基于FPGA的多通道航空磁力测量数据采集系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于FPGA的多通道航空磁力测量数据采集系统，其特征在于，包括主控芯片、光泵磁力仪、三轴磁通门传感器和GPS卫星定位模块；该主控芯片采软件设计出光泵数据采集模块、三轴磁通门数据采集模块、GPS定位数据采集模块；且三个模块能够并行采集相应数据。本系统可实时采集多个光泵的磁场数据、三轴磁通门数据，同时采集GPS定位数据，实现所有数据的存储记录，实现全张量航磁探测，对地磁矢量在三维空间的变化率信息进行深入分析。本发明专利技术具有高度集成、磁场测量精度高等优点，且本发明专利技术的使用可为地质构造研究、矿产资源勘查事业提供有力的支持。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种基于FPGA的多通道航空磁力测量数据采集系统，其特征在于，包括主控芯片、光泵磁力仪、三轴磁通门传感器和GPS卫星定位模块；该主控芯片采软件设计出光泵数据采集模块、三轴磁通门数据采集模块、GPS定位数据采集模块；且三个模块能够并行采集相应数据。本系统可实时采集多个光泵的磁场数据、三轴磁通门数据，同时采集GPS定位数据，实现所有数据的存储记录，实现全张量航磁探测，对地磁矢量在三维空间的变化率信息进行深入分析。本专利技术具有高度集成、磁场测量精度高等优点，且本专利技术的使用可为地质构造研究、矿产资源勘查事业提供有力的支持。【专利说明】基于FPGA的多通道航空磁力测量数据采集系统
本专利技术涉及航空磁力测量
，特别涉及一种航空磁力测量数据采集系统。
技术介绍
航空磁力测量(简称航磁测量)是将航空磁力仪及其配套的辅助设备装载在飞行器上，在测量地区上空按照预先设定的测线和高度对地磁场强度或梯度进行测量的地球物理方法。航磁测量与地面磁测相比，具有较高的测量效率，且不受水域、森林、沼泽、沙漠和高山的限制。同时由于飞行是在距地表一定的高度进行的，从而减弱了地表磁性不均匀体的影响，能够更加清楚地反映出深部地质体的磁场特征。近年来，国内外航空物探技术和方法在许多方面都取得了较大的发展，其中航磁梯度测量技术的应用已经得到普遍认可。为了使测量结果更加全面，不仅要求提供垂直梯度数据，而且要求提供水平梯度数据和矢量梯度数据，因此要求一套航磁测量系统能携带4个以上的光栗磁力仪和三轴磁通门，而且对所有数据的同步性要求非常高。另外，因为航测飞机的运行速度较高，对光栗磁力仪的磁场数据更新速率也有很高的要求，至少要求达到20HZ。因为系统涉及到多个光栗磁力仪，如果采用一般的MCU来进行光栗Larmor信号的采集和计算，各个模块的运行是串行顺序执行的，难以兼顾所得磁场值的精度和数据更新率，所以一般的多通道航磁测量设备均采用多个光栗磁力仪集成，这就大大增加了整个设备的复杂性和设备代价，而且设备之间的数据同步也难以保证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提供了一种基于FPGA的多通道航磁测量数据采集系统，采用一块FPGA芯片来实现航磁测量的所有操作，各个模块并行运行，不存在时间差，而且可以得到高精度的测量结果，利用本专利技术制作航磁数据采集装置，具有生产成本低、数据更新快、采集精度高等优点。为实现以上目的，本专利技术提供了一种多通道航空磁力测量数据采集系统，包括主控模块、先入先出缓存模块、光栗数据采集模块、三轴磁通门数据采集模块、GPS定位数据采集模块、GPS卫星定位模块、若干个光栗磁力仪、若干个三轴磁通门传感器;光栗数据采集模块的输入端口与光栗磁力仪相连接，输出端口与先入先出缓存模块相连接;三轴磁通门数据采集模块的输入端口与三轴磁通门传感器相连接，输出端口与先入先出缓存模块相连接;GPS定位数据采集模块的输入端口与GPS卫星定位模块相连接;主控模块分别与先入先出缓存模块、GPS卫星定位模块相连接。作为优选的，主控模块、先入先出缓存模块、光栗数据采集模块、三轴磁通门数据采集模块、GPS定位数据采集模块由FPGA芯片例化产生。作为优选的，主控模块为Microblaze软核，Microblaze软核由FPGA芯片编程实现。作为优选的，还包括数据存储模块；数据存储模块与主控模块相连接。作为优选的，还包括数据通信模块；数据通信模块与主控模块相连接，数据通信模块通过有线或无线方式与外部上位机相连接。作为优选的，数据通信模块为蓝牙数据通信模块。本专利技术还提供了一种多通道航空磁力测量数据采集方法，利用了上述任意一项的多通道航空磁力测量数据采集系统；方法具体包括:在FPGA芯片上创建一个用于实现系统主控的软核;在FPGA芯片上例化若干个并行运行的光栗数据采集计算模块；所有光栗数据采集计算模块并行运行，将光栗磁力计采集的信号写入先进先出缓存模块，供主控模块读取；在主控芯片上例化若干个并行运行的三轴磁通门数据采集模块；所有三轴磁通门数据采集模块并行运行，将光栗磁力计采集的信号写入先进先出缓存模块，供主控模块读取；主控模块分析并存储光栗磁力仪、三轴磁通门传感器采集到的数据。作为优选的，采用滑动平均法对光栗磁力仪采集到的数据进行滑动滤波，其步骤具体为:S1、预设一个计数器Counter和P个分段计数器，每个分段计数器都记录Q个Larmor信号的脉冲，计数值按顺序存入先入先出缓存模块中；S2、完成N个分段计数器计数后，计算出Larmor信号的频率fm，进而计算出光栗磁力仪所测得的磁场值M ；S3、分段计数器再进行第二轮计数，第一个分段计数器计数完成后，可以计算出当前Larmor信号的频率fm和磁场值；S4、以后每一个分段计数器计数完成，都可以计算出相应的一个磁场值；S5、重复所述步骤S3和S4，直至完成测试。本专利技术通过采用一种集成有多通道光栗数据采集模块、多通道三轴磁通门数据采集模块、GPS定位数据采集模块的FPGA芯片，使得在航磁测量数据采集系统中，可以实现上述所有模块能够同时并行运行，使得系统能够同时、同步处理不同模块的进程，改变了现有技术中的所有流程按照单线程顺序执行的缺陷，大大地提升了系统检测的精确性、准确性和实时性。【附图说明】图1为基于FPGA的多通道航磁测量数据采集系统原理框图。图2为Larmor频率信息捕捉示意图。图3为磁场数据滑动平均采集示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的各实施方式进行详细的阐述。如图1所示，本专利技术的第一种实施方式提供了一种多通道航空磁力测量数据采集系统，包括主控模块、先入先出缓存模块、光栗数据采集模块、三轴磁通门数据采集模块、GPS定位数据采集模块、GPS卫星定位模块、若干个光栗磁力仪、若干个三轴磁通门传感器；光栗数据采集模块的输入端口与光栗磁力仪相连接，输出端口与先入先出缓存模块相连接;三轴磁通门数据采集模块的输入端口与三轴磁通门传感器相连接，输出端口与先入先出缓存模块相连接;GPS定位数据采集模块的输入端口与GPS卫星定位模块相连接;主控模块分别与先入先出缓存模块、GPS卫星定位模块相连接。在本实施方式中，主控模块、先入先出缓存模块、光栗数据采集模块、三轴磁通门数据采集模块、GPS定位数据采集模块由FPGA芯片例化产生。其中，主控模块为Microblaze软核，Microblaze软核由FPGA芯片编程实现。在本实施方式中，光栗数据采集模块，用于对四个光栗磁力仪的Larmor信号进行捕捉，并实时计算出磁场数值;三轴磁通门数据采集模块用于处理四个三轴磁通门传感器的模拟信号，并将该模拟信号经放大、检波和积分处理后转换成数字信号;GPS定位数据采集模块用于采集GPS卫星定位模块发出的系统定位数据。较佳的，该FPGA芯片还可以包括数据存储模块和数据通信模块。数据存储模块用于将光栗数据、三轴磁通门数据、GPS数据写入SD卡中，供事后分析;数据通信模块用于向用户发送实时的测量数据、接受用户发来的系统设置命令，实现人机交互。该数据通信模块可以是有线数据通信模块，也可以是无线数据通信模块。在本实施方式中，采用的是蓝牙数据通信模块。前述的系统各个模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多通道航空磁力测量数据采集系统，其特征在于，包括主控模块、先入先出缓存模块、光泵数据采集模块、三轴磁通门数据采集模块、GPS定位数据采集模块、GPS卫星定位模块、若干个光泵磁力仪、若干个三轴磁通门传感器；所述光泵数据采集模块的输入端口与所述光泵磁力仪相连接，输出端口与所述先入先出缓存模块相连接；所述三轴磁通门数据采集模块的输入端口与所述三轴磁通门传感器相连接，输出端口与所述先入先出缓存模块相连接；所述GPS定位数据采集模块的输入端口与所述GPS卫星定位模块相连接；所述主控模块分别与所述先入先出缓存模块、GPS卫星定位模块相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡杰，张琳，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31