一種引信探測器及其探測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種引信探測器及其探測方法，該引信探測器包括探測模塊、信號處理模塊、反饋模塊、目標識別模塊和執(zhí)行模塊；探測模塊探測目標信息，輸出多諧信號；信號處理模塊與探測模塊相連，輸出直流電壓信號；反饋模塊兩端分別連接信號處理模塊和探測模塊，對探測模塊進行反饋；目標識別模塊與信號處理模塊相連，輸出識別信息；執(zhí)行模塊與目標識別模塊相連，執(zhí)行引爆操作。本發(fā)明利用非晶絲的巨磁阻抗效應，通過非晶絲微磁探測器探測電路探測目標信息并轉(zhuǎn)化成多諧信號，通過數(shù)據(jù)處理模塊濾除多諧信號中的基波及次諧波輸出直流電壓信號，并設置反饋模塊產(chǎn)生反饋磁場，對探測模塊進行反饋，消除外界磁場的影響，提高了探測器的探測精度。
【專利說明】一種弓I信探測器及其探測方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及引信【技術領域】，具體涉及一種引信探測器及其探測方法。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)代戰(zhàn)爭越來越向著信息化、立體化、快速、多變的方向發(fā)展，從而對導航、制導及引信等武器系統(tǒng)的智能化、精確化、小型化、抗干擾能力與實時性等方面提出了新的要求。特別是針對導彈的三維地磁匹配制導系統(tǒng)、磁近炸引信、可攻頂反坦克導彈復合引信等現(xiàn)代武器裝備系統(tǒng)，由于原有的基于傳統(tǒng)的晶態(tài)磁性材料的傳感探測技術在靈敏度、響應速度、溫度特性、功耗以及微型化等方面都存在很大不足，對探測精度造成很大影響。
[0003]非晶絲是一種新型磁性材料，1992年日本名古屋大學K.Mohri教授等發(fā)現(xiàn)，當高頻電流或脈沖電流通過Co-Fe-S1-B非晶絲時，絲阻抗沿軸向外磁場發(fā)生了巨大的變化，相對變化率可達到50-100%,稱其為巨磁阻抗(Giant Magneto-1mpedance, GMI)效應。它比1988年發(fā)現(xiàn)的巨磁電阻效應值高I到2個數(shù)量級，是目前世界上對微弱磁場最敏感的信息傳感材料。它可以直接接入集成電路，制成靈敏度高、響應快、穩(wěn)定性高、功耗低的微型GMI磁場傳感器。因此提出一種基于非晶絲微磁物理場的引信探測器和探測方法具有舉足輕重的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服以上不足，提供了一種有效提高探測精度的基于非晶絲微磁物理場的引信探測器及其探測方法。
[0005]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是:一種引信探測器，包括探測模塊、信號處理模塊、反饋模塊、目標識別模塊和執(zhí)行模塊；
[0006]所述探測模塊采用非晶絲微磁探測器探測電路，用于探測目標信息，并輸出反映探測目標信息的多諧信號；
[0007]所述信號處理模塊與所述探測模塊相連，對所述多諧信號進行處理并輸出直流電壓信號；
[0008]所述反饋模塊兩端分別連接所述信號處理模塊和探測模塊，將信號處理模塊輸出的直流電壓信號進行V/I轉(zhuǎn)換，輸出隨外磁場變化的電流信號，并產(chǎn)生反饋磁場，對探測模塊進行反饋；
[0009]所述目標識別模塊與所述信號處理模塊相連，對所述直流電壓信號進行目標識另Ij，輸出識別信息；
[0010]所述執(zhí)行模塊與所述目標識別模塊相連，根據(jù)所述識別信息執(zhí)行引爆操作。
[0011]進一步的，所述非晶絲微磁探測器探測電路包括單磁芯雙繞組諧振電路和非晶絲脈沖電流激勵電路，所述單磁芯雙繞組諧振電路針對非晶絲采用雙線并繞法均勻密繞兩組線圈，將兩組線圈串聯(lián)反接，公共端接至橋路電源正極，所述非晶絲脈沖電流激勵電路給所述單磁芯雙繞組諧振電路中的非晶絲提供勵磁電流信號，使非晶絲產(chǎn)生阻抗效應。
[0012]進一步的，所述非晶絲脈沖電流激勵電路由科爾皮茲振蕩電路和非晶絲微分緩沖激勵電路復合而成。
[0013]進一步的，所述信號處理模塊包括依次連接的差分高通濾波器、第一放大器、RC低通濾波器和第二放大器，所述第二放大器的輸出端連接所述反饋模塊，所述第一個放大器的增益大于第二個放大器。
[0014]進一步的，所述信號處理模塊還包括微控制器和與所述微控制器輸出端相連的峰值檢波電路，所述微控制器與第二放大器的輸出端相連，將第二放大器的輸出數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并輸出至峰值檢波電路進行信號峰值檢測。
[0015]進一步的，所述反饋模塊包括依次連接的比較器、V/I轉(zhuǎn)換電路、反饋線圈和反饋電阻，所述比較器的第一輸入端與所述信號處理模塊的輸出端相連，輸出端與v/ι轉(zhuǎn)換電路相連。
[0016]進一步的，所述信號處理模塊和所述目標識別模塊之間設有微控制器和峰值檢波電路。
[0017]進一步的，所述目標識別模塊包括依次串接的數(shù)據(jù)采集及預處理電路、干擾信號識別及閉鎖電路、頻率及幅度識別電路、增幅速率識別電路、信號持續(xù)時間識別電路和特性準則識別電路。
[0018]本發(fā)明還提供一種如上所述的引信探測器的探測方法，包括以下步驟:
[0019]S1:探測模塊采用非晶絲微磁探測器探測電路探測目標信息，并輸出多諧信號；
[0020]S2:信號處理模塊對所述多諧信號進行處理并輸出直流電壓信號；
[0021]S3:反饋模塊將所述直流電壓信號與參考值進行比較之后經(jīng)過V/I轉(zhuǎn)換，輸出隨外磁場變化的電流信號，并產(chǎn)生反饋磁場，對探測模塊進行反饋；
[0022]S4:目標識別模塊對所述直流電壓信號進行目標識別，輸出識別信息；
[0023]S5:執(zhí)行模塊根據(jù)所述識別信息判斷并執(zhí)行引爆操作。
[0024]進一步的，所述步驟S4中的目標識別包括數(shù)據(jù)采集及預處理和識別處理。
[0025]進一步的，所述識別處理是指:對數(shù)據(jù)的干擾信號識別、頻率識別、幅度識別、信號持續(xù)時間識別及特性準則識別。
[0026]本發(fā)明提供引信探測器及其探測方法，利用非晶絲的巨磁阻抗效應，通過非晶絲微磁探測器探測電路準確探測目標信息并轉(zhuǎn)化成多諧信號，通過數(shù)據(jù)處理模塊濾除多諧信號中的基波及次諧波輸出直流電壓信號，并設置反饋模塊產(chǎn)生反饋磁場，對探測模塊進行反饋，消除了外界磁場的影響，大大提高了探測器的探測精度和穩(wěn)定性；當沒有高頻交變電流或脈沖激勵時非晶絲不會顯示出任何磁特性，可有效抵御彈道上的各種有源或無源干擾，此外由于非晶絲體積小，有利于該類武器系統(tǒng)的微小型化，因此本發(fā)明對引信探測領域的發(fā)展具有舉足輕重的作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明引信探測器的原理圖；
[0028]圖2是本發(fā)明單磁芯雙繞組諧振電路結構圖；
[0029]圖3是本發(fā)明非晶絲脈沖電流激勵電路結構圖；
[0030]圖4是本發(fā)明信號處理模塊和反饋模塊結構圖；
[0031]圖5是本發(fā)明目標識別模塊結構圖；
[0032]圖6是本發(fā)明引信探測器探測和引信方法流程圖；
[0033]圖7是本發(fā)明目標識別模塊流程圖。
[0034]圖中所示:1、探測模塊；2、信號處理模塊；3、反饋模塊；4、目標識別模塊；5、執(zhí)行模塊。

【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本發(fā)明作詳細描述:
[0036]如圖1所示，本發(fā)明提供一種引信探測器，包括探測模塊1、信號處理模塊2、反饋模塊3、目標識別模塊4和執(zhí)行模塊5。
[0037]探測模塊I采用非晶絲微磁探測器探測電路，包括單磁芯雙繞組諧振電路和非晶絲脈沖電流激勵電路，如圖2所示，單磁芯雙繞組諧振電路中針對非晶絲采用雙線并繞法均勻密繞兩組線圈，將兩組線圈串聯(lián)反接，其公共端接至橋路電源正極，同時單磁芯雙繞組諧振電路設有兩個高頻振蕩管Trt、I；2，當一個高頻振蕩管Trt導通時，另一個高頻振蕩管1；2處于截止狀態(tài)，導通管的電流從零增至最大值，截止管的電流從最大值減為零，完成前半個振蕩周期，后半個周期剛好與之相反，一個周期內(nèi)，流過兩組線圈中的交變電流交替對非晶絲勵磁；如圖3所示，非晶絲脈沖電流激勵電路由科爾皮茲振蕩電路Ul以及包括電容C2和電阻R2的非晶絲微分緩沖激勵電路復合而成，用于給所述單磁芯雙繞組諧振電路中的非晶絲提供勵磁電流信號，使非晶絲產(chǎn)生阻抗效應，由此對目標進行信息探測，并輸出反映探測目標信息的多諧信號。采用單磁芯雙繞組多諧振蕩橋電路相比單磁芯單線圈電路具有靈敏度高、定距精度好的優(yōu)點，同時也彌補了雙磁芯多諧振蕩探測器線性度、線性范圍差的缺陷，使探測器的探測靈敏度得到有效的提高。
[0038]如圖4所示，信號處理模塊2的輸入端與所述探測模塊I的輸出端相連，所述信號處理模塊2包括依次連接的差分高通濾波器、第一放大器、RC低通濾波器、第二放大器、微控制器和與微控制器輸出端相連的峰值檢波電路。具體地，探測模塊I的輸出信號通過差分高通濾波器后，由第一放大器進行信號放大，然后通過RC低通濾波器進行濾波，接著通過第二個放大器再次進行信號放大，得到信號的直流分量，輸出直流電壓信號至反饋模塊3和微控制器，所述微控制器將第二放大器的輸出數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并輸出至峰值檢波電路進行信號峰值檢測。具體的，差分高通濾波器采用雙腳濾波器，其具有較高的共模抑制比和截止頻率，可消除探測電路中干擾信號；第一放大器與第二放大器用于使探測器的探測信號具有較大的信號增益，同時為了減小噪聲系數(shù)，使第一個放大器的增益大于第二個放大器，所述第二放大器的輸出端連接所述反饋模塊。具體的，低通濾波器采用兩個巴特沃斯(Butterworth) 二階低通濾波器級聯(lián)而成,可有效抑制噪聲，并消除基波和次諧波分量，最后通過第二個放大器，得到信號的直流分量，輸出直流電壓信號。
[0039]請繼續(xù)參照圖4，反饋模塊3輸入端連接信號處理模塊2，輸出端連接至探測模塊I。其具體包括比較器、V/I轉(zhuǎn)換電路以及反饋線圈和反饋電阻。所述比較器的第一輸入端與信號處理模塊2中第二放大器的輸出端相連，比較器的第二輸入端為根據(jù)具體情況設計的參考值，比較器計算信號處理模塊2輸出的直流電壓信號與參考值的差值后輸出，并通過V/I轉(zhuǎn)換電路進行V/I轉(zhuǎn)換，輸出隨外磁場變化的電流信號，并在反饋線圈和反饋電阻中產(chǎn)生與外磁場Hrai反向的反饋磁場Hf，用于削弱非晶絲的外磁場，從而使探測模塊I不受外界因素的影響。需要說明的是，V/I轉(zhuǎn)換電路可使非晶絲工作在零場附近的線性區(qū)域；此夕卜，為了減少測量誤差，反饋電阻Rf采用溫度系數(shù)小的精密電阻。反饋模塊3使引信探測器的性能得到顯著提高。
[0040]目標識別模塊4的輸入端與信號處理模塊2的輸出端相連。如圖5所示，目標識別模塊4包括:依次串聯(lián)的數(shù)據(jù)采集及預處理電路、干擾信號識別及閉鎖電路、頻率及幅度識別電路、增幅速率識別電路、信號持續(xù)時間識別電路和特性準則識別電路。具體的，數(shù)據(jù)采集及預處理電路與信號處理模塊2中峰值檢波電路的輸出端連接，目標識別模塊4用于對峰值檢波電路的輸出信號依次進行干擾信號識別、頻率識別、幅度識別、信號持續(xù)時間識別及特性準則識別之后輸出識別信息；執(zhí)行模塊5與目標識別模塊4的輸出端相連，根據(jù)識別信息執(zhí)行弓I爆操作。
[0041]本發(fā)明還提供一種采用如上所述的引信探測器對目標進行引信探測方法，包括以下步驟，如圖1-6所示:
[0042]S1:探測模塊I采用非晶絲微磁探測器探測電路探測目標信息，并輸出多諧信號，具體的，探測模塊包括單磁芯雙繞組諧振電路和非晶絲脈沖電流激勵電路，單磁芯雙繞組諧振電路中針對非晶絲采用雙線并繞法均勻密繞兩組線圈，將兩組線圈串聯(lián)反接，其公共端接至橋路電源正極；非晶絲脈沖電流激勵電路由科爾皮茲振蕩電路和非晶絲微分緩沖激勵電路復合而成，用于給所述單磁芯雙繞組諧振電路中的非晶絲提供勵磁電流信號，使非晶絲產(chǎn)生阻抗效應，由此對目標進行信息探測，并輸出反映探測目標信息的多諧信號。
[0043]S2:信號處理模塊2對所述多諧信號進行處理并輸出直流電壓信號，具體的，直流電壓信號通過差分高通濾波器消除干擾信號之后通過第一放大器進行信號放大，然后通過RC低通濾波器，有效抑制噪聲，并消除基波和次諧波分量，最后通過第二個放大器，得到信號的直流分量，輸出直流電壓信號。
[0044]S3:反饋模塊3將所述直流電壓信號與參考值進行比較之后經(jīng)過V/I轉(zhuǎn)換，輸出隨外磁場變化的電流信號，并產(chǎn)生反饋磁場，對探測模塊進行反饋；需要說明的是，反饋模塊包括比較器、V/I轉(zhuǎn)換電路、反饋線圈和反饋電阻，比較器的第一輸入端與信號處理模塊的輸出端相連，比較器的第二輸入端為根據(jù)具體情況設計的參考值，比較器輸出信號處理模塊輸出的直流電壓信號與參考值的差值，并通過V/I轉(zhuǎn)換電路進行V/I轉(zhuǎn)換，輸出隨外磁場變化的電流信號，并在反饋線圈中產(chǎn)生與外磁場Hrai反向的反饋磁場Hf，用于削弱非晶絲的外磁場，從而探測模塊使其不受外界因素的影響。
[0045]S4:目標識別模塊對所述直流電壓信號進行目標識別，如圖7所示，首先采集256個數(shù)據(jù)，并對采集到的數(shù)據(jù)進行去均值、歸一化和小波消噪預處理，接著讀取其中的每個數(shù)據(jù)依次進行干擾信號識別、頻率識別、幅度識別、信號持續(xù)時間識別及特性準則識別，最終輸出識別信息。
[0046]S5:執(zhí)行模塊根據(jù)識別信息執(zhí)行引爆操作，當識別信息具有既定的引爆特征時，發(fā)出引爆信號，反之不發(fā)出引爆信號。
[0047]綜上所述，本發(fā)明提供引信探測器及方法，利用非晶絲的巨磁阻抗效應，通過非晶絲微磁探測器探測電路準確探測目標信息并轉(zhuǎn)化成多諧信號，通過數(shù)據(jù)處理模塊2濾除多諧信號中的基波及次諧波輸出直流電壓信號，并設置反饋模塊3產(chǎn)生反饋磁場，對探測模塊I進行反饋，消除外界磁場的影響，大大提高了探測器的探測精度和穩(wěn)定性；當沒有高頻交變電流或脈沖激勵時非晶絲不會顯示出任何磁特性，可有效抵御彈道上的各種有源或無源干擾，同時由于非晶絲體積小，有利于該類武器系統(tǒng)的微小型化，因此本發(fā)明提出的引信探測器對引信探測領域的發(fā)展具有舉足輕重的作用。
[0048]雖然說明書中對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但這些實施方式只是作為提示，不應限定本發(fā)明的保護范圍。在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)進行各種省略、置換和變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種引信探測器，其特征在于，包括探測模塊、信號處理模塊、反饋模塊、目標識別模塊和執(zhí)行模塊； 所述探測模塊采用非晶絲微磁探測器探測電路，用于探測目標信息，并輸出反映探測目標信息的多諧信號； 所述信號處理模塊與所述探測模塊相連，對所述多諧信號進行處理并輸出直流電壓信號; 所述反饋模塊兩端分別連接所述信號處理模塊和探測模塊，將信號處理模塊輸出的直流電壓信號與參考值進行比較之后經(jīng)過V/I轉(zhuǎn)換，輸出隨外磁場變化的電流信號，并產(chǎn)生反饋磁場，對探測模塊進行反饋； 所述目標識別模塊與所述信號處理模塊相連，對所述直流電壓信號進行目標識別，輸出識別信息； 所述執(zhí)行模塊與所述目標識別模塊相連，根據(jù)所述識別信息執(zhí)行引爆操作。
2.根據(jù)權利要求1所述的引信探測器，其特征在于，所述非晶絲微磁探測器探測電路包括單磁芯雙繞組諧振電路和非晶絲脈沖電流激勵電路，所述單磁芯雙繞組諧振電路針對非晶絲采用雙線并繞法均勻密繞兩組線圈，將兩組線圈串聯(lián)反接，公共端接至橋路電源正極；所述非晶絲脈沖電流激勵電路給所述單磁芯雙繞組諧振電路中的非晶絲提供勵磁電流信號，使非晶絲產(chǎn)生阻抗效應。
3.根據(jù)權利要求2所述的引信探測器，其特征在于，所述非晶絲脈沖電流激勵電路由科爾皮茲振蕩電路和非晶絲微分緩沖激勵電路復合而成。
4.根據(jù)權利要求1所述的引信探測器，其特征在于，所述信號處理模塊包括:依次連接的差分高通濾波器、第一放大器、RC低通濾波器和第二放大器，且所述第一個放大器的增益大于第二個放大器。
5.根據(jù)權利要求4所述的引信探測器，其特征在于，所述信號處理模塊還包括微控制器和與所述微控制器輸出端相連的峰值檢波電路，所述微控制器與第二放大器的輸出端相連，將第二放大器的輸出數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并輸出至峰值檢波電路進行信號峰值檢測。
6.根據(jù)權利要求4所述的引信探測器，其特征在于，所述反饋模塊包括依次連接的比較器、V/I轉(zhuǎn)換電路、反饋線圈和反饋電阻，所述比較器的第一輸入端與所述信號處理模塊的輸出端相連，比較器的輸出端與V/I轉(zhuǎn)換電路相連。
7.根據(jù)權利要求1所述的引信探測器，其特征在于，所述目標識別模塊包括依次串聯(lián)的數(shù)據(jù)采集及預處理電路、干擾信號識別及閉鎖電路、頻率及幅度識別電路、增幅速率識別電路、信號持續(xù)時間識別電路和特性準則識別電路。
8.一種引信探測方法，其特征在于，包括以下步驟: 51:探測模塊采用非晶絲微磁探測器探測電路探測目標信息，并輸出多諧信號； 52:信號處理模塊對所述多諧信號進行處理并輸出直流電壓信號； 53:反饋模塊將所述直流電壓信號與參考值進行比較之后經(jīng)過V/I轉(zhuǎn)換，輸出隨外磁場變化的電流信號，并產(chǎn)生反饋磁場，對探測模塊進行反饋； 54:目標識別模塊對所述直流電壓信號進行目標識別，輸出識別信息； 55:執(zhí)行模塊根據(jù)所述識別信息執(zhí)行引爆操作。
9.根據(jù)權利要求8所述的引信探測方法，其特征在于，所述步驟S4中的目標識別包括數(shù)據(jù)采集及預處理和識別處理。
10.根據(jù)權利要求8所述的引信探測方法，其特征在于，所述識別處理是指:對數(shù)據(jù)的干擾信號識別、頻率識別、幅度識別、信號持續(xù)時間識別及特性準則識別。
【文檔編號】G01V3/08GK104345349SQ201410593886
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權日:2014年10月29日
【發(fā)明者】胡秀娟, 計春雷, 黎明 申請人:上海電機學院