【摘要】：弱磁檢測(cè)傳感器在軍事目標(biāo)監(jiān)測(cè)、地球資源勘探和地磁輔助導(dǎo)航等技術(shù)領(lǐng)域中具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。但是,我國(guó)目前尚無大量程、高分辨力、微小型化磁傳感器,仍然需要從國(guó)外進(jìn)口高分辨力(0.01nT)磁檢測(cè)傳感器。因此,研發(fā)高性能微小型弱磁檢測(cè)傳感器和微弱磁異信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng),仍然是我國(guó)在檢測(cè)領(lǐng)域上富有挑戰(zhàn)性的研究課題之一。微弱磁異信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)是由弱磁檢測(cè)傳感器和磁異信號(hào)采集與控制電路構(gòu)成的。由此,本文深入研究了高性能弱磁檢測(cè)傳感器、磁異信號(hào)采集與控制系統(tǒng)和磁異信號(hào)檢測(cè)算法的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。在研發(fā)高性能微小型弱磁傳感器方面,優(yōu)用最有發(fā)展前景的非晶態(tài)合金絲作為弱磁傳感器的磁敏組件。然后,對(duì)非晶絲GMI效應(yīng)進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,從而確定了非晶絲磁敏組件的關(guān)鍵參數(shù)。最后,利用非晶絲磁敏組件來設(shè)計(jì)和制作一種具有磁異探測(cè)和測(cè)距功能的微小型三軸磁傳感器——磁納(MANAR)。在磁異信號(hào)采集與控制系統(tǒng)方面,以單片機(jī)SIM3U167為核心,進(jìn)行了相關(guān)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。在磁異信號(hào)檢測(cè)技術(shù)方面,本文在磁異信號(hào)經(jīng)典正交基函數(shù)(OBF)檢測(cè)算法的基礎(chǔ)之上,提出了一種改進(jìn)的OBF檢測(cè)算法,即將自適應(yīng)噪聲抵消器和自適應(yīng)AR白化濾波器結(jié)合在一起,以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁異信號(hào)的預(yù)處理。由于固定AR白化濾波器對(duì)分形噪聲1/f?的白化效果不佳,影響了OBF檢測(cè)算法的性能,因此采用自適應(yīng)噪聲抵消器對(duì)被檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理,再利用自適應(yīng)AR白化濾波器對(duì)預(yù)處理信號(hào)進(jìn)行白化濾波,以實(shí)現(xiàn)OBF檢測(cè)算法的最優(yōu)化。理論仿真結(jié)果表明:當(dāng)?值接近于0時(shí),改進(jìn)的OBF檢測(cè)算法的處理增益略高于未經(jīng)白化的OBF檢測(cè)算法;當(dāng)?值接近于2時(shí),改進(jìn)的OBF檢測(cè)算法的處理增益略高于基于AR白化濾波器的OBF檢測(cè)算法;當(dāng)?值約等于0.8時(shí),改進(jìn)的OBF檢測(cè)算法的處理增益高于其他兩種算法7dB。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)的OBF檢測(cè)算法可以檢測(cè)更微弱的磁異信號(hào)。
[Abstract]:The weak magnetic detection sensor has broad development space and application prospect in the fields of military target monitoring, earth resource exploration and geomagnetic aided navigation. However, there is no large number of range, high resolution, micro and miniaturized magnetic sensors in China, so it is still necessary to import high resolution (0.01nT) magnetic detection sensors from abroad. Therefore, the research and development of high performance micro magnetic weak magnetic detection sensor and weak magnetic signal detection system is still one of the challenging research topics in the field of detection in China. Weak magnetic signal detection system is composed of weak magnetic detection sensor and magnetic signal acquisition and control circuit. Therefore, the realization technology of high performance weak magnetic detection sensor, magnetic signal acquisition and control system and magnetic signal detection algorithm is studied in this paper. In the research and development of high performance micro magnetic weak magnetic sensors, the most promising amorphous alloy wire is used as the magnetic sensing module of the weak magnetic sensors. Then, the GMI effect of amorphous wire is theoretically analyzed and verified by experiments, and the key parameters of the magnetic sensing module of amorphous wire are determined. Finally, a micro triaxial magnetic sensor with magnetic difference detection and ranging function is designed and fabricated by using amorphous wire magnetic sensing module, which is called magnetic nanosensor (MANAR). In the aspect of magnetic signal acquisition and control system, the related hardware and software are designed with SIM3U167 as the core. In the aspect of magnetic signal detection, based on the classical orthogonal basis function (OBF) detection algorithm of magnetic signal, an improved OBF detection algorithm is proposed in this paper. The adaptive noise canceller and the adaptive AR whitening filter are combined to realize the preprocessing of the magnetic signal. Because of the fixed AR whitening filter for fractal noise 1 / f? Therefore, adaptive noise canceller is used to preprocess the detected signal, and then the adaptive AR whitening filter is used to whiten the pre-processed signal. In order to realize the optimization of OBF detection algorithm. The theoretical simulation results show that: when? When the value is close to zero, the processing gain of the improved OBF detection algorithm is slightly higher than that of the unwhitened OBF detection algorithm. When the value is close to 2, the processing gain of the improved OBF detection algorithm is slightly higher than that of the OBF detection algorithm based on AR whitening filter. When the value is about 0. 8, the processing gain of the improved OBF detection algorithm is higher than that of the other two algorithms. Experimental results show that the improved OBF detection algorithm can detect weaker magnetic signals.
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP212;TN911.23

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