一種解決探地雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)溢出的技術(shù)方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種解決探地雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)溢出的技術(shù)方法，主要解決數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采樣率高而傳輸和存儲(chǔ)速度慢引起的數(shù)據(jù)溢出丟失問題，方法包括：1.數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC初始化過程中雙采集模式同步配置及最優(yōu)采集參數(shù)設(shè)置；2.設(shè)計(jì)多線程數(shù)據(jù)采集工作流程，完成探地雷達(dá)數(shù)據(jù)和頭文件數(shù)據(jù)的讀取與傳輸任務(wù)，避免了因讀取速度慢引起的數(shù)據(jù)溢出問題；3.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作流程，通過建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)隊(duì)列結(jié)構(gòu)，確保采集數(shù)據(jù)的完整存儲(chǔ)。本發(fā)明專利技術(shù)將計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子信息技術(shù)耦合在一起，解決了探地雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)溢出問題，成功實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與存儲(chǔ)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于探地雷達(dá)技術(shù)工程探測(cè)領(lǐng)域，特別涉及利用計(jì)算機(jī)和電子信息耦合技術(shù)，解決探地雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采集與存儲(chǔ)速度不匹配導(dǎo)致的數(shù)據(jù)溢出問題，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與存儲(chǔ)。
技術(shù)介紹
探地雷達(dá)是一種快速、高效、無損探測(cè)的物探方法。傳統(tǒng)的探地雷達(dá)設(shè)備的采集系統(tǒng)通常采用等效采樣方式，采樣速度低，這種采樣方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)硬件要求低且容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是:(I)等效采樣有一個(gè)前提即在一個(gè)周期內(nèi)相鄰的反射信號(hào)沒有差異或者差異不大，實(shí)際中這一條件往往難以實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生；(2)采樣速度低決定了雷達(dá)探測(cè)速度低。目前，探地雷達(dá)采用實(shí)時(shí)采樣方法是一個(gè)重要的發(fā)展方向，一方面可以提高探測(cè)的精度，另外一方面也使得雷達(dá)的快速探測(cè)成為可能。目前探地雷達(dá)采集系統(tǒng)使用的是實(shí)時(shí)采樣方法，實(shí)時(shí)采樣率可達(dá)到8GSamples/s，采樣間隔125ps，試驗(yàn)測(cè)得傳輸并保存(普通的I/O讀和寫操作)一個(gè)采樣點(diǎn)至硬盤中則需要13ns，采集速度與存儲(chǔ)速度相差近100倍。巨大的速度不匹配問題會(huì)引起數(shù)據(jù)的溢出丟失，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與存儲(chǔ)，進(jìn)而影響到雷達(dá)設(shè)備的整體性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為解決上述雷達(dá)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)溢出問題，提出一種解決探地雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)溢出的方法，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子信息技術(shù)耦合在一起，解決了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與存儲(chǔ)速度不匹配的瓶頸問題，成功實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與存儲(chǔ)。本專利技術(shù)提出的，其特征在于，包括以下步驟:I)數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC雙采集模式配置及采集參數(shù)設(shè)置:雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)為4個(gè)線程并行工作，系統(tǒng)開始時(shí)即進(jìn)入初始化階段。在此階段，線程I進(jìn)行ADC初始化配置，線程3進(jìn)行QSB-M(—種數(shù)據(jù)采集設(shè)備)初始化，線程4則創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件F。其中，ADC配置了雙采集模式，其同步配置的目的是為實(shí)現(xiàn)雷達(dá)反射信號(hào)數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性和完整性，并且在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得到最優(yōu)配置參數(shù)，采集參數(shù)設(shè)置如下:循環(huán)緩沖區(qū)單元個(gè)數(shù)為3，每個(gè)單元內(nèi)部數(shù)據(jù)段個(gè)數(shù)為333。任一線程中設(shè)置I個(gè)全局控制變量S和11個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)向量組D、D’、D”、D1、D1’、D11’、D2、D11、D21、D22、D23，其中變量S表示ADC內(nèi)存是否被線程讀取的狀態(tài)，它有兩個(gè)值O和1，9個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)向量組分別用于存放讀取的數(shù)據(jù)值且均賦初值O。任一線程新建一個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列Q，用于存放待寫入數(shù)據(jù)；2)數(shù)據(jù)采集工作流程設(shè)計(jì):基于I)的初始化配置，雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集階段(涉及采集設(shè)備ADC工作部分不屬于本專利內(nèi)容，本專利涉及的內(nèi)容是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)的工作流程，包括各線程間數(shù)據(jù)通訊及數(shù)據(jù)傳輸)。雷達(dá)數(shù)據(jù)采集包括雷達(dá)反射信號(hào)的采集和頭文件數(shù)據(jù)的采集，在此階段，線程I和線程2完成雷達(dá)數(shù)據(jù)的采集，線程3完成頭文件數(shù)據(jù)的采集。線程I首先偵聽變量S(O表示正在被讀取，I表示沒有線程讀取)，當(dāng)偵聽到的S值為O時(shí)，則繼續(xù)偵聽，直至S值為I。當(dāng)偵聽到的S值為I時(shí)，該線程直接訪問ADC內(nèi)存同時(shí)該S值變?yōu)镺，并從ADC內(nèi)存中讀取并存放數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)內(nèi)存Dl中，然后發(fā)送指令釋放ADC中Dl所對(duì)應(yīng)的內(nèi)存空間(該空間變?yōu)榭?，繼而釋放變量S (釋放后S值變?yōu)?，其可被其它線程偵聽并進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取)。線程I從讀取的數(shù)據(jù)Dl中提取出有用的數(shù)據(jù)Dl I，并將Dll和D2合并為數(shù)據(jù)D，完成雷達(dá)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的頭文件數(shù)據(jù)的合并，最后將D放入隊(duì)列Q的首部中，至此線程I的一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束，再次開始偵聽變量S。線程2的工作流程類似于線程1，不同的是線程2從ADC內(nèi)存中讀取的是D1’，然后提取出Dll’，D11’和D2合并為D’，最終將D’放入隊(duì)列Q的首部中。兩個(gè)線程根據(jù)偵聽變量S的狀態(tài)交替控制ADC內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀取，從而保證了數(shù)據(jù)讀取的連續(xù)性，避免了因讀取速度慢引起的數(shù)據(jù)溢出問題。線程3首先讀取計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的時(shí)間，包括時(shí)、分、秒、微妙并將該值保存至D21中，然后通過QSB-M讀取測(cè)量輪編碼數(shù)據(jù)并保存至D22中，再然后讀取通道標(biāo)簽數(shù)據(jù)并保存至D23中，最后將D21、D22和D23合并為D2，即為頭文件數(shù)據(jù)，專供線程I和線程2調(diào)用，從而確保線程I和線程2采集到的雷達(dá)數(shù)據(jù)與頭文件數(shù)據(jù)在時(shí)間上嚴(yán)格一致；3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作流程設(shè)計(jì):基于2)采集到的數(shù)據(jù)隊(duì)列Q，線程4主要完成該隊(duì)列Q的存儲(chǔ)任務(wù)。線程4首先檢測(cè)隊(duì)列Q中是否有數(shù)據(jù)存在，如果沒有則繼續(xù)檢測(cè)，如果有數(shù)據(jù)，則讀取隊(duì)列Q末尾數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在D”中(該數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)與D和D’相同)，然后在隊(duì)列Q中刪除掉與D”對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)D”寫入到預(yù)先創(chuàng)建的數(shù)據(jù)文件F中，至此線程4的一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束，再次對(duì)數(shù)據(jù)隊(duì)列Q進(jìn)行檢測(cè)；4)當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成時(shí)，線程1、線程2和線程3停止工作，而線程4則繼續(xù)工作直至隊(duì)列Q中的數(shù)據(jù)全部被寫入文件F中，從而保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的完整性。至此4個(gè)線程任務(wù)全部結(jié)束。本專利技術(shù)主要具有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn):I)計(jì)算機(jī)與電子信息的耦合技術(shù)解決了雷達(dá)采集系統(tǒng)中因速度不匹配引起的數(shù)據(jù)溢出并丟失問題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與存儲(chǔ)；2)數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC雙采集模式同步配置，其目的是為實(shí)現(xiàn)雷達(dá)反射信號(hào)數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性和完整性，并且在大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，得到最優(yōu)配置參數(shù)，參數(shù)設(shè)置如下:循環(huán)緩沖區(qū)單元個(gè)數(shù)為3，每個(gè)單元內(nèi)部數(shù)據(jù)段個(gè)數(shù)為333 ;3)多線程數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)工作流程的設(shè)計(jì)，兩個(gè)線程根據(jù)偵聽變量S的狀態(tài)交替控制ADC內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀取，從而保證了數(shù)據(jù)讀取的連續(xù)性，避免了因讀取速度慢引起的數(shù)據(jù)溢出問題。另外，通過隊(duì)列Q實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)的完整存儲(chǔ)。【附圖說明】圖1為技術(shù)流程圖。圖2為雷達(dá)采集原始數(shù)據(jù)圖。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述:本實(shí)例中用到了 NI公司的測(cè)量輪編碼器和QSB-M采集設(shè)備；計(jì)算機(jī)CPU為4核17處理器，主頻為2.67GHz, 8GB內(nèi)存；采集系統(tǒng)的工作流程控制程序在Labview環(huán)境中開發(fā)設(shè)計(jì)。雷達(dá)信號(hào)的發(fā)射重復(fù)頻率為30KHz(周期為33us)，采樣窗口為40ns，所以對(duì)每個(gè)脈沖信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)為320個(gè)，每個(gè)數(shù)據(jù)為16bit。如圖1所示，為解決雷達(dá)數(shù)據(jù)采集中的數(shù)據(jù)溢出問題，所用到的技術(shù)方法如下:I)數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC雙采集模式配置及采集參數(shù)設(shè)置:雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)為4個(gè)線程并行工作，系統(tǒng)開始時(shí)即進(jìn)入初始化階段。在此階段，線程I進(jìn)行ADC初始化配置，線程3進(jìn)行QSB-M初始化，線程4則創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件NewData。其中，ADC配置了雙采集模式，并且采集參數(shù)設(shè)置如下:循環(huán)緩沖區(qū)單元個(gè)數(shù)為3，每個(gè)單元內(nèi)部數(shù)據(jù)段個(gè)數(shù)為333，信號(hào)幅值為±2V。線程2設(shè)置I個(gè)全局控制變量S和11個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)向量組D、D’、D”、D1、D1’、D11’、D2、D11、D21、D22、D23，其中變量S表示ADC內(nèi)存是否被線程讀取的狀態(tài)，它有兩個(gè)值O和1，9個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)向量組分別用于存放讀取的數(shù)據(jù)值且均賦初值O。任一線程新建一個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列Q，用于存放待寫入數(shù)據(jù)；2)數(shù)據(jù)采集工作流程設(shè)計(jì):基于I)的初始化配置，雷達(dá)數(shù)據(jù)采當(dāng)前第1頁1 2 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種解決探地雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)溢出的技術(shù)方法，其特征在于，在雷達(dá)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)過程中，設(shè)計(jì)多線程并行處理工作流程，完成探地雷達(dá)數(shù)據(jù)和頭文件數(shù)據(jù)的讀取和存儲(chǔ)任務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)防止探地雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)溢出問題；所述數(shù)據(jù)采集和寫入過程包括以下步驟：1)數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC雙采集模式配置及采集參數(shù)設(shè)置：雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)為4個(gè)線程并行工作，系統(tǒng)開始時(shí)即進(jìn)入初始化階段。在此階段，線程1進(jìn)行ADC初始化配置，線程3進(jìn)行QSB?M(一種數(shù)據(jù)采集設(shè)備)初始化，線程4則創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件F。其中，ADC配置了雙采集模式，其同步配置的目的是為實(shí)現(xiàn)雷達(dá)反射信號(hào)數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性和完整性，并且在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得到最優(yōu)配置參數(shù)，采集參數(shù)設(shè)置如下：循環(huán)緩沖區(qū)單元個(gè)數(shù)為3，每個(gè)單元內(nèi)部數(shù)據(jù)段個(gè)數(shù)為333。任一線程中設(shè)置1個(gè)全局控制變量S和11個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)向量組D、D’、D”、D1、D1’、D11’、D2、D11、D21、D22、D23，其中變量S表示ADC內(nèi)存是否被線程讀取的狀態(tài)，它有兩個(gè)值0和1，9個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)向量組分別用于存放讀取的數(shù)據(jù)值且均賦初值0。任一線程新建一個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列Q，用于存放待寫入數(shù)據(jù)；2)數(shù)據(jù)采集工作流程設(shè)計(jì)：基于1)的初始化配置，雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集階段。雷達(dá)數(shù)據(jù)采集包括雷達(dá)反射信號(hào)的采集和頭文件數(shù)據(jù)的采集，在此階段，線程1和線程2完成雷達(dá)數(shù)據(jù)的采集，線程3完成頭文件數(shù)據(jù)的采集。線程1首先偵聽變量S(0表示正在被讀取，1表示沒有線程讀取)，當(dāng)偵聽到的S值為0時(shí)，則繼續(xù)偵聽，直至S值為1。當(dāng)偵聽到的S值為1時(shí)，該線程直接訪問ADC內(nèi)存同時(shí)該S值變?yōu)?，并從ADC內(nèi)存中讀取并存放數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)內(nèi)存D1中,然后發(fā)送指令釋放ADC中D1所對(duì)應(yīng)的內(nèi)存空間(該空間變?yōu)榭?，繼而釋放變量S(釋放后S值變?yōu)?，其可被其它線程偵聽并進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取)。線程1從讀取的數(shù)據(jù)D1中提取出有用的數(shù)據(jù)D11，并將D11和D2合并為數(shù)據(jù)D，完成雷達(dá)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的頭文件數(shù)據(jù)的合并，最后將D放入隊(duì)列Q的首部中，至此線程1的一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束，再次開始偵聽變量S。線程2的工作流程類似于線程1，不同的是線程2從ADC內(nèi)存中讀取的是D1’，然后提取出D11’，D11’和D2合并為D’，最終將D’放入隊(duì)列Q的首部中。兩個(gè)線程根據(jù)偵聽變量S的狀態(tài)交替控制ADC內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀取，從而保證了數(shù)據(jù)讀取的連續(xù)性，避免了因讀取速度慢引起的數(shù)據(jù)溢出問題。線程3首先讀取計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的時(shí)間，包括時(shí)、分、秒、微妙并將該值保存至D21中，然后通過QSB?M讀取測(cè)量輪編碼數(shù)據(jù)并保存至D22中，再然后讀取通道標(biāo)簽數(shù)據(jù)并保存至D23中，最后將D21、D22和D23合并為D2，即為頭文件數(shù)據(jù)，專供線程1和線程2調(diào)用，從而確保線程1和線程2采集到的雷達(dá)數(shù)據(jù)與頭文件數(shù)據(jù)在時(shí)間上嚴(yán)格一致；3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作流程設(shè)計(jì)：基于2)采集到的數(shù)據(jù)隊(duì)列Q，線程4主要完成該隊(duì)列Q的存儲(chǔ)任務(wù)。線程4首先檢測(cè)隊(duì)列Q中是否有數(shù)據(jù)存在，如果沒有則繼續(xù)檢測(cè)，如果有數(shù)據(jù)，則讀取隊(duì)列Q末尾數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在D”中(該數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)與D和D’相同)，然后在隊(duì)列Q中刪除掉與D”對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)D”寫入到預(yù)先創(chuàng)建的數(shù)據(jù)文件F中，至此線程4的一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束，再次對(duì)數(shù)據(jù)隊(duì)列Q進(jìn)行檢測(cè)；4)當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成時(shí)，線程1、線程2和線程3停止工作，而線程4則繼續(xù)工作直至隊(duì)列Q中的數(shù)據(jù)全部被寫入文件F中，從而保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的完整性。至此4個(gè)線程任務(wù)全部結(jié)束。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許獻(xiàn)磊，楊峰，夏云海，李濤濤，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)北京，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11