井中雷達(dá)是探地雷達(dá)（GPR）分支中的一種。相比常規(guī)的只能應(yīng)用在地表的探地雷達(dá),其由于下放深度可控因此具有非常大的探測(cè)范圍,并且能夠?qū)τ诋惓５貙佣啻沃貜?fù)測(cè)量來(lái)獲取充足的數(shù)據(jù)。但也隨之帶來(lái)了一些需要考慮的實(shí)際問(wèn)題,比如井管空間有限、系統(tǒng)內(nèi)部互聯(lián)不宜復(fù)雜等。本文依托實(shí)際的雷達(dá)測(cè)井項(xiàng)目,研究分析了井中雷達(dá)中的關(guān)鍵部分即收采一體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。首先,通過(guò)對(duì)井中雷達(dá)工作原理與項(xiàng)目需求進(jìn)行分析,摒棄了傳統(tǒng)的將接收機(jī)和采集板分立的方案,而是把二者的主要功能集成在一起形成新的收采一體系統(tǒng)。在采集方式的選擇上,鑒于滿足采樣指標(biāo)而且采集數(shù)據(jù)量大以及引入誤差小等原因選擇了實(shí)時(shí)采集,并制定了詳細(xì)的收采一體設(shè)計(jì)方案。其次,在具體的設(shè)計(jì)階段按照信號(hào)流動(dòng)的方向并參照需求分析,進(jìn)行逐級(jí)逐模塊的硬件電路搭建和FPGA邏輯設(shè)計(jì)。從接收天線送過(guò)來(lái)的信號(hào)在無(wú)源衰減電路和可控增益電路的作用下實(shí)現(xiàn)了較大范圍的增益調(diào)節(jié)且步進(jìn)值1dB,為方便ADC采樣同時(shí)進(jìn)行了單端轉(zhuǎn)差分和共模匹配。到了高速采集部分,在硬件電路的基礎(chǔ)上并通過(guò)FPGA對(duì)AD96XX和LMK048XX進(jìn)行一系列的配置實(shí)現(xiàn)了JESD204B高速接口協(xié)議,而后進(jìn)行了解映射和... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

電子科技大學(xué)等研制的雷達(dá)成像測(cè)井200MHz原型機(jī)

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文82.3采集方案對(duì)比與分析目前高速采集領(lǐng)域主要有實(shí)時(shí)采樣和等效采樣兩種采樣方式，其中等效采樣又可以進(jìn)一步細(xì)分為隨機(jī)等效采樣和順序等效采樣。在實(shí)驗(yàn)室條件下，通過(guò)將發(fā)射源連接40dB衰減器，采用示波器查看主信號(hào)波形如圖2-4所示，會(huì)發(fā)現(xiàn)其是周期性的一階高斯脈沖信號(hào)，上升沿時(shí)間4.4ns。采集過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)最大限度的保留其波形信息的目標(biāo)，奈奎斯特采樣定理是前提，即采樣頻率至少是被采信號(hào)頻率的兩倍，通常以5~10倍最佳[24]，由此可知系統(tǒng)的采樣率指標(biāo)應(yīng)該在500MSPS以上，具體采樣方式的選擇要結(jié)合實(shí)際情況詳細(xì)分析。圖2-4探測(cè)脈沖信號(hào)實(shí)時(shí)采樣顧名思義就是可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行等間隔快速的采樣，適用于周期性信號(hào)和非重復(fù)性信號(hào)的測(cè)量，具有實(shí)時(shí)性好、數(shù)據(jù)量大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但是局限于中低頻領(lǐng)域。在實(shí)現(xiàn)方式上根據(jù)ADC數(shù)量的不同，又可分為單片ADC采樣和多片ADC并行采樣。其中時(shí)間交替(Time-interleavedADC,TIADC)采樣技術(shù)就是使用多個(gè)采樣速率較低的ADC芯片進(jìn)行交替拼合[25-26]，首先使被采樣的模擬信號(hào)通過(guò)多路驅(qū)動(dòng)電路扇出得到N路相同的信號(hào)分別送到ADC中。其采樣時(shí)鐘相位的調(diào)節(jié)可以通過(guò)時(shí)鐘模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行完模數(shù)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)發(fā)送給FPGA并按照已知的相位關(guān)系進(jìn)行波形數(shù)據(jù)的拼合最終實(shí)現(xiàn)單片ADC數(shù)倍的超高采樣率，但是該方式中多片ADC的同步是技術(shù)難點(diǎn)且井下電路板空間有限不易大面積布線。另外一種實(shí)時(shí)采樣是通過(guò)單片ADC即可實(shí)現(xiàn)高速采樣，一般采用集成JESD204B接口協(xié)議的ADC芯片，雖然此方式可以實(shí)現(xiàn)的采樣率上限受到了單片器件的限制，但是在采樣率滿足需求時(shí)該方式確實(shí)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。因?yàn)椴捎?

第三章信號(hào)通道電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)21321123((//))//((//))//LSRRR+RR=RR+RR=Z(3-1)π型衰減網(wǎng)絡(luò)中的衰減倍數(shù)N可以表示為：()323//1///LLRRNRRR=+(3-2)由于是對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，1R與3R取值相等，將上式進(jìn)行合并變換，分別得到衰減網(wǎng)絡(luò)中電阻1R、2R、3R的表達(dá)式如下：()2212RZNRN=(3-3)31(1)1RZNRRN+==(3-4)上式中RZ為特征阻抗50Ω，對(duì)于衰減倍數(shù)進(jìn)行如下選擇：首先，衰減值不能太小，因?yàn)樾盘?hào)經(jīng)過(guò)后級(jí)增益放大后，輸出給ADC的信號(hào)可能會(huì)超過(guò)其額定的輸入范圍，造成采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍較差；相反如果衰減值太大，則輸入的有用信號(hào)會(huì)被大幅度衰減，但噪聲無(wú)法被進(jìn)一步衰減，從而惡化信噪比。最終π型網(wǎng)絡(luò)的衰減值設(shè)定為14dB，衰減倍數(shù)N為5倍，計(jì)算得到13R=R≈75Ω，2R≈121Ω。無(wú)源衰減網(wǎng)絡(luò)有直通和衰減兩種狀態(tài)，當(dāng)輸入信號(hào)幅度較大時(shí)選擇衰減網(wǎng)絡(luò)，反之選擇直通網(wǎng)絡(luò)，不同網(wǎng)絡(luò)的切換通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)完成，其中主要包括單刀雙擲射頻開(kāi)關(guān)、雙刀雙擲射頻開(kāi)關(guān)和高頻繼電器等。考慮到繼電器能夠輸入大信號(hào)的特點(diǎn)，最終選型的是TELEDYNE公司的一款磁保持繼電器進(jìn)行不同衰減網(wǎng)絡(luò)間的切換，尤其在0~1GHz頻段，該型號(hào)具有良好的隔離度和插入損耗等性能指標(biāo)，其中插入損耗的頻率曲線如圖3-2所示。圖3-2繼電器插入損耗要想讓繼電器正常工作，需要提供比較大的驅(qū)動(dòng)電流，一般為20~40mA或者

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3315068