探地雷达是一种新型有效的浅层地下目标探测设备。它通过发射天线向地下发射高频宽带电磁波,然后利用接收天线接收来自地下的回波,最后,通过对回波的分析,推断地下介质的结构。与其它探测设备相比较,探地雷达具有探测速度快,分辨率高,操作方便灵活,无损探测和探测费用低等许多优点。因此,它广泛地用于环境调查、公路检测、考古、城市地下公共设施检测、核废料的选址和地雷与未爆炸物检测等。本课题根据武汉大学的公路检测雷达系统的要求,在参考国内外大量有关文献、借鉴国外探地雷达研制技术的基础上,建立了探地雷达系统总体设计框架。系统由天线与发射接收系统、雷达主机和显示单元三部分组成。系统的功能主要有两个,一个是实现对脉冲发射和回波接收的控制,另一个是完成对回波的数据处理并画出剖面图。其中主机部分是探地雷达的关键部分,该系统包括对雷达回波信号的取样、采集、时变增益放大、存储、预处理以及传输等,同时还要产生整个雷达系统的时基信号与同步信号,以完成对整体的有效控制。因此,针对探地雷达的功能及具体指标,本文主要研究了上述内容的理论分析、设计和软、硬件工程实现等问题。论文主要内容概括如下：1.在深入分析探地雷达整体功能与回波信号特点的基础上,构建了探地雷达实验样机的总体框图。针对实时系统的要求,采用了基于"PC+DSP+FPGA"三层控制的实时控制系统。同时充分依托该架构的优势,优化了信号的处理流程,提出了一种用于探地雷达回波信号的并行三级流水线处理流程,提高了系统的吞吐量,保证了数据处理过程的实时性。2.论文针对冲击型探地雷达回波信号频率高,实时取样困难的特点,建立了-种基于等效时间取样技术的探地雷达回波信号采集方案。提出并实现了一种级联的电路实现步进系统,其步进精度达到1.25×10-2ns,既满足了高分辨率探测的要求,也实现了系统采样率的扩展。3.针对高分辨率探地雷达对数据采集与处理提出的要求,分析了探地雷达的垂直分辨率与步进精度之间的关系,为高分辨率雷达必需的纳秒级步进系统提供了理论依据。同时针对存在的传输延时问题,分析了系统时序并推导出解决问题的公式,可成为后续设计中更换部分器件时的设计依据。4.为了保证回波信号数据采集与传输的实时性,采用了数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processor)技术的探地雷达回波信号实时采集与传输的设计。在分析直接内存访问(DMA, Direct Memory Access)时序特点的基础上,采用FPGA来协调模数转换器与DSP之间的DMA时序要求。然后介绍了级联时变增益放大电路的实现方案、系统中信号经长线传输的调理方法及雷达主机系统的电源设计与实现。5.针对数据流程中预处理环节的实时性,分析了系统的时间分配。在此基础上,采用基于提升小波原理的去噪算法,并采用数字信号处理器实现探地雷达的实时预处理。同时,为了提高计算效率,对DSP存储区采用双缓存方式管理。