CN111751890A - 一种能够抑制背景的地雷探测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够抑制背景的地雷探测系统及方法，包括：所述发射线圈模块与所述发射电路模块连接；所述接收线圈模块与所述接收放大电路模块连接；所述发射电路模块、所述接收放大电路模块与所述正交解调模块连接；所述正交解调模块与所述数字信号处理带通滤波器模块连接；所述数字信号处理带通滤波器模块与所述发射电路模块连接；本发明背景抑制性能更好，与传统的单频相比，可以提取多个频点的探测背景回波信号，可以形成统计滤波器。

Description

一种能够抑制背景的地雷探测系统及方法

技术领域

本发明涉及近地面探测与感知领域，具体地，涉及一种能够抑制背景的地雷探测系统及方法。

背景技术

地雷探测主要利用金属探测技术原理实现对埋设在浅层土壤中不同类型地雷的探测定位。通过使用发射线圈在探测环境中产生一个交变的电磁场，当探测线圈附近出现地雷目标时，将会受到交变磁场的激励作用，由麦克斯韦电磁场理论可知，变化的磁场产生交变的电流，因此地雷内部的金属件感应产生涡流，同时该感应涡流又在其周围产生电磁场，一般来说该电磁场的出现将会使接收线圈的磁场发生改变，通过研究该磁场的强度和相位随时间变化率，计算其电导率及导磁率，可区分出探测线圈周围异常，并确定地雷目标位置。

地雷通常埋设在浅表层，不同地区的土壤介质各不相同，如沙土、粘土、红土以及磁性土，且土壤背景的电导率和导磁率也不相同，有的土壤背景电导率或磁导率地雷中的金属部件的接近，使得地雷探测对背景的抑制至关重要。

目前大多数地雷探测器都仅仅使用一个频率，范围一般在1kHz到1MHz，

选取其中的一个频点作为发射频率，对背景的抑制能力较差，仅仅只能在有限的几种土壤环境下使用，比如沙土或粘土或红土或磁性土，造成了探测器在空气中探测灵敏度较高，一旦面对复杂的土壤环境，探测器的性能大幅降低。

专利文献CN109211015A(申请号：201811160754.8)公开了一种基于复解调的地雷探测土壤背景场干扰抑制方法及系统。强矿化土壤的土壤背景场干扰是低频电磁感应探雷中面临的主要问题之一。针对这一问题，本发明利用传感器进行目标搜索的运动过程中，目标二次场和土壤背景场的频带和成分差异，依次通过相敏检波初解调、带通滤波、相敏检波再解调来实现目标二次场的提取，从而提高探测器对土壤背景干扰的抑制能力。

专利文献CN109238021A(申请号：201811160753.3)公开了基于多频坐标轴旋转的地雷探测背景干扰抑制方法及系统。强矿化土壤背景场干扰是低频电磁探雷中面临的主要问题之一。针对这一问题，本发明利用在强矿化土壤所产生的土壤背景场对激励频率不敏感的特征，通过双频激励在事前获取校正系数，在此基础上通过坐标轴旋转抵消土壤背景场的虚分量，获取纯目标二次场的虚分量，从而实现目标探测；此外，还可以将双频扩展到多频，从而进一步降低探测器的虚警率。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种能够抑制背景的地雷探测系统及方法。

根据本发明提供的一种能够抑制背景的地雷探测系统，包括：

发射线圈模块、发射电路模块、接收线圈模块、接收放大电路模块、正交解调模块和数字信号处理带通滤波器模块；

所述发射线圈模块与所述发射电路模块连接；

所述接收线圈模块与所述接收放大电路模块连接；

所述发射电路模块、所述接收放大电路模块与所述正交解调模块连接；

所述正交解调模块与所述数字信号处理带通滤波器模块连接；

所述数字信号处理带通滤波器模块与所述发射电路模块连接；

所述发射电路模块能够激励发射线圈模块，由微控制器产生PWM波控制发射驱动电路部分，进而产生正弦激励信号驱动发射线圈；

所述发射线圈模块能够发生信号；

所述接收线圈模块能够接收信号；

所述接收放大电路模块能够将接收线圈的微弱信号进行放大处理；

所述正交解调模块能够对接收的信号进行解调，并且能够得到信号的虚实分量，具有相位鉴别能力，区分目标的顺磁与抗磁特性；

所述数字信号处理带通滤波器模块是对信号进行滤波处理，降低地雷探测系统的带外噪声，提升地雷探测系统的探测性能。

优选地，还包括：音频报警模块、按键输入模块及显示模块；

所述数字信号处理带通滤波器模块与所述音频报警模块、按键输入模块及显示模块连接；

所述音频报警模块能够对地雷探测系统探测目标信号进行报警指示；

所述按键输入模块能够对地雷探测系统进行灵敏度调节；

所述显示模块能够对报警信号进行实时显示处理。

优选地，所述发射线圈模块采用多圈漆包线绕制而成；所述接收线圈模块采用PCB线圈。

根据本发明提供的一种能够抑制背景的地雷探测方法，采用上述所述的能够抑制背景的地雷探测系统，执行包括步骤：

步骤1：发射电路模块产生激励信号驱动发射线圈模块，建立形成交变的一次电磁场；

步骤2：发射线圈模块与接收线圈模块构成有效的探测区域，当有地雷目标的进入，地雷的金属部件会产生涡流，并在周围建立交变的涡流电磁场，作用于接收线圈模块；

步骤3：基于交变的一次电磁场和涡流电磁场，形成作用于接收线圈模块的总合场；

步骤4：对作用于接收线圈模块的总合场，进行放大滤波处理；

步骤5：将滤波后的接收线圈信号通过正交解调模块将涡流场从总场中解调出来，实现对不同背景的区分，抑制背景干扰；

所述发射电路模块包括信号产生源，功率放大电路及谐振电路，信号源的信号通过功率放大电路和谐振电路后，加载到发射线圈模块；

所述发射线圈模块包括通过数字处理器产生多个频率为预设范围内发射信号来进行发射线圈激励；

所述接收线圈模块感应涡流磁场进行目标探测；

所述正交解调模块用于信号的解调，得到信号的幅度信息和相位信息。

优选地，所述步骤1包括：发射电路模块产生激励信号驱动发射线圈模块，由微控制器产生PWM波控制发射电路模块，进而产生正弦激励信号驱动发射线圈模块。

优选地，所述步骤2包括：发射线圈模块与接收线圈模块构成有效的探测区域，在当前有效的探测区域内进行探测，当有地雷目标的进入，地雷的金属部件会产生涡流，由于涡流效应和趋肤效应，金属部件表面会感应出涡流，并在周围建立交变的涡流电磁场，作用于接收线圈模块。

优选地，所述步骤3包括：通过激励发射线圈模块，在周围建立形成交变的一次电磁场H₁，并由一次电磁场激发金属目标产生二次涡流电磁场H₂；由于发射线圈模块在周围建立形成交变的一次电磁场H₁的连续性，再加上由一次电磁场激发金属目标产生二次涡流电磁场H₂，因此作用于接收线圈的信号是H₁和H₂调制后形成的总合场H₃。

优选地，所述步骤4包括：对作用于接收线圈模块的总合场，通过接收放大电路模块与数字信号处理带通滤波器模块进行放大、滤波处理；

所述接收放大电路模块主要用于将信号的幅度进行放大，提高信号的幅值；

所述数字信号处理带通滤波器模块是对信号进行滤波处理，降低地雷探测系统的带外噪声，提升地雷探测系统的探测性能。

优选地，所述步骤5包括：

步骤M5.1：使用和发射电磁场同频率的信号作为0°参考信号，将参考信号相移90°作为90°参考信号；

步骤M5.2：将从接收线圈接收到的信号和0°参考信号和90°参考信号分别相乘，得到同相信号和正交信号；

步骤M5.3：将同相信号和正交信号依次做滤波放大处理，并送往模数转换器进行数据采集，得到目标的幅度信息和相位信息；

步骤M5.4：根据相位信息实现对不同背景的区分，抑制背景干扰。

优选地，所述步骤5包括：发射电路模块产生激励信号驱动发射线圈模块，由微控制器产生PWM波控制发射电路模块，进而产生正弦激励信号驱动发射线圈模块；

将微控制器产生PWM波信号经过衰减调制后送往正交解调模块；设PWM波的发射驱动信号频率为f，初始接收幅度为A_i，初始相位为

的余弦信号：

其中，ω＝2πf，A_i和

是根据涡流信号的特点，包括金属材料的种类、大小、表层形状以及穿越速度各种因素综合形成的复杂函数；t表示时间维度；V_t表示电压信号；

当针对单独存在的幅度调制或相位调制的情况，当只有幅度调制时，相应的调制信号初始相位

V_t2＝A_icosωt (2)

电压信号V_t2和参考信号相乘，则

V_t3＝A_icosωt×cosωt (3)

再利用三角函数的积化和差公式将公式(3)表述为：

将电压信号V_t4再经过低通滤波器后，滤除交流分量，得到幅值信号为：

接收幅值信号V_t5经过和参考信号相乘提取出幅度调制信息I(t)；将接收幅值信号V_t5经过和移相90°后的信号相乘，得到信号相位调制信息Q(t)；

当只有相位调制时，也就是幅度调制函数为常数A_i＝A，则

其中，A为常量；电压信号V_t6和相位相差90度的正交信号单位信号相乘，输出：

由三角函数的积化和差公式简化为：

电压信号V_t8再经过低通滤波器后，输出相位信号为：

接收相位信号和参考信号直接相乘，得到信号的幅度调制信息I(t)，接收相位信号和参考信号移相90°后的信号相乘，得到信号相位调制信息Q(t)；

根据输出的幅度调制信号和相位调制信号，输出信号的幅度以及相位，根据相位信息实现对不同背景的区分，抑制背景干扰。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明背景抑制性能更好，与传统的单频相比，可以提取多个频点的探测背景回波信号，可以形成统计滤波器；

2、本发明在各种复杂地面适用范围更广，使复杂搜索任务变得可能。多频金属探测器包含从低频到高频的多个频率，在低频时可以探测到地下较深地方的目标，在高频时可以探测到较小的低导电性的目标，从而扩大目标识别的深度范围和识别的灵敏度；

3、本发明多频金属探测器可以对目标体类型进行识别。不同的金属在不同的频率反应特征不一样，也就是说金属的类型不同，相应的频率不同。因此，应用多频金属探测器，可以提高目标识别效果，有效抑制背景干扰。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明数字处理模块示意图；

图2为本发明发射驱动及发射电路示意图；

图3为本发明探测示意图；

图4为本发明正交解调示意图；

图5为本发明一种能够抑制背景的地雷探测系统示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

针对目前大部分地雷探测器的缺点，本发明专利使用数字信号处理技术灵活地产生多个频率组合，进行多频金属探测，来进行背景抑制的方法。主要用于地雷等地下金属目标探测，通过向地下辐射多频甚低频段信号，并接收金属目标激发的二次场回波信号并进行处理和分析，可以探测埋藏于各种土壤尤其是强磁性土壤中的各种不同类型的地雷目标。

实施例1

根据本发明提供的一种能够抑制背景的地雷探测系统，包括：如图5所示，

根据本发明提供的一种能够抑制背景的地雷探测系统，包括：

发射线圈模块、发射电路模块、接收线圈模块、接收放大电路模块、正交解调模块和数字信号处理带通滤波器模块；

所述发射线圈模块与所述发射电路模块连接；

所述接收线圈模块与所述接收放大电路模块连接；

所述发射电路模块、所述接收放大电路模块与所述正交解调模块连接；

所述正交解调模块与所述数字信号处理带通滤波器模块连接；

所述数字信号处理带通滤波器模块与所述发射电路模块连接；

所述发射电路模块能够激励发射线圈模块，由微控制器产生PWM波控制发射驱动电路部分，进而产生正弦激励信号驱动发射线圈；

所述发射线圈模块能够发生信号；

所述接收线圈模块能够接收信号；

所述接收放大电路模块能够将接收线圈的微弱信号进行放大处理；

所述正交解调模块能够对接收的信号进行解调，并且能够得到信号的虚实分量，具有相位鉴别能力，区分目标的顺磁与抗磁特性；

所述数字信号处理带通滤波器模块是对信号进行滤波处理，降低地雷探测系统的带外噪声，提升地雷探测系统的探测性能。

具体地，还包括：音频报警模块、按键输入模块及显示模块；

所述数字信号处理带通滤波器模块与所述音频报警模块、按键输入模块及显示模块连接；

所述音频报警模块能够对地雷探测系统探测目标信号进行报警指示；

所述按键输入模块能够对地雷探测系统进行灵敏度调节；

所述显示模块能够对报警信号进行实时显示处理。

具体地，所述发射线圈模块采用多圈漆包线绕制而成；所述接收线圈模块采用PCB线圈。

根据本发明提供的一种能够抑制背景的地雷探测方法，采用上述所述的能够抑制背景的地雷探测系统，执行包括步骤：

步骤1：发射电路模块产生激励信号驱动发射线圈模块，建立形成交变的一次电磁场；

步骤2：发射线圈模块与接收线圈模块构成有效的探测区域，当有地雷目标的进入，地雷的金属部件会产生涡流，并在周围建立交变的涡流电磁场，作用于接收线圈模块；

步骤3：基于交变的一次电磁场和涡流电磁场，形成作用于接收线圈模块的总合场；

步骤4：对作用于接收线圈模块的总合场，进行放大滤波处理；

步骤5：将滤波后的接收线圈信号通过正交解调模块将涡流场从总场中解调出来，实现对不同背景的区分，抑制背景干扰；

所述发射电路模块包括信号产生源，功率放大电路及谐振电路，信号源的信号通过功率放大电路和谐振电路后，加载到发射线圈模块，如图2所示；

所述发射线圈模块包括通过数字处理器产生多个频率为预设范围内发射信号来进行发射线圈激励；

所述接收线圈模块感应涡流磁场进行目标探测；

所述正交解调模块用于信号的解调，得到信号的幅度信息和相位信息。

具体地，所述步骤1包括：发射电路模块产生激励信号驱动发射线圈模块，由微控制器产生PWM波控制发射电路模块，进而产生正弦激励信号驱动发射线圈模块。

具体地，所述步骤2包括：发射线圈模块与接收线圈模块构成有效的探测区域，在当前有效的探测区域内进行探测，当有地雷目标的进入，地雷的金属部件会产生涡流，由于涡流效应和趋肤效应，金属部件表面会感应出涡流，并在周围建立交变的涡流电磁场，作用于接收线圈模块。

具体地，所述步骤3包括：通过激励发射线圈模块，在周围建立形成交变的一次电磁场H₁，并由一次电磁场激发金属目标产生二次涡流电磁场H₂；由于发射线圈模块在周围建立形成交变的一次电磁场H₁的连续性，再加上由一次电磁场激发金属目标产生二次涡流电磁场H₂，因此作用于接收线圈的信号是H₁和H₂调制后形成的总合场H₃。

具体地，所述步骤4包括：对作用于接收线圈模块的总合场，通过接收放大电路模块与数字信号处理带通滤波器模块进行放大、滤波处理；

所述接收放大电路模块主要用于将信号的幅度进行放大，提高信号的幅值；

所述数字信号处理带通滤波器模块是对信号进行滤波处理，降低地雷探测系统的带外噪声，提升地雷探测系统的探测性能。

具体地，所述步骤5包括：

步骤M5.1：使用和发射电磁场同频率的信号作为0°参考信号，将参考信号相移90°作为90°参考信号；

步骤M5.2：将从接收线圈接收到的信号和0°参考信号和90°参考信号分别相乘，得到同相信号和正交信号；

步骤M5.3：将同相信号和正交信号依次做滤波放大处理，并送往模数转换器进行数据采集，得到目标的幅度信息和相位信息；

步骤M5.4：根据相位信息实现对不同背景的区分，抑制背景干扰。

具体地，所述步骤5包括：发射电路模块产生激励信号驱动发射线圈模块，由微控制器产生PWM波控制发射电路模块，进而产生正弦激励信号驱动发射线圈模块；

将微控制器产生PWM波信号经过衰减调制后送往正交解调模块；设PWM波的发射驱动信号频率为f，初始接收幅度为A_i，初始相位为

的余弦信号：

其中，ω＝2πf，A_i和

是根据涡流信号的特点，包括金属材料的种类、大小、表层形状以及穿越速度各种因素综合形成的复杂函数；t表示时间维度；V_t表示电压信号；

当针对单独存在的幅度调制或相位调制的情况，当只有幅度调制时，相应的调制信号初始相位

V_t2＝A_icosωt (2)

电压信号V_t2和参考信号相乘，则

V_t3＝A_icosωt×cosωt (3)

再利用三角函数的积化和差公式将公式(3)表述为：

将电压信号V_t4再经过低通滤波器后，滤除交流分量，得到幅值信号为：

接收幅值信号V_t5经过和参考信号相乘提取出幅度调制信息I(t)；将接收幅值信号V_t5经过和移相90°后的信号相乘，得到信号相位调制信息Q(t)；

当只有相位调制时，也就是幅度调制函数为常数A_i＝A，则

其中，A为常量；电压信号V_t6和相位相差90度的正交信号单位信号相乘，输出：

由三角函数的积化和差公式简化为：

电压信号V_t8再经过低通滤波器后，输出相位信号为：

接收相位信号和参考信号直接相乘，得到信号的幅度调制信息I(t)，接收相位信号和参考信号移相90°后的信号相乘，得到信号相位调制信息Q(t)；

根据输出的幅度调制信号和相位调制信号，输出信号的幅度以及相位，根据相位信息实现对不同背景的区分，抑制背景干扰。

实施例2

实施例2是实施例1的变化例

一种能够抑制背景的地雷探测方法和系统，通过数字处理器产生多个频率为1KHz到1MHz范围内发射信号来进行发射线圈激发。当探测接收线圈有地雷目标的进入，地雷的金属部件会感应出涡流，该涡流在金属部件表面产生变化的磁场，接收线圈感应涡流磁场进行目标探测，并产生报警音频及相关显示信息。

本发明采用多个频率的数字信号产生及处理的地雷探测技术，主要包括发射线圈以及接收线圈模块、发射电路模块，接收放大电路模块、正交解调模块，数字信号处理带通滤波器模块、音频报警模块、按键输入及显示模块等。

发射线圈以及接收线圈模块，主要用于信号的发生及信号的接收。如附图1所示，发射线圈采用多圈漆包线绕制而成，接收线圈采用PCB线圈。

发射电路模块，主要用于发射线圈的激励，由微控制器产生PWM波控制发射驱动电路部分，进而产生正弦激励信号驱动发射线圈，同时将该PWM波信号中的一路经过衰减调制后送往正交解调模块，作为正交解调的参考信号。另外发射线圈和接收线圈构成有效的探测区域，在该区域内方能进行探测。当有地雷目标的进入，地雷的金属部件会感应出涡流，由于涡流效应和趋肤效应，金属部件表面会感应出涡流，并在其周围建立交变的涡流电磁场，作用于接收线圈。

对磁场区域更加形象地描述参考附图3所示，通过激励多匝发射线圈，在其周围建立形成交变的一次电磁场H₁，并由它激发金属目标产生二次涡流电磁场H₂。由于发射场H₁的连续性，再加上目标感应场H₂，因此作用于接收线圈的信号实际上是H₁和H₂调制后形成的总合场H₃，也就是说接收线圈接收到的信号是一次场H₁和二磁场H₂的总和场。另外接收场H₂调制到发射场H₁的过程较为复杂，涉及到信号的叠加和调制。为了得到反映目标电磁特性的磁场信号H₂，需要使用解调的方法将该信号从总场H₃中解调出来。

接收放大电路模块，主要用于将接收线圈的微弱信号进行放大处理，便于送至后续的正交解调。

正交解调模块，主要用于对接收线圈接收信号进行解调，特别是涡流场与发射场调制后形成的总场，可以较好地还原目标的电磁特性。另外正交解调能够得到信号的虚实分量，具有较强的相位鉴别能力，可以区分目标的顺磁与抗磁特性，并且抗干扰能力强，实现方法简单。接收线圈接收到的磁场信号，是二次涡流电磁场和一次发射场调制之后形成的总场。金属目标涡流电磁场相当于调制信号，发射电磁场相当于载波信号，而反映目标特性有用的信号为二次涡流场。

因此，需要将接收总场信号先经过前端的运放电路简单信号放大、滤波电路进行滤波处理之后，再在后端使用正交解调的方法将涡流场从总场中解调出来。本发明中正交解调是使用和载波信号同频率的信号作为0°参考信号，然后将参考信号相移90°作为90°参考信号；将从接收线圈接收到的信号和0°信号和90°信号分别相乘，得到同相信号和正交信号。最后将同相信号和正交信号依次做滤波放大处理，并送往AD进行数据采集。得到目标的幅度信息和相位信息。

不妨假设PWM波的发射驱动信号频率为f，初始接收幅度为A_i，初始相位为

的余弦信号。该余弦可用式1表示

式2-14中ω＝2πf，根据涡流信号的特点，A_i和

是金属材料的种类、大小、表层形状以及穿越速度等各种因素综合形成的复杂函数。t表示但是由于探测速率可以确定，每秒1-2个点，远远低于激励频率，因此该变化率对调制的影响可以忽略。

为了模型的建立，本发明专利仅针对单纯存在幅度调制或者相位调制的情况，只有幅度调制时，那么相应的调制信号初始相位

因此式1可以简化为式2的形式。

V_t＝A_icosωt (式2)

该信号和同相单位信号相乘，式2变为式3的形式。

y＝A_icosωt×cosωt (式3)

再利用三角函数的积化和差公式将其简化为式4的形式：y表示

该信号再经过低通滤波器后，滤除其交流分量，得到直流信号为

由式2～式5可以看出，接收信号经过和同相同频的信号相乘可以提取出幅度调制信息。

当且存在相位调制时，也就是幅度调制函数为常数A_i＝A，式5可改写为式6

式中A为常量。该信号和相位相差90度的正交信号单位信号相乘，

由三角函数的积化和差公式可以简化为：

该信号再经过低通滤波器后，输出直流信号为

如附图4，接收信号和参考信号直接相乘，可以得到信号的幅度调制信息I(t)，接收信号和参考信号移相90°后的信号相乘，可以得到信号相位调制信息Q(t)，

幅度和相位两种调制方式均同时存在，同向输出I中包含了更多的幅度调制信息，而正交输出Q包含了更多的相位调制信息。

同时可以根据输出I和Q，求出输出信号的幅度以及相位，根据相位信息的实现对不同背景的区分，抑制背景干扰。

最后使用正交解调的方法来实现对金属材料的探测，需要严格保证参考信号和发射信号同频率并且同相位。

数字信号处理带通滤波器模块，如附图1，主要是对ADC的数据进行滤波处理，降低系统的带外噪声，更好的提升装置的探测性能。

音频报警模块、如附图1，主要是对探测装置探测目标信号进行报警指示。

按键输入及显示模块，如附图1，主要是对探测装置的灵敏度调节以及报警信号进行实时显示处理。

实施例3

实施例3是实施例1和/或实施例2的变化例

如图3所示探测示意图的，通过数字处理器产生多个频率组合，如附图1，再通过加法器将多个频率进行混频后送至发射线圈进行探头激发。当探测接收线圈附近有地雷目标的进入，地雷的金属部件会感应出涡流，该涡流在金属部件表面产生变化的磁场，发射线圈采用多圈漆包线绕制而成，接收线圈采用PCB线圈。由数字处理器产生多个频率控制发射驱动电路部分，通过滤波处理后产生正弦激励信号驱动发射线圈，同时将多个发射频率信号中的一路经过衰减调制后送往正交解调模块，作为正交解调的参考信号。另外发射线圈和接收线圈构成有效的探测区域，在该区域内方能进行探测。随着地雷目标的进入，地雷的金属部件会感应出涡流，并在其周围建立交变的涡流电磁场，作用于接收线圈。将接收线圈微弱信号送至放大电路模块，最后正交解调，再经过带通滤波器模块，解调出幅值和相位的变化，计算出电导率和导磁率，区分出金属目标和背景土壤，从而达到抑制背景干扰的目的。

实施例4

实施例4是实施例3、实施例2和/或实施例1的变化例

如图3所示的探测示意图，指定一个平面矩形扫描区域A，在该区域内进行地雷探测，分别在该区域埋入沙土、粘土、红土、磁性土，并在不同土壤中埋入地雷。在沙土上探测、使用16.8kHz和19.2kHz两种频率，对沙土的抑制能力更好。在粘土上探测、使用频率12kHz和14.4kHz，对粘土的抑制能力更好。在红土上探测、使用频率7.2kHz和9.6kHz，对红土的抑制能力更好。在磁性土上探测、使用频率2.4kHz和4.8kHz，对磁性土的抑制能力更好。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种能够抑制背景的地雷探测系统，其特征在于，包括：

发射线圈模块、发射电路模块、接收线圈模块、接收放大电路模块、正交解调模块和数字信号处理带通滤波器模块；

所述发射线圈模块与所述发射电路模块连接；

所述接收线圈模块与所述接收放大电路模块连接；

所述发射电路模块、所述接收放大电路模块与所述正交解调模块连接；

所述正交解调模块与所述数字信号处理带通滤波器模块连接；

所述数字信号处理带通滤波器模块与所述发射电路模块连接；

所述发射电路模块能够激励发射线圈模块，由微控制器产生PWM波控制发射驱动电路部分，进而产生正弦激励信号驱动发射线圈；

所述发射线圈模块能够发生信号；

所述接收线圈模块能够接收信号；

所述接收放大电路模块能够将接收线圈的微弱信号进行放大处理；

所述正交解调模块能够对接收的信号进行解调，并且能够得到信号的虚实分量，具有相位鉴别能力，区分目标的顺磁与抗磁特性；

所述数字信号处理带通滤波器模块是对信号进行滤波处理，降低地雷探测系统的带外噪声，提升地雷探测系统的探测性能。

2.根据权利要求1所述的能够抑制背景的地雷探测系统，其特征在于，还包括：音频报警模块、按键输入模块及显示模块；

所述数字信号处理带通滤波器模块与所述音频报警模块、按键输入模块及显示模块连接；

所述音频报警模块能够对地雷探测系统探测目标信号进行报警指示；

所述按键输入模块能够对地雷探测系统进行灵敏度调节；

所述显示模块能够对报警信号进行实时显示处理。

3.根据权利要求1所述的能够抑制背景的地雷探测系统，其特征在于，所述发射线圈模块采用多圈漆包线绕制而成；所述接收线圈模块采用PCB线圈。

4.一种能够抑制背景的地雷探测方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一所述的能够抑制背景的地雷探测系统，执行包括步骤：

步骤1：发射电路模块产生激励信号驱动发射线圈模块，建立形成交变的一次电磁场；

步骤2：发射线圈模块与接收线圈模块构成有效的探测区域，当有地雷目标的进入，地雷的金属部件会产生涡流，并在周围建立交变的涡流电磁场，作用于接收线圈模块；

步骤3：基于交变的一次电磁场和涡流电磁场，形成作用于接收线圈模块的总合场；

步骤4：对作用于接收线圈模块的总合场，进行放大滤波处理；

步骤5：将滤波后的接收线圈信号通过正交解调模块将涡流场从总场中解调出来，实现对不同背景的区分，抑制背景干扰；

所述发射电路模块包括信号产生源，功率放大电路及谐振电路，信号源的信号通过功率放大电路和谐振电路后，加载到发射线圈模块；

所述发射线圈模块包括通过数字处理器产生多个频率为预设范围内发射信号来进行发射线圈激励；

所述接收线圈模块感应涡流磁场进行目标探测；

所述正交解调模块用于信号的解调，得到信号的幅度信息和相位信息。

5.根据权利要求4所述的能够抑制背景的地雷探测系统，其特征在于，所述步骤1包括：发射电路模块产生激励信号驱动发射线圈模块，由微控制器产生PWM波控制发射电路模块，进而产生正弦激励信号驱动发射线圈模块。

6.根据权利要求4所述的能够抑制背景的地雷探测系统，其特征在于，所述步骤2包括：发射线圈模块与接收线圈模块构成有效的探测区域，在当前有效的探测区域内进行探测，当有地雷目标的进入，地雷的金属部件会产生涡流，由于涡流效应和趋肤效应，金属部件表面会感应出涡流，并在周围建立交变的涡流电磁场，作用于接收线圈模块。

7.根据权利要求4所述的能够抑制背景的地雷探测系统，其特征在于，所述步骤3包括：通过激励发射线圈模块，在周围建立形成交变的一次电磁场H₁，并由一次电磁场激发金属目标产生二次涡流电磁场H₂；由于发射线圈模块在周围建立形成交变的一次电磁场H₁的连续性，再加上由一次电磁场激发金属目标产生二次涡流电磁场H₂，因此作用于接收线圈的信号是H₁和H₂调制后形成的总合场H₃。

8.根据权利要求4所述的能够抑制背景的地雷探测系统，其特征在于，所述步骤4包括：对作用于接收线圈模块的总合场，通过接收放大电路模块与数字信号处理带通滤波器模块进行放大、滤波处理；

所述接收放大电路模块主要用于将信号的幅度进行放大，提高信号的幅值；

所述数字信号处理带通滤波器模块是对信号进行滤波处理，降低地雷探测系统的带外噪声，提升地雷探测系统的探测性能。

9.根据权利要求4所述的能够抑制背景的地雷探测系统，其特征在于，所述步骤5包括：

步骤5.1：使用和发射电磁场同频率的信号作为0°参考信号，将参考信号相移90°作为90°参考信号；

步骤5.2：将从接收线圈接收到的信号和0°参考信号和90°参考信号分别相乘，得到同相信号和正交信号；

步骤5.3：将同相信号和正交信号依次做滤波放大处理，并送往模数转换器进行数据采集，得到目标的幅度信息和相位信息；

步骤5.4：根据相位信息实现对不同背景的区分，抑制背景干扰。

10.根据权利要求9所述的能够抑制背景的地雷探测系统，其特征在于，所述步骤5包括：发射电路模块产生激励信号驱动发射线圈模块，由微控制器产生PWM波控制发射电路模块，进而产生正弦激励信号驱动发射线圈模块；

将微控制器产生PWM波信号经过衰减调制后送往正交解调模块；设PWM波的发射驱动信号频率为f，初始接收幅度为A_i，初始相位为

的余弦信号：

其中，ω＝2πf，A_i和

是根据涡流信号的特点，包括金属材料的种类、大小、表层形状以及穿越速度各种因素综合形成的复杂函数；t表示时间维度；V_t表示电压信号；

当针对单独存在的幅度调制或相位调制的情况，当只有幅度调制时，相应的调制信号初始相位

V_t2＝A_i cosωt (2)

电压信号V_t2和参考信号相乘，则

V_t3＝A_i cosωt×cosωt (3)

再利用三角函数的积化和差公式将公式(3)表述为：

将电压信号V_t4再经过低通滤波器后，滤除交流分量，得到幅值信号为：

接收幅值信号V_t5经过和参考信号相乘提取出幅度调制信息I(t)；将接收幅值信号V_t5经过和移相90°后的信号相乘，得到信号相位调制信息Q(t)；

当只有相位调制时，也就是幅度调制函数为常数A_i＝A，则

其中，A为常量；电压信号V_t6和相位相差90度的正交信号单位信号相乘，输出：

由三角函数的积化和差公式简化为：

电压信号V_t8再经过低通滤波器后，输出相位信号为：

接收相位信号和参考信号直接相乘，得到信号的幅度调制信息I(t)，接收相位信号和参考信号移相90°后的信号相乘，得到信号相位调制信息Q(t)；

根据输出的幅度调制信号和相位调制信号，输出信号的幅度以及相位，根据相位信息实现对不同背景的区分，抑制背景干扰。

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