一种基于实时采样的探地雷达及其控制方法与流程

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种基于实时采样的探地雷达及其控制方法。

背景技术：

探地雷达向地下连续发送高频电磁脉冲，并通过对雷达天线回波的提取分析获取地下目标信息，是当前主流的地下目标探测手段。目前国内外主流的探地雷达控制方法为等效采样法，这种方法在每个天线高频原始回波获取1点信息，由数百个原始回波上不同位置点信息组成一道低频回波，这种方法降低了同一时段内的雷达数据数量，而且需要在天线端匹配独立的接收机，成本高，设计复杂。采用实时采样法则可以在单个原始高频回波中获取多点雷达数据，从而可以在同一段探测时间内获取更多的雷达数据，这样进一步可以将若干道数据叠加提高探地雷达的信噪比。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于实时采样的能够连续采样且采样精度高的探地雷达及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于实时采样的探地雷达，包括：时钟管理单元、主控单元、ad采集单元、触发脉冲形成单元、回波匹配单元和网络传输单元；

所述主控单元通过网络传输单元与上位机进行数据通信，用于计算雷达参数，控制触发脉冲形成单元产生的发射脉冲的时序，对ad采集单元的数据采集和传输进行控制，以及对ad采集单元接收的雷达数据进行预处理；

所述触发脉冲形成单元接收所述主控单元控制的延时数据，并生成高频的延时触发脉冲发送给天线发射机，其中，所述延时触发脉冲的一个周期由多个延迟周期构成，所述延迟周期为所述主控单元的一个主时钟周期延时δt，δt是延迟数；

所述ad采集单元用于获取高频天线回波；

所述回波匹配单元用于为天线原始回波和ad采集单元之间提供良好的匹配，确保回波无失真接收；

所述时钟管理单元生成四路时钟信号，包括：

传送至所述网络传输单元的数据通信时钟；

传送至所述主控单元的主时钟；

传路送至所述触发脉冲形成单元以产生延时触发脉冲的参考时钟；

传路送至所述ad采集单元的采样时钟。

作为优选的技术方案，所述主控单元包括用于控制的fpga模块和用于存储雷达控制参数和雷达回波数据的存储器。

作为优选的技术方案，所述时钟管理单元包括单片机和多路时钟管理芯片，所述单片机通过iic串行总线与fpga模块连接，获取四路时钟配置数据并发送到所述多路时钟管理芯片。

作为优选的技术方案，所述触发脉冲形成单元由延迟芯片、ecl调理电路和脉冲整形叠加电路等组成，参考时钟通过所述ecl调理电路输入所述延迟芯片，所述延迟芯片与fpga模块通过并行接口连接，接收所述fpga模块输出的延时数据，产生延时触发脉冲并经过脉冲整形叠加电路整形叠加后输送至天线发射机。

一种基于实时采样的探地雷达的控制方法，包括以下步骤：

触发脉冲形成单元根据主控单元的主时钟、参考时钟和主控单元发送的延迟数据，生成延迟脉冲，所述延迟脉冲的一个周期等于n*延迟周期，所述延迟周期为一个所述主时钟周期延时δt，δt是延迟数；

ad采集单元以采样时钟的频率进行采样，并将获取的雷达数据传输至所述主控单元；

所述主控单元以所述延迟脉冲的一个周期作为扫描周期获取雷达数据，一个扫描周期内包括n个延迟周期，所述主控单元接收每个延迟周期内的前m点雷达数据，n个延迟周期获取的雷达数据排列组合，所述主控单元在一个扫描周期内获取n*m个雷达数据。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明采样较少的硬件电路实现了探测功能，系统的可靠性强，同时降低了成本；采用实时采样的方法，采样精度高，精准的重现雷达原始回波；能够在一个扫描周期，连续获取雷达数据，采样效率高，极大提高雷达探测的作业效率，节省操作人员的时间成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的电气原理框图；

图2是本发明实施例的时序控制图。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种基于实时采样的探地雷达，包括：时钟管理单元、主控单元、ad采集单元、触发脉冲形成单元、回波匹配单元和网络传输单元。

主控单元通过网络传输单元与上位机进行数据通信，用于计算雷达参数，控制触发脉冲形成单元产生的发射脉冲的时序，对ad采集单元的数据采集和传输进行控制，以及对ad采集单元接收的雷达数据进行预处理。主控单元包括用于控制的fpga模块和用于存储雷达控制参数和雷达回波数据的存储器。

触发脉冲形成单元接收主控单元控制的延时数据，并生成高频的延时触发脉冲发送给天线发射机，其中，延时触发脉冲的一个周期由多个延迟周期构成，延迟周期为主控单元的一个主时钟周期延时δt，δt是延迟数。

触发脉冲形成单元由延迟芯片、ecl调理电路和脉冲整形叠加电路等组成，参考时钟通过ecl调理电路输入延迟芯片，延迟芯片与fpga模块通过并行接口连接，接收fpga模块输出的延时数据，产生延时触发脉冲并经过脉冲整形叠加电路整形叠加后输送至天线发射机。

ad采集单元用于获取高频天线回波，ad采集单元是实时取样雷达的核心单元，具备高速的采样率，高带宽的保持电路以便精确的获取高频天线回波。

回波匹配单元用于为天线原始回波和ad采集单元之间提供良好的匹配，确保回波无失真接收。

时钟管理单元生成四路时钟信号，包括：

传送至网络传输单元的数据通信时钟；

传送至主控单元的主时钟；

传路送至触发脉冲形成单元以产生延时触发脉冲的参考时钟；

传路送至ad采集单元的采样时钟。

时钟管理单元包括单片机和多路时钟管理芯片，单片机通过iic串行总线与fpga模块连接，获取四路时钟配置数据并发送到多路时钟管理芯片。

网络传输单元自适应10/100/1000m网络，采用tcp传输协议，将操作人员的指令由上位机发给主控单元中的fpga模块，雷达工作后又可将雷达数据由fpga模块快速发送至上位机显示。

本实施例中，各单元协调工作的具体过程如下：

网络传输单元将操作人员的指令由上位机发给主控单元中的fpga模块，雷达工作后又可将雷达数据由fpga模块快速发送至上位机显示。

主控单元由fpga、sdram和其它片外电路组成，fpga将操作人员的指令解析计算，确定收发时刻，随后向触发脉冲形成单元发送控制字产生发射触发信号，同时向ad采集单元发送工作参数并实时接收ad输出时钟和转换后的雷达数据，雷达数据被预处理后缓存至存储器中，最后通过高速网络传输单元将存储器中的数据传送至上位机处理显示。ad采集单元中的ad芯片内有高带宽的采样保持电路，可实时采集高频天线回波，ad芯片的数字接口为差分lvds接口可与fpga的io连接，数据传输稳定性好。回波匹配单元将天线回波先进行平衡转换，再滤波放大后送到ad采集单元进行模数转化。触发脉冲形成单元由延时电路和脉冲整形电路组成，延时电路接收fpga的控制字将某一频率信号进行精确延时，脉冲整形电路将此信号进行整形，最后由发射机发出。

采用基于实时采样的探地雷达的控制时序如图2所示，其控制方法，包括以下步骤：

触发脉冲形成单元根据主控单元的主时钟、参考时钟和主控单元发送的延迟数据，生成延迟脉冲，延迟脉冲的一个周期等于n*延迟周期，延迟周期为一个主时钟周期延时δt，δt是延迟数；

ad采集单元以采样时钟的频率进行采样，并将获取的雷达数据传输至主控单元；

主控单元以延迟脉冲的一个周期作为扫描周期获取雷达数据，一个扫描周期内包括n个延迟周期，主控单元接收每个延迟周期内的前m点雷达数据，n个延迟周期获取的雷达数据排列组合，主控单元在一个扫描周期内获取n*m个雷达数据。

下面结合图2，具体描述雷达数据的采样过程：

当雷达开始工作时，以主时钟mclk为基准，首先由fpga模块产生一个高电平为100ns的周期信号freq(假定此频率为天线工作的重复频率)，随后fpga模块通过并行数组总线向延迟芯片写数据将freq进行延时为trig信号，trig信号的周期为n个freq周期，首先第一个freq信号不延迟，第二个freq延迟1个△t，第n个freq延迟n-1个△t，这n个trig构成一个scan周期。

trig信号经过脉冲整形后被天线发射机通过天线发出，高速ad连续接收接收天线信号，ad采样时钟ad_cnv与freq上升沿同步，即以freq开始获取m个ad采集数据，然后在下一个freq开始继续获取m个ad采集数据，依次到第n个freq获取m个ad采集数据，这m*n个数据组成一道雷达数据。

按照以上描述的工作原理可连续获取雷达数据。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。