消磁技术对舰船磁场特征的影响

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'消磁技术对舰船磁场特征的影响'
船电技术|综述 Vol.37 No.3 2017.03 48 消磁技术对舰船磁场特征的影响消磁技术对舰船磁场特征的影响 田 东,刘胜道,高俊吉 (海军工程大学电气工程学院,武汉 430033) 摘 要:介绍了舰船消磁技术的典型作用,分析了水雷磁引信技术的发展概况,针对水雷磁引信的工作原 理探讨了消磁技术对舰船磁场特征的影响效果和途径。 关键词: 消磁技术 磁引信 磁场特征 磁性对抗 中图分类号:TM26 文献标识码:A 文章编号:1003-4862(2017)03-0048-03 Influence of Degaussing Technology on Ship’s Magnetic Features Tian Dong, Liu Shengdao, Gao Junji (College of Electrical Engineering, Naval Univ.of Engineering, Wuhan 430033, China) Abstract: The typical value of ship’s degaussing technology is introduced and the development of mine magnetic fuse technology is analyzed. According to the work principle of magnetic mine, the impact effects and methods of degaussing technology on ship’s magnetic features are discussed. Keywords: degaussing technology; magnetic fuse; magnetic feature; magnetic countermeasure 0 引言引言 钢铁材质的舰船在地磁场作用下被磁化产生 固定磁场和感应磁场等舰船磁场,该磁场量级可 观且难以消除,是磁性水雷识别、定位和攻击舰 船的稳定信号源[1]。为了与磁性水雷对抗,舰船 消磁技术应运而生,其采用现代电磁方法和控制 技术将舰船磁场消除或补偿到一定范围内[2],保 护舰船海上通行安全。随着现代磁引信的发展, 磁性水雷威胁逐步增大,消磁技术面临更大的挑 战。本文结合舰船消磁技术作用效果和现代磁引 信工作原理分析了消磁技术与磁性水雷的对抗能 力,探讨了消磁技术对舰船磁场特征的影响效果 和途径。 1 消磁技术的典型作用消磁技术的典型作用 舰船消磁技术主要包括固定磁性处理技术 和感应磁性补偿技术,其中固定磁性处理主要是 利用大功率脉冲电流使舰船呈现出磁中性状态, 收稿日期:2016-11-15 作者简介:田东(1984-),男,博士研究生。研究方向: 电磁环境与防护技术。 而感应磁场补偿技术则是通过舰载消磁绕组产生 与舰船磁场大小相等且方向相反的磁场来抵消舰 船磁场。但是,由于舰船磁场成因复杂,航行中 测量比较困难, 且消磁系统性能受多种因素制约, 目前消磁技术还很难将舰船磁场完全消除,只能 将其消减到一定的范围内。消磁后舰船磁场量级 显著降低,舰船目标被磁引信探测和发现的距离 大幅减小,有效降低了舰船航行中的触雷风险。 同时,为了探测消磁后较小的舰船磁信号,磁引 信需要设置更高的灵敏度,在海洋背景噪声和人 为干扰磁场存在的情况下,舰船磁信号信噪比减 小,甚至淹没在噪声中,磁引信进行信号处理、 识别和定位的难度增大,水雷打击的准确性和有 效性也随之降低。 2 消磁技术面临的挑战消磁技术面临的挑战 随着科学技术的发展,水雷磁引信的能力不 断增强,舰船受到的威胁也越来越大。从现代磁 性水雷的工作原理来看,磁引信能力增强主要体 现在两个方面:一是水雷磁传感器分辨率大幅提 高,可检测更低量级的磁信号。目前水雷磁引信 适用的磁传感器最高分辨率已达 nT 级,而结构 更加复杂、体积较大的光泵磁强计、质子旋进式 DOI:10.13632/j.meee.2017.03.014 Vol.37 No.3 2017.03 船电技术|综述 49 磁强计和超导磁强计分辨率更是高达 pT 级 [1,3]。 由于航行中舰船磁场变化复杂,消磁系统受绕组 数量、布设位置和电流等因素影响,要保证舰船 在整个适合水雷布设的深度内不被高灵敏度磁引 信探测变得更加困难;二是水雷磁引信的信号处 理和目标识别定位技术取得了一定的进步。由于 自然干扰,人为干扰的存在,且磁场幅值、变化 率受目标大小、距离和速度等因素影响,探测到 磁信号即爆炸的傻瓜模式水雷逐渐被淘汰,水雷 磁引信朝着能够识别目标性质和位置信息的智能 化方向发展,其采用各种抗干扰、抗扫、目标识 别和定位技术来确保爆炸的有效性,其中包括舰 船磁场直观波形特征[1](如变化率和脉冲特性) 、 三分量特性(如夹角余弦定位[1],矢量横向动作 区域控制[5],矩特征估算速度[1]等)以及基于舰 船磁场与椭球体磁场相似的模型化检测方法[1,6] 等,这些技术给舰船消磁技术提出了磁场特征控 制的新要求。 图 1 现代水雷磁引信工作原理[1,4] 3 消磁技术对舰船磁场特征的影响消磁技术对舰船磁场特征的影响 水雷打击舰船的效果主要取决于识别和定位 舰船目标的准确性,其与舰船磁场的特点和磁引 信选取利用磁场特征的方法有关。因此,消磁技 术与磁性水雷的对抗能力可以用消磁技术对舰船 磁场特征的影响效果和途径来衡量。 1)消磁技术对舰船磁场特征的消减。 现代磁 性水雷的工作方式多样,消磁后舰船磁场也比较 复杂,消磁工程师开展了大量卓有成效的研究工 作,最直接的办法就是消除水雷磁引信工作的信 号源,磁场幅值消减就是最常见的做法[7],但磁 引信还可以利用磁场变化率和梯度进行工作,为 此, 文献[8]和[9]利用进化算法分别提出了同时减 小幅值和梯度的消磁系统控制方法以应对可能的 多种磁引信水雷的威胁。又由于舰船磁性对抗能 力不仅与舰船磁信号量级有关还受水雷工作机制 影响,达到消磁标准时舰船磁场分布可能不同, 其与水雷对抗的能力也可能不同,故文献[10]提 出了一种利用消磁后舰船磁场少数统计特征量预 测舰船磁性对抗能力的方法,也由此可控制消磁 系统使舰船磁场特征最大限度地接近最优的标准。 此外,考虑到各类舰船有着自身独特的物理结构 和磁特性,文献[11]提出了以水雷检测概率为目 标提取舰船磁场特征来识别舰船的方法,这些特 征既可能用于磁性水雷,也可指导消磁作业进行 有针对性地消减。 2)消磁技术对舰船磁场特征的破坏。消磁后 舰船磁场在消磁标准深度上分布极不均匀,出现 多个极值,而水雷关注的磁场特征则更多地集中 在舰船消磁标准深度以外的区域。从物理上看, 在自然磁化状态下,虽然舰船铁磁设备众多,但 整体上舰船与椭球体具有相似性,尤其是离开船 体较远时,磁场局部的不均匀性退化,使得舰船 磁场与椭球体磁场非常相似,在距离 1.5 倍船宽 距离以上椭球体拟合精度达到 85%以上[1],也因 此呈现出诸多与椭
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