【摘要】：針對堅(jiān)決維護(hù)國家海洋權(quán)益的使命任務(wù)和應(yīng)對形勢嚴(yán)峻的水下威脅等戰(zhàn)場情況,我軍必須提高水下探測技術(shù)水平,特別是提高探潛能力。磁探潛是一種重要的潛艇探測手段,在地磁場背景下潛艇會(huì)產(chǎn)生磁場異常,根據(jù)潛艇磁特征建立磁異常信號探測模型,對信號進(jìn)行反演處理,可準(zhǔn)確得到潛艇的位置、類型、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等相關(guān)信息。本文針對探潛實(shí)驗(yàn)成本大且實(shí)測數(shù)據(jù)空間不完善等問題,開展了磁目標(biāo)探測聯(lián)合仿真技術(shù)研究,采用有限元方法對潛艇、飛機(jī)磁場進(jìn)行了模擬仿真,研究了干擾補(bǔ)償和信號檢測方法,并構(gòu)建了聯(lián)合仿真系統(tǒng)對探潛技術(shù)研究提供支撐環(huán)境,可以驗(yàn)證磁場特征和信號檢測方法的有效性。首先,基于等效磁偶極子模型,建立了磁場信息和潛艇參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系。針對等效磁偶極子模型不能有效模擬飛機(jī)近場磁場特征的不足,引入了基于麥克斯韋方程和電磁場邊界條件的有限元仿真數(shù)值方法,該方法可對潛艇、飛機(jī)等磁性目標(biāo)的磁場進(jìn)行精確計(jì)算。其次,采用有限元軟件COMSOL分別對潛艇和飛機(jī)模型進(jìn)行了建模和仿真,得到了潛艇磁場和飛機(jī)干擾磁場的大小和分布,進(jìn)一步認(rèn)識了潛艇磁異信號和傳感器安裝點(diǎn)的磁場特性。針對飛機(jī)干擾磁場補(bǔ)償需求,開展了四航向飛機(jī)干擾磁場數(shù)據(jù)建模與仿真。針對飛機(jī)探潛飛行仿真中大尺寸范圍內(nèi)的多目標(biāo)模型仿真計(jì)算量大和精度不高的問題,提出模型分離、數(shù)據(jù)疊加的方法,模擬生成疊加了飛機(jī)干擾磁場和潛艇磁場異常的測量信號。磁場仿真數(shù)據(jù)為磁異信號處理研究提供了有效的數(shù)據(jù)源。再次,針對磁異信號處理中的兩個(gè)重要問題:飛機(jī)干擾磁場補(bǔ)償與微弱磁異信號檢測方法進(jìn)行了研究。以有限元仿真計(jì)算得到的飛機(jī)四航向磁場數(shù)據(jù)為對象,采用Tolles-Lawson模型估計(jì)飛機(jī)干擾參數(shù),補(bǔ)償后干擾磁場顯著減小。對探測飛行仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾補(bǔ)償后,再采用正交基函數(shù)法進(jìn)行信號檢測,結(jié)果實(shí)現(xiàn)了7倍艇長距離的有效探測。最后,基于C語言設(shè)計(jì)并開發(fā)了聯(lián)合仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)將飛機(jī)/潛艇磁場建模與仿真、微弱磁異信號檢測、數(shù)據(jù)管理等功能集成在一起�；谠撓到y(tǒng)進(jìn)行了磁場仿真、數(shù)據(jù)提取、信號檢測、結(jié)果顯示等全流程磁探潛仿真研究,驗(yàn)證了目標(biāo)磁場特征和信號檢測方法的有效性以及聯(lián)合仿真技術(shù)的可行性。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.9;E91
【圖文】：

圖 1.1 MQ-8B 磁探儀拖曳系統(tǒng)探測技術(shù)的眾多應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，反潛作為在軍事領(lǐng)域國家海軍研究的重中之重。反潛的主要探測對象為海洋的天然庇護(hù)下進(jìn)行各種復(fù)雜的軍事行動(dòng)，因此戰(zhàn)略地位和震懾作用，所以怎樣能夠?qū)崿F(xiàn)對敵對國界各國海軍的研究重點(diǎn)。在反潛探測領(lǐng)域內(nèi)合理的的精度、效率以及準(zhǔn)確率有很大的影響[9]。在反潛的方法是在飛行載體平臺上安裝基于總量的磁傳感行探測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在磁異信號時(shí)來發(fā)現(xiàn)潛艇。探測飛行軌跡飛行時(shí)，若發(fā)現(xiàn)在某一點(diǎn)或者某一范圍內(nèi)，那么根據(jù)異常信息結(jié)合其他信息對異常進(jìn)行信號。院的報(bào)告稱，其反潛飛機(jī)的探潛高度大約為 500m事報(bào)告稱，俄羅斯國內(nèi)研發(fā)的 K-27PL 直升機(jī)上裝下潛艇進(jìn)行測量[37]。針對反潛距離短的缺點(diǎn)，目前

P-3COrion 飛機(jī)上搭載的磁傳感器是 AN/AS到3 pT /Hz 。美國 S-3B 飛機(jī)上也搭載有由機(jī)體向后延伸[37]。英國的 Nimrod MR2 同加拿大的 AN/ASQ-504 光泵磁性探潛儀，靈 Atl-2 飛機(jī)上的 MAD 是歐弗豪澤型磁的 MAD 也搭載在本國的探潛飛機(jī)上[37]。俄上的 MAD 情況不明確，大致可以確定其探測弗豪澤效應(yīng)質(zhì)子磁力儀，其磁力儀的性能跟購買了九套探測裝備，該裝備可以對水下潛也能對各種地磁磁異常和地質(zhì)勘探探測。美 Polatomic-2000（P-2000）型磁傳感器是光泵2000 安裝在 P-3C Orion 型反潛飛機(jī)上實(shí)驗(yàn)，據(jù)此磁傳感器的噪聲可以得到結(jié)論：未裝備么在裝備有 P-2000 磁傳感器以后，探

轉(zhuǎn)線圈測量垂直磁力異常，靈敏度為100nT ，用來普磁性地質(zhì)體[38]。1941 年，美國初次將磁通門型磁探儀 120 米。從 1950 年開始，質(zhì)子旋進(jìn)型磁探儀被用來低，探測高度近，目前退出探潛舞臺。在 50 年代 Va航空磁測，發(fā)現(xiàn)了海洋中正負(fù)交替的條帶狀磁異常及國或加拿大研制的高精度銫光泵磁強(qiáng)計(jì)，并配套使用系統(tǒng)，由此構(gòu)造的航空磁性探潛系統(tǒng)，其探潛距離可達(dá)利亞研究人員在搭載航空重力梯度測量系統(tǒng) FALCO航空矢量磁測裝置，實(shí)現(xiàn)了對地質(zhì)的探測，目前航空100nT 。而澳大利亞無人飛行器進(jìn)行航空地球物理探970 年，美國將 UAV 投入作戰(zhàn)領(lǐng)域。2003 年，加拿Insitu 公司配合，研發(fā)出航磁 UAV 系統(tǒng)-GeoRanger， 1.3 所示。英國 Magsurvey Ltd.機(jī)構(gòu)開發(fā)出搭載銫光泵大山德爾地球物理公司與渥太華卡列頓大學(xué)合作制成高空，來觀測其本身的磁特性。

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本文編號：2746829