- 頭條海軍工程大學科研團隊提出一種艦船下方磁場的信號重構及換算方法2023-02-11 作者：劉琪、孫兆龍 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語磁場的計算及建模方法在醫學、電機、艦船等不同領域對不同對象有著不同方面的研究和應用，通過測量得到有限的艦船磁場數據反演其等效源磁場強度，或推算不同深度的磁場數據是研究艦船磁場特征分布規律的重要手段。如何在采樣間隔較大、采樣點數有限的條件下實現對艦船目標磁場的反演，獲得其完整的磁性特征，從而為未來獲得艦船模型參數以及實現大深度水下探測提供理論基礎是本研究課題要解決的關鍵問題。
目前國外用于艦艇磁場建模的方法主要有積分方程法、邊界元法和廣義多極技術，利用磁體模擬法進行艦艇磁場建模的研究相對較少。國內在磁體模擬法方面研究較多，但相關基于磁體模擬法的艦船磁場建模研究都是在采集到完整連續的磁場分布曲線的前提下進行的。
在實際的磁場測量中，由于艦船磁隱身性能的提高，采集到的磁場信息較少，無法獲得其準確完整的通過特性，剔除干擾數據后的散點又無法正確反映艦船真實的磁場分布曲線，影響反演精度。因此，需要研究一種新的磁場信號重構方法，克服對于磁場測量曲線的依賴性，使其能在磁場信號點之間間隔較大、磁場分布曲線不連續的條件下完成對艦船真實磁場曲線的信號重構。
為了實現對艦船磁場信號的準確重構及換算，海軍工程大學電氣工程學院的研究人員劉琪、孫兆龍、姜潤翔、武曉康、雷怡琴，在2022年第15期《電工技術學報》上撰文，在船模試驗的基礎上，基于采樣定理提出一種艦船下方磁場的信號重構方法。
圖1 船模實驗布置圖
研究人員在縮比模型試驗數據分析的基礎上，對磁性處理后的船模磁場時頻特性進行分析，建立起截止頻率與最大能譜的關系，得到采樣間隔與船長間的數學模型，提出適用于磁場的最大采樣間隔計算方法，并結合磁體模擬法進行磁場深度換算完成對該方法的驗證。
圖2 艦船磁場等效源反演及深度換算流程
據介紹，該方法無需滿足艦船磁場采樣曲線完全準確和完整的要求，只需獲取最大采樣間隔，即能實現通過零散采樣重構艦船真實的磁場分布曲線。實際工程應用中，采樣點之間的間隔只要在計算所得的最大采樣間隔內，即可有效剔除冗余和干擾數據，在保證模型精度的同時提高模型穩定性。
他們的研究結果顯示，該方法對艦船目標的形狀魯棒性好，能同時適用于潛艇和水面艦艇的磁場反演和不同深度的磁場換算，換算效果較好，相較傳統的磁場重構方法，減少了數據處理量。可以在較大的采樣間隔下完成了高精度的磁場擬合，能實現信號采集不全的情況下完成對完整曲線的正確反演，并在后續的深度換算中實現高精度深度換算。
研究人員指出，當由淺向深進行換算時，換算誤差皆小于7%。當信噪比較大、換算的基準深度不小于3倍船寬時，能完成由淺向深和由深向淺雙向的磁場換算，換算誤差均小于10%。下一步的工作重點是通過海上試驗驗證方法的有效性。
本文編自2022年第15期《電工技術學報》，論文標題為“一種艦船下方磁場的信號重構及換算方法”。
