本技術涉及探地雷達領域，尤其涉及一種探地雷達回波信號采集處理裝置及方法。

背景技術：

1、探地雷達(ground?penetrating?radar—gpr)設備通過發射電磁波到地下，利用電磁波在傳播過程中，遇到介電系數不同的介質時會產生不同反射信號的特性來對地下介質的分布情況進行識別。通過接收由于不連續導致的反射脈沖，從而實現對地下結構和物體的探測，廣泛應用于道路檢測、考古探測及礦產勘探等領域，用于尋找地下缺陷、古遺址、礦產資源及障礙物等。

2、探地雷達以電磁波作為信息載體，由于電磁波在傳播過程中的衰減很快，同時，地下空洞的探測精度與電磁波的中心頻率有關，中心頻率越高的電磁波，探測精度越高，但衰減也會越快，適合淺層高精度探測，反之適合深層探測。因此通常會產生一個大功率的高頻信號，通過天線發射到地下，再通過天線接收回波信號，進行分析處理，實現對地下情況的探測。

3、對于天線接收到的回波信號，無法直接利用adc進行采集，所以針對性的設計了前端調理電路，能夠根據需求將信號放大或衰減到合適的范圍。在面對高頻回波信號上，設計了高速數據采集系統，以fpga和兩片國產高速adc為基礎設計了高速數據采集電路，同時利用fpga設計了一套adc控制及高速lvds數據流的接收方案。實現了程序可控采樣率的高速采集系統，以適應不同電磁波頻率的工作情況，選擇合適的采樣率采集信號。

4、由于探地雷達的工作特性，在實際探測工作中會接收到各種各樣的雜波和噪聲，包括手機、電線等造成的電磁干擾，因此研究可靠的探地雷達回波信號處理方法及噪聲濾除是十分必要的。

技術實現思路

1、本發明的目的在于：為了解決現有的信號過濾技術，不能有效的過濾回波信號中的電磁干擾的問題，提供一種探地雷達回波信號采集處理裝置及方法。

2、本技術的上述目的是通過以下技術方案得以實現的：

3、所述裝置包括：回波調理電路、adc模塊、fpga模塊、stm32模塊以及上位機；

4、所述回波調理電路連接adc模塊；回波調理電路連接fpga模塊；adc模塊連接fpga模塊；fpga模塊連接stm32模塊；

5、回波調理電路用于接收探地雷達探測時的回波信號并進行調理；

6、adc模塊用于將調理后的回波信號進行模數轉換，得到并行的高速數據流；

7、fpga模塊用于控制adc模塊的對模數轉換過程；

8、fpga模塊還用于接收并行的高速數據流并進行數據處理，得到第一數據流并發送至stm32模塊；

9、stm32模塊用于接收第一數據流并進行處理，發出反向控制增益指令至fpga模塊；

10、fpga模塊還用于通過反向控制增益指令控制回波調理電路的增益，實現對回波信號放大或衰減的程序可控；

11、上位機用于對處理后的第一數據流進行可視化顯示。

12、可選的，所述回波調理電路包括：射頻變壓器、可變增益的射頻放大器以及全差分放大器；

13、所述射頻變壓器、可變增益的射頻放大器以及全差分放大器依次順序連接；

14、可變增益的射頻放大器連接所述fpga模塊；全差分放大器連接所述adc模塊；

15、所述射頻變壓器用于對接收回波信號進行變壓；

16、可變增益的射頻放大器用于對變壓的回波信號進行程控放大或程控衰減，在輸入至全差分放大器；

17、所述射頻變壓器的型號采用t3002nl；

18、所述可變增益的射頻放大器的型號采用adl5201acpz-r7；

19、所述全差分放大器的型號采用lmh6554。

20、可選的，所述adc模塊采用兩個模數轉換器對調理后的回波信號進行交替采樣；模數轉換器的型號采用mxt2001；兩個模數轉換器并行連接；

21、adc模塊通過des雙邊采樣模式，結合fpga模塊提供的采樣時鐘的雙邊沿，對調理后的回波信號進行采樣，得到并行的高速數據流；

22、adc模塊還通過lvds低電壓差分傳輸方式，將并行的高速數據流發送至fpga模塊中。

23、可選的，所述fpga模塊的fpga芯片型號采用10cl055yf484c6g。

24、可選的，所述fpga模塊包括：高速數據接收單元、脈沖控制單元、數據緩存單元、數據疊加單元以及控制增益單元；

25、高速數據接收單元連接數據緩存單元；數據緩存單元連接數據疊加單元；數據疊加單元連接stm32模塊；控制增益單元連接stm32模塊；控制增益單元連接回波調理電路；

26、數據緩沖單元用于對接收并行的高速數據流進行緩存，并將并行的高速數據流重新拼接為串行，輸入到數據疊加單元進行數據處理；

27、數據疊加單元用于對拼接后的高速數據流進行零時矯正和疊加降噪處理，得到第一數據流并發送至stm32模塊；

28、控制增益單元用于調節回波調理電路的增益大小；

29、脈沖控制單元用于控制信號源，通過發射天線向地下發射脈沖信號。

30、可選的，所述fpga模塊通過pll鎖相環倍頻以及相移處理，得到兩個相位差為90°的采樣時鐘；

31、所述高速數據接收單元用于向adc模塊中輸入頻率相同，相位不同的采樣時鐘；

32、所述高速數據接收單元還用于接收并行的高速數據流。

33、可選的，所述fpga模塊的數據處理包括：零時矯正和疊加降噪處理；

34、零時矯正的具體步驟包括：采用固定發射天線和接收天線之間的相對位置，以直達波到來的時刻作為參考來矯正時差；

35、疊加降噪處理的具體步驟包括：采用了平均疊加降噪算法對高速數據流進行處理。

36、一種探地雷達回波信號采集處理方法，其特征在于，所述方法包括：

37、s1：固定發射天線和接收天線的相對位置；通過發射天線發射雷達信號；通過接收天線接收探地雷達探測時的回波信號；

38、s2：對回波信號進行調理；

39、s3：通對調理后的回波信號進行并行高速采樣，得到并行的高速數據流；

40、s4：對并行的高速數據流進行拼接、零時矯正、平均疊加降噪處理以及計算，得到第一數據流以及增益控制信號；

41、通過增益控制信號，更新回波信號的調理參數；

42、s5：通過對第一數據流進行處理以及可視化顯示，完成地下空洞的探測。

43、本技術提供的技術方案帶來的有益效果是：

44、1.通過回波調理電路對回波信號進行前端調理，之后利用fpga及兩片adc實現3.6gsps的高速數據采集，最后對接收回來的數據進行實時高速疊加平均疊加降噪處理，檢測精度高。本發明的回波調理電路能很好的適用于各種復雜多變的探地環境中，實用性較高。

45、2.為了降低噪聲的影響設計了實時疊加平均降噪，同時針對信號源的抖動，對采集到的回波信號進行了零時矯正處理。在探地雷達工作時，fpga會對接收到的回波信號數據進行實時的高速疊加平均濾波，達到一定次數后，將濾波后的數據發送到上位機。