基于USB接口的探地雷達數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

圖4　應(yīng)用程序流程圖

　　4　實驗結(jié)果與分析

　　考慮到探地雷達工作的環(huán)境和使用的便利性，本系統(tǒng)的計算機采用帶觸摸屏的便攜式工控計算機，數(shù)據(jù)采集卡與工控機集成在一個機殼內(nèi)。通過綜合電纜與探地雷達發(fā)射、接收機連接后就組成了完整的探地雷達系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有小型化、便攜化、低功耗的特點。

　　為了驗證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能和可靠性，進行了如下實驗: 雷達系統(tǒng)對一個距離雷達天線為0. 9m、面積為0. 2m ×0. 3m 的金屬板目標進行探測。雷達天線正對目標平面，并平行于金屬板平面以1m / s的速度沿直線移動，對目標區(qū)域進行探測。

　　實驗參數(shù)設(shè)置:采樣點數(shù)為1024點，掃描速度為64 scan / s，濾波器截止頻率為50KHz，相對增益控制為0dB，波形平均次數(shù)為8次。實驗的參數(shù)設(shè)置界面如圖5所示。圖中顯示了一道A - scan波形。

圖5　實驗參數(shù)設(shè)置界面

　　通過設(shè)置界面修改增益曲線，濾波器截止頻率等參數(shù)，A - scan波形會發(fā)生相應(yīng)的變化。操作者要根據(jù)探測工作的具體情況，合理設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以得到較好的探測結(jié)果。

　　設(shè)置完畢后，點擊“采集界面”將應(yīng)用軟件切換至數(shù)據(jù)采集錄取界面，系統(tǒng)開始采集并錄取數(shù)據(jù)，采集界面如圖6所示。

圖6　實驗數(shù)據(jù)采集結(jié)果

　　由圖6中右側(cè)的彩色堆積圖可以看出，在時間坐標為6. 5ns處的色帶即為回波的直耦波堆積圖，直耦波位置即可認為是天線位置。在時間坐標為9. 5ns處的圖像中部有一明顯的雙曲線波形，即由地下金屬板的回波形成的二維堆積圖。根據(jù)電磁波在空氣中的傳播速度為3 ×108m / s，可得出目標與天線的距離為( 0. 95ns - 6. 5ns) ×3 ×108m / s =0. 9m。圖6左側(cè)顯示出雷達經(jīng)過正對目標區(qū)域時采集的一維時域波形，在時間坐標相應(yīng)位置可以看到直耦波和目標回波。實驗結(jié)果驗證了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能的完整性。

　　在實驗采集數(shù)據(jù)的過程中，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可靠，且能實現(xiàn)實時顯示，這些都為探地雷達的后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作奠定了良好基礎(chǔ)。

　　通過實驗結(jié)果可以看出，本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在應(yīng)用于探地雷達工作時，可以有效地完成對雷達模擬視頻信號的預處理和采集，并可實現(xiàn)雷達參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)的實時顯示和存儲工作，使探地實驗數(shù)據(jù)的獲取更加穩(wěn)定，可靠，直觀。另外，系統(tǒng)的小型化、便攜化、低功耗設(shè)計，使系統(tǒng)更加適用于外場實驗。所以，此系統(tǒng)完全適用于探地雷達的工程應(yīng)用。

　　5　結(jié)束語

　　實踐證明，使用FT245BM芯片開發(fā)USB 接口具有設(shè)計簡單、價格低廉、開發(fā)周期短的特點。再加上FTD I公司提供的驅(qū)動程序支持，從而使應(yīng)用軟件的可移植性大大提高。通過外場數(shù)據(jù)采集實驗表明，該系統(tǒng)完全滿足探地雷達對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能要求，能夠做到大容量高速連續(xù)采集且穩(wěn)定可靠，接收的數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)實時顯示，并真實地反映出探測區(qū)域的目標特性。