Георадар своими руками #11 Еще один тест. Через стену.
Вставка
- Опубліковано 17 лис 2024
- Небольшеи изменения в обработке входного сигнала позволили получить приемлемый результат. Явно видна необходимость LNA на входном тракте. С предусилителями у георадаров своя длинная и запутанная история. Для достижения необходимого динамического диапазона необходимо применять динамический аттенюатор.
(В этой статье немного освещена эта проблема:
Design of Dual-Channel Nonuniform Digital Sampling Receiver for Lunar Penetrating Radar in Chang’E-3 Rover. Shaoxiang Shen, Yuxi Li, Bin Zhou, and Guangyou Fang . doi:10.1109/taes.2016.150202 ,
sci-hub.do/10.1109/taes.2016.150202 )
Теперь можно продолжать работу в этом направлении. Там много своих сложностей.
Текущая конфигурация не имеет предуслилителя и антенна напрямую подключена к входному тракту АЦП.
Георадар применяется для поиска неоднородностей в грунте. Вы одинаково успешно можете обнаружить при помощи георадара и металическую трубу и подземный ход.
Для того что бы сделать георадар своими руками надо разбираться в программировании и в разработке электроники. Кроме того надо хорошо представлять как и на каких принципах эта штука работает. Я планирую очень подробно описать каждый этап разработки. От принципов работы георадара и установки софта для разработки железа и программ до объяснения как и почему было выбрано и реализовано то или иное схемное либо программное решение. Видео будет полезно для начинающий разработчиков и для всех кто не равнодушен к электронике. Хорошего просмотра.
Всё отлично отображает!
Спасибо, очень сильно зачесалось повторить сей девайс.
Ой, как я вас понимаю :) Но, пока что, это очень сырое устройство.
@@aaaembedded3178 на geotech1 разве не рабочий вариант? Epe Pic ветка
Ой попутал с магнитометром.
Отличный результат! Нужен тест на грунт.
Да нужен, конечно. Самому не терпиться посмотреть увидит ли он трубу канализации или нет. Да и конструкция в том виде в котором есть не для улицы. Вот думаю, может тележку в супермаркете "купить", она как раз на луноход похожа, с которого я конструкцию антенны взял. Хоть коляску детскую покупай....
@@aaaembedded3178 а какая получается масса аппарата?
@@megajoule2555 Так это как мастерить. Я думаю, что если задаться целью и не учитывать массу ноутбука, то можно грам в 300 уложиться :) а может и меньше, от антенн сильно зависит. А сейчас киллограмма два. Антенны тяжелые. И аккумулятор.
@@aaaembedded3178 а если такая маленькая масса, телега в принципе не нужна. Я думал прибор получится килограмм 10-15. Если прибор такой компактный, можно сделать радиоуправляемую колёсную платформу, например из радиоуправляемой модели или вообще квадрокоптер. (И задать алгоритм движения по координатной сетке GPS) 😀
@@megajoule2555 Телега нужна для того, что бы удерживать антенный блок в условно горизонтальном положении на постоянном расстоянии от поверхности.
Можно и платформу, только надо понимать, где это все будет. Если в лесу или какой то траве, то плохо.
В этом смысле квадрокоптер выглядит предпочтитетльнее. Есть и такие эксперименты. Но это уже совсем другая история.
Оч. Интересно. Ждём новое видео и конечно работу в наруже ;)
Не уверен о наружке. Текущая конструкция имеет принципиальные ограничения. Очень маленький динамический диапазон. 72 dB мало, надо 120dB. Так что необходимо еще приделать LNA с изменяющимся коэф. усиления. Или применить принципиально иной приемник. Я вот сейчас в процессе R&D на эту тему.
Офигенно!
вау) интересненько, будем следить
Отличное видео!!!
Классно. Хотелось бы видеть исходники проекта.
В 10м видео в описании есть ссылки на софт, в предыдущих описывалось, на каких принципах и модулях был построен приемник и так же есть ссылки на схему приемника, правда в финале внесены небольшие изменения, так как пришлось отказаться от оптоволокна. По передатчику я сниму еще видео с объяснениями, но в том же 10м видео есть ссылки на статьи по мотивам которых он был построен. Потом, если все будет как надо работать, после тестов, я соберу всю документацию в одном месте.
@@aaaembedded3178 Я студент, и у меня проект дипломный по вашей теме . Приемник есть, осталось собрать и разработать передатчик на 50-120Мгц.
@@rudmals_ А приемник как устроен?
Когда говорят о передатчике в георадаре, то обычно употребляют понятие "средняя частота антенны". То есть, в вашем случае надо излучать импульсы длительностью в 12-15 nS ('это где то соответствует средней частоте 70-80MHz ) c широким спектром. А собственно сам спектр ограничивается антенной.
10-12 nS легко достигаются в генераторе с насыщающимся трансформатором. Но мне больше нравится Marx генератор.
Добрый день. Не могли бы вы выложить схему приемника ( всего модуля из 7 видео) пожалуйста? Мб отдельно выслать мою почту вам для связи? Если получится , буду благодарен вам.
@@rudmals_
"Я студент, и у меня проект дипломный по вашей теме . Приемник есть, "
Ничего добавить не могу. Приемник состоит из процессора и модуля АЦП. Модуль АЦП через симметрирующий трансформатор подключен к антенне. Все.
I'm interested in your project, can you sent me schematic some information?
Hi, I'm almost familiar with the mechanism of operation of this device, but one thing that keeps my mind occupied is what exactly the delay lines do, apparently similar to random time sampling the speed of ad9226 is almost every 15 nanoseconds(65msps), but the delay lines can create delays with steps of 250 pico seconds......can you guide me thanks.
Hi. Ok, we have to digitize a very short pulse. Let it has 5 nS width. How to do it? We can not use direct sampling technique, because our ADC can make one sample for 15 nS. So, we should use another method called sequential-sampling. In our case it based on fact , that sampling/hold part of our ADC is grate faster than ADC converting time and can sample and hold input signal for time less than nS. For simplifying, lets connect Tx pulse to input of ADC So, lets suppose that we generate rising edge of Tx impulse at time T(0), and at same time we generate synchronous falling edge for hold input signal in our sample/ hold part of ADC. Waiting for ADC_convertion_time time and read point of amplitude of Tx pulse for time T(0). Next step, we do same thing, generating Tx pulse, but our synchronous falling edge we put through Delay Line with delay = 250ps * 1 , 1 is current number of sample. It means that our sample/hold gate will be closed for 250ps later and ADC will convert amplitude of point of Tx pulse for T(1) = T(0) + 250ps. Next step is to increase Delay Time for one more step, till to 500ps, and measure Tx amplitude in point of T(2) = T(0) + 250ps * 2. Finally repeating that steps, we will have set of N measured points where each point is value of TX pulse in time T(n)= T(0) + 250pS * n , for n from 0 to N-1. Using that points we can built measured signal, very similar (depends on our S/H band wide) to our Tx input.
@@aaaembedded3178 ok thank you for your full answer I thought you were using random time sampling method.
@@geogeo506 Hi, you can see more info here " Equivalent-time sampling" autobosa.com/en/sampling-algorithms-bosa-oscilloscopes.html
or try to see "Sequential sampling time domain reflectometer" (DOI:10.1109/SIITME.2009.5407341 , use sci-hub for reach this article)
@@aaaembedded3178 thank you so much for your good projects and informations.
При отображении часто применяют логарифмическое усиление от глубины
Ну при отображении можно применять разные подходы. Но изначально надо иметь что отображать. Судя по тому, на какие ухищрения идут в конструкциях входных цепей георадаров, основная цель это получить большой динамический диапазон. В разной литературе хвастаются упоминается цифра в 120dB. То что видел я, для достижения такого диапазона применяются либо TGA (time-gain amplifier) либо аттенюаторы управляемые напряжением либо цифрой.
а с противнем там демон нарисовался :)
hello my discovery board stm32f429i is disk1 can use it for this project?or must be disco
Hi, I am not sure about it, but I think you can try.
@@aaaembedded3178 thanks I wil try it I hope that works fine.
I think not be high difference between disk1 or disco
Здравствуйте! Замечательный проект! Хотел у вас уточнить на сколько глубоко может показывать, заранее спасибо за ответ!
Зависит от затухания сигнала в грунте, динамического диапазона прибора и длинны( или частоты, хотя это не совсем корректно) зондирующего импульса. Исходя из литературы, прибором со средней частотой 1 Ггц зоднируют бетон на метр или два, но при этом видят структуру арматуры и мелкие трещины. А вот если снизить частоту до 50Мгц ( при этом соответственно ухудшится пространственное разрешение), как я понял, зондируют на глубины в сотни метров. Вот лед очень глубоко можно зондировать, в Антарктиде этим развлекаются... Я думаю, что для археологических целей можно использовать 500Мгц антенны и для влажного песка будет глубина порядка десятков метров. Такой себе компромис между глубиной и пространственным разрешением. Для глины куда меньше. Для льда куда больше. Пресная вода имеет достаточно небольшой коэффициент затухания. А вот соленая 300Дб на метр, что значит вообще не сканируется.
Ну и так далее. В общем случае считается так - берется динамический диапазон прибора, например 100Дб и расчитывается расстояние на котором сигнал затухнет в тестовой среде. Вот половина этого расстояния и будет максимальной теоретической глубиной зондирования (сигнал идет туда и обратно, поэтому половина расстояния).
@@aaaembedded3178 спасибо большое за ответ! Хотелось узнать когда следующий ролик выйдет, и испытания на грунте, вы единственный человек кто показывает как можно собрать георадар, и думаю когда проведете испытания на грунте, вамии еще больге зрителей заинтересуется. Спасибо за ваш труд.
@@valybes2630 Выкладываю видео по мере получения значимых результатов. Приятно, конечно, что это еще кому-то интересно. Сейчас переделываю приемник. Надо сделать регулируемый аттенюатор и предусилитетель, что бы получить 120Дб динамического диапазона. Еще хочу попробовать сделать на FPGA однобитный АЦП, есть такой хитрый способ обойтись без тысячедолларовых гигагерцовых АЦП. Посмотрим, что получится. Китайцы, построенный по такой схеме георадар на луну с составе своего лунохода запустили. Должно получиться очень дешево и с частотой семплирования порядка 3х гигагерц. А это все долго и сложно в разработке, так как в одном устройстве и цифра гигагерцовых частот и аналоговые цепи надо очень широкополосными сделать. А это с первого раза не получается. Надо делать тестовые схемы, переделывать и так далее. Но выложу то, что в результате получится.
hi again!
I asked last time why you used three IC ds1023 and you said because the maximum delay of this IC is 63.75 nanosecond, now I have another question and this is, for example, if I use six of these IC's, should I make a change to the code, or just add ICS
and how many ic is completely enough?
thanks.
Yes, you should add support of additional IC. Try to see in datasheet of ds1023 how to program chain of them.
@@aaaembedded3178 ok thank you.
how many ic was completely enough?
I'm sending some links to you but it disappears...
how send it to you?
hi again!I want to know how to test external interrupt without plugging in anything else, I attached a switch that was connected to five volts and connected to the ground by a resistor to pc3, but with each switching nothing happens, but when I touch the pc3 with my finger!!,somethings come on the screen how can I just test exti3 of stm32f429i thanks
You should be careful , and check if pins is 5 volt tolerant. Safe voltage is 3.3v.
@@aaaembedded3178 but ds1023 supplied by 5 volt and adc clk is 0 to 5 v
" but when I touch the pc3 with my finger!!,somethings come on the screen"
If you do just one press. You will have only one sample point. But on screen you will see all sampled points array, after numerous samples. When you touch by finger, you produce 50( or 60 depend on you home power line) hertz pulse because common power line influence.
@@aaaembedded3178 please help how test my exti3
@@geogeo506 I thought you speak about CPU input pins.
hi can i use a lower bit resolution adc with stm32f429i for example a 4bit adc?
Hi, you can use even 1-bit ADC, but in that case you will need to add special elements for increasing dynamic range of RX part. 12 bits has 72 dB , 4 bit has 24 dB. Georadar should have at least 100dB or 120dB of dynamic range. So, you must use additionally combination of attenuator plus amplifier. Or something else. As you wish :)
@@aaaembedded3178 Are the codes you have written for stm32f429i compatible for any number of bits, which means we can connect any analog to digital converter with any number of bits to it???
dont need code changing???
I always ask very much :)
@@mu8502 The ADC driver support AD9226 only. But you can create your own. As I remember, code divided by functional layers. I don't support it now. I work on new version with FPGA and 1 bit ADC.
@@aaaembedded3178 Yes, that's right, thank you so much for answering my questions.👍👍👍
Какой минимальный размер распознаваемого объекта?
Неопределено. Я предполагаю, что 30 - 40 см, в своих тестах я видел сковороду через стену на расстоянии 1м. Зависит от самого объекта, что бы он отразил достаточно мощный сигнал, зависит от диэлектрической проницаемости среды в которой объект находится. Например, если мы излучаетм импульс в 2nS, то на воздухе он будет иметь условно длинну в 60 см (300000000 m/s * 2nS) Но известно, что скорость света зависит от диэлектрической проницаемости среды и равна скорости света в вакууме (в воздухе примерно тоже самое) деленной на квадратный корень из диелектрической проницаемости (Епсилон). Например , Епсилон воды равна 81 , тогда длинна электромагнитного импульса длительностью в 2nS в воде будет меньше чем в воздухе на корень из Епсилон воды, 60 см / 9 = примерно 7 см, таким образом в воде можно видеть объекты порядка 7 см.
Но это все теоретически.
Надо тестировать.
Здравствуйте. Еще вопрос, если не секрет: какую длительность импульса и его амплитуду удалось получить?
Двуполярный импульс на Marx генераторе. + 200В на одно плечо диполя и -200В на другое плечо с нагрузкой в 50 Ом. То есть разность в 400 вольт с длительностью 2-2.5 нс. Можно еще поставить обострители и уменьшить длительность, но достаточно того что есть. Есть возможность, я думаю, амплитуду увеличить просто увеличив количество каскадов Marx генератора. Пока так.
@@aaaembedded3178 Спасибо. Вопрос вызван тем, что для пробы сделал трехкаскадный генератор Маркса, на выходе получил около 80 вольт ( одно плечо), но длительность импульса меньше 20 нс получить никак не удалось....кроме того, при подключении нагрузки в виде резистора 50 ом амплитуда падает до 6 вольт..
@@АлександрМартыненко-я4д Скорее всего транзисторы не работают в лавинном режиме. Я проверял, например 2N2222, тоже три каскада, для теста, так там ясно видно, по мере повышения напряжения, в районе 200 вольт(хотя могу ошибаться в цифре, но где то там) импульс резко обостряется и становится очень коротким.
плюс еще от емкости конденсаторов зависит. У меня в тесте были 100Пф. навестной монтаж и то работало все в районе 5 нС. Так что должно работать.
@@aaaembedded3178 Спасибо, буду разбираться. Если можно, еще вопрос: какие импульсные трансформаторы использовали? Я поставил то, что было под рукой - Т38 R10*4 2 и 5 витков- вроде работает. Кстати, может пригодится - увеличение числа ступеней генератора Маркса имеет некоторые неприятные особенности - earchive.tpu.ru/bitstream/11683/54001/1/TPU714693.pdf. Я, правда, пока 10-ти каскадных не делал.
@@АлександрМартыненко-я4д Вот и я так же с трансформатором. Что было то и поставил. Заработало и ладно. Статью я видел. Не все так страшно. Хотя я бы от томского универа ожидал что то большее, чем просто скопированные фотки с других научных работ. Я перелопатил сотни статей по этой теме, так что знаю о чем говорю.
Эффект лавинного пробоя и на 3х каскадном явно виден при повышении напражения.
Hello the source that LED on and off (facing rx179) is supplied by stm32f429i? Which pin?
thanks
Hi, I have no idea, try to see in on init GPIO definition, or definition of Tx function.
@@aaaembedded3178 Inside the software and in the control tab, there are some parameters, such as adjusting the pulse width, even the word hw danger is used, and I want to know these parameters control stm32 or these are just for information?
@@mo-jd4bo HW danger is relevant for TX pulse width, because for early generation of TX generator is pulse width was critical.
@@aaaembedded3178 thanks 👍