艦艇動態(tài)磁性檢測方法

閻齊方，汪永浩，張 迪

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艦艇動態(tài)磁性檢測方法

閻齊方，汪永浩，張 迪

(91315部隊，遼寧大連116041)

本文介紹了艦艇磁性檢測方法分類、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對比分析了艦艇磁性檢測兩種模式：動態(tài)磁性檢測和靜態(tài)磁性檢測，重點講述了動態(tài)磁性檢測方法。

艦艇 動態(tài)磁性檢測 靜態(tài)磁性檢測

0 引言

為了減少磁性武器對艦艇的威脅，各國海軍均重視對艦艇磁場防護方法措施的研究，控制減小艦艇磁場以提高艦艇磁性防護能力。研究磁性武器裝備及磁場防護方法，都需要對艦艇磁場情況有全面準(zhǔn)確地掌握。艦艇磁性檢測是針對艦艇磁性研究的基礎(chǔ)，經(jīng)常性的磁性檢測是對艦艇磁性安全評估的重要措施。因此，發(fā)展艦艇磁性檢測技術(shù)能夠及時準(zhǔn)確掌握艦艇磁性防護狀態(tài)，給艦艇磁性防護措施方法和理論方法研究提供重要的數(shù)據(jù)支撐。從而提高艦艇磁性防護能力，有效應(yīng)對各種磁性武器、航空磁探等威脅，保護艦艇生命力。

1 艦艇磁性檢測的分類

目前各國海軍采用的艦艇磁性檢測技術(shù)根據(jù)艦艇運動狀態(tài)分為兩種：一種為靜態(tài)艦艇的靜態(tài)磁性檢測，即艦艇相對磁傳感器靜止的磁性檢測技術(shù)。該技術(shù)要求艦艇和檢測設(shè)備相對固定，受地域環(huán)境等因素限制。另一種為動態(tài)艦艇的動態(tài)磁性檢測，即艦艇相對磁傳感器運動的磁性檢測技術(shù)。動態(tài)磁性檢測的另外一方面含義為磁性檢測設(shè)備能夠根據(jù)任務(wù)需要布置到任務(wù)區(qū)域，具有較強的機動性。

2 動態(tài)磁性檢測技術(shù)的特點及國內(nèi)外現(xiàn)狀

動態(tài)磁性檢測技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型檢測方法，國外對動態(tài)磁性檢測技術(shù)的研究比較成熟，已經(jīng)建造了艦艇動態(tài)磁性監(jiān)測站，研制了適用于檢測艦艇動態(tài)磁場的磁傳感器。如德國STN公司研制的MORA SYM型矢量傳感器，采用DGPS定位，現(xiàn)已裝配到德國海軍；英國、法國、挪威也各自研制了集磁、聲、電和壓力一體檢測的傳感器，通過DGPS或紅外等方式定位。目前各國發(fā)展磁性檢測站以磁檢測為主，結(jié)合多種類型傳感器協(xié)同檢測，形成全面測量艦艇物理場和海洋環(huán)境參數(shù)的綜合檢測系統(tǒng)。此外，根據(jù)有限的資料分析表明：美國、日本、俄羅斯、英國和意大利等國已經(jīng)在港口、海峽和重要航道等地區(qū)建立了磁場檢測系統(tǒng)，以探測水下航行的潛艇，保衛(wèi)水道的安全。

我海軍磁性檢測現(xiàn)在主要采用靜態(tài)磁性檢測技術(shù)，如艦艇消磁站（車載式消磁站）、消磁船和潛艇洞庫消磁站。艦艇消磁站是在海底布置磁傳感器形成陣列對艦艇進行磁性檢測。消磁船采用提拉磁傳感器方式測量艦艇龍骨及左右舷下方某標(biāo)準(zhǔn)平面上磁場，從而檢測艦艇磁場。潛艇洞庫消磁站是通過在海底和洞壁布置的磁傳感器對潛艇進行磁性測量。我軍海軍艦艇靜態(tài)磁性檢測比較成熟，動態(tài)磁性檢測技術(shù)仍在研究中，已具備相關(guān)理論和技術(shù)條件，但還沒有組建動態(tài)磁性檢測機構(gòu)。

3 艦艇磁性檢測兩種模式比較

目前，由于我海軍艦艇磁性檢測以靜態(tài)為主，檢測到的磁場是靜止時艦艇的磁場，該種磁場信息無法完整、全部地反應(yīng)艦艇運動時的磁場狀態(tài)（如渦流磁場等），因此也就無法真實地評價艦艇磁性防護狀態(tài)。我海軍現(xiàn)行的艦艇磁性檢測為“定期檢測”模式，在艦艇兩次檢測的間隔時間內(nèi)，無法及時地檢測到磁性過早超標(biāo)的艦艇，從而不能及時地進行磁性處理，無法保障艦艇安全，也存在對磁場并不超標(biāo)的艦艇“定期”進行磁場檢測的情況，浪費大量資源，占用寶貴的檢測時間；另外，對執(zhí)行遠洋任務(wù)的艦艇無法進行定期的磁性檢測。

動態(tài)磁性檢測相比靜態(tài)磁性檢測具有很大優(yōu)勢，如在港灣出入口或重要水道海底，動態(tài)磁性檢測可以經(jīng)常性地檢測經(jīng)過測量區(qū)域時艦艇磁場，全面檢測艦艇航行時磁場狀況，真實評價艦艇磁性防護狀態(tài)。進而提供磁性處理意見，充分利用資源，合理分配艦艇磁性處理時間。動態(tài)磁性檢測系統(tǒng)構(gòu)造簡單，投資小，建設(shè)周期短。該系統(tǒng)由水下磁場測量系統(tǒng)、航跡測量系統(tǒng)和岸基（或船基）數(shù)據(jù)處理中心組成(如圖1所示)。磁場傳感器系統(tǒng)主要由能夠進行自我姿態(tài)校正的磁通門傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、連接電纜和相應(yīng)的輔助設(shè)備組成；數(shù)據(jù)處理中心主要由傳感器接口控制臺、艦艇定位系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。由于構(gòu)造簡單，磁性檢測使用的所有設(shè)備能夠根據(jù)任務(wù)需要布置到任務(wù)區(qū)域，具有較強的機動性，能對執(zhí)行任務(wù)艦艇在任務(wù)海域進行磁性檢測，以保障艦艇在執(zhí)行任務(wù)時的磁性安全。而且使用方便，檢測時間短，能夠在艦艇經(jīng)過測量區(qū)域時自動采集艦艇磁場，而不需要艦艇回到消磁站或消磁船駐泊附近進行檢測。

圖1 動態(tài)磁性檢測站示意圖

動態(tài)磁性檢測技術(shù)的主要特點是用途廣泛，具有較廣闊的拓展用途前景。動態(tài)磁性檢測可以構(gòu)成“柵欄式水下磁性防御網(wǎng)”來保衛(wèi)港口、重要水道以及近海和海上重要目標(biāo)安全。動態(tài)磁性檢測還可以用來測量海洋磁場數(shù)據(jù)，從而研究磁暴的水下效應(yīng)、海流磁場、海浪磁場等海洋磁場要素，建立有關(guān)的數(shù)據(jù)庫和數(shù)學(xué)模型，為海洋磁場在其它領(lǐng)域的應(yīng)用和研究提供基礎(chǔ)資料。

4 動態(tài)磁性檢測方法

動態(tài)磁性檢測技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理方法包括磁場數(shù)據(jù)預(yù)處理和傳感器定位、艦艇磁場推算方法、消磁繞組調(diào)整方法和磁性目標(biāo)跟蹤識別方法等，如圖2所示。

圖2 動態(tài)磁性檢測技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理方法

4.1磁場數(shù)據(jù)預(yù)處理和傳感器定位

在磁性檢測中通常采用三分量磁通門傳感器進行磁性檢測，傳感器的輸出必須經(jīng)過固有誤差的修正，坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換之后才能獲得磁場真值，稱為磁場數(shù)據(jù)預(yù)處理。由于艦艇磁場是位置的非線性函數(shù)，這就說明在各采樣時刻僅僅知道磁場測量值是不夠的，我們還應(yīng)當(dāng)掌握各采樣時刻傳感器與艦艇中心的相對位置。目前國內(nèi)外主要采用以下兩種方法來確定傳感器與艦艇的相對位置：1）主動定位：首先確定傳感器相對于某參考點的位置，再利用其他手段（如DGPS，激光測距，紅外等）確定目標(biāo)與參考點的相對位置，借助該參考點可以推算傳感器與目標(biāo)的相對位置；2）被動磁定位：將艦艇磁場用若干個磁源來等效，然后利用測量數(shù)據(jù)反演磁源的位置和運動軌跡，從而確定各采樣時刻傳感器與目標(biāo)的相對位置。兩者相較之下，主動定位方式精度和可靠性都較高，且獨立于艦艇的磁性狀態(tài)，因此一般優(yōu)先選用。總之，無論采用哪種定位方式，都需要預(yù)先知道磁傳感器在海底的位置信息：主動定位需要知道傳感器與參考點的相對位置，而被動磁定位一般要求知道傳感器之間的相對位置。因此，對傳感器實施準(zhǔn)確定位是動態(tài)磁性檢測能夠正常工作的前提和基礎(chǔ)。

4.2艦艇磁場推算方法

按目前的艦艇消磁條例，艦艇磁性狀態(tài)的評估是針對艦艇標(biāo)準(zhǔn)測量平面上的磁場值來進行的，即將標(biāo)準(zhǔn)測量平面的艦艇磁場值與消磁標(biāo)準(zhǔn)作比較，來判斷艦艇磁場是否符合要求。受實際測量環(huán)境（如測量水深，潮汐變化等）的限制，往往很難直接獲得考核點上的磁場信息，這種矛盾在磁性檢測站中顯得尤為突出。因此，為了正確評估艦艇的磁性防護能力，進而給出合理的磁性處理建議，需建立滿足換算精度要求，具有較強穩(wěn)定性的艦艇磁場換算模型，將實際測量位置的磁場測量值換算到標(biāo)準(zhǔn)測量位置。

4.3消磁繞組調(diào)整方法

我海軍艦艇一般都加裝有艦載消磁系統(tǒng)，其主要目的為實時地補償艦艇感應(yīng)磁性。根據(jù)艦艇的使命任務(wù)、航行區(qū)域以及防御水雷等級，不同的艦艇將會設(shè)計不同的消磁繞組。當(dāng)消磁繞組磁場分布曲線不能良好地抵消艦艇磁場分布曲線時，要進行繞組消磁線圈系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整。因此，研究發(fā)展消磁繞組優(yōu)化調(diào)整方法是提高艦艇磁性防護能力的有效途徑，也是動態(tài)磁性檢測技術(shù)的最終目標(biāo)。

4.4磁性目標(biāo)跟蹤識別方法

戰(zhàn)時，采用潛艇封鎖重要水道，滲透到敵方港內(nèi)而對港內(nèi)駐泊的艦艇發(fā)動突然攻擊，以及對其他近海和海上重要目標(biāo)（如離岸超級碼頭，海上石油平臺等）實施水下偷襲是常用的戰(zhàn)術(shù)。因此，需要建立相應(yīng)的水下防御體系來保衛(wèi)這些目標(biāo)的安全?，F(xiàn)有的水聲探測系統(tǒng)要么造價昂貴，要么不適合噪音嘈雜的近岸環(huán)境，不太適合保衛(wèi)這些目標(biāo)。而利用水下目標(biāo)的磁場信號來探測目標(biāo)是比較可靠且精度較高的方法。采用動態(tài)磁性檢測站就能夠較容易地構(gòu)建成“磁性防御網(wǎng)”。此時，磁性檢測站的主要任務(wù)就是要快速準(zhǔn)確地追蹤目標(biāo)（如水下潛艇等）的航跡和目標(biāo)參數(shù)。因此，只有近距離磁性目標(biāo)跟蹤技術(shù)的發(fā)展，才能充分發(fā)揮磁性檢測站在維護港口和重要目標(biāo)安全等方面的重要作用。

5 結(jié)論

本文對艦艇動態(tài)磁性檢測方法進行了分析研究，結(jié)合我國海軍實際情況，通過對比分析，認為動態(tài)磁性檢測技術(shù)在檢測艦艇磁性狀態(tài)、評估磁性防護能力、防衛(wèi)重要的海上和近海目標(biāo)安全、收集水中磁性目標(biāo)磁場特征和采集海洋磁場數(shù)據(jù)等方面能夠發(fā)揮重要作用。動態(tài)磁性檢測技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理方法包括磁場數(shù)據(jù)預(yù)處理和傳感器定位、艦艇磁場換算方法、消磁繞組調(diào)整方法和磁性目標(biāo)跟蹤識別方法等，能夠為我國海軍發(fā)展艦艇磁場動態(tài)檢測技術(shù)提供依據(jù)。

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Dynamic Magnetic Detection Method for Naval Ships

Yan Qifang, Wang Yonghao, Zhang Di

(Unit 91315, Dalian 116041, Liaoning, China)

TM937

A

1003-4862（2016）10-0017-03

2016-07-18

閻齊方（1977-），男，工程師。專業(yè)方向：艦船消磁。