【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及雷达设备，尤其涉及一种探地雷达发射电压动态调节系统。
技术介绍
1、探地雷达(ground penetrating radar,gpr)是一种利用高频电磁波来探测地下结构的地球物理方法。随着城市化进程的加速，地下空间的探测需求不断增长，gpr因其高精度、高效率以及无损的特性，被广泛应用于考古、矿产勘查、灾害地质调查、岩土工程勘察、工程质量检测等多个领域。
2、发射电压的动态调节对探地雷达的性能有着显著影响，发射电压与雷达信号的能量成正比，一定距离处的gpr信号与峰值电压成正比，发射电压的增加可以提高雷达信号的穿透力，从而增加探测深度。但发射电压也要与系统进行匹配，需要考虑地质条件。不同的地质介质对电磁波的吸收和散射程度不同，在某些电导率高的地质条件下，信号衰减大，即使增加发射电压，也可能无法实现预期的探测深度。同时，提高发射电压，过高的电压可能会导致接收到的信号中包含更多的噪声，这会增加数据处理的复杂性，并可能影响最终数据的解释和准确性。因此，亟需一种能够动态调节发射电压的探地雷达系统。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术实施例提供了一种探地雷达发射电压动态调节系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，解决现有技术无法根据探地雷达信号状态适应性调整发射电压导致探测精度较低的问题。
2、本专利技术的一个方面提供了一种探地雷达发射电压动态调节系统，所述系统包括分体式设置的发射天线子系统和接收天线子系统；
3、所述发射天线子系
4、高压模块，用于提供高压电源；
5、脉冲源模块，基于所述高压电源和触发脉冲输出高压脉冲信号；
6、发射天线，用于将所述高压脉冲信号转化为第一电磁波并向外辐射；
7、所述接收天线子系统包括：
8、接收天线，用于接受外部第二电磁波，所述第二电磁波包括直达波和介质中返回的反射波；
9、主控与数据采集模块，用于对所述反射波进行噪声抑制、增益调整、成像和图像优化处理；以及通过模数转换器检测所述直达波的状态对所述高压模块输出的所述高压电源进行调控；其中，所述主控与数据采集模块通过fpga芯片对数字电位计进行控制，以为所述高压模块配置控制电阻调节所述高压电源；所述fpga芯片在所述模数转换器量程满和/或所述直达波饱和的情况下调节所述数字电位计减小所述高压电源的电平，在所述模数转换器未量程满和/或所述直达波未饱和的情况下调节所述数字电位计增大所述高压电源的电平。
10、在一些实施例中，所述脉冲源模块由多级雪崩二极管组成，各雪崩二极管依次串联，每个雪崩二极管两端设有并联电阻和电容，用于均衡和限制过流。
11、在一些实施例中，所述高压模块采用参考电压分压调节结构，通过所述数字电位计设置外部第一电阻和第二电阻对所述高压模块的固定参考电压进行分压以调整所述高压电源的电压，表达式为：
12、
13、其中，vmax表示所述固定参考电压，r1表示所述第一电阻，r2表示所述第二电阻。
14、在一些实施例中，所述高压模块采用反馈分压调节结构，通过所述数字电位计设置外部所述第一电阻和所述第二电阻构成反馈分压网络，基于所述反馈分压网络的电阻分压比例按照所述高压模块的基准电压的倍数调整所述高压电源的电压，表达式为：
15、
16、其中，vref表示所述基准电压，r1表示所述第一电阻，r2表示所述第二电阻。
17、在一些实施例中所述系统还包括：
18、距离调节机构，用于对所述发射天线和所述接收天线的间距进行调节；
19、用户交互模块，用于基于用户输入的调节指令控制所述距离调节机构调节所述发射天线和所述接收天线的间距。
20、在一些实施例中，所述距离调节机构，包括：
21、滑轨；
22、第一固定底座，固定设置在所述滑轨上，用于固定所述发射天线；
23、第二固定底座，滑动设置在所述滑轨上，用于固定所述接收天线；
24、驱动电机，部署在所述第二固定底座，用于驱动所述第二固定底座在所述滑轨上滑动。
25、在一些实施例中，所述fpga芯片基于比例积分微分反馈控制算法对所述高压电源的电平进行调节，包括：
26、对比所述直达波或反射波的当前电平值与目标值，计算误差e(t)，计算式为：
27、e(t)＝v目标-v当前；
28、其中，v目标表示所述目标值，v当前表示所述当前电平值；
29、则所述高压电源的调节量u(t)为：
30、
31、其中，kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数。
32、在一些实施例中，所述fpga芯片基于强化学习模型预训练的策略网络以所述高压电源的电平、所述直达波的电平、所述反射波的动态范围、所述动态范围与所述模数转换器量程的比值为输入，输出对所述高压电源的电平调整量。
33、在一些实施例中，所述策略网络的预训练步骤包括：
34、构建状态空间，所述状态空间包括所述高压电源的电平、所述直达波的电平、所述反射波的动态范围、所述动态范围与所述模数转换器量程的比值；
35、构建动作空间，所述动作空间为对所述高压电源的电平调节量；
36、基于强化学习中的策略网络以所述状态空间的参数为输入输出所述高压电源的电平调节量，对直达波未饱和奖励、动态范围利用率奖励和调整幅度惩罚进行加权求和构建奖励函数，在多次迭代过程中，通过最小化所述奖励函数对所述策略网络进行参数更新，直至所述奖励函数收敛；
37、其中，所述奖励函数r的计算式为：
38、r＝ω1r直达波+ω2r动态范围+ω3r调整幅度；
39、其中，r直达波表示直达波未饱和奖励，r动态范围表示动态范围利用率奖励，r调整幅度表示调整幅度惩罚；
40、
41、r动态范围＝-|k-0.95|；
42、
43、其中，k表示所述反射波的动态范围与所述模数转换器量程的比值，δv表示所述高压电源的电平调节量。
44、在一些实施例中，所述策略网络由卷积神经网络和全连接网络构成。
45、本专利技术的有益效果至少是：
46、本专利技术所述探地雷达发射电压动态调节系统，采用分体式设置的发射天线子系统和接收天线子系统，接收天线子系统根据所接受到信号的状态，通过fpga芯片在模数转换器量程满和/或直达波饱和的情况下调节数字电位计减小高压电源的电平，在模数转换器未量程满和/或直达波未饱和的情况下调节数字电位计增大高压电源的电平，使得探地雷达能够更好地适应不同地质条件，有助于提高信号的信噪比，进而提高探测分辨率，能够快速响应不同的探测任务，无需更换硬件或进行复杂的设置。
47、本专利技术的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述系统包括分体式设置的发射天线子系统和接收天线子系统；
2.根据权利要求1所述的探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述脉冲源模块由多级雪崩二极管组成，各雪崩二极管依次串联，每个雪崩二极管两端设有并联电阻和电容，用于均衡和限制过流。
3.根据权利要求1所述的探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述高压模块采用参考电压分压调节结构，通过所述数字电位计设置外部第一电阻和第二电阻对所述高压模块的固定参考电压进行分压以调整所述高压电源的电压，表达式为：
4.根据权利要求1所述的探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述高压模块采用反馈分压调节结构，通过所述数字电位计设置外部所述第一电阻和所述第二电阻构成反馈分压网络，基于所述反馈分压网络的电阻分压比例按照所述高压模块的基准电压的倍数调整所述高压电源的电压，表达式为：
5.根据权利要求1所述的探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述系统还包括：
6.根据权利要求5所述的探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于
7.根据权利要求1所述的探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述FPGA芯片基于比例积分微分反馈控制算法对所述高压电源的电平进行调节，包括：
8.根据权利要求1所述的探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述FPGA芯片基于强化学习模型预训练的策略网络以所述高压电源的电平、所述直达波的电平、所述反射波的动态范围、所述动态范围与所述模数转换器量程的比值为输入，输出对所述高压电源的电平调整量。
9.根据权利要求8所述的探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述策略网络的预训练步骤包括：
10.根据权利要求9所述的探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述策略网络由卷积神经网络和全连接网络构成。
...【技术特征摘要】
1.一种探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述系统包括分体式设置的发射天线子系统和接收天线子系统；
2.根据权利要求1所述的探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述脉冲源模块由多级雪崩二极管组成，各雪崩二极管依次串联，每个雪崩二极管两端设有并联电阻和电容，用于均衡和限制过流。
3.根据权利要求1所述的探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述高压模块采用参考电压分压调节结构，通过所述数字电位计设置外部第一电阻和第二电阻对所述高压模块的固定参考电压进行分压以调整所述高压电源的电压，表达式为：
4.根据权利要求1所述的探地雷达发射电压动态调节系统，其特征在于，所述高压模块采用反馈分压调节结构，通过所述数字电位计设置外部所述第一电阻和所述第二电阻构成反馈分压网络，基于所述反馈分压网络的电阻分压比例按照所述高压模块的基准电压的倍数调整所述高压电源的电压，表达式为：
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋俊俊，宋晋鲁，刘旭，
申请(专利权)人：青岛探舆智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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