[发明专利]大动态探地雷达采样前端增益控制方法和电路

说明书

本发明涉及一种大动态探地雷达采样前端增益控制方法和电路，属于探地技术领域，方法包括，对包括直达波信号和目标信号在内的回波信号进行低噪声放大；以触发信号为基准，产生时延依次后延的步进时延采样脉冲；依据步进时延采样脉冲对所述低噪声放大后的回波信号进行增益受控放大控制；在所述采样脉冲的控制下，对经过增益受控放大后的回波信号进行采样，输出回波信号的采样结果。本发明实现了在大信号时使用小的增益放大倍数，在小信号时使用大的增益放大倍数，提高了采样前端的动态范围，保证了采样前端的灵敏度，大大提高探地雷达的探测深度。

技术领域

本发明涉及探地技术领域，尤其是一种大动态探地雷达采样前端增益控制方法和电路。

背景技术

近几年，随着国家对城市地下空间的开发利用，数量快速增长，暴露出来许多安全方面的问题，主要表现有地面沉降及塌陷、基坑大面积变形与坍塌等，城市地下空间开发和运营中的公共安全问题已经成为全社会关注的焦点。探地雷达可有效应用于城市地下空间的安全检测，对地下空洞、塌陷等不良地质体进行超前预报，服务于城市公共安全。

探地雷达大多采用无载频冲激体制，具有脉冲波形产生简单、测量速度快、不存在频域旁瓣干扰等特点。目前对无载频冲激体制的探地雷达回波信号进行实时采样需要昂贵的超高速模数转换器芯片及存储器，因此在工程实现上利用回波信号的可重复性，使用等效采样原理进行等效采样。如图1所示，回波信号包括直达波信号和目标信号，目标信号随着土壤深度的增大而急剧衰减，而直达波的幅度由于不受土壤的影响，幅度很大，探地雷达接收前端接收到的回波信号动态范围非常大。压缩信号动态范围的常用方法有时变增益控制、自动增益控制和对数放大器等，但是这些方法一般用在对空雷达中，不适用于探地雷达，主要是因为对空雷达的回波信号一般在数秒之上，而探地雷达的有效回波信号一般集中在几十纳秒到几微秒之内，在这么短的时间内对接收信号进行动态范围压缩难度较大，限制了其在深层探测领域的应用。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种大动态探地雷达采样前端增益控制方法和电路，解决传统探地雷达接收前端电路动态范围不足的问题，可应用于大深度探地雷达对深层微弱回波信号的采集，提高探测深度。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种大动态探地雷达采样前端增益控制方法，包括，

前端电路接收包括直达波信号和目标信号在内的回波信号进行低噪声放大；

以触发信号为基准，产生时延依次后延的步进时延采样脉冲；所述触发信号在探地雷达中用于触发产生雷达的探测脉冲；

依据所述步进时延采样脉冲对所述低噪声放大后的回波信号进行增益受控放大控制；对与触发信号时延小的直达波信号，处理增益小，对与触发信号时延大的目标信号，处理增益大；并且，随着探地目标深度增大，在对目标信号的处理增益自动随之增大；

在所述采样脉冲的控制下，对经过增益受控放大后的回波信号进行采样，输出回波信号的采样结果。

进一步地，所述增益受控放大控制为，随着采样脉冲序号顺序的增大，控制对所述回波信号的处理增益周期性的、阶梯型的增大，直至最大处理增益。

进一步地，所述周期不小于探地雷达探测最深目标返回目标信号的时间。

进一步地，在所述周期内，所述阶梯型增大控制采用等间隔的增益台阶。

进一步地，所述时延依次后延的采样脉冲的时延步进间隔不大于探地雷达的距离探测分辨率。

一种大动态探地雷达采样前端增益控制电路，包括采样脉冲生成电路、所述增益调整电路、可控增益放大电路和采样保持电路；

所述采样脉冲生成电路，用于产生以触发信号为基准，时延依次后延的步进时延采样脉冲；