低頻探地雷達(dá)接收機(jī)研制.pdf

1、探地雷達(dá)（Ground Penertrating Radar，GPR）作為一種地球物理方法，廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域的地下目標(biāo)無損探測(cè)。由于地下介質(zhì)電磁特性的復(fù)雜程度以及目標(biāo)的反射特性各不相同，為了獲得良好的探測(cè)準(zhǔn)確性，探地雷達(dá)一般都是專機(jī)專用。為了實(shí)現(xiàn)青海凍土地區(qū)可燃冰的探測(cè)，要求探地雷達(dá)在該地區(qū)具有130米以上的探測(cè)深度。目前的探地雷達(dá)大多應(yīng)用于幾厘米到50米的探測(cè)深度，天線中心頻率集中在10MHz到4GHz范圍內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的探測(cè)深度

2、，在增強(qiáng)發(fā)射雷達(dá)波在地下介質(zhì)中的穿透能力的同時(shí)提高對(duì)回波信號(hào)的補(bǔ)償能力。本文主要對(duì)探地雷達(dá)系統(tǒng)的接收機(jī)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，全文主要工作如下：
　　系統(tǒng)分析與整體設(shè)計(jì)。先對(duì)探地雷達(dá)系統(tǒng)的探測(cè)原理和接收機(jī)的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行研究分析，通過對(duì)不同雷達(dá)體制優(yōu)缺點(diǎn)的說明和對(duì)比，選擇了野外探測(cè)中移動(dòng)方便顯示直觀的沖激脈沖體制雷達(dá)。在明確發(fā)射信號(hào)形式及信號(hào)衰減影響因素后，結(jié)合理論分析與經(jīng)驗(yàn)公式制定出設(shè)計(jì)指標(biāo)，并給出了接收機(jī)硬件總體設(shè)計(jì)方案，即具有時(shí)變?cè)鲆婀?/p>

3、能的內(nèi)同步實(shí)時(shí)采樣探地雷達(dá)接收機(jī)。
　　接收機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分為硬件電路、FPGA控制邏輯和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)三個(gè)部分。硬件電路部分，根據(jù)功能設(shè)計(jì)要求，同時(shí)考慮接收機(jī)各性能指標(biāo)，分別對(duì)采樣觸發(fā)電路、時(shí)變?cè)鲆娣糯箅娐?、ADC采樣電路和數(shù)據(jù)傳輸電路進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明。FPGA控制邏輯部分，對(duì)應(yīng)各部分電路功能，分4個(gè)模塊進(jìn)行基于ISE的FPGA邏輯設(shè)計(jì)。接收機(jī)與上位機(jī)采用USB總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，上位機(jī)軟件使用LabVIEW編寫，能夠完成對(duì)AD采樣

4、數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)顯示、波形顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)增益的階梯式連續(xù)設(shè)定。
　　接收機(jī)功能及性能測(cè)試工作。完成了對(duì)時(shí)變?cè)鲆娣糯?、?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸功能的測(cè)試驗(yàn)證；另外，還對(duì)噪聲系數(shù)、靈敏度、帶寬及動(dòng)態(tài)范圍這些接收機(jī)性能評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明設(shè)計(jì)滿足功能要求，性能優(yōu)秀。相比于傳統(tǒng)的沖激脈沖探地雷達(dá)接收機(jī)，本文的設(shè)計(jì)具有信號(hào)能量利用率高的優(yōu)點(diǎn)，接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍得到有效的擴(kuò)大，同時(shí)所采用的內(nèi)同步方式能夠避免外同步方式中同步