一种串联多通道阵列探地雷达时序控制装置及方法与流程

本发明涉及工程物探领域，尤其涉及一种串联多通道阵列探地雷达时序控制装置及方法。

背景技术：

多通道阵列探地雷达可以扩大扫描区域，通过结合多视技术和SAR处理技术可以实现地下目标成像，是工程物探领域中较为前沿的探测技术。目前阵列探地雷达的时序控制多采用并联的控制方式，该控制方式是将N个独立的步进控制模块和N个模数转换器并联，组成N个采集通道，每一个采集通道由一个步进采样控制模块和一个模数转换器组成，每个采集通道在一个扫描周期内分时工作。并联控制方式虽然具有时序控制简单和在较多通道数的情况下能够实现高速采集的优点，但是其也存在硬件成本较高，系统体积大和功耗大的缺点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种体积小、成本低和功耗小的串联多通道阵列探地雷达时序控制装置及方法。

本发明采用如下技术方案：

一种串联多通道阵列探地雷达时序控制装置，其改进之处在于，所述的装置包括：微型计算机，通过FPGA与微型计算机电连接的步进控制模块，微型计算机下发通道相关配置参数给FPGA后，FPGA把发射顺序参数和接收顺序参数分别下发给发射选通开关和接收选通开关、把通道的相关配置参数下发给步进控制模块，步进控制模块产生与该通道相关配置参数相匹配的发射触发信号序列和接收触发信号序列，其中发射触发信号序列由两组以上发射触发信号串联组成、接收触发信号序列由两组以上接收触发信号串联组成；连接有两台以上发射机的发射选通开关与FPGA电连接、来自FPGA的同步信号出现时，发射选通开关按照FPGA设定的发射顺序将各发射触发信号分配至相应发射机，上述的发射机均与阵列天线电连接，连接有两台以上接收机的接收选通开关与FPGA电连接、来自FPGA的同步信号出现时，接收选通开关按照FPGA设定的接收顺序将各接收触发信号分配至相应接收机，上述的接收机均与阵列天线电连接，回波选通开关按照顺序将来自接收机的回波信号串联，串联后的天线回波由模数转换器转换为数字信号，FPGA按照发射顺序和接收顺序标记每个通道回波信号，标记的内容为该通道的天线回波是由第几个发射机和第几个接收机产生的，微型计算机按照所标记的信息对应拾取每通道天线回波并送到对应通道数据显示窗口显示输出。

进一步的，所述发射机和接收机的数量相同，均为大于等于2台，小于等于8台。

一种串联多通道阵列探地雷达时序控制方法，使用上述的装置，包括如下步骤：

（1）微型计算机下发通道个数、发射顺序、接收顺序以及每个通道相关的配置参数给FPGA，FPGA把发射顺序参数和接收顺序参数分别下发给发射选通开关和接收选通开关、把接收到的参数下发给步进控制模块，步进控制模块产生与配置参数相匹配的发射触发信号序列和接收触发信号序列，其中发射触发信号序列由N组发射触发信号串联组成，接收触发信号序列由N组接收触发信号串联组成；

（2）FPGA按照用户设定的通道个数、发射顺序和接收顺序，通过同步信号控制选通开关实现触发信号的分配，当同步信号出现时，发射选通开关分别将第一组发射触发信号分配给发射机1，第二组发射触发信号分配给发射机2，以此类推第N组发射触发信号分配给发射机N，同理接收选通开关也将接收触发信号按照此方式分配，这样分配后得：一通道由发射机1和接收机1组成，二通道由发射机2和接收机2组成，以此类推N通道由发射机N和接收机N组成；

（3）回波选通开关按照从1到N通道顺序将接收机接收到的信号串联起来经模数转换器送入微型计算机，FPGA按照发射顺序和接收顺序标记每个通道回波信号，标记的内容为该通道的天线回波是由第几个发射机和第几个接收机产生的，微型计算机按照所标记的信息对应拾取每通道天线回波并送到对应通道数据显示窗口显示输出。

进一步的，在步骤（1）中，每个通道相关的配置参数包括时间窗，扫描周期，取样点数。

进一步的，在步骤（1）-（3）中，N的数值相等，均为大于等于2，小于等于8的自然数。

本发明的有益效果在于：

本发明所公开的串联多通道阵列探地雷达时序控制装置及方法，采用串联式时序控制方式的N通道采集系统只由一个步进控制模块，一个模数转换器和3个N路的选通开关组成，通过控制选通开关将N个通道的天线回波串联起来，每个通道在一个扫描周期内分时工作。在较少通道数的情况下（不多于8个），元器件数量较少，具有体积小、成本低、功耗小和控制灵活的特点，可按任意顺序控制阵列中发射单元及接收单元工作。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开串联多通道阵列探地雷达时序控制装置的电路连接结构示意图；

图2是本发明实施例1所公开串联多通道阵列探地雷达时序控制方法的时序控制图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种串联多通道阵列探地雷达时序控制装置，所述的装置包括：微型计算机，通过FPGA与微型计算机电连接的步进控制模块，微型计算机下发通道相关配置参数给FPGA后，FPGA把发射顺序参数和接收顺序参数分别下发给发射选通开关和接收选通开关；把通道的相关配置参数下发给步进控制模块，步进控制模块产生与该通道相关配置参数相匹配的发射触发信号序列和接收触发信号序列，其中发射触发信号序列由两组以上发射触发信号串联组成、接收触发信号序列由两组以上接收触发信号串联组成；连接有两台以上发射机的发射选通开关与FPGA电连接、来自FPGA的同步信号出现时，发射选通开关按照FPGA设定的发射顺序将各发射触发信号分配至相应发射机，上述的发射机均与阵列天线电连接，连接有两台以上接收机的接收选通开关与FPGA电连接、来自FPGA的同步信号出现时，接收选通开关按照FPGA设定的接收顺序将各接收触发信号分配至相应接收机，上述的接收机均与阵列天线电连接，回波选通开关按照1到N的顺序将回波信号串联，串联后的天线回波由模数转换器转换为数字信号，FPGA按照发射顺序和接收顺序标记每个通道回波信号，标记的内容为该通道的天线回波是由第几个发射机和第几个接收机产生的，微型计算机按照所标记的信息对应拾取每通道天线回波并送到对应通道数据显示窗口显示输出。

本实施例还公开了一种串联多通道阵列探地雷达时序控制方法，该方法包括触发信号的分配和对应通道的天线回波的拾取。

触发信号的分配是通过控制选通开关将发射触发信号和接收触发信号按照用户所期望的顺序分配到指定的发射机和接收机。

对应通道的天线回波的拾取是通过FPGA先对串联的天线回波信号分段，再标记通道信息，微型计算机按照所标记的信息对应拾取每通道天线回波并送到对应通道数据显示窗口。

具体地说，微型计算机下发参数给FPGA，这个参数包含通道个数、发射顺序、接收顺序以及每个通道相关的配置参数（时间窗，扫描周期,取样点数）。FPGA把发射顺序参数和接收顺序参数分别下发给发射选通开关和接收选通开关；把通道的相关配置参数下发给步进控制模块，步进控制模块产生与配置参数相匹配的发射触发信号序列和接收触发信号序列。当同步信号出现时，三个选通开关同时动作，发射选通开关和接收选通开关按照设定的顺序将发射触发信号和接收触发信号分配到指定的发射机和接收机中，回波选通开关按照1到N的顺序将回波信号串联，串联后的天线回波由模数转换器转换为数字信号，FPGA按照发射顺序和接收顺序标记每个通道回波信号，标记的内容为该通道的天线回波是由第几个发射机和第几个接收机产生的，微型计算机按照所标记的信息对应拾取每通道天线回波并送到对应通道数据显示窗口。

如图2所示，步进控制模块按照微型计算机下发的参数分别产生发射触发信号序列和接收触发信号序列，其中发射触发信号序列由N组发射触发信号串联组成，接收触发信号序列由N组接收触发信号串联组成。当同步信号出现时，发射选通开关分别将第一组发射触发信号分配给发射机1，第二组发射触发信号分配给发射机2，以此类推第N组发射触发信号分配给发射机N，同理接收选通开关也将接收触发信号按照此方式分配，这样分配后得：一通道由发射机1和接收机1组成，二通道由发射机2和接收机2组成，以此类推N通道由发射机N和接收机N组成。回波选通开关按照从1到N通道顺序将天线回波串联起来送与模数转换器。微型计算机以同步信号为标志按照顺序将串联的天线回波分成N段拾取出来，每一段即为每一个通道的天线回波，然后再将每个通道的天线回波送到对应通道数据显示窗口。

上述为发射机与接收机按照一一对应顺序的工作原理，任意发射机与任意接收机对应的工作原理如下：例如，一个四通道的阵列天线，要求发射机1与接收机2组成一个通道，发射机2与接收机3组成一个通道，发射机3与接收机4组成一个通道，发射机4与接收机1组成一个通道。微型计算机按照所要求的发射机和接收机的工作顺序和通道配置参数送给FPGA，FPGA将发射顺序参数和接收顺序参数下发给发射选通开关和接收选通开关；把通道相关配置参数下发给步进控制模块，步进控制模块产生一个由4组发射触发信号串联组成发射触发信号序列和一个由4组接收触发信号串联组成接收触发信号序列，同步信号出现时，发射选通开关将第一组发射触发信号分配发射机1，第二组分配给发射机2，第三组分配给发射机3，第四组分配给发射机4。接收选通开关将第一组接收触发信号分配给接收机2，第二组分配给接收机3，第三组分配给接收机4，第四组分配给接收机1。这样分配后得：第一通道由发射机1和接收机2组成，第二通道由发射机2和接收机3组成，第三通道由发射机3和接收机4组成，第四通道由发射机4和接收机1组成。回波选通开关以同步信号为标志按照从一到四的通道顺序将天线回波串联起来送与模数转换器。FPGA以同步信号为标志按照顺序将串联的天线回波分成4段，分别对应4个通道的天线回波，对每段天线回波添加通道标记，标记内容为：第一通道的天线回波由发射机1和接收机机2产生，第二通道的天线回波由发射机2和接收机3产生，第三通道的天线回波由发射机3和接收机4产生，第四通道的天线回波由发射机4和接收机1产生。微型计算机按照所标记的信息对应拾取每个通道天线回波并送到对应通道数据显示窗口。按照以上描述的工作原理，同理可获得按任意顺序控制阵列中发射单元及接收单元工作的实施方式。