地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)中的基于精密延時(shí)電路的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，尤其是地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)中的基于精密延時(shí)電路的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)據(jù)采集技術(shù)是模擬信號(hào)數(shù)字化的前端，數(shù)據(jù)采集過程的微小誤差都會(huì)對(duì)信號(hào)恢復(fù)產(chǎn)嫩很大的影響，所以數(shù)據(jù)采集的微小誤差都會(huì)對(duì)信號(hào)恢復(fù)產(chǎn)生很大的影響。近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高頻信號(hào)的采集越來越多，由予受現(xiàn)有元器件的限制，低速的A /D轉(zhuǎn)換器很難對(duì)高頻信號(hào)實(shí)行實(shí)時(shí)采集，取而代之的是等效采樣技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)周期信號(hào)或者重復(fù)信號(hào)的數(shù)字化，它利用信號(hào)的周期性，以增加采集時(shí)間為代價(jià)，降低對(duì)高速采樣電路的壓力，通過重組恢復(fù)原始信號(hào)。由于是將不同周期的采樣點(diǎn)重新組成一個(gè)完整的周期信號(hào)，任何定時(shí)抖動(dòng)或觸發(fā)點(diǎn)的變化都將導(dǎo)致采樣點(diǎn)的相位誤差，相位誤差的存在使得在重組信號(hào)時(shí)導(dǎo)致重建波形失真，這樣就降低了恢復(fù)波形的精度。所以等效采樣技術(shù)中需要設(shè)計(jì)精密延時(shí)電路，才能保證采集高精度的高頻信號(hào)，因此，精密延時(shí)電路的設(shè)計(jì)是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。尤其是用于高頻地質(zhì)雷達(dá)反射波信號(hào)的采集，由于雷達(dá)反射渡信號(hào)是高頻脈沖信號(hào)，根據(jù)采樣定理不能用實(shí)時(shí)采集，而只能用等效采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本申請(qǐng)要解決的技術(shù)問題是提供一種地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)中的基于精密延時(shí)電路的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是:
[0005]地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)中的基于精密延時(shí)電路的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由地址譯碼電路、延時(shí)電路一、延時(shí)電路二、前置放大電路及A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，延時(shí)電路一和延時(shí)電路二分別啟動(dòng)發(fā)射脈沖和接收脈沖，前置放大電路對(duì)雷達(dá)反射波的采樣保持信號(hào)放大后傳入Α/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬信號(hào)數(shù)字化；延時(shí)電路一和延時(shí)電路二均采用AD9501，AD9501由線性斜波發(fā)生器、一個(gè)8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和一個(gè)電壓比較器構(gòu)成，AD9501的DO - D7引腳連接至數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:該聞精度的延時(shí)電路具有穩(wěn)定性、可罪性和聞精度等，并且
[0007]能采集到30GHz的高頻地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射波信號(hào)。
【附圖說明】
[0008]圖1是數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的電路示意圖；
[0009]圖2是延時(shí)器AD9501內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]高速數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)是地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)的一部分，地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成:天線系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和微機(jī)系統(tǒng)。天線系統(tǒng)主要功能是發(fā)射高頻脈沖信號(hào)和接收發(fā)射波信號(hào)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能是對(duì)高頻地質(zhì)雷達(dá)反射波信號(hào)的數(shù)字化，微機(jī)系統(tǒng)的主要功能是對(duì)數(shù)字化的雷達(dá)反射波信號(hào)的存儲(chǔ)、顯示和處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是對(duì)地質(zhì)雷達(dá)反射波0.1 — 1ns寬的窄脈沖信號(hào)的數(shù)字化。在微機(jī)系統(tǒng)的控制下，為天線系統(tǒng)提供精確定時(shí)的啟動(dòng)觸發(fā)脈沖，并對(duì)來自天線系統(tǒng)采樣保持后的雷達(dá)反射波信號(hào)進(jìn)行程控增益放大和A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的數(shù)字化雷達(dá)反射波信號(hào)通過微機(jī)系統(tǒng)總線傳輸?shù)轿C(jī)中。其中接口及地址譯碼電路是為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)中各部分電路分配系統(tǒng)地址、提供啟動(dòng)信號(hào)和必要的控制信號(hào)；前置放大器是對(duì)來自天線系統(tǒng)雷達(dá)發(fā)射波采樣保持后的信號(hào)進(jìn)行阻抗匹配，并進(jìn)行程控增益放大，使該信號(hào)的電壓幅度盡可能接近A / D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓滿度值，以便得到信噪比較高的數(shù)字化輸出結(jié)果；A / D轉(zhuǎn)換器是將前置程控增益放大器輸出的模擬信號(hào)數(shù)字化；步進(jìn)延時(shí)電路是在微機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)脈沖觸發(fā)下，延遲一個(gè)可編程時(shí)間段后，產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，用于啟動(dòng)天線接收系統(tǒng)的采樣保持和數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的A / D轉(zhuǎn)換。由于對(duì)一個(gè)完整雷達(dá)反射波的數(shù)據(jù)采集需要進(jìn)行多次采樣，每采一個(gè)樣，其延時(shí)時(shí)間要改變一次，這樣才能在多次采樣過程中，等效獲得一個(gè)雷達(dá)反射波不同時(shí)刻的樣點(diǎn)幅值，這也是等效采樣技術(shù)的關(guān)鍵所在。因此，要求該延遲時(shí)間具有精度高的特點(diǎn)。固定延時(shí)電路，其輸出脈沖用于啟動(dòng)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射高頻高壓雷達(dá)脈沖信號(hào)。該延時(shí)也是可編程的，它主要用來消除電路自身和傳輸線路帶來的時(shí)滯影響，使得發(fā)射啟動(dòng)信號(hào)與接收啟動(dòng)信號(hào)之間的時(shí)間差控制在有效范圍內(nèi)，在對(duì)一個(gè)完整雷達(dá)反射波的多次采樣過程中，其延時(shí)始終是一個(gè)固定值。
[0011]目前情況下，高頻的晶陣很難找到，所以以上的方法很難高精度地對(duì)地質(zhì)雷達(dá)反射波高頻信號(hào)的采集，必須尋找合適的延時(shí)電路或器件來實(shí)現(xiàn)高精度的延時(shí)。本系統(tǒng)選擇AD9501數(shù)字延時(shí)器。AD9501是8位數(shù)字延時(shí)器，它采用高性能雙極型工藝，專為高速數(shù)字和模擬電路設(shè)計(jì)。最小延時(shí)精度可達(dá)10ps，單+5V電源供電?？蓮V泛應(yīng)用于脈沖去時(shí)滯、任意波形發(fā)生器、高穩(wěn)定度定時(shí)源、多相時(shí)鐘發(fā)生器和自動(dòng)測試設(shè)備等。其內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。從圖2可看出，AD9501內(nèi)部結(jié)構(gòu)由三個(gè)主要部分組成:線性斜波發(fā)生器、一個(gè)8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器
[0012](DAC)和一個(gè)電壓比較器。核心部分是一個(gè)線性斜波發(fā)生器，當(dāng)AD9501觸發(fā)輸入時(shí)，啟動(dòng)斜波周期，斜渡電壓將降至由內(nèi)部DAC設(shè)定的閾值。由一比較器監(jiān)測線性斜波電壓和DAC設(shè)定的閾值電平，該比較器的輸出作為AD9501的輸出。從觸發(fā)直至比較器翻轉(zhuǎn)的時(shí)間間隔就是AD9501的總延時(shí)。其工作實(shí)現(xiàn)過程如下:在每次觸發(fā)采樣前，先通過AD9501的DO - D7引腳輸入8位數(shù)據(jù)到內(nèi)部的D / A轉(zhuǎn)換器并使Latch管腳有效把數(shù)據(jù)鎖存，使其產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓送至內(nèi)部高速TTL電壓比較器的正相端。接著向管腳Trigger發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)延時(shí)觸發(fā)脈沖，在該脈沖的上升沿到達(dá)后，使內(nèi)部的斜波發(fā)生器開始充電，這樣，斜波發(fā)生器上的電壓將線性增長，即產(chǎn)生斜波，當(dāng)斜波發(fā)生器上的電壓超過內(nèi)部D / A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓時(shí)，內(nèi)部高速TTL電壓比較器輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)并啟動(dòng)天線發(fā)射或接收系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了從啟動(dòng)脈沖到啟動(dòng)天線發(fā)射或接收系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)之間的精密延時(shí)。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)下一次精確延時(shí)，使斜波發(fā)生器充分放電，應(yīng)使管腳Reset有足夠的脈沖寬度。另外應(yīng)保證，放電后斜波發(fā)生器上的電壓應(yīng)低于DA轉(zhuǎn)換器能夠輸出的最低電平，以便可編程精密延時(shí)電路能夠產(chǎn)生最小的延時(shí)時(shí)間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)中的基于精密延時(shí)電路的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由地址譯碼電路、延時(shí)電路一、延時(shí)電路二、前置放大電路及A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，延時(shí)電路一和延時(shí)電路二分別啟動(dòng)發(fā)射脈沖和接收脈沖，前置放大電路對(duì)雷達(dá)反射波的采樣保持信號(hào)放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬信號(hào)數(shù)字化；延時(shí)電路一和延時(shí)電路二均采用AD9501，AD9501由線性斜波發(fā)生器、一個(gè)8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和一個(gè)電壓比較器構(gòu)成，AD9501的DO - D7引腳連接至數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
【專利摘要】地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)中的基于精密延時(shí)電路的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由地址譯碼電路、延時(shí)電路一、延時(shí)電路二、前置放大電路及A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，延時(shí)電路一和延時(shí)電路二分別啟動(dòng)發(fā)射脈沖和接收脈沖，前置放大電路對(duì)雷達(dá)反射波的采樣保持信號(hào)放大后傳入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬信號(hào)數(shù)字化；延時(shí)電路一和延時(shí)電路二均采用AD9501，AD9501由線性斜波發(fā)生器、一個(gè)8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和一個(gè)電壓比較器構(gòu)成，AD9501的D0－D7引腳連接至數(shù)模轉(zhuǎn)換器。該高精度的延時(shí)電路具有穩(wěn)定性、可靠性和高精度等，并且能采集到30GHz的高頻地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射波信號(hào)。
【IPC分類】G01S7-03
【公開號(hào)】CN104635211
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310567956
【發(fā)明人】譚順川, 張麗薇
【申請(qǐng)人】成都億友科技有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2013年11月14日