艦艇動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)方法

閻齊方，汪永浩，張 迪

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艦艇動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)方法

閻齊方，汪永浩，張 迪

(91315部隊(duì)，遼寧大連116041)

本文介紹了艦艇磁性檢測(cè)方法分類、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)比分析了艦艇磁性檢測(cè)兩種模式：動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)和靜態(tài)磁性檢測(cè)，重點(diǎn)講述了動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)方法。

艦艇 動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè) 靜態(tài)磁性檢測(cè)

0 引言

為了減少磁性武器對(duì)艦艇的威脅，各國(guó)海軍均重視對(duì)艦艇磁場(chǎng)防護(hù)方法措施的研究，控制減小艦艇磁場(chǎng)以提高艦艇磁性防護(hù)能力。研究磁性武器裝備及磁場(chǎng)防護(hù)方法，都需要對(duì)艦艇磁場(chǎng)情況有全面準(zhǔn)確地掌握。艦艇磁性檢測(cè)是針對(duì)艦艇磁性研究的基礎(chǔ)，經(jīng)常性的磁性檢測(cè)是對(duì)艦艇磁性安全評(píng)估的重要措施。因此，發(fā)展艦艇磁性檢測(cè)技術(shù)能夠及時(shí)準(zhǔn)確掌握艦艇磁性防護(hù)狀態(tài)，給艦艇磁性防護(hù)措施方法和理論方法研究提供重要的數(shù)據(jù)支撐。從而提高艦艇磁性防護(hù)能力，有效應(yīng)對(duì)各種磁性武器、航空磁探等威脅，保護(hù)艦艇生命力。

1 艦艇磁性檢測(cè)的分類

目前各國(guó)海軍采用的艦艇磁性檢測(cè)技術(shù)根據(jù)艦艇運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為兩種：一種為靜態(tài)艦艇的靜態(tài)磁性檢測(cè)，即艦艇相對(duì)磁傳感器靜止的磁性檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)要求艦艇和檢測(cè)設(shè)備相對(duì)固定，受地域環(huán)境等因素限制。另一種為動(dòng)態(tài)艦艇的動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)，即艦艇相對(duì)磁傳感器運(yùn)動(dòng)的磁性檢測(cè)技術(shù)。動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)的另外一方面含義為磁性檢測(cè)設(shè)備能夠根據(jù)任務(wù)需要布置到任務(wù)區(qū)域，具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性。

2 動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型檢測(cè)方法，國(guó)外對(duì)動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)技術(shù)的研究比較成熟，已經(jīng)建造了艦艇動(dòng)態(tài)磁性監(jiān)測(cè)站，研制了適用于檢測(cè)艦艇動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)的磁傳感器。如德國(guó)STN公司研制的MORA SYM型矢量傳感器，采用DGPS定位，現(xiàn)已裝配到德國(guó)海軍；英國(guó)、法國(guó)、挪威也各自研制了集磁、聲、電和壓力一體檢測(cè)的傳感器，通過(guò)DGPS或紅外等方式定位。目前各國(guó)發(fā)展磁性檢測(cè)站以磁檢測(cè)為主，結(jié)合多種類型傳感器協(xié)同檢測(cè)，形成全面測(cè)量艦艇物理場(chǎng)和海洋環(huán)境參數(shù)的綜合檢測(cè)系統(tǒng)。此外，根據(jù)有限的資料分析表明：美國(guó)、日本、俄羅斯、英國(guó)和意大利等國(guó)已經(jīng)在港口、海峽和重要航道等地區(qū)建立了磁場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，以探測(cè)水下航行的潛艇，保衛(wèi)水道的安全。

我海軍磁性檢測(cè)現(xiàn)在主要采用靜態(tài)磁性檢測(cè)技術(shù)，如艦艇消磁站（車載式消磁站）、消磁船和潛艇洞庫(kù)消磁站。艦艇消磁站是在海底布置磁傳感器形成陣列對(duì)艦艇進(jìn)行磁性檢測(cè)。消磁船采用提拉磁傳感器方式測(cè)量艦艇龍骨及左右舷下方某標(biāo)準(zhǔn)平面上磁場(chǎng)，從而檢測(cè)艦艇磁場(chǎng)。潛艇洞庫(kù)消磁站是通過(guò)在海底和洞壁布置的磁傳感器對(duì)潛艇進(jìn)行磁性測(cè)量。我軍海軍艦艇靜態(tài)磁性檢測(cè)比較成熟，動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)技術(shù)仍在研究中，已具備相關(guān)理論和技術(shù)條件，但還沒(méi)有組建動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)機(jī)構(gòu)。

3 艦艇磁性檢測(cè)兩種模式比較

目前，由于我海軍艦艇磁性檢測(cè)以靜態(tài)為主，檢測(cè)到的磁場(chǎng)是靜止時(shí)艦艇的磁場(chǎng)，該種磁場(chǎng)信息無(wú)法完整、全部地反應(yīng)艦艇運(yùn)動(dòng)時(shí)的磁場(chǎng)狀態(tài)（如渦流磁場(chǎng)等），因此也就無(wú)法真實(shí)地評(píng)價(jià)艦艇磁性防護(hù)狀態(tài)。我海軍現(xiàn)行的艦艇磁性檢測(cè)為“定期檢測(cè)”模式，在艦艇兩次檢測(cè)的間隔時(shí)間內(nèi)，無(wú)法及時(shí)地檢測(cè)到磁性過(guò)早超標(biāo)的艦艇，從而不能及時(shí)地進(jìn)行磁性處理，無(wú)法保障艦艇安全，也存在對(duì)磁場(chǎng)并不超標(biāo)的艦艇“定期”進(jìn)行磁場(chǎng)檢測(cè)的情況，浪費(fèi)大量資源，占用寶貴的檢測(cè)時(shí)間；另外，對(duì)執(zhí)行遠(yuǎn)洋任務(wù)的艦艇無(wú)法進(jìn)行定期的磁性檢測(cè)。

動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)相比靜態(tài)磁性檢測(cè)具有很大優(yōu)勢(shì)，如在港灣出入口或重要水道海底，動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)可以經(jīng)常性地檢測(cè)經(jīng)過(guò)測(cè)量區(qū)域時(shí)艦艇磁場(chǎng)，全面檢測(cè)艦艇航行時(shí)磁場(chǎng)狀況，真實(shí)評(píng)價(jià)艦艇磁性防護(hù)狀態(tài)。進(jìn)而提供磁性處理意見(jiàn)，充分利用資源，合理分配艦艇磁性處理時(shí)間。動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，投資小，建設(shè)周期短。該系統(tǒng)由水下磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)、航跡測(cè)量系統(tǒng)和岸基（或船基）數(shù)據(jù)處理中心組成(如圖1所示)。磁場(chǎng)傳感器系統(tǒng)主要由能夠進(jìn)行自我姿態(tài)校正的磁通門(mén)傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、連接電纜和相應(yīng)的輔助設(shè)備組成；數(shù)據(jù)處理中心主要由傳感器接口控制臺(tái)、艦艇定位系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。由于構(gòu)造簡(jiǎn)單，磁性檢測(cè)使用的所有設(shè)備能夠根據(jù)任務(wù)需要布置到任務(wù)區(qū)域，具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，能對(duì)執(zhí)行任務(wù)艦艇在任務(wù)海域進(jìn)行磁性檢測(cè)，以保障艦艇在執(zhí)行任務(wù)時(shí)的磁性安全。而且使用方便，檢測(cè)時(shí)間短，能夠在艦艇經(jīng)過(guò)測(cè)量區(qū)域時(shí)自動(dòng)采集艦艇磁場(chǎng)，而不需要艦艇回到消磁站或消磁船駐泊附近進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)站示意圖

動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)技術(shù)的主要特點(diǎn)是用途廣泛，具有較廣闊的拓展用途前景。動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)可以構(gòu)成“柵欄式水下磁性防御網(wǎng)”來(lái)保衛(wèi)港口、重要水道以及近海和海上重要目標(biāo)安全。動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)還可以用來(lái)測(cè)量海洋磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，從而研究磁暴的水下效應(yīng)、海流磁場(chǎng)、海浪磁場(chǎng)等海洋磁場(chǎng)要素，建立有關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)學(xué)模型，為海洋磁場(chǎng)在其它領(lǐng)域的應(yīng)用和研究提供基礎(chǔ)資料。

4 動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)方法

動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理方法包括磁場(chǎng)數(shù)據(jù)預(yù)處理和傳感器定位、艦艇磁場(chǎng)推算方法、消磁繞組調(diào)整方法和磁性目標(biāo)跟蹤識(shí)別方法等，如圖2所示。

圖2 動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理方法

4.1磁場(chǎng)數(shù)據(jù)預(yù)處理和傳感器定位

在磁性檢測(cè)中通常采用三分量磁通門(mén)傳感器進(jìn)行磁性檢測(cè)，傳感器的輸出必須經(jīng)過(guò)固有誤差的修正，坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換之后才能獲得磁場(chǎng)真值，稱為磁場(chǎng)數(shù)據(jù)預(yù)處理。由于艦艇磁場(chǎng)是位置的非線性函數(shù)，這就說(shuō)明在各采樣時(shí)刻僅僅知道磁場(chǎng)測(cè)量值是不夠的，我們還應(yīng)當(dāng)掌握各采樣時(shí)刻傳感器與艦艇中心的相對(duì)位置。目前國(guó)內(nèi)外主要采用以下兩種方法來(lái)確定傳感器與艦艇的相對(duì)位置：1）主動(dòng)定位：首先確定傳感器相對(duì)于某參考點(diǎn)的位置，再利用其他手段（如DGPS，激光測(cè)距，紅外等）確定目標(biāo)與參考點(diǎn)的相對(duì)位置，借助該參考點(diǎn)可以推算傳感器與目標(biāo)的相對(duì)位置；2）被動(dòng)磁定位：將艦艇磁場(chǎng)用若干個(gè)磁源來(lái)等效，然后利用測(cè)量數(shù)據(jù)反演磁源的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡，從而確定各采樣時(shí)刻傳感器與目標(biāo)的相對(duì)位置。兩者相較之下，主動(dòng)定位方式精度和可靠性都較高，且獨(dú)立于艦艇的磁性狀態(tài)，因此一般優(yōu)先選用。總之，無(wú)論采用哪種定位方式，都需要預(yù)先知道磁傳感器在海底的位置信息：主動(dòng)定位需要知道傳感器與參考點(diǎn)的相對(duì)位置，而被動(dòng)磁定位一般要求知道傳感器之間的相對(duì)位置。因此，對(duì)傳感器實(shí)施準(zhǔn)確定位是動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)能夠正常工作的前提和基礎(chǔ)。

4.2艦艇磁場(chǎng)推算方法

按目前的艦艇消磁條例，艦艇磁性狀態(tài)的評(píng)估是針對(duì)艦艇標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量平面上的磁場(chǎng)值來(lái)進(jìn)行的，即將標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量平面的艦艇磁場(chǎng)值與消磁標(biāo)準(zhǔn)作比較，來(lái)判斷艦艇磁場(chǎng)是否符合要求。受實(shí)際測(cè)量環(huán)境（如測(cè)量水深，潮汐變化等）的限制，往往很難直接獲得考核點(diǎn)上的磁場(chǎng)信息，這種矛盾在磁性檢測(cè)站中顯得尤為突出。因此，為了正確評(píng)估艦艇的磁性防護(hù)能力，進(jìn)而給出合理的磁性處理建議，需建立滿足換算精度要求，具有較強(qiáng)穩(wěn)定性的艦艇磁場(chǎng)換算模型，將實(shí)際測(cè)量位置的磁場(chǎng)測(cè)量值換算到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量位置。

4.3消磁繞組調(diào)整方法

我海軍艦艇一般都加裝有艦載消磁系統(tǒng)，其主要目的為實(shí)時(shí)地補(bǔ)償艦艇感應(yīng)磁性。根據(jù)艦艇的使命任務(wù)、航行區(qū)域以及防御水雷等級(jí)，不同的艦艇將會(huì)設(shè)計(jì)不同的消磁繞組。當(dāng)消磁繞組磁場(chǎng)分布曲線不能良好地抵消艦艇磁場(chǎng)分布曲線時(shí)，要進(jìn)行繞組消磁線圈系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整。因此，研究發(fā)展消磁繞組優(yōu)化調(diào)整方法是提高艦艇磁性防護(hù)能力的有效途徑，也是動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)技術(shù)的最終目標(biāo)。

4.4磁性目標(biāo)跟蹤識(shí)別方法

戰(zhàn)時(shí)，采用潛艇封鎖重要水道，滲透到敵方港內(nèi)而對(duì)港內(nèi)駐泊的艦艇發(fā)動(dòng)突然攻擊，以及對(duì)其他近海和海上重要目標(biāo)（如離岸超級(jí)碼頭，海上石油平臺(tái)等）實(shí)施水下偷襲是常用的戰(zhàn)術(shù)。因此，需要建立相應(yīng)的水下防御體系來(lái)保衛(wèi)這些目標(biāo)的安全。現(xiàn)有的水聲探測(cè)系統(tǒng)要么造價(jià)昂貴，要么不適合噪音嘈雜的近岸環(huán)境，不太適合保衛(wèi)這些目標(biāo)。而利用水下目標(biāo)的磁場(chǎng)信號(hào)來(lái)探測(cè)目標(biāo)是比較可靠且精度較高的方法。采用動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)站就能夠較容易地構(gòu)建成“磁性防御網(wǎng)”。此時(shí)，磁性檢測(cè)站的主要任務(wù)就是要快速準(zhǔn)確地追蹤目標(biāo)（如水下潛艇等）的航跡和目標(biāo)參數(shù)。因此，只有近距離磁性目標(biāo)跟蹤技術(shù)的發(fā)展，才能充分發(fā)揮磁性檢測(cè)站在維護(hù)港口和重要目標(biāo)安全等方面的重要作用。

5 結(jié)論

本文對(duì)艦艇動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)方法進(jìn)行了分析研究，結(jié)合我國(guó)海軍實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)比分析，認(rèn)為動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)艦艇磁性狀態(tài)、評(píng)估磁性防護(hù)能力、防衛(wèi)重要的海上和近海目標(biāo)安全、收集水中磁性目標(biāo)磁場(chǎng)特征和采集海洋磁場(chǎng)數(shù)據(jù)等方面能夠發(fā)揮重要作用。動(dòng)態(tài)磁性檢測(cè)技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理方法包括磁場(chǎng)數(shù)據(jù)預(yù)處理和傳感器定位、艦艇磁場(chǎng)換算方法、消磁繞組調(diào)整方法和磁性目標(biāo)跟蹤識(shí)別方法等，能夠?yàn)槲覈?guó)海軍發(fā)展艦艇磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)提供依據(jù)。

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Dynamic Magnetic Detection Method for Naval Ships

Yan Qifang, Wang Yonghao, Zhang Di

(Unit 91315, Dalian 116041, Liaoning, China)

TM937

A

1003-4862（2016）10-0017-03

2016-07-18

閻齊方（1977-），男，工程師。專業(yè)方向：艦船消磁。