改进的内外映射法推算潜艇外部感应磁场

发布时间：2021-10-31 16:02

　　潜艇闭环消磁系统的关键在于外部磁场的推算精度,其决定了潜艇感应磁场和部分固定磁场的补偿效果。针对目前存在算法精度不高的问题,提出一种改进的内外映射法,不需要考虑潜艇内部磁传感器的安装姿态,且只需同时测量4组潜艇的内部磁场和外部磁场,就能得到两者的映射关系矩阵K,利用其来推算得到在不同地磁场作用下潜艇的外部感应磁场。开展了潜艇模型验证实验,将推算结果与测量结果进行比较,相对均方根误差最大仅为4.20%,满足了推算精度要求,证明了该方法的可行性。 

【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(11)北大核心

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【部分图文】：

地磁模拟空间Fig.2Geomagneticfieldsimulationspace

图2地磁模拟空间Fig.2Geomagneticfieldsimulationspace图3潜艇模型外部磁探头示意图Fig.3Thesketchmapofexternalmagneticsensorsofsubmarinemodel实验前测量并记录背景磁场下的潜艇模型内外磁场值，之后分别给3组地磁模拟线圈单独通电（1A），测量并记录潜艇模型的内外磁场值，将数据导入电脑并进行处理。为了检验结果的正确性，多次给地磁模拟线圈任意通电，模拟不同的地磁场环境，测量并记录潜艇模型的内外磁场值。2.2实验结果与误差分析K45×81BwB′w利用前4组测量数据求解映射矩阵，得到1个的矩阵，可直接用于由内部磁场推算外部磁常为了验证推算精度，总共取了10组测量结果与推算结果进行比较，计算其相对均方根误差，定义其为：RMSE=Bw′Bw2√n·Bwmax。(9)n=15Bwmax式中：，为外部磁探头的个数；为测量结果的最大值。计算结果如表2所示。YXZ由于磁探头放置在潜艇模型的龙骨正下方，所以分量不予以考虑。对于分量和分量，外部感应磁场推算值的最大相对均方根误差为4.20%，达到所要求的精度。试验中产生误差的原因有很多，主要因素如下：1）实验室磁环境相对复杂，长时间的实验前后地磁场会发生变化，并且实验设备距离磁探头的距离太近，会影响测量结果；2）地球磁场是一个均匀磁场，但是实验室条件下地磁模拟线圈产生的磁场均匀度不够好，很难完全模拟地磁场的变化。表1推算的外部感应磁场的相对均方根误差Tab.1RMSEofexternalmagneticinducedfieldextrapolationX分量/%Z分量/%第1组3.912.80第2组1.930.69第3组0.892.31第4组1.452.47第5组1.242.02第6组

梢杂汕蓖?谕飧杏Υ懦〉谋浠?恐苯?求解映射关系矩阵，最终推算出潜艇在各种地磁环境下的外部感应磁常2潜艇模型实验2.1实验设计基于上述理论，开展了潜艇缩比模型的相关实验。选取一长度为3.35m，最大直径为0.5m的双壳体潜艇作为实验船模。对于内部测量点的位置选取无特殊要求，但从潜艇自身的安全性考虑出发，一般将探头布放在2层壳体之间，并且探头数量越多，越能充分反映出所有磁场信息。因此，在双壳体夹层之间固定安装27个三分量磁传感器，从艇艏到艇艉成环形状，如图1所示。图1潜艇模型内部磁传感器示意图Fig.1Thesketchmapofinternalmagneticsensorsinsubmarinemodel外壳体封装完毕后，将潜艇模型放置于三分量地磁模拟线圈所在空间，如图2所示。潜艇模型位于南北航向（首部指向正北航向），在其龙骨正下方标准测量深度所在平面放置15个三分量磁探头，如图3所示。第42卷何保委，等：改进的内外映射法推算潜艇外部感应磁场·173·


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