一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法及系统技术方案

本发明专利技术提供的一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法及系统，将雷达的方波信号分为两路，一路用于触发窄脉冲信号源产生周期性窄脉冲，另一路方波信号经过延时后触发采样电路，将延时结束时刻作为采样时刻，采样电路通过等效采样的方法获取每个周期采样时刻的时变增益雷达回波信号。通过为雷达回波信号附加时变增益，从而在信号进入ADC芯片前对信号进行放大，避免了数字增益对量化噪声放大造成的不利影响，同时也能将地下更深处目标的回波信号放大，使回波信号更清晰，解决雷达回波信号随时间衰减的问题，通过放大地下深处目标反射的雷达回波，提高雷达探测深度和精度，从而大幅度提升雷达的探测性能。幅度提升雷达的探测性能。幅度提升雷达的探测性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法及系统


[0001]本专利技术属于雷达
，具体涉及一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法及系统。

技术介绍

[0002]探地雷达技术作为一种无损的地下目标探测技术，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。常见的探地雷达主要由主控电路、窄脉冲信号源、收发天线、上位机4部分组成。其中，主控电路部分的采样电路性能直接影响到雷达的探测深度和精度。典型的探地雷达窄脉冲信号带宽在500MHz以上，实际工程中需要4GSPS以上的采样率对其进行采样，这对采样电路的实时采样率提出了很高的要求，虽然市面上已有少量满足实时采样需求的高速ADC芯片，但都因价格昂贵、采样精度低、软硬件开发困难等原因而难以广泛应用。
[0003]等效采样基于雷达回波信号的近似周期性，由雷达主控电路的控制单元产生一路方波信号并分成两个支路，一个支路用于触发窄脉冲信号源，另一个支路通过延时电路获得具有步进延时的ADC触发时钟，由此可以实现利用低采样率ADC芯片获得极高的等效采样率，提升探地雷达的性能并降低其生产成本。
[0004]然而，雷达回波信号还具有随时间衰减的特性，即地下越深处目标返回的雷达回波在时间上越靠后，信号衰减也越大，从而限制了雷达的探测深度与精度。普通的等效采样虽然可以实现探地雷达的高采样率，但对于雷达探测深度和精度的提升有限。虽然雷达系统中的上位机可以为雷达回波信号提供数字增益来放大微小的回波信号，但此时信号中的的噪声也被同步放大，尤其是ADC芯片采样存在量化噪声，所以数字增益提供的放大对于信号的分析处理作用有限。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供了一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法及系统，解决雷达回波信号随时间衰减的问题，以此来提高现有探地雷达的探测性能。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法，将雷达的方波信号分为两路，一路用于触发窄脉冲信号源产生周期性窄脉冲，另一路方波信号经过延时后触发采样电路，将延时结束时刻作为采样时刻，采样电路通过等效采样的方法获取每个周期采样时刻的时变增益雷达回波信号。
[0008]优选的，采样过程中延时时长随采样周期递增。
[0009]优选的，将脉冲信号输入至延时电路，产生延时的方波信号触发采样电路。
[0010]优选的，所述方波信号的频率与窄脉冲信号源的触发频率相匹配。
[0011]一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法的系统，包括控制单元，以及与其连
接的窄脉冲信号源、延时电路、ADC采样电路和调理电路；
[0012]所述控制单元用于产生稳定的方波信号，并将方波信号分别发送给窄脉冲信号源和延时电路；
[0013]所述窄脉冲信号源用于根据方波信号产生周期性的脉冲信号；
[0014]所述延时电路用于对接收的方波信号延时后发送给ADC采样电路；
[0015]所述调理电路用于对雷达回波信号施加时变增益；
[0016]所述ADC采样电路用于通过等效采用的方法获取增益雷达回波信号。
[0017]优选的，所述周期性的脉冲信号通过发射天线进行发送，接收天线将雷达回波信号输送至调理电路，所述发射天线和接收天线与窄脉冲信号源的中心频率和带宽相匹配。
[0018]优选的，所述调理电路包括级联的固定功率放大器和可编程增益运算放大器；
[0019]所述固定功率放大器具有固定增益，用于为雷达回波信号提供基础增益；可编程增益运算放大器具有一定的可编程增益范围，用于为雷达回波信号提供时变增益。
[0020]优选的，所述延时电路为可编程延时芯片或多块级联的延时芯片。
[0021]优选的，所述延时电路的步进延时值小于脉冲信号带宽倒数的4倍以上，最大延时值设置为不小于单个有效雷达回波信号的周期，并且使雷达系统能够接收到雷达回波信息。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0023]本专利技术提供的一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法，将雷达的方波信号分为两路，一路用于触发窄脉冲信号源产生周期性窄脉冲，另一路方波信号经过延时后触发采样电路，将延时结束时刻作为采样时刻，采样电路通过等效采样的方法获取每个周期采样时刻的时变增益雷达回波信号。通过为雷达回波信号附加时变增益，从而在信号进入ADC芯片前对信号进行放大，避免了数字增益对量化噪声放大造成的不利影响，同时也能将地下更深处目标的回波信号放大，使回波信号更清晰，解决雷达回波信号随时间衰减的问题，通过放大地下深处目标反射的雷达回波，提高雷达探测深度和精度，从而大幅度提升雷达的探测性能。
[0024]进一步，固定增益功率放大器和可编程增益运算放大器级联组成的调理电路便于调整输入信号的基础增益，使雷达回波信号幅度可以灵活调整以适应ADC芯片输入信号的幅值范围，减小信号处理对上位机数字增益的需求，提高处理信号的信噪比，降低软件处理难度。
[0025]进一步，雷达控制单元可通过实时控制编程运算增益放大器为雷达回波提供时变增益，放大地下深处目标反射的雷达回波，提高雷达探测深度和精度。
附图说明
[0026]图1为本专利技术时变增益等效采样的原理图。
[0027]图中：1、雷达回波信号；2、方波信号边沿；3、对数增益；4为还原出的雷达回波信号；T1为雷达回波周期；T2为相邻两次采样的时间间隔；t1为相邻两次采样的步进延时。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限
定。
[0029]参阅图1，一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法，将雷达控制单元产生的方波信号分为两路，一路用于触发窄脉冲信号源产生周期性窄脉冲，另一路方波信号经过延时后触发ADC采样电路，将延时结束时刻作为采样时刻，ADC采样电路获取该采样时刻的增益雷达回波信号；
[0030]重复上述过程，直至得到采样区间中每个周期采样时刻的雷达回波信号，采样过程中延时时长随采样周期递增。
[0031]雷达控制单元产生稳定的方波信号，方波信号的频率与窄脉冲信号源的触发频率相匹配，通过方波信号周期性触发窄脉冲信号源，使窄脉冲信号源产生周期性的脉冲信号；另一路方波信号输入至延时电路，通过延时电路产生延时方波信号触发ADC采样电路进行雷达回波信号的采集。
[0032]采集过程中，雷达回波信号经过调理电路调控后输入至ADC采样电路，调理电路使雷达回波信号获得时变增益，ADC芯片采用等效采样的方法获取每个周期采样时刻的增益雷达回波信号。
[0033]一种具有时变增益的探地雷达等效采样系统，包括控制单元，以及与其连接的窄脉冲信号源、延时电路、ADC采样电路和调理电路。
[0034]控制单元用于产生稳定的方波信号，并将方波信号分别发送给窄脉冲信号源和延时电路。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法，其特征在于，将雷达的方波信号分为两路，一路用于触发窄脉冲信号源产生周期性窄脉冲，另一路方波信号经过延时后触发采样电路，将延时结束时刻作为采样时刻，采样电路通过等效采样的方法获取每个周期采样时刻的时变增益雷达回波信号。2.根据权利要求1所述的一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法，其特征在于，采样过程中延时时长随采样周期递增。3.根据权利要求1所述的一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法，其特征在于，将脉冲信号输入至延时电路，产生延时的方波信号触发采样电路。4.根据权利要求1所述的一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法，其特征在于，所述方波信号的频率与窄脉冲信号源的触发频率相匹配。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述的一种具有时变增益的探地雷达等效采样方法的系统，其特征在于，包括控制单元，以及与其连接的窄脉冲信号源、延时电路、ADC采样电路和调理电路；所述控制单元用于产生稳定的方波信号，并将方波信号分别发送给窄脉冲信号源和延时电路；所述窄脉冲信号源用于根据方波信号产生周期性的脉冲信号；所述延时电路用于对接收的方波信号延时后发...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍秀娥，王力，刘昌斌，王亚飞，张安学，师振盛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：