利用地磁场匹配技术,可实现水下航行器的辅助导航。目前水下航行器导航的方法如惯性导航、声学导航、重力场导航、航位推算、惯性导航/GPS组合导航等都有一定的局限性,而地磁辅助导航由于无源、自主、无累积误差、隐蔽性好等优点,近年来激起了国内外学者的研究兴趣。地磁辅助导航的关键技术之一就是如何实现微弱磁场的有效测量。与现有的基于巨磁电阻效应、霍尔效应、磁通门和超导量子干涉技术等磁传感器相比,巨磁阻抗(Giant Magneto-Impedance,GMI)效应磁传感器具有分辨力高、响应速度快、体积小、功耗低等优点。因此,开展GMI效应磁传感器及其微弱信号检测技术专题研究,具有重要的理论意义与应用价值。本文研究了基于GMI效应的弱磁传感器若干关键技术,并探讨了GMI弱磁传感器在磁异常信号检测中的应用。主要研究与实验内容归纳如下:(1)研究了GMI效应的影响因素和材料类型,结果表明:材料类型和处理方式不同,GMI效应会有很大的不同,如经过适宜退火处理后的钴基非晶丝和非晶薄带具有更好的性能指标。探讨了GMI效应的产生机理,指出目前已有的各种GMI效应理论模型只能给出近似的解释,甚至只能定性描述。设计了非晶丝样品材料GMI效应的测量试验,发现其最大阻抗变化率可达到160%。(2)针对传统GMI磁探头信号采用峰值检测电路的不足,特别是难以检测信噪比小于0d B的含噪信号,提出并设计了两种新型的磁探头信号检测电路系统:一是基于正交矢量锁定放大器的GMI效应磁传感器检测电路,二是基于差分放大器的GMI效应磁传感器检测电路。对于前者,针对传统电压放大器在增益带宽积和转换速率方面的缺陷,设计了基于两种电流放大器的高频正交振荡器激励电路,并分别利用仿真验证了它们的性能。对于后者,将非晶丝磁探头的输出信号经信号调理后直接进行高频采样,然后送入基于FPGA和DSP的高速数字信号处理系统,利用软件方法提取微弱信号的特征。(3)提出了基于小波变换和相关分析的复合式检测方法,实现对非晶丝GMI磁探头低信噪比信号的检测与估计。其基本原理是,将含噪的采样信号进行小波分解后提取出真实信号的波形特征,并通过与参考信号作相关分析,从而得到真实信号的幅值,最后再利用标准磁场强度进行标定。针对分解层数越多数据越稀疏从而难以看清信号波形全貌的不足,采用快速小波分解的多孔算法。针对相关函数计算过程中数据点数过多则会导致乘法运算次数过大,采用基于FFT的快速算法。针对GMI磁探头激励信号的两种形式,分别利用复合式检测方法进行了仿真实验验证。结果表明:利用这种复合式GMI磁信号检测方法,可实现信噪比低至-15d B微弱信号的检测。(4)研究了基于GMI磁传感器的微弱磁异常信号检测技术,包括基于信号特征的标准正交基函数(Orthonormal Basis Functions,OBF)检测法和基于噪声特征的熵检测法。针对基本OBF检测法中的缺陷,提出了基于自适应AR模型预白化的改进OBF检测法;针对OBF法需要较多先验知识的缺陷,研究了基于噪声特征的熵检测法。仿真结果表明,这两种算法可用于检测微弱磁异常信号。