CN104459638A - 八通道共享式地质雷达采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多通道高速数据采集领域，是一种低成本的八通道共享式地质雷达采集系统，其特征在于，该系统由多路开关电路、可变增益电路、AD采集电路、DA转换电路、电平比较电路和FPGA组成，对八通道不同步进延迟控制的不同频率天线信号进行共享式采集。本发明可以实现低成本的多通道地质雷达采集任务，适用于多路频率不一致的情况；八通道共享式采集系统不仅八路天线接收信号共享同一个AD采集电路，而且八路收发脉冲对的生成也是共享同一个DA转换电路，既比多路并行式采集系统成本低，又可以避免多路并行式地质雷达采集系统造成的天线间信号相互干扰的情况，具有低成本、低功耗、强抗干扰的优点，适用范围广。
Description
技术领域
本发明是属于数据采集技术领域，更为具体地讲，是一种多通道共享式的地质雷达采集系统。
背景技术
地质雷达已成为快速、高效、无损探测的重要手段和技术。脉冲式地质雷达是在超宽带技术的基础上发展起来的。目前，国内外很多公司及科研院校均进行了大量的 GPR 研究。国外成熟的产品有美国的 SIR 系列产品、加拿大 SSI公司系列产品、瑞典的 RAMAC 系列产品、意大利的 IDS 系列产品、英国的 ERA系列产品、日本的 GEORADAR 系列产品等。国内常用的 GPR 有:中国矿业大学(北京)的 GR 系列产品，大连理工大学的 DTL 系列产品，青岛电波传播研究所的 LTD 系列产品，东南大学的GPR-1 型产品等。目前大多数的雷达系统都是单通道的，多通道的系统也以双通道、四通道为主。多通道的系统主要是基于并行式的原理进行的，在天线频率不一致时，相互之间会有干扰存在，而且成本较高，电路模板较多。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种八通道共享式地质雷达采集系统，该系统由多路开关电路、可变增益电路、AD采集器、DA转换电路、电平比较电路和FPGA 组成。对地质雷达信号采用等效间隔采样定理进行采样，采样间隔由收发脉冲对间的延迟决定；收发脉冲对的延时由FPGA控制，经过1个DA转换电路和电平比较电路产生8个收发脉冲对；8个接收天线上的信号经过8选1的多路开关和信号调理电路送到高速AD采集器进行模数转换后送到FPGA，在FPGA中对数据进行乒乓存储，为下一步的数据传输做准备；模拟电压信号经输入多路开关电路后送入增益调节电路，再经A/D 转换器，转换后产生并行数字量，同时输出一个转换标志信号，FGPA在收到转换标志信号后，对并行数字量进行同步采集，采集完成后切换多路开关的通道，实现多通道共享式A/D 采集处理。
FPGA采用EP3C10E144I7芯片，包括时钟分频器、驱动器、步进延迟控制逻辑、多路开关切换控制逻辑、增益控制逻辑和AD采集控制逻辑、锁存器和乒乓存储器等模块，完成了收发脉冲对间的步进延时控制、多路开关控制、增益控制和AD采集控制，并且完成了DA电路的数字量输出和AD采集的数字量输入；步进延迟控制逻辑完成对收发脉冲对步进延时量的控制多路开关切换控制逻辑完成对多个天线输入信号的选择切换功能；增益控制逻辑完成对AD采集前端信号的增益控制；AD采集控制逻辑在检测到AD转换完成标志信号后，产生采集使能信号，同步将AD通道的并行数字量依次通过移位寄存器、锁存器传送至FIFO存储器；时钟分频器和驱动器用来生成A/D 转换器的采样时钟，从而控制A/D 转换器的采样率；锁存器完成并行数据的缓存；存储器内放置所有通道转换后的并行数据，利用乒乓技术对数据进行存储，方便数据下一步与上位机的传输通信。
为了降低系统对FPGA芯片的IO口数量要求，DA和AD转换器的数据线是复用式的，FPGA控制复用式数据线的逻辑，FPGA与DA/AD数据接口的IO为双向端口。当数据线由AD驱动时，将AD芯片的使能信号置为有效，DA写信号为无效状态，FPGA读入AD的数据；当数据由FPGA输出至DA芯片时，AD使能信号为无效，DA写信号为有效状态。
多路共享式采集不仅体现在接收信号的共享式采集，还体现在收发天线控制脉冲对电平比较电路前级的DA转换电路共享上，采用1个AD和1个DA芯片，可以完成8个收发脉冲对的产生，并完成8路信号的采集，降低成本。既比多路并行式采集的雷达成本低，又可以避免多路并行式采集造成的天线间信号相互干扰的情况，具有低成本、强抗干扰、低功耗的优点，适用范围更广。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为FPGA的内部实现原理框图。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
FPGA根据用户设置的参数，利用寄存器和锁存器对每一个通道的步进延时、前置增益控制等参数进行存储，根据用户设置的采样频率、采样点数等参数生成时序间隔。比如说，用户设置八个通道同时工作，采样频率为400KHz，那么每个通道的工作周期都将为1/(400KHz)=2.5us，八个通道所有的逻辑控制和数据读入、输出都将在2.5us的时间内完成，单个通道的实际工作时间为2.5us/8=0.3125us。在这一时间内，FPGA先完成对该通道的步进延迟控制逻辑，发送延迟量至DA，然后选通该通道对应的电平比较电路及多路开关对应的状态，产生收发脉冲对，然后将并行数据线置为高阻，由外部驱动，切换DA使能到AD使能状态，发送出AD采样时钟，在收到AD转换完成后，对数据线上的数据进行锁存，放入乒乓存储器中，进行存储，完成一个通道的一个点的采集；切换到下一个通道，完成一个点的采集，直至八个通道都采集完成；在根据采样点数进行循环，直至所有通道都采集完成，得到用户设置的采样点数的数据，并在乒乓存储器中进行顺序存储；切换乒乓存储器的状态，将写满的存储器用于数据发送，另一个存储器用于下一次的数据采集存储。
Claims (5)
1.一种八通道共享式地质雷达采集系统，其特征在于，该系统由输入多路开关电路、可变增益电路、AD采集电路、DA转换电路、电平比较电路和FPGA 组成，对地质雷达信号采用等效间隔采样定理进行采样，采样间隔由收发脉冲对间的延迟决定；收发脉冲对的延时由FPGA控制，经过1个DA转换电路和电平比较电路产生8个收发脉冲对；8个接收天线上的信号经过8选1的多路开关电路和信号调理电路送到高速AD采集器进行模数转换后送到FPGA，在FPGA中对数据进行乒乓存储，为下一步的数据传输做准备；模拟电压信号经输入多路开关电路后送入增益调节电路，再经AD 转换器，转换后产生并行数字量，同时输出一个转换标志信号，FGPA在收到转换标志信号后，对并行数字量进行同步采集，采集完成后切换多路开关的通道，实现多通道共享式AD 采集处理。
2.根据权利要求1所述的八通道共享式地质雷达采集电路，其特征在于，所述的FPGA采用EP3C10E144I7芯片，包括时钟分频器、驱动器、步进延迟控制逻辑、多路开关切换控制逻辑、增益控制逻辑和AD采集控制逻辑、锁存器和乒乓存储器，完成了收发脉冲对间的步进延时控制、多路开关控制、增益控制和AD采集控制，并且完成了DA电路的数字量输出和AD采集的数字量输入；步进延迟控制逻辑完成对收发脉冲对步进延时量的控制多路开关切换控制逻辑完成对多个天线输入信号的选择切换功能；增益控制逻辑完成对AD采集前端信号的增益控制；AD采集控制逻辑在检测到AD转换完成标志信号后，产生采集使能信号，同步将AD通道的并行数字量依次通过移位寄存器、锁存器传送至FIFO存储器；时钟分频器和驱动器用来生成AD转换器的采样时钟，从而控制AD转换器的采样率；锁存器完成并行数据的缓存；存储器内放置所有通道转换后的并行数据，利用乒乓技术对数据进行存储，方便数据下一步与上位机的传输通信。
3.根据权利要求1所述的低成本八通道共享式地质雷达采集电路，其特征在于，所述的DA和AD转换器的数据通路上传输的都是并行数字量，实现高速传输功能，DA和AD转换器的数据线是复用式的，降低对IO口数量的要求。
4.根据权利要求1所述的低成本八通道共享式地质雷达采集电路，其特征在于，采用1个AD和1个DA芯片，可以完成8个收发脉冲对的产生，并完成8路信号的采集，降低成本。
5.根据权利要求1所述的低成本八通道共享式地质雷达采集电路，其特征在于，该系统产生的不同通道的收发脉冲对不处于同一时刻，可以控制不同通道的天线在不同时间工作，避免天线间的相互干扰。
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