潛艇磁矩對反潛直升機磁探寬度的影響

閆曉偉，段立召

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潛艇磁矩對反潛直升機磁探寬度的影響

閆曉偉，段立召

（92060部隊，遼寧大連 116041）

航空搜潛 磁異常檢測 磁探寬度 磁異強度 潛艇磁矩

0 引言

航空磁探作為反潛直升機的一種主要航空探潛方式，在探潛過程中擁有一些其它探潛方式無可比擬的優勢[1,2]，如識別能力強、使用方便、定位精度高、攻擊效果好等。但由于磁探儀探測距離近，其探測寬度一直成為反潛直升機磁異探測的一個重要指標。

隨著航空反潛的發展，雖然近年來大量文獻對與磁異探潛相關的內容進行了研究，文獻[3-7]等研究了磁異探測中磁性目標的數學模型，但這些文獻中基本未對潛艇磁矩對反潛機磁探寬度的影響進行深入研究。潛艇磁矩是反映潛艇磁場強弱的物理量，潛艇無論在建造的時候使用低磁鋼，還是在消磁站進行固定磁場消除或敷設消磁繞組對潛艇的感應磁場進行抵消，歸根結底都是為了減小潛艇的磁矩。那么潛艇磁矩對反潛直升機磁探寬度的影響到底如何，目前只有一些定性的結論，這些結論目前無法有效的指導航空反潛和消磁工作。本文將以直升機磁探為研究對象，在已有文獻的基礎上對潛艇磁矩對磁探寬度的影響進行研究。

1 磁異探潛中潛艇磁異場的測量模型

潛艇磁矩決定了潛艇磁場的強弱，而航空磁探儀所測得的潛艇磁異的大小影響了磁探儀的探測寬度，因此，為了研究潛艇磁矩對磁異探測寬度的影響，必須研究適合于航空探潛的潛艇磁場模型和直升機的航空磁異探測模型。

1.1 潛艇磁場模型

潛艇一般都是由高強度合金鋼建造，而且其內部擁有大量鋼鐵制造的部件、設備等，這些都是鐵磁性物質，這些物質處于地磁場中導致潛艇產生了磁場。

航空反潛時，航空磁探儀和潛艇的距離一般都在數百米之遙甚至更遠，根據文獻[4-6]的研究結論，在這種情況下，潛艇磁場是可以等效為偶極子磁場。

1.2 直升機航空磁異探測模型

直升機在執行磁異探潛的過程中，通過使用拖纜在空中拖著磁探儀飛行來實施，如圖1所示。為避免因磁探儀轉動等造成所測得磁場的變化，通常使用測磁場標量的方法來解決。

或表示為

2 直升機磁探寬度的確定

建立了直升機航空磁異探潛中潛艇磁異場的測量模型后，下面的關鍵問題是如何在磁探儀所測量的磁異和磁探儀的探測寬度之間建立聯系。

通常直升機在執行磁異探潛時，都是按照一定航線飛行的，由于磁探儀的作用距離較近，在與潛艇接觸的過程中，直升機的航向可以認為不變，在這個過程中，磁探儀測量到的是一條磁異曲線，如圖4。

由于從不同航向通過潛艇時所測得的磁異強度指標曲線都不相同，因此可以在對各個航向進行單獨分析的基礎上，選取幾個典型航向進行平均分析。

3 仿真實驗結果及分析

圖7給出了在上述典型磁矩結構及相關參數的設置下，反潛機磁異探測寬度隨潛艇磁矩變化關系的仿真結果(航向取β=0,45,90,1200）。由圖7可以看到潛艇磁矩對磁探儀的探測寬度影響較大，特別是隨著潛艇磁矩的減小，磁探儀的探測寬度快速減小。

上面的結果是通過仿真計算出來的，具有一定的精確度，但仿真計算較為繁瑣，在實際使用中較為不便。

由于潛艇磁場模型采用偶極子磁場模型來描述，如果以潛艇磁矩方向為軸建立起球坐標系，如圖8所示，則式（3）可以變為：

其標量值為：

計算過程中，其它數據與圖7所使用參數相同，那么潛艇磁矩與磁探儀探測寬度的關系如圖9所示。圖9中的兩條實線為式（12）中的角度φ分別取0和90時所對應的關系曲線，而虛線為圖7中4個典型航向關系曲線的平均值。由圖9可以看到在直升機的四個典型航向上磁探儀探測寬度與潛艇磁矩關系的平均值基本與=900根據式（12）所計算的結果基本重合，因此在某些情況下，可采用偶極子磁場的最小寬度探測模型（即=900時的式（12）所對應的模型）對潛艇磁矩對磁探儀探測寬度的影響進行近似估計。

4 結論

本文通過對潛艇磁矩對反潛直升機探測寬度的影響所進行的研究，得出了一些結論。

[1] 孫明太. 航空反潛戰術[M]. 北京: 軍事科學出版社, 2003, 99~106.

[2] 王翠珍, 唐金元編著. 現代航空搜潛技術[M]. [s.l] 海潮出版社, 2003, 51~52.

[3] 翁行泰, 曹梅芬等. 磁異探潛中潛艇的數學模型[J]. 上海交通大學學報, 1995, 29(3): 27~32.

[4] Watermann J.,A Magnetic Dipole Moment of RV alliance [R]. SACLANT Undersea Research Center Report, 1999.2, SR-312.

[5] 張朝陽, 肖昌漢等. 磁性物體磁偶極子模型適用性的試驗研究[J]. 應用基礎與工程科學學報, 2010, 18(5): 862~868.

[6] 王光輝, 朱海, 郭正東. 潛艇磁偶極子近似距離條件分析[J]. 海軍工程大學學報, 2008, 20(5): 60~63.

[7] Hirota M., Furuse T., etc. Magnetic detection of a surface ship by an airborne LTS SQUID MAD[J]. IEEE Trans. on Applied Superconductivity, 2001, 11(1): 884~887.

[8] Peter V. Czipott. Magnetic detection and tracking of military vehicles[C]. Magnetic and Electric Field Sensors, 2001, 1.

The Effect of the Submarine Magnetic Moment on Helicopter Magnetic Anomaly Detection Width

Yan Xiaowei, Duan Lizhao

（Unit 92060, Dalian 116041, Liaoning, China）

E925

A

1003-4862（2013）02-0018-04

2012-05-25

閆曉偉（1976-），男，碩士，高級講師。

研究方向：微弱目標檢測、航空搜潛。