基于宽频带窄脉冲电磁波技术的有源探地雷达系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于宽频带窄脉冲电磁波技术的有源探地雷达系统。
【背景技术】
[0002]有源探地雷达系统是一种地球物理无损检测系统，主要用于浅层目标体的探测，现已广泛应用于地下目标体探测、城市雨水和污水管道探测，天然气管道探测，自来水管道探测，环保排污管道探测等领域。
[0003]传统的探地雷达的位置信息主要依靠编码器来反应实际测量的长度，而需要人工记录雷达测量过程中的起始和终止位置，给后期数据的整理带来麻烦。
[0004]传统的探地雷达探测系统的采集单元仅仅完成接收单元信号的简单处理，由于雷达波反射回来的直达波信号的幅值较高(伏级)，而深层介质返回来的信号幅值较小(微伏级)，导致AD器件必须有较宽的电压测量范围和较高的分辨率，造成系统设计时，必须采购成本较高的AD器件。
[0005]传统的探地雷达探测系统的采集单元仅仅实现反射信号简单的模数转换，数据的分析处理完全交由软件来完成，导致系统软件的工作量偏大。
[0006]传统的探地雷达探测系统的采集装置和显示装置是通过较粗电缆连接，造成测试过程中，发射装置、接收装置、采集装置和显示装置必须一起移动，来实现这个路面地下管线的探测，十分不便。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种宽频带窄脉冲的有源探地雷达系统。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于宽频带窄脉冲电磁波技术的有源探地雷达系统，包括发射装置、接收装置、采集装置和分析处理装置；其特征在于:所述发射装置由MARX电路和蝶形天线组成；接收装置由碟形天线、等效采样门电路和采样保持电路组成；采集装置由带通滤波、时变放大电路、微处理器、AD电路、嵌入式板和GPS模块组成；采集装置与发射装置、接受装置通过电气连接线连接；采集装置与分析处理装置交换数据；采集装置为发射装置和接收装置提供时序脉冲。
[0009]在一些实施方式中，采集装置与分析处理装置采用有线网络进行数据交换，或者通过无线路由器转换后进行数据的交换。所述采集装置中的微处理器产生的方波频率可调节，为发射装置和接收装置提供时序脉冲。
[0010]在一些实施方式中，还包括吸波材料和屏蔽盒，吸波材料装入屏蔽盒内，发射装置的蝶形天线和采集装置的蝶形天线并列排放在屏蔽盒的最底端。
[0011]在一些实施方式中，发射装置的MARX电路与蝶形天线垂直放置，接收装置的等效采样门电路和采样保持电路与蝶形天线垂直放置。采集装置的MARX电路与接收装置的等效采样门电路和采样保持电路分开装入吸波材料内，中间用铝片隔开，采集装置的电路板固定在屏蔽盒上端，其中采集装置与发射装置和接受装置通过电气连接线连接。
[0012]MARX电路的输入信号和采样门电路的输入信号为微处理器提供的同一原始信号。
[0013]在一些实施方式中，MARX电路的输入信号和米样门电路的输入信号为微处理器提供的同一原始信号，通过硬件来是实现发射和接收的同步，而不需要额外编写软件来获取每一段接收信号的起止。
[0014]在一些实施方式中，整个测量深度的变化通过数字电路来实现，等效采样间距和测量深度更精确。
[0015]在一些实施方式中，发射的蝶形天线和接收的蝶形天线为同一尺寸的天线。
[0016]在一些实施方式中，通过时变放大电路来调节系统的信噪比，来降低系统对AD器件的要求。
[0017]与现有技术相比，本实用新型有源探地雷达系统，可以降低系统为了提高信噪比而增加的AD器件成本，降低系统对软件的依赖。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型有源探地雷达系统第一实施例的结构框图；
[0019]图2为发射装置发出宽频带窄电磁脉冲信号进入地下介质中的示意图。
【具体实施方式】
[0020]本实用新型提供了一种基于宽频带窄脉冲电磁波技术的有源探地雷达系统，包括发射装置、接收装置、采集装置和分析处理装置；其特征在于:所述发射装置由MARX电路和蝶形天线组成；接收装置由碟形天线、等效采样门电路和采样保持电路组成；采集装置由带通滤波、时变放大电路、微处理器、AD电路、嵌入式板和GPS模块组成；采集装置与发射装置、接受装置通过电气连接线连接；采集装置与分析处理装置交换数据；采集装置为发射装置和接收装置提供时序脉冲。
[0021]图1中为本实用新型有源探地雷达系统第一实施例的结构框图，所述系统包括发射装置，接收装置，采集装置，分析处理和显示装置。
[0022]如图2所示，发射装置发出宽频带窄电磁脉冲信号进入地下介质中，电磁波碰到地下存在的不同介质界面后，接收装置接收反射回来的电磁脉冲信号，经过等效采样处理后，转化为频率较低的信号，然后经过采集装置的信号处理，转化为数字信号，并发送到网络控制器的缓存中，等待分析处理和显示装置发出上传数据命令，PC机将接收到的数据进行处理，并显示二维图形。
[0023]在本新型实用的实施例中，如图1所示，微处理器301产生占空比为50%的方波，其频率可以根据需要调节，为发射装置和接收装置提供信号源。
[0024]如图1所示，发射装置由MARX电路202和蝶形天线201组成，微处理器301产生的方波信号经过MARX电路202后，转换为窄脉冲高瞬时功率的高斯脉冲信号，然后通过蝶形天线201发射出去。雷达探测需要脉宽纳秒级，高瞬时电压，频率重复性较好的高斯脉冲信号，选择MARX电路能很好的实现这一要求。
[0025]如图1所示，接收装置由平衡二极管采样门电路102、采样保持电路103和蝶形天线101组成，微处理器301产生的方波信号经过数字延时电路302后，产生可以以等时间间距移动的对称取样脉冲104，然后输入到采样门102，蝶形天线101获得的频率较高的信号经过采样门102后转换为慢信号，最后送入到采样保持103，此电路将频率较高的信号转化为频率较低的信号，可以降低系统对AD采样速率的要求，从而节省器件成本。
[0026]如图1所示，采集装置由带通滤波303、时变放大电路304、微处理器301、AD电路305、嵌入式板306和GPS模块308组成。带通滤波电路303能够很好地滤掉慢信号中存在的低频和高频信号，从而降低系统对软件滤波的要求。
[0027]如图1所示，GPS模块提供探地雷达设备在测量过程中的地理位置信息，并与雷达设备测量的每道数据一一对应，从而避免通过人工记录雷达设备的地理信息，降低操作人员的工作量。
[0028]如图1所示，时变放大电路可以按照时间节点将一道有效信号分成若干段(可以根据需要设置段数)，按照时间节点内信号电压值的大小设置不同的增益倍数。如一道有效信号中，越接近表层的数据电压值越大，而越到深层的数据电压值越小，传统的方式是采用高分辨率的AD器件，来实现微弱信号的提取，而采用时变放大电路，可以将原本微弱的信号放大到一定的电压值，从而降低系统对AD分辨率的要求。
[0029]分析处理和显示装置由PC机400上的软件模块构成，该软件主要实现网络底层协议，有效数据的提取和二维图形的显示。
[0030]以上仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此。任何以本实用新型为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本实用新型的保护范围之中。
【主权项】
1.一种基于宽频带窄脉冲电磁波技术的有源探地雷达系统，包括发射装置、接收装置、采集装置和分析处理装置；其特征在于:所述发射装置由MARX电路和蝶形天线组成；接收装置由蝶形天线、等效采样门电路和采样保持电路组成；采集装置由带通滤波、时变放大电路、微处理器、AD电路、嵌入式板和GPS模块组成；采集装置与发射装置、接收装置通过电气连接线连接；采集装置与分析处理装置交换数据；采集装置为发射装置和接收装置提供时序脉冲。
2.根据权利要求1所述的有源探地雷达系统，其特征在于:采集装置与分析处理装置采用有线网络进行数据交换，或者通过无线路由器转换后进行数据的交换。
3.根据权利要求1所述的有源探地雷达系统，其特征在于:所述采集装置中的微处理器产生的方波频率可调节，为发射装置和接收装置提供时序脉冲。
4.根据权利要求1所述的有源探地雷达系统，其特征在于:还包括吸波材料和屏蔽盒，吸波材料装入屏蔽盒内，发射装置的蝶形天线和采集装置的蝶形天线并列排放在屏蔽盒的最底端。
5.根据权利要求1或4所述的有源探地雷达系统，其特征在于:发射装置的MARX电路与蝶形天线垂直放置，接收装置的等效采样门电路和采样保持电路与蝶形天线垂直放置。
6.根据权利要求1或4所述的有源探地雷达系统，其特征在于:采集装置的MARX电路与接收装置的等效采样门电路和采样保持电路分开装入吸波材料内，中间用铝片隔开，采集装置的电路板固定在屏蔽盒上端，其中采集装置与发射装置和接收装置通过电气连接线连接。
7.根据权利要求1所述的有源探地雷达系统，其特征在于:MARX电路的输入信号和采样门电路的输入信号为微处理器提供的同一原始信号。
8.根据权利要求1所述的有源探地雷达系统，其特征在于:微处理器通过控制数字延时电路来实现探测深度的控制。
9.根据权利要求1所述的有源探地雷达系统，其特征在于:发射的蝶形天线和接收的蝶形天线为同一尺寸。
10.根据权利要求1所述的有源探地雷达系统，其特征在于:GPS模块提供探地雷达设备在测量过程中的地理位置信号，并与雷达设备测量的数据对应。
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于宽频带窄脉冲电磁波技术的有源探地雷达系统，包括发射装置、接收装置、采集装置和分析处理装置；其特征在于：所述发射装置由MARX电路和蝶形天线组成；接收装置由碟形天线、等效采样门电路和采样保持电路组成；采集装置由带通滤波、时变放大电路、微处理器、AD电路、嵌入式板和GPS模块组成；采集装置与发射装置、接受装置通过电气连接线连接；采集装置与分析处理装置交换数据；采集装置为发射装置和接收装置提供时序脉冲。与现有技术相比，本实用新型有源探地雷达系统，可以降低系统为了提高信噪比而增加的AD器件成本，降低系统对软件的依赖。
【IPC分类】G01S13-88
【公开号】CN204347243
【申请号】CN201420687036
【发明人】不公告发明人
【申请人】武汉天睿正达科技有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年11月17日