一种舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报方法和装置与流程

本发明涉及舰船消磁，尤其涉及一种舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报方法和装置。

背景技术：

1、舰船在地球上航行时，在地球磁场的磁化作用下形成磁体，呈现磁性。这就使得舰船容易被磁引信水雷发现，从而对舰船的安全构成威胁。随着磁引信水雷的灵敏度越来越高，舰船也越来越容易被磁引信水雷发现并打击，因而需要安装消磁系统，利用消磁绕组产生的磁场来补偿舰船的磁场，从而达到磁隐身的目的。

2、传统的舰载消磁系统本质上属于开环消磁，其对于舰船磁场分为感应磁场和固定磁场两个部分进行补偿，达到减小舰船周围区域磁异常，实现磁隐身的目的。对于感应磁场，通过获取地球磁场在舰船上的投影，然后根据感应磁场与地球磁场成正比的原理，可以控制消磁设备实时补偿感应磁场；对于固定磁场，通过消磁站消磁或者在消磁绕组中维持固定的电流值进行补偿。然而，固定磁场在舰船航行过程中是会发生变化的，仅仅靠一个固定的电流值是不能补偿变化的固定磁场的，闭环消磁是一种能够实时跟踪舰船固定磁场变化的消磁方式。

3、闭环消磁的研究始于二十世纪九十年代初，当时美国马里兰州的海军水面作战中心与法国gesma合作研制反水雷舰船闭环消磁系统。所谓闭环消磁，就是在舰船内部特征部位布置一定数量的传感器，利用磁场测量数据，建立舰船外部空间磁场的数学模型并计算目标深度的磁场值，然后根据预先保存在计算机中的消磁绕组效率，计算出在目标深度上的舰船磁性达到最小的电流值，并实时调整，使得舰船外部目标深度上的总磁场达到最小。这种方法能实时检测舰船磁性变化，控制方式先进，可以达到较好的消磁效果，是国际上的研究热点，目前只有少数发达国家掌握了该技术。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报方法，包括以下步骤：

2、步骤1，对舰船磁场进行建模，等效为x个虚拟磁源m；

3、步骤2，在舰船内部选择l个测量点，在舰船外部选择个测量点，在每个测量点上固定一个三分量磁传感器；

4、步骤3，当舰船航行时，其虚拟磁源的磁矩变化次，得到虚拟磁源与舰船内部磁场的第一公式和虚拟磁源与舰船外部磁场的第二公式；

5、步骤4，根据虚拟磁源与舰船内部磁场的所述第一公式和虚拟磁源与舰船外部磁场的所述第二公式计算得到舰船内部和外部磁场的关系的第三公式；

6、步骤5，定义舰船内部和外部磁场关系矩阵sf，得到sf的表达式的第四公式；

7、步骤6，根据所述第四公式，可通过测得舰船内部的磁场的变化量δhn，预测对应的艇外磁场的变化量δhw，进行舰船外部磁场预报。

8、特别地，所述步骤1中，对舰船磁场进行建模，将其等效为x个虚拟磁源m，通过以下步骤实现：利用磁敏传感器在舰船内外关键部位进行磁场扫描，获取磁场分布数据；根据扫描得到的磁场分布图，可以确定舰船磁场的主要特征部位，这些部位磁场强度较大；在所述主要特征部位，假设每个部位都相当于一个磁偶极子，用一个虚拟点磁源来代表；利用最小二乘法等优化算法，拟合出每个虚拟点磁源的位置、方向和磁矩参数，使其叠加起来的磁场最接近实际扫描得到的磁场分布；重复优化迭代，直到拟合出来的磁场分布达到与实际测量磁场匹配的精度要求。

9、特别地，所述步骤2中，根据磁场分布图，定位出舰船内外磁场强度较大的区域作为特征部位，这些区域包括舰体两侧、甲板、舰艏或舰艉，在这些确定的特征部位周围区域选择多个测量点。

10、特别地，所述步骤3中虚拟磁源与舰船内部磁场的第一公式包括：

11、

12、其中：cn为虚拟磁源m与舰船内部磁场之间的转换矩阵，其大小为l×x；

13、为舰船内部磁场变化矩阵，其大小为

14、为虚拟磁源变化矩阵，其大小为

15、特别地，所述步骤3中虚拟磁源与舰船外部磁场的第二公式包括：

16、

17、式中：cw为虚拟磁源m与测量的舰船外部磁场之间的转换矩阵，其大小为

18、为舰船外部磁场变化矩阵，其大小为

19、特别地，所述步骤4中将舰船内部和外部磁场的次变化分别用矩阵δhn和δhw表示，即则由所述第一公式和所述第二公式可得舰船内部和外部磁场的关系的第三公式

20、

21、特别地，所述步骤5中，定义舰船内部磁场与外部磁场的关系矩阵的第四公式包括：

22、则有步骤6中根据所述第四公式，可通过测得舰船内部的磁场的变化量δhn，预测对应的艇外磁场的变化量δhw，具体包括：

23、δhw＝sf·δhn；

24、舰船在航行过程中，在舰船内部特征部位布置一定数量的磁传感器，监测舰船内部的磁场的变化量δhn，即可预测对应的艇外磁场的变化量δhw，进而控制消磁电流的变化量，完成闭环消磁电流实时调整。

25、特别地，通过实际外部磁传感器采集的数据对预测对应的艇外磁场的变化量δhw进行验证和校准，进一步提高预测准确度。

26、本发明还提出一种舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报装置，包括以下模块：

27、舰船磁场建模模块，用于对舰船磁场进行建模，等效为x个虚拟磁源m；

28、测量点选择模块，用于在舰船内部选择l个测量点，在舰船外部选择个测量点，在每个测量点上固定一个三分量磁传感器；

29、虚拟磁源关系检测模块，用于当舰船航行时，其虚拟磁源的磁矩变化次，得到虚拟磁源与舰船内部磁场的第一公式和虚拟磁源与舰船外部磁场的第二公式；

30、舰船内外部磁场关系计算模块，用于根据虚拟磁源与舰船内部磁场的所述第一公式和虚拟磁源与舰船外部磁场的所述第二公式计算得到舰船内部和外部磁场的关系的第三公式；

31、舰船内外部磁场矩阵定义模块，用于定义舰船内部和外部磁场关系矩阵sf，得到sf的表达式的第四公式；

32、舰船外部磁场预报模块，用于根据所述舰船内部和外部磁场关系矩阵sf的第四公式，可通过测得舰船内部的磁场的变化量δhn，预测对应的艇外磁场的变化量δhw，进行舰船外部磁场预报。

33、有益效果：

34、本发明的方案能够解决舰船闭环消磁船外磁场预报的问题，与现有技术相比，本公开的有益效果是：

35、本发明的方案能实时检测舰船磁性变化，采用闭环消磁方式，消磁控制方式更先进，可以达到更好的消磁效果；

36、本发明的方案可以对地球磁场局部异常作出反应，消磁电流控制精度更高，消磁效果更好；

37、本发明的方案根据舰船内外磁场的变化量建立的关系矩阵sf，当舰船航行过程中内部磁场发生变化后，关系矩阵sf不需要重新计算，具有更好地实时性。

技术特征：

1.一种舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报方法，其特征在于，所述步骤1中，对舰船磁场进行建模，将其等效为x个虚拟磁源m，通过以下步骤实现：利用磁敏传感器在舰船内外关键部位进行磁场扫描，获取磁场分布数据；根据扫描得到的磁场分布图，可以确定舰船磁场的主要特征部位，这些部位磁场强度较大；在所述主要特征部位，假设每个部位都相当于一个磁偶极子，用一个虚拟点磁源来代表；利用最小二乘法等优化算法，拟合出每个虚拟点磁源的位置、方向和磁矩参数，使其叠加起来的磁场最接近实际扫描得到的磁场分布；重复优化迭代，直到拟合出来的磁场分布达到与实际测量磁场匹配的精度要求。

3.如权利要求1所述的舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报方法，其特征在于，所述步骤2中，根据磁场分布图，定位出舰船内外磁场强度较大的区域作为特征部位，这些区域包括舰体两侧、甲板、舰艏或舰艉，在这些确定的特征部位周围区域选择多个测量点。

4.如权利要求1所述的舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报方法，其特征在于，所述步骤3中虚拟磁源与舰船内部磁场的第一公式包括：

5.如权利要求4所述的舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报方法，其特征在于，所述步骤3中虚拟磁源与舰船外部磁场的第二公式包括：

6.如权利要求5所述的舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报方法，其特征在于，所述步骤4中将舰船内部和外部磁场的次变化分别用矩阵δhn和δhw表示，即则由所述第一公式和所述第二公式可得舰船内部和外部磁场的关系的第三公式

7.如权利要求6所述的舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报方法，其特征在于，其特征在于，所述步骤5中，定义舰船内部磁场与外部磁场的关系矩阵的第四公式包括：

8.如权利要求7所述的舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报方法，其特征在于，其特征在于，通过实际外部磁传感器采集的数据对预测对应的艇外磁场的变化量δhw进行验证和校准，进一步提高预测准确度。

9.一种舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报装置，其特征在于，包括以下模块：

技术总结本发明提出一种舰船磁场闭环消磁的船外磁场预报方法和装置，该方法包括对舰船磁场进行建模，等效为x个虚拟磁源M；在舰船内部选择l个测量点，在舰船外部选择个测量点，在每个测量点上固定一个三分量磁传感器；当舰船航行时，其虚拟磁源的磁矩变化次，得到虚拟磁源与舰船内部磁场的第一公式和虚拟磁源与舰船外部磁场的第二公式；根据虚拟磁源与舰船内部磁场的所述第一公式和虚拟磁源与舰船外部磁场的所述第二公式计算得到舰船内部和外部磁场的关系的第三公式；定义舰船内部和外部磁场关系矩阵SF，得到SF的表达式的第四公式；根据所述第四公式，可通过测得舰船内部的磁场的变化量ΔH<subgt;n</subgt;，预测对应的艇外磁场的变化量ΔH<subgt;w</subgt;，进行舰船外部磁场预报。技术研发人员：易谷丰,张吟,张修志,胡志刚,罗逸豪,甘锐受保护的技术使用者：宜昌测试技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/8