[發明專利]一種基于延時控制的等效采樣電路

在審

• 申請號: 201910729400.9
• 申請日: 2019-08-08
• 公開（公告）號: CN110347096A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 林文華;蔡志匡;胡善文;王子軒;肖建;姚景祺;郭宇鋒
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學;南京郵電大學南通研究院有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01V3/12
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 張玉紅

一種基于延時控制的等效采樣電路，通過接收天線接收雷達電路的周期回波信號，FPGA控制電路通過內部鎖相環倍頻產生10MHz方波信號，時鐘經過延時電路對每個周期的時鐘方波產生100皮秒的信號延時，再經過采樣脈沖產生電路產生一個周期為100.1ns的采樣脈沖。采樣脈沖主要用來控制采樣保持電路的采樣與保持，由于脈沖信號和回波信號的頻率不同，經過1000個采樣脈沖，整個電路最終完成一次完整回波信號的采樣。根據上述方案設計的一種基于延時控制的等效采樣電路，采樣輸出波形與原始信號包絡基本類似，同時頻率降低了1000倍。這種等效采樣電路可實現利用低速A/D對高速信號的數據采集，大大降低了整個電路設計的成本。

技術領域

本發明涉及電子領域，具體涉及一種基于延時控制的等效采樣電路。

背景技術

近年來，超寬帶探地雷達作為一種無損檢測技術被應用于交通設施的結構檢測，其工作頻率范圍為1MHz-1GHz。探地雷達利用發射天線發射極窄的探測脈沖，經過數據采集系統，將回波中包含的有效信息提取出來，從而推斷出地下的介質結構。由于電磁波在地下介質傳播過程中，其電磁場強度、傳播路徑與波形信息將隨著介質的差異而發生變化，根據接收到回波的往返時間，相位與幅度信息，就可以推斷出地下介質的性質與物理結構。探地雷達不僅可以定位出地下目標的位置與構造信息，還可以通過數字信號處理技術對波形數據進行成像處理，方便使用者進行合理的判斷。目前廣泛應用在石油礦產資源勘探，考古，無損檢測，地下管線探測以及災害地質調查等領域。

超寬帶探地雷達由于采用隨機等效采樣技術，可以實現很高的等效采樣率，頻譜信息更加豐富，可獲得更高的探測精度，從而實現對地下目標的成像處理，因此成為最近幾年來國內外透視成像技術研究的新方向。國外探地雷達產品價格比較昂貴，國內探地雷達設備主要依靠進口，使用成本極高，因此必須自主研發出低成本高性能的探地雷達產品。在整個探地雷達系統中，數據采集系統是核心關鍵，不僅擔任了捕獲雷達回波信號的重要任務，還起了承上啟下的數據通信作用。數據采集系統不僅要控制脈沖源將探測脈沖通過發射天線發射出去，還要控制接收機對雷達回波信號的調理，以滿足模數轉換器的動態范圍。然后將量化后的波形數據與監控數據傳輸至地面上位機，進行后期的成像處理。因此，設計并實現高速度，高分辨率，高精度的探地雷達數據采集系統至關重要。

國內研究的探地雷達數據采集系統一般采用實時采樣技術，采樣率最高為2.5GSPS，受模數轉換器實時采樣率的限制，頻譜信息會有所損失，限制了探地雷達的性能。超寬帶探地雷達技術是近幾年探地雷達技術研究的熱點，采用等效采樣的方式實現對回波信號的捕獲，從而提取出豐富的頻譜信息，完成對目標的高精度探測。其中，基于順序等效取樣技術的探地雷達采樣率已經可以達到10GSPS，但是受延遲器件精度影響，一般要求條件比較苛刻，實用價值不高。

綜上所述，在高速數據采集系統的研究方面國內外研究學者、公司做了大量的工作，但是在高速數據采集技術方面國內與國外的差具還很大。國內的高速采樣技術不成熟且采集系統的可行性不高。而國外的高速數據采集技術可行性高但是操作復雜、價格昂貴。所以，設計出一款簡單的高速數據采樣系統具體較大的意義。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種采樣率效率高、體積小、成本低廉的一種基于延時控制的等效采樣電路。

一種基于延時控制的等效采樣電路，置于雷達系統中，包括FPGA控制電路、延時電路、采樣脈沖產生電路和采樣保持電路，其特征在于：

所述FPGA控制電路、延時電路、采樣脈沖產生電路和采樣保持電路依次連接，所述延時電路和采樣脈沖產生電路均連接電源電路，所述延時電路接收時鐘輸入，所述采樣保持電路包括信號輸入和信號輸出；

其中，通過接收天線接收雷達系統的周期回波信號為信號輸入，FPGA控制電路通過內部鎖相環倍頻產生10MHz方波信號，時鐘經過延時電路對每個周期的時鐘方波產生100皮秒的信號延時，經過采樣脈沖產生電路產生一個周期為100.1ns的采樣脈沖主要用來控制采樣保持電路的工作狀態。