本发明专利技术公开了一种基于UWB脉冲电磁波的地雷探测装置，包括主处理模块、UWB信号发射组件、信号接收与调理组件、高速ADC采集组件、单刀双掷开关K1、收发一体天线。主处理模块分别与UWB信号发射组件和高速ADC采集组件进行数据交互，天线除了作为发射端发射脉冲电磁波信号还兼电场传感器进行回波信号接收，可将接收后的信号传至信号调理组件进行信号处理，随后经由高速ADC采集组件处理为数据后传送给主处理模块，根据回波采集信息判定探测区域是否含有地雷。本发明专利技术的有益效果在于：该探测装置通过用超宽带脉冲波进行探测，发射出去的电磁脉冲具有频谱丰富、频带宽和脉冲窄等特点，抗干扰能力强，对地雷的探测精度有显著提升。
【技术实现步骤摘要】
基于UWB脉冲电磁波的地雷探测装置
本专利技术涉及无线电探测地雷
，尤其涉及一种基于UWB脉冲电磁波的地雷探测装置。
技术介绍
目前，许多国家对探雷的研究愈发重视，地雷是一种爆炸性武器，第二次世界大战结束以后，世界各地遗留了数以万计的各种地雷，给人民的生命财产造成巨大的威胁，每年因地雷而丧生的案例数不胜数，使得在世界许多区域排雷的必要性大增。为此，全世界对探雷技术的要求与日俱增。UWB脉冲电磁波探测技术是通过向地面发射一种超宽频带和超窄脉冲、具有丰富的频谱的电磁波，然后分析其产生的回波信号实现探测目的的技术。由于其对比传统脉冲波探测，具有抗干扰能力更强、功耗更低、信号穿透力更强、探测精度更高等优势，同时还有对人工要求小、工作成本低的优点，所以其在探测领域应用越来越广泛，紧跟着对设备需求也越来越大。同时本探测装置采用分析回波信号的包络以及均方根输出以区别于地底其他物质的方式进行地雷判定，相比其他回波频谱分析，进一步提高了探雷精度。目前在国内外还没有通过分析脉冲电磁波所产生回波信号的包络以及均方根输出从而判定地雷的设备装置。我国现在主要采用方便携带式传统脉冲感应探雷装置进行探雷，通过发射线圈发射周期性脉冲一次场，脉冲电磁场发射时，地下金属物体产生感应涡流；在脉冲电磁场断掉后，涡流产生的二次场按指数规律衰减并被接收线圈探测到，经放大和信号处理后报警。由于脉冲感应法测量的是纯二次场，故加大发射功率便可增大探测灵敏度，所以脉冲感应式探雷器具有较高的探测灵敏度，这也是本探测装置采用脉冲电磁波进行探雷的原因之一。但传统探雷设备一种是靠检测纯二次场信号强度的方式探雷，利用探雷器辐射电磁场，使地雷的金属零件受激产生涡流，涡流电磁场又作用于探雷器的电子系统，使之失去原来的平衡状态，或者通过探雷器的接收系统检测涡流电磁场信号，从而得知金属物体（地雷）的位置。但土壤中的非地雷异物，土壤密度的突变，土壤中的空腔以及湿度的不均匀等，都可能引起虚假信号，面对低阻物体容易出现误判。它能可靠地发现带有金属零件的地雷，但容易受到战场上弹片等金属物体的干扰。另一种原理是利用地雷与周围土壤的介电常数等物理特性的差异，引起探雷器辐射的微波电磁场发生畸变，通过检测畸变场信号来判断地雷的位置。但是介电常数等物理特性变化性很强，环境干扰因素很大，这也使得探测准确性变得极不稳定。其他还有通过雷达波探雷的方式，雷达波通常采用连续波，通过对地面反射的雷达波进行频谱分析从而探雷，但由于其设备沉重，难以单兵操作，同时功率要求高，能量损耗大，最主要的是单个地雷探测精度低，通常雷达波探雷的方式通常用于大范围内具体雷区的判定。
技术实现思路
针对目前传统脉冲感应探雷装置进行探雷的不足，本专利技术提供了一种基于UWB脉冲电磁波的地雷探测装置。本专利技术采用的技术方案是：一种基于UWB脉冲电磁波的地雷探测装置，包括主处理模块、UWB信号发射组件、信号接收与调理组件、高速ADC采集组件、单刀双掷开关K1、收发一体天线，整个装置由外接电源供电；UWB信号发射组件与主处理模块电连接，高速ADC采集组件与主处理模块、信号接收与调理组件电连接，收发一体天线通过单刀双掷开关K1与UWB信号发射组件、信号接收与调理组件电连接；探测时，主处理模块发出控制信号控制UWB信号发射组件产生探测所需的UWB脉冲，同时控制单刀双掷开关K1使UWB信号发射组件与收发一体天线连接，通过收发一体天线发射UWB脉冲电磁波，单刀双掷开关K1在发射完成后回到默认状态使收发一体天线与信号接收与调理组件连接，收发一体天线接收的回波信号经信号接收与调理组件后送高速ADC采集组件，主处理模块通过高速ADC采集组件采集UWB脉冲电磁波的回波信号，经数据处理、信号分析、特征识别后得出地雷探测结果。在本专利技术中，所述的主处理模块包括多核DSP芯片、RAM&ROM、JTAG电路、电源电路，外接电源经电源电路后提供多核DSP芯片及外围器件、UWB信号发射组件、信号接收与调理组件、高速ADC采集组件所需的工作电源，RAM&ROM用于保存运行程序和实时动态数据，JTAG电路用于装置调试与程序下载，多核DSP芯片通过SPI接口连接UWB信号发射组件以实现UWB脉冲电磁波发射，通过TSIP接口连接高速ADC采集组件以实现对UWB脉冲电磁波的回波信号采集。在本专利技术中，所述的UWB信号发射组件包括与主处理模块连接的SPI接口、状态控制寄存器、UWB信号发生器、与单刀双掷开关K1连接的功放及发射电路、晶振、时钟信号产生电路，主处理模块通过SPI接口配置和读取状态控制寄存器，在状态控制寄存器的控制下晶振与时钟信号产生电路一起为SPI接口、UWB信号发生器提供所需的时钟信号，在状态控制寄存器、时钟信号产生电路的共同驱动下，UWB信号发生器将主处理模块经SPI接口传输来的数据转换为UWB脉冲信号送功放及发射电路，同时状态控制寄存器输出控制信号控制单刀双掷开关K1使收发一体天线与功放及发射电路连接以实现UWB脉冲信号的发射。在本专利技术中，所述的信号接收与调理组件包括通带可调谐滤波器、射频低噪声放大器、低通滤波电路、带通滤波电路、有效值提取电路和包络提取电路，UWB信号发射组件在UWB脉冲信号发射后控制单刀双掷开关K1回到默认状态使收发一体天线与通带可调谐滤波器连接，收发一体天线接收的回波信号经通带可调谐滤波器、射频低噪声放大器后由低通滤波电路、带通滤波电路、有效值提取电路、包络提取电路提取用于地雷探测与识别的四种不同信号连接到高速ADC采集组件。在本专利技术中，所述的高速ADC采集组件包括四个采样保持放大器、两个二通道高速ADC，信号接收与调理组件提取用于地雷探测与识别的四种不同信号分别经采样保持放大器1和采样保持放大器2后连接到二通道高速ADC1、经采样保持放大器3和采样保持放大器4后连接到二通道高速ADC2，二通道高速ADC1、二通道高速ADC2通过TSIP接口传输给主处理模块连接，在主处理模块的控制下实现对包含地雷特征信息的四种不同信号的数据采集。在本专利技术中，所述的收发一体天线采用波束角为90度的定向天线，该天线默认状态下通过单刀双掷开关K1与信号接收与调理组件连接，发射状态时通过单刀双掷开关K1与UWB信号发射组件连接，从而实现了UWB脉冲电磁波的单天线收发。本专利技术的有益效果是，该地雷探测装置采用UWB脉冲波进行探测，拥有抗干扰能力强、功耗低、信号穿透力强的特性，同时该地雷探测装置是通过分析探测信号所产生的二次场信号频谱特性从而识别地雷，相较传统脉冲感应探雷设备检测纯二次场信号强度探雷的方式，该地雷探测装置对地雷的探测精度有了显著提升。附图说明图1是本专利技术的总体结构框图；图2是本专利技术实施例的主处理模块结构框图；图3是本专利技术实施例的UWB信号发射组件结构框图；图4是本专利技术实施例的信号接收与调理组件结构框图；图5是本专利技术实施例的高速ADC采集组件结构框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于UWB脉冲电磁波的地雷探测装置，包括主处理模块、UWB信号发射组件、信号接收与调理组件、高速ADC采集组件、单刀双掷开关K1、收发一体天线，整个装置由外接电源供电；其特征是：UWB信号发射组件与主处理模块电连接，高速ADC采集组件与主处理模块、信号接收与调理组件电连接，收发一体天线通过单刀双掷开关K1与UWB信号发射组件、信号接收与调理组件电连接；探测时，主处理模块发出控制信号控制UWB信号发射组件产生探测所需的UWB脉冲，同时控制单刀双掷开关K1使UWB信号发射组件与收发一体天线连接，通过收发一体天线发射UWB脉冲电磁波，单刀双掷开关K1在发射完成后回到默认状态使收发一体天线与信号接收与调理组件连接，收发一体天线接收的回波信号经信号接收与调理组件后送高速ADC采集组件，主处理模块通过高速ADC采集组件采集UWB脉冲电磁波的回波信号，经数据处理、信号分析、特征识别后得出地雷探测结果。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于UWB脉冲电磁波的地雷探测装置，包括主处理模块、UWB信号发射组件、信号接收与调理组件、高速ADC采集组件、单刀双掷开关K1、收发一体天线，整个装置由外接电源供电；其特征是：UWB信号发射组件与主处理模块电连接，高速ADC采集组件与主处理模块、信号接收与调理组件电连接，收发一体天线通过单刀双掷开关K1与UWB信号发射组件、信号接收与调理组件电连接；探测时，主处理模块发出控制信号控制UWB信号发射组件产生探测所需的UWB脉冲，同时控制单刀双掷开关K1使UWB信号发射组件与收发一体天线连接，通过收发一体天线发射UWB脉冲电磁波，单刀双掷开关K1在发射完成后回到默认状态使收发一体天线与信号接收与调理组件连接，收发一体天线接收的回波信号经信号接收与调理组件后送高速ADC采集组件，主处理模块通过高速ADC采集组件采集UWB脉冲电磁波的回波信号，经数据处理、信号分析、特征识别后得出地雷探测结果。
2.根据权利要求1所述的基于UWB脉冲电磁波的地雷探测装置，其特征是：所述的主处理模块包括多核DSP芯片、RAM&ROM、JTAG电路、电源电路，外接电源经电源电路后提供多核DSP芯片及外围器件、UWB信号发射组件、信号接收与调理组件、高速ADC采集组件所需的工作电源，RAM&ROM用于保存运行程序和实时动态数据，JTAG电路用于装置调试与程序下载，多核DSP芯片通过SPI接口连接UWB信号发射组件以实现UWB脉冲电磁波发射，通过TSIP接口连接高速ADC采集组件以实现对UWB脉冲电磁波的回波信号采集。
3.根据权利要求1所述的基于UWB脉冲电磁波的地雷探测装置，其特征是：所述的UWB信号发射组件包括与主处理模块连接的SPI接口、状态控制寄存器、UWB信号发生器、与单刀双掷开关K1连接的功放及发射电路、晶振、时钟信号产生电路，主处理模块通过SPI接口配置和读取状态控制寄存器，...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵延明，卢晓宇，黄采伦，刘树立，陈超洋，田勇军，张金凤，黄华曦，戴长城，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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