[发明专利]一种提高Overhauser磁传感器拉莫尔旋进信号信噪比的系统及方法

权利要求书

1.一种提高Overhauser磁传感器拉莫尔旋进信号信噪比的系统，其特征在于，包括Overhauser磁传感器、传感器激励单元、FID信号处理单元和供电电池；Overhauser磁传感器的信号激励端连接传感器激励单元中的射频激励信号，信号接收端通过单刀双掷开关连接到直流脉冲激励端以及FID信号处理单元，通过控制单刀双掷开关选择Overhauser磁传感器信号连接通路。

2.根据权利要求1所述的一种提高Overhauser磁传感器拉莫尔旋进信号信噪比的系统，其特征在于，传感器激励单元包括射频激励以及直流脉冲激励，射频激励是由DDS信号发生器产生的60.7MHz正弦信号，直流脉冲激励是由门控开关产生的微妙级直流信号。

3.根据权利要求1所述的一种提高Overhauser磁传感器拉莫尔旋进信号信噪比的系统，其特征在于，FID信号处理单元包括调谐电容、JEFT放大器、窄带滤波器、ADC和数字信号处理器；调谐电容与Overhauser磁传感器内部电感线圈组成LC谐振网络，对拉莫尔旋进信号选频，JEFT放大器连接在LC谐振网络之后，将拉莫尔旋进信号进行放大，窄带滤波器连接在放大器电路之后，用于限制拉莫尔旋进信号带宽，对拉莫尔信号进行初步降噪。16位ADC模数转换电路连接在滤波器之后，将连续的拉莫尔信号离散化、数字化，模数转换的结果被送至数字信号处理器，该模块用于对离散化的拉莫尔旋进信号进行滤波，利用视频峰值滤波算法对拉莫尔旋进信号进行二次降噪，提高信噪比。

4.一种提高Overhauser磁传感器拉莫尔旋进信号信噪比的方法，基于一种提高Overhauser磁传感器拉莫尔旋进信号信噪比的系统实现，其特征在于，包括：

S1、利用传感器激励单元激发Overhauser磁传感器，使其产生拉莫尔旋进信号；

S2、利用LC串联谐振、窄带滤波器等硬件电路对步骤一所得到的拉莫尔旋进信号进行初步降噪，限制拉莫尔旋进信号的频带宽度，降低传感器热噪声、接触噪声以及高频噪声；

S3、利用ADC模数转换器采集步骤二所得到的拉莫尔旋进信号，将离散化的拉莫尔旋进信号S(n)送入数字信号处理器。

S4、在数字信号处理器中利用时频峰值滤波算法对拉莫尔旋进信号进行降噪。

5.根据权利要求4所述的一种提高Overhauser磁传感器拉莫尔旋进信号信噪比的方法，其特征在于，步骤S4具体包括：

S41、进行尺度变换，离散拉莫尔旋进S(n)经过尺度变换后得到归一化信号S₁(n)：

其中，B_H和B_L分别是满足变换后信号的最大值和最小值，S(n)是离散的拉莫尔旋进信号，S₁(n)是归一化信号，min[S(n)]是S(n)中的最小值，max[S(n)]是S(n)中的最大值；

S42、对归一化信号S₁(n)进行编码，使其成为瞬时频率，得到单位幅度的解析信号Z(n)，其中，μ是频率调制指数，λ为积分参量，Z(n)为单位幅度的解析信号，

S43、取单位幅度的解析信号Z(n)的伪Wigner-Wile分布(PWVD)的峰值，Z(n)的PWVD分布可以表示为：

其中，W_Z(n,k)为Z(n)的PWVD分布，为加窗函数。K为PWVD分布的二维参数；

S44、按频率变量取解析信号时频分布的最大值最为其瞬时频率的估计，即：

其中，f_z是所得到的估计值，μ是频率调制指数，arg max[W_z(n,k)]为取W_Z(n,k)最大值的绝对值；

S45、通过尺度反变换得到有效Overhauser磁传感器拉莫尔旋进信号幅度的估计值：

其中，是纯净的拉莫尔旋进信号的估计值。