一种基于CPLD的变增益等效采样探地雷达控制系统技术方案

本发明专利技术属于探地雷达领域，并公开了一种基于CPLD的变增益等效采样探地雷达控制系统。其包括上位机、MCU微处理器、CPLD、延时触发电路、模数转换模块、发射模块和接收模块，上位机用于发出指令和接收信号；MCU微处理器用于实现上位机与CPLD之间的信息交互，模数转换模块用于将来时接收模块的电磁波信号转换为数字信号，CPLD用于设定发射和接收电磁波信号的总次数、发射的时间间隔、接收时间间隔和增益倍率；延时触发电路用于控制发射模块和接收模块是否发射或接收信号；接收模块用于实现等效增益采样。通过本发明专利技术，实现地表深层微弱信号的采集，提高控制系统的并行处理能力和检测精度。

A Variable Gain Equivalent Sampling Ground Penetrating Radar Control System Based on CPLD

The invention belongs to the field of ground penetrating radar, and discloses a variable gain equivalent sampling ground penetrating radar control system based on CPLD. It includes upper computer, MCU microprocessor, CPLD, delay trigger circuit, analog-to-digital conversion module, transmitting module and receiving module. The upper computer is used to send instructions and receive signals; the MCU microprocessor is used to realize the information interaction between the upper computer and CPLD; the analog-to-digital conversion module is used to convert the electromagnetic wave signal of the future receiving module into digital signal; and the CPLD is used to set the transmitting and receiving module. The total number of electromagnetic wave signals, the time interval of transmission, the time interval of reception and the gain multiplier; the delay trigger circuit is used to control whether the transmitting module and the receiving module transmit or receive signals; and the receiving module is used to realize the equivalent gain sampling. Through the invention, the acquisition of weak signals in deep surface layer is realized, and the parallel processing ability and detection accuracy of the control system are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种基于CPLD的变增益等效采样探地雷达控制系统
本专利技术属于探地雷达领域，更具体地，涉及一种基于CPLD的变增益等效采样探地雷达控制系统。
技术介绍
探地雷达应用广泛，包括高速公路检测、地下无损检测、空洞检测、桥梁甲板分层定位、地下管道检测、地质沉积物检测、地质结构检测、确定基岩和地下水位的深度、地下文物结构位置确定、生命探测及地雷探测等等。现有的探地雷达控制系统采用微处理器作为系统的主控制器，通过软件程序控制雷达的工作过程。系统开发周期短，但微处理器不能做到精准控制系统，并且并行处理能力差，不能做到精准控制；与此同时，现有的接收模块对于反射信号的接收能力较差以及模数转换模块综合性能较差。上述原因导致最终的探地雷达系统性能较差。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于CPLD的变增益等效采样探地雷达控制系统，通过对该控制系统中的关键组件CPLD和变增益单元的布局与设计，尤其是CPLD同时与发射模块、接收模块和模数转换模块连接，实现发射模块、接收模块和模数转换模块的并行运行，彼此之间互不影响，提升系统的并行处理能力和精确控制，实现对发射模块、接收模块和模数转换模块的控制，另外，变增益单元对不同周期接收的电磁波信号边增益增大，使得待检测地面深层后期反射的电磁波信号得以采集，由此解决探地雷达测量误差大以及无法探测地表深层的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种基于CPLD的变增益等效采样探地雷达控制系统，所述雷达控制系统包括上位机、MCU微处理器、CPLD、延时触发电路、模数转换模块、发射模块和接收模块，其特征在于，所述上位机与所述MCU微处理器连接，用于发出开或关的指令和接收来自所述模数转换模块的信号；所述MCU微处理器与所述CPLD连接，用于实现所述上位机与CPLD之间的信息交互，所述模数转换模块用于将来时所述接收模块的电磁波信号转换为数字信号；所述CPLD同时与所述延时触发电路和模数转换模块连接，用于设定向待检测地面发射和接收电磁波信号的总次数、发射电磁波信号的时间间隔、接收从所述待检测地面反射的电磁波信号的时间间隔和每次接收电磁波信号时的增益倍率，同时还用于控制所述模数转换模块是否向所述MCU微处理器反馈数字信号；所述延时触发电路分别与所述发射模块和接收模块连接，用于根据所述发射电磁波信号的时间间隔控制所述发射模块向待检测地面发射电磁波信号，以及根据所述接收电磁波信号的时间间隔控制所述接收模块接收来自待检测地面反射的电磁波信号，使得在一个周期内的采样等效为多个周期的分散采样，以此实现等效采样过程；所述接收模块中按照设定的所述接收电磁波信号的时间间隔接收待检测地面反射的电磁波信号，以此采集待检测地面反射的不同周期对应的电磁波信号，即不同地表深度对应的电磁波信号，所述接收模块中设置有变增益单元，用于按照设定的所述增益倍率对不同周期接收的来自待检测地面的电磁波信号进行相应增益的放大，以此实现不同周期接收的电磁波信号变增益放大，与此同时也使得待检测地面深层反射的信号被放大，进而使得该深层反射的信号按照设定的时间间隔得以被采集。进一步优选地，所述接收模块还包括接收天线、四管采样门和调理放大单元，所述接收天线与所述变增益单元连接，用于接收待检测地面反射的电磁波信号，并将接收的电磁波信号传送给所述变增益单元，所述四管采样门按照设定的所述接收电磁波信号的时间开或关，以此实现间隔采集所述电磁波信号，所述调理放大单元与所述四管采样门连接，用于将采集的电磁波信号进行整体的电压放大，并将进行电压放大后的电磁波信号传递给所述模数转换模块。进一步优选地，所述延时触发电路与所述四管采样门之间设置有栅极驱动器、变压器和功分器，通过三者的配合实现控制所述四管采样门的按照设定的所述接收电磁波信号的时间开或关，所述栅极驱动器与所述延时触发电路连接，用于将来自所述延时触发电路的电压信号进行功率的放大，所述变压器同时与所述栅极驱动器和功分器连接，用于将放大功率的所述电压信号的倍数放大，所述功分器用于将来自所述变压器的电压信号方向，以此使得所述四管采样门导通。进一步优选地，所述发射单元包括栅极驱动器、变压器、雪崩三极管和发射天线，所述栅极驱动器与所述延时触发电路连接，所述变压器介于所述栅极驱动器和雪崩三极管之间，所述雪崩三极管与所述发射天线连接，用于将来自所述变压器的电压信号转化为向下的负脉冲信号输出，所述发射天线接收所述负脉冲信号并转化为电磁波信号发射。进一步优选地，所述模数转换模块包括ADC和RAM，所述ADC同时与所述接收模块和CPLD连接，用于将来自所述接收模块的电磁波信号转换为数字信号，所述RAM与所述MCU微处理器连接，用于将来自所述ADC的数字信号存储，当存储的数据达到预设存储大小后，将存储的所述数字信号通过所述MCU微处理传输给所述上位机。进一步优选地，所述上位机与MCU微处理器之间通过USB进行通信。进一步优选地，所述MCU微处理器与CPLD之间通过422串口进行通信。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术以CPLD为主控单元，以MCU为协控单元，通过CPLD精确地控制延时触发电路的触发时间，进而精确地控制发射模块进行信号发射，接收模块进行变增益等效采样，即使得在将数据传输给MCU的同时，发射模块和接收模块同时工作并行处理，并行处理RAM数据传输给MCU微处理器以及命令发射和接收模块继续正常的发射、接收信号，从而提升了系统并行处理的能力以及精准控制的能力。2、本专利技术通过设变增益单元实现变增益等效采样，在等效采样的基础上增加变增益控制，浅层反射的信号强，比如，对于地表浅层信号增益值设定为-20db,在电路控制中一定程度上衰减浅层信号，中层信号较为微弱，通过CPLD控制变增益单元，增益值设定为20db，在电路控制中一定程度上增强中层信号，深层信号很微弱，通过将增益值设定为40db，以此很大地增强深层信号，使其得以被采集，通过变增益等效采样，提升了控制系统接收反射信号的性能；3、本专利技术通过采用等效采样的方式，使得在在一个周期内完成的多次采样分散到多个周期完成，通过对不同周期的电磁波进行变增益处理，从而实现不同周期电磁波的单独处理，提高测量精度。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的明基于CPLD的变增益等效采样探地雷达控制系统的整体结构示意图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的探地雷达工作原理图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的探地雷达等效采样工作原理图；图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的通过时变增益的方式进行等效采样示意图；图5是按照本专利技术的优选实施例所构建的通过最终的等效采样效果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的明基于CPLD的变增益等效采样探地雷达控制系统的整体结构示意图，如图1所示，一种基于CPLD的变增益等效采样探地雷达控制系统，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CPLD的变增益等效采样探地雷达控制系统，所述雷达控制系统包括上位机、MCU微处理器、CPLD、延时触发电路、模数转换模块、发射模块和接收模块，其特征在于，所述上位机与所述MCU微处理器连接，用于发出开或关的指令和接收来自所述模数转换模块的信号；所述MCU微处理器与所述CPLD连接，用于实现所述上位机与CPLD之间的信息交互，所述模数转换模块用于将来时所述接收模块的电磁波信号转换为数字信号；所述CPLD同时与所述延时触发电路和模数转换模块连接，用于设定向待检测地面发射和接收电磁波信号的总次数、发射电磁波信号的时间间隔、接收电磁波信号的时间间隔和每次接收电磁波信号时的增益倍率，同时还用于控制所述模数转换模块是否向所述MCU微处理器反馈数字信号；所述延时触发电路分别与所述发射模块和接收模块连接，用于根据所述发射电磁波信号的时间间隔控制所述发射模块向待检测地面发射电磁波信号，以此发射多次电磁波信号，另外还根据所述接收电磁波信号的时间间隔控制所述接收模块接收电磁波信号，以此使得所述接收模块接收与发射次数相同的电磁波信号；所述接收模块接收待检测地面反射的电磁波信号，并按照设定的所述接收电磁波信号的时间间隔采集不同次数待检测地面反射的不同时间对应的电磁波信号，使得一次采样等效为多次的分散采样，以此实现等效采样，所述接收模块中设置有变增益单元，用于按照设定的所述增益倍率对不同次数接收的来自待检测地面的电磁波信号进行相应增益的放大，以此实现不同次数接收的电磁波信号的变增益放大，同时也使得待检测地面深层反射的信号被放大，进而使得该深层反射的信号按照设定的时间间隔得以被采集。...

【技术特征摘要】
1.一种基于CPLD的变增益等效采样探地雷达控制系统，所述雷达控制系统包括上位机、MCU微处理器、CPLD、延时触发电路、模数转换模块、发射模块和接收模块，其特征在于，所述上位机与所述MCU微处理器连接，用于发出开或关的指令和接收来自所述模数转换模块的信号；所述MCU微处理器与所述CPLD连接，用于实现所述上位机与CPLD之间的信息交互，所述模数转换模块用于将来时所述接收模块的电磁波信号转换为数字信号；所述CPLD同时与所述延时触发电路和模数转换模块连接，用于设定向待检测地面发射和接收电磁波信号的总次数、发射电磁波信号的时间间隔、接收电磁波信号的时间间隔和每次接收电磁波信号时的增益倍率，同时还用于控制所述模数转换模块是否向所述MCU微处理器反馈数字信号；所述延时触发电路分别与所述发射模块和接收模块连接，用于根据所述发射电磁波信号的时间间隔控制所述发射模块向待检测地面发射电磁波信号，以此发射多次电磁波信号，另外还根据所述接收电磁波信号的时间间隔控制所述接收模块接收电磁波信号，以此使得所述接收模块接收与发射次数相同的电磁波信号；所述接收模块接收待检测地面反射的电磁波信号，并按照设定的所述接收电磁波信号的时间间隔采集不同次数待检测地面反射的不同时间对应的电磁波信号，使得一次采样等效为多次的分散采样，以此实现等效采样，所述接收模块中设置有变增益单元，用于按照设定的所述增益倍率对不同次数接收的来自待检测地面的电磁波信号进行相应增益的放大，以此实现不同次数接收的电磁波信号的变增益放大，同时也使得待检测地面深层反射的信号被放大，进而使得该深层反射的信号按照设定的时间间隔得以被采集。2.如权利要求1所述的一种基于CPLD的变增益等效采样探地雷达控制系统，其特征在于，所述接收模块还包括接收天线、四管采样门和调理放大单元，所述接收天线与所述变增益单元连接，用于接收待检测地面反射的电磁波信号，并将接收的电磁波信号传送给所述变增益单元，所述四管采样门按照设定的所述接收电磁波信号的时间开或关，以此实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：何兴坤，李锡文，王灿，郑荣耀，孙志斌，王登阳，赵英俊，史铁林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42