本發(fā)明涉及船舶消磁技術(shù)領(lǐng)域，具體的指一種船舶感應(yīng)磁場(chǎng)測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

船舶磁場(chǎng)通常是指船舶在其周?chē)臻g產(chǎn)生的磁場(chǎng)，是各種磁性探測(cè)設(shè)備和水中兵器用于探測(cè)和攻擊的主要物理場(chǎng)。為抵御水中磁性兵器攻擊和空中磁性探測(cè)，必須對(duì)船舶實(shí)施磁性防護(hù)措施，而準(zhǔn)確掌握船舶感應(yīng)磁場(chǎng)是實(shí)施磁性防護(hù)措施的重要前提。船舶感應(yīng)磁場(chǎng)可以通過(guò)2類(lèi)方法得到：數(shù)值計(jì)算法和磁場(chǎng)測(cè)量法。常見(jiàn)的用于計(jì)算船舶感應(yīng)磁場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算類(lèi)方法有有限元法、積分方程法等，但由于存在船舶結(jié)構(gòu)復(fù)雜、各種磁性材料參數(shù)不易準(zhǔn)確獲取等因素，數(shù)值計(jì)算結(jié)果的精度目前還難以保證。磁場(chǎng)測(cè)量類(lèi)方法中獲取船舶感應(yīng)磁場(chǎng)的兩種常用方法為雙航向法(只能獲取縱向和橫向感應(yīng)磁場(chǎng))+兩地測(cè)量法(只能獲取垂向感應(yīng)磁場(chǎng))和地磁模擬法(可獲取縱向、橫向和垂向感應(yīng)磁場(chǎng))。用雙航向法測(cè)量船舶感應(yīng)磁場(chǎng)時(shí)，由于船舶體積龐大，體形特殊，而消磁站的入口和航道狹窄，使得船舶進(jìn)出調(diào)換航向的過(guò)程非常費(fèi)時(shí)、費(fèi)力；另外，船舶調(diào)換航向后其停泊位置很容易發(fā)生變化，相應(yīng)的磁場(chǎng)測(cè)量位置坐標(biāo)難以保證固定不變，因此會(huì)造成一定的測(cè)量誤差。船舶的垂向感應(yīng)磁場(chǎng)理論上可以通過(guò)兩地測(cè)量法獲得，但實(shí)際上由于無(wú)法保證船舶在長(zhǎng)距離航行于兩個(gè)緯度期間的磁性狀態(tài)保持不變及兩地的磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的一致性，故該方法在實(shí)踐和精度上都是不可行的。傳統(tǒng)的地磁模擬法通過(guò)在消磁站的地磁模擬線圈(或地磁補(bǔ)償線圈)中通電改變局部地磁場(chǎng)，根據(jù)通電前后船舶磁場(chǎng)的變化計(jì)算船舶感應(yīng)磁場(chǎng)。該方法可避免調(diào)轉(zhuǎn)航向和兩地測(cè)量所造成的人力、物力的浪費(fèi)，且可明顯縮短感應(yīng)磁場(chǎng)的獲取時(shí)間，然而應(yīng)用該方法獲取的感應(yīng)磁場(chǎng)其精度與所模擬的地磁場(chǎng)均勻度高度相關(guān)。由于各種因素的限制，消磁站的補(bǔ)償線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)無(wú)法達(dá)到理想的均勻度，且船舶越大，均勻度越差，因而測(cè)得的感應(yīng)磁場(chǎng)精度無(wú)法保證，從而大大限制了地磁模擬法的推廣使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于體剖分單元與測(cè)點(diǎn)間磁場(chǎng)映射關(guān)系的船舶感應(yīng)磁場(chǎng)測(cè)量方法。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于體剖分單元與測(cè)點(diǎn)間磁場(chǎng)映射關(guān)系的船舶感應(yīng)磁場(chǎng)測(cè)量方法，包括以下步驟：

s1：選取一個(gè)能將船舶包圍在內(nèi)的形體，對(duì)該形體進(jìn)行網(wǎng)格單元剖分，取各體單元的中心為計(jì)算點(diǎn)；

s2：消磁站均敷設(shè)有用于補(bǔ)償?shù)卮艌?chǎng)的縱向線圈、橫向線圈和垂向線圈各若干組，其中，假設(shè)敷設(shè)有x組縱向線圈(x01、x02、…、x0x)、y組橫向線圈(y01、y02、…、y0y)和z組垂向線圈(z01、z02、…、z0z)，其中x、y、z為正整數(shù)。設(shè)定各線圈電流并計(jì)算各線圈在上述計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，分別記為bex01、bex02、…、bex0x、bey01、bey02、…、bey0y、bez01、bez02、…、bez0z，將這些磁場(chǎng)組合成矩陣be，稱為各線圈在各體單元產(chǎn)生的磁場(chǎng)矩陣；

s3：在船舶未進(jìn)入消磁站前，采集各傳感器測(cè)點(diǎn)的磁場(chǎng)，記為bbj；

s4：在船舶未進(jìn)入消磁站前，按s2中設(shè)定的各線圈電流依次通電，采集各傳感器測(cè)點(diǎn)的磁場(chǎng)并將bbj減去，結(jié)果分別記為bc0x01、bc0x02、…、bc0x0x、bc0y01、bc0y02、…、bc0y0y、bc0z01、bc0z02、…、bc0z0z，其中x、y、z為正整數(shù)；

s5：在船舶進(jìn)入消磁站后，采集各傳感器測(cè)點(diǎn)的磁場(chǎng)，并將bbj減去，結(jié)果記為bship；

s6：在船舶進(jìn)入消磁站后，按步驟s2中設(shè)定的各線圈電流依次通電，采集各傳感器測(cè)點(diǎn)的磁場(chǎng)并將bbj和bship減去，結(jié)果分別記為bc1x01、bc1x02、…、bc1x0x、bc1y01、bc1y02、…、bc1y0y、bc1z01、bc1z02、…、bc1z0z，其中x、y、z為正整數(shù)；

s7：用bc1x01減去對(duì)應(yīng)的bc0x01，得到在線圈x01通電磁場(chǎng)作用下的船舶磁場(chǎng)bcx01；同理可得到bcx02、…、bcx0x、bcy01、bcy02、…、bcy0y、bcz01、bcz02、…、bcz0z，其中x、y、z為正整數(shù)，將這些磁場(chǎng)組合成矩陣bc，即船舶在各線圈磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的磁場(chǎng)矩陣；

s8：利用矩陣be和bc間的關(guān)系建立矩陣方程coek*be＝bc，coek為關(guān)系矩陣，現(xiàn)be和bc均已知，因此可求解得到coek；

s9：將各體單元計(jì)算點(diǎn)磁場(chǎng)縱向分量設(shè)置為當(dāng)?shù)氐卮艌?chǎng)沿船舶縱向的磁場(chǎng)分量值，其余分量設(shè)置為0，與coek相乘即可得到船舶縱向感應(yīng)磁場(chǎng)；同理，可得到船舶橫向感應(yīng)磁場(chǎng)和垂向感應(yīng)磁場(chǎng)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明利用消磁站現(xiàn)有的各組地磁補(bǔ)償線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)船舶進(jìn)行磁化，通過(guò)測(cè)量及分析解算得到船舶在當(dāng)?shù)氐卮艌?chǎng)作用下的感應(yīng)磁場(chǎng)，主要利用了各線圈在各體單元產(chǎn)生的磁場(chǎng)矩陣與船舶在各線圈磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的磁場(chǎng)矩陣之間的映射關(guān)系，通過(guò)該映射關(guān)系可得到船舶的感應(yīng)磁場(chǎng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是對(duì)地磁補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)不作任何均勻度方面的要求，從而使得該方法不僅能提高船舶感應(yīng)磁場(chǎng)測(cè)量的精度和效率，節(jié)省大量的人力物力，而且其能在現(xiàn)有消磁站中廣泛推廣使用。如果將其應(yīng)用于新消磁站的設(shè)計(jì)和建造，必將顯著節(jié)約建設(shè)經(jīng)費(fèi)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基于體剖分單元與測(cè)點(diǎn)間磁場(chǎng)映射關(guān)系的船舶感應(yīng)磁場(chǎng)測(cè)量方法的示意圖；

圖2為縱向線圈示意圖；

圖3為橫向線圈示意圖；

圖4為垂向線圈示意圖；

圖中：1-計(jì)算點(diǎn)；2-體單元；3-磁傳感器陣列。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基于體剖分單元與測(cè)點(diǎn)間磁場(chǎng)映射關(guān)系的船舶感應(yīng)磁場(chǎng)測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟1)：如圖1所示，選取一個(gè)能將船舶包圍在內(nèi)的形體。不失一般性，這里選取一個(gè)略大于船舶尺度的長(zhǎng)方體并使船舶位于長(zhǎng)方體內(nèi)，其中心與長(zhǎng)方體中心重合。將長(zhǎng)方體剖分為m個(gè)體單元，取各體單元的中心為計(jì)算點(diǎn)，則計(jì)算點(diǎn)個(gè)數(shù)為m。

步驟2)：不失一般性，假設(shè)某消磁站敷設(shè)有3組縱向線圈(x01、x02、x03)、4組橫向線圈(y01、y02、y03、y04)和5組垂向線圈(z01、z02、z03、z04、z05)，共12組線圈，線圈示意圖分別如圖2、圖3和圖4所示。以線圈x01為例，假定線圈中通以電流ix01，根據(jù)比奧-薩伐定理可計(jì)算出線圈x01在上述m個(gè)計(jì)算點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，記為bex01。同理可得到bex02、bex03、bey01、bey02、bey03、bey04、bez01、bez02、bez03、bez04、bez05，將這些磁場(chǎng)組合成矩陣be，稱為各線圈在各體單元產(chǎn)生的磁場(chǎng)矩陣。

步驟3)：為了測(cè)量船舶磁場(chǎng)，消磁站布設(shè)有如圖1所示的磁傳感器陣列。假設(shè)磁傳感器個(gè)數(shù)為n。在船舶未進(jìn)入消磁站前，采集各磁傳感器測(cè)得的磁場(chǎng)，記為bbj。

步驟4)：在船舶未進(jìn)入消磁站前，以線圈x01為例，假定線圈中通以電流ix01，采集各磁傳感器測(cè)得的磁場(chǎng)并將bbj減去，結(jié)果記為bc0x01。同理可得到bc0x02、bc0x03、bc0y01、bc0y02、bc0y03、bc0y04、bc0z01、bc0z02、bc0z03、bc0z04、bc0z05。

步驟5)：在船舶進(jìn)入消磁站后，采集各磁傳感器測(cè)得的磁場(chǎng)，并將bbj減去，結(jié)果記為bship。

步驟6)：在船舶進(jìn)入消磁站后，以線圈x01為例，假定線圈中通以電流ix01，采集各磁傳感器測(cè)得的磁場(chǎng)并將bbj和bship減去，結(jié)果記為bc1x01。同理可得到bc1x02、bc1x03、bc1y01、bc1y02、bc1y03、bc1y04、bc1z01、bc1z02、bc1z03、bc1z04、bc1z05。

步驟7)：用bc1x01減去對(duì)應(yīng)的bc0x01，得到在線圈x01通電磁場(chǎng)作用下的船舶磁場(chǎng)bcx01；同理可得到bcx02、bcx03、bcy01、bcy02、bcy03、bcy04、bcz01、bcz02、bcz03、bcz04、bcz05，將這些磁場(chǎng)組合成矩陣bc，稱為船舶在各線圈磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的磁場(chǎng)矩陣；

步驟8)：鐵磁物體(如鋼鐵結(jié)構(gòu)的船舶等)被外加磁場(chǎng)(如地磁場(chǎng)或線圈磁場(chǎng))磁化后在其周?chē)臻g任意場(chǎng)點(diǎn)p(xp,yp,zp)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)bp可以表示為：

式中：v為鐵磁物體所占體積；m(rq)為外加磁場(chǎng)在鐵磁物體內(nèi)部產(chǎn)生的附加磁化強(qiáng)度；rp為場(chǎng)點(diǎn)矢徑；rq為源點(diǎn)矢徑；rpq＝rp-rq；bp(rp)為rp處磁場(chǎng)強(qiáng)度三分量值組成的列矢量；為對(duì)源點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行梯度計(jì)算；為對(duì)場(chǎng)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行梯度計(jì)算。

如果對(duì)鐵磁物體進(jìn)行體單元剖分，則式(1)中的積分將變換為求和。對(duì)線性材料鐵磁物體或均勻鐵磁物體來(lái)說(shuō)，式(1)最終將形成一個(gè)線性方程組：

c·m＝b(2)

式中：m為外加磁場(chǎng)在鐵磁物體內(nèi)部各單元產(chǎn)生的附加磁化強(qiáng)度；c為剖分單元耦合系數(shù)矩陣；b為外加磁場(chǎng)在鐵磁物體內(nèi)部各單元產(chǎn)生的磁場(chǎng)所組成的列向量。

將式(2)中的矩陣元素均擴(kuò)展到如圖1所示的長(zhǎng)方體剖分單元，則可得到另一個(gè)線性方程組：

c1·m1＝be1(3)

擴(kuò)展后的m1矩陣中的某些元素由于其對(duì)應(yīng)的體單元位于空氣中而為零，對(duì)應(yīng)的由m1產(chǎn)生的測(cè)點(diǎn)磁場(chǎng)為：

c2·m1＝bc1(4)

結(jié)合式(3)和式(4)可得：

令將消磁站各線圈在體單元計(jì)算點(diǎn)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)組合成矩陣be，磁傳感器測(cè)點(diǎn)處由各線圈磁場(chǎng)激勵(lì)的船舶磁場(chǎng)組合成矩陣bc，則有：

coek·be＝bc(6)

從式(6)可得出結(jié)論：線圈在體單元各計(jì)算點(diǎn)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)與測(cè)點(diǎn)處由線圈磁場(chǎng)激勵(lì)的船舶磁場(chǎng)間存在著映射關(guān)系，只要得到這個(gè)映射關(guān)系，就可求解出船舶在任意地磁場(chǎng)作用下的感應(yīng)磁場(chǎng)。

式(6)中be和bc均為已知量，因此可求解得到coek：

步驟9)：將各體單元計(jì)算點(diǎn)磁場(chǎng)縱向分量設(shè)置為當(dāng)?shù)氐卮艌?chǎng)沿船舶縱向的磁場(chǎng)分量值，其余分量設(shè)置為0，與coek相乘即可得到船舶縱向感應(yīng)磁場(chǎng)；同理，可得到船舶橫向感應(yīng)磁場(chǎng)和垂向感應(yīng)磁場(chǎng)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。