摘要:
针对传统超声信号时延估计（Time Delay Estimation, TDE）中固定步长最小均方（Least Mean Square， LMS）算法难以兼顾收敛速度与稳态精度，以及现有变步长算法依赖瞬时误差和固定函数模型导致在非平稳回波信号下适应性差的问题，提出一种基于模糊变步长LMS的超声测厚信号TDE方法。分析超声回波信号的时变特性，摒弃单一误差反馈机制，提取输出信号与期望信号的局部相关系数误差及其变化量作为模糊控制器的双输入特征；设计零阶Sugeno模糊推理系统，建立输入特征与步长因子之间的非线性映射规则，实现步长因子的自适应动态调节。利用模拟回波信号进行不同信噪比下的仿真测试，结果表明：相较定步长LMS算法、双曲正切函数变步长LMS算法以及基于瞬时误差的模糊变步长LMS算法，所提方法的综合性能更优，在保证快速收敛的同时显著降低了稳态失调误差，具有更高的测量精度和抗噪性能。搭建超声测厚平台进行标准量块测量实验，结果表明：所提方法对不同厚度量块的测量相对误差均小于其他三种LMS算法，最大相对误差为0.710%。模糊变步长LMS时延估计方法为高精度超声飞行时间（Time of Flight， TOF）计算提供了重要技术支撑，有利于促进超声无损检测技术发展，具有一定的工程应用价值。