一种用于浅层异物探测的四通带超宽带成像的雷达系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于浅层异物探测的四通带超宽带成像的雷达系统，包括雷达主机和天线阵，天线阵包括若干组串联的天线单元；雷达主机包括电池管理单元、显示控制单元、多路时基控制单元和数据采集处理单元。多路时基控制单元产生多路天线的触发信号，启动接收天线阵的采样保持，包括FPGA模块、延时电路和多路选通开关；数据采集处理单元，用于多通道数据采集以及数据的预处理和数据成像，包括：CPLD模块、编码器、A/D转换模块、第一数据处理模块和第二数据处理模块。本实用新型专利技术采用级联天线阵，可进行大面积探测；具有多个采样通道，一次扫描可获取多张雷达图像；数据采集处理单元采用双处理器的模式，系统的运算能力大大提升，数据成像可实时显示。

A radar system of ultra wide band imaging with four pass band for detecting shallow foreign bodies

【技术实现步骤摘要】
一种用于浅层异物探测的四通带超宽带成像的雷达系统
本技术涉及探地雷达，尤其涉及一种用于浅层异物探测的四通带超宽带成像的雷达系统。
技术介绍
目前利用电磁波原理进行浅层介质内建筑物结构检查、建筑物探伤、钢筋保护层厚度检测、安检探测的仪器主要包括探地雷达和毫米波穿墙雷达。毫米波穿墙雷达工作频段集中在30GHz～300GHz，分辨率较高，但穿透能力较差，一般混凝土介质的探测深度小于5cm；与毫米波雷达相比，探地雷达工作频段集中在0.5GHz～3GHz，其穿透能力较高，特别适合于m级内的浅层异物探测。传统的单探头探地雷达仪器探测效率较低，对于多层钢筋等上下重叠埋设物分辨率较低，对于大面积探测，需要重复扫描，数据一致性较差，成像需要事后处理，造成数据处理时间长且滞后，数据处理结果不能实时显示。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种适用于大面积探测，可实时成像的用于浅层异物探测的四通带超宽带成像的雷达系统。为解决上述技术问题，本技术的技术方案是：一种用于浅层异物探测的四通带超宽带成像的雷达系统，包括雷达主机和天线阵，所述天线阵包括若干组天线单元，所述天线单元的发射天线之间串联，接收天线之间串联；所述雷达主机包括：电池管理单元，与电池电连接，为所述雷达系统提供匹配电源；显示控制单元，用于将所述雷达系统的控制数据以及数据成像结果实时显示；多路时基控制单元，用于产生多路天线的触发信号，启动接收天线阵的采样保持，包括：FPGA模块，连接有时钟芯片，用于产生多路天线的触发信号，在一个采样周期内依次触发多个发射天线或接收天线；延时电路，包括延时移位芯片，用于保证触发信号的同步，所述延时电路与所述FPGA模块的数据端口连接，用于获取延时增量；多路选通开关，包括一组用于控制所述发射天线的发射选通开关和一组用于控制接收天线的接收选通开关，所述发射选通开关和接收选通开关分别与所述天线阵的一个发射天线或接收天线对应连接，所述发射选通开关和接收选通开关响应所述FPGA模块发出的触发信号，在采样周期的其中一个特定时段接通并启动对应的发射天线或接收天线；数据采集处理单元，用于多通道数据采集以及数据的预处理，根据天线阵对目标路径不同的回波时延进行定位和成像，包括：CPLD模块、编码器、A/D转换模块、第一数据处理模块和第二数据处理模块，所述编码器、A/D转换模块、第一数据处理模块和第二数据处理模块均与所述CPLD模块电连接，所述A/D转换模块通过串口与所述第二数据处理模块，所述第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据端口相连，所述第一数据处理模块通过SPI接口与所述FPGA模块电连接；所述CPLD模块接收所述编码器的触发信号，并控制启动回波数据的采集或数据处理；所述A/D转换模块，响应所述CPLD模块的控制信号，采集所述回波数据并将其转换成数字信号；所述第二数据处理模块通过串口读取所述A/D转换模块的转换数据，并将所述转换数据进行预处理；所述第一数据处理模块，接收所述FPGA模块发出的控制信号，并通过数据端口获取所述第二数据处理单元的预处理数据，将所述预处理数据进行算法处理，将结果发送至所述显示控制单元。作为优选的技术方案，所述时钟芯片、延时移位芯片和多路选通开关均采用LVPECL电平芯片，所述FPGA模块通过电平转换电路分别与所述时钟芯片、延时移位芯片和多路选通开关电连接，所述电平转换电路将所述FPGA模块的输出信号的由TTL电平转换为LVPECL电平。作为优选的技术方案，所述多路选通开关还电连接有驱动器，所述驱动器将所述多路选通开关输出的LVPECL电平的触发信号进行放大整形后发送所述发射天线或接收天线。作为优选的技术方案，所述显示控制单元是人机交互设备，所述第一数据处理模块通过以太网接口与所述人机交互设备连接。作为优选的技术方案，所述第一数据处理模块和第二数据处理模块均是DSP。由于采用了上述技术方案，本技术的有益效果是：本技术采用由多组天线串联形成的天线阵，可进行大面积探测；通过多路时基控制单元保证了触发信号的一致性，可在一个周期性内分时触发多个选通开关，一次扫描可获取多张雷达图像，减少了扫描的次数；由于系统设计处理数据量大、数据处理相关性高，数据采集处理单元采用双处理器的模式，系统的运算能力大大提升，数据处理的速度快，回波数据不需要导出可直接通过双处理器直接处理并将数据成像在显示控制单元实时显示。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例的系统框图；图2是多路时基控制单元的原理框图；图3是通道扫描的控制时序图；图4是数据采集处理单元的原理框图；图5是数据采集处理单元的处理算法流程图；图6是天线阵的连接示意图。具体实施方式如图1所示，一种用于浅层异物探测的四通带超宽带成像的雷达系统，包括雷达主机和天线阵，天线阵包括若干组天线单元，天线单元的发射天线之间串联，接收天线之间串联；雷达主机包括：电池管理单元，显示控制单元，多路时基控制单元，数据采集处理单元，其中，电池管理单元，与电池电连接，为雷达系统提供匹配电源；多路时基控制单元，用于产生多路天线的触发信号，启动接收天线阵的采样保持；数据采集处理单元，用于多通道数据采集以及数据的预处理，根据天线阵对目标路径不同的回波时延进行定位和成像，显示控制单元，用于将雷达系统的控制数据以及数据成像结果实时显示；天线阵在不同位置对目标体发射信号，同时接收不同路径的反射信号，各个天线回波通过开关串联起来，发送至数据采集处理单元。电源管理单元给设备提供能量，由内置锂离子电池提供输入，利用电源集成芯片提供设备内部所需的各种电压，优选采用NMOS防反向以及瞬态电压抑制保护电路，以保证系统的稳定运行。当开关按键按下时，电源管理单元的控制芯片检测到开机信号后以一定的延时间隔控制各单元上电，并定时通过I2C口检测主机电池电量，当电量小于5％时，产生报警；当开关按键抬起时，单片机检测到关机信号控制各单元断电。多路时基控制单元，包括：FPGA模块，连接有时钟芯片，用于产生多路天线的触发信号，在一个采样周期内依次触发多个发射天线或接收天线；延时电路，包括延时移位芯片，用于保证触发信号的同步，延时电路与FPGA模块的数据端口连接，用于获取延时增量；多路选通开关，包括一组用于控制发射天线的发射选通开关和一组用于控制接收天线的接收选通开关，发射选通开关和接收选通开关分别与天线阵的一个发射天线或接收天线对应连接，发射选通开关和接收选通开关响应FPGA模块发出的触发信号，在采样周期的其中一个特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于浅层异物探测的四通带超宽带成像的雷达系统，其特征在于：包括雷达主机和天线阵，所述天线阵包括若干组天线单元，所述天线单元的发射天线之间串联，接收天线之间串联；/n所述雷达主机包括：/n电池管理单元，与电池电连接，为所述雷达系统提供匹配电源；/n显示控制单元，用于将所述雷达系统的控制数据以及数据成像结果实时显示；/n多路时基控制单元，用于产生多路天线的触发信号，启动接收天线阵的采样保持，包括：/nFPGA模块，连接有时钟芯片，用于产生多路天线的触发信号，在一个采样周期内依次触发多个发射天线或接收天线；/n延时电路，包括延时移位芯片，用于保证触发信号的同步，所述延时电路与所述FPGA模块的数据端口连接，用于获取延时增量；/n多路选通开关，包括一组用于控制所述发射天线的发射选通开关和一组用于控制接收天线的接收选通开关，所述发射选通开关和接收选通开关分别与所述天线阵的一个发射天线或接收天线对应连接，所述发射选通开关和接收选通开关响应所述FPGA模块发出的触发信号，在采样周期的其中一个特定时段接通并启动对应的发射天线或接收天线；/n数据采集处理单元，用于多通道数据采集以及数据的预处理，根据天线阵对目标路径不同的回波时延进行定位和成像，包括：CPLD模块、编码器、A/D转换模块、第一数据处理模块和第二数据处理模块，所述编码器、A/D转换模块、第一数据处理模块和第二数据处理模块均与所述CPLD模块电连接，所述A/D转换模块通过串口与所述第二数据处理模块，所述第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据端口相连，所述第一数据处理模块通过SPI接口与所述FPGA模块电连接；/n所述CPLD模块接收所述编码器的触发信号，并控制启动回波数据的采集或数据处理；/n所述A/D转换模块，响应所述CPLD模块的控制信号，采集所述回波数据并将其转换成数字信号；/n所述第二数据处理模块通过串口读取所述A/D转换模块的转换数据，并将所述转换数据进行预处理；/n所述第一数据处理模块，接收所述FPGA模块发出的控制信号，并通过数据端口获取所述第二数据处理单元的预处理数据，将所述预处理数据进行算法处理，将结果发送至所述显示控制单元。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于浅层异物探测的四通带超宽带成像的雷达系统，其特征在于：包括雷达主机和天线阵，所述天线阵包括若干组天线单元，所述天线单元的发射天线之间串联，接收天线之间串联；
所述雷达主机包括：
电池管理单元，与电池电连接，为所述雷达系统提供匹配电源；
显示控制单元，用于将所述雷达系统的控制数据以及数据成像结果实时显示；
多路时基控制单元，用于产生多路天线的触发信号，启动接收天线阵的采样保持，包括：
FPGA模块，连接有时钟芯片，用于产生多路天线的触发信号，在一个采样周期内依次触发多个发射天线或接收天线；
延时电路，包括延时移位芯片，用于保证触发信号的同步，所述延时电路与所述FPGA模块的数据端口连接，用于获取延时增量；
多路选通开关，包括一组用于控制所述发射天线的发射选通开关和一组用于控制接收天线的接收选通开关，所述发射选通开关和接收选通开关分别与所述天线阵的一个发射天线或接收天线对应连接，所述发射选通开关和接收选通开关响应所述FPGA模块发出的触发信号，在采样周期的其中一个特定时段接通并启动对应的发射天线或接收天线；
数据采集处理单元，用于多通道数据采集以及数据的预处理，根据天线阵对目标路径不同的回波时延进行定位和成像，包括：CPLD模块、编码器、A/D转换模块、第一数据处理模块和第二数据处理模块，所述编码器、A/D转换模块、第一数据处理模块和第二数据处理模块均与所述CPLD模块电连接，所述A/D转换模块通过串口与所述第二数据处理模块，所述第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据端口相连，所述第一数据处理模块通过SPI接口与所述FPGA模块电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志文，崔振兴，
申请(专利权)人：青岛中电众益智能科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37