[實用新型]一種新型探地雷達(dá)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720840758.5
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN206863217U
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 溫志平;方江雄;劉花香;葛圓圓;曹昌浩;王有情;孟憲武;陳磊;劉軍;楊志超;候慶明;李翀;歐塬圩;劉洋
• 申請（專利權(quán)）人: 東華理工大學(xué)
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88
• 代理公司: 江西省專利事務(wù)所36100
• 代理人: 胡里程

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及工程地球物理中地下物質(zhì)信息探測技術(shù)，尤其是涉及工程地球物理探地雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域。

背景技術(shù)

探地雷達(dá)（Ground-Penetrating Radar，GPR）是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁技術(shù)。探地雷達(dá)檢測地下信息是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，通過天線中的發(fā)射器將信號傳入地下，波在地下傳播過程中遇到不同電性介質(zhì)時，一部分電磁波能量被反射回來，另一部分能量會繼續(xù)穿透進(jìn)入下一層介質(zhì)，各反射電磁波由天線中的接收器接收，再利用采樣技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號進(jìn)行處理。通過對電磁波反射信號（即回波信號）的時頻特征和振幅特征進(jìn)行分析，便能了解地下物質(zhì)特征信息（如介電常數(shù)、層厚、空洞等）。探地雷達(dá)采用非接地性測量，可作快速連續(xù)檢測，對檢測對象無損，能比較直觀地檢測目標(biāo)物，因此探地雷達(dá)技術(shù)成為工程地球物理勘查的重要方法之一，廣泛用于地下管線探測，結(jié)構(gòu)物無損檢測，巖土勘查，地下洞穴等工程勘察領(lǐng)域。因此，一套操作簡便，數(shù)字集成度高，探測速度快，分辨率高的探地雷達(dá)系統(tǒng)對現(xiàn)階段的資源勘探、工程檢測工作具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種新型探地雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集之前通過計算機(jī)單元對采樣點、時窗等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過通訊單元向GPR主機(jī)單元發(fā)送指令，GPR主機(jī)單元接到指令后，由DSP模塊通過模擬串口將這些指令進(jìn)一步分解細(xì)化，并傳遞給FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊接收到指令后，產(chǎn)生符合參數(shù)要求的控制命及時序控制參數(shù)至雷達(dá)的各個模塊，脈沖發(fā)生模塊控制產(chǎn)生需要的時鐘激勵脈沖源，經(jīng)發(fā)射天線模塊發(fā)出周期性的沖擊脈沖電磁波。反射的回波信號由接收天線模塊接收經(jīng)低噪放大模塊調(diào)理變成等效采樣模塊適合采樣的信號，經(jīng)過高速ADC處理模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號，此數(shù)字信號在DSP模塊數(shù)據(jù)緩存處理，經(jīng)通訊接口模塊電平轉(zhuǎn)換后由通訊單元發(fā)送至計算機(jī)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析和剖面圖像顯示。最后，根據(jù)計算機(jī)單元獲取信息給出相應(yīng)工程檢測結(jié)果，為工程施工和地質(zhì)資源探測提供指導(dǎo)意見。

本實用新型的技術(shù)方案為：一種新型探地雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括計算機(jī)單元、通訊單元、GPR主機(jī)單元、發(fā)射單元、接收單元和供電單元共六個部分。所述計算機(jī)單元與通訊單元連接，所述通訊單元與GPR主機(jī)單元連接，所述GPR主機(jī)單元分別與發(fā)射單元、接收單元連接，所述供電單元分別與、通訊單元、GPR主機(jī)單元、發(fā)射單元和接收單元連接。

所述計算機(jī)單元包括筆記本終端或平板電腦。具有向GPR主機(jī)單元傳送控制指令和接收回波信號并顯示的功能。

所述通訊單元包括USB總線電路，完成GPR主機(jī)單元與計算機(jī)單元間的數(shù)據(jù)通信與控制命令傳輸功能。采用ISP1581型USB控制芯片，滿足雷達(dá)對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆Ｔ撔酒哂屑啥雀摺⒐牡偷奶攸c，集成了USB2.0收發(fā)器、串行接口引擎以及可編程外部設(shè)備。

所述GPR主機(jī)單元包括通訊接口模塊、DSP模塊和FPGA模塊。

所述GPR主機(jī)單元中通訊接口模塊完成FPGA接口與ISP1581芯片的電平轉(zhuǎn)換功能。

所述GPR主機(jī)單元中DSP模塊采用TMS320VC5509A芯片，主要任務(wù)就是讀取FPGA模塊中FIFO數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)字信號處理與命令控制操作。完成DSP核心系統(tǒng)自身的協(xié)調(diào)工作，對時序與邏輯控制系統(tǒng)下達(dá)系統(tǒng)參數(shù)指令，接收來自采集系統(tǒng)的雷達(dá)數(shù)據(jù)，并放存儲器暫存，進(jìn)行雷達(dá)數(shù)據(jù)的高速預(yù)處理。采用3.3V數(shù)字電源給DSP最小系統(tǒng)供電。

所述GPR主機(jī)單元中FPGA模塊包括Cyclone III系列EP3C10型芯片及其外圍電路。FPGA模塊具有脈沖源觸發(fā)控制、采樣觸發(fā)信號控制、延時芯片的控制、A/D芯片的控制、系統(tǒng)可變增益控制、回波信號的處理與傳輸?shù)裙δ堋PGA模塊接收到來自DSP模塊的控制指令后，將產(chǎn)生一系列的控制信號并送至雷達(dá)系統(tǒng)的各個其他模塊，完成對整個系統(tǒng)的時序控制。信號采集系統(tǒng)總體由FPGA模塊處理器作為核心，控制各部分完成整個信號采集的工作。FPGA模塊處理器同時負(fù)責(zé)為探地雷達(dá)的發(fā)射單元提供觸發(fā)脈沖，當(dāng)發(fā)射單元接收到觸發(fā)信息進(jìn)行脈沖發(fā)射時，接收單元開始進(jìn)行對回波信號的采集，高速的回波信號經(jīng)信號調(diào)理轉(zhuǎn)換為差分信號，由高速ADC處理模塊采樣芯片進(jìn)行采樣。采樣時鐘由FPGA模塊內(nèi)部時鐘控制鎖相環(huán)輸出提供，該時鐘同樣為差分時鐘。數(shù)據(jù)經(jīng)輸出至FPGA模塊，在其內(nèi)部進(jìn)行多級FIFO緩存存儲。

所述發(fā)射單元包括脈沖觸發(fā)模塊、發(fā)射隔離模塊、脈沖發(fā)生模塊和發(fā)射天線模塊。