基于USB接口的探地雷达数据采集系统

　　1 引言

　　探地雷达( ground penetrating radar，GPR)是一种新型的电磁探测设备，它具有快速、简便的对浅层目标和结构进行无损探测的特点，也是目前分辨率、效率最高的地下目标探测设备之一，因此被广泛的应用于城建、交通、地质、考古、国防等部门。在探地雷达的应用中，能否准确、高效地采集数据是探地雷达系统实用性和可靠性的判据之一。数据采集的准确性直接关系到探测目标的准确性和雷达数据的进一步处理工作;采集数据的速度关系到系统能否实现实时显示。所以，当雷达设备将采集数据传回主机时，就需要选择一种接口来实现数据准确、高速的传输。

　　传统的数据采集系统的数据传输接口在低速时常采用标准串行口或并行口，高速时一般采用PCI总线接口。它们存在如下缺点:虽然标准串行口或并行口应用开发比较简单，但是数据传输速率较低;PCI总线尽管数据传输速率比较快，但是硬件设计和驱动开发难度较大，PC I卡的尺寸面积限制了I/O接口的扩展;同时，这三者都不支持即插即用的功能。而USB接口规范1. 1中的12Mbp s的传输速率已经可以满足探地雷达数据采集系统的使用需求，其接口简单、便携，支持即插即用的优点又在很大程度上简化了系统的硬件设备，提高了雷达设备的可移动性。正是基于USB接口的这些优点，设计了基于USB接口的探地雷达数据采集系统，并开发了配套的应用软件，实现了探地雷达数据的采集、传输和实时显示。

　　2 系统组成与工作原理

　　2. 1 系统组成

　　探地雷达数据采集系统由两部分组成:计算机和数据采集卡。计算机作为采集系统的主控设备，实现对系统的控制和数据处理等功能;数据采集卡由模拟信号放大器、数控滤波器、时控增益放大器、高精度AD变换电路、F IFO、FT245 USB接口电路和时序控制电路组成，主要完成对取样电路输出信号的放大、滤波、采集等任务，并将采集数据通过USB接口传输到计算机内存中，供计算机处理和实时显示。系统组成框图如图1所示。

　　数据采集系统采用F IFO 设计数据传送通道，大大简化了系统的硬件电路和控制时序。在进行数据采集的同时，控制逻辑还将存储在RAM中的增益曲线数据周期性的送入DAC中，以实现时控增益放大。在数据采集卡中还设计了一个RS - 232 控制器，用于接收外部定位装置发送的定位信息。在探地雷达进行移动探测时，这个定位信息用于标示目标的地理位置。

　　图1　探地雷达数据采集系统组成框图

　　2. 2 工作原理

　　探地雷达数据采集系统在工作时，首先通过打开计算机应用软件将雷达设备启动，然后将工作参数传送给数据采集卡，完成对雷达各项参数的控制。