基于面磁矩分布的潜艇磁场计算

潜艇磁场的单个磁偶极子模型,在计算外空间磁场分布时与实际情况误差较大,为提高模型准确度,本文优化潜艇磁场的计算方法,将潜艇磁矩看作均匀分布于壳体上的无限个磁偶极子,提出并定义了面磁矩密度假设。通过求解潜艇表面上磁矩微分元在场点的磁场积分,得到基于面磁矩分布的潜艇磁场计算数学模型。经过对比分析表明,该模型能够更准确地描述潜艇磁场的空间分布特性,以及潜艇磁异常随着探测距离的变化情况。     

基于远场等效磁矩的潜艇磁防护技术

从控制潜艇磁性的源头出发,根据潜艇高空磁场与磁偶极子磁场的等效性,以及磁偶极子磁场与电流环磁场分布的一致性,提出一种基于远场等效磁矩的磁防护方法。通过布设简单补偿绕组,直接补偿潜艇等效磁矩,从而降低潜艇远场磁场。仿真实验结果表明,该方法可有效降低潜艇的远场磁场,提高潜艇对抗航空磁探的能力,为实际潜艇的远场磁防护提供了一种新的思路和技术手段。     

舰船壳体模块感应磁场的等效计算

典型的舰船壳体是主要由薄钢板和肋骨构成的复杂结构,采用磁矩量法计算其感应磁场时,会碰到数据准备复杂,剖分单元数目过多的问题。按照横截面积与磁化率乘积相等的原则,将舰船壳体模块等效简化为一个各向异性的简单薄钢板结构。针对一个有代表性的数值算例,采用磁矩量法分别计算简化前、后舰船壳体模块的感应磁场,并对比计算结果。研究发现,等效前后的计算误差不超过1.5%,证明所提出的磁性等效方法不仅能简化数据准备工作,而且还可以减少单元数目,对于磁矩量法计算非常有利,能够作为计算舰船壳体感应磁场的一条可行途径。     

基于有限元法的潜艇磁场模型适用条件分析

潜艇磁偶极子模型和椭球体模型是目前应用最广泛的潜艇磁场模型,但是对于磁偶极子模型和椭球体模型的适用条件缺乏定量研究。利用有限元法计算得到的潜艇空间磁场近似表达实际磁场,通过与椭球体模型和磁偶极子模型的仿真比较,对2种模型的适用条件进行定量研究。     

基于PSO算法的磁偶极子阵列舰艇磁场模拟研究

舰艇磁场作为舰艇重要暴露源,是舰艇非声隐身性能的一大研究重点。在舰艇磁防护工作中,为应对舰艇上方的航空磁探测等新型磁威胁,需要对舰艇磁场全方位的空间分布特征进行数学建模。本文针对舰艇垂向非对称结构在舰艇上、下方感应磁场的分布差异,通过数值仿真实验对某潜艇简易模型进行定量分析,并基于舰艇上、下方2个近场平面的磁场数据,以拟合结果均方根误差为目标函数,采用粒子群优化算法（particle swarm optimization, PSO）对系数矩阵进行优化,建立了潜艇的三维磁偶极子阵列模型。定量分析模拟结果表明,在艇模上、下方单倍船长范围内,感应磁场最大相对误差超过5%,采用单个近场平面的测量数据建模将对磁模型换算精度带来显著影响。采用双平面模拟后,将磁偶极子阵列模型深度换算结果与艇模仿真数据进行比较,龙骨上、下方最大相对拟合误差仅为1.14%与2.82%,拟合精度高且可换算深度范围广。本文研究成果可应用于舰艇磁场的高精度建模,并为舰艇磁防护中磁场测量、磁性目标探测与定位等工作提供参考。     

潜艇磁场建模方法的分析与比较

对潜艇进行磁探仪探测,需了解潜艇的磁特性模型.潜艇磁性物质分布复杂,直接用解析方法求解其磁场相当困难.经过近几十年的发展,目前已经得到了多种有效的潜艇磁场建模方法.本文分析了目前潜艇磁场建模的几种方法,对各种方法的基本原理进行阐述,并对其适用范围进行分析.最后对潜艇磁场数学模型的选择进行了说明.     

潜艇空间磁场测量计算新方法的研究

由于舰船磁场测量计算受测量场地的水深、磁传感器的布设数量、排列方式、以及建模所选磁模拟体个数等因素的影响,所以引入一种潜艇磁场测量计算新方法。以磁模拟混和体作为仿真模型,经过仿真和实测验证,证明此方法的准确性和实用性。它在磁场测量时与测量点分布、位置无关,这对提高船体磁场测量效率和精度有重要意义,在工程上有广阔的应用前景。     

一种基于磁偶极子模型的铁磁体近场计算方法

为计算铁磁体的感应磁场,在普通磁偶极子模型的基础上,结合微元的思想,研究了微元磁偶极子模型的计算方法,推导出了空间任一点感应磁场值的精确表达式.弥补了普通磁偶极子模型不能精确计算近场源点磁场的不足.分别用普通磁偶极子模型和微元磁偶极子模型计算了圆柱形铁磁体的感应磁场,结果表明,微元磁偶极子模型计算感应磁场精确度较高,可应用于工程实际.     

基于单椭球体舰船磁场模型的感固分离研究

舰船在地球弱磁场中的磁化过程是线性、可逆的,可以将舰船磁矩分为固定磁矩和感应磁矩。对于不同的舰船磁场数学模型,对其进行感固分离通常是采用不同的方法。通过对舰船的3个方向上的去磁系数进行分析,可以近似地将椭球体模型中的感应磁矩和固定磁矩分离开来。     

舰船磁场与航向关系的试验分析

通过观察船模在不同航向下所产生的磁场,得到磁场与航向存在正余弦关系,在磁场数学建模的基础上推导分析认为,能通过测量两个不同航向下的磁场估计任意航向下的磁场,减少实测次数,而且可用于识别航向。     

基于时谐电偶极子模型的交变磁场定位技术

为解决现有舰船磁定位精度不高的问题,提出基于水平电偶极子模型的交变磁场定位技术研究,利用电性源产生交变磁场信号,以浅海空气—海水—海床3层界面电偶极子模型为正演求解模型,针对实际舰船磁性检测中所得磁场信息的局部性而引起反演模型病态不适定问题,应用Powell局部搜索优化算法反演求解模型定位参数,从而实现偶极子源位置的实时解算。通过实验室水池电偶极子源实验对定位的结果进行验证,结果表明,该方法定位精度高,并且稳定可靠。     

基于边界等效源的舰艇磁异常推算技术研究

用等效源法实现舰艇磁异常推算通常将等效源置于舰艇所占空间内,其位置分布参数常依赖人为经验确定,从而直接影响了等效源法在舰艇磁异常推算中的通用性。针对该问题,从边界积分理论及等效原理出发,分别建立了以边界单层源、双层源和混合源为未知量的边界等效源舰艇磁异常推算模型。与应用于舰艇磁场建模中传统等效源法相比,其等效源只需分布于边界面上,从而大大降低了人为因素的影响。基于磁场测量值来求解边界等效源磁性参数属磁场逆问题,磁场测量数据中信息量的不足通常使其表现出一定的病态性。为减小测量误差等因素对计算结果的影响,应用截断奇异值分解方法对模型进行了求解,并分析了所用磁场数据类型对建模的影响;采用数值算例和船模实验对边界等效源舰艇磁异常模型进行了分析比较。结果表明,基于截断奇异值分解方法求解的边界等效源舰艇磁异常模型,可有效克服传统等效源法在舰艇磁异常建模中的不足,推算结果令人满意。     

潜艇悬停运动模糊控制

潜艇水下悬停是指潜艇在水下无航速时深度保持和变动,它是一个复杂的非线性过程。传统的控制方法缺乏自适应能力,影响了控制效果。模糊控制能够很好地解决上述问题。本文从模糊控制原理出发,确定悬停控制的模糊控制器结构,根据典型的阶跃响应指定了潜艇悬停的模糊规则,采用Simulink完成自抗扰微分器的程序设计。通过对2种典型工况进行仿真,表明模糊控制器能在潜艇定深悬停中起到很好的控制效果,并具有超调量小、调整时间短及鲁棒性好的优点。     

基于磁场梯度的船舶磁场模型

推导了磁旋转椭球体阵列在三维空间中磁场梯度的公式,建立了基于磁场梯度的椭球体阵列的磁场模型.针对模型的精度和稳定性易受人为选择椭球体参数影响的弊端,利用逐步回归方法来确定船舶磁场模型的各参数.船模试验表明,该模型精度高,可以广泛用作磁性目标的近距离定位和磁场建模.     

基于CFD的潜艇阻力及流场数值计算

运用雷诺平均N-S方程,使用CFD前处理软件ICEM CFD划分流场网格,采用RNG k-ε湍流模型,实现了对裸潜体、带指挥台围壳艇体、带十字尾翼艇体、全附体潜艇4种模型的阻力及粘性流场的数值模拟。通过数值模拟,得到了潜艇表面压力分布情况和附体附近流场的一些特性,为进一步优化潜艇的艇型和分析潜艇的流噪声打下了基础。而阻力的对比在一定程度上验证了数值模拟的可靠性。     

沿任意方向运动的磁偶极子感应电场特性

磁偶极子是磁理论研究最基本的磁单元。根据相对论电磁变换推导了单个磁偶极子沿任意方向匀速运动时产生的感应电场三分量的计算公式,并通过坐标变换,得到了感应电场在惯性系中的空间分布,解决了由高斯定理只能计算沿极矩方向运动的磁偶极子感应电场的缺陷。利用Matlab语言进行仿真,直观展示了沿任意方向运动的磁偶极子感应电场分布特征,并画出了感应电场的电力线分布,分析了感应电场随着磁偶极子运动方向与极矩方向间夹角的变化而变化的规律,为通过磁偶极子拟合磁性物体的磁场分布从而研究其感应电场提供了参考。     

基于卡尔曼滤波的磁偶极子目标张量定位

采用现有单点磁梯度张量定位方法定位磁偶极子目标时,易出现定位结果受测量噪声影响而发散的现象。针对该方法的不足,根据磁偶极子磁感应强度与磁场梯度张量的基本关系式,建立张量定位的状态空间模型,并采用卡尔曼滤波器对状态向量进行估计,实现目标定位。设计数值算例对定位方法进行检验,定位结果表明,基于卡尔曼滤波的定位方法具有较高的精度和稳定性,可用于航空磁探测和水下小目标磁场探测。