一種應用于多重干擾領域新型定位方法

徐 杰

(海軍駐桂林地區(qū)軍事代表室，廣西 桂林 541002)

0 引言

以前的論文［1－2］討論了磁定位方法的發(fā)展。在沒有艦載定位系統(tǒng)的情況下，需要精確收集艦船磁場信號。該方法主要應用于布置在港口的磁傳感器陣列，目的是監(jiān)控進出港口艦船的磁場梯度信號。但該方法的問題在于，當比較不同情形下的測量數(shù)據(jù)時，磁場信號的變化嚴重依賴于潮汐深度、艦船和傳感器陣列的相對位置。因此，為了獲得精確結果，本文將潮汐變化、艦船和傳感器陣列的相對位置2個重要影響因素納入到艦船磁場信號模擬模型中。

如果磁性定位方法能解決上述問題，該方法便能廣泛應用于眾多領域，如檢測、深水、聲音和多重干擾、安全監(jiān)控系統(tǒng)以及屏蔽信號收集等。

1 信號模擬的優(yōu)點

假如磁場測量數(shù)據(jù)有效，信號模擬方法更能精確的定位艦船蹤跡。為了說明這一點，分析圖1和圖2。圖1顯示艦船航行于陣列中1個傳感器的上方及測量數(shù)據(jù)。圖2顯示艦船航行于陣列中2個傳感器之間的上方及測量數(shù)據(jù)。比較圖1和圖2，可以看出測量信號嚴重依賴于艦船與陣列的相對位置。另外，一個嚴重影響測量信號的因素——潮汐深度，也能得出相同結論。

磁場模擬方法依據(jù)測量數(shù)據(jù)建立艦船模型，通過模型推算出任何區(qū)域的信號。最有效的陣列方式是在相應艦船類別的目標深度下，艦船直接通過傳感器陣列的中心。換言之，假設艦船通過的陣列如圖2所示，則模擬信號如圖1所示。因此，為了獲得精確的結果，必須考慮到潮汐變化和艦船與陣列的相對位置。

2 磁性定位方法

為了計算磁場蹤跡，給出2種基本假設:一是艦船航跡為1條直線，二是艦船航速恒定。雖然這些條件不是在每種情形之下都能實現(xiàn)，但是大部分情況艦船是在給定方向按照給定的速度航行的，因為通常只有1條通向港口的適于航行的通道，所以上述條件能得到有效的執(zhí)行。磁性探測方法能應用于變化的傳感器系統(tǒng)，至少需要2個傳感器。一個典型的測量裝置包括3～5個三軸向磁性傳感器，傳感器的位置精確度為±7 cm。艦船必須從2個傳感器之間通過(如圖3所示)。為了精確測量艦船磁場，一個典型的港口通常包括大量傳感器。圖4為布置于狹窄航道的5個傳感器示意圖。為了充分確保測量信號的精確性，關鍵在于傳感器的間隔距離小于水深以及適當?shù)男旁氡取?/p>

通常在港口中，艦船航向和實際航向相差少于1°，艦船與傳感器陣列相對位置在1 m以內(nèi)，艦船航行速度小于30 cm/s。模擬信號的最大誤差小于3%，最小誤差小于0.1%。圖5顯示的軌跡采用磁性定位運算法則，航行速度5 m/s，艦船與陣列中心相距7.3 m，航向25°。圖5中交叉點代表傳感器，線條代表艦船軌跡。實際測量信號和采用磁性定位推算的信號如圖6所示。3條點線代表相同方式下的推算信號，2種信號間的最大誤差為1.3%。由此可見，考慮到潮汐變化和艦船與陣列的相對位置2個重要因素，模型既具有真實性，又具有精確性和穩(wěn)定性，滿足工程實際需求。

2.1 信號收集系統(tǒng)

磁性定位方法尤其適合于監(jiān)視艦船進出海港或者港口。這個方法的優(yōu)點在于不需要在每艘艦船上安裝相應的艦載定位裝置，便能精確定位艦船蹤跡。當操作非合作艦船時，這個方法尤其重要。例如，過去常常采用攜帶視頻照相機進行大范圍操作，才能識別艦船類型，而現(xiàn)在，磁性定位方法基于測量信號便能完全反映艦船類型。

在港口中，1個適當?shù)膫鞲衅麝嚵薪Y構包括足夠的覆蓋航道寬度的三軸向傳感器，并且傳感器之間的距離必須小于水深(如圖3所示)，港口和檢測裝置通常包括3～16個傳感器。

圖6 艦船實際軌跡與定位軌跡Fig.6 The actual signature and the signature predicted using a Magnetically tracked signature

2.2 多重干擾領域

除了應用在單一干擾領域外，磁定位能模擬許多外界干擾信號，包括交變磁場、靜態(tài)磁場、交變電場和聲信號，只需要給定3～5個靜態(tài)磁傳感器，便能定位，并且可以通過給定位置的聯(lián)合式或者分布式傳感器模擬出外界的干擾信號。

當港口與傳感器之間的距離為典型距離(比如20～30 m)的時候，磁場干擾信號(CRM)很小。決定CRM的一個精確方法是模擬電場信號和預測CRM信號，該方法避免了分離小CRM信號與大磁場信號的復雜問題。

3 結語

如果艦船具有強大的磁場信號，當沒有其他定位方法的時候，磁定位是1個有效的定位方法。該方法最大的優(yōu)點在于能模擬合作目標與非合作目標。磁定位方法同樣有效檢測合作艦船。此外，不同于GPS，IR和激光定位方法，磁定位不需要獨立的艦船定位系統(tǒng)，便能定位深水潛艇。

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