基于潛艇磁偶極子模型的航空磁探潛探測(cè)寬度模型與仿真

楊日杰，熊雄，郭新奇，韓建輝

(1.海軍航空工程學(xué)院 電子信息工程系，山東 煙臺(tái)264001;2.海軍航空工程學(xué)院 指揮系，山東 煙臺(tái)264001)

0 引言

航空磁探儀由于具有不受傳播介質(zhì)特性的影響、可連續(xù)搜索、分類能力好、定位精度高、不受淺海復(fù)雜環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)，成為一種有效的反潛探測(cè)設(shè)備，在航空反潛中得到廣泛應(yīng)用。相對(duì)于聲納探測(cè)，航空磁探潛對(duì)于聲隱身性能良好的潛艇的檢測(cè)方面更具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，已成為各國(guó)競(jìng)相研究的重點(diǎn)，然而在國(guó)內(nèi)對(duì)航空反潛磁探磁異常探測(cè)系統(tǒng)的研究才剛剛起步［1］。

對(duì)于反潛探測(cè)系統(tǒng)來說，作用距離是一項(xiàng)關(guān)鍵的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)。自從各種聲和非聲探測(cè)系統(tǒng)問世起，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者和研究人員對(duì)其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了廣泛而深入的研究，提出了各種探測(cè)系統(tǒng)的作用距離模型［2-5］。但航空反潛磁異常探測(cè)系統(tǒng)尚未建立有效可靠的探測(cè)寬度模型。由于航空磁異常探潛系統(tǒng)被動(dòng)工作并且隨著搭載飛機(jī)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，因此影響其探測(cè)寬度的因素不僅僅是設(shè)備檢測(cè)能力，還受到環(huán)境噪聲條件、目標(biāo)特性和地磁環(huán)境的影響。文獻(xiàn)［6］通過分析特定的磁偶極子信號(hào)提出基于半寬原則的靜止磁性物質(zhì)探測(cè)寬度。文獻(xiàn)［7］通過計(jì)算目標(biāo)平均磁矩進(jìn)而估算得到探測(cè)寬度。文獻(xiàn)［8］基于戰(zhàn)術(shù)探測(cè)距離和三角幾何關(guān)系得到探測(cè)寬度。文獻(xiàn)［9 -10］根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得到磁探儀的探測(cè)寬度。很顯然實(shí)際環(huán)境條件下這些方法往往只能粗略的估算航空磁探儀的探測(cè)寬度，與真實(shí)的航空磁探儀探測(cè)寬度有較大差距，特別是這些經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒荒芊治瞿繕?biāo)磁特性的變化、環(huán)境噪聲磁噪聲等級(jí)的變化以及平臺(tái)特性對(duì)航空磁探儀探測(cè)寬度的影響。

本文在航空磁探儀經(jīng)典探測(cè)寬度模型的基礎(chǔ)上，引入了概率分布的思想，提出基于目標(biāo)信噪比檢測(cè)依據(jù)的航空磁探測(cè)探測(cè)寬度計(jì)算模型。在航空磁探潛過程中，目標(biāo)可以等效為磁偶極子模型［11］，首先基于目標(biāo)磁偶極子模型和航空磁探潛的探測(cè)過程，建立航空磁探潛的探測(cè)模型;其次根據(jù)潛艇目標(biāo)的磁特性和潛艇在地磁環(huán)境運(yùn)動(dòng)過程中磁特性的變化建立潛艇磁特性模型;再次根據(jù)磁探儀的工作原理建立環(huán)境噪聲條件下磁探儀的檢測(cè)模型。綜合探測(cè)模型、目標(biāo)特性模型、噪聲模型和檢測(cè)模型得到一定信噪比條件下檢測(cè)概率，進(jìn)而代入基于目標(biāo)信噪比檢測(cè)依據(jù)的探測(cè)寬度模型即可得到航空磁探潛探測(cè)寬度。該探測(cè)寬度模型建立和計(jì)算過程中，首次綜合考慮磁探儀搭載平臺(tái)的探測(cè)方式、潛艇磁目標(biāo)特性和環(huán)境磁噪聲特性對(duì)探測(cè)寬度影響，可以對(duì)航空磁探潛過程的磁探儀探測(cè)寬度進(jìn)行有效估計(jì)，對(duì)航空磁探潛作戰(zhàn)使用具有應(yīng)用參考價(jià)值。

1 基于檢測(cè)依據(jù)的探測(cè)寬度模型

1.1 經(jīng)典探測(cè)寬度模型

在航空磁探儀設(shè)備組合參數(shù)中，R 是航空磁探儀設(shè)備給定的作用距離，在國(guó)內(nèi)外經(jīng)典的航空磁探儀探潛的文獻(xiàn)［8-10］中，需要進(jìn)行航空磁探潛探測(cè)寬度估計(jì)的時(shí)候，通常認(rèn)為R 是定值，則探測(cè)寬度隨反潛機(jī)高度和目標(biāo)深度的變化而變化，通常描述為如下形式:

式中:R 為磁探儀作用距離指標(biāo);H 為反潛機(jī)飛行高度;h 為目標(biāo)深度。

1.2 基于檢測(cè)依據(jù)的探測(cè)寬度模型

借鑒搜索論中搜索器材掃描寬度的定義［12］，給出基于檢測(cè)概率對(duì)距離積分的探測(cè)寬度模型。假設(shè)在噪聲環(huán)境中，航空磁探儀和潛艇目標(biāo)直線運(yùn)動(dòng)相遇于磁性目標(biāo)和磁探儀相遇過程中，目標(biāo)與磁探儀航路最近距離點(diǎn)(CPA)，航空磁探儀和目標(biāo)的橫向距離為L(zhǎng)，檢測(cè)概率為Pd(L)，則航空磁探儀的探測(cè)寬度Wmad可以定義為

(2)式為目標(biāo)檢測(cè)概率在空間的累積，其物理含義表示航空磁探儀的等效平均探測(cè)寬度。當(dāng)按照經(jīng)典文獻(xiàn)［8］中(1)式探測(cè)寬度設(shè)定，則目標(biāo)在航空磁探儀的橫向距離范圍內(nèi)即被探測(cè)到，目標(biāo)在橫向距離范圍之外則不被探測(cè)到，即檢測(cè)概率表示為

則根據(jù)(2)式航空磁探儀的探測(cè)寬度為Wmad=此時(shí)(2)式就歸結(jié)為(1)式的特定情況。而實(shí)際環(huán)境條件下，磁探儀的檢測(cè)概率并不能簡(jiǎn)單表示為(3)式的情況，其檢測(cè)概率不僅受到相對(duì)高度的影響而且受到目標(biāo)特性、環(huán)境噪聲等級(jí)、磁探儀檢測(cè)方式的影響，因此需要綜合各個(gè)因素建立精確的計(jì)算模型才能得到準(zhǔn)確的探測(cè)寬度估計(jì)。

2 探測(cè)寬度模型計(jì)算方法

2.1 基于目標(biāo)偶極子模型的航空磁探潛建模

在航空磁探儀對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索和探測(cè)的過程中，由于頻繁的機(jī)動(dòng)容易產(chǎn)生較高的機(jī)動(dòng)磁異常虛警，因此航空磁探測(cè)過程中反潛機(jī)一般按照預(yù)定的方案保持平穩(wěn)飛行，可以假設(shè)航空磁探儀探測(cè)目標(biāo)的較短時(shí)間內(nèi)，目標(biāo)和航空磁探儀沿恒定的航向和恒定的航速直線運(yùn)動(dòng)。而且航空磁探儀作用距離較小，當(dāng)目標(biāo)與航空磁探儀距離較遠(yuǎn)時(shí)，無法探測(cè)到目標(biāo)的磁異常信號(hào)，探測(cè)到目標(biāo)磁異常的時(shí)刻是在航空磁探儀與目標(biāo)相近的范圍內(nèi)。因此航空磁探儀探測(cè)目標(biāo)的過程是機(jī)動(dòng)平臺(tái)探測(cè)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的相遇探測(cè)過程，為此建立航空磁探儀與目標(biāo)的相遇探測(cè)模型。假設(shè)t0時(shí)刻航空磁探儀與目標(biāo)相遇于CPA，則建立如圖1航空磁探儀與潛艇相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型。

圖1 航空磁探儀與潛艇相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型Fig.1 Airborne magnetic anomaly detection encounter model

圖1中O 點(diǎn)為目標(biāo)位置點(diǎn)，OXYZ 為地磁北坐標(biāo)系，OXY 位于水平面，Y 軸指向磁北方向，X 軸、Y軸、Z 軸相互垂直。OX'Y'Z'為航空磁探儀探潛坐標(biāo)系。X'軸平行于航空磁探儀相對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向，Z'軸垂直于X'軸并且指向CPA，Y'軸垂直于OX'Z'平面。由圖1可知，OXYZ 坐標(biāo)系經(jīng)過兩次旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換到OX'Y'Z'坐標(biāo)系。首先沿Z 軸旋轉(zhuǎn)角度φ 到相對(duì)航向上，然后沿X 軸旋轉(zhuǎn)角度δ 到CPA.

由于潛艇目標(biāo)是鐵磁性物體，進(jìn)行航空磁探測(cè)時(shí)，可以將目標(biāo)等效為磁偶極子，空氣、海水的磁導(dǎo)率近似等于真空中的磁導(dǎo)率μ0，目標(biāo)在距離r 處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 可以表示為［11］

式中:p 為目標(biāo)磁矩;r 為目標(biāo)和探測(cè)點(diǎn)之間的距離矢量;μ0=4π×10-7H/m 為真空磁導(dǎo)率。

標(biāo)量磁探儀測(cè)得的信號(hào)是目標(biāo)磁場(chǎng)在地磁場(chǎng)方向上的投影，因?yàn)榈卮艌?chǎng)|HE|?|B|，則目標(biāo)磁偶極子場(chǎng)標(biāo)量磁信號(hào)Bmad表示為

假定在相遇過程中CPA 距離為R0，(s，0，R)為航空磁力計(jì)在在OX'Y'Z'坐標(biāo)系中的位置，則目標(biāo)與航空磁探儀的距離矢量r 在OX'Y'Z'坐標(biāo)系中可以表示為r=si' +R0k'，i'、j'、k'表示OX'Y'Z'坐標(biāo)系三軸方向的單位矢量。假設(shè)l、m、n 為目標(biāo)磁矩p 在OX'Y'Z'坐標(biāo)系中的方向余弦，l1、m1、n1為地磁場(chǎng)HE在OX'Y'Z'坐標(biāo)系中的方向余弦，根據(jù)(4)式和(5)式，可以得到OX'Y'Z'坐標(biāo)系下目標(biāo)磁信號(hào)的表達(dá)式:

式中:A0=2nn1-ll1-mm1;A1=3(nl1+ln1);A2=2ll1-mm1-nn1.

式中:fi(w)=wi/(1 +w2)2.

在OXYZ 坐標(biāo)系中，假設(shè)目標(biāo)磁矩p 與Z 軸和Y 軸的夾角分別為Ω 和α，則目標(biāo)磁矩p 在OXYZ坐標(biāo)系中表示為

式中:i、j、k 表示OXYZ 坐標(biāo)系三軸方向的單位矢量。

設(shè)地磁傾角為Φ，則在OXYZ 坐標(biāo)系中

根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式［13］，可得到OXYZ 坐標(biāo)系下的單位向量到OX'Y'Z'坐標(biāo)系下的單位向量轉(zhuǎn)換:

由(8)式～(10)式可得

由(11)式、(12)式得到(7)式航空磁探潛磁異常信號(hào)模型中系數(shù)A0、A1、A2在OXYZ 坐標(biāo)系下的表示。

2.2 目標(biāo)磁特性模型

在(7)式航空磁探潛磁異常信號(hào)模型中，要求得目標(biāo)磁異常信號(hào)必須對(duì)目標(biāo)的磁矩p 進(jìn)行估計(jì)，但是不同噸位，不同材料特性，以及不同磁航向航行時(shí)潛艇的磁特性都將發(fā)生變化，因此需要根據(jù)這些因素對(duì)潛艇目標(biāo)磁特性進(jìn)行建模，才能合理估計(jì)目標(biāo)磁特性。

圖2 潛艇目標(biāo)艇體坐標(biāo)系Fig.2 Submarine coordinate

圖2中O 點(diǎn)為目標(biāo)位置點(diǎn)，OXYZ 為地磁北坐標(biāo)系，建立磁性目標(biāo)船體直角坐標(biāo)系OX″Y″Z″，原點(diǎn)選在潛艇目標(biāo)中心，Z″垂直向下，X″指向艇首，Y″方向指向右舷。目標(biāo)的磁航向?yàn)檠卮疟狈较蝽槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)到達(dá)目標(biāo)航向位置所形成的角度，目標(biāo)磁航向?yàn)棣? 設(shè)潛艇目標(biāo)磁矩在地磁北坐標(biāo)系下由下式表示:

潛艇目標(biāo)磁偶極子矩在艇體坐標(biāo)系下表示為

式中:pL、pT、pV分別為沿X″、Y″、Z″方向的磁矩;i″、j″、k″表示OX″Y″Z″坐標(biāo)系三軸方向的單位矢量。

OXYZ 坐標(biāo)系經(jīng)過兩次旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換到OX″Y″Z″坐標(biāo)系，首先沿Z 軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)π/2 +β 角度，然后沿Y 軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，根據(jù)OXYZ 坐標(biāo)系地磁場(chǎng)矢量表達(dá)式(9)式和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式得到地磁場(chǎng)矢量在艇體坐標(biāo)系下表示為

由文獻(xiàn)［14］可知，潛艇目標(biāo)磁場(chǎng)可分為固定磁場(chǎng)和感應(yīng)磁場(chǎng)，目標(biāo)的固定磁場(chǎng)與目標(biāo)的固有特性和消磁水平有關(guān)，一段時(shí)間之內(nèi)一般是固定不變的。目標(biāo)的感應(yīng)磁矩與潛艇的材料特性和地磁場(chǎng)大小呈正比例關(guān)系。設(shè)目標(biāo)3 個(gè)軸的導(dǎo)磁因子為fL、fT、fV，目標(biāo)潛艇的噸位為W，則目標(biāo)的感應(yīng)磁系數(shù)為kL=fLW，kT=fTW，kV=fVW，目標(biāo)艇體坐標(biāo)系三軸的感應(yīng)磁矩pLI、pTI、pVI為

若目標(biāo)的固定磁矩為pLP、pTP、pVP，則目標(biāo)在艇體坐標(biāo)系下3 個(gè)坐標(biāo)軸方向的磁矩為

將目標(biāo)磁矩pL、pT、pV變換為地磁北坐標(biāo)系下，OX″Y″Z″坐標(biāo)系經(jīng)過兩次旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換到OXYZ 坐標(biāo)系，首先沿Z 軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)π/2 +β，然后沿Y 軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，由(16)式、(17)式和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式得到OXYZ 坐標(biāo)系下目標(biāo)磁矩三分量:

2.3 環(huán)境磁噪聲及檢測(cè)模型

在完成飛機(jī)平臺(tái)背景噪聲補(bǔ)償和海洋環(huán)境磁噪聲等其他噪聲處理之后，在航空磁探潛平臺(tái)平穩(wěn)飛行的過程中，可以認(rèn)為剩余噪聲是高斯噪聲［15］，由于經(jīng)過補(bǔ)償去平均處理，因此環(huán)境磁噪聲均值為0，方差為σ2. 在航空磁探測(cè)之前都會(huì)有一段適應(yīng)性飛行，可以在適應(yīng)性飛行過程中進(jìn)行噪聲采樣并統(tǒng)計(jì)噪聲采樣的均值和方差，作為計(jì)算模型的噪聲輸入。

航空磁探潛探測(cè)方式和探測(cè)過程可以得到實(shí)際的航空磁探潛檢測(cè)過程如下:某時(shí)刻，將磁力計(jì)傳感器預(yù)處理之后的采樣數(shù)據(jù)作為磁探儀檢測(cè)器的輸入，用于計(jì)算檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量。若采樣窗的長(zhǎng)度為2T，采樣間隔為2T/M，則采樣點(diǎn)為M;若t0時(shí)刻航空磁探儀與目標(biāo)相遇于CPA，則采樣間隔［t0-T，t0+T］內(nèi)的采樣信號(hào)為B1，B2，…，BM，Bi表示表示磁探儀在ti時(shí)刻航空磁探儀采樣輸出磁信號(hào)。若用x 表示檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，x*為檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量檢測(cè)閾值，則當(dāng)x≥x*表示存在信號(hào)，否則不存在信號(hào)。因此檢測(cè)過程是一個(gè)雙擇假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停梢愿鶕?jù)具體型號(hào)內(nèi)置的磁探儀檢測(cè)算法給定檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量和檢測(cè)閾值。在本文中，由于在探測(cè)過程未知目標(biāo)信息，且未知具體磁探儀設(shè)備的檢測(cè)算法，可以采用最基本的平方律檢測(cè)算法，采用平方律檢測(cè)準(zhǔn)則計(jì)算其檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量x，則

由于噪聲為高斯白噪聲，當(dāng)沒有磁異常信號(hào)存在時(shí)，x/σ2是M 自由度的卡方分布。根據(jù)卡方分布累積分布函數(shù)，則在虛警概率Pf條件下，可根據(jù)(20)式反解得到檢測(cè)閾值x*.

式中:P(x/σ2|M)是M 自由度卡方分布隨機(jī)變量的累積分布函數(shù);σ2是噪聲方差。

在有磁異常信號(hào)存在的條件下，x/σ2是M 自由度、非中心參數(shù)為的非中心卡方分布，則根據(jù)(20)式解得檢測(cè)閾x*，進(jìn)而可計(jì)算出檢測(cè)概率

2.4 探測(cè)寬度模型計(jì)算的基本步驟

基于航空磁探潛探測(cè)模型、目標(biāo)磁特性模型、環(huán)境噪聲和檢測(cè)模型可以給出本文提出的基于目標(biāo)信噪比檢測(cè)依據(jù)的探測(cè)寬度模型求解方法，其基本步驟如下:

1)設(shè)定目標(biāo)噸位、目標(biāo)導(dǎo)磁系數(shù)、目標(biāo)磁航向角、目標(biāo)固定磁矩、地磁場(chǎng)傾角以及地磁場(chǎng)大小等參數(shù)，由(18)式可以估計(jì)得到OXYZ 坐標(biāo)系下的目標(biāo)磁矩。

2)根據(jù)估計(jì)的目標(biāo)磁矩、反潛機(jī)航向、反潛機(jī)飛行高度、目標(biāo)深度、反潛機(jī)速度和估計(jì)目標(biāo)速度、由(7)式計(jì)算不同橫距條件下航空磁探潛磁異常信號(hào)的采樣Bi.

3)根據(jù)環(huán)境噪聲預(yù)采樣，統(tǒng)計(jì)環(huán)境噪聲等級(jí)得到環(huán)境噪聲方差σ2.

4)設(shè)定虛警概率，根據(jù)噪聲方差和采樣窗的長(zhǎng)度，由(20)式計(jì)算得到檢測(cè)閾值x*.

5)根據(jù)檢測(cè)閾值，磁異常信號(hào)Bi，環(huán)境噪聲方差σ2，由(21)式計(jì)算得到不同橫距條件下的檢測(cè)概率Pd(L).

6)根據(jù)計(jì)算得到的不同橫距條件下檢測(cè)概率Pd(L)，由(2)式即可計(jì)算得到設(shè)定環(huán)境條件下的航空磁探潛探測(cè)寬度。

變換不同參數(shù)的設(shè)定值，即可分析不同條件下相關(guān)影響因素對(duì)航空磁探潛探測(cè)寬度的影響。通常在實(shí)際探測(cè)中未知目標(biāo)信息，只需估計(jì)目標(biāo)未知參數(shù)在某個(gè)區(qū)間均勻分布，逐步計(jì)算區(qū)間上不同參數(shù)條件下的探測(cè)寬度，進(jìn)而求平均即可得到未知目標(biāo)參數(shù)條件下的探測(cè)寬度。

3 仿真結(jié)果及分析

3.1 仿真1:反潛機(jī)航向、目標(biāo)航向?qū)μ綔y(cè)寬度影響

仿真參數(shù)設(shè)定:地磁場(chǎng)為50 035.05 nT，地磁傾角為45°;根據(jù)文獻(xiàn)［12］可以得到潛艇目標(biāo)典型的縱向、橫向和垂向的導(dǎo)磁系數(shù)為7.3 Oe·cm3/(γ·t)、1.6 Oe·cm3/(γ·t)、1.6 Oe·cm3/(γ·t)，設(shè)定潛艇排水量為6 000 t，航速8 kn，航行深度100 m，由于隨著潛艇磁隱身技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代潛艇在執(zhí)行任務(wù)前通常進(jìn)行過消磁，對(duì)于消磁后不久的艦船，固定磁矩相對(duì)感應(yīng)磁矩來說，幅值很小，可以近似設(shè)定為0;反潛機(jī)速度360 km/h，高度100 m，磁航向?yàn)?0°;磁探儀采樣頻率為20 Hz，積分時(shí)間為20 s，虛警概率為3 次/h;磁噪聲方差為0.2 nT;根據(jù)2.4 節(jié)探測(cè)寬度模型計(jì)算基本步驟，仿真得到反潛機(jī)探測(cè)航向?yàn)?5°、120°、240°、300°時(shí)，潛艇以不同磁航向航行時(shí)的探測(cè)寬度變化曲線，如圖3所示。

仿真結(jié)果表明:目標(biāo)磁航向在90°和270°左右時(shí)探測(cè)寬度存在明顯的下降趨勢(shì)，這是因?yàn)樵撎綔y(cè)模型考慮了地磁場(chǎng)對(duì)目標(biāo)磁特性的影響，在目標(biāo)磁航向?yàn)?0°和270°時(shí)為東西航向，東向航向上目標(biāo)的感應(yīng)磁場(chǎng)大小明顯下降，從而導(dǎo)致探測(cè)寬度下降。而經(jīng)典的探測(cè)寬度模型是無法反映這種變化趨勢(shì)的。在相同潛艇航向條件下，隨著反潛機(jī)探測(cè)航向的變化，探測(cè)寬度也有變化，特別是潛艇目標(biāo)航向180°時(shí)，變化較為明顯。

3.2 仿真2:反潛機(jī)高度、目標(biāo)航向?qū)μ綔y(cè)寬度影響

仿真參數(shù)設(shè)定同仿真1，反潛機(jī)探測(cè)航向?yàn)?0°，反潛機(jī)高度分別為100 m、200 m、300 m、400 m條件下，潛艇以不同磁航向航行時(shí)探測(cè)寬度變化曲線如圖4所示。

仿真結(jié)果表明:隨著反潛機(jī)高度的增加探測(cè)寬度急劇下降，這是因?yàn)槟繕?biāo)磁場(chǎng)與距離的3 次方近似呈正比，本文的探測(cè)寬度模型中充分考慮了目標(biāo)磁場(chǎng)的這一變化特性，因此更加精確地反映了這一變化趨勢(shì)，而如果采用經(jīng)典探測(cè)寬度模型則會(huì)有較大誤差。

圖3 反潛機(jī)航向、目標(biāo)航向?qū)μ綔y(cè)寬度影響Fig.3 Sweep widths in different plane magnetic and target courses

3.3 仿真3:地磁傾角、目標(biāo)航向?qū)μ綔y(cè)寬度影響

基本仿真參數(shù)設(shè)定同仿真1，反潛機(jī)探測(cè)航向?yàn)?0°，磁傾角分別為20°、35°、50°、65°條件下，潛艇以不同磁航向航行時(shí)探測(cè)寬度變化曲線如圖5所示。

仿真結(jié)果表明:隨著磁傾角的減小，探測(cè)寬度隨之下降的，這表示相同地磁場(chǎng)大小的條件下低緯度地區(qū)探測(cè)寬度要比高緯度地區(qū)探測(cè)寬度大。在低緯度地區(qū)，潛艇沿磁北方向和磁南方向航行時(shí)，探測(cè)寬度基本相同，隨著緯度的增加，潛艇沿磁北航向時(shí)探測(cè)寬度明顯大于潛艇沿磁南航向時(shí)的探測(cè)度。經(jīng)典探測(cè)寬度模型也無法體現(xiàn)這些特性差異。

圖4 反潛機(jī)高度、目標(biāo)航向?qū)μ綔y(cè)寬度影響Fig.4 Sweep widths at different plane height and in different targetmagnetic course

圖5 地磁傾角、目標(biāo)航向?qū)μ綔y(cè)寬度影響Fig.5 Sweep widths at different magnetic dip angle and in different target magnetic course

3.4 仿真4:背景磁噪聲等級(jí)、目標(biāo)航向?qū)μ綔y(cè)寬度影響

基本仿真參數(shù)設(shè)定同仿真1，反潛機(jī)探測(cè)航向?yàn)?0°，環(huán)境磁噪聲標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.1 nT、0.5 nT、1.0 nT、5.0 nT 條件下，潛艇以不同磁航向航行時(shí)探測(cè)寬度變化曲線如圖6所示。

仿真結(jié)果表明:隨著磁噪聲等級(jí)的增加探測(cè)寬度急劇下降，當(dāng)磁噪聲等級(jí)達(dá)到1.0 nT 之后，磁探儀探測(cè)寬度下降到幾十米。航空磁探潛過程中，各種環(huán)境磁噪聲較為復(fù)雜，磁探儀很容易產(chǎn)生虛警，在進(jìn)行航空磁探測(cè)之前必須對(duì)環(huán)境磁噪聲等級(jí)進(jìn)行分析和特性統(tǒng)計(jì)才能合理發(fā)揮磁探潛優(yōu)勢(shì)。

圖6 磁噪聲等級(jí)、目標(biāo)航向?qū)μ綔y(cè)寬度影響Fig.6 Sweep widths under different magnetic noise level and in different target magnetic course

4 結(jié)論

本文提出了基于信噪比檢測(cè)依據(jù)的航空磁探潛探測(cè)寬度模型，在目標(biāo)磁偶極子模型基礎(chǔ)上，結(jié)合航空磁探潛探測(cè)模型、目標(biāo)磁特性模型、環(huán)境噪聲磁噪聲模型以及信噪比檢測(cè)模型，給出了探測(cè)寬度模型求解方法和步驟。分析了航空磁探潛條件下目標(biāo)特性和環(huán)境噪聲等因素對(duì)航空磁探潛探測(cè)寬度的影響，并對(duì)其規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)。本文提出的航空磁探潛探測(cè)寬度模型可為航空磁探儀作戰(zhàn)使用提供參考。

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