冲击型探地雷达的设计与研究

发布时间：2017-12-29 09:16

  本文关键词：冲击型探地雷达的设计与研究　出处：《长江大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 探地雷达 超宽带脉冲源 FPGA 数据采集系统 延时芯片

【摘要】：探地雷达是一种有效的无损探测仪器,在地质勘探方面具有广泛的应用前景。在探地雷达的各种体制结构中,冲击型探地雷达因其结构简单、探测效果良好等特点而被广泛采用。本文主要围绕冲击型探地雷达的脉冲源和数据采集系统展开研究。为了简化系统的结构,提高系统的性能,降低系统的功耗,提出了一种基于FPGA和MCU架构的设计方案。该方案以FPGA作为主控芯片,MCU辅助系统通信和功耗控制,既保证了系统良好的工作性能,又具有出色的低功耗特性。冲击型探地雷达的发射机需要一个高功率的超宽带脉冲。系统采用了雪崩三极管设计方案实现超宽带脉冲。在分析了雪崩三极管的击穿特性的基础上,设计并制作了双极性脉冲源电路。实验测试,该电路输出脉冲最大幅度可达到100V,脉冲宽度为7ns。数据采集系统采用等效采样的设计方案。为了回避高速采样门的设计,等效采样采样选用了可控延时器配合宽带模数转换器的思想,其中,可编程延时器选用MC100EP196,模数转换器选用AD9629。MC100EP196的最小延时步长为10ps,所以,理论上该系统的等效采样率可达到100GSa/s。在该部分的设计中,(1)在详细说明等效采样原理的基础上,分析了系统方案的可行性;(2)等效采样的控制系统由FPGA设计。通过FPGA的高速逻辑设计,调节采集时钟的精延时和粗延时,以及发射触发脉冲和采样时钟的同步,实现了雷达回波的数据采集;(3)设计了前端保护电路,该电路采用二极管限幅电路,允许输入端输入最高脉冲达到近100V。这样采集系统可用于收发一体的天线系统。(4)利用STM32F103作为雷达的电源管理模块,在长时间接收不到工作命令或者收到待机命令时,切断发射机和数据采集模块的电源,实现系统的低功耗。为了检验系统的性能,对系统进行了系列测试。其中包括时钟信号完整性的测试,数据采集系统的测试。根据测试结果和采集回波的效果图可知,该方案能够实现对较低频探地雷达回波的采集,等效采样率为20GSa/s时,测试效果良好。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN959

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本文编号：1349681