(xù)時間的一種方法將是，繼續(xù)擴(kuò)展該選通脈沖的持續(xù)時 間直到保留預(yù)定的少量準(zhǔn)Ricker小波失真。通過與對于極其長的持續(xù) 時間但低效的選通脈沖出現(xiàn)的近理想準(zhǔn)Ricker小波進(jìn)行直接比較，能 測量避免任何可感知的干擾的容許失真量。.
在所謂的臨界激震區(qū)下或達(dá)到所謂的臨界激震區(qū)發(fā)生的遠(yuǎn)場非 線性相互作用的自解調(diào)形式(因此，為不飽和非線性相互作用)導(dǎo)致 小波函數(shù)F(t)-淋(t)l"氣當(dāng)通過驅(qū)動聲壓級(SPL)超出臨界激震級而 激勵飽和遠(yuǎn)場非線性相互作用時，所生成的小波函數(shù)變?yōu)镚(t) = *W欲。 當(dāng)通過遠(yuǎn)場中的聲初級波形支持的SPL激勵飽和非線性相互作用條 件時，還期望繼續(xù)生成相同的小波。當(dāng)進(jìn)入飽和非線性相互作用區(qū)時， 以前的非線性轉(zhuǎn)換效率中的10dB增加的非飽和區(qū)行為，即，對于聲
初級波的SPL中的每10dB增加發(fā)生的次級波源級(SL)中的20dB 增加停止，事實上，非線性轉(zhuǎn)換效率對于臨界激震級之上約10dB的 另一 SPL范圍"翻轉(zhuǎn)"和"變平"直到出現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率的激變下降為止。其 中出現(xiàn)相應(yīng)達(dá)到10dB的次級波SL的這一粗略的10dB區(qū)被稱為"準(zhǔn) 飽和區(qū)"，當(dāng)采用越來越高的SPL時達(dá)到所述"準(zhǔn)飽和區(qū)"，但達(dá)不到 飽和非線性相互作用的激變區(qū)。
為了利用通過達(dá)到準(zhǔn)飽和區(qū)(除了超出飽和非線性相互作用的激 變區(qū)以外)中的聲初級波SPL的此次級波SL的約10-dB增加，通常 要求極其高的聲音SL。可行的另 一替代方案是提取通過利用集中于創(chuàng) 建極其高的SL虛擬聲源的合成頻譜驅(qū)動的多發(fā)射器而增強(qiáng)的聲初級 波SL。當(dāng)遠(yuǎn)場SPL達(dá)到超出臨界激震級以及達(dá)到準(zhǔn)飽和非線性相互 作用區(qū)時，維持相同小波形式的另一方法F(O必須等于G(t),使得必 須觀察包絡(luò)條件l<p(t)l = lv(t)|2 。換句話說，代替包絡(luò)本身，使用Gauss-Rees 波形的包絡(luò)的平方來產(chǎn)生準(zhǔn)Ricker小波。
這兩個非線性操作方式將被稱為"不飽和，，和"準(zhǔn)飽和"以便區(qū)分 它們。然而，轉(zhuǎn)變更可能是逐步的，而不是從一種方式突然"切換"到 另一種。為說明此，控制該平滑轉(zhuǎn)變的方法包含設(shè)計與臨界激震(峰 值)源級SLc相符的峰值聲壓Pcq和與袍和(峰值)源級SLs相符的 峰值聲壓Ps。之間的差值，即P別-Pc。的加權(quán)承數(shù)。這些SL指如果基 于1/r聲壓波球面擴(kuò)展，遠(yuǎn)場聲壓被回推到離源1米將存在的聲壓級 (SPL)。根據(jù)均方根(rms)聲壓來定義SL，其中，均方根壓力= 峰值壓力/^以及還用分貝(dB)定義為，
SL = 20 log，0 (pSo/V2)効SLc + 10 - 20 log10 {pco/W) + 1C*
因此，可以通過形成應(yīng)用于|y (0|的歸 一化加權(quán)函數(shù)- pe。 - s)以
及應(yīng)用于^(t)l2的其互補(bǔ)歸一化加權(quán)函數(shù)[l-p(p-&。-￡)]，來導(dǎo)出從不飽
和到準(zhǔn)飽和Gauss-Rees初級波包絡(luò)的平滑轉(zhuǎn)變。這應(yīng)用于只要實際聲 源(峰值)壓力級p為P"""，否則，當(dāng)P《P"時，總是應(yīng)用Mt》！。還 應(yīng)意識到，已經(jīng)引入可以具有士值的誤差變量s來說明轉(zhuǎn)變不總是精確 地開始于臨界激震(峰值)壓力級Pco,而是被偏移正或負(fù)值的誤差
變量S的可能性。所需平滑轉(zhuǎn)變可以使用"P-P-"=鄉(xiāng)-"P — P-"形式的 指數(shù)函數(shù)。
這里，已經(jīng)引入衰變常數(shù)(T (壓力單位倒數(shù))。當(dāng)O小時，轉(zhuǎn)變 (指數(shù))加權(quán)函數(shù)緩慢變化。事實上，在(7=0時，不發(fā)生轉(zhuǎn)變。否則， 當(dāng)其變得更大時，其確定如何快速地漸近達(dá)到從到作為飽和的
Mt)f的Gauss-Rees初級波形包絡(luò)轉(zhuǎn)變。當(dāng)然，存在,)l總是用在不
飽和區(qū)P《P""，以及當(dāng)聲源(峰值)壓力級P^P""時，僅部分用在
準(zhǔn)飽和區(qū)的約束。而^t)l2僅用在準(zhǔn)飽和區(qū)P^^",其中，￡=0是用
于￡的最可能值。這些等式和不等式將被嵌入當(dāng)超出臨界激震SL的
大Gauss-Rees聲主SL變?yōu)榭赡軙r確定如何從不飽和到準(zhǔn)飽和操作轉(zhuǎn)
變的邏輯中。該情形可以通過非常高的SL羊發(fā)射器來實現(xiàn)，或自信
地，當(dāng)采用N個發(fā)射器的陣列的合成頻鐠焦點時。
用這種方法，不管(峰值)Gauss-Rees聲主SL是小于還是高于
(峰值)臨界激震SLc,保持同樣的準(zhǔn)Ricker聲次級小波。在一些操
作后，該準(zhǔn)Ricker小波具有形式
F(t) - G(t) = — U2(t)2a exp (1/2)1 - (2at)2] exp [- (2a￥)l.
其中，包含3U2(t)欣作為乘數(shù)的項已經(jīng)忽略不計。也可以看到， M(t) - F(t)/U(t)2a exp (1/2- -1 - (2at)勺exp- (2aY)J是具有由下述表示的變
換算子測表示的-其傅立葉變換的歸一化形式的非常公知的反墨西哥
帽母小波的形式
3{M(f)}/3{M(fP)} - (f/fP)2 exp1 - (f/fP)2，
其中，小波時標(biāo)參數(shù)a = "W力以及fp是歸一化傅立葉變換復(fù)振幅 語的模態(tài)頻率-該傅立葉變換復(fù)振幅譜的能量譜密度是絕對平方值。
該時標(biāo)參數(shù)還出現(xiàn)在Gauss-Rees初級波形公式中。因此，時標(biāo) 參數(shù)a的減小"拉伸"Gauss-Rees初級波形和相應(yīng)的準(zhǔn)Ricker小波的 時標(biāo)(以及因此，"壓縮，，頻鐠)，以及當(dāng)時標(biāo)參數(shù)a增加時，反之亦 然。此外，應(yīng)注意到，具有能量F(t)，即，與F2(t)相同區(qū)的相等矩形 脈沖占用時區(qū)(-V2,+r￡/2)，其中，T -"^-認(rèn)2纖-,2")'%。準(zhǔn) Ricker小波，與一個半周期反余弦波的其Ricker小波副本不同，具有
零平均值。這表示，準(zhǔn)Ricker小波不具有工作于水的流體靜壓力的均 (即平均)值，而有利于烴的地面地震學(xué)勘測的Ricker小波具有工作 于水的流體靜壓力的平均值，如果這種小波用在實施用于烴的海上地 震勘測中。它還具有與可以在MATLAB工具箱中發(fā)現(xiàn)的反墨西哥帽 母小波成比例的附加優(yōu)點。這些優(yōu)點繼續(xù)到參量超寬帶聲音系統(tǒng)應(yīng)用 的用途中，用于尋出通常直接觀察不到的所有類型的物體，尤其如果 還包含金屬阻擋層。
概括起來，在此的實施例包含在此名為Gauss-Rees波形的新波 形的發(fā)現(xiàn)。該波形能用來預(yù)測在形成超寬帶反墨西哥帽小波的處理中， 將另一單時間導(dǎo)數(shù)應(yīng)用于該波形的分析表示的絕對值平方的非線性動 作。超寬帶反墨西哥帽小波在地震用語中也被稱為準(zhǔn)Ricker小波。該 小波具有將由算術(shù)上為時間的高斯函數(shù)的波形包絡(luò)的雙倍微分產(chǎn)生的 形式，其中，還注意到，時間的高斯函數(shù)的平方根也是時間的高斯函 數(shù)。注意這些屬性，Rees將Gauss-Rees波形概念化為通過對時間的 高斯函數(shù)進(jìn)行單時間微分，然后將其結(jié)果負(fù)值偏移適當(dāng)直流量來構(gòu)成， 所述適當(dāng)直流量使其與峰負(fù)值的和回到零。然后，將結(jié)果的平方根用 作用于調(diào)幅正弦載波的包絡(luò)，否則，由最佳選擇的酉選通脈沖來縮減 無限時間偏移。
另外，已經(jīng)發(fā)明了使該波形用在實際實施例中，例如，在通過形 狀和材料成分來識別物體。通過結(jié)合由用于調(diào)幅連續(xù)波(cw)載波的 Gauss-Rees包絡(luò)函數(shù)組成的初級波形，能在媒體，諸如空氣、等離子、 液體(例如水)、陸地等中產(chǎn)生自解調(diào)/非線性聲速(SD/NLS)相互 作用。基于該結(jié)合，通過在一個頻率操作并具有能在Gauss-Rees包絡(luò) 內(nèi)形成最佳多個載波周期的酉脈沖選通持續(xù)時間的SD/NLS相互作 用，可以產(chǎn)生準(zhǔn)Ricker小波(具有期望的標(biāo)準(zhǔn)反墨西哥帽小波的屬 性)。
能將這種相互作用設(shè)計成產(chǎn)生約5.1頻率"下移"，同時形成 (100%帶寬/達(dá)到基帶/零平均值)準(zhǔn)Ricker (有時稱為反墨西哥帽) 次級小波。 一旦由Gauss-Rees初級波形通過非線性相互作用在物體中
激勵，次級小波特別用在識別未知物體中。這是因為，當(dāng)通過自適應(yīng)
去巻積輔助，以及通過Gauss-Rees初級波形，，次級小波能穿透甚至更 厚的壁以提供物體的非侵入的遠(yuǎn)程檢測。經(jīng)由來自組成物體的某些材 料、否則將是未知、隱蔽或隱藏的材料的反向、離軸或前向(即聲穿 透)散射的"脈沖"激勵，來執(zhí)行該檢測。這些材料可能是宏觀的，諸 如爆炸物，或可以是分子化合物，或甚至是原子或同位素級識別。
實施例允許識別各種應(yīng)用中的物體。例如a)在容器壁內(nèi)(例 如貨物容器或貯藏容器或房間或便攜盒或手提箱等等)；b)封裝在 埋在沙質(zhì)地形中的某些地雷或埋在海底泥中的水雷的外殼中的爆炸 物；c)埋在地表的相對深的地層，甚至在大陸架的深水區(qū)下的烴沉積 物；d)隱藏在車中(例如汽車或卡車或快艇或民用或普通航空飛機(jī) 等等)中，以及物體處于可通過"脈沖，，聲成象/頻鐠學(xué)穿透的任何其它 外殼中的許多其它應(yīng)用。這些應(yīng)用共同分享用作用于揭示和識別未知 物體，即使當(dāng)物體被隱藏時的裝置的發(fā)現(xiàn)用蓬。
如后續(xù)所述，與成分相比(或結(jié)合)，檢測能便于識別形狀，從 而便于識別刀而不是簡單地識別刀的成分。
回到進(jìn)一步詳細(xì)闡述識別成分，假定作為示例，從在初級波形頻 率操作的小的揚(yáng)聲器形成窄定向的非常低旁瓣波束。在其中隱藏、侵 入、掩埋這些物體的特定媒體通過SD/NLS相互作用，能產(chǎn)生一種效 果。當(dāng)在形成次級小波的過程中"下移，，到頻率的接觸基帶區(qū)時，該效 果具有期望的波束聲透射特性。接收機(jī)或接收機(jī)陣列(例如分別用于 收集空中或水下"目標(biāo)"響應(yīng)的超寬帶麥克風(fēng)或水聽器)接收將通過各 自的低噪聲、靈敏超寬帶"脈沖"響應(yīng)接收機(jī)放大的散射信號。優(yōu)化這 些信號以便信號處理墨西哥帽或反墨西哥帽次級小波，使得頻鐠分析 儀能用于識別物體的成分，不管是否隱藏。逋過由物體內(nèi)的彈性非線 性聲相互作用或非彈性聲散射引入的頻鐠分量的外觀，來識別成分。 因此，提供遠(yuǎn)程檢測物體的形態(tài)和成分的非侵入方法。
參量超寬帶聲系統(tǒng)提供比超寬帶(UWB)雷達(dá)更寬范圍(例如 導(dǎo)電)阻擋材料的穿透，同時具有至少相等的分辨能力。事實上，參
量超寬帶聲系統(tǒng)易于通過成象，最好結(jié)合通過非線性聲屬性或無彈性 聲散射的各自的連續(xù)小波變換分析和頻i脊檢查來識別物體成分屬性， 識別物體的形態(tài)。
用于Gauss-Rees初級波形的應(yīng)用范圍相當(dāng)寬，以及不限于這些 所示的例子，其中，該獨特推導(dǎo)的含糊專用于SD/NLS遠(yuǎn)場相互作用。 這與用于近場相互作用(具有如由近場吸收限制考慮所限制、在甚至 更高頻率初級波形發(fā)射器的超聲次級小波頻率區(qū)中的應(yīng)用)的情形相 反。
此時， 一些技術(shù)規(guī)則似乎被準(zhǔn)許。作為在各種固體、液體、氣體 和等離子媒體中的非線性聲學(xué)的方面，該參量超寬帶聲探測器的范圍 遠(yuǎn)寬于任何其它已知的先前用途。為告知此，代替通常隱含雷達(dá)的水 下聲音等效物的聲納系統(tǒng)，修改此來包含更多聲音系統(tǒng)。此外，術(shù)語 聲探測器用來包含與提供超寬帶次級小波的獨特Gauss-Rees初級波 形有關(guān)的更多個應(yīng)用。這提供使用將非線性聲學(xué)的迄今未包含的低頻 應(yīng)用于不僅回波范圍或圖像，而且更重要的是，揭示物體的材料成分。
支持這種寬泛的陳述要求非線性聲學(xué)的一些理解，以及其參數(shù)屬 性如何作為局部空間-時間聲壓波變化的參數(shù)函數(shù)來修改局部存在的
體積模量k(P(0)和密度P(P(x't)。即，在非線性聲波傳播的媒體中， 可能的三維空間位置矢量x和時間t隨壓力波p(x,t)而變化。 因此，相應(yīng)的"大聲信號，，非線性聲行波壓力波動
以空間-時間變化量"P" t)="P(x' t》^P(x'訓(xùn)"V斤指定的相位波速前進(jìn)。在
這些各種表達(dá)式中，上標(biāo)，用來表示從位于獨立和相關(guān)變量的每一個上
的下標(biāo)O所表示的它們的環(huán)境值的波動或變化。因此，對于體積模量
K0 = "P。)和密度 p。=p(p。)的環(huán)~境媒體值，
k(P(x, t) = k(p(x, t) + ko, p(p(x, t》)+ po' p(x, t) = p(x. t〉 f P0以及c(^w)) = c.(p(x,0) + Co 。
如所示環(huán)境媒體值分別是媒體環(huán)境(平均)壓力p。或"小聲信號"環(huán)境
聲相位波速c。 = / aJ1/2的函數(shù)。
提供這些公式以便于理解有關(guān)非線性聲行波的屬性。在"大聲信 號，，級，在非線性聲波行進(jìn)期間，聲速改變。(這與用來描述傳統(tǒng)的水
下雷達(dá)或空中聲波傳播的所謂"小聲"級等式相反，這些等式忽略當(dāng)聲 波通過媒體行進(jìn)時，媒體的壓縮對體積模量和密度值的影響)。事實 上，因為傳播波的大正壓"擺動"局部增加使媒體的壓力高于其環(huán)境值， 波的"峰值"局部傳播快于"小信號"聲速c。。相反地，對于大的負(fù)壓"擺 動"，相應(yīng)波谷局部傳播低于c。。這一結(jié)果是，在這些條件下，傳播非
線性聲波的"峰值""快于，，其相關(guān)"波谷"。在這樣做時，正弦(單頻率/。) 行波的形狀將變?yōu)?鋸齒形"，從而由原始單頻波的基頻/。的一系列諧
波(/Q=n/。， n-l，2，…)組成。
該諧波族的分量彼此互調(diào)以便形成由fw = fm±f"= (m± n)f。給出的新 分量。 一般來說，與+符號有關(guān)的互調(diào)分量被不良傳播，因為伴隨的 聲能吸收增加以及傳播聲波的頻率增加。這通常也適用具有n大于1 的值的非互調(diào)諧波。反過來，負(fù)符號通常有益于通過媒體的低頻傳播。 事實上，由于非線性聲相互作用的這種互調(diào)形式產(chǎn)生次級波分量，該 次級波分量通過被稱為自解調(diào)(SD)相互作用的過程，頻率從初始初 級波頻率"下移"到頻率位置"接觸頻帶"。這與由于發(fā)射機(jī)"Q，，限制而 通常具有小于20%的次級波形帶寬而不是絕對100%帶寬的雙波 (DW)相互作用相反。該相關(guān)非線性聲波(NLS)系統(tǒng)利用稱為自 解調(diào)/非線性聲波(SD/NLS)系統(tǒng)的非線性聲相互作用機(jī)構(gòu)的獨特的 Gauss-Rees初級波形、準(zhǔn)Ricker次級小波形。這與更多帶寬限制和 至少3dB (計算更接近5dB)低效的雙波/非線性聲波(DW/NLS)系 統(tǒng)相反。
根據(jù)單頻波，最好描述和量化與水下"弱震，，或空中"激震，，的開始 有關(guān)的基本非線性聲相互作用現(xiàn)象，諸如"飽和，，和相關(guān)的"臨界壓力" 級。然而，根據(jù)回溯到19世紀(jì)的非線性聲知識，20世紀(jì)晚中期出現(xiàn) 的水下NLS (或如以前所知，參量聲納)由被稱為雙波(DW)相互 作用的一些考慮產(chǎn)生。當(dāng)然，用一對雙頻栽疼來代替單頻載波使用兩 倍聲功率來達(dá)到特定級。因此，當(dāng)與由期望SD/NLS系統(tǒng)支撐的更好 波形效率相比時，不考慮另外的損耗，損耗為3dB。
這可以通過識別出這些水下(以及就此而言所有)DW/NLS系統(tǒng)
包含發(fā)射兩個聲束來理解，該兩個聲束以一對相連行進(jìn)的非線性聲波 的形式彼此重疊。雙載波每個具有以兩個分別不同的頻率&和f2為中
心的調(diào)幅和/或調(diào)相的任何個別形式。與SD/NLS系統(tǒng)不同，DW/NLS 系統(tǒng)初級波的每一個載波上的任何調(diào)制頻鐠^、須具有它們的單個(可 能不同)頻鐠不彼此重疊的足夠小帶寬比。而有關(guān)SD/NLS系統(tǒng)初級 波調(diào)制帶寬的僅一限制是它不重疊次級波基帶SD頻語，最大程度地 使用它。
返回到單頻載波，由此量化的"飽和，，標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)了對此所述的 SD/NLS系統(tǒng)以及固有更窄頻帶、至少3dB或更低效的DW/NLS系統(tǒng)， 非飽和和飽和非線性聲波性能之間的不同。根據(jù)大信號非線性聲波的 峰值-振幅擺動是否仍然低于臨界激震級，存在轉(zhuǎn)換的變化。在術(shù)語臨 界激震級中引用的激震形式在水下情形被視為弱激震或已知空中出現(xiàn) 的激震類型(通常與激震波有關(guān))。在由分別在水中或空中的聲速的
分內(nèi)，發(fā)生激震前沿
轉(zhuǎn)換成分貝)，其中，由于在產(chǎn)生諧波過程中的功率損耗，初級波(有 效)聲功率也經(jīng)受一些損耗。在非飽和非線性聲相互作用情形中，每 初級波(有效)聲功率增加10dB,轉(zhuǎn)換效率增加10dB，從而導(dǎo)致次 級波聲功率增加20dB直到初級波振幅接近臨界激震級為止。然而， 在從臨界激震級到其上約10dB左右的初級波振幅的區(qū)域上，轉(zhuǎn)換效 率開始變平(在臨界激震級附近出現(xiàn)邊緣區(qū)(fairing-in region )。這 樣做，當(dāng)初級波(有效)聲功率繼續(xù)上升另一 10dB時，它基本上保 持恒定。該結(jié)果是次級波聲功率增加10dB。在該飽和范圍區(qū)域外，因 為另外的極其陡激震前沿區(qū)被粘滯損耗侵蝕，出現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率的巨變結(jié) 束，以及無次級波聲功率的進(jìn)一步增加源自進(jìn)一步增加初級波(有效) 聲功率。這是由加熱傳播介質(zhì)的粘滯損耗導(dǎo)致的快速損耗。(在另一 實施例中，在水的情況下，該動作也產(chǎn)生由Soviet研究所示的氣穴現(xiàn) 象，以便先于該巨變結(jié)束采取有利動作。)
對轉(zhuǎn)換效率的另 一影響是下移比，其根據(jù)非線性聲相互作用是非 飽和還是飽和，以不同形式影響。無論如何，良好的經(jīng)驗法則是將該
下移率保持在10:1以下。作為設(shè)計考慮，假定使用(由應(yīng)用而定)5: 1左右的下移率。當(dāng)然，在實施用于系統(tǒng)設(shè)計的折衷分析中，應(yīng)當(dāng)根 據(jù)所需的特定交互作用，使用高保真非線性聲相互作用模型執(zhí)行和校 驗它們。
在任一情況下，考慮非線性聲波的近場相互作用或遠(yuǎn)場相互作 用。存在初級波發(fā)射器陣列的近場行為讓步遠(yuǎn)場行為的轉(zhuǎn)變范圍。對 于正方形或圓形兩維孔徑，該所謂的Rayleigh轉(zhuǎn)變范圍由孔徑面積S 除以用于SD/NLS系統(tǒng)的初級波聲載波的波長ko給出。為方《更起見， 當(dāng)包含DW/NLS系統(tǒng)雙頻率時，在幾何平均頻率取該波長。當(dāng)包含矩 形或橢圓形孔徑時-如在方位和俯仰方向上期望不同波束寬度那樣 -Rayleigh轉(zhuǎn)變范圍分別隨這種孔徑的偏心不同正交維數(shù)而改變。
近場相互作用由吸收(加諧波損耗)將有效發(fā)生SD或DW互調(diào) 的區(qū)域限制到聲輻射發(fā)射器的近場的情形產(chǎn)生。 一旦由于聲吸收和諧 振損耗的結(jié)果，剩余初級波聲振幅下降遠(yuǎn)低乎臨界激震級，轉(zhuǎn)換效率 可能減小到有效以下。由于當(dāng)其通過近場區(qū)向外前進(jìn)時，聲吸收引起 初級波行進(jìn)波場的指數(shù)衰減，產(chǎn)生核子物理的Rutherford中子散射 圖。Rutherford次級波聲束方向圖不具有旁瓣，以及盡管其在偏離主 瓣方向上稍微變寬，當(dāng)諧波損耗變得顯著時，仍然未顯示出旁瓣。如 果覆蓋的極其短距離是可接受的，則不存在采用近場相互作用 SD/NLS或DW/NLS系統(tǒng)的主要缺陷。即，除利用巨大超尺寸孔徑擴(kuò) 展近場距離外，實際上，對于初級波及其10: l或更低下移次級波， 僅在非常高的聲頻才能得到這種條件。排除作為病態(tài)情形的超尺寸孔 徑，范圍覆蓋極其受到次級波的聲吸收的限制。
遠(yuǎn)場相互作用僅當(dāng)在近場內(nèi)僅實現(xiàn)較少量聲吸收和/或諧波損耗 時才有效。這是當(dāng)在設(shè)計SD/NLS系統(tǒng)次級波源中采用較低初級波頻 率和限制到約5: 1的下移比以便實現(xiàn)相對長的傳播范圍時的情形。特 別地，基于顯示出在該專利中描述的所有獨特和特定屬性的
Gauss-Rees初級波形，將興趣限定到SD/NLS系統(tǒng)。然而，由于不感 興趣，今后將排除更大帶寬限制和更低效的DW/NLS系統(tǒng)。
通常，處于這種低初級波和甚至更低下移的次級波頻率的聲源-即使不獲益于自適應(yīng)改進(jìn)阻擋層穿透-將穿透容器，由此支持封閉材料 內(nèi)的非線性聲相互作用和非彈性散射。在這種情況下，即使因為在其 上出現(xiàn)該非線性相互的波陣面區(qū)以相似方式增加而聲傳播擴(kuò)展損耗的 情況下，遠(yuǎn)場非線性相互作用繼續(xù)。然而，粘滯損耗和諧波損耗最終 導(dǎo)致非常長的相互作用距離上的"老年期"，以及無進(jìn)一步激泵的進(jìn)一 步的非線性轉(zhuǎn)換結(jié)果，從而繼續(xù)放大次級波。
回想波束方向圖樣子，SD/NLS系統(tǒng)能總體上被看作DW/NLS系 統(tǒng)的子集，將描述用于DW/NLS情形的遠(yuǎn)場相互作用波束形成機(jī)制， 作為SD/NLS情形的通則。在遠(yuǎn)場中，由支持相連行進(jìn)雙波的兩個重 疊的DW/NLS系統(tǒng)初級波束產(chǎn)生的圖根據(jù)雙波束的積，振幅下降。(該 DW/NLS系統(tǒng)的乘積波束方向圖變?yōu)橛糜赟D/NLS的平方律波束方向 圖)。因此，依靠非飽和遠(yuǎn)場相互作用DW/NLS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率行為， 次級波束方向圖也根據(jù)初級波乘積圖而下降。，(在SD/NLS系統(tǒng)情形 中，這變?yōu)槠椒铰刹ㄊ较驁D)。作為由優(yōu)*遠(yuǎn)場相互作用取代發(fā)射 的近場相互作用的結(jié)果，DW/NLS系統(tǒng)具有合成波束方向圖。理論上 表示，這由Rutherford波束方向圖和乘積(或在SD/NLS系統(tǒng)的情況 下，平方律)波束方向圖的空間巻積給出。
通常，大多數(shù)類型的波束方向圖的主瓣合理地接近高斯形波束方 向圖，Rutherford波束方向圖也一樣。因此，通過乂〉式 W-m"e，)2+(病2內(nèi)"6^給出由用于DW/NLS系統(tǒng)的近場或遠(yuǎn)場非飽和
相互作用產(chǎn)生的合成波束方向圖的3-dB波束寬度的有用近似，其中， 通過提取該等式每一側(cè)的平方根，獲得合成波束寬度。同樣地，如果 用分別為雙波的仰角圖波束寬度的①i和02以及作為Rutherford圖波 束寬度的①K代替它們的0" 02和0,方位圖波束寬度對應(yīng)部分，同樣 的爿>式適用。
可以通過調(diào)用通過設(shè)置0。-《-《和A-A-A來給出通用平方律圖
3dB波束寬度00，來確定遠(yuǎn)場相互作用SD/NLS系統(tǒng)的合成圖波束寬 度。當(dāng)遠(yuǎn)場相互作用DW/NLS系統(tǒng)乘積(或SD/NLS系統(tǒng)正方律)波 束寬度變?yōu)槿找嬲赗utherford圖波束寬度時，上述公式表示(e，O ) 傾向于Rutherford圖波束寬度(cpR,0s )。概念上，這當(dāng)1務(wù)改系統(tǒng)參 數(shù)的選擇使得任何一個進(jìn)入近場相互作用系統(tǒng)中時發(fā)生。換句話說， 在遠(yuǎn)場相互作用限制中，空間巻積將Rutherford波束方向圖看作 8-Dirac函數(shù)，而在近場相互作用限制中，其是如此看待的乘積或平方 律波束方向圖。
通過在下列公式上應(yīng)用空間積分，可以導(dǎo)出來自近場相互作用的
DW/NLS系統(tǒng)的一對行進(jìn)初級波時間壓力波形，用于次級波形的分析
信號(即多元)關(guān)系-或在SD/NLS系統(tǒng)的某些應(yīng)用的特定情況下的時
間小波
<formula>formula see original document page 40</formula>
使用導(dǎo)出近場相互作用DW/NLS系統(tǒng)情形的同樣積分集之一的 漸近形式，近場相互作用對應(yīng)部分為 在此剪切和粘貼公式
其中，延遲波時鐘在<formula>formula see original document page 40</formula>的時間操作，其中，Co為媒體 中的小信號聲速。通過A(z,/')和給出雙空間時間壓力波的分析 形式，其中*表示執(zhí)行復(fù)共軛運(yùn)算。合成聲吸收處于雙初級波和次級波 頻率的每一個，其中，在DW/NLS系統(tǒng)情形中，后一頻率也被稱為差 頻。數(shù)量S是初級波發(fā)射器面積以及源級(SL)引用徑向范圍r的特 定值，稱為參考距離r。，其中，r。通常取離初級波發(fā)射器的正面l米。 與用于DW/NLS系統(tǒng)的雙波的SL有關(guān)的峰值壓力級為Pi和p2。另外， 方位角為e以及仰角為①，其中，D，化化D瓶W和DR(e,iO分別是雙初級波 (遠(yuǎn)場相互作用)波束1和2以及(近場相互作用)Rutherford波束 的復(fù)振幅波束方向圖。還應(yīng)注意到，自然對數(shù)項由初始多個積分(在 空間積分集中)之一產(chǎn)生。其充當(dāng)應(yīng)用于用來近似在遠(yuǎn)場相互作用波 束方向圖巻積積分中出現(xiàn)的非常窄Rutherfoyd波束方向圖的8-Dirac 函數(shù)的加權(quán)系數(shù)。
最后，P是表示其中出現(xiàn)非線性聲的材料的非線性屬性的系數(shù)。 事實上，在沿整個傳播路徑前進(jìn)過程中，非線性相互作用可以非常有 序地出現(xiàn)，同時通過幾個級聯(lián)媒體。例如，這也可以伴有在通過主傳 播媒體過程中有序地出現(xiàn)非線性相互作用，然后通過外殼壁并進(jìn)入經(jīng) 受非侵入的遠(yuǎn)程檢測的隱藏材料中。在地震勘探應(yīng)用中，最后，這需 要穿過地球的外殼以便達(dá)到隱藏的烴。
很顯然，從材料屬性的觀點看，卩=1+(8/狄)是最重要的因素。
那是因為根據(jù)并項s-(P-P0)^, A和8/2!-8/2分別也是過量聲壓的冪
級數(shù)展開P、P — Po中的s和一項的系數(shù)。另外，A系數(shù)是體積模量的
p-p值(即，環(huán)境體積模量A-")以及p。是其中發(fā)生非線性相互作用
的材料的環(huán)境密度。通過綜合實驗(例如圖27) 了解到，A和B在分
開氣體、液體、固體以及可能的等離子體的材料屬性方面非常獨特。
就此而言，即使出現(xiàn)為s的C/3!系數(shù)的C系數(shù)以及更高階系數(shù)包含在
控制與子諧波集以及鐠線的通用諧波集的生成有關(guān)的非線性聲磁滯的
形式中，磁滯由媒體中的聲速的擴(kuò)展中的另外C/3!和其它高階項產(chǎn)生， 即c(p) = Co + co1 + (B/2A)[p'/(PoCo2)+其它項等等。
因此，在確定延時的母小波復(fù)制的非線性時標(biāo)失真過程中，應(yīng)當(dāng) 考慮C系數(shù)(作為主要高階系數(shù))。當(dāng)將連續(xù)小波變換復(fù)制相關(guān)積分 用作提取包括在材料特征庫中的材料屬性的分類的手段時，也應(yīng)當(dāng)采 用它。將最大似然數(shù)據(jù)匹配算法用作"低級，，分類器-即，陳述"特寫出 現(xiàn)的A、 B和C系數(shù)強(qiáng)烈地建議存在未知材料，是否應(yīng)當(dāng)擴(kuò)展材料特 征庫來包括它？"-也準(zhǔn)許考慮。
概述上文，以及如在下文特別所述，準(zhǔn)Ricker小波可以被容易 地時間(以及相反地頻率)定標(biāo)以便適合距離分辨率要求。定標(biāo)的任 何選擇不變地保持初級波頻率和Gauss-Rees波形下移率，其中，最有 利的將近5: 1的值導(dǎo)致可接受的轉(zhuǎn)換效率。更高值降低轉(zhuǎn)換效率。然 而，當(dāng)處理超寬帶次級小波時，通過避免會導(dǎo)致初級波形的低頻帶分 量和次級小波的高頻帶分量之間的頻鐠重疊^太低值，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)使用。
所有這些非常期望的小波重復(fù)性、方向性和超寬帶成像能力，加上通
過同樣地將連續(xù)小波變換分析應(yīng)用于彈性散射數(shù)據(jù)和將頻鐠分析應(yīng)用 于非彈性散射數(shù)據(jù)而用于材料辨別的潛能，在此全面地集合在一起。
基于在上述兩個公式中表示的用于近場和遠(yuǎn)場相互作用的分析
形式，復(fù)次級小波(當(dāng)被調(diào)整以表示由SD/NLS系統(tǒng)導(dǎo)出時)分別與 3^(X't')l2/a^和32l(p(X't')l2/改成比例。下面簽名的forest注意到，如果
cp(x.t')是其行進(jìn)波形是調(diào)制連續(xù)波(cw)載波的高斯包絡(luò)的初級波，
如由表達(dá)式exp [-(af)21 exp (i 0)0t')所給出的，4近場相互作用產(chǎn)生的次
級波將與反墨西哥帽小波F，(t)成比例，反墨西哥帽小波具有形式 FWM^n-(^^xp《at)2/2。換句話說，只要近場相互作用應(yīng)用，調(diào)
制CW栽波的高斯形包絡(luò)將提供具有所需的準(zhǔn)Rkker小波形式的次 級小波。
Gauss-Rees初級波形的形式(完全包括非選通Gauss-Rees函數(shù) 和實現(xiàn)此的選通函數(shù)的乘積)具有包含由乘法公式 g(0 = {l-(2a/')exp([1-(2a,')2〗/2H"2exp(/叫0給出的包絡(luò)和載波的^亍進(jìn)波形。 存在由選通函數(shù)g(t，)和Gauss-Rees波形的非選通形式之間的乘法動 作的時間偏微分產(chǎn)生的一些可忽略的弱分量。然而，由媒體中的遠(yuǎn)場 相互作用導(dǎo)致的并最終應(yīng)用于該復(fù)Gauss-Rees波形的模量的平方的 時間偏導(dǎo)數(shù)導(dǎo)致與組合項F(0 = [g2(0eXp(i/2)}/(2")]成比例的主要波形分 量。其中，F(xiàn)(t)是所需的反墨西哥帽小波。這表示，次級小波也具有 受歡迎的準(zhǔn)Rkker小波屬性。
在該公式中，g(t，)是適當(dāng)?shù)拿}沖選通函數(shù)-諸如百函數(shù)，在每一時 刻具有其時間導(dǎo)數(shù)，包括漸近士oo,提供具有有限"緊密支持，，區(qū)的次級 小波，再現(xiàn)有限小波能量而不是具有遠(yuǎn)長于所需的恢復(fù)載波。不應(yīng)當(dāng) 如此短以致過早截斷Gauss-Rees初級波形，時間旁瓣"脈動"在由遠(yuǎn)場 SD/NLS系統(tǒng)使用這種脈沖選通Gauss-Rees初級波形的動作作為次級 小波生成的所需準(zhǔn)Ricker小波中變得盛行。還具有應(yīng)當(dāng)被調(diào)整以避免
連續(xù)性的上升和下降沿截錐形。、'' " ' 、
迄今為止，已經(jīng)論述了使用有關(guān)單聲音發(fā)射器。由于各種原因，
考慮延遲形成遠(yuǎn)場相互作用Gauss-Rees初級波形，同時還增加聲壓力 級(SPL)以便達(dá)到和超出臨界激震級的方法。將注意到，因為多發(fā) 射器陣列比單發(fā)射器大大地增加發(fā)射機(jī)孔徑面積，發(fā)生近場/遠(yuǎn)場 Rayleigh轉(zhuǎn)變的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出單發(fā)射器。由于臨界激震級隨媒體吸收 系數(shù)乘以在初級波形頻鐠的中心頻率估算的Rayleigh范圍的乘積而增 加，臨界激震級相應(yīng)增加。另外，使用多發(fā)射器提供了開發(fā)滿足或超 出該增加的臨界激震級的初級波形源級的必要方法。
探尋實現(xiàn)此同時適應(yīng)去巻積振幅/相位頻鐠加權(quán)的方法-作為無反 振幅分量的時間反轉(zhuǎn)方法的等效，將類似應(yīng)用在所發(fā)射的Gauss-Rees 初級波形的整個寬頻帶上的相位共軛技術(shù)。這將需要合并以便實現(xiàn)最 小阻抗不匹配/多徑反射損耗用于改進(jìn)的邊界穿透目的。實現(xiàn)此的有效 方法是，將寬頻帶Gauss-Rees初級波形分段成足夠多個窄帶頻率區(qū)。 用這種方式，與同時和明顯減小阻擋層穿透損耗兼容，可以獲得更高 初級波形源級。結(jié)合這兩種方法便于在容器內(nèi)獲得足夠大的 Gauss-Rees初級波，以便允許將包含在其中的材料有效地驅(qū)動成它們 各自的非線性狀態(tài)。
這樣做以便可以通過第一交叉范圍掃描唯一地檢測到由于局部 材料屬性的準(zhǔn)Ricker次級小波的失真，然后i應(yīng)用相關(guān)處理來揭示該 失真。在每一個三維"圖像象素，，內(nèi)，通過適當(dāng)對準(zhǔn)準(zhǔn)Ricker小波的距 離選通的、非線性時間定標(biāo)的復(fù)制以便提取該材料的B/A比，來實現(xiàn) 這種材料屬性"圖像掃描"跟隨相關(guān)處理。在每一波束掃描的橫向水平 和垂直維數(shù)以及距離選通的縱向維數(shù)中發(fā)生該動作。用這種方式，經(jīng) 小波分析可以探詢該"圖像"的每一探針體積"像素"。
一旦收到這種信號的表示，可以將自適應(yīng)去巻積應(yīng)用于反向散射 或透射的超寬頻帶準(zhǔn)Ricker次級小波。關(guān)于所發(fā)射的Gauss-Rees初 級波形，與來自地下地層的地震多徑反射類似，通過以z平面濾波器 的形式來表示阻抗不匹配多徑，確定去巻積濾波器的形式。然后倒轉(zhuǎn) 該濾波器，使得分子中的z平面零點變?yōu)榉帜钢械臉O點，以及對于原 始分母中的極點反之亦然。在地震應(yīng)用中，申該過程中的奇點引起的
不適當(dāng)行為由最小均方近似來處理，或使用Wiener濾波器模型作為 估計去巻積核的方法。然而，與處理在Hilbert變換中出現(xiàn)的奇點類 似的方法似乎提供優(yōu)選方法。任一方法，5KHz超寬帶次級小波或以 寬頻帶Gauss-Rees初級波發(fā)射波形為中心的25KHz左右載波，將以 類似方式導(dǎo)出去巻積反濾波器響應(yīng)，同時在后一情況下，還應(yīng)用于整 個發(fā)射機(jī)頻帶。
將整個發(fā)射機(jī)頻帶細(xì)分成相對窄的頻帶集允許將Gauss-Rees波 形等效細(xì)分成同樣多個頻率和相位鎖定的脈沖拉伸子波形。該技術(shù)被 命名為合成頻譜方法。通過以相對稀疏的非周期分布的方式構(gòu)成的一 維或二維發(fā)射器陣列中的相應(yīng)發(fā)射器，單獨地發(fā)射每一子波形(見圖 14)，同時還安排子波形的頻譜的非連續(xù)分布以避免相互干擾。
在確定該陣列孔徑的Rayleigh近場/遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)變出現(xiàn)在主響應(yīng)軸上 的何處之后，將應(yīng)用延時以便使子波形集彼此集中在適當(dāng)?shù)慕裹c上。 該焦點將處于位于該多發(fā)射器陣列的近場內(nèi)約一半的相對長的"遠(yuǎn)離" 距離。經(jīng)由該空間擴(kuò)展的陣列孔徑的更大面積，相對于單個發(fā)射器， 將顯著地擴(kuò)展該近場。
在該焦點處，頻率和相位鎖定的脈沖拉伸子波形的相干加法導(dǎo)致 脈沖折疊，以便恢復(fù)Gauss-Rees初級波形的高度放大形式。該焦點將 被充分地選擇在Rayldgh區(qū)域內(nèi)，以便使其周圍的焦點區(qū)適當(dāng)?shù)鼐o密 但充分遠(yuǎn)離發(fā)射器陣列面，以便最小化附近壓力"熱點"。用這種方式， 通過當(dāng)從焦點區(qū)分別經(jīng)過空中或任何其它材料向外傳播時開始經(jīng)受遠(yuǎn) 場相互作用之前，為該虛擬主聲源提供足夠大的"遠(yuǎn)離，，距離，能在空 間上占先所述初級波聲輻射。
因此，在自解調(diào)開始時，遠(yuǎn)場非線性相互作用區(qū)將相當(dāng)?shù)厣煜虮?br> 遠(yuǎn)程檢測的任何容器。根據(jù)去巻積，通過將可以包含非線性延時校正
的限制到在每個窄頻帶區(qū)上應(yīng)用的恒定相位校正，將易于在整個寬頻
帶上調(diào)節(jié)反濾波器的振幅/相位響應(yīng)。用來聚焦該多發(fā)射器的合成頻譜 陣列的恒定時延將通過將相應(yīng)的相對時延應(yīng)用于這些子波形通道的每
一個來實現(xiàn)此。用這種方法，合成頻譜驅(qū)動的多發(fā)射器陣列和用于其
發(fā)射的Gauss-Rees初級波形的去巻積反濾波被結(jié)合到該發(fā)射機(jī)-發(fā)射 器模塊陣列中。其中，將應(yīng)用自適應(yīng)反饋環(huán)來調(diào)整去巻積參數(shù)，以便
最小化由于在由金屬或其它材料組成的阻擋層中殘留的相當(dāng)少量的切 變波損耗和壓縮波少量損耗而對這些的阻擋層穿透(即感應(yīng)的阻抗不 匹配/多徑)損耗。在該上下文中，重要的是注意到，超寬帶(UWB) 雷達(dá)不穿透金屬阻擋層。
用這種方法，如果需要，可以驅(qū)動初級波形源級超出臨界激震級 進(jìn)入所謂的準(zhǔn)飽和。由主壓力波形的分析形^的絕對值的第一時間導(dǎo) 數(shù)，來控制所述準(zhǔn)飽和區(qū)中的遠(yuǎn)場有限自解*。這與先前所示的可應(yīng) 用達(dá)臨界激震級的絕對值平方相反。因此，能通過相應(yīng)地修改 Gauss-Rees波形而考慮該差值。還注意到， 一旦超出臨界激震級，對 于初級波形源級中的每10dB增加，轉(zhuǎn)換效率不再繼續(xù)上升10dB。即， 在達(dá)到臨界激震級之前的區(qū)域中，初級波形源級每增加10dB，次級小 波源級增加20dB。而是一旦在臨界激震級以上，對于初級波形源級的 另一10dB增加，轉(zhuǎn)換效率保持恒定-即，對于初級波形源級的每10dB 增加，次級小波源級增加10dB。
該動作繼續(xù)發(fā)生直到超過該準(zhǔn)飽和范圍進(jìn)入完全飽和范圍之后， 該恒定轉(zhuǎn)變效率突然發(fā)生急劇下降。存在由必須修改Gauss-Rees波形 來保持準(zhǔn)Ricker次級小波的形成引入的另外的復(fù)雜情況。當(dāng)然，在實 施例中，最好提取初級波源級的另一另外的10dB，因此，次級源級的 另一 10dB-超出由多發(fā)射器陣列擴(kuò)展的臨界激震級所限制的。然而， 在特定應(yīng)用環(huán)境下，這種系統(tǒng)折衷被認(rèn)為不值得。
將應(yīng)用小波分析的特殊形式來掃描以便"匹配，，獨特材料屬性。這 通過非線性時標(biāo)失真準(zhǔn)Ricker小波來表示材料非線性B/A比以及甚至 下 一 高階C/A比，以及查找由此非線性時標(biāo)的小波復(fù)制相關(guān)積分的峰 值來表示正探詢的特定小探針體積"像素"的最佳"匹配"來實現(xiàn)。用這 種方法，不僅將揭示容器的內(nèi)容的形態(tài)，而且同時，將揭開駐留在每 個遞增探針體積"像素"中的獨特材料屬性。
通過采用Mellin變換小波等效，能修改這種小波信號處理的形
式，以便產(chǎn)生用于揭示聲Ramam分子散射特征的恒定"Q，，頻鐠學(xué)。 聲Raman分子散射應(yīng)當(dāng)通過大約小于1萬億分之一的靈敏度來揭示 微量元素的存在(諸如炭疽孢子等等)，使得為收集和分析目的，使 用質(zhì)鐠分析法和離子遷移率估計的非遠(yuǎn)程檢測成為可能。另外，聲 Raman分子散射可以用在"泛光燈，，中，代替"探照燈，，模式來確定容器 中沒有任何東西與任何不期望的要素相"匹配"。在利用準(zhǔn)Ricker小波 次級波用于激勵的過程中，所建議的聲Raman分子散射信號處理的 形式有些類似于采用與"緩慢掃描CW"激勵相反的"脈沖"激勵的核磁 共振(NMR)分析技術(shù)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到示例說明一些實施例的圖。圖l表示概念上的初級波(高 斯)頻鐠。具有圖1所示能鐠和頻率的該載波用于近場SD/NLS系統(tǒng) 以便產(chǎn)生次級小波的圖2頻i普。
圖2是具有自解調(diào)的基帶能譜的次級小波的頻譜。另外，圖2中 的次級小波的頻謙具有準(zhǔn)Ricker小波，或同義地，反墨西哥帽母小波 的相應(yīng)時間形式。通常，這種近場相互作用SD/NLS系統(tǒng)被限制到非 常高的頻率、短程操作。如此，其具有非常有限的使用范圍。
圖3示例說明Ricker小波的時間小波形狀，對應(yīng)于反余弦波周 期的正負(fù)四分之三。
圖4表示近場相互作用SD/NLS系統(tǒng)的時間高斯波形包絡(luò)。
圖5表示在應(yīng)用第二時間偏導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用之后產(chǎn)生的準(zhǔn)Ricker小 波。圖6表示具有重疊的氣槍特征的高斯波形(準(zhǔn)Ricker小波)的二 階導(dǎo)數(shù)。在應(yīng)用高斯包絡(luò)的單時間偏微分法之后，存在該中間小波形 狀。
圖3所示的Ricker小波的時間平均值不為零，而當(dāng)用來避免違 反流體靜壓力屬性時，圖6所示的準(zhǔn)Ricker小波具有零時間平均值。
圖6是與在圖6中虛線表示的典型氣槍特征對照的準(zhǔn)Ricker小 波的時間平滑度。
圖7表示當(dāng)使用遠(yuǎn)場相互作用SD/NLS系統(tǒng)時，當(dāng)兩個時間偏導(dǎo) 數(shù)之一不存在時，在產(chǎn)生圖6所示的準(zhǔn)Ricker小波過程中使用的載波
具有的Gauss-Rees初級波的選通形式。
由圖4所示的高斯包絡(luò)調(diào)制的雙極載波可以與當(dāng)利用遠(yuǎn)場而不是 近場相互作用SD/NLS系統(tǒng)時使用的圖6的栽波具有的高斯初級波進(jìn) 行對比。
圖8表示Ricker小波的能鐠，更具體地說，示例說明接觸基帶 (一側(cè))。在圖8中，應(yīng)當(dāng)注意頻鐠的旁瓣以及存在表示非零時間平 均值的DC分量。
圖9表示用來生成準(zhǔn)Ricker小波的載波具有的波形的能鐠。更 具體地說，圖9表示用于通過遠(yuǎn)場相互作用SD/NLS系統(tǒng)來形成準(zhǔn) Ricker小波的Gauss-Rees波形的( 一側(cè))能鐠。順便注意，圖9還 表示盡管恢復(fù)注定的CW載波，如何避免高級調(diào)制。應(yīng)用受控脈沖生 成(CIG)技術(shù)，將不揭示對該偏移包絡(luò)分量和隨之發(fā)生的選通的需 要，以及不提供繼續(xù)進(jìn)行的線索。主要將傳統(tǒng)(線性，不是非線性) 聲納波形校正記在心里，而不是遠(yuǎn)場相互作用SD/NLS系統(tǒng)方法，來 設(shè)計CIG。沒有圖7所示的調(diào)制包絡(luò)的DC偏移，高級調(diào)制將會破壞 Gauss-Rees波形的完整性，以及選通CW載波分量的另外需要將不會 變得顯而易見。這是因為在這種情況下，包絡(luò)調(diào)制將分別交叉在相反 的負(fù)和正方向上。這種高級調(diào)制將產(chǎn)生填充所需波谷區(qū)的寄生載波突 發(fā)。Gauss-Rees初級波形校正這種高級調(diào)制，否則會引起任何遠(yuǎn)場相 互作用SD/NLS系統(tǒng)中不能維持的邊帶"斑點，，以及最終不能接受的準(zhǔn) Ricker小波失真。
圖10表示具有通過虛線疊加的氣槍能鐠的準(zhǔn)Ricker小波的能 鐠。圖10還表示準(zhǔn)Ricker小波的平滑(一邊)頻語。小波頻i脊及其 相應(yīng)的時間小波均為高度可重復(fù)，而氣槍海上地震能源鐠由于次級氣 泡脈沖而具有不期望的脈動。這與圖10所示的準(zhǔn)Ricker小波能鐠對 比示出。盡管未示出，多尖端電火花器海上地震能源將顯示出甚至更 不規(guī)則的能鐠。如果期望產(chǎn)生清楚的地震多通道數(shù)據(jù)堆?；?qū)㈩li普分 析用于判別材料特殊的附加頻鐠分量(在非彈性散射形式隱藏材料內(nèi) 的非線性相互作用或由非彈性散射形式隱藏材料引起)，清楚的次級
小波能i脊很重要。
圖ll表示預(yù)失真的(即一階導(dǎo)數(shù))高斯波形加上DC偏移，即， 未選通的Gauss-Rees初級波形。梯形選通函數(shù)的平滑截錐形形式如圖 12所示。圖11和12中的兩個函數(shù)的乘法合成如圖13所示。用這種 方法，圖13還用來論證沒有選通，將沒有可辨別的緊密支持區(qū)來確保 通過遠(yuǎn)場相互作用SD/NLS系統(tǒng)形成的準(zhǔn)Ricker小波中的有限能量。 沒有選通，在緊密支持的所需次級小波區(qū)外的區(qū)域中，初級波能量將 被浪費(fèi)。在圖13中，應(yīng)當(dāng)注意DC偏移的作用。
圖14表示準(zhǔn)Ricker小波和Ricker小波的時間波形。圖15表示 準(zhǔn)Ricker小波和Ricker小波的能i普。圖14和15用來示例說明地震 能源情形。圖14表示比較的時間量化Rickef和準(zhǔn)Ricker波形(分別 用虛線和實線表示)。示出了緊密支持持續(xù)23毫秒的小波區(qū)。Ricker 小波的一對零交叉比設(shè)置為8.33亳秒的準(zhǔn)Ricker小波的一對零交叉 更接近(即7.67毫秒)。根據(jù)圖15所示的(兩側(cè))能鐠密度特性， 該結(jié)果變得清楚。將這些小波設(shè)計成具有對地球的隱蔽地層的深地震 穿透有利的峰值在54Hz的能鐠密度。同樣地，應(yīng)注意到，Ricker小 波具有DC分量-其不適合于由在海上地震勘探中面臨的流體靜壓力支 持-而準(zhǔn)Ricker小波不具有DC分量，因為它具有零時間平均值。
圖16表示非選通的發(fā)射Gauss-Rees初級波形，與表示解調(diào)的源 級波形的圖17相比，即，由遠(yuǎn)場相互作用SD/NLS系統(tǒng)形成的次級小 波。所示的轉(zhuǎn)換效率為約17.5dB,其比將由等效的遠(yuǎn)場相互作用 DW/NLS系統(tǒng)使用同樣的非線性參數(shù)生成的更有效約6dB。注意，通 過非線性/參數(shù)聲納(a)媒體的非線性傳播特征引起高頻、高源級 波形將其本身解調(diào)成低頻波形；以及(b)解調(diào)的波形與發(fā)射的波形 包絡(luò)的一階導(dǎo)數(shù)成比例。
圖18表示對應(yīng)于如圖16-17所示的時間次級小波的解調(diào)的源級 波形。該準(zhǔn)Ricker小波被模擬為由非選通的Gauss-Rees初級波形產(chǎn) 生。圖19表示解調(diào)的波形的電壓鐠，表示該準(zhǔn)Ricker小波的模擬(一 側(cè))能鐠。與先前所述的54Hz海上地震能源一致地設(shè)置適合于該遠(yuǎn)
場相互作用SD/NLS系統(tǒng)生成的準(zhǔn)Ricker小j皮的等式中的a參數(shù)。 圖20是發(fā)射的參量聲納波形。
圖21是解調(diào)的源級波形。圖20-21可與圖16-17相比，除了通過 激勵示例說明了在平滑梯形選通脈沖的首次嘗試。如可以從圖20-21 中的時間初級波形/次級小波比較發(fā)現(xiàn)的，選通脈沖具有太短的平頂以 及太快的上升和下降時間而不能避免前和后次級小波脈動，即使該設(shè) 計將是非常能源高效。
圖22重復(fù)如在圖20-21比較中所看到的(相同，有點失真)時 間次級小波。這樣做以便在圖23 (解調(diào)源級凌形)中表示時間次級小 波失真對相應(yīng)(一側(cè))能鐠的影響。很顯然，與該選通脈沖的粗切削 設(shè)計有關(guān)的頻鐠脈動將削弱任何詳細(xì)的頻鐠分析。能強(qiáng)制設(shè)計精化以 便將這些頻鐠脈動降低到頻鐠分析可接受的水平以下。
注意力轉(zhuǎn)向到經(jīng)由修改a參數(shù)來定標(biāo)次級小波及其能譜。圖24 表示相對于迄今用于初級波形與次級小波論證目的的其較長持續(xù)時間 對應(yīng)部分，按2: 1定標(biāo)的Gauss-Rees初級波形。為實現(xiàn)此，按2: 1 增加3參數(shù)。
圖25表示解調(diào)的源級波形，以及圖26表示解調(diào)波形的電壓鐠。 更具體地說，圖25表示由圖24所示的Gauss-Rees初級波形生成的相 應(yīng)次級小波。將注意到，如所預(yù)期的，按2: 1因子縮短最終的準(zhǔn)Ricker 小波。圖26表示相應(yīng)的(一側(cè))能鐠按2: l拉伸以及其峰值從先前 的54Hz上移到108Hz。
為實踐起見，現(xiàn)在詳述由遠(yuǎn)場相互作用SD/NLS系統(tǒng)生成的 Gauss-Rees波形和準(zhǔn)Ricker小波的初級波,/次級小波特性和屬性。 上文模擬的重點當(dāng)其與穿透有關(guān)時，突出效沐，以及當(dāng)其應(yīng)用于成像 時，突出分辨率。然而，期望經(jīng)由非線性材料屬性和磁滯以及非彈性 散射的影響的頻鐠分析來獲得材料屬性，產(chǎn)生有關(guān)B/A參數(shù)定量特征 對于各種氣體、液體和固體有多獨特的問題。圖27試圖通過表示用于 示例性氣體、液體和固體的典型B/A參數(shù)比，由此基于它們的非線性 聲B/A參數(shù)比來分開和識別各種隱蔽材料的潛力來解決該問題。
通過應(yīng)用小波復(fù)制-相關(guān)處理器來分析B/A參數(shù)比信息，該處理 器與頻鐠分析儀等效?？梢曰趨R編大的分類混亂矩陣來完成類別的 完全分開。作為實際的替代方案，能監(jiān)視和執(zhí)行識別具有這些特性之 一的材料的存在。用這種方式，試驗將主要陳述即使未識別出所存在 的，存在非常高的可能性不存在違禁材料或關(guān)心的材料。相反的任何 表示將啟動違禁物體或材料的更細(xì)粒度搜索。
也能以類似方式使用的另一非線性聲相互作用包含使用與光 Raman散射類似的聲Raman分子散射。在非侵入遠(yuǎn)程檢測的上下文 中，執(zhí)行類似于由核磁共振(MRI)頻鐠成像執(zhí)行的非線性聲脈沖探 詢。
關(guān)于光Raman (即非彈性)散射，期望聲Raman分子散射以在 原始探詢信號鐠中不存在的頻率產(chǎn)生頻率(下移)Stokesian線。這是 由于能量被吸收到由非彈性散射引起的能量狀態(tài)變化中。同樣地，(頻 率上移)反stokesian線也將出現(xiàn)。這是由于能量被由激勵材料中的分 子的非彈性散射碰撞所引起的能量狀態(tài)變化放棄。這些線將出現(xiàn)在來 自被探詢的材料中的分子的非頻移Rayleigh或Mie彈性散射的周圍。
光Raman散射產(chǎn)生在Rayleigh或Mie散射基值之下通常分別為 30dB至40dB左右的stokesian和反stokesian線。類似地，聲Raman 分子散射可以被認(rèn)為對于其stokesian或反stokesian線具有類似的相 當(dāng)級，或通過先前的無太間接實驗的適當(dāng)擴(kuò)展，可以揭示有點不同甚 至可能更強(qiáng)的線。再次通過光Raman散射的模擬，來自非彈性聲子 碰撞的這種聲發(fā)射很可能經(jīng)受各向同性散射。
因此，期望這些Raman散射聲子發(fā)射相對于來自遠(yuǎn)場相互作用 SD/NLS系統(tǒng)的彈性散射作用來說很弱，其中.,這些更強(qiáng)分量用于B/A 參數(shù)比統(tǒng)計測試。即使如此，因為stokesian和反stokesian線具有陡 的諧振峰值，當(dāng)經(jīng)受窄帶頻鐠學(xué)時，很容易從平滑的準(zhǔn)Ricker次級小 波頻鐠來區(qū)分它們。同樣地，由頻譜分析提供的信號處理增益相對于 與被探詢的材料內(nèi)的分子的熱攪動有關(guān)的寬帶噪聲，將有效地大大增 加stokesian和反stokesian線的信噪比(SNR)。
因此，實施例通過提供更好的外殼壁穿透來提供非侵入的遠(yuǎn)程檢 測，同時為成像目的，保持等效范圍和橫向分辨率。另外，實施例能 提供通過成像來識別被隱蔽的物體的形狀，以及通過非線性聲相互作
用和磁滯，以及通過來自被隱蔽的材料內(nèi)的聲Raman分子散射，來 識別其材料屬性。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖28，其提供代表性裝置的高級概述的示例。存在發(fā)射 機(jī)2，其提供波形10，波形10與媒體7相互作用，通過媒體7穿過容 器5到達(dá)物體4。由接收機(jī)6接收的波形14取決于它們被如何配置而 由散射、反向散射、前向散射的聲能產(chǎn)生。處理器8通過鏈路16上的 信號與發(fā)射機(jī)2通信，以及處理器8通過鏈路18上的信號與接收機(jī)6 通信。更具體地說，圖28示例說明了包括在下文中詳細(xì)描述的 Gauss-Rees波形調(diào)制器的發(fā)射機(jī)2。然而，通常根據(jù)是否通過阻擋層， 諸如容器壁5將物體隱藏于發(fā)射機(jī)2, Gauss-Rees波形調(diào)制器也可以 包含用于均衡由于阻擋層的前后面的阻抗不匹配的多徑反射的系統(tǒng)。 這種阻抗不匹配可以在穿過壁5過程中另外產(chǎn)生波形強(qiáng)度的顯著損 耗。另外，發(fā)射機(jī)2可以具有與單發(fā)射器匹配的數(shù)字交換功率放大器 阻抗。這作為有效地將電波形轉(zhuǎn)換成可被反饋控制的均衡失真的類似 聲壓Gauss-Rees波形的換能器裝置，從而在波形遇到傳播媒體后，提 高阻擋層穿透。
變化線12示例說明在處理彈性和非彈性散射過程中存在差異。 彈性碰撞沒有聲子能量的交換，而非彈性碰撞由于能量吸收而具有向 下頻移，以及由于輻射能量而具有向上頻移。分別地，彈性散射引起 Mie聲散射，而聲Raman分子散射是來自傳播媒體5的成分的非彈性 散射的形式，在遇到物體4后更是如此。
物體4可以或可以不被阻擋層，諸如容異壁5隱蔽。如果存在容 器壁5,則通過上述均衡的改進(jìn)將駐留在發(fā)射機(jī)2中。與物體4是否 還由容器阻擋層壁5隱蔽無關(guān)，物體4引起彈性和非彈性散射作為非 線性效應(yīng)的一部分。彈性散射的情形取決于物體的系統(tǒng)分辨率體積大 小屬性(即分別除以體積模量的一階和高階非線性系數(shù))。非彈性散
射的情形取決于其微量聲Raman分子散射屬性。
剩余聲初級波形10和物體失真的聲次級小波14均由物體1散射， 使其具有遞增體積和使它們具有物體4的聲Raman分子散射特征。
這些通過反向散射路徑、傾斜散射路徑、前向散射路徑在接收機(jī) 6處被接收。最好通過使用多個接收機(jī)(如下另一實施例所述，但通 常通過與接收機(jī)6類似的每個接收機(jī))，除了判別物體4的材料屬性 外，還可以重構(gòu)物體的三維形狀的斷層分析圖像。
接收機(jī)6可以包括超寬帶麥克風(fēng)，諸如商業(yè)上可獲得的 Earthworks麥克風(fēng)型號弁s/n 9837A，其能充當(dāng)將剩余載波具有的 Gauss-Rees初級波形和超寬帶聲次級小波轉(zhuǎn)換成它們的電對應(yīng)部分 的換能器。
接收機(jī)6還可以包括用于通過通常集成在該商業(yè)可獲得的麥克風(fēng) 中的前置放大器來放大低噪聲中的強(qiáng)度的裝置。如果阻擋層壁5隱蔽 物體4,那么接收機(jī)6可以具有改進(jìn)聲次級小波的一次通過的自適應(yīng) 均衡器。同樣地，當(dāng)剩余聲初級波形必須進(jìn)行二次通過同一阻擋層而 向接收機(jī)6返回波14時，其還必須通過自適應(yīng)均衡來減緩。即，在發(fā) 射機(jī)2的均衡處理中應(yīng)當(dāng)考慮壁5的影響。另外，接收機(jī)6可以具有 被包括為接收機(jī)6的信號預(yù)調(diào)功能的自動、手動、預(yù)編程和時間變化 的增益控制、預(yù)變白濾波和噪聲歸一化。
鏈路18連接接收機(jī)6以便將其預(yù)調(diào)信號以數(shù)字格式發(fā)送到處理 器8，同時還在相同的鏈路18上發(fā)送回各種增益控制，如下詳細(xì)所述。
處理器8為對象成像目的，負(fù)責(zé)將距離選通應(yīng)用于徑向維數(shù)并同 步橫向維數(shù)的"探照燈"掃描(其是在"泛光燈"非掃描聲Raman分子 非彈性散射情形中不特別需要的功能)。
處理器8還使用按照權(quán)利要求3， 4， 5， 6的從傳播介質(zhì)的區(qū)域 特性導(dǎo)出的標(biāo)準(zhǔn)化小波作為被故意失真以表示在遞增體積材料屬性庫 中存儲的各種材料的屬性B/A， C/A，...的,響的母小波，來執(zhí)行連 續(xù)小波變換(CWT， continuous wavelet transform)信號處理。處 理器8還執(zhí)行被稱為Mellin變換的CWT信號處理的緊密相關(guān)以便提
取聲Raman分子散射特征，用于與微量元素庫進(jìn)行比較。其中，判 定邏輯也集成在框8中以便產(chǎn)生物體存在和物體不存在的判定。
鏈路16是在處理器8和發(fā)射機(jī)2之間提供的雙向鏈路，以便于 通過處理器8的徑向選通，同步和控制標(biāo)志時間記錄酉脈沖選通為發(fā) 射機(jī)2的Gauss-Rees電初級波形調(diào)制器動作.,的一部分。與當(dāng)尋找不存 在的物體時不掃描相反，當(dāng)判定邏輯尋找存在的物體時，連同橫向掃 描的同步一起用于彈性和非彈性散射。
圖29提供用于發(fā)射機(jī)2、接收機(jī)6和物體4的一些代表性方向。 發(fā)射機(jī)2和接收機(jī)6也能位于用于支撐兩者的裝置中，或能在用于支 持一個或另一個的裝置中，在指定應(yīng)用的具體情況下優(yōu)選。裝置實際 上可以是設(shè)計成提供這種目的或功能的任何裝置或機(jī)構(gòu)。方向基本上 可以是垂直或水平的，或來自在諸如用來防止海港進(jìn)口危險或非法物 體4的浮標(biāo)、同樣用于監(jiān)視公路的收費(fèi)站、或用于行人的過道、調(diào)車 廠，以及甚至戰(zhàn)場的不同應(yīng)用中的裝置。類似，裝置能安裝在氣墊船 中、微型化為手持裝置，比方用于機(jī)場安全，安裝在飛機(jī)、無人駕駛 飛機(jī)或機(jī)器人等等中。注意在圖29中，通過多外的xyz軸來示出各種 方向。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖30，初級聲波形調(diào)制器20用MATLAB編碼的軟件 生成Gauss-Rees算法的包絡(luò)部分。該軟件嵌入還控制整個系統(tǒng)的其它 功能的主機(jī)中，諸如經(jīng)由鏈路16饋入初級聲波形調(diào)制器20的同步和 掃描/非掃描控制器。初級聲波形調(diào)制器20提供驅(qū)動放大器24的正弦 載波調(diào)制輸出，如下文更詳細(xì)所述。
初級波形自適應(yīng)均衡器22實現(xiàn)穿透阻擋層5時所呈現(xiàn)的初級聲 波形損耗的自適應(yīng)最小化。均衡器22通過在16b輸入的反饋誤差信號 而自適應(yīng)調(diào)整其系數(shù)的多徑濾波器的采樣數(shù)據(jù)z平面形式的反數(shù)字濾 波器z平面形式的中和動作來實現(xiàn)此操作。執(zhí)行此以便抵消由也可以 是封裝物體4的容器壁的(可能為金屬)阻,層的前后接口的阻抗不 匹配引起的反射的z平面表示。 '
如由均衡器22所驅(qū)動，放大器24是標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)可獲得的大線性動
態(tài)范圍數(shù)字交換放大器，諸如National Instruments型號弁L-2。這將 提供足夠的功率放大，同時保持線性度足夠精確以便注意防止內(nèi)部非 線性失真與由電聲壓換能器發(fā)射到或通過傳播介質(zhì)7后發(fā)生的非線性 失真竟?fàn)帯?br> 來自放大器24的輸出驅(qū)動高源級(SL)'發(fā)射器26。能為最終的 非線性初級波形到次級小波的轉(zhuǎn)換效率，從可獲得的商業(yè)廠商尋找發(fā) 射器26。發(fā)射器26可以是至少15分貝，超過由參考在一米距離處一 個微Pa的149分貝給出的峰值SL,如由在次級聲小波、定標(biāo)的SL 單發(fā)射器原理論證中使用的商業(yè)可獲得AIRMAR AR-30柔性盤發(fā)射 器表示的。
圖31表示更詳細(xì)地示例說明處理器8，其包括信號處理器，信號 處理器具有能通過強(qiáng)彈性和例如約25至30dB的更弱非彈性散射，來 做出有關(guān)成像形狀和材料屬性的判斷的邏輯。當(dāng)存在物體4時，彈性 和非彈性散射共同發(fā)生。還能提供有關(guān)缺少圖像細(xì)節(jié)，以及當(dāng)?shù)拇_不 存在那種物體時不存在不期望物體4的材料屬性的判斷。
處理器8還能提供能用在至少一個，最奸是兩個反饋環(huán)中的自適 應(yīng)誤差信號以便控制自適應(yīng)均衡。自適應(yīng)均衡可以a)應(yīng)用于發(fā)射機(jī) 2 ，以便提高在發(fā)射期間穿過過程中以及在接收期間其剩余返回過程中 Gauss-Rees初級波形的阻擋層穿透，以及b)應(yīng)用于接收機(jī)6，以便 提高在接收期間返回的準(zhǔn)Ricker次級小波的阻擋層穿透。處理器8還 具有合成器和波形掃描/非掃描控制器30。
鏈路18a發(fā)送脈沖調(diào)制器命令信號，以便告知發(fā)射機(jī)2在每一徑 向周期期間以及在用來同時成像的每一"探照燈，，波束掃描周期期間何 時發(fā)射，同時采用來自每個圖像像素體積的彈性和非彈性散射來確定 物體的材料屬性。在使用"泛光燈"波束期間將不停用鏈路18a,以便 于同時采用非彈性散射來探詢整個容器，以便確定特定的不期望物體 4不存在。 ,
鏈路18b和18c分別將來自接收機(jī)6的數(shù)字信號傳送到B/A， C/A，...比連接小波變換信號處理器38。使用鏈路18b和鏈路18c,
使能聲Raman分子散射頻鐠處理器40。
鏈路52和60分別傳送數(shù)字控制信號以便影響波束掃描增量的徑 向選通和偏移。當(dāng)"探照燈模式，，用于彈性和非彈性散射以確定物體4 存在時，使用鏈路52和60。當(dāng)"泛光燈模式，，僅用于非彈性散射以確 定不期望的物體4不存在時，使用鏈路52來轉(zhuǎn)接。
信號處理器38執(zhí)行連續(xù)小波變換(CWT)分析，包含在通過鏈 路52和60影響的同步和控制下，使用復(fù)制相關(guān)積分來形成參數(shù)搜索。 該方法基于已被故意非線性失真以便反映B/A, C/A，...比材料非線 性失真系數(shù)的不同值的母小波的延時和定標(biāo)的時間形式，使得梯度或 任何其它搜索方法可以斷定B/A和C/A值在每一 3D體積像素和為鏈 路54傳送的數(shù)字結(jié)果內(nèi)。
同樣地，頻鐠處理器40執(zhí)行信號處理器中的Mellin變換分析， 包含探詢非彈性散射的聲Raman分子散射頻語。非彈性散射是由于 產(chǎn)生Raman頻率下移的聲子的材料吸收和產(chǎn)生聲非線性頻鐠特征的 聲子的5dB左右更弱材料輻射。該特征允許基于已知的Raman散射 庫特征的匹配的材料屬性判別。在頻鐠處理器40的信號處理內(nèi)接收和 處理的非彈性散射被從來自接收機(jī)6的鏈路；l8c導(dǎo)出的次級小波"脈 沖，，信號驅(qū)動，以及在鏈路58上傳送數(shù)字結(jié)泉。
鏈路46同步和控制在邏輯42的彈性和非彈性散射/圖像和材料 屬性判定邏輯中執(zhí)行的功能。
邏輯42做出最終判定用于在鏈路56上饋送顯示44。即，鏈路 54和56分別向邏輯42的彈性/非彈性散射圖像/材料屬性判定邏輯饋 送小體積B/A， C/A,…比彈性散射材料屬性特征匹配和頻鐠非彈性 材料屬性特征匹配，這些匹配是在尋找在由其徑向維數(shù)和兩個橫向"探 照燈波束"掃描的維數(shù)確定的任何體積像素內(nèi)存在的物體過程中獲得 的，以及當(dāng)無距離選通和掃描的非彈性散射"泛光燈波束，，探詢被用來 斷定不存在不期望的物體非彈性材料屬性特征時的情形。關(guān)于這一點， 作為另一實施例假定將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法用于邏輯42，以及U.S.專利號 No.5，634，087，名為"Rapidly Trainable Neural Tree Network", 1997
年5月27日發(fā)布，并指定為發(fā)明人Richard J.Mannmone等人在此引 入以供參考。
鏈路48用來同步和控制圖像形狀、在材料屬性搜索后存在的小 體積和微量物體4、以及不存在不期望材料屬性的微量物體的彩色監(jiān) 視器顯示44的功能。
顯示器44接收經(jīng)由鏈路56饋送到彩色監(jiān)視器顯示44中的由邏 輯42在鏈路48的同步和控制下做出的最終判定。其它輸出裝置也是 用于格式化對人的結(jié)果顯示，以及應(yīng)用符號來表示可能存在和不存在 不希望材料的適當(dāng)裝置。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖32，示例說明發(fā)射機(jī)2的另一實施例。實質(zhì)上，發(fā)射 機(jī)2的該變形具有適合于取代嵌入圖28的發(fā)射機(jī)2中的圖29的計算 機(jī)20的部件等等，被重新設(shè)計為圖32的發(fā)射機(jī)2B。圖32示例說明 多發(fā)射器陣列實施例。在該實施例中，由于在濾波器60中Gauss-Rees 初級波形被細(xì)分成多個連續(xù)但不重疊的頻率槽(frequency bin )，可 以基于每一頻率槽，應(yīng)用Gauss-Rees初級波形的發(fā)射機(jī)端自適應(yīng)均衡 作為反饋校正的振幅和相位調(diào)整。這些濾波器60對應(yīng)于用來使N個 發(fā)射器的發(fā)射機(jī)換能器陣列組裝在框68中的多個發(fā)射器。
鏈路59將Gauss-Rees初級波形的模擬波形變換-隱含地，在圖 32, 33和34中，這些是N多鏈路(例如在鏈路59中隱含59!至59N) -提供到連續(xù)模擬帶通濾波器組(BPF)，以及通過數(shù)字波形變換鏈路 59到帶通濾波器組60的數(shù)字實現(xiàn)是優(yōu)選替代方案。
更具體地說，BPF 60包括N組連續(xù)但不重疊的頻率BPF以便于 將Gauss-Rees初級波形細(xì)分成N個相干鎖相通道，作為用于驅(qū)動由N 個發(fā)射器組成的發(fā)射機(jī)換能器陣列的合成頻i普分解。該方法允許每個 發(fā)射器必須僅處理最終重構(gòu)的初級波的總Gauss-Rees聲能的1/N部 分。該細(xì)分的能量出現(xiàn)在被其相應(yīng)BPF"拉伸，，的脈沖中，以及相對于 如果未發(fā)生該脈沖"拉伸，，時將存在的，其持續(xù)時間增加以及峰值壓力 級減小。該方法由此使得增加每個單獨發(fā)射的細(xì)分Gauss-Rees聲初級 波形。這因此在聚焦重構(gòu)該發(fā)射機(jī)換能器陣列的Rayleigh近場/遠(yuǎn)場
轉(zhuǎn)變的近中場周圍的N個通道后，導(dǎo)致甚至更高的聲源級(接近甚至 超出期望的臨界激震源級)。注意，通過該陣列的面積除以初級波形 的波長，以一致單位給出所述距離。
鏈路61將N-BPF 60的"拉伸"脈沖數(shù)竽地耦合到相應(yīng)的N組振 幅和相位均衡器69中。因為在N頻率槽基礎(chǔ)上應(yīng)用均衡器69，存在 影響用于自適應(yīng)地提高阻擋層穿透的時域去巻積處理的頻域方法，否 則在單個基礎(chǔ)上應(yīng)用。例如，在單發(fā)射器方法的發(fā)射機(jī)2端和圖28 的接收機(jī)6端，存在接收機(jī)和與圖32的發(fā)射機(jī)2B共用的均衡器。
存在每一 N頻率槽自適應(yīng)振幅和相位均衡器單元62,以便提高 阻擋層5穿透。在每一個中，由其自己的頻域自適應(yīng)反饋環(huán)(每個包 含圖34的其自己的鏈路6^至69N)來驅(qū)動振幅和相位調(diào)整，其為使 用每一N頻率槽振幅和相位的細(xì)分方法。能使用該方法來代替通過去 巻積方法來覆蓋整個頻帶的單通道實現(xiàn)的自適應(yīng)反饋環(huán)中使用的N個 延時抽頭。作為替代，它在結(jié)合它們之前計算用于每個延時抽頭的復(fù) 數(shù)加權(quán)，并根據(jù)應(yīng)用于該總和的自適應(yīng)誤差標(biāo)準(zhǔn)來修改每個加權(quán)，以 便a)首先形成由于阻抗不匹配所引起的阻擋層前面和后面多次反射 的千擾響應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)z平面形式；然后b)還反轉(zhuǎn)該z平面濾波器 響應(yīng)(同時相應(yīng)地處理順序相關(guān)不適當(dāng)積分不連續(xù)性)以形成z平面 均衡響應(yīng)，以便以此方式并通過其頻域的N ik率槽分解，來抵消多次 反射對阻擋層穿透的影響。
通過鏈路63將數(shù)字N信號流(當(dāng)阻抗層5必須被穿透時，可能 在自適應(yīng)振幅和相位均衡單元62中被均衡校正)傳送到N組時延移 位寄存器64。
預(yù)先調(diào)整移位寄存器64，以便聚焦來自用來驅(qū)動時延記錄的濾波 器60 (可能通過N通道自適應(yīng)振幅和相位均衡單元62 )的N組合成 頻譜數(shù)字波形，以便在以位于"遠(yuǎn)離，，距離的焦點附近為中心的焦點區(qū) 域中發(fā)生聚焦的Gauss-Rees聲初級波形重構(gòu)，所述"遠(yuǎn)離，，距離近似處 于Rayleigh近場/遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)變區(qū)之間的中點。
通過鏈路65將時間記錄的數(shù)字N信號流傳送到N組數(shù)字交換功
率放大器66?？?6中的N數(shù)字交換功率放大器是多種單個數(shù)字交換 功率放大器24，實際上是圖29中的一組這種放大器24，但每個處理 由N組BPF 60形成的細(xì)分"拉伸"脈沖之一。
由鏈路67將功率放大的N數(shù)字信號傳送到N個發(fā)射器68的發(fā) 射換能器陣列中。發(fā)射換能器陣列具有N個發(fā)射器，每個與圖29的 單個發(fā)射器26類似。然而，在該實施例中，由于在N個發(fā)射器的合 成頻鐠聚焦陣列中隱含的相千加法的重構(gòu)動作，由于放大，對于源級 不太強(qiáng)調(diào)這些發(fā)射器29的每一個。這表示,'能使用更普通的發(fā)射器 29來實現(xiàn)與單個發(fā)射器相同的源級，但具有顯著的"遠(yuǎn)離，，距離能力的 優(yōu)點。而替代方案是使用現(xiàn)有的商業(yè)發(fā)射器來實現(xiàn)比迄今可能的高得 多的源級，即，超出臨界激震級擴(kuò)展到準(zhǔn)飽和區(qū)中的潛能。根據(jù)在出 現(xiàn)轉(zhuǎn)變效率的急劇下降之前該虛源級能擴(kuò)展到何種程度，例如，能提 取聲次級小波源級中的10dB增加。例如，可以通過平方Gauss-Rees 聲初級波形的包絡(luò)以補(bǔ)償從產(chǎn)生自解調(diào)聲次級小波的非線性影響的變 化，來進(jìn)行該提取，所述聲次級小波與準(zhǔn)飽和區(qū)中的初級波形的聲壓 變化的絕對值的時間導(dǎo)數(shù)成比例，與用于其非飽和對應(yīng)部分的當(dāng)前采 用的絕對值平方相反。即，當(dāng)聲初級波形源級等于或小于臨界激勵源 級時。
多個鏈路l(h至IOn分別與圖28的鏈路10類似，除了每個"拉伸" 脈沖的通常較低源級占先主要非線性相互作用，直到在焦點區(qū)70中重 構(gòu)Gauss-Rees初級波形為止。
焦點區(qū)70有效地充當(dāng)在離其原始陣列面相當(dāng)"遠(yuǎn)離，，距離(如結(jié) 合濾波器60和移位寄存器64所述)之前的非常強(qiáng)的虛聲能源。使用 焦點區(qū)70的實施例便于行進(jìn)波陣面上的更高源級Gauss-Rees聲初級 波形，所述行進(jìn)波陣面?zhèn)鞑ネㄟ^在焦點區(qū)附近出現(xiàn)的近場/遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)變， 所述焦點區(qū)的橫截面遠(yuǎn)小于N個發(fā)射器68的發(fā)射換能器陣列。
在焦點區(qū)70中形成的非常強(qiáng)的虛聲源級的前進(jìn)與參考沿圖28的 10和12傳播的聲波形所述的相同，除了能調(diào)整該非常強(qiáng)的虛源級以 便在準(zhǔn)飽和區(qū)中操作以外。在出現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率的急劇下降之前，該區(qū)域
擴(kuò)展超出在媒體中產(chǎn)生的非線性相互作用的臨界激震級差不多假定
10dB (如上連同有關(guān)轉(zhuǎn)換變換函數(shù)的相關(guān)改變的考慮，在發(fā)射器68 的上下文中所述)。
注意圖32具有圖33中所示的伴隨輔助結(jié)構(gòu)圖示。圖33示例說 明N個發(fā)射器68的發(fā)射機(jī)換能器陣列的Rayleigh近場/遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)變區(qū)。 圖33示例說明合成頻鐠聚焦的"熱點"或焦點區(qū)70先前實施例。該實 施例能結(jié)合如圖32中詳細(xì)所示的各自的功率放大器66等等，使用凹 (即拋物線)陣列發(fā)射器68。
如在給定的實施例中所期望的，可以尋找材料阻抗傳遞函數(shù)中的 諧振窗。 一旦找到，可以使用去巻積來加寬相應(yīng)傳遞函數(shù)的帶寬以便 適應(yīng)初級波形式。能考慮使用同態(tài)去巻積的實施例，其在未清楚地了 解諧振窗的情況下執(zhí)行其功能。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖34，示例說明了處理器8的信號處理部分的動作的另 外部分，圖31的邏輯42還具有通過徑向選通的位置和阻抗層5的存 在的邏輯導(dǎo)出特性的初步測量，這可以被用來批出如從在鏈路71上輸 出的剩余Gauss-Rees聲初級波形和在鏈路73上輸出的聲次級準(zhǔn) Ricker小波樣本接收的反射的所識別的阻抗層反射樣本。兩者均分別 是下列信號返回的合成在前一情況下，從阻擋層5的正面反射的與 從阻擋層5的背面反射的干擾；以及在后一情況下，在相反方向通過 阻抗層5。
為自適應(yīng)產(chǎn)生由與傳播媒體的正面和反面阻抗不匹配產(chǎn)生的多 徑反射的z平面有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器表示的目的，將阻擋層 反射的剩余Gauss-Rees聲初級波形的徑向選通和邏輯導(dǎo)出識別的樣 本傳送到濾波器72。在濾波器72，使鏈路71所提供的樣本通過一個 FIR濾波器，該FIR濾波器的未知系數(shù)經(jīng)受自適應(yīng)反饋環(huán)誤差信號， 該自適應(yīng)反饋環(huán)誤差信號是通過取數(shù)字存儲器中存儲的標(biāo)準(zhǔn) Gauss-Rees電初級波形之間的差而獲得的-如經(jīng)鏈路75傳送。FIR濾 波器輸出信號用來形成用作有關(guān)FIR濾波器系數(shù)的反饋控制的誤差信 號，其FIR濾波器系數(shù)經(jīng)鏈路16b輸送到圖29的均衡器22。執(zhí)行上
述操作以便創(chuàng)建反FIR濾波器(同時還使用與用來消除不適當(dāng)?shù)姆e分 調(diào)節(jié)類似的處理來處理奇點)并用來自適應(yīng)預(yù)抵消對在均衡器22處理 的Gauss-Rees電初級波形的期望的阻擋層5傳遞函數(shù)影響。通過鏈路 21來執(zhí)行傳送。在該自適應(yīng)預(yù)校正后通過鏈路23退出均衡器22后(如 圖29的均衡器22所示)。鏈路16b還進(jìn)入N多個頻率槽76，其中， 將z平面FIR濾波器響應(yīng)細(xì)分成圖32的N個頻率子帶匹配濾波器60。 通過鏈路69i至69N，傳送在N系數(shù)上變換的最終N(反)振幅和(共 軛)相位系數(shù)，并在圖32的均衡62中用作導(dǎo)出的振幅和相位均衡系 數(shù)(同時還使用與用來消除不適當(dāng)?shù)姆e分調(diào)節(jié)類似的處理，來處理奇 點)。該方法自適應(yīng)地預(yù)抵消在N多個發(fā)射器實施例中產(chǎn)生的阻擋層 5傳遞函數(shù)影響。
為自適應(yīng)產(chǎn)生由與傳播媒體的正面和￡面阻抗不匹配產(chǎn)生的多 徑反射的z平面有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器表示的目的，通過鏈路 73，將已經(jīng)通過阻擋層的準(zhǔn)Ricker聲次級小波的徑向選通和邏輯導(dǎo)出 的識別樣本傳送到FIR濾波器74。在FIR濾波器74中，使鏈路73 所提供的樣本通過FIR濾波器，該FIR濾波器的未知系數(shù)經(jīng)受自適應(yīng) 反饋環(huán)誤差信號，該自適應(yīng)反饋環(huán)誤差信號是通過取數(shù)字存儲器中存 儲的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)Ricker電次級小波之間的差值獲得的-如經(jīng)鏈路77傳送 的。FIR濾波器74輸出信號形成用作FIR濾波器系數(shù)的反饋控制的 誤差信號。經(jīng)鏈路18b，將FIR濾波器系數(shù)輸送到圖30的反均衡數(shù)字 濾波器32。
產(chǎn)生和應(yīng)用反FIR濾波器(同時還使用類似于用來消除不適當(dāng)?shù)?積分調(diào)節(jié)的處理，處理奇點)，以便經(jīng)鏈路31，自適應(yīng)抵消對于進(jìn)入 放大器32的電次級小波的期望的阻擋層傳遞函數(shù)影響，以及在該自適 應(yīng)校正之后，信號經(jīng)鏈路33退出放大器32，如圖30的放大器32所 示。
總之，根據(jù)上文，存在新發(fā)現(xiàn)的Gauss-Rees波形及其應(yīng)用。這 些應(yīng)用能完成并允許實現(xiàn)以前還沒有實現(xiàn)的，諸如探詢?nèi)萜髦械奈矬w， 而不會對人或動物造成輻射傷害風(fēng)險。用途擴(kuò)展到用于執(zhí)行應(yīng)用的機(jī)
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器、制造產(chǎn)品和及其制造使用方法。
在方法的情況下，簡單地看， 一個方面可以被看作用于識別物體 的方法，該物體實際上可以是任何物體，但物體的一個標(biāo)準(zhǔn)定義是形 成研究或科學(xué)主題的要素或構(gòu)成。代表性物體，決不是窮舉，包括武 器，諸如火器、刀、箱形刀架或其它武器、大規(guī)模的礦石、武器系統(tǒng)、 放射性物質(zhì)、爆炸或縱火或易燃成分、化學(xué)、生物材料、毒品-實際 上，法律禁止的任何物體。
在實施例中，諸如在此所述，物體可以差尺寸極小的，諸如分子、
元素或同位素，甚至在優(yōu)選的小于10，000分之一、小于1，000分之一、 小于100，000分之一、小于l百萬分之一、小于10百萬分之一、小于 100百萬分之一、小于10億分之一、小于100億分之一、小于100億
分之一，以及小于1萬億分之一的最佳范圍中，或物體可以是大規(guī)模， 諸如區(qū)分軍事目的與非軍事目的或區(qū)分導(dǎo)彈或火箭或炸彈和另一個，
或假定飛機(jī)。即，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的步驟包括將脈沖對準(zhǔn)在 容器中隱蔽的物體，例如，以一種方式或另一種隱藏該物體，例如從 固體中的同位素到行李中的武器。
這可以包括將脈沖對準(zhǔn)在行李中隱藏的物體、在貨物容器、機(jī)動 車(諸如包括卡車、汽車的機(jī)動車，除卡車和汽車外的機(jī)動牟、水艇、 飛機(jī)、導(dǎo)彈(或火箭或炸彈)中隱藏的物體,'以及在核反應(yīng)器中隱藏 的物體，諸如泄漏燃料，或在人身上或人體中隱藏的物體。物體能隱 藏在建筑物、地下、水下、金屬容器，諸如具有至少1/4英寸厚度， 或達(dá)至少1/8英寸厚度的容器中。
在挽救生命避免雷區(qū)過程中，實施例能包含識別諸如(任何類型 的)地雷或水雷的物體，而且能識別諸如考古現(xiàn)場，或包括井源或遺 忘的石油裝置的管道的物體。的確，物體可以是諸如烴的地下成分或 成分的指示，諸如表示可能烴存在的圓頂，即，烴的指示。
在任一實施例中，該方法能包括步驟將初級聲波形對準(zhǔn)物體以 便產(chǎn)生非線性聲效應(yīng)；接收由非線性效果產(chǎn)生的次級小波；以及在識 別物體過程中處理接收的次級小波。
在任一實施例中，識別物體的步驟可以包括形成物體的圖像和 /或例如通過比較接收的次級小波和標(biāo)準(zhǔn)來識別材料?？梢酝ㄟ^將接收 的次級小波與由來自空氣、水和/或陸地的非線性聲效應(yīng)產(chǎn)生的次級小 波進(jìn)行比較，來獲得所述標(biāo)準(zhǔn)。的確，在任一實施例中，識別物體可 以包括形成陸地地震分層圖像、海水分層圖像。
在任一實施例中，接收步驟可以包括接收次級小波作為散射的 聲能、作為反向散射的聲能、作為傾斜散射的聲能、和/或作為前向散 射的聲能。同樣地，任一實施例可以包括在一個以上的接收機(jī)處接收 次級小波，以及其中，在識別物體過程中處理接收的次級小波的步驟 可以包括形成斷層分析圖像，通常最好是三維斷層分析圖像。
同樣地，在任一實施例中，對準(zhǔn)步驟可以包括使初級聲波形穿 過容器壁(例如或其它阻擋層)到達(dá)物體。最好在任一實施例中，通 過具有在接收之前未增加的波束寬度的初級聲波形，以及最好，通過 具有在接收之前減小的波束寬度的初級聲波形，來執(zhí)行對準(zhǔn)步驟。
在任一實施例中，還能包括下述步驟的任何一個或多個(a) 將初級聲波形整形為通過足夠的直流偏移被時間微分的高斯包絡(luò)，沒 有一個包絡(luò)為負(fù)；(b)使用該包絡(luò)來調(diào)幅正弦載波，和/或(c)通過 酉脈沖來選通調(diào)幅的正弦載波。 ，
同樣地，任何一個實施例可以進(jìn)一步包括下述步驟的任何一個或 多個(a)通過時間微分發(fā)射器遠(yuǎn)場中的包絡(luò)的非線性聲效應(yīng)，來標(biāo) 準(zhǔn)化初級波形的次級小波；(b)區(qū)分由物體引起的次級小波的失真； (c)在識別物體過程中，特征化所述失真；和/或(d)分開彈性散射 和非彈性散射。
類似地，在任一實施例中，可以通過具有未認(rèn)識的載波的小波來 執(zhí)行接收次級小波的步驟。在任一實施例中，接收步驟可以包括將 非線性效果辨別為與彈性散射有關(guān)，和/或辨別非線性系數(shù)與體積模量 之比；甚至，還可以執(zhí)行辨別步驟，所述比率是一階非線性系數(shù)與體 積模量之比，以及其中，辨別步驟還可以包括辨別二階非線性系數(shù) 與體積模量的第二比率。類似地，辨別步驟可以包括將次級小波與
對空氣、水和/或陸地標(biāo)準(zhǔn)化的小波進(jìn)行比較。
在任一實施例中，接收步驟可以包括將非線性效果辨別為與非 彈性散射有關(guān)；和/或執(zhí)行步驟可以包括由次級小波激發(fā)的非線性響應(yīng) 的頻語分析。優(yōu)選范圍可以包括根據(jù)實施例是否涉及空氣、陸地和 水，通過具有在40-80KHz、 20-40KHz、 25-30KHz 、 2-4KHz 、 909-l，091Hz范圍內(nèi)的頻率的初級聲波形，來執(zhí)行對準(zhǔn)步驟。
優(yōu)選范圍可以包括再次根據(jù)實施例是,涉及空氣、陸地或水， 選擇Gauss-Rees初級波形的定標(biāo)以生成具有在2.5-7.5Hz、 0-40Kz以 上、0至20Kz以上、0至2kz以上、91至273Hz以上范圍內(nèi)的頻率 的次級小波。
在任一實施例中，識別步驟可以包括確定物體存在還是不存在。
接收機(jī)6能位于與上述兼容的任何結(jié)構(gòu)中。例如，能放置接收機(jī) 6，用于從氣墊船、無人駕駛飛機(jī)或機(jī)器人、浮標(biāo)、手持裝置、收費(fèi)所 裝置、具有位于任一軸的接收機(jī)6/發(fā)射機(jī)2的通道裝置對準(zhǔn)，例如， 用于從垂直通道裝置、從水平通道裝置或兩者對準(zhǔn)。任一實施例能包 括用于相對于物體，移動對準(zhǔn)初級聲波形的裝置、相對于對準(zhǔn)初級聲 波形的裝置，移動物體和/或移動物體和對準(zhǔn)初級聲波形，以及調(diào)整相 對運(yùn)動的結(jié)構(gòu)。這是補(bǔ)償感興趣的應(yīng)用中的穆動。
在處理輸出過程中，還能看到不同實施例及其變形，例如，處理 步驟可以包括處理接收的次級小波以形成像素，最好是三維像素， 以及最好包括識別多個像素的每一個中的物體的步驟。
用于任一 實施例的確切優(yōu)點是，執(zhí)行實施例以便通過不與物體的 容器接觸的換能器，產(chǎn)生初級聲波的步驟，而在一些實施例中，僅通 過在發(fā)射器的遠(yuǎn)場中發(fā)射的 一個發(fā)射器來執(zhí)行對準(zhǔn)初級聲波形的步驟 是可接受的，通常最好通過在由發(fā)射器形成的陣列的遠(yuǎn)場中發(fā)射的多 個發(fā)射器，來執(zhí)行對準(zhǔn)初級聲波形的步驟。-
在任一實施例中，能通過鄰近濾波器來執(zhí)行對準(zhǔn)步驟，每個所述 濾波器具有唯一通帶并對應(yīng)于陣列中的發(fā)射器，以及最好通過鄰近濾 波器來執(zhí)行對準(zhǔn)步驟，每個所述濾波器具有唯一通帶并對應(yīng)于陣列中
的發(fā)射器，并進(jìn)一 步包括形成放大初級聲波形的相干重構(gòu)的焦點區(qū)的 步驟。
在任一實施例中，接收步驟可以包括均衡由壁5與物體4的容 器壁的阻抗不匹配的步驟；對準(zhǔn)步驟包括均衡阻抗不匹配的步驟，以 及最好對準(zhǔn)和接收步驟均包括修改反饋以執(zhí)行均衡步驟。
附圖和附圖上下文的上述描述為教導(dǎo)目的，包含如何制造和如何 使用幾個實施例的許多細(xì)節(jié)。然而，發(fā)明人請求實施例及其上下文的 細(xì)節(jié)不應(yīng)當(dāng)構(gòu)成限制這些是舉例教導(dǎo)而不是限制。
總的來說，請求認(rèn)識從在此的核心教導(dǎo)產(chǎn)生的可能性的強(qiáng)范圍。 更寬泛地說，然而，在此采用的術(shù)語和表達(dá)式用作教導(dǎo)而不是限制， 以及在使用這些術(shù)語和表達(dá)式中，沒有排除所示和所述的特征的等效， 或其一部分的意圖，應(yīng)意識在此所預(yù)期和建議的實施例的范圍內(nèi)，各
種改進(jìn)是可能的。另外，在此描述和建議不同實施例。盡管已經(jīng)參考 具體的實施例，描述了在此的公開內(nèi)容，這些公開內(nèi)容打算為示例， 而不是限制。在不背離在附加權(quán)利要求中限定的真正精神和范圍的情 況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能想到各種改進(jìn)和應(yīng)用。
因此，盡管上面僅詳細(xì)地描述了一些示例性實施例，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員很容易意識到在本質(zhì)上不偏離在此的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點的情況 下，許多改進(jìn)在示例性實施例中是可能的。閨此，所有這些改進(jìn)意圖 包括在由權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)。在權(quán)利要求中，裝置加功能權(quán)利要 求意圖將在此所述的結(jié)構(gòu)覆蓋為執(zhí)行所列舉的功能以及不僅結(jié)構(gòu)等 效，而且等效結(jié)構(gòu)。因此，盡管釘子和螺釘可能不是結(jié)構(gòu)等效，因為 釘子采用圓柱形狀來固定木制部件，螺釘采用螺旋面，但在緊固木制 部件的環(huán)境中，釘子和螺釘可以是等效結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1. 一種識別物體的方法，該方法包括下列步驟將初級聲波形對準(zhǔn)物體以便通過使用由合成頻譜驅(qū)動的多個發(fā)射器來產(chǎn)生非線性聲效應(yīng)；接收由非線性效果產(chǎn)生的次級小波；以及在識別所述物體過程中處理接收的次級小波。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，識別物體的步驟包括形成物體的圖像。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，識別物體的步驟包括通過比較接收的次級小波和一個標(biāo)準(zhǔn)來識別材料。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，識別物體的步驟包括形成圖像，以及通過比較接收的次級小波和由來自空氣的非線性聲效應(yīng) 產(chǎn)生的次級小波來識別材料。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，識別物體的步驟包括形成圖像，以及通過比較接收的次級小波和由來自水的非線性聲效應(yīng)產(chǎn) 生的次級小波來識別材料。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，識別物體的步驟包括形成圖像，以及通過比較接收的次級小波和由來自陸地的非線性聲效應(yīng) 產(chǎn)生的次級小波來識別材料。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，接收步驟包括接收次級小波作為散射的聲能。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，接收步驟包括接收次級小波作為反向散射的聲能。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，接收步驟包括接收次級小波作為傾斜散射的聲能。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，接收步驟包括接收次級小波作為前向散射的聲能。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，接收步驟包括在一個以上的接收機(jī)處接收次級小波，以及其中，在識別物體過程中處理接收的次級小波的步驟包括形成斷層分析圖像。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成斷層分析圖像的步 驟包括形成三維斷層分析圖像。
13. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，對準(zhǔn)步驟包括使初級聲 波形穿過容器壁到達(dá)所述物體。
14. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，通過具有在接收之前未增 加的波束寬度的初級聲波形來執(zhí)行對準(zhǔn)步驟。
15. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，遍過具有在接收之前減小 的波束寬度的初級聲波形來執(zhí)行對準(zhǔn)步驟。
16. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別武器。
17. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別 放射性物質(zhì)。
18. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別 爆炸物。
19. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別 生物材料。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述生物材料具有低于 10,000分之一的濃度。 '
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述生物材料具有低于 l，OOO分之一的濃度。
22. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述生物材料具有低于 100,000分之一的濃度。
23. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述生物材料具有低于l 百萬分之一的濃度。
24，如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述生物材料具有低于l 千萬分之一的濃度。
25.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述生物材料具有低于l 億分之一的濃度。
26. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述生物材料具有低于 1O億分之一的濃度。
27. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述生物材料具有低于 100億分之一的濃度。
28. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述生物材料具有低于 100億分之一的濃度。
29. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述生物材料具有低于l 萬億分之一的濃度。
30. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別化學(xué)制品。
31. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別毒品。
32. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別法律禁止的多種物體之一。
33. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別地雷。
34. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別水雷。
35. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別 考古現(xiàn)場。
36. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別管道。
37. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別 地下成分。
38. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別 成分的指示。
39. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括識別 烴的指示。
40. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別經(jīng)的步驟。
41. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括形成 陸地地震分層圖像。
42. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，識別物體的步驟包括形成 海水分層圖像。
43. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在容器中的物體。
44. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在一件行李中的物體。
45. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在貨物容器中的物體。
46. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在機(jī)動車中的物體。
47. 如權(quán)利要求46所述的方法，其中，通過包括卡車的機(jī)動車 來執(zhí)行將初級聲波形對準(zhǔn)物體的步驟。
48. 如權(quán)利要求46所述的方法，其中，通過包括汽車的機(jī)動車 來執(zhí)行將初級聲波形對準(zhǔn)物體的步驟。
49. 如權(quán)利要求46所述的方法，其中，通過除卡車和除小汽車 外的機(jī)動車來執(zhí)行將初級聲波形對準(zhǔn)物體的步驟。
50. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在水艇中的物體。
51. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在飛機(jī)中的物體。
52. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在核反應(yīng)堆中的物體。
53. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在人體上的物體。
54. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在人體中的物體。
55. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在建筑物中的物體。
56. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在地下的物體。
57. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在水下的物體。
58. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在金屬容器中的物體。
59. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在具有至少1/4英寸厚度的容器中的物體。
60. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將初級聲波形對準(zhǔn)物體的 步驟包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在具有至少1/8英寸厚度的容器中的物體。
61，如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括將初級聲波形整形為 通過足夠的直流偏移被時間微分的高斯包絡(luò)，而沒有包絡(luò)為負(fù)的步驟。
62. 如權(quán)利要求61所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述包絡(luò)來調(diào) 幅正弦載波的步驟。
63. 如權(quán)利要求62所述的方法，進(jìn)一步包括通過百脈沖來選通 調(diào)幅的正弦載波的步驟。
64. 如權(quán)利要求61所述的方法，進(jìn)一步包括步驟 通過時間微分發(fā)射器遠(yuǎn)場中的包絡(luò)的非線性聲效應(yīng)來標(biāo)準(zhǔn)化初級波的次級小波。
65. 如權(quán)利要求64所述的方法，其中，所述處理步驟包括區(qū)分 由物體引起的次級小波的失真。
66. 如權(quán)利要求65所述的方法，其中，所述處理步驟包括在識 別物體過程中特征化所述失真。
67. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述處理步驟包括分開彈 性散射和非彈性散射。
68. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，通過具有未認(rèn)識的載波的 小波來執(zhí)行接收次級小波的步驟。
69. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述接收步驟包括將非線 性效果辨別為與彈性散射有關(guān)。
70. 如權(quán)利要求69所述的方法，其中，所述辨別步驟包括辨別 非線性系數(shù)與體積模量之比。
71. 如權(quán)利要求69所述的方法，其中，通過為一階非線性系數(shù) 與體積模量之比的比率來執(zhí)行所述辨別步驟，以及其中，所述辨別步 驟還包括辨別二階非線性系數(shù)與體積模量的第二比率。
72. 如權(quán)利要求69所述的方法，其中，所述辨別步驟包括將次 級小波與對空氣標(biāo)準(zhǔn)化的小波進(jìn)行比較。
73. 如權(quán)利要求69所述的方法，其中，所述辨別步驟包括將次 級小波與對水標(biāo)準(zhǔn)化的小波進(jìn)行比較。
74. 如權(quán)利要求69所述的方法，其中，所述辨別步驟包括將次 級小波與對陸地標(biāo)準(zhǔn)化的小波進(jìn)行比較。
75. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述接收步驟包括將非線 性效果辨別為與非彈性散射有關(guān)。
76. 如權(quán)利要求75所述的方法，進(jìn)一步包括執(zhí)行由次級小波激 發(fā)的非線性響應(yīng)的頻鐠分析的步驟。
77. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，，述識別步驟包括確定物 體存在。
78. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述識別步驟包括確定物 體不存在。
79. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述對準(zhǔn)步驟包括從氣墊 船對準(zhǔn)。
80. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述對準(zhǔn)步驟包括從無人 駕駛飛機(jī)對準(zhǔn)。
81. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述對準(zhǔn)步驟包括從浮標(biāo)對準(zhǔn)。
82. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述對準(zhǔn)步驟包括從手持 裝置對準(zhǔn)。
83. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述對準(zhǔn)步驟包括從收費(fèi) 所裝置對準(zhǔn)。
84. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述對準(zhǔn)步驟包括從通道 裝置對準(zhǔn)。
85. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，對準(zhǔn)步驟包括從垂直通道 裝置對準(zhǔn)。
86. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述對準(zhǔn)步驟包括從水平 通道裝置對準(zhǔn)。
87. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括相對于所述物體移動 對準(zhǔn)初級聲波形的裝置的步驟。
88. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括相對于對準(zhǔn)初級聲波 形的裝置移動所述物體的步驟。
89. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括移動物體和對準(zhǔn)初級 聲波形的裝置兩者，以及調(diào)整相對運(yùn)動的步驟。
90. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，通過具有在40-80KHz范 圍內(nèi)的頻率的初級聲波形來執(zhí)行所述對準(zhǔn)步驟。
91. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，通過具有在20-40KHz范 圍內(nèi)的頻率的初級聲波形來執(zhí)行所述對準(zhǔn)步驟。
92. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，if過具有在25-30KHz范 圍內(nèi)的頻率的初級聲波形來執(zhí)行所述對準(zhǔn)步驟。
93. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，通過具有在2-4KHz范圍 內(nèi)的頻率的初級聲波形來執(zhí)行所述對準(zhǔn)步驟。
94. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，通過具有在卯9-l，091Hz 范圍內(nèi)的頻率的初級聲波形來執(zhí)行所述對準(zhǔn)步驟。
95. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，通過具有在2.5-7.5Hz范 圍內(nèi)的頻率的次級小波來執(zhí)行所述對準(zhǔn)步驟。.
96. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過具有在0-40kz以上 范圍內(nèi)的波長的次級小波來執(zhí)行所述接收步驟。
97. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過具有在0至20kz以 上范圍內(nèi)的帶寬的次級小波來執(zhí)行所述接收步驟。
98. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，通過具有在0至2kz以上 范圍內(nèi)的帶寬的次級小波來執(zhí)行所述接收步驟。
99. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，通過具有在91至273Hz 以上范圍內(nèi)的帶寬的次級小波來執(zhí)行所述接收步驟。
100. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述處理步驟包括處理 接收的次級小波以形成像素。
101. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述處理步驟包括處理 接收的次級小波以形成三維像素。
102. 如權(quán)利要求101所述的方法，進(jìn)一步包括識別多個像素的 每一個中的所述物體。
103. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括通過不與物體的容 器接觸的換能器按理產(chǎn)生初級聲波的步驟。
104. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過在發(fā)射器的遠(yuǎn)場中 發(fā)射的僅一個發(fā)射器來執(zhí)行對準(zhǔn)初級聲波形的步驟。
105. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過在由發(fā)射器形成的 陣列的遠(yuǎn)場中發(fā)射的多個發(fā)射器，來執(zhí)行對準(zhǔn)初級聲波形的步驟。
106. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過鄰近濾波器來執(zhí)行 所述對準(zhǔn)步驟，每個所述濾波器具有唯一通帶并對應(yīng)于陣列中的發(fā)射 器。
107. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過鄰近濾波器來執(zhí)行 對準(zhǔn)步驟，每個所述濾波器具有唯一通帶并對應(yīng)于陣列中的發(fā)射器， 并進(jìn)一步包括步驟形成放大初級聲波形的相干重構(gòu)的焦點區(qū)。
108. 如權(quán)利要求107所述的方法，其中，所述接收步驟包括均 衡由壁與物體的容器引起的阻抗不匹配的步磾。
109. 如權(quán)利要求108所述的方法，其中，所述對準(zhǔn)步驟包括均 衡所述阻抗不匹配的步驟。
110. 如權(quán)利要求109所述的方法，其中，所述對準(zhǔn)和接收步驟 包括修改反饋以執(zhí)行所述均衡步驟。
111. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述物體是元素。
112. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述物體是分子。
113. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，、所述物體是同位素。
114. 如權(quán)利要求1至113的任何一個所述的方法，進(jìn)一步包括步驟去巻積以便克服阻抗斷續(xù)性。
115. —種識別物體的方法，該方法包括下列步驟 使初級聲波形對準(zhǔn)物體以產(chǎn)生非線性聲效應(yīng)； 接收由所述非線性效應(yīng)產(chǎn)生的次級小波； 去巻積以克服阻抗斷續(xù)性；以及在識別物體過程中處理接收的次級小波。
116. —種識別物體的裝置，該裝置包括用于將初級聲波形對準(zhǔn)物體以便通過使用由合成頻鐠驅(qū)動的多 個發(fā)射器來產(chǎn)生非線性聲效應(yīng)的部件；用于接收由所述非線性效應(yīng)產(chǎn)生的次級小波的部件；以及 用于處理接收的次級小波以便產(chǎn)生物體標(biāo)識的部件。
117. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于處理接收的次級 小波以便產(chǎn)生物體標(biāo)識的部件包括用于形成物體的圖像的部件。
118. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于處理接收的次級 小波以便產(chǎn)生物體標(biāo)識的部件包括用于通過比較接收的次級小波和標(biāo) 準(zhǔn)來識別材料的部件。
119. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于處理接收的次級 小波以便產(chǎn)生物體標(biāo)識的部件包括用于形成圖像以及通過比較接收的 次級小波和由來自空氣的非線性聲效應(yīng)產(chǎn)生的次級小波來識別材料的 部件。
120. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于處理接收的次級 小波以便產(chǎn)生物體標(biāo)識的部件包括用于形成圖像以及通過比較接收的 次級小波和由來自水的非線性聲效應(yīng)產(chǎn)生的次級小波來識別材料的部件。
121. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于處理接收的次級 小波以便產(chǎn)生物體標(biāo)識的部件包括用于形成閨像以及通過比較接收的 次級小波和由來自陸地的非線性聲效應(yīng)產(chǎn)生的次級小波來識別材料的 部件。
122. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于接收的部件包括 用于接收次級小波作為散射的聲能的部件。
123. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于接收的部件包括 用于接收次級小波作為反向散射的聲能的部件。
124. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于接收的部件包括 用于接收次級小波作為傾斜散射的聲能的部件。
125. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于接收的部件包括 用于接收次級小波作為前向散射的聲能的部件。
126. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于接收的部件包括 用于在一個以上的接收機(jī)處接收次級小波的部件，以及其中，用于處 理接收的次級小波的部件包括用于形成物體的斷層分析圖像的部件。
127. 如權(quán)利要求126所述的裝置，其中，用于形成斷層分析圖 像的部件包括用于形成三維斷層分析圖像的部件。
128. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)的部件包括 用于使初級聲波形穿過容器壁到達(dá)物體的部件。
129. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述初級聲波形具有 在接收前未增加的波束寬度。
130. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述初級聲波形具有 在接收前減小的波束寬度。
131. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體包括武器。
132. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體包括放射性物質(zhì)。
133. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體包括爆炸物。
134. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體包括生物材料。
135. 如權(quán)利要求134所述的裝置，其中，所述生物材料具有低于10,000分之一的濃度。
136. 如權(quán)利要求134所述的裝置，其中，所述生物材料具有低于l，OOO分之一的濃度。
137. 如權(quán)利要求134所述的裝置，其中，所述生物材料具有低于100,000分之一的濃度。 '
138. 如權(quán)利要求134所述的裝置，其中，所述生物材料具有低于l百萬分之一的濃度。
139. 如權(quán)利要求134所述的裝置，其中，所述生物材料具有低于1千萬分之一的濃度。
140. 如權(quán)利要求134所述的裝置，其中，所述生物材料具有低于l億分之一的濃度。
141. 如權(quán)利要求134所述的裝置，其中，所述生物材料具有低于IO億分之一的濃度。
142. 如權(quán)利要求134所述的裝置，其中，所述生物材料具有低于100億分之一的濃度。
143. 如權(quán)利要求134所述的裝置，其中，所述生物材料具有低于100億分之一的濃度。
144. 如權(quán)利要求134所述的裝置，其中，所述生物材料具有低于1萬億分之一的濃度。
145. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體包括化學(xué)制
146. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體包括毒品。
147. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體包括法律所禁止的。
148.如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體包括地雷。
149. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體包括水雷。
150. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體包括考古現(xiàn)場。
151. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，
152. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中所述物體包括管道。 所述物體包括地下成分.
153.如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體包括成分的指示.
154.如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體包括烴的指示.
155. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中所述物體包括烴.
156. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中 小波以便產(chǎn)生物體標(biāo)識的部件包括用于形成陸地地震分層圖像的部件。
157. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于處理接收的次級小波以便產(chǎn)生物體標(biāo)識的部件包括用于形成海水分層圖像的部件。
158. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在容器中的物體的部件。
159. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在一件行李中的物體的部件。
160. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在貨物容器中的物體的部件。
161. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述機(jī)動車包括將脈沖對準(zhǔn)隱藏在機(jī)動車中的物體。
162. 如權(quán)利要求161所述的裝置，其中，所述機(jī)動車包括卡車。
163. 如權(quán)利要求161所述的裝置，其中，所述機(jī)動車包括汽車。
164. 如權(quán)利要求161所述的裝置，其中，所述機(jī)動車包括除卡車和除小汽車外的機(jī)動車。
165. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對 準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在水艇中的物體的部件。
166. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在飛機(jī)中的物體的部件。
167. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對 準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在核反應(yīng)堆中的物體的部件。
168. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對 準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在人體上的物體的部件。
169. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對 準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在人體中的物體的部件。
170. 權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對準(zhǔn) 物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在建筑物中的物體的部件。
171. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對 準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在地下的物體的部件。
172. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對 準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在水下的物體的部件。
173. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對 準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在金屬容器中的物體的部件。
174. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對 準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在具有至少1/4英寸厚度的容 器中的物體的部件。
175. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于將初級聲波形對 準(zhǔn)物體的部件包括用于將脈沖對準(zhǔn)隱藏在具有至少1/8英寸厚度的容 器中的物體的部件。
176. 如權(quán)利要求116所述的裝置，進(jìn)一步包括用于將初級聲波 形整形為通過足夠的直流偏移被時間微分的高斯包絡(luò)，而沒有包絡(luò)為 負(fù)的部件。
177. 如權(quán)利要求176所述的裝置，其中，用于將初級聲波形整 形為高斯包絡(luò)的部件包括用于使用所述包絡(luò)來調(diào)幅正弦載波的部件。
178. 如權(quán)利要求177所述的裝置，其中，用于使用所述包絡(luò)的 部件包括用于通過百脈沖來選通調(diào)幅的正弦載波的部件。
179. 如權(quán)利要求176所述的裝置，進(jìn)7步包括用于通過時間微 分發(fā)射器遠(yuǎn)場中的包絡(luò)的非線性聲效應(yīng)，來標(biāo)準(zhǔn)化初級波的次級小波 的部件。
180. 如權(quán)利要求179所述的裝置，其中，用于處理的部件包括 用于區(qū)分由物體引起的次級小波的失真的部件。
181. 如權(quán)利要求180所述的裝置，其中，用于處理的部件包括 用于在產(chǎn)生物體的標(biāo)識的過程中特征化所述失真的部件。
182. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于處理的部件包括 用于分開彈性散射和非彈性散射的部件。
183. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述次級小波具有未 i人識的載波。
184. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于接收的部件包括 用于將非線性效果辨別為與彈性散射有關(guān)的部件。
185. 如權(quán)利要求184所述的裝置，其中，用于辨別的部件包括 用于辨別非線性系數(shù)與體積模量之比的部件。
186. 如權(quán)利要求184所述的裝置，其中，所述比率為一階非線 性系數(shù)與體積模量之比，以及其中，用于辨別的部件包括用于辨別二 階非線性系數(shù)與體積模量的第二比率的部件。
187. 如權(quán)利要求184所述的裝置，其f,用于辨別的部件包括 用于比較次級小波和對空氣標(biāo)準(zhǔn)化的小波的部件。
188. 如權(quán)利要求184所述的裝置，其中，用于辨別的部件包括 用于比較次級小波和對水標(biāo)準(zhǔn)化的小波的部件。
189. 如權(quán)利要求184所述的裝置，其中，用于辨別的部件包括 用于比較次級小波和對陸地標(biāo)準(zhǔn)化的小波的部件。
190. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于接收的部件包括 用于將非線性效果辨別為與非彈性散射有關(guān)的部件。
191. 如權(quán)利要求190所述的裝置，進(jìn)一步包括用于執(zhí)行由次級 小波激發(fā)的非線性響應(yīng)的頻鐠分析的部件。
192. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于處理接收的次級 小波以便產(chǎn)生物體標(biāo)識的部件包括用于確定物體是否存在的部件。
193. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于處理接收的次級 小波以便產(chǎn)生物體標(biāo)識的部件包括用于確定物體是否不存在的部件。
194. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)的部件包括 氣墊船。
195. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)的部件包括 無人駕駛飛機(jī)。
196. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)的部件包括浮標(biāo)。
197. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)的部件包括 手持裝置。
198. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)的部件包括 收費(fèi)所裝置。
199. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)的部件包括 通道裝置。
200. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)的部件包括 垂直通道裝置。
201. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)的部件包括 水平通道裝置。
202. 如權(quán)利要求116所述的裝置，進(jìn)一步包括用于相對于物體 移動用于對準(zhǔn)初級聲波形的裝置的部件。
203. 如權(quán)利要求116所述的裝置，進(jìn)一步包括用于相對于用于 對準(zhǔn)初級聲波形的裝置移動所述物體的部件。
204. 如權(quán)利要求116所述的裝置，進(jìn)一步包括用于移動物體和 對準(zhǔn)初級聲波形的裝置兩者以及調(diào)整相對運(yùn)動的部件。
205. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述初級聲波形具有 在40-80KHz范圍內(nèi)的頻率。
206. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述初級聲波形具有 在20-40KHz范圍內(nèi)的頻率。
207. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述初級聲波形具有在25-30KHz范圍內(nèi)的頻率。
208. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述初級聲波形具有 在2-4KHz范圍內(nèi)的頻率。
209. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述初級聲波形具有 在909-l，091Hz范圍內(nèi)的頻率。
210. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述次級小波具有在 2.5-7.5Hz范圍內(nèi)的頻率。
211. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述次級小波具有在 0-40kz以上范圍內(nèi)的波長。
212. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述次級小波具有在O 至20kz以上范圍內(nèi)的帶寬。
213. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述次級小波具有在O 至2kz以上范圍內(nèi)的帶寬。
214. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其沖，所述次級小波具有在 91至273Hz以上范圍內(nèi)的帶寬。
215. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于處理的部件包括 用于處理接收的次級小波以形成像素的部件。
216. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于處理的部件包括 用于處理接收的次級小波以形成三維像素的部件。
217. 如權(quán)利要求216所述的裝置，進(jìn)一步包括用于識別多個像 素的每一個中的物體的部件。
218. 如權(quán)利要求116所述的裝置，進(jìn)一步包括用于通過不與物 體的容器接觸的換能器來產(chǎn)生所述初級聲波的部件。
219. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)初級聲波形 的部件包括在發(fā)射器的遠(yuǎn)場中發(fā)射的僅一個發(fā)射器。
220. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)初級聲波形 的部件包括在發(fā)射器形成的陣列的遠(yuǎn)場中發(fā)射的多個發(fā)射器。
221. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)初級聲波形 的部件包括鄰近濾波器，每個所述濾波器具有唯一通帶并對應(yīng)于陣列 中的發(fā)射器。
222. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)初級聲波形 的部件包括鄰近濾波器，每個所述濾波器具有唯一通帶并對應(yīng)于陣列 中的發(fā)射器，以及進(jìn)一步包括用于形成放大所述初級聲波形的相干重 構(gòu)的焦點區(qū)的部件。
223. 如權(quán)利要求222所述的裝置，其中，用于接收的部件包括 用于均衡由壁到物體的容器引起的阻抗不匹配的部件。
224. 如權(quán)利要求223所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)的部件包括 用于均衡所述阻抗不匹配的部件。
225. 如權(quán)利要求224所述的裝置，其中，用于對準(zhǔn)的部件和用 于接收的部件包括用于修改反饋以執(zhí)行均衡的部件。
226. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體是元素。
227. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體是分子。
228. 如權(quán)利要求116所述的裝置，其中，所述物體是同位素。
229. 如權(quán)利要求116至228的任何一個所述的裝置，進(jìn)一步包括用于去巻積以克服阻抗斷續(xù)性的部件。
230. —種識別物體的裝置，該裝置包括用于將初級聲波形對準(zhǔn)物體以便產(chǎn)生非線性聲效應(yīng)的部件；用于接收由所述非線性效應(yīng)產(chǎn)生的次級小波的部件；用于去巻積以便克服阻抗斷續(xù)性的部件；以及用于在識別物體過程中處理接收的次級小波的部件。
231. 如權(quán)利要求116至230的任何一個所述的裝置，其中，所 述用于接收的部件由可操作地與寬帶自適應(yīng)均衡器通信的自解調(diào)次級 準(zhǔn)Ricker小波信號計算機(jī)構(gòu)成，所述均衡器可操作地與寬帶低噪聲放 大器通信，所述放大器可操作地與寬帶麥克風(fēng)通信。
232. 如權(quán)利要求116至230的任何一個所述的裝置，其中，所 述用于對準(zhǔn)的部件由可操作地與N組連續(xù)帶通濾波器通信的主自適應(yīng) 波調(diào)制計算機(jī)構(gòu)成，所述濾波器可操作地與用于每頻率槽自適應(yīng)振幅 和相位均衡的部件通信，所述用于均衡的部件可操作地與N組聚焦時 延移位寄存器通信，所述N組寄存器可操作地與N組小波散射功率放 大器通信，所述放大器可操作地與N組波源級發(fā)射器通信。
233. 如權(quán)利要求116至230的任何一個所述的裝置，其中，所 述用于處理的部件由可操作地與聲Raman分子散射頻鐠處理器、B/A， C/A,...比連續(xù)小波變換器信號處理器、彈性/非彈性散射圖像/材料屬 性判定邏輯通信的合成器和波形掃描控制器構(gòu)成，所述邏輯可操作地 與尖銳的小體積和微量材料屬性/缺乏顯示器通信。
234. 如權(quán)利要求116至230的任何一個所述的裝置，其中，所 述用于對準(zhǔn)的部件包括在遠(yuǎn)離距離具有熱點的多個發(fā)射器。
235. 如權(quán)利要求116所述的裝置，進(jìn)一步包括用于去巻積的部 件，包括識別阻擋層效應(yīng)的距離選通樣本的應(yīng)用邏輯，可操作地與用 于剩余主小波處理的適應(yīng)阻抗層穿透FIR濾波器和用于次級小波處理 的適應(yīng)阻抗層穿透FIR濾波器通信，所述用于剩余主小波處理的濾波 器可操作地與用于初級波形均衡的反FIR濾波器和FIR濾波器振幅和 相位系數(shù)的重建z平面頻譜部件通信，所述FIR濾波器振幅和相位系 數(shù)的重建z平面頻譜部件可操作地與反振幅和波狀相位系數(shù)部件通 信，以及所述用于次級小波處理的適應(yīng)阻擋層穿透FIR濾波器可操作 地與用于次級小波處理的反FIR濾波器通信。
236. 如權(quán)利要求230所述的裝置，其中，所述用于去巻積的部 件由一個用于去巻織的部件構(gòu)成，該部件包括識別阻擋層效應(yīng)的距離 選通樣本的應(yīng)用邏輯，可操作地與用于剩余主小波處理的適應(yīng)阻抗層 穿透FIR濾波器和用于次級小波處理的適應(yīng)阻抗層穿透FIR濾波器通 信，所述用于剩余主小波處理的濾波器可操作地與用于初級波形均衡 的反FIR濾波器和FIR濾波器振幅和相位系數(shù)的重建z平面頻鐠部件 通信，所述FIR濾波器振幅和相位系數(shù)的重建z平面頻鐠部件可操作 地與反振幅和波狀相位系數(shù)部件通信，以及所述用于次級小波處理的 適應(yīng)阻擋層穿透FIR濾波器可操作地與用于次級小波處理的反FIR濾 波器通信。
全文摘要
Gauss-Rees波形用在識別物體中，包括將初級聲波形對準(zhǔn)物體以產(chǎn)生非線性聲效應(yīng)；接收由非線性效果產(chǎn)生的次級小波；以及在識別物體過程中，處理接收的次級小波。通過成分、圖像以及最好兩者來識別物體。物體可隱藏在容器、地下、水下等等中。
文檔編號G01S15/00GK101390014SQ200480040750
公開日2009年3月18日 申請日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者弗蘭克·L·里斯 申請人:弗蘭克·L·里斯