在城市生活中,地下管道管線復(fù)雜多樣,承擔(dān)著能源輸送、信息傳遞等重要使命,如果不能掌握地下管線的位置、深度等信息,會對城市生活和施工建設(shè)造成比較大的影響,所以進(jìn)行地下管線的探測、建立一個地下管線信息系統(tǒng)非常重要。對于早期埋設(shè)于地下的管線大部分都缺少信息資料,已有的管線資料也存在信息不完善、不準(zhǔn)確的問題,對于這種情況,需要具有高效率、高分辨率的探測技術(shù)來對城市地下管線進(jìn)行探測。探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar,GPR)是一種實(shí)時高效的無損探測技術(shù),具有探測速度快、分辨率高、操作簡便、探測范圍廣等優(yōu)點(diǎn),所以是進(jìn)行城市地下管線探測的首選方法。本文在研究大量資料后,著手開發(fā)了一款可用于時間域探地雷達(dá)系統(tǒng)中的高速信息采集板,該采集板以FPGA作為主控芯片,利用數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生天線觸發(fā)信號,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集,最終完成了對雷達(dá)回波信號的采集,存儲和處理。采集板通過以太網(wǎng)口與上位機(jī)通信,實(shí)現(xiàn)了信息的高速率傳輸。該信息采集板在對雷達(dá)回波信號進(jìn)行采集時采用等效采樣技術(shù),實(shí)現(xiàn)了用較低采樣速率對超寬帶脈沖信號進(jìn)行采樣的過程。本文在采集板開發(fā)完成后,對地下管道管線的自動識別技術(shù)進(jìn)行了研究。首先分析了地下管線回波信號的特點(diǎn),定量分析出管線回波信號具有的雙曲線特性,然后對采集到的回波圖像進(jìn)行預(yù)處理和邊緣提取。預(yù)處理包括對回波信號中直達(dá)波的剔除和對隨機(jī)噪聲的抑制,經(jīng)過研究,利用均值法去除直達(dá)波,利用小波變換閾值法去除隨機(jī)噪聲都能取得良好的效果。對于回波圖像的邊緣提取,使用了微分子算子中的Canny算子,在無噪聲情況下,對目標(biāo)回波的邊緣的提取效果非常理想。在有噪聲情況下,Canny算子提取出的邊緣比較雜亂且不連續(xù),文中提出了利用圖像膨脹對提取的邊緣進(jìn)行處理,也取得了良好的效果。最后,分析提取到的雙曲線邊緣上的點(diǎn)與管線頂點(diǎn)的位置和管徑的幾何關(guān)系,選取雙曲線邊緣上的三個點(diǎn),通過“三點(diǎn)定圓”的方法確定了圓形管線的位置和半徑,達(dá)到了本文對管線進(jìn)行自動識別的目的。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN958
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文的關(guān)系是22chhtc (2-15)其中，c 是光速（約為83 10 m /s），c 為相對介電常數(shù)。在探地雷達(dá)中將一個 A 掃描的數(shù)據(jù)記為“一道”，雷達(dá)沿著一個方向（設(shè)為 x 方向）水平移動進(jìn)行多次采集，就得到多個 A 掃描數(shù)據(jù)，這些 A 掃描就能形成一個 B 掃描。B 掃描描述了地下的一個垂直切面[36]，它有三種表現(xiàn)形式：將這些 A 掃描波形按照測量時的位置緊密排列，就得到一個波形堆積圖；將 A掃描波形的幅度轉(zhuǎn)換成灰度信息再排列，就得到一個灰度圖像；如果將不同的幅度值以不同的顏色來代替，就得到一個彩色堆積圖。圖 2-2 顯示了一道 A 掃描波形和 B 掃描的灰度圖、波形堆積圖、彩色堆積圖三種形式，在灰度圖中，可以看到信號越強(qiáng)，圖像越亮。

圖 3-4 采集板實(shí)物圖效采樣技術(shù)的設(shè)計實(shí)現(xiàn)等效采樣原理地雷達(dá)接收的回波信號與發(fā)射信號具有幾乎相同的形式，都是窄脈信號，本系統(tǒng)中信號頻率帶寬約為 1GHz。對于一個這樣的信號，t 采樣定理，信號的采樣頻率至少 2GHz。而系統(tǒng)中使用的 AD7665 轉(zhuǎn)換速率是 570Kpsp，是無法實(shí)現(xiàn)對回波信號的直接采樣的，所以樣方案。等效采樣原理如圖 3-5 所示。重復(fù)信號 s (t )進(jìn)行多次采樣，每次采樣點(diǎn)都出現(xiàn)在周期內(nèi)的不同位周期中采樣得到的數(shù)據(jù)就能重組得到 s '(t )， 與 相比，波形一度增加，這樣便實(shí)現(xiàn)了低頻對高頻的采樣。根據(jù)原理圖，被采樣信期出現(xiàn)的，也就是在實(shí)際采集一道數(shù)據(jù)時，天線要進(jìn)行多次發(fā)射和接要每一次的接收信號保持一樣，所以發(fā)射和接收天線的位置都是不

圖 3-7 DDS 寫時序?qū)τ趯懭氲骄彌_區(qū)的數(shù)據(jù)，DDSDPClk 信號控制其更新到寄存器，本文的設(shè)計中在功能控制字寫入后更新一次，在頻率、相位控制字寫入后再更新一次。寄存器全部更新完畢后就會按寄存器的配置產(chǎn)生相應(yīng)的方波信號。對兩塊 DDS 一起配置，每一塊 DDS 都有功能寄存器 4 個，相位寄存器 2個，頻率寄存器 6 個，所以一共需要配置 24 個寄存器。以 Wrcnt 作為計數(shù)器，每配置完一個寄存器將其加 1。配置一個寄存器的狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換圖如圖 3-8。其中“等待 32 個時鐘，給出更新信號”出現(xiàn)在所有功能寄存器配置完和所有頻相寄存器配置完，該等待時間是根據(jù) AD9852 芯片的更新時序要求設(shè)計的，每配置完一次功能寄存器，芯片內(nèi)部需要準(zhǔn)備時間，才能根據(jù)頻相控制字產(chǎn)生相應(yīng)的波形。地址、數(shù)據(jù)放入I/O緩存區(qū)等待兩個準(zhǔn)備配置
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2872133