[发明专利]防止探地雷达数据采集系统中数据溢出的方法

说明书

技术领域

本发明属于探地雷达技术工程探测领域，特别涉及利用计算机和电子信息耦合技术，解决探地雷达数据采集系统中采集与存储速度不匹配导致的数据溢出问题，从而实现数据的实时采集与存储。

背景技术

探地雷达是一种快速、高效、无损探测的物探方法。传统的探地雷达设备的采集系统通常采用等效采样方式，采样速度低，这种采样方法的优点是对采集和存储系统硬件要求低且容易实现，缺点是：(1)等效采样有一个前提即在一个周期内相邻的反射信号没有差异或者差异不大，实际中这一条件往往难以实现，导致误差的产生；(2)采样速度低决定了雷达探测速度低。目前，探地雷达采用实时采样方法是一个重要的发展方向，一方面可以提高探测的精度，另外一方面也使得雷达的快速探测成为可能。

目前探地雷达采集系统使用的是实时采样方法，实时采样率可达到8GSamples/s，采样间隔125ps，试验测得传输并保存(普通的I/O读和写操作)一个采样点至硬盘中则需要13ns，采集速度与存储速度相差近100倍。巨大的速度不匹配问题会引起数据的溢出丢失，难以实现数据的实时采集与存储，进而影响到雷达设备的整体性能。

发明内容

本发明的目的是为解决上述雷达采集系统中的数据溢出问题，提出一种解决探地雷达数据采集系统中数据溢出的方法，将计算机技术与电子信息技术耦合在一起，解决了数据实时采集与存储速度不匹配的瓶颈问题，成功实现了数据的实时采集与存储。

本发明提出的防止探地雷达数据采集系统中数据溢出的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)数字转换器ADC采集模式配置及雷达反射信号的采集：设探地雷达系统有N个通道(即有N对天线，相互独立的发射并接受反射信号)，N个通道的雷达反射信号根据不同的时间延迟依次通过数字转换器ADC，经过ADC采样、读取、传输和存储过程后还原出每个波形，从而实现雷达反射信号的采集，其中ADC的采样速率为8GSamples/s；为实现了雷达反射信号数据采集的连续性和完整性，ADC配置两种采集模式并在ADC工作时同时运行：多缓冲区同步采集并读取模式SARM和序列采集模式SAM，以提高雷达采样数据传输的速度；在该SARM模式下ADC内存被分成若干个循环缓冲区单元(单元个数取值范围为2-1000，多个循环缓冲区单元同时进行数据采集和数据导出，当某一个循环缓冲区单元内的数据被读取并导出时，其它任一个空置循环缓冲区单元采集数据；在单个的循环缓冲区单元内部以SAM模式运行，对连续接收的雷达反射信号进行采集，以避免造成数据丢失；

2)头文件数据的采集：探地雷达数据采集包括雷达反射信号的采集和头文件数据的采集，以满足后期数据处理和解译的需要；头文件数据包括时间戳信息数据、测量轮编码器数据和通道标签数据，其分别记录的是雷达反射信号采集的时刻点信息、距离信息和雷达数据的通道信息；

3)多线程并行处理：为加快雷达反射信号数据和头文件数据的采集、传输和存储速度，采用M个线程来完成探地雷达数据采集系统中不同的雷达反射信号和头文件数据采集与写入任务(M值为计算机CPU的个数，一般为4-8个)，其中，P个线程来完成雷达反射信号的采集任务和头文件数据的添加合并任务，Q个线程来完成头文件数据的采集任务，R个线程来完成数据块的写入任务(即将该数据存储到计算机硬盘中)；P+Q+R＝M；各个线程在数据采集和写入过程中各自都以循环形式相互独立工作；具体包括：

31)头文件数据组生成：Q个线程分别完成头文件三种数据的采集任务，其中时间戳信息数据由计算机CPU计算得出，测量轮编码器数据由一个测量轮编码器及一个QSB-M采集设备采集，通道标签数据由线程可编程门阵列FPGA生成并通过一个QSB-M采集设备进行采集；

建立一个数据组，将这三种采集后的数据按照各自的数据类型保存在该数据组内，待P个线程来调用；此数据组内数据循环更新，且不受P个线程的影响；

32)ADC内存数据读取的临界区段控制：ADC内存是一个共用资源，它在同一时间内只允许一个线程对数字化仪内存进行访问并读取数据；临界区段包括线程开始进入ADC内存并读取数据，一直到退出ADC内存的整个过程；