脉冲探地雷达回波信号数据采集的设计

一种超宽带等效采样接收机的设计与实现吴兵;夏浩淼;李武建【摘要】脉冲超宽带雷达回波信号由于带宽大而难以直接采样,通常采用等效时间采样方法来进行模数转换.传统的等效采样接收机大都是基于改变ADC采样时钟的时延来实现等效采样,采样时钟对触发信号会产生亚稳态时序,不可避免地会出现数据误对齐,必须添加辅助的在线或离线校正设计.针对这一问题,设计了一种基于FPGA内置延迟线的超宽带等效采样接收机,FPGA产生延时可调的发射触发信号去控制波形产生系统,基于高速采样保持器和ADC完成回波接收,实现了超宽带射频信号的等效采样,而无数据误对齐问题.接收机的等效采样速率为12.8 GS/s,-3 dB 采样带宽为6.4 GHz,满足脉冲超宽带雷达的应用需求.%It is hard to directly sample the ultra-wideband radar echoes due to its large bandwidth.The equivalent time sampling method is often used to carry out analog to digital conversion (ADC).Traditional equivalent sampling receivers are mostly based on changing the delay of ADC sampling clock to realize equivalent sampling.Due to the metastable state between sampling clock and trigger signal,the received da-ta is misaligned inevitably and the correction algorithm online or offline must be added.To solve this prob-lem,an ultra-wideband equivalent sampling receiver based on internal delay line of FPGA is designed.Based on the received echoes of high speed sample-and-hold and ADC,the equivalent sampling of ultra-wideband RF signal is realized without data misaligning when using the delay-tunable transmitting signal generating by FPGA to control the waveform generating system.The equivalent sampling rate is 12.8 GS/s and - 3 dBsampling bandwidth is 6.4 GHz,meeting the application requirements of UWB radar.【期刊名称】《雷达科学与技术》【年(卷),期】2017(015)004【总页数】6页(P443-448)【关键词】等效采样;数字延迟线;数字接收机;采样保持器【作者】吴兵;夏浩淼;李武建【作者单位】中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥 230088;中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥 230088;中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥 230088【正文语种】中文【中图分类】TN9570 引言脉冲超宽带雷达有着固有的高距离分辨率及良好的穿透特性，可实现对非金属障碍物后面隐藏目标的探测和定位，在军事、反恐、安检、救灾和医疗等领域有着重大的应用前景[1-2]。

第32卷第11期2011年11月仪器仪表学报Chinese Journal of Scientific InstrumentVol.32No.11Nov．2011收稿日期：2010-08Received Date ：2010-08*基金项目：辽宁省教育厅创新团队项目（2009T074）项目新型纳秒级探地雷达脉冲源设计*许会，牛长富，李邦宇，吴国瑞（沈阳工业大学先进在线检测技术省重点实验室沈阳110870）摘要：针对超宽带探地雷达脉冲源的要求，提出并验证了一种利用FPGA 触发来合成彼此有任意延迟的窄脉冲波形合成方法。

研究和实际设计了一种提高脉冲源性能的新型宽范围输入输出的线性直流电源，并利用此电源制成了适用于多种雪崩管为核心的宽范围纳秒级脉冲源，给出了脉冲源各个单元的设计、及雪崩三极管的筛选及老化处理方法。

在50Ω负载上得到了脉宽在2 50ns 、幅度在20 180V 的多种超宽带窄脉冲，并对多种雪崩管的雪崩性能进行了对比，给出了集电极充电电容与脉冲幅度和宽度的关系。

关键词：纳秒级脉冲源；雪崩三极管；波形合成；FPGA 触发；宽范围直流电源中图分类号：TN958文献标识码：A国家标准学科分类代码：510．70Design of a new nanosecond GPR pulse sourceXu Hui ，Niu Changfu ，Li Bangyu ，Wu Guorui（Advanced Online Measurement Technology Key Lab of Liaoning Province ，Shenyang University of Technology ，Shenyang 110870，China ）Abstract ：A kind of waveform synthesis method is proposed and demonstrated ，with which arbitrary delay short-pul-ses can be generated and controlled by an FPGA to meet the requirements of ultra wide band ground penetrating radar pulse source．A new linear DC power supply with wide-ranges of input and output is studied and designed to improvethe performance of the pulse source．The self-made power supply is adopted to make a wide range nanosecond pulsesource ，which is suitable for using many kinds of avalanche transistors as its core．Detailed design method of the nanosecond pulse source is described ，and the methods of screening and aging treatment of the avalanche transistors are introduced．Multiple kinds of nanosecond pulses are obtained on 50Ωload with the amplitude between 20—180V and the pulse width between 2—50ns．The avalanche performances of several avalanche transistors are com-pared in experiments．Relationships between pulse amplitude ＆width and collector capacitor of the transistors are given．Key words ：nanosecond pulse source ；avalanche transistor ；waveform synthesis ；FPGA trigger ；wide range DC power supply1引言探地雷达通过向地下发射高频宽带的电磁脉冲信号，利用地下介质的电磁特性差异，根据回波信号特征来分析和推断地下介质结构，具有无损检测的优势［1］。

电子技术• Electronic Technology82 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】雷达回波 采样系统 信号重构 小波去噪毫米波雷达是利用目标对电磁波的反射来发现并测定目标位置。

受到地空环境的影响，雷达探测器回波信号往往含有各种噪声干扰，需进行去噪处理，选用适当的去噪方法可尽量减少噪声对目标识别结果的影响。

本文以毫米波近程探测器回波为研究对象，实现毫米波雷达探测器回波信号的恢复及几种去噪方法的比较，达到更好去噪目的。

1 雷达回波采样系统软硬件设计雷达回波采样系统的硬件原理图如图1。

该电路主要实现回波信号的采集、存储和数据的读出。

TMS320LF2407A 芯片有16路带内置/保持的10位ADC ，多个触发源可以启动AD 转换DSP 。

K9F6408是8M8bit 的NAND 型闪速存储器，能实现快速读写,可擦除,I/O 口命令/地址/数据线复用和接口便利等特点。

毫米波雷达在实验过程中对目标的回波信号和其他电路的上电信号这两路电压通过TMS320LF2407A 芯片进行采样，并将采集的数据保存在flash 中。

由于DSP 的A/D 采样结果为10位，采样结果不会大于3FFH ，为了把采样中的数字信号（如其他电路的启动信号）从模拟信号中区分开来，DSP 通过捕获启动信号的上升沿产生捕获中断请求，并通过中断服务程序写入特定的大于3FFH 而小于FFFFH 的数，能有效区分数模信号。

实现回收存储器后，通过PC 机串口读出存储器中的数据，经过数据分析软件实现对记录的各路信号及相关参数的恢复、分析和处理。

软件设计方面，采样软件设计采用定时中断采样，这种定时等周期采样便于信号的重购。

K9F6408的为8位闪速，在写入10位A/D 采样结果时，利用两个单元在存储一个数据。

为便于多次试验，要实现芯片的擦除功能，可以通过利用PC 机发送擦除指令或者外围电路触发上电信号等实现。

雷达回波单脉冲数据采集及处理方法作者：肖芳来源：《山东工业技术》2014年第02期【摘要】对雷达回波信号单个脉冲数据进行采集与处理，能真实，准确地反映目标的回波功率，并能消除干扰信号带来的误差，准确计算目标回波能量，提高反射面积测量精度和准确性。

【关键词】单脉冲；回波功率；功率谱0 引言由于传统雷达反射面积测量技术采用的是对雷达回波的脉冲串进行功率统计、计算，这种方法对功率的反映不够精确，不能完全满足现代靶场精确测量的需求，因此提出研究雷达回波单脉冲数据采集及处理方法，该方法能够得到精确的单个脉冲回波功率，使雷达测量目标回波功率精度有很大提高，并完善了目标回波的RCS测量手段及数据处理方法。

1 雷达回波的单脉冲采集技术由于雷达回波信号是能量信号，可以采用单个脉冲的能量信号处理技术，精确计算出雷达单个脉冲的回波功率。

并用相应的数据处理方法，消除干扰信号带来的误差，计算目标的回波功率，精确计算出目标回波反射面积。

在现有的雷达反射面积测量雷达系统中，采用了单个脉冲实时采集和处理技术，对被测目标的回波信号进行单个脉冲的实时数据采集，并把采集的数据结果实时存储在计算机的海量磁盘中（包括功率、时间、方位、仰角、距离、目标的航向角等种种信息），在测量结束后对单个脉冲实时采集数据结果进行事后数据处理。

用相应功率谱分析方法和数据处理方法来计算目标回波信号的功率，得到精确的单个脉冲的回波信号功率，提高了反射面积的测量精度。

1.1 采样定理根据采样定理：设信号x（t）为频谱局限在（0，B）内的限带信号，现对x（t）进行时域取样，取样周期为TS，经取样后的信号用xn（n）表示，则有：x■（n）=■x（t）δ（t-nT■）=x（t）■δ（t-nT■） =x（t）combT■（t）利用付立叶变换的相乘特性，可得到取样后的信号频谱：x■（f）=■■x（f）？茚δ（f-■）=■■x（f-■）上式表明，对信号x（t）进行取样的结果使原信号频谱在频率轴上，以间隔■重复出现。

基于FPGA的探地雷达数据采集系统设计程昌彦;李太全【摘要】基于探地雷达数据采集系统对数字化集成化的需求,提出了一种基于FPGA的数据采集系统的设计方案,用于采集探地雷达回波信号.FPGA直接通过控制精密延时芯片MC100EP196对采样脉冲进行延时调整,控制采样脉冲的延时步进,系统最大采样率理论值达到100 GS/s,并且时窗可以任意调整.给出了设计方案,对系统的工作原理和特点进行了详细的说明.通过与示波器对比以及分析采集测试效果图,得到稳定有效的数据,实际采样率达到20 GS/s,证明了系统的可行性.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2017(047)004【总页数】3页(P28-30)【关键词】探地雷达;等效采样;延时芯片;高速数据采集;MC100EP196;AD9629【作者】程昌彦;李太全【作者单位】长江大学物理科学与光电工程学院,湖北荆州434020;长江大学物理科学与光电工程学院,湖北荆州434020【正文语种】中文【中图分类】TN959探地雷达是一种有效的浅层地质勘探仪器,该仪器多为冲击型探地雷达，其回波是一个宽度为纳秒或亚纳秒级的窄脉冲[1]，在电路上难以实现对此快速的信号直接采样分析，现多以等效采样方法采集雷达回波[2]。

等效采样需要一个精确的时间步进取样脉冲，产生该脉冲的方法有快慢斜波信号法[3],通过比较器产生相位步进的取样脉冲，也有使用电容充放电原理的方法[4]，这些方法借助比较器产生取样脉冲，容易受到电源电压、噪声干扰等影响产生时钟抖动，降低模数转换的信噪比，特别是对高频信号的取样，信噪比下降更加严重。

还有使用多片ADC交替采样的原理[5-6]，但需要占用更多的布局空间和成本，对时钟同步性要求也较高。

本文提出的方法是直接通过控制数字延时芯片产生步进延时来等效采集雷达回波[7]，通过FPGA调整时窗，是一个集成化的数字系统，具有结构简单、成本低、调节控制方便和抗干扰性强等优点。

测控技术与仪器专业毕业设计题目汇总【本文由大学生电脑主页( )收集整理，大学生电脑主页——大学生的百事通】基于遗传算法的图像阈值分割方法的研究探地雷达回波信号数据采集系统的设计基于支持向量机软测量的研究盲信号处理及其应用研究神经网络在模式识别中的应用研究计算机绘制曲线的方法途径与及其应用光纤布喇格光栅温度和应变同时测量系统光纤加速度传感研究与系统设计分布式光纤温度传感器系统的设计等精度频率计的设计分布式光纤电压测量系统的设计与研究光纤光栅不均匀受力特性分析轧机扭振测量无线感应电源的设计水泥篦冷机熟料温度测量方法的研究分布式光纤微弯压力传感器的研究水泥篦冷机料层厚度测量方法研究超声波水流量计的设计基于小波理论的图像压缩技术研究基于信号消噪的语音增强技术的研究光纤小波滤波器的研究智能变频空调器的模糊控制技术的研究高双折射光纤应变测量系统的研究玻璃钢玻瓦生产线温度控制方法的研究测试信号分析网络虚拟实验平台设计数字图像相关法动态位移测量研究及其应用光孤子通信的仿真研究光纤自适应偏振模色散补偿系统的研究基于Sagnac效应的光纤电流传感系统的研究图像处理中几种算法的研究与应用倒立摆智能模糊控制系统的研究基于网络环境的数字信号处理ICAI系统图像边缘检测在关节镜图像处理中的应用光纤波长扫描干涉方法在位移测量中的应用光纤光栅扭转传感器的研究基于信息熵的振动信号分析技术研究参数自整定模糊PID控制器的设计基于FPGA的分布式声表面波应变传感系统智能模糊控制在全自动洗衣机中的应用研究ABS系统的应用与设计光孤子源的研究取样光栅特性的理论研究智能化RLC测量仪的设计基于虚拟仪器的光纤电压传感器的研究智能测厚仪的设计光纤光栅横向应变传感器的研究神经网络控制器设计光纤光栅特性及其色散特性的应用神经网络在轧机AGC系统中的应用研究光纤微位移传感器的研究基于偏振调制的光纤电压传感器的研究数据处理在三维图像显示及处理中的应用基于半导体吸收原理的光纤温度传感器研究取样光纤布喇格光栅滤波器的设计热式气体质量流量计的设计扭转光纤电流传感器的研究几种基本光学原理的仿真分析图像处理中各种显示方法的研究与应用光谱吸收式气体传感器的研究与设计表面粗糙度的光纤测量仪研究与设计原油多相流流量测量仪的研究与设计光学式电流互感传感器的研究与设计变压器油中微水含量测量仪的设计与研究光纤亮度与颜色温度测量仪的研究与设计激光在线测径仪的研究与系统设计用于高温状态下的涡流式流量传感器及其系统的设计压电传感器即插即用技术的研究激光三角法测厚系统的设计准静态电荷放大器的设计激光脉冲测距系统的设计基于牛顿环的透镜曲率半径自动测量系统的设计基于CCD的玻管尺寸测量系统的设计激光表面粗糙度检测系统的设计CCD平板位置检测系统的设计便携式多功能测尘仪的研制成分含量近红外快速检测技术及系统的研究基于声光传感技术的楼道照明系统的研究近红外光谱分析在药品识别中的应用研究便携式井下甲烷浓度检测仪器的设计多传感器火灾报警系统的设计智能化压力传感器的研究储粮仓群微机测温系统的研究智能化水平仪的研究与设计数据融合在压力容器声发射检测中的应用玻璃厚度激光在线监测系统的研究基于PLC的污水处理系统的研究给排水系统研究在机测量与反求系统的研究智能仪表的设计及CAN总线接口技术研究红外热辐射温度测量系统设计与研究基于热电偶的温度测量系统的设计与研究基于石英晶体温度传感器的温度测量系统设计与研究吊车防撞报警系统的设计与研究差动电容压力测量系统设计与研究数字式汽车参数测试系统设计与研究粮食含水率测量系统设计与研究非导磁材料镀层厚度检测系统设计与研究超声海水流速测量系统研究海水温度检测系统的研究海水浪高测量系统的研究海水流速测量系统研究海水噪声测量系统研究海水浪涌压力测量系统研究基于混沌理论的微弱信号检测研究小波分析在奇异信号检测中的应用研究声光器件参数测量系统研究便携式数字化超声波检测仪器的设计与研究超声波在火车车轮裂纹检测系统中的应用研究正交矢量型锁相放大器在微弱信号检测中的应用基于经验模态分解的旋转机械故障诊断的研究信息融合技术在轧机故障诊断中的应用研究基于小波神经网络的旋转机械故障诊断的研究激光多普勒扭转振动测试技术的研究轧机主传动轴在线监测系统研究非接触式轧机主传动系统扭矩监测系统的研究单晶硅吸收型光纤温度传感器的设计研究光纤传感位移测量系统设计超声波智能硬度检测仪的设计粮食烘干塔中温度水分智能检测系统设计在线无创伤植物水势自动监测仪的设计研究虚拟仪器在供水网络监控与故障诊断中的应用掺稀土光纤光源传感器测量可燃气体的研究组态软件在换热系统虚拟成像中的应用基于虚拟仪器的锅炉模糊控制系统的研究基于虚拟仪器的供热多路巡回检测系统基于虚拟仪器的多功能测量系统的研究图像处理技术在人脸识别中的应用研究数据压缩技术在遥测遥控系统中的应用用于面粉品质检测的吹泡示功仪的研究与设计可吸入颗粒物监测系统的设计办公用门禁系统的研究与设计粮食筒仓温控系统的研究与设计双自整角机角度测量系统的设计基于热电偶的智能测温系统的设计温湿度测量系统的研究与设计轿车自动变速系统的研究与设计激光微束捕陷生物粒子原理和特性分析指纹认证技术和信号处理方法研究滴定法测量血清HCO3离子浓度原理和设计热力管道流量测量方法及测量系统设计赤潮的生成机制和预报模型研究海水中矿物油污染浓度荧光测量方法和仪器设计汽车尾气排放检测仪的设计非接触式表面粗糙度测量系统的设计工件直线度在线测量系统的研究与设计激光干涉式微位移测量系统的研究与设计烟尘颗粒浓度在线监测系统的设计基于CCD的小尺寸测量系统的研究与设计光纤布喇格光栅曲率传感技术的研究LED宽带光源的设计研究光纤光栅电流传感技术的研究光纤光栅电压传感技术的研究基于温度补偿技术的光纤光栅位移传感器的设计研究热释红外线无线报警系统的设计研究热释红外卫生间节水控制器的设计研究光纤光栅温度传感器的设计研究汽车轮胎运行状态的监测研究基于超声波技术的避障检测系统的研究锥度检测仪的设计驾驶员疲劳状态的视频监测的研究呼吸次数和心率的测量研究基于FPGA的图像边缘检测的研究电机运行监测仪的设计传送带运行状况监测的研究基于霍尔元件的钻机转盘扭矩测量系统的研究智能压力传感器系统的研究高压开关柜触点温度在线监测技术的研究基于霍尔传感器的金属管转子流量测量的研究基于单片机构成环境温湿度实时测控系统的研究高压容器超声波液位检测系统的研究电子舌及其应用的研究人工嗅觉系统的研究与设计光纤光栅应力传感系统的研究超声硬度检测仪的研究与设计超声波流量计的研究【本文由大学生电脑主页( )收集整理，大学生电脑主页——大学生的百事通】。