CN113740811B - 基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法，利用基于FPGA的多通道雷达控制单元对内部高频母时钟进行程序分频，生成各个通道窄脉冲信号源触发时钟的基准时钟；再利用高频母时钟对上述的基准时钟进行线性递增的延时，得到所有通道的窄脉冲信号源触发时钟；最后将所有的触发时钟输出至各自对应的窄脉冲信号源触发时钟输入端，窄脉冲信号源输出端根据触发时钟有效边沿到达的时刻输出窄脉冲信号，使雷达各个通道的有效工作时间处在不同时间段，从而达到利用分时复用减小通道间干扰的目的。这种分时触发窄脉冲信号源的方法可以使各个通道的窄脉冲信号源在触发时间上分开，避免信号源同时触发产生的多路窄脉冲信号对雷达主控单元和各个通道的接收产生强干扰，同时保证了多通道分时复用的探地雷达采集的数据和不考虑干扰时多通道同时工作的探地雷达采集的数据包含同样的地质信息，提高了探地雷达探测数据的准确性。

Description

基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法及系统

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法及系统。

背景技术

探地雷达技术是一种利用高频电磁波获取地下介质分布规律的探测技术。探地雷达可以根据宽带电磁波脉冲在地下介质不连续处产生的反射和散射，实现对地下目标成像及定位，并对地下几厘米至几十米的目标进行高分辨率探测。这项技术在军事排查、矿产地质勘探、工程质检、考古、搜救等方面发挥着极其重要和广泛的作用。常见的单通道探地雷达主要由主控单元、窄脉冲信号源、收发天线、上位机4部分组成，且一组窄脉冲信号源和收发天线对应一个具有特定频率特性的探测通道。工程上，为了满足地下探测的不同需求，有时会要求探地雷达具有多个同时工作的通道来获取更多的地质信息，用于更为精确的目标探测或三维成像。因此，多通道探地雷达技术也逐渐发展完善并投入了广泛的应用当中。

探地雷达作为一种依赖于电磁脉冲信号获取地质信息的电子探测设备，其对外来电磁信号引入的干扰也十分敏感，因而在探测过程中需要增加额外的抗干扰结构(如吸波材料)来屏蔽外来电磁波，从而避免强电磁波对雷达控制单元的运作和接收信号的质量造成影响。多通道探地雷达可认为是由多个同时工作的单通道雷达构成，雷达的每个通道除了受到环境中的电磁干扰外，还需考虑自身其他通道工作时产生的干扰信号。当多个通道分布密集时，自身其他通道对当前通道的干扰为强干扰，无法被抗干扰结构完全隔绝，从而会对雷达的探测深度和探测精度造成影响。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法，解决多通道探地雷达密集通道间的强干扰问题，以此来提高现有多通道探地雷达的探测性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法，包括以下步骤：

步骤1、对多通道雷达控制单元的高频母时钟进行程序分频，生成各个通道窄脉冲信号源触发时钟的基准时钟；

步骤2、采用高频母时钟对所述的基准时钟进行线性递增延时，得到所有通道的窄脉冲信号源触发时钟；

步骤3、将所有的触发时钟输出至各自对应的窄脉冲信号源触发时钟的输入端，窄脉冲信号源输出端根据触发时钟有效边沿到达的时刻输出窄脉冲信号，使雷达各个通道的有效工作时间处在不同时间段，从而达到利用分时复用减小通道间干扰的目的。

优选的，步骤1中程序分频生成固定频率的时钟信号，频率值等于窄脉冲信号源的触发频率，将固定频率的时钟信号作为各个通道窄脉冲信号源触发时钟的基准时钟。

优选的，步骤2中，当高频母时钟1分频数M是探地雷达通道数N的整数倍时，延时间隔t为窄脉冲信号源触发周期T₂除以通道数N，即存在数学关系：t＝T₂/N＝MT₁/N，最小延时为0，最大延时为(N-1)t。

优选的，当高频母时钟分频数M不是探地雷达通道数N的整数倍，取最接近M/N的整数乘以T₁得到延时间隔t。

优选的，步骤2中所述延时精度为母时钟周期T₁，即延时间隔t为高频母时钟周期T₁的整数倍。

优选的，还包括以下步骤：

各个通道的窄脉冲信号源在触发时钟的作用下产生与触发时钟频率一致的周期性高幅值窄脉冲信号，并经由发射天线传至地下，ADC采样电路会对接收天线捕获到的地下雷达回波进行采样，从而得到包含地质信息的信号采样点值。

一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法的系统，包括，基准时钟模块，用于高频母时钟进行程序分频，生成各个通道窄脉冲信号源触发时钟的基准时钟；

延时模块，用于采用高频母时钟对基准时钟模块生成的基准时钟进行线性递增延时，得到所有通道的窄脉冲信号源触发时钟；

窄脉冲信号输出模块，用于将所有的触发时钟输出至各自对应的窄脉冲信号源触发时钟的输入端，窄脉冲信号源输出端根据触发时钟有效边沿到达的时刻输出窄脉冲信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法，各个通道的窄脉冲信号源触发时钟之间都具有一定延时，这使得各个通道的窄脉冲信号源在触发时间上分开，避免信号源同时触发产生的多路窄脉冲信号对雷达主控单元和各个通道的接收产生强干扰。

进一步，因为雷达回波信号具有近似周期性的特点，即认为在非极端情况下，地下介质分布情况在远大于窄脉冲信号源触发周期的一段时间内近似不变，而各个通道窄脉冲信号源触发时钟的最大延时间隔小于触发周期，则可以认为多通道分时复用的探地雷达采集的数据和不考虑干扰时多通道同时工作的探地雷达采集的数据包含同样的地质信息，提高了探地雷达探测数据的准确性。

附图说明

图1为本发明多通道分时复用的原理图。

图中：1、基于FPGA的主控单元内部高频母时钟；2、窄脉冲信号源触发时钟的基准时钟；3、通道1窄脉冲信号源触发时钟；4、通道2窄脉冲信号源触发时钟；5、通道3窄脉冲信号源触发时钟；6、通道N窄脉冲信号源触发时钟；T₁为高频母时钟周期；M为高频母时钟生成基准时钟的分频系数；T₂为窄脉冲信号源触发周期；t为窄脉冲信号源触发时钟的延时间隔；N为多通道探地雷达的总通道数。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法，包括以下过程：

步骤1、采用多通道雷达控制单元对其内部的高频母时钟进行程序分频，得到固定频率的时钟信号，并作为各个通道窄脉冲信号源触发时钟的基准时钟。

具体的，基于FPGA的多通道雷达控制单元的高频母时钟进行程序分频，产生固定频率的时钟信号，频率值等于窄脉冲信号源的触发频率，此时存在数学关系：T₂＝MT₁。且该信号暂不输出，而是作为各个通道窄脉冲信号源触发时钟的基准时钟。

步骤2、采用多通道雷达控制单元的高频母时钟对上述的基准时钟进行线性递增的延时。

具体的，当高频母时钟1分频数M是探地雷达通道数N的整数倍时，延时间隔t为窄脉冲信号源触发周期T₂除以通道数N，即存在数学关系：t＝T₂/N＝MT₁/N，最小延时为0，最大延时为(N-1)t；

当高频母时钟分频数M不是探地雷达通道数N的整数倍，即M/N不是整数时，可取最接近M/N的整数乘以T₁得到延时间隔t。

由于基准时钟2是高频母时钟1通过程序分频得到，则二者的时钟边沿为对齐关系，因此可以精确控制每个通道的窄脉冲信号源触发时钟与基准时钟之间的延时，延时精度为母时钟周期T₁，即延时间隔t为高频母时钟周期T₁的整数倍。

步骤3、将所有的触发时钟输出至各自对应的窄脉冲信号源触发时钟的输入端，窄脉冲信号源输出端根据触发时钟有效边沿到达的时刻输出窄脉冲信号，使雷达各个通道的有效工作时间处在不同时间段，从而达到利用分时复用减小通道间干扰的目的。

具体的，基于FPGA的主控单元完成对基准时钟的内部延时后，得到所有通道的窄脉冲信号源触发时钟，将所有的触发时钟输出至各自对应的窄脉冲信号源触发时钟输入端，如通道1窄脉冲信号源触发时钟3相对于基准时钟2的延时为0；通道2窄脉冲信号源触发时钟4相对于基准时钟2的延时为t；通道3窄脉冲信号源触发时钟5相对于基准时钟2的延时为2t；一直到最后的通道N窄脉冲信号源触发时钟6相对于基准时钟2的延时为(N-1)t。这样可以使各通道发射的脉冲信号实现时间间隔为t的分时触发，从而让各个通道在时长不超过t的时间段内实现独立工作，达到减小通道间干扰的目的。

各个通道的窄脉冲信号源在触发时钟的作用下都会产生与触发时钟频率一致的周期性高幅值窄脉冲信号，并经由发射天线传至地下；ADC采样电路会对接收天线捕获到的地下雷达回波进行采样，从而得到包含地质信息的信号采样点值。

各个通道的窄脉冲信号源在触发时钟的作用下都会产生与触发时钟频率一致的周期性高幅值窄脉冲信号，并经由发射天线传至地下；ADC采样电路会对接收天线捕获到的地下雷达回波进行采样，从而得到包含地质信息的信号采样点值。

本发明还提供了一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法的系统，包括基准时钟模块、延时模块和窄脉冲信号输出模块；

基准时钟模块，用于高频母时钟进行程序分频，生成各个通道窄脉冲信号源触发时钟的基准时钟；

延时模块，用于采用高频母时钟对基准时钟模块生成的基准时钟进行线性递增延时，得到所有通道的窄脉冲信号源触发时钟；

窄脉冲信号输出模块，用于将所有的触发时钟输出至各自对应的窄脉冲信号源触发时钟的输入端，窄脉冲信号源输出端根据触发时钟到达的时刻输出窄脉冲信号，使雷达各个通道的有效工作时间处在不同时间段，从而达到利用分时复用减小通道间干扰的目的。

本发明提供的一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法，利用基于FPGA的多通道雷达控制单元对内部高频母时钟进行程序分频，生成各个通道窄脉冲信号源触发时钟的基准时钟；再利用高频母时钟对上述的基准时钟进行线性递增的延时，得到所有通道的窄脉冲信号源触发时钟；最后将所有的触发时钟输出至各自对应的窄脉冲信号源触发时钟输入端，达到分时复用的目的。这种分时触发窄脉冲信号源的方法可以使各个通道的窄脉冲信号源在触发时间上分开，避免信号源同时触发产生的多路窄脉冲信号对雷达主控单元和各个通道的接收产生强干扰，同时保证了多通道分时复用的探地雷达采集的数据和不考虑干扰时多通道同时工作的探地雷达采集的数据包含同样的地质信息，提高了探地雷达探测数据的准确性。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对多通道雷达控制单元的高频母时钟进行程序分频，生成各个通道窄脉冲信号源触发时钟的基准时钟；

步骤2、采用高频母时钟对所述的基准时钟进行线性递增延时，得到所有通道的窄脉冲信号源触发时钟；

步骤3、将所有的触发时钟输出至各自对应的窄脉冲信号源触发时钟的输入端，窄脉冲信号源输出端根据触发时钟有效边沿到达的时刻输出窄脉冲信号，使雷达各个通道的有效工作时间处在不同时间段，从而达到利用分时复用减小通道间干扰的目的。

2.根据权利要求1所述的一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法，其特征在于，步骤1中程序分频生成固定频率的时钟信号，频率值等于窄脉冲信号源的触发频率，将固定频率的时钟信号作为各个通道窄脉冲信号源触发时钟的基准时钟。

3.根据权利要求1所述的一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法，其特征在于，步骤2中，当高频母时钟1分频数M是探地雷达通道数N的整数倍时，延时间隔t为窄脉冲信号源触发周期T₂除以通道数N，即存在数学关系：t=T₂/N=MT₁/N，最小延时为0，最大延时为(N-1)t，T₁为母时钟周期。

4.根据权利要求3所述的一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法，其特征在于，当高频母时钟分频数M不是探地雷达通道数N的整数倍，取最接近M/N的整数乘以T₁得到延时间隔t。

5.根据权利要求1所述的一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法，其特征在于，步骤2中所述延时精度为母时钟周期T₁，即延时间隔t为高频母时钟周期T₁的整数倍。

6.根据权利要求1所述的一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法，其特征在于，还包括以下步骤：

各个通道的窄脉冲信号源在触发时钟的作用下产生与触发时钟频率一致的周期性高幅值窄脉冲信号，并经由发射天线传至地下，ADC采样电路会对接收天线捕获到的地下雷达回波进行采样，从而得到包含地质信息的信号采样点值。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的一种基于分时复用的多通道探地雷达抗干扰方法的系统，其特征在于，包括

基准时钟模块，用于高频母时钟进行程序分频，生成各个通道窄脉冲信号源触发时钟的基准时钟；

延时模块，用于采用高频母时钟对基准时钟模块生成的基准时钟进行线性递增延时，得到所有通道的窄脉冲信号源触发时钟；

窄脉冲信号输出模块，用于将所有的触发时钟输出至各自对应的窄脉冲信号源触发时钟的输入端，窄脉冲信号源输出端根据触发时钟有效边沿到达的时刻输出窄脉冲信号。