CN104345349A - 一种引信探测器及其探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种引信探测器及其探测方法，该引信探测器包括探测模块、信号处理模块、反馈模块、目标识别模块和执行模块；探测模块探测目标信息，输出多谐信号；信号处理模块与探测模块相连，输出直流电压信号；反馈模块两端分别连接信号处理模块和探测模块，对探测模块进行反馈；目标识别模块与信号处理模块相连，输出识别信息；执行模块与目标识别模块相连，执行引爆操作。本发明利用非晶丝的巨磁阻抗效应，通过非晶丝微磁探测器探测电路探测目标信息并转化成多谐信号，通过数据处理模块滤除多谐信号中的基波及次谐波输出直流电压信号，并设置反馈模块产生反馈磁场，对探测模块进行反馈，消除外界磁场的影响，提高了探测器的探测精度。
Description
技术领域
本发明涉及引信技术领域，具体涉及一种引信探测器及其探测方法。
背景技术
现代战争越来越向着信息化、立体化、快速、多变的方向发展，从而对导航、制导及引信等武器系统的智能化、精确化、小型化、抗干扰能力与实时性等方面提出了新的要求。特别是针对导弹的三维地磁匹配制导系统、磁近炸引信、可攻顶反坦克导弹复合引信等现代武器装备系统，由于原有的基于传统的晶态磁性材料的传感探测技术在灵敏度、响应速度、温度特性、功耗以及微型化等方面都存在很大不足，对探测精度造成很大影响。
非晶丝是一种新型磁性材料，1992年日本名古屋大学K.Mohri教授等发现，当高频电流或脉冲电流通过Co-Fe-Si-B非晶丝时，丝阻抗沿轴向外磁场发生了巨大的变化，相对变化率可达到50-100％，称其为巨磁阻抗(GiantMagneto-impedance,GMI)效应。它比1988年发现的巨磁电阻效应值高1到2个数量级，是目前世界上对微弱磁场最敏感的信息传感材料。它可以直接接入集成电路，制成灵敏度高、响应快、稳定性高、功耗低的微型GMI磁场传感器。因此提出一种基于非晶丝微磁物理场的引信探测器和探测方法具有举足轻重的作用。
发明内容
本发明为了克服以上不足，提供了一种有效提高探测精度的基于非晶丝微磁物理场的引信探测器及其探测方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种引信探测器，包括探测模块、信号处理模块、反馈模块、目标识别模块和执行模块；
所述探测模块采用非晶丝微磁探测器探测电路，用于探测目标信息，并输出反映探测目标信息的多谐信号；
所述信号处理模块与所述探测模块相连，对所述多谐信号进行处理并输出直流电压信号；
所述反馈模块两端分别连接所述信号处理模块和探测模块，将信号处理模块输出的直流电压信号进行V/I转换，输出随外磁场变化的电流信号，并产生反馈磁场，对探测模块进行反馈；
所述目标识别模块与所述信号处理模块相连，对所述直流电压信号进行目标识别，输出识别信息；
所述执行模块与所述目标识别模块相连，根据所述识别信息执行引爆操作。
进一步的，所述非晶丝微磁探测器探测电路包括单磁芯双绕组谐振电路和非晶丝脉冲电流激励电路，所述单磁芯双绕组谐振电路针对非晶丝采用双线并绕法均匀密绕两组线圈，将两组线圈串联反接，公共端接至桥路电源正极，所述非晶丝脉冲电流激励电路给所述单磁芯双绕组谐振电路中的非晶丝提供励磁电流信号，使非晶丝产生阻抗效应。
进一步的，所述非晶丝脉冲电流激励电路由科尔皮兹振荡电路和非晶丝微分缓冲激励电路复合而成。
进一步的，所述信号处理模块包括依次连接的差分高通滤波器、第一放大器、RC低通滤波器和第二放大器，所述第二放大器的输出端连接所述反馈模块，所述第一个放大器的增益大于第二个放大器。
进一步的，所述信号处理模块还包括微控制器和与所述微控制器输出端相连的峰值检波电路，所述微控制器与第二放大器的输出端相连，将第二放大器的输出数据进行数模转换，并输出至峰值检波电路进行信号峰值检测。
进一步的，所述反馈模块包括依次连接的比较器、V/I转换电路、反馈线圈和反馈电阻，所述比较器的第一输入端与所述信号处理模块的输出端相连，输出端与V/I转换电路相连。
进一步的，所述信号处理模块和所述目标识别模块之间设有微控制器和峰值检波电路。
进一步的，所述目标识别模块包括依次串接的数据采集及预处理电路、干扰信号识别及闭锁电路、频率及幅度识别电路、增幅速率识别电路、信号持续时间识别电路和特性准则识别电路。
本发明还提供一种如上所述的引信探测器的探测方法，包括以下步骤：
S1：探测模块采用非晶丝微磁探测器探测电路探测目标信息，并输出多谐信号；
S2：信号处理模块对所述多谐信号进行处理并输出直流电压信号；
S3：反馈模块将所述直流电压信号与参考值进行比较之后经过V/I转换，输出随外磁场变化的电流信号，并产生反馈磁场，对探测模块进行反馈；
S4：目标识别模块对所述直流电压信号进行目标识别，输出识别信息；
S5：执行模块根据所述识别信息判断并执行引爆操作。
进一步的，所述步骤S4中的目标识别包括数据采集及预处理和识别处理。
进一步的，所述识别处理是指：对数据的干扰信号识别、频率识别、幅度识别、信号持续时间识别及特性准则识别。
本发明提供引信探测器及其探测方法，利用非晶丝的巨磁阻抗效应，通过非晶丝微磁探测器探测电路准确探测目标信息并转化成多谐信号，通过数据处理模块滤除多谐信号中的基波及次谐波输出直流电压信号，并设置反馈模块产生反馈磁场，对探测模块进行反馈，消除了外界磁场的影响，大大提高了探测器的探测精度和稳定性；当没有高频交变电流或脉冲激励时非晶丝不会显示出任何磁特性，可有效抵御弹道上的各种有源或无源干扰，此外由于非晶丝体积小，有利于该类武器系统的微小型化，因此本发明对引信探测领域的发展具有举足轻重的作用。
附图说明
图1是本发明引信探测器的原理图；
图2是本发明单磁芯双绕组谐振电路结构图；
图3是本发明非晶丝脉冲电流激励电路结构图；
图4是本发明信号处理模块和反馈模块结构图；
图5是本发明目标识别模块结构图；
图6是本发明引信探测器探测和引信方法流程图；
图7是本发明目标识别模块流程图。
图中所示：1、探测模块；2、信号处理模块；3、反馈模块；4、目标识别模块；5、执行模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
如图1所示，本发明提供一种引信探测器，包括探测模块1、信号处理模块2、反馈模块3、目标识别模块4和执行模块5。
探测模块1采用非晶丝微磁探测器探测电路，包括单磁芯双绕组谐振电路和非晶丝脉冲电流激励电路，如图2所示，单磁芯双绕组谐振电路中针对非晶丝采用双线并绕法均匀密绕两组线圈，将两组线圈串联反接，其公共端接至桥路电源正极，同时单磁芯双绕组谐振电路设有两个高频振荡管Tr1、Tr2，当一个高频振荡管Tr1导通时，另一个高频振荡管Tr2处于截止状态，导通管的电流从零增至最大值，截止管的电流从最大值减为零，完成前半个振荡周期，后半个周期刚好与之相反，一个周期内，流过两组线圈中的交变电流交替对非晶丝励磁；如图3所示，非晶丝脉冲电流激励电路由科尔皮兹振荡电路U1以及包括电容C2和电阻R2的非晶丝微分缓冲激励电路复合而成，用于给所述单磁芯双绕组谐振电路中的非晶丝提供励磁电流信号，使非晶丝产生阻抗效应，由此对目标进行信息探测，并输出反映探测目标信息的多谐信号。采用单磁芯双绕组多谐振荡桥电路相比单磁芯单线圈电路具有灵敏度高、定距精度好的优点，同时也弥补了双磁芯多谐振荡探测器线性度、线性范围差的缺陷，使探测器的探测灵敏度得到有效的提高。
如图4所示，信号处理模块2的输入端与所述探测模块1的输出端相连，所述信号处理模块2包括依次连接的差分高通滤波器、第一放大器、RC低通滤波器、第二放大器、微控制器和与微控制器输出端相连的峰值检波电路。具体地，探测模块1的输出信号通过差分高通滤波器后，由第一放大器进行信号放大，然后通过RC低通滤波器进行滤波，接着通过第二个放大器再次进行信号放大，得到信号的直流分量，输出直流电压信号至反馈模块3和微控制器，所述微控制器将第二放大器的输出数据进行数模转换，并输出至峰值检波电路进行信号峰值检测。具体的，差分高通滤波器采用双脚滤波器，其具有较高的共模抑制比和截止频率，可消除探测电路中干扰信号；第一放大器与第二放大器用于使探测器的探测信号具有较大的信号增益，同时为了减小噪声系数，使第一个放大器的增益大于第二个放大器，所述第二放大器的输出端连接所述反馈模块。具体的，低通滤波器采用两个巴特沃斯(Butterworth)二阶低通滤波器级联而成，可有效抑制噪声，并消除基波和次谐波分量，最后通过第二个放大器，得到信号的直流分量，输出直流电压信号。
请继续参照图4，反馈模块3输入端连接信号处理模块2，输出端连接至探测模块1。其具体包括比较器、V/I转换电路以及反馈线圈和反馈电阻。所述比较器的第一输入端与信号处理模块2中第二放大器的输出端相连，比较器的第二输入端为根据具体情况设计的参考值，比较器计算信号处理模块2输出的直流电压信号与参考值的差值后输出，并通过V/I转换电路进行V/I转换，输出随外磁场变化的电流信号，并在反馈线圈和反馈电阻中产生与外磁场Hex反向的反馈磁场Hf，用于削弱非晶丝的外磁场，从而使探测模块1不受外界因素的影响。需要说明的是，V/I转换电路可使非晶丝工作在零场附近的线性区域；此外，为了减少测量误差，反馈电阻Rf采用温度系数小的精密电阻。反馈模块3使引信探测器的性能得到显著提高。
目标识别模块4的输入端与信号处理模块2的输出端相连。如图5所示，目标识别模块4包括：依次串联的数据采集及预处理电路、干扰信号识别及闭锁电路、频率及幅度识别电路、增幅速率识别电路、信号持续时间识别电路和特性准则识别电路。具体的，数据采集及预处理电路与信号处理模块2中峰值检波电路的输出端连接，目标识别模块4用于对峰值检波电路的输出信号依次进行干扰信号识别、频率识别、幅度识别、信号持续时间识别及特性准则识别之后输出识别信息；执行模块5与目标识别模块4的输出端相连，根据识别信息执行引爆操作。
本发明还提供一种采用如上所述的引信探测器对目标进行引信探测方法，包括以下步骤，如图1-6所示：
S1：探测模块1采用非晶丝微磁探测器探测电路探测目标信息，并输出多谐信号，具体的，探测模块包括单磁芯双绕组谐振电路和非晶丝脉冲电流激励电路，单磁芯双绕组谐振电路中针对非晶丝采用双线并绕法均匀密绕两组线圈，将两组线圈串联反接，其公共端接至桥路电源正极；非晶丝脉冲电流激励电路由科尔皮兹振荡电路和非晶丝微分缓冲激励电路复合而成，用于给所述单磁芯双绕组谐振电路中的非晶丝提供励磁电流信号，使非晶丝产生阻抗效应，由此对目标进行信息探测，并输出反映探测目标信息的多谐信号。
S2：信号处理模块2对所述多谐信号进行处理并输出直流电压信号，具体的，直流电压信号通过差分高通滤波器消除干扰信号之后通过第一放大器进行信号放大，然后通过RC低通滤波器，有效抑制噪声，并消除基波和次谐波分量，最后通过第二个放大器，得到信号的直流分量，输出直流电压信号。
S3：反馈模块3将所述直流电压信号与参考值进行比较之后经过V/I转换，输出随外磁场变化的电流信号，并产生反馈磁场，对探测模块进行反馈；需要说明的是，反馈模块包括比较器、V/I转换电路、反馈线圈和反馈电阻，比较器的第一输入端与信号处理模块的输出端相连，比较器的第二输入端为根据具体情况设计的参考值，比较器输出信号处理模块输出的直流电压信号与参考值的差值，并通过V/I转换电路进行V/I转换，输出随外磁场变化的电流信号，并在反馈线圈中产生与外磁场Hex反向的反馈磁场Hf，用于削弱非晶丝的外磁场，从而探测模块使其不受外界因素的影响。
S4：目标识别模块对所述直流电压信号进行目标识别，如图7所示，首先采集256个数据，并对采集到的数据进行去均值、归一化和小波消噪预处理，接着读取其中的每个数据依次进行干扰信号识别、频率识别、幅度识别、信号持续时间识别及特性准则识别，最终输出识别信息。
S5：执行模块根据识别信息执行引爆操作，当识别信息具有既定的引爆特征时，发出引爆信号，反之不发出引爆信号。
综上所述，本发明提供引信探测器及方法，利用非晶丝的巨磁阻抗效应，通过非晶丝微磁探测器探测电路准确探测目标信息并转化成多谐信号，通过数据处理模块2滤除多谐信号中的基波及次谐波输出直流电压信号，并设置反馈模块3产生反馈磁场，对探测模块1进行反馈，消除外界磁场的影响，大大提高了探测器的探测精度和稳定性；当没有高频交变电流或脉冲激励时非晶丝不会显示出任何磁特性，可有效抵御弹道上的各种有源或无源干扰，同时由于非晶丝体积小，有利于该类武器系统的微小型化，因此本发明提出的引信探测器对引信探测领域的发展具有举足轻重的作用。
虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种引信探测器，其特征在于，包括探测模块、信号处理模块、反馈模块、目标识别模块和执行模块；
所述探测模块采用非晶丝微磁探测器探测电路，用于探测目标信息，并输出反映探测目标信息的多谐信号；
所述信号处理模块与所述探测模块相连，对所述多谐信号进行处理并输出直流电压信号；
所述反馈模块两端分别连接所述信号处理模块和探测模块，将信号处理模块输出的直流电压信号与参考值进行比较之后经过V/I转换，输出随外磁场变化的电流信号，并产生反馈磁场，对探测模块进行反馈；
所述目标识别模块与所述信号处理模块相连，对所述直流电压信号进行目标识别，输出识别信息；
所述执行模块与所述目标识别模块相连，根据所述识别信息执行引爆操作。
2.根据权利要求1所述的引信探测器，其特征在于，所述非晶丝微磁探测器探测电路包括单磁芯双绕组谐振电路和非晶丝脉冲电流激励电路，所述单磁芯双绕组谐振电路针对非晶丝采用双线并绕法均匀密绕两组线圈，将两组线圈串联反接，公共端接至桥路电源正极；所述非晶丝脉冲电流激励电路给所述单磁芯双绕组谐振电路中的非晶丝提供励磁电流信号，使非晶丝产生阻抗效应。
3.根据权利要求2所述的引信探测器，其特征在于，所述非晶丝脉冲电流激励电路由科尔皮兹振荡电路和非晶丝微分缓冲激励电路复合而成。
4.根据权利要求1所述的引信探测器，其特征在于，所述信号处理模块包括：依次连接的差分高通滤波器、第一放大器、RC低通滤波器和第二放大器，且所述第一个放大器的增益大于第二个放大器。
5.根据权利要求4所述的引信探测器，其特征在于，所述信号处理模块还包括微控制器和与所述微控制器输出端相连的峰值检波电路，所述微控制器与第二放大器的输出端相连，将第二放大器的输出数据进行数模转换，并输出至峰值检波电路进行信号峰值检测。
6.根据权利要求4所述的引信探测器，其特征在于，所述反馈模块包括依次连接的比较器、V/I转换电路、反馈线圈和反馈电阻，所述比较器的第一输入端与所述信号处理模块的输出端相连，比较器的输出端与V/I转换电路相连。
7.根据权利要求1所述的引信探测器，其特征在于，所述目标识别模块包括依次串联的数据采集及预处理电路、干扰信号识别及闭锁电路、频率及幅度识别电路、增幅速率识别电路、信号持续时间识别电路和特性准则识别电路。
8.一种引信探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：探测模块采用非晶丝微磁探测器探测电路探测目标信息，并输出多谐信号；
S2：信号处理模块对所述多谐信号进行处理并输出直流电压信号；
S3：反馈模块将所述直流电压信号与参考值进行比较之后经过V/I转换，输出随外磁场变化的电流信号，并产生反馈磁场，对探测模块进行反馈；
S4：目标识别模块对所述直流电压信号进行目标识别，输出识别信息；
S5：执行模块根据所述识别信息执行引爆操作。
9.根据权利要求8所述的引信探测方法，其特征在于，所述步骤S4中的目标识别包括数据采集及预处理和识别处理。
10.根据权利要求8所述的引信探测方法，其特征在于，所述识别处理是指：对数据的干扰信号识别、频率识别、幅度识别、信号持续时间识别及特性准则识别。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150211 |