时域钻孔测井雷达等效采样接收机研制

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钻孔测井雷达发源于探地雷达,是其在石油测井领域的新型应用。按照工作体制划分,钻孔测井雷达又属于冲激体制雷达。这种雷达得名于其使用超宽带窄脉冲信号作为信息载体,其优点得益于这种信号的优良特征,具有很高分辨率,较远的探测距离和极强的穿透能力等特点,因此被广泛应用于一些很难直接探测到的环境中,例如地下、墙壁以及人体等。雷达接收机作为整个雷达系统的关键组成部分,是衡量整套系统的性能优劣的重要因素。钻孔测井雷达接收机不同于常规雷达接收机,因为它接收到的信号往往是一些超宽带脉冲信号,这种雷达回波信号由于带宽大,脉宽窄而难以直接采样。本文依据等效采样技术设计并实现了一种包含四管平衡采样门电路、放大滤波电路,双极脉冲发生电路,以及步进采样脉冲产生电路的数字式脉冲超宽带雷达接收机。研究内容主要包括以下几个方面:本文设计了采样保持电路,用来采集时域高斯信号。首先对比了两种常用的用来采集快速信号的两种技术,分别是等效采样技术与时间交错技术。在论证了两种技术的优缺点之后选择了前者;然后分别研究了采样保持电路中两个关键组成部分,采样门和放大滤波电路。在采样门电路中,推导出了各种门的理论采样效率,说明了各自的优缺点。而采样门电路带来的小信号不易抓取和噪声问题,通过后级的放大滤波得到了解决。本文设计了双极脉冲发生电路,用来选通采样门电路。利用雪崩三极管和阶跃二极管的特性,设计了基于这两种器件的两种不同的脉冲发生的电路。在将两者进行了横向的比较之后,选择了幅度低,脉宽窄的基于阶跃恢复二极管的脉冲发生电路。然后在该电路的基础上,拓展设计了双极脉冲产生电路。本文设计了基于FPGA(可编程逻辑器件)的时序控制电路,用来产生步进采样脉冲。首先决定选择数字方法来产生步进信号,这种方法产生的信号虽然精度比不上模拟方法,但却更加稳定也更容易控制。接着比较了系统设计中常用的几款主控芯片,最终决定采用FPGA作为整个系统的核心控制单元。随后介绍了整个接收机的RTL程序设计。最后搭建起了整个接收机结构框图。
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