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1、地质雷达测控系统的FPGA实现李太全,等地质雷达测控系统的FPGA实现ImplementationoftheGPRMeasurement&ControlSystemBasedonFPGA李太全陈威(长江大学物理科学与技术学院,湖北荆州434023)摘要:超宽带地质雷达测控系统的关键是等效时间采样系统的实现,而等效时间采样需要一个精确的可编程延时器。利用CycloneIII、IV的锁相环(PLL)模块的动态相位调整功能,实现了最小步长125ps的可编程延时器,可完成高达8GS/s的等效采样,并开发了相应的
2、测控模块。测控模块通过Avalon总线与软核NIOSII连接,在NIOSII的控制下实现地质雷达的扫描控制。该设计具有结构紧凑、性能稳定、成本低廉等优点,适用于低频段地质雷达。试验测试证明了系统的可行性。关键词:地质雷达可编程延时器等效采样现场可编程门阵列(FPGA)动态相位调整中图分类号:TP331文献标志码:AAbstract:Thekeyofultra-widebandgroundpenetratingradar(GPR)measuringandcontrolsystemistoachieveeq
3、uivalenttimesamplingsystem,whileequivalenttimesamplingneedsapreciseprogrammabletimedelayer.BasedonthedynamicphaseadjustmentfunctionofPLLmoduleofCycloneIII,IV,theprogrammabletimedelayerwithminimumstepof125psisimplementedforaccomplishingequivalentsamplingu
4、pto8GS/s;andappropriatemeasuringandcontrolmoduleisdeveloped.ThemoduleisconnectedwithsoftcoreNIOSIIviaAvalonbus,torealizescanningcontrolofGPRundercontrolofNIOSII.Thedesignfeaturesmeritsofcompactstructure,stableperformance,andlowcost,itissuitableforlowfreq
5、uencyGPR.Theexperimentaltestsverifythefeasibilityofthesystem.Keywords:Groundpenetratingradar(GPR)ProgrammabletimedelayerEquivalentsamplingFieldprogrammablegatearray(FPGA)Dynamicphaseadjustment凑,稳定性更高,功耗更低。0引言1地质雷达的总体结构超宽带地质雷达(groundpenetratingradar,GPR)[
6、1]是一种新型有效的浅层地下目标探测设备。超宽带超宽带地质雷达的总体结构如图1所示。地质雷达以纳秒或亚纳秒级脉冲波为信息载体,通过对来自地下目标散射回波的旅行时间、幅度与相位等信息分析,推断地下介质的结构及性质。由于散射回波的高频率、宽频带特性,对散射回波[2]的采集一般采用等效采样技术实现,这就需要一个延时范围大、调节步长小、相位抖动小的精密延时电路。[3-4]该电路早期常采用AD9500、AD9501芯片来实现,芯图1超宽带地质雷达的系统结构片采用8位2进制码控制总延迟时间,存在延迟时间的Fig.1
7、Structureofultra-widebandGPRsystem大范围和小步长矛盾。近年来多采用可编程延时器(如[5]在时基控制下,发射触发电路周期性地触发脉冲MC100EP196)和可编程计数器相结合的方式,实现延电路并通过发射天线输出一个高频率、宽频带的电磁时范围大、调节步长精细的可编程延时器。脉冲。同时,该时基经过可编程延时器产生Δt的延时Altea公司CycloneIII、IV的锁相环(phaselocked[6]后,触发取样积分器对异常体S的散射回波信号进行loop,PLL)模块的动态相位
8、调整功能为实现精密延采样,得到旅行时间为Δt-Δt-Δt的回波信号。这里时电路提供了一个可行方案。采用该方案系统更加紧taΔt和Δt分别表示发射脉冲电路的时间延迟和高频ta国家自然科学基金资助项目(编号:41140034)。放大电路的时间延迟。重复上述过程,经过一系列不修改稿收到日期:2013-10-22。同时延Δt的采样,获得完整的回波信号。因此,测控第一作者李太全(1961-),男,2004年毕业于武汉大学空间物理专i业,获博士学位,副
