CN104635211A - 地质雷达系统中的基于精密延时电路的高速数据采集系统 - Google Patents
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Abstract
地质雷达系统中的基于精密延时电路的高速数据采集系统，地质雷达系统包括数据采集系统，数据采集系统由地址译码电路、延时电路一、延时电路二、前置放大电路及A/D转换器构成，延时电路一和延时电路二分别启动发射脉冲和接收脉冲，前置放大电路对雷达反射波的采样保持信号放大后传入A/D转换器进行模拟信号数字化；延时电路一和延时电路二均采用AD9501，AD9501由线性斜波发生器、一个8位的数模转换器和一个电压比较器构成，AD9501的D0－D7引脚连接至数模转换器。该高精度的延时电路具有稳定性、可靠性和高精度等，并且能采集到30GHz的高频地质雷达发射波信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据采集系统，尤其是地质雷达系统中的基于精密延时电路的高速数据采集系统。
背景技术
数据采集技术是模拟信号数字化的前端，数据采集过程的微小误差都会对信号恢复产嫩很大的影响，所以数据采集的微小误差都会对信号恢复产生很大的影响。近年来，随着数字化技术的发展，对高频信号的采集越来越多，由予受现有元器件的限制，低速的A／D转换器很难对高频信号实行实时采集，取而代之的是等效采样技术，可以实现周期信号或者重复信号的数字化，它利用信号的周期性，以增加采集时间为代价，降低对高速采样电路的压力，通过重组恢复原始信号。由于是将不同周期的采样点重新组成一个完整的周期信号，任何定时抖动或触发点的变化都将导致采样点的相位误差，相位误差的存在使得在重组信号时导致重建波形失真，这样就降低了恢复波形的精度。所以等效采样技术中需要设计精密延时电路，才能保证采集高精度的高频信号，因此，精密延时电路的设计是高速数据采集系统中的关键技术之一。尤其是用于高频地质雷达反射波信号的采集，由于雷达反射渡信号是高频脉冲信号，根据采样定理不能用实时采集，而只能用等效采样技术实现。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种地质雷达系统中的基于精密延时电路的高速数据采集系统。
为解决上述技术问题，采用的技术方案是：
地质雷达系统中的基于精密延时电路的高速数据采集系统，地质雷达系统包括数据采集系统，数据采集系统由地址译码电路、延时电路一、延时电路二、前置放大电路及A/D转换器构成，延时电路一和延时电路二分别启动发射脉冲和接收脉冲，前置放大电路对雷达反射波的采样保持信号放大后传入A/D转换器进行模拟信号数字化；延时电路一和延时电路二均采用AD9501，AD9501由线性斜波发生器、一个8位的数模转换器和一个电压比较器构成，AD9501的D0－D7引脚连接至数模转换器。
本发明的有益效果是：该高精度的延时电路具有稳定性、可靠性和高精度等，并且
能采集到30GHz的高频地质雷达发射波信号。
附图说明
图1是数据采集与控制系统的电路示意图；
图2是延时器AD9501内部结构图。
具体实施方式
高速数据采集与控制系统是地质雷达系统的一部分，地质雷达系统由三个子系统组成：天线系统、数据采集系统和微机系统。天线系统主要功能是发射高频脉冲信号和接收发射波信号；数据采集系统的主要功能是对高频地质雷达反射波信号的数字化，微机系统的主要功能是对数字化的雷达反射波信号的存储、显示和处理。数据采集系统是对地质雷达反射波0．1—10ns宽的窄脉冲信号的数字化。在微机系统的控制下，为天线系统提供精确定时的启动触发脉冲，并对来自天线系统采样保持后的雷达反射波信号进行程控增益放大和A/D转换，并将得到的数字化雷达反射波信号通过微机系统总线传输到微机中。其中接口及地址译码电路是为数据采集子系统中各部分电路分配系统地址、提供启动信号和必要的控制信号；前置放大器是对来自天线系统雷达发射波采样保持后的信号进行阻抗匹配，并进行程控增益放大，使该信号的电压幅度尽可能接近A／D转换器的输入电压满度值，以便得到信噪比较高的数字化输出结果；A／D转换器是将前置程控增益放大器输出的模拟信号数字化；步进延时电路是在微机系统启动脉冲触发下，延迟一个可编程时间段后，产生一个触发脉冲，用于启动天线接收系统的采样保持和数据采集和控制系统的A／D转换。由于对一个完整雷达反射波的数据采集需要进行多次采样，每采一个样，其延时时间要改变一次，这样才能在多次采样过程中，等效获得一个雷达反射波不同时刻的样点幅值，这也是等效采样技术的关键所在。因此，要求该延迟时间具有精度高的特点。固定延时电路，其输出脉冲用于启动发射系统发射高频高压雷达脉冲信号。该延时也是可编程的，它主要用来消除电路自身和传输线路带来的时滞影响，使得发射启动信号与接收启动信号之间的时间差控制在有效范围内，在对一个完整雷达反射波的多次采样过程中，其延时始终是一个固定值。
目前情况下，高频的晶阵很难找到，所以以上的方法很难高精度地对地质雷达反射波高频信号的采集，必须寻找合适的延时电路或器件来实现高精度的延时。本系统选择AD9501数字延时器。AD9501是8位数字延时器，它采用高性能双极型工艺，专为高速数字和模拟电路设计。最小延时精度可达10ps，单+5V电源供电。可广泛应用于脉冲去时滞、任意波形发生器、高稳定度定时源、多相时钟发生器和自动测试设备等。其内部原理结构示意图如图2所示。从图2可看出，AD9501内部结构由三个主要部分组成：线性斜波发生器、一个8位的数模转换器
(DAC)和一个电压比较器。核心部分是一个线性斜波发生器，当AD9501触发输入时，启动斜波周期，斜渡电压将降至由内部DAC设定的阈值。由一比较器监测线性斜波电压和DAC设定的阈值电平，该比较器的输出作为AD9501的输出。从触发直至比较器翻转的时间间隔就是AD9501的总延时。其工作实现过程如下：在每次触发采样前，先通过AD9501的D0－D7引脚输入8位数据到内部的D／A转换器并使Latch管脚有效把数据锁存，使其产生相应的输出电压送至内部高速TTL电压比较器的正相端。接着向管脚Trigger发出一个启动延时触发脉冲，在该脉冲的上升沿到达后，使内部的斜波发生器开始充电，这样，斜波发生器上的电压将线性增长，即产生斜波，当斜波发生器上的电压超过内部D／A转换器的输出电压时，内部高速TTL电压比较器输出发生翻转并启动天线发射或接收系统，从而实现了从启动脉冲到启动天线发射或接收系统触发信号之间的精密延时。同时，为了实现下一次精确延时，使斜波发生器充分放电，应使管脚Reset有足够的脉冲宽度。另外应保证，放电后斜波发生器上的电压应低于DA转换器能够输出的最低电平，以便可编程精密延时电路能够产生最小的延时时间。
Claims (1)
1.地质雷达系统中的基于精密延时电路的高速数据采集系统，其特征在于：地质雷达系统包括数据采集系统，数据采集系统由地址译码电路、延时电路一、延时电路二、前置放大电路及A/D转换器构成，延时电路一和延时电路二分别启动发射脉冲和接收脉冲，前置放大电路对雷达反射波的采样保持信号放大后传入A/D转换器进行模拟信号数字化；延时电路一和延时电路二均采用AD9501，AD9501由线性斜波发生器、一个8位的数模转换器和一个电压比较器构成，AD9501的D0－D7引脚连接至数模转换器。
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2013
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