本发明涉及一种多通道磁感高速目标探测器，属于高速目标探测领域。
背景技术：
目标探测是信息获取的主要途径，而信息的获取主要是通过探测器实现的。目标信息主要包括目标的位置坐标、距离、方位角等数据信息，而探测系统根据不同的目标信息选用的传感器也各不相同，目前常用的传感器采用的探测体制主要有无线电、激光、红外、磁和声等。磁探测体制具有抗电子干扰能力强，测量结果不受雨、雾等恶劣环境影响的优势而被广泛应用，同时，对于高速铁磁性运动目标，磁探测作为一种被动式的探测测量方法还有不易被发现(即隐身)的优点，这也是被广泛应用的另一原因。
磁探测技术是研究与磁现象有关的物理探测技术，通过非接触式的探测方法，测量固定或移动目标的磁场，并通过信息处理将探测参量转变成相关目标信息物理量。基于磁探测技术实现对高速铁磁性运动目标探测，着力实现磁探测过程的实时处理，为铁磁性运动目标的精确探测识别提供有力的理论和应用支撑具有重要的实际工程应用价值。
技术实现要素：
本发明公开的一种多通道磁感高速目标探测器要解决的技术问题为：针对多个高速铁磁性运动目标引起的多个磁感探测敏感单元输出变化，借助高速数字信号处理技术实现对其进行实时探测、识别、存储以及处理，具有如下优点：(1)利用基于可编程逻辑器件fpga的数据多维度解算方法解决高速运动目标特性的判据问题；(2)应用交错双平面编程技术实现多通道数据的高速实时处理；(3)体积小、功耗低；环境适应性好，可全天候全温度范围内长期稳定可靠工作；(4)结构简单、安装方便、经济性好、后期维护容易。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种多通道磁感高速目标探测器，包括信号调理模块、信号采集模块、数据处理模块、电源管理模块、背板总线模块。
高速铁磁性运动目标引起基于gmi巨磁阻抗效应的磁感探测敏感单元输出电压发生变化探测，其输出电压信号均为微弱电压信号，幅度及变化范围均为mv级信号，驱动能力较弱，所述的输出电压信号为多通道磁感高速目标探测器的输入电压信号。多通道磁感高速目标探测器配置n个探测通道，磁感探测敏感单元的输出电压信号首先进入多通道磁感高速目标探测器内部信号调理模块。信号调理模块针对输入电压信号变化特点为所有通道配置仪表放大模块、分压网络模块、高阶抗混叠滤波模块和二阶无限增益低通滤波模块。多通道磁感高速目标探测器输入电压信号经过信号调理模块仪表放大、分压、高阶抗混叠滤波以及低通滤波之后通过内部总线接口进入多通道磁感高速目标探测器信号采集模块。
信号采集模块包括a/d模数转换模块、主控制单元、nandflash存储单元和内部总线接口。信号采集模块通过内部总线接口接收来自信号调理模块的n通道输入信号。n通道输入信号首先进入a/d模数转换模块；a/d模数转换模块由主控制单元控制以实现n通道输入信号分时模拟/数字信号转换功能；转换后的n通道数字信号在主控制单元作用下进行编帧打包和数据分流：一方面，数据进入nandflash存储单元；另一方面，数据进入内部总线接口输出至数据处理模块。由于高速铁磁性运动目标引起的变化的电压信号为高频信号，单通道采样率和总采样率均较高，单位时间产生的数据量巨大，对于固定时间长度将产生海量数据需要进行实时处理，通过主控制单元应用交错双平面编程方法实现对nandflash存储单元多通道数据的高速实时处理。
作为优选，信号采集模块通过主控制单元采用应用交错双平面编程方法实现对nandflash存储单元多通道数据的高速实时处理。
交错双平面编程建立在nandflash存储器的空间构成上以平面交错方式在多个页面上同时展开写入和编程操作。采用k9wbg08u1m，容量4gbytes，由两片2gbytes的存储器构成，空间包含n个平面，页容量4kbytes，晶振频率60mhz，1/2分频，采用交错双平面编程方法的具体步骤是：
步骤1：利用双平面编程技术对第1个2gbytes存储器第1个和第2个平面的第1页4kbytes分别进行命令及数据顺序写入；
步骤2：利用双平面编程技术对第2个2gbytes存储器第1个和第2个平面的第1页4kbytes分别进行命令及数据写入；
步骤3：步骤1和步骤2的两片2gbytes存储器操作之间无等待时间；
步骤4：步骤2之后等待约50μs，重复步骤1至4。
步骤5：交错双平面编程结束。
上述步骤1至4在实际应用中表现为多次循环，步骤4中出现的50μs等待时间对应步骤2中第2个2gbytes存储器第2个平面的第1页4kbytes的页编程时间。单次循环写入4页共16kbytes数据量，但整体等待时间只有50μs。在60mhz的1/2分频情况下，采用交错双平面编程的单次循环平均写入速度达到27.437mbytes/s，已经远远高出正常模式中13.5mbytes/s的速度，能够满足实现对nandflash存储单元多通道数据的高速实时处理要求。
数据处理模块通过内部总线接口接收来自信号采集模块的经过编帧打包好的数字量数据包。高速铁磁性运动目标在接近磁感探测器敏感单元时，其运动特征反应在电压信号输出上是呈正向上升的指数函数曲线。为准确进行高速目标探测和识别，数据处理模块中央数据处理单元首先对接收到的数据包进行多通道数据解析，针对单通道采样率高以及总采样单位时间数据量丰富的特点，基于数据多维度处理算法准确进行高速目标探测和识别，通过流水线操作，实现对n通道数据的高速处理，实时解算高速铁磁性运动目标运动曲线斜率列表和高速铁磁性运动目标运动曲线二次斜率，解算斜率与原始数据一并打包存储和上传，为探测器外围设备进一步决策提供可靠准确的判断依据，所述的曲线斜率即加速度，曲线二次斜率即加加速度。探测器与外围设备之间具有信息交互功能。所述的外围设备包括上位机。
作为优选，数据处理模块中基于数据多维度处理算法准确进行高速目标探测和识别实现步骤如下：
步骤(1)：数据处理模块中央数据处理单元首先对接收到的数据包进行多通道数据解析；
步骤(2)：中央数据处理单元产生固定时间间隔作为多维度数据处理时钟；
步骤(3)：建立n个进程分别对n个通道数据进行预处理，单通道数据按照一定顺序进入预处理缓冲器；
步骤(4)：每个预处理缓冲器地址差大于1时，则进行瞬时加速度计算：
k1＝data2-data1
步骤(5)：单通道k1分别进入二次预处理缓冲器；
步骤(6)：重复步骤(4)至(5)，二次预处理缓冲器地址差大于1时，进行瞬时加加速度计算：
t1＝k2-k1
步骤(7)：按照时间顺序对数据分通道分类别进行打包编帧，统一存储和上传，为探测器外围设备进一步决策提供可靠准确的判断依据。
作为优选，探测器与外围设备之间具有信息交互功能优选采用usb接口通信方式，探测器数据处理模块通过usb接口接收来自上位机下发的指令，并反馈信息或上传数据，远程通讯接口具备短路保护功能。
电源管理模块为n通道磁感高速目标探测器提供供配电源。外部交流电源输入至电源管理模块的线性电源模块，完成交直流电源转换；转换后的直流电压进入稳压滤波模块进行电源电压滤波和稳压；滤波稳压后的电源电压直接通过智能锂电池充电芯片为低温锂电池组进行充电。
作为优选，低温锂电池组包含两块可充电低温锂电池，电池容量不小于2000mah，放电电流不小于0.5c，充电电流编程可调；低温锂电池组输出电压通过内部总线接口为多通道磁感高速目标探测器所有组成模块进行供配电。
背板总线模块用于完成多通道磁感高速目标探测器中信号调理模块、信号采集模块、数据处理模块以及电源管理模块之间的通讯互联。
所述的配置n个探测通道根据多通道磁感高速目标探测器探测能力和使用需求而定。作为优选，所述的配置n个探测通道数量优选8个。
有益效果：
1、本发明公开的一种多通道磁感高速目标探测器，基于gmi巨磁阻抗效应实现针对多个高速铁磁性运动目标引起的多个磁感探测敏感单元输出变化非接触式探测，相比较目前常用的诸如无线电、激光、红外、声探测体制而言，抗电子干扰能力强，测量结果不受雨、雾等恶劣环境影响，同时，对于高速铁磁性运动目标，磁探测作为一种被动式的探测测量方法还有不易被发现(即隐身)的优点。
2、由于高速铁磁性运动目标引起的变化的电压信号为高频信号，单通道采样率和总采样率均较高，单位时间产生的数据量巨大，对于固定时间长度将产生海量数据需要进行实时处理。本发明公开的一种多通道磁感高速目标探测器，通过主控制单元应用交错平面编程方法实现对nandflash存储单元多通道数据的高速实时处理。
3、针对单通道采样率高以及总采样单位时间数据量丰富的特点，本发明公开的一种多通道磁感高速目标探测器，基于数据多维度处理算法，通过流水线操作，实现对n通道数据的高速处理，实时解算高速铁磁性运动目标运动曲线斜率列表和高速铁磁性运动目标运动曲线二次斜率，解算斜率与原始数据一并打包存储和上传，为探测器外围设备进一步决策提供可靠准确的判断依据，即利用基于可编程逻辑器件fpga的数据多维度解算方法解决高速运动目标特性的判据问题
附图说明
图1多通道磁感高速目标探测器系统组成；
图2信号调理模块原理框图；
图3信号采集模块原理框图；
图4数据处理模块原理框图；
图5电源管理模块原理框图。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
本实施例以下述技术指标开展设计，说明本发明的目的和优点。
a)高速铁磁性运动目标速度范围：0-1500m/s；
b)通道数量：8；
b)编码字长：16bit；
c)单通道采样率：≮300kbps
e)频响：dc-30khz；
本实施例公开的一种多通道磁感高速目标探测器包括信号调理模块、信号采集模块、数据处理模块、电源管理模块、背板总线模块。
高速铁磁性运动目标引起基于gmi巨磁阻抗效应的磁感探测敏感单元输出电压发生变化在0-100mv，其均为微弱电压信号，频率响应带宽高至30khz。多通道磁感高速目标探测器配置8个探测通道，磁感探测敏感单元的输出电压信号首先进入多通道磁感高速目标探测器内部信号调理模块。信号调理模块针对输入电压变化特点为所有通道配置仪表放大模块、分压网络模块、高阶抗混叠滤波模块以及二阶无限增益低通滤波模块。其中，仪表放大模块放大倍数为30倍，并设置0.125v参考电压；分压网络对放大后的电压进行等比例跟随以增强其驱动能力；为了消除信号采集模块高频采样过程中的混叠现象，信号调理电路采用ltc1569高阶椭圆型抗混叠低通滤波模块进行信号滤波；为了消除高阶抗混叠滤波模块带来的开关噪声，信号调理电路采用二阶无限增益低通滤波模块进行开关噪声消除。输入信号经过信号调理模块最终产生8路0-5v模拟信号，调理后的信号通过内部总线接口进入多通道磁感高速目标探测器信号采集模块。
信号采集模块通过内部总线接口接收来自信号调理模块的多通道输入信号。多通道输入信号首先进入a/d模数转换模块；a/d模数转换模块采用16位ad7667核心转换芯片，并由主控制单元控制以实现多通道输入信号分时模拟/数字信号转换功能；转换后的多通道数字信号在主控制单元作用下进行编帧打包和数据分流：一方面，数据进入nandflash存储单元；另一方面，数据进入内部总线接口输出至数据处理模块。由于高速铁磁性运动目标引起的变化的电压信号为高频信号，单通道采样率为1200kbps，40倍过采样，对总采样率有：
fs＝8×1200kbps＝9.6mbit/s＝19.2mb/s
总采样率高直接带来单位时间产生的数据量巨大的结果，对于固定时间长度将产生海量数据需要进行实时处理，从而，本实施例通过主控制单元应用交错双平面编程技术实现对nandflash存储单元多通道数据的高速实时处理。
nandflash存储单元所使用的存储器制造厂商给出写入速度最快可达40mbytes/s，而实际平均写入速度要低于这个指标。原因有两个：一是利用可编程逻辑器件实现对存储器的控制包含众多的指令，指令执行需要时间；二是nandflash存储器数据写入以页为单位进行，每次写完一页需要页编程时间，一般地200μs-700μs不等。从而可以假设此种情况，不考虑指令所占的时间，数据源源不断的流向存储器并且不经过cpu内部fifo，页容量为4kbytes，峰值速度40mbytes/s，编程时间200μs，有最大数据平均写入速度vp：
上式给出的计算方法仍然包含一些假设，但是计算结果已经贴近对nandflash存储器正常模式写入编程的真实情况，适用于平均数据写入速度较13.5mbytes/s低的系统。当单通道采样频率很高，多通道同时采样的情况下单位时间写入数据量更大于13.5mbytes/s，采用应用交错双平面编程技术实现多通道数据的高速实时处理。
交错双平面编程建立在nandflash存储器的空间构成上以平面交错方式在多个页面上同时展开写入和编程操作。本实施例采用k9wbg08u1m，容量4gbytes，由两片2gbytes的存储器构成，空间包含8个平面，页容量4kbytes，晶振频率60mhz，1/2分频，采用交错双平面编程的具体步骤是：采用交错双平面编程方法的具体步骤是：
步骤1：利用双平面编程技术对第1个2gbytes存储器第1个和第2个平面的第1页4kbytes分别进行命令及数据顺序写入；
步骤2：利用双平面编程技术对第2个2gbytes存储器第1个和第2个平面的第1页4kbytes分别进行命令及数据写入；
步骤3：步骤1和步骤2的两片2gbytes存储器操作之间无等待时间；
步骤4：步骤2之后等待约50μs，重复步骤1至4。
步骤5：交错双平面编程结束。
上述步骤1至4在实际应用中表现为多次循环，步骤4中出现的50μs等待时间对应步骤2中第2个2gbytes存储器第2个平面的第1页4kbytes的页编程时间。单次循环写入4页共16kbytes数据量，但整体等待时间只有50μs。在60mhz的1/2分频情况下，采用交错双平面编程的单次循环平均写入速度达到27.437mbytes/s，已经远远高出正常模式中13.5mbytes/s的速度，能够满足实现对nandflash存储单元多通道数据的高速实时处理要求。
数据处理模块通过内部总线接口接收来自信号采集模块的经过编帧打包好的数字量数据包。高速铁磁性运动目标在接近磁感探测器敏感单元时，其运动特征反应在电信号输出上是呈正向上升的指数函数曲线，为准确进行高速目标探测和识别，数据处理模块中央数据处理单元首先对接收到的数据包进行多通道数据解析，针对单通道采样率高以及总采样单位时间数据量丰富的特点，本发明提出一种数据多维度处理算法，通过流水线操作，实现对8通道数据的高速处理，实时解算高速铁磁性运动目标运动曲线斜率(加速度)列表和高速铁磁性运动目标运动曲线二次斜率(加加速度)，解算斜率与原始数据一并打包存储和上传，为探测器外围设备进一步决策提供可靠准确的判断依据。
本实施例所述数据多维度处理算法实施的具体步骤是：
步骤(1)：数据处理模块中央数据处理单元首先对接收到的数据包进行多通道数据解析；
步骤(2)：中央数据处理单元产生固定时间间隔作为多维度数据处理时钟；
步骤(3)：建立8个进程分别对8个通道数据进行预处理，单通道数据按照一定顺序进入预处理缓冲器；
步骤(4)：每个预处理缓冲器地址差大于1时，则进行瞬时加速度计算：
k1＝data2-data1
步骤(5)：单通道k1分别进入二次预处理缓冲器；
步骤(6)：重复步骤(4)至(5)，二次预处理缓冲器地址差大于1时，进行瞬时加加速度计算：
t1＝k2-k1
步骤(7)：按照时间顺序对数据分通道分类别进行打包编帧，统一存储和上传，为探测器外围设备进一步决策提供可靠准确的判断依据。
作为优选，探测器与外围设备(上位机)之间的信息交互采用usb通信方式，探测器通过usb接口接收来自上位机下发的指令，并反馈信息或上传数据，远程通讯接口具备短路保护功能。
电源管理模块为多通道磁感高速目标探测器提供供配电源。外部220v交流电源输入至电源管理模块的线性电源模块，完成交直流电源转换；转换后的直流电压进入稳压滤波模块进行电源电压滤波和稳压；滤波稳压后的电源电压直接通过智能锂电池充电芯片为低温锂电池组进行充电，其中，低温锂电池组包含两块可充电低温锂电池，电池容量不小于2000mah，放电电流不小于0.5c，充电电流编程可调；低温锂电池组输出电压通过内部总线接口为多通道磁感高速目标探测器所有组成模块进行供配电。
背板总线模块功能简单，其主要用来完成多通道磁感高速目标探测器中信号调理模块、信号采集模块、数据处理模块以及电源管理模块之间的通讯互联。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。