[发明专利]一种基于GPS同步的航空超导全张量磁梯度测控装置

权利要求书

1.一种基于GPS同步的航空超导全张量磁梯度测控装置，其特征在于所述的航空超导全张量磁梯度测控装置位于悬吊与吊舱子系统中的吊舱内；航空超导全张量磁梯度测控装置由SQUID读出电路、数据采集与通讯组件、飞行位置与姿态信息记录组件、工作环境监测组件以及人机界面组件组成，并以数据采集与通讯组件为核心采用星型拓扑结构连接其它四个组件；

在实现全张量磁梯度组件全自动测控的基础上，通过与GPS组合惯导的位置和姿态信息同步为地质勘探提供反演数据，采用SQUID读出电路、数据采集与通讯组件、飞行位置与姿态信息记录组件、工作环境监测组件以及人机界面组件构建，通过时间戳与GPS组合惯导的位置和姿态信息同步后，可利用串口指令实现SQUID读出电路的智能调控，并可提供良好的电磁兼容性；

①SQUID读出电路用于实现磁梯度及参考磁场到电量的转换；

②数据采集与通讯组件则用于完成全张量及其它辅助信号的同步采集、存储和通讯；

③飞行位置与姿态信息记录组件则用于记录超导全张量磁梯度组件的位置和姿态信息；

④工作环境监测组件则用于提供全张量磁梯度测量系统的气压、温湿度、液氦液位以及供电电池状态；

⑤人机界面组件则用于以人机对话的方式展现所有被测对象的信息；

所述的SQUID读出电路采用磁通锁定环FLL用于实现磁梯度及参考磁场到电量的转换；

所述的数据采集与通讯组件中增加了智能调控功能，加载标准的Test信号后，在采集SQUID FLL未锁定前Tune信号的基础上，首先通过RS485数字通讯控制接口大尺度地调节其offset工作参数，并观测其输出的极性变化，从极性变化相反的方向利用二分法调节Tune信号的偏置值趋于零伏附近；然后采用遍历方法在Tune信号不溢出的基础上依次调整bias和offset工作参数，记录其峰峰值的输出并查询最大值；最后调节offset工作参数使该值对应Tune信号的偏置值趋于零，并以此时的bias和offset值为对应SQUID的最佳工作参数，锁定FLL；则可依次按地址完成航空超导全张量磁梯度测控装置中9个通道SQUID工作参数的调整；

所述的飞行位置与姿态信息记录组件采用带存储功能的GPS组合惯导，基于GPS时间授时功能通过数字锁相环生成的PPS倍频采样时钟对指定时间的特定信号重采样后，利用时间戳实现与GPS组合惯导给出的位置和姿态信息同步，从而通过姿态投影为反演奠定基础；所述装置，在同步采集SQUID Tune信号的基础上，结合二分和遍历算法通过串口指令快速实现SQUID读出电路的自动最优工作参数调整和锁定。

2.按权利要求1所述的装置，其特征在于：

①通过数字锁相环生成的PPS倍频采样时钟对指定时间开始采集的全张量磁梯度进行重采样后，然后利用时间戳实现与GPS组合惯导自存储的位置和姿态信息同步，最后再通过经典的欧拉旋转变换实现姿态投影，有效消除在运动时切割地磁场所引入的干扰；

②在完成SQUID Tune信号同步采集的基础上，结合二分和遍历算法通过串口指令快速实现SQUID读出电路的自动最优工作参数调整和锁定，同时可在工作过程中提供失锁后自动锁定的功能；

③通过在航空超导全张量磁梯度测控装置所包含的箱体表面进行局部分割处理以及使用超级绝缘进行多层带状搭接包裹，从而实现测控装置的EMC优化设计。

3.按权利要求1所述的装置，其特征在于：

①所述的数据采集与通讯组件采用嵌入式系统，采用National Instrument公司的图形化CompactRIO平台开发；为实现超导全张量磁梯度9个通道信号和磁通门3个分量通道信号的高精度采集，选用3块分辨率为24位的Delta-Sigma类型ADC模块NI 9239，其中每个模块具有4个同步采集通道；为实现GPS组合惯导和全张量磁梯度的同步，选用1块高速数字IO模块NI 9402接收秒脉冲PPS信号，同时选用1块串口通讯模块NI 9871通过RS422接口接收授时时间、位置及姿态数据，其中NI 9871具有4个串口通讯通道，其余的3个通道用于实现工作环境监测组件中采用数字通讯接口的被测量监测；

②由数字锁相环提供基于PPS信号的采样时钟；采样值在某指定采样时间的秒脉冲信号PPS触发，并与基于PPS信号通过数字锁相环生成的采样时间同步。