潛艇閉環(huán)消磁系統(tǒng)的關(guān)鍵在于外部磁場的推算精度,其決定了潛艇感應(yīng)磁場和部分固定磁場的補(bǔ)償效果。針對目前存在算法精度不高的問題,提出一種改進(jìn)的內(nèi)外映射法,不需要考慮潛艇內(nèi)部磁傳感器的安裝姿態(tài),且只需同時測量4組潛艇的內(nèi)部磁場和外部磁場,就能得到兩者的映射關(guān)系矩陣K,利用其來推算得到在不同地磁場作用下潛艇的外部感應(yīng)磁場。開展了潛艇模型驗證實驗,將推算結(jié)果與測量結(jié)果進(jìn)行比較,相對均方根誤差最大僅為4.20%,滿足了推算精度要求,證明了該方法的可行性。 

【文章來源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

地磁模擬空間Fig.2Geomagneticfieldsimulationspace

圖2地磁模擬空間Fig.2Geomagneticfieldsimulationspace圖3潛艇模型外部磁探頭示意圖Fig.3Thesketchmapofexternalmagneticsensorsofsubmarinemodel實驗前測量并記錄背景磁場下的潛艇模型內(nèi)外磁場值，之后分別給3組地磁模擬線圈單獨(dú)通電（1A），測量并記錄潛艇模型的內(nèi)外磁場值，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦并進(jìn)行處理。為了檢驗結(jié)果的正確性，多次給地磁模擬線圈任意通電，模擬不同的地磁場環(huán)境，測量并記錄潛艇模型的內(nèi)外磁場值。2.2實驗結(jié)果與誤差分析K45×81BwB′w利用前4組測量數(shù)據(jù)求解映射矩陣，得到1個的矩陣，可直接用于由內(nèi)部磁場推算外部磁常為了驗證推算精度，總共取了10組測量結(jié)果與推算結(jié)果進(jìn)行比較，計算其相對均方根誤差，定義其為：RMSE=Bw′Bw2√n·Bwmax。(9)n=15Bwmax式中：，為外部磁探頭的個數(shù)；為測量結(jié)果的最大值。計算結(jié)果如表2所示。YXZ由于磁探頭放置在潛艇模型的龍骨正下方，所以分量不予以考慮。對于分量和分量，外部感應(yīng)磁場推算值的最大相對均方根誤差為4.20%，達(dá)到所要求的精度。試驗中產(chǎn)生誤差的原因有很多，主要因素如下：1）實驗室磁環(huán)境相對復(fù)雜，長時間的實驗前后地磁場會發(fā)生變化，并且實驗設(shè)備距離磁探頭的距離太近，會影響測量結(jié)果；2）地球磁場是一個均勻磁場，但是實驗室條件下地磁模擬線圈產(chǎn)生的磁場均勻度不夠好，很難完全模擬地磁場的變化。表1推算的外部感應(yīng)磁場的相對均方根誤差Tab.1RMSEofexternalmagneticinducedfieldextrapolationX分量/%Z分量/%第1組3.912.80第2組1.930.69第3組0.892.31第4組1.452.47第5組1.242.02第6組

梢雜汕蓖?諭飧杏Υ懦〉謀浠?恐苯?求解映射關(guān)系矩陣，最終推算出潛艇在各種地磁環(huán)境下的外部感應(yīng)磁常2潛艇模型實驗2.1實驗設(shè)計基于上述理論，開展了潛艇縮比模型的相關(guān)實驗。選取一長度為3.35m，最大直徑為0.5m的雙殼體潛艇作為實驗船模。對于內(nèi)部測量點(diǎn)的位置選取無特殊要求，但從潛艇自身的安全性考慮出發(fā)，一般將探頭布放在2層殼體之間，并且探頭數(shù)量越多，越能充分反映出所有磁場信息。因此，在雙殼體夾層之間固定安裝27個三分量磁傳感器，從艇艏到艇艉成環(huán)形狀，如圖1所示。圖1潛艇模型內(nèi)部磁傳感器示意圖Fig.1Thesketchmapofinternalmagneticsensorsinsubmarinemodel外殼體封裝完畢后，將潛艇模型放置于三分量地磁模擬線圈所在空間，如圖2所示。潛艇模型位于南北航向（首部指向正北航向），在其龍骨正下方標(biāo)準(zhǔn)測量深度所在平面放置15個三分量磁探頭，如圖3所示。第42卷何保委，等：改進(jìn)的內(nèi)外映射法推算潛艇外部感應(yīng)磁場·173·


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