This study is concerned about the transducer excitation waveform in the ultrasonic imaging system to improve signal-to-noise ratio (SNR) and resolution under the constraint of a fixed system bandwidth and of detection of objects close to the transmitter/receiver. The waveforms considered are wideband unmodulated pseudo-random code (UPC), the modulated pseudo-random code(MPC), and deconvoluted pseudo-random code (DPC).
From the computer simulation and experimental investigation, we see that the UPC system is inferier with respect to SNR but superier with respect to the bandwidth, to the MPC system. This systems from the fact that the UPC has a broader spectrum bandwidth than the bandwidth of the system itself and hence results in a wider bandwidth for the detected signal, while the SNR does not improve significantly due to the power transmission utilization. In contrast, the MPC has a power spectrum which matches to the system bandwidth and hence the bandwidth of the detected/signal is reduced while SNR is improved.
It was also found that the DPC results in the best performance. In the DPC system the power spectrum of the correlator output is a function of only the window and the input UPC. The Hamming window holds widest bandwidth, and the Blackman window holds highest SNR.
본 연구에서는 초음파 시스템에서 대역폭이 고정되어 있고 object가 송신부에 근접되어 있다는 제한을 고려하여 신호대 잡음비와 해상도를 향상시키는 최적의 송신신호를 구상하기 위하여, 일반적으로 사용하는 단일펄스, 시스템의 대역폭에 비해 넓은 전력 스펙트럼을 갖는 광대역의 변조하지 않은 슈도랜덤 부호 (UPC), 송신 효율을 향상시키기 위하여 시스템의 대역폭과 송신신호의 전력 스펙트럼이 일치하는 변조된 슈도랜덤 부호 (MPC), 시스템의 대역폭을 확장시키고 송신 효율을 증가시키는 deconvolution 된 슈도랜덤 부호에 대하여 수신된 신호의 신호대 잡음비와 해상도를 이론적으로 계산하였다. 다음으로 실험장치를 구성하여 각 송신 신호를 software로 만들고, line object 에 대한 수신 신호의 신호대 잡음비와 해상도에 해당하는 대역폭를 측정하여 계산치와 비교 검토하였다. 이론적인 계산과 실험으로 부터 UPC를 송신하는 경우와 MPC를 송신하는 경우를 비교하면, 신호대 잡음비는 후자의 경우가 우수하고 대역폭은 전자의 경우가 더 넓다는 것을 알 수 있다. 그 이유는 UPC는 시스템의 대역폭에 비해 광대역 전력 스펙트럼을 형성하므로 수신 신호의 대역폭은 넓지만, 전력 전송 효율이 좋지않기 때문에 신호대 잡음비는 크게 개선되지 않는다. 이와 반대로 MPC 는 시스템 대역폭과 일치하는 전력 스펙트럼을 형성하므로 신호대 잡음비는 개선되지만, 대역폭은 감소한다.
시스템의 주파수 특성의 deconvolution 함수로 UPC 를 대역통과 필터하여 만든 DPC는 신호대 잡음비와 대역폭에 대한 가장 좋은 결과를 얻었다. DPC를 사용한 시스템에서는 correlator 출력의 전력 스펙트럼은 deconvolution 함수의 window와 입력 UPC 함수로 표시된다.
Hamming window 를 사용했을 경우에는 가장 넓은 대역폭 특성을 얻을 수 있었고, Blackman window 는 가장 높은 신호대 잡음비를 얻을 수 있었다.
