CN114166081B - 一种基于侵彻加速度频域特征的硬目标层结构识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于侵彻加速度频域特征的硬目标层结构识别方法，包括加速度传感器、信号处理模块、AD控制模块、侵彻数据处理模块、存储模块、通信模块以及中心控制模块。所述的传感器连接到所要测试的对象上，所述传感器对所述对象的测试结果被传输到所述信号处理模块，由所述信号处理模块对包含测试结果的信号做放大、滤波处理；所述AD控制模块对包含测试结果进行分频处理，并将处理所得的模拟信号转换为数字信号；所述谱分析模块将所得的数字信号进行运算处理；在所述中心控制模块的控制下将经侵彻数据处理模块处理后的结果保存到所述存储模块中。

Description

一种基于侵彻加速度频域特征的硬目标层结构识别方法

技术领域

本发明属于弹药引信目标识别领域，特别涉及一种基于侵彻加速度频域特征的硬目标层结构识别方法。

背景技术

随着武器毁伤效能与打击精度的不断提高，被打击目标的防护性能和抗打击能力也越来越强。例如，在现代战争中，武器库、指挥中心等重要目标作为首要的攻击对象，大多已由地上转入地下，且其隐蔽性能不断提高，由于这类目标具有坚固的建筑结构与防护措施，抗毁性能也大大提高，普通常规弹药攻击对此难以有效摧毁。这种目标被称为硬目标，根据各种硬目标的特性，概括起来可分为如下两大类：一类是钢筋混凝土与不同靶质构成的半无限厚目标，如桥墩、水坝等。另一类是钢筋混凝土与空间层构成的各类掩体、大型建筑，这种目标通常具有层的概念，所以又可将其分为单层目标(如机库)和多层目标(如建筑)。

侵彻弹药作为反硬目标武器，可以侵彻坚硬目标深入目标内部起爆，形成更好的毁伤效果，在武器系统和防护技术的攻防对抗中，已成为弹药研发的热点。在反硬目标武器的发展中，准确控制战斗部的起爆位置对实现目标的有效毁伤具有重要的意义。引信作为硬目标侵彻武器实现高效毁伤的核心部件，决定着环境识别，目标识别和起爆方式。而具有精确炸点控制能力的引信可以使侵彻弹药的作战效能得到充分发挥，研究侵彻弹药所需的炸点控制技术具有重要价值。

侵彻弹药引信研制，对侵彻过程中引信受到的加速度信号的研究是最重要的环节，其通过各种探测技术获得的物理场信号中尤以侵彻加速度信号最能反映其环境特征和目标特性，以此来识别侵彻硬目标层的结构。

但是，识别硬目标层结构需要的是战斗部宏观加速度，引信部位测得的加速度信号是战斗部－引信系统对侵彻冲击的响应输出，混有多种频率成分和电路噪声，该加速度与战斗部的宏观加速度存在密切的联系，但并不等同，必须对加速度信号进行有效的处理，才能进一步对硬目标结构层进行有效的识别。而如何进行更有效的信号处理，始终是研究的重点和难点。

在穿层事件识别方面，以往硬目标层结构识别装置一般采用对低通滤波后的信号进行幅值判断。这种识别方法的前提是滤波后的信号波动很小，幅值－时间曲线光滑，且穿层后的信号平稳无振荡。但从实际的侵彻过载曲线看，战斗部侵彻硬目标层过程中会出现突然的短暂卸载现象，这都为直接使用幅值作为判据带来了不可靠因素从而造成误判。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服以上现有技术的不足，提出一种基于侵彻加速度频域特征的硬目标层结构识别方法，该方法用于操作基于侵彻加速度频域特征的硬目标层结构识别装置，该装置包括依次连接的加速度传感器、信号处理模块、AD控制模块、侵彻数据处理模块、存储模块、通信模块和中心控制模块；所述的方法包括以下步骤：

步骤1，弹药发射前，硬目标层结构识别装置被设置在待机状态，并给该装置装订预定的硬目标层的层数；

步骤2，弹药发射的同时，发出启动信号启动硬目标层结构识别装置进入工作状态，当弹药碰到目标后，加速度传感器不断采集待测试部位的侵彻加速度数据；

步骤3，信号处理模块接收加速度传感器采集的侵彻加速度数据，对所述的侵彻加速度数据执行放大和滤波；

步骤4，AD转换模块对经过信号处理模块放大和滤波的信号执行模数转换，输出数字化的侵彻数据；

步骤5，侵彻事件处理模块对输出数字化的侵彻数据执行运算处理，将数字化的侵彻数据和侵彻事件处理模块处理后的数据保存到存储模块中；

步骤6，当层计数器累加的层数与弹药发射前给硬目标层结构识别装置装订的预定的硬目标层的层数层数相同时，硬目标层结构识别装置给出输出信号，指示侵彻弹药达到所需的炸点。

进一步的，所述的方法还包括：

步骤7，所述存储模块中的数据在所述中心控制模块的控制下通过所述通信模块传输给外部的计算机。

进一步的，所述的步骤3中信号处理模块对侵彻加速度数据的处理包括以下子步骤：

步骤3.1，所述信号处理模块中包括电荷放大器，将加速度传感器输出的电荷信号转换为电压信号；

步骤3.2，所述信号处理模块对所述电压信号执行放大和积分，获得加速度传感器输出信号频率的低频分量；

步骤3.3，调节信号处理模块中积分电路中反馈电阻R_f和反馈电容C_f的数值，使得信号处理模块的积分电路工作在有效频率范围区内。

进一步的，步骤4中所述模拟数字转换包括以下子步骤：

步骤4.1，对信号处理模块输出的电压信号执行分频，划分成多个频段的信号，并将经分频处理后的模拟信号分别换成数字信号；

步骤4.2，AD控制模块系统按指定的采样频率对不同频段的输入信号进行采样，并输出多个数字化的侵彻数据。

进一步的，步骤5中所述侵彻数据的运算处理采用蝶形运算单元执行FFT变换和求模平方运算，包括子步骤：

步骤5.1，对数字化的所述侵彻数据执行快速傅里叶变换FFT运算；

步骤5.2，对所述FFT运算的结果执行求模平方运算。

进一步的，步骤5.1中所述FFT变换，地址产生单元分别产生旋转因子地址和数据地址，直接送给数据双端口RAM的地址是读原始数据和各级蝶形运算结果的地址，经延迟单元后送给数据双端口RAM的地址是写各级蝶形运算结果的地址，蝶形运算单元接收来自旋转因子ROM的旋转因子和来自数据双端口RAM的数据完成基2FFT的蝶形运算，各级蝶算输入为N位，输出为N+2位，溢出检测单元根据各级蝶算结果的最高三位判断该级蝶算的溢出，并送给数据转换单元和溢出累加单元，数据转换单元根据各级溢出从N+2位结果中取出N位以送给蝶算单元，溢出累加单元对各级溢出进行累加得到FFT结果的指数，指数和最后一级数据共同构成FFT模块的输出。

进一步的，步骤5.2所述模平方和，求模平方的公式为：

M²＝I²+R²；

其中FFT结果的实部定义为I，虚部定义为R；I和R并行进入蝶形单元，I和R依次由进入蝶形单元的系数通路进入，相乘得到I²、IR与R²、IR，在控制信号的控制下，将IR与IR相减，I²与R²相加得到M²，直接输出蝶形单元。

进一步的，所述蝶形运算单元，采用时域抽样DIT的基2蝶形运算。

进一步的，FFT变换采用正序输入、逆序输出、按时间抽取的原址运算，求模平方和运算则采用顺序输入、顺序输出方式抽取数据。

进一步的，所述地址产生单元要生成三种地址：FFT变换所需的系数地址与输入数据地址，FFT变换结果存放地址，以及求模平方和所需的输入数据地址；地址总线宽度保持一致。

本发明的优点在于：

本发明可以按指定频率对加速度信号进行采样，利用频域特征对侵彻过程中的穿层事件进行判断，并记录贯穿的靶体层数。对穿层信号的决断采用了信号中低频成分与高频成分的能量比例作为判据。这种判据的优点在于其具有统计意义，而非基于某个具体的信号幅值和宽度进行判断的，在不同战斗部侵彻不同靶体的过程中都具有普遍性。

本发明的硬目标层结构识别装置以弹体和目标钢筋混凝土靶板作为被测对象，对其结构进行识别。但本发明的硬目标层结构识别装置也能应用于其他测量对象，如对地下硬目标层结构进行识别。

附图说明

图1为本发明的硬目标层结构识别装置的结构示意图；

图2为在一个实施例中，本发明的硬目标层结构识别装置的信号处理模块的电荷放大器与压电传感器的等效电路；

图3为在一个实施例中，本发明的硬目标层结构识别装置的谱分析模块的结构框图；

图4为在一个实施例中，本发明的硬目标层结构识别装置的穿层决断器的逻辑流程。

图5是在一个实施例中，本发明的硬目标层结构识别装置的侵彻事件处理模块中递归方式实现基2FFT的结构框图；；

具体实施方式

本发明提出的硬目标层结构识别装置，采用频域的信号分析方法进行穿层事件的识别。采用频域信号分析工具通过对原始过载信号中的高频成分进行功率谱分析可以估计弹－引系统内部的应力波强度，从实际的数据来看，在战斗部侵彻靶体的过程中高频信号的能量与低频信号的能量之比是较低的，而且在穿出后的一段时间里能量已经基本集中于高频部分，这种不同频率成分的能量强度之比是具有统计意义的。利用频域特征进行侵彻事件的判断显然具有时域判据所不具备的优点。

为了克服现有侵彻弹药引信利用加速度信号的时域幅值特征对弹体侵彻硬目标层结构过程进行时容易发生误判的不足，本发明提供一种基于侵彻加速度频域特征的硬目标层结构识别装置，用于对硬目标层的结构进行识别，计算输出侵彻弹药的穿层数，为实现精确炸点控制提供保障。该装置包括加速度传感器、信号处理模块、AD控制模块、侵彻数据处理模块、存储模块、通信模块以及中心控制模块。

在测试过程中，所述的传感器连接到所要测试的对象上，所述传感器对所述对象的测试结果被传输到所述信号处理模块，由所述信号处理模块对包含测试结果的信号做放大、滤波处理；所述AD控制模块对包含测试结果进行分频处理，并将处理所得的模拟信号转换为数字信号；所述谱分析模块将所得的数字信号进行运算处理；在所述中心控制模块的控制下将经侵彻数据处理模块处理后的结果保存到所述存储模块中；在回收数据过程中，所述存储模块中的数据在所述中心控制模块的控制下通过所述通信模块传输给外部的计算机。

所述加速度传感器为能够抗高冲击的压电薄膜式加速度传感器。所述加速度传感器在所要测试的对象的待测试部位安装有一个。所述加速度传感器安装于引信体内靠后部位，对安装试验装置的引信体内腔空间利用发泡树脂进行固化灌封，提高系统的抗冲击能力。所述信号放大模块选用电荷前置放大器，一个所述传感器独连接到一个所述的电荷放大器；所述电荷放大器采用运算放大器来实现。所述AD控制模块包含数据转换接口、ADC器件、内置状态机和分频器。

所述AD控制模块是基于FPGA的数字信号处理系统，且可通过调整有限的控制状态和分频系数实现与不同ADC器件的接口，使系统可以按指定频率对信号进行采样。所述数据转换接口独立连接到所述的电荷放大器上。

上述技术方案中，所述侵彻数据处理模块包含谱分析模块和穿层决断模块。

所述谱分析模块包含地址产生单元、蝶形运算单元、块浮点运算单元；蝶形运算单元包含系数输入切换单元、数据输入切换单元、分频器、延时器和数据输出切换单元；块浮点运算单元包括溢出检测单元和溢出累加器。

所述穿层决断模块包含频带划分器、比较器和层计数器。

所述地址产生单元独立连接到所述AD控制模块。

上述技术方案中，所述存储模块包括存储数据选择器和存储数据接口。

所述存储数据选择器为非易失性存储器。

所述存储数据接口主要实现与非易失性存储器的接口，内置信号鉴幅器、非易失性存储器读写控制器和地址发生器，并通过内置的数据选择器允许系统记录不同的试验数据，使系统具备存储测试能力和数据读出能力，通过通信模块将所得数据输出到PC端。所述存储模块连接到所述层计数器。所述通信模块连接到所述存储模块。

上述技术方案中，所述中心控制模块包括控制中心单元和时钟单元。

所述中心控制模块向各功能模块发出使能信号，提供各种分频系数的时钟信号，协调各模块的工作流程，分配数据。

所述中心控制模块连接到所述存储数据选择器和所述存储数据接口。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

在对本发明做详细说明前，首先对本发明中所涉及的“硬目标层结构”、“侵彻加速度”加以定义。本发明中所述的“硬目标层结构”是指由钢筋混凝土、钢甲板等建筑与防护结构建筑而成的具有一定层高的加固目标中的各个建筑结构层、防护层，如典型建筑物中的楼层，厚度可达200mm～300mm，舰船中的甲板因船船不同可在数十毫米间变化；本发明中所述的“侵彻加速度”是指由内置于侵彻弹药引信的加速度传感器在战斗部侵彻硬目标过程中实时输出的加速度信号，而非运动学上的理论加速度，或其他的加速度。

参考图1，本发明的硬目标层结构识别装置包括加速度传感器、信号处理模块、AD控制模块、侵彻数据处理模块、存储模块、通信模块以及中心控制模块。在测试过程中，所述的传感器连接到所要测试的引信上，所述传感器对所述对象的测试结果被传输到所述信号放大模块，由所述信号放大模块对包含测试结果的信号做放大、滤波处理；所述AD控制模块对包含测试结果进行分频处理，并将处理所得的模拟信号转换为数字信号；所述谱分析模块将所得的数字信号进行运算处理；在所述中心控制模块的控制下将经侵彻数据处理模块处理后的结果保存到所述存储模块中；在回收数据过程中，所述存储模块中的数据在所述中心控制模块的控制下通过所述通信模块传输给外部的计算机。

下面对所述硬目标层结构识别装置的各个模块做进一步的说明。

所述加速度传感器能够将加速度信息转换成电荷信号。由于弹道测试的需要，所选用的加速度传感器应当具有抗高冲击的特点。在本实施例中，所述加速度传感器采用了能够抗高冲击的压电薄膜式加速度传感器，所述加速度传感器量程为10万g；电荷灵敏度为0.0479pC/g；线性度为7.4％；频响10kHz；外形尺寸≤Φ10mm×10mm。所述加速度传感器在所要测试的对象的待测试部位安装有一个。所述加速度传感器安装于引信体内靠后部位，对安装试验装置的引信体内腔空间利用发泡树脂进行固化灌封，提高系统的抗冲击能力。

所述信号处理模块用于将传感器输出的电荷信号转换为电压信号，并对其做放大、滤波等操作，以满足模数转换电路的工作要求。在本实施例中，所述信号处理模块中的电荷放大器采用运算放大器来实现。在运放的反馈回路上放置一个电容器构成积分网络对输入电流进行积分，这个电流是由传感器内部的高阻抗压电元件上产生的电荷形成的，放大器的输出电压与输入电荷成比例，因而也与加速度传感器所感受的加速度成比例，输出信号由反馈电容的容量进行幅度控制。图2中给出了本实施例中的电荷放大器与压电传感器的等效电路。在本实施例中，最关心的信号频率成分正是信号的低频部分，前置电荷放大器的低频性能的优劣决定了整个系统性能的优劣。在实际电路调试中，应根据实际要调整反馈电阻R_f和反馈电容C_f的数字，使电荷前置放大器尽可能地工作在有效的频率范围内。

所述AD转换模块用于将放大后的电压信号进行分频处理，并将经分频处理后的模拟信号转换成数字信号。所述数据转换接口要实现的功能就是对所述加速度传感器采集结果进行信号插值与预处理，使过载信息能够变换为数字电路所需的特定的数字过载激励文件；数据转换接口输入端连接的是ADC器件；所述ADC器件实现的功能是按指定的采样频率进行信号采样。在本实施例中，所述AD控制模块是基于FPGA的数字信号处理系统，主要完成对ADC器件的控制，内置状态机和分频器，且可通过调整有限的控制状态和分频系数实现与不同ADC器件的接口，使系统可以按指定频率对信号进行采样，采样频率为500k。

所述侵彻事件处理模块主要利用信号谱分析单元对侵彻过程中的穿层事件进行判断，并记录贯穿的靶体层数。所述侵彻数据处理模块包含谱分析模块和穿层决断模块。

所述谱分析模块要求实现基于超大规模集成电路(VLSI)硬件的FFT算法，并在此基础上实现求模平方算法；所述谱分析模块要求所占硬件资源少，结构简单，控制逻辑简单，处理器稳定，运算精度高。在本实施例中，所述谱分析模块中采用基2FFT算法，所述基2快速傅里叶变换的VLSI硬件结构采用蝶形的递归结构，所述基2FFT运算采用块浮点算法实现并在此基础上完成功率谱计算。图3给出了递归方式实现基2FFT的结构框图。为了降低系统对硬件规模的要求，在本实施例中，蝶形运算单元为FFT变换和求模平方运算所共用。图4给出了谱分析模块的结构框图。

所述FFT变换，地址产生单元分别产生旋转因子地址和数据地址，直接送给数据双端口RAM的地址是读原始数据和各级蝶形运算结果的地址，经延迟单元后送给数据双端口RAM的地址是写各级蝶形运算结果的地址，蝶形运算单元接收来自旋转因子ROM的旋转因子和来自数据双端口RAM的数据完成基2FFT的蝶形运算，各级蝶算输入为N位，输出为N+2位，溢出检测单元根据各级蝶算结果的最高三位判断该级蝶算的溢出，并送给数据转换单元和溢出累加单元，数据转换单元根据各级溢出从N+2位结果中取出N位以送给蝶算单元，溢出累加单元对各级溢出进行累加得到FFT结果的指数，指数和最后一级数据共同构成FFT模块的输出。

所述模平方和，求模平方的公式定义为M²＝I²+R²。FFT结果的实部定义为I，虚部定义为R。I和R并行进入蝶形单元，与此同时，I和R依次由进入蝶形单元的系数通路进入，相乘得到I²、IR与R²、IR，在控制信号的控制下，将IR与IR相减，I²与R²相加得到M²，直接输出蝶形单元。

所述蝶形运算单元，采用时域抽样(DIT)的基2蝶形运算，图5给出了蝶形运算单元逻辑流程。

所述地址产生单元要生成三种地址：FFT变换所需的系数地址与输入数据地址，FFT变换结果存放地址，以及求模平方和所需的输入数据地址。由于各级运算点数相等，地址总线宽度也将保持一致。在本实施例中，FFT变换采用正序输入、逆序输出、按时间抽取的原址运算方法，求模平方和运算则采用顺序输入、顺序输出方式抽取数据。旋转因子的实部虚部按顺序方式存储在内部块ROM中，也是按实部虚部顺序方式输入到蝶形运算单元中的。给出了各级蝶形运算的数据地址及旋转因子地址变换器的逻辑产生方法。各级蝶形运算地址产生单元产生各级蝶形运算的数据地址及旋转因子地址，给出了地址产生单元逻辑流程。

所述谱分析模块要求满足一定的实时性要求。在本实施例中，引信体长度为200mm，为便于数据寻址，M取2的整数幂较为便利，同时兼顾运算量与数据的连续性取M＝128，即每次刷新1/4的数据重新进行谱分析，则最大延迟时间为256us，当系统时钟频率不低于20MHz时，可实现具有128重合点的连续谱分析功能。

所述谱分析模块是基于FPGA的信号处理系统，在本实施例中，FPGA采用Altera公司的StartixII系列器件中的EP2S60。该器件内部资源包括：60400个逻辑单元，2544192位RAM存储单元，36个DSP模块，144个内部乘法器。

所述穿层决断模块包含频带划分器、比较器和层计数器。所述穿层决断模块要求所测数据具有统计意义和普遍性。在本实施例中，对所述穿层信号的决断采用了信号中低频成分与高频成分的能量比例作为判据。获得了全部512点的功率谱数据后，根据各频带能量之间的落差自动将数据分为低频和高频两部分，并将低频部分与高频部分得到的功率谱数据累加，送入比较单元进行判断。当高频部分的能量与低频部分能量大体持平时，可以认为战斗部已经贯穿了靶体，层计数器将获得一个穿层信号对层数进行累加。是穿层决断器的逻辑流程。

所述存储模块用于实现信号过载记录和处理结果记录，包括非易失性存储器、内置信号鉴幅器、非易失性存储器读写控制器和地址发生器。在本实施例中，所述非易失性存取器的技术指标为：抗冲击能力大于5万g；采样频率为400kHz；数据精度为8位精度；数据容量为32k字节。

所述中心控制模块向各功能模块发出使能信号，提供各种分频系数的时钟信号，协调各模块的工作流程，分配数据。

具体的说，所述中心控制模块对模数转换模块的控制包括：对AD转换模块的启动与终止的控制，对AD转换模块中多个数据通道之间的切换的控制，从所述模数转换模块中读取数据的控制；所述中心控制模块对侵彻数据处理模块的控制包括对数据产生和读写的控制，如地址逻辑的产生、读写或擦除操作的启动与终止、层计数器的计数控制；所述控制模块对通信模块的控制包括对通信模块何时以及如何从存储模块中读取数据的控制。

以上是对本发明的硬目标层结构识别装置的结构与功能的描述，下面以弹药发射为例，对其工作过程做详细说明。

步骤1)、弹药发射前，硬目标层结构识别装置工作于待机状态，并给该装置装订一定的层数；

步骤2)、弹药发射后，硬目标层结构识别装置开始工作，当弹药碰到目标后，其中的传感器不断采集待测试部位的加速度数据；

步骤3)、信号处理模块对传感器所采集的加速度数据做放大、滤波操作；

步骤4)、AD转换模块将经过放大、滤波的信号做模数转换；

步骤5)、侵彻事件处理模块对模数转换的结果进行运算处理，当高频部分的能量与低频部分能量大体持平时，可以认为战斗部已经贯穿了靶体，层计数器将获得一个穿层信号对层数进行累加，将这些数据保存到所述存储模块中；

步骤6)、当层计数器累加的层数与发射前给硬目标层结构识别装置装订的层数相同时，硬目标层结构识别装置给出输出信号，侵彻弹药达到所需的炸点。

在上述说明中，本发明的硬目标层结构识别装置以弹体和目标钢筋混凝土靶板作为被测对象，对其结构进行识别。但本发明的硬目标层结构识别装置也能应用于其他测量对象，如对地下硬目标层结构进行识别。

上述实例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照最佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于侵彻加速度频域特征的硬目标层结构识别方法，其特征在于，该方法用于操作基于侵彻加速度频域特征的硬目标层结构识别装置，该装置包括依次连接的加速度传感器、信号处理模块、AD控制模块、侵彻数据处理模块、存储模块、通信模块和中心控制模块；所述的方法包括以下步骤：

步骤1，弹药发射前，硬目标层结构识别装置被设置在待机状态，并给该装置装订预定的硬目标层的层数；

步骤2，弹药发射的同时，发出启动信号启动硬目标层结构识别装置进入工作状态，当弹药碰到目标后，加速度传感器不断采集待测试部位的侵彻加速度数据；

步骤3，信号处理模块接收加速度传感器采集的侵彻加速度数据，对所述的侵彻加速度数据执行放大和滤波；

步骤4，AD转换模块对经过信号处理模块放大和滤波的信号执行模数转换，输出数字化的侵彻数据；

步骤5，侵彻事件处理模块对输出数字化的侵彻数据执行运算处理，将数字化的侵彻数据和侵彻事件处理模块处理后的数据保存到存储模块中；

步骤6，当层计数器累加的层数与弹药发射前给硬目标层结构识别装置装订的预定的硬目标层的层数层数相同时，硬目标层结构识别装置给出输出信号，指示侵彻弹药达到所需的炸点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

步骤7，所述存储模块中的数据在所述中心控制模块的控制下通过所述通信模块传输给外部的计算机。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中信号处理模块对侵彻加速度数据的处理包括以下子步骤：

步骤3.1，所述信号处理模块中包括电荷放大器，将加速度传感器输出的电荷信号转换为电压信号；

步骤3.2，所述信号处理模块对所述电压信号执行放大和积分，获得加速度传感器输出信号频率的低频分量；

步骤3.3，调节信号处理模块中积分电路中反馈电阻R_f和反馈电容C_f的数值，使得信号处理模块的积分电路工作在有效频率范围区内。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中所述模拟数字转换包括以下子步骤：

步骤4.1，对信号处理模块输出的电压信号执行分频，划分成多个频段的信号，并将经分频处理后的模拟信号分别换成数字信号；

步骤4.2，AD控制模块系统按指定的采样频率对不同频段的输入信号进行采样，并输出多个数字化的侵彻数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中所述侵彻数据的运算处理采用蝶形运算单元执行FFT变换和求模平方运算，包括子步骤：

步骤5.1，对数字化的所述侵彻数据执行快速傅里叶变换FFT运算；

步骤5.2，对所述FFT运算的结果执行求模平方运算。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤5.1中所述FFT变换，地址产生单元分别产生旋转因子地址和数据地址，直接送给数据双端口RAM的地址是读原始数据和各级蝶形运算结果的地址，经延迟单元后送给数据双端口RAM的地址是写各级蝶形运算结果的地址，蝶形运算单元接收来自旋转因子ROM的旋转因子和来自数据双端口RAM的数据完成基2FFT的蝶形运算，各级蝶算输入为N位，输出为N+2位，溢出检测单元根据各级蝶算结果的最高三位判断该级蝶算的溢出，并送给数据转换单元和溢出累加单元，数据转换单元根据各级溢出从N+2位结果中取出N位以送给蝶算单元，溢出累加单元对各级溢出进行累加得到FFT结果的指数，指数和最后一级数据共同构成FFT模块的输出。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤5.2所述模平方和，求模平方的公式为：

M²＝I²+R²；

其中FFT结果的实部定义为I，虚部定义为R；I和R并行进入蝶形单元，I和R依次由进入蝶形单元的系数通路进入，相乘得到I²、IR与R²、IR，在控制信号的控制下，将IR与IR相减，I²与R²相加得到M²，直接输出蝶形单元。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的方法，其特征在于，所述蝶形运算单元，采用时域抽样DIT的基2蝶形运算。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，FFT变换采用正序输入、逆序输出、按时间抽取的原址运算，求模平方和运算则采用顺序输入、顺序输出方式抽取数据。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述地址产生单元要生成三种地址：FFT变换所需的系数地址与输入数据地址，FFT变换结果存放地址，以及求模平方和所需的输入数据地址；地址总线宽度保持一致。