磁目标探测联合仿真技术研究

发布时间：2020-07-08 17:27

【摘要】：针对坚决维护国家海洋权益的使命任务和应对形势严峻的水下威胁等战场情况,我军必须提高水下探测技术水平,特别是提高探潜能力。磁探潜是一种重要的潜艇探测手段,在地磁场背景下潜艇会产生磁场异常,根据潜艇磁特征建立磁异常信号探测模型,对信号进行反演处理,可准确得到潜艇的位置、类型、运动状态等相关信息。本文针对探潜实验成本大且实测数据空间不完善等问题,开展了磁目标探测联合仿真技术研究,采用有限元方法对潜艇、飞机磁场进行了模拟仿真,研究了干扰补偿和信号检测方法,并构建了联合仿真系统对探潜技术研究提供支撑环境,可以验证磁场特征和信号检测方法的有效性。首先,基于等效磁偶极子模型,建立了磁场信息和潜艇参数之间的对应关系。针对等效磁偶极子模型不能有效模拟飞机近场磁场特征的不足,引入了基于麦克斯韦方程和电磁场边界条件的有限元仿真数值方法,该方法可对潜艇、飞机等磁性目标的磁场进行精确计算。其次,采用有限元软件COMSOL分别对潜艇和飞机模型进行了建模和仿真,得到了潜艇磁场和飞机干扰磁场的大小和分布,进一步认识了潜艇磁异信号和传感器安装点的磁场特性。针对飞机干扰磁场补偿需求,开展了四航向飞机干扰磁场数据建模与仿真。针对飞机探潜飞行仿真中大尺寸范围内的多目标模型仿真计算量大和精度不高的问题,提出模型分离、数据叠加的方法,模拟生成叠加了飞机干扰磁场和潜艇磁场异常的测量信号。磁场仿真数据为磁异信号处理研究提供了有效的数据源。再次,针对磁异信号处理中的两个重要问题:飞机干扰磁场补偿与微弱磁异信号检测方法进行了研究。以有限元仿真计算得到的飞机四航向磁场数据为对象,采用Tolles-Lawson模型估计飞机干扰参数,补偿后干扰磁场显著减小。对探测飞行仿真数据进行干扰补偿后,再采用正交基函数法进行信号检测,结果实现了7倍艇长距离的有效探测。最后,基于C语言设计并开发了联合仿真系统。该系统将飞机/潜艇磁场建模与仿真、微弱磁异信号检测、数据管理等功能集成在一起。基于该系统进行了磁场仿真、数据提取、信号检测、结果显示等全流程磁探潜仿真研究,验证了目标磁场特征和信号检测方法的有效性以及联合仿真技术的可行性。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.9;E91
【图文】：

图 1.1 MQ-8B 磁探仪拖曳系统探测技术的众多应用领域内，反潜作为在军事领域国家海军研究的重中之重。反潜的主要探测对象为海洋的天然庇护下进行各种复杂的军事行动，因此战略地位和震慑作用，所以怎样能够实现对敌对国界各国海军的研究重点。在反潜探测领域内合理的的精度、效率以及准确率有很大的影响[9]。在反潜的方法是在飞行载体平台上安装基于总量的磁传感行探测，当发现存在磁异信号时来发现潜艇。探测飞行轨迹飞行时，若发现在某一点或者某一范围内，那么根据异常信息结合其他信息对异常进行信号。院的报告称，其反潜飞机的探潜高度大约为 500m事报告称，俄罗斯国内研发的 K-27PL 直升机上装下潜艇进行测量[37]。针对反潜距离短的缺点，目前

P-3COrion 飞机上搭载的磁传感器是 AN/AS到3 pT /Hz 。美国 S-3B 飞机上也搭载有由机体向后延伸[37]。英国的 Nimrod MR2 同加拿大的 AN/ASQ-504 光泵磁性探潜仪，灵 Atl-2 飞机上的 MAD 是欧弗豪泽型磁的 MAD 也搭载在本国的探潜飞机上[37]。俄上的 MAD 情况不明确，大致可以确定其探测弗豪泽效应质子磁力仪，其磁力仪的性能跟购买了九套探测装备，该装备可以对水下潜也能对各种地磁磁异常和地质勘探探测。美 Polatomic-2000（P-2000）型磁传感器是光泵2000 安装在 P-3C Orion 型反潜飞机上实验，据此磁传感器的噪声可以得到结论：未装备么在装备有 P-2000 磁传感器以后，探

转线圈测量垂直磁力异常，灵敏度为100nT ，用来普磁性地质体[38]。1941 年，美国初次将磁通门型磁探仪 120 米。从 1950 年开始，质子旋进型磁探仪被用来低，探测高度近，目前退出探潜舞台。在 50 年代 Va航空磁测，发现了海洋中正负交替的条带状磁异常及国或加拿大研制的高精度铯光泵磁强计，并配套使用系统，由此构造的航空磁性探潜系统，其探潜距离可达利亚研究人员在搭载航空重力梯度测量系统 FALCO航空矢量磁测装置，实现了对地质的探测，目前航空100nT 。而澳大利亚无人飞行器进行航空地球物理探970 年，美国将 UAV 投入作战领域。2003 年，加拿Insitu 公司配合，研发出航磁 UAV 系统-GeoRanger， 1.3 所示。英国 Magsurvey Ltd.机构开发出搭载铯光泵大山德尔地球物理公司与渥太华卡列顿大学合作制成高空，来观测其本身的磁特性。

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本文编号：2746829