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目前國(guó)外用于艦艇磁場(chǎng)建模的方法主要有積分方程法、邊界元法和廣義多極技術(shù)，利用磁體模擬法進(jìn)行艦艇磁場(chǎng)建模的研究相對(duì)較少。國(guó)內(nèi)在磁體模擬法方面研究較多，但相關(guān)基于磁體模擬法的艦船磁場(chǎng)建模研究都是在采集到完整連續(xù)的磁場(chǎng)分布曲線的前提下進(jìn)行的。

在實(shí)際的磁場(chǎng)測(cè)量中，由于艦船磁隱身性能的提高，采集到的磁場(chǎng)信息較少，無(wú)法獲得其準(zhǔn)確完整的通過(guò)特性，剔除干擾數(shù)據(jù)后的散點(diǎn)又無(wú)法正確反映艦船真實(shí)的磁場(chǎng)分布曲線，影響反演精度。因此，需要研究一種新的磁場(chǎng)信號(hào)重構(gòu)方法，克服對(duì)于磁場(chǎng)測(cè)量曲線的依賴性，使其能在磁場(chǎng)信號(hào)點(diǎn)之間間隔較大、磁場(chǎng)分布曲線不連續(xù)的條件下完成對(duì)艦船真實(shí)磁場(chǎng)曲線的信號(hào)重構(gòu)。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船磁場(chǎng)信號(hào)的準(zhǔn)確重構(gòu)及換算，海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員劉琪、孫兆龍、姜潤(rùn)翔、武曉康、雷怡琴，在2022年第15期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，在船模試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，基于采樣定理提出一種艦船下方磁場(chǎng)的信號(hào)重構(gòu)方法。

圖1 船模實(shí)驗(yàn)布置圖

研究人員在縮比模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)磁性處理后的船模磁場(chǎng)時(shí)頻特性進(jìn)行分析，建立起截止頻率與最大能譜的關(guān)系，得到采樣間隔與船長(zhǎng)間的數(shù)學(xué)模型，提出適用于磁場(chǎng)的最大采樣間隔計(jì)算方法，并結(jié)合磁體模擬法進(jìn)行磁場(chǎng)深度換算完成對(duì)該方法的驗(yàn)證。

圖2 艦船磁場(chǎng)等效源反演及深度換算流程

據(jù)介紹，該方法無(wú)需滿足艦船磁場(chǎng)采樣曲線完全準(zhǔn)確和完整的要求，只需獲取最大采樣間隔，即能實(shí)現(xiàn)通過(guò)零散采樣重構(gòu)艦船真實(shí)的磁場(chǎng)分布曲線。實(shí)際工程應(yīng)用中，采樣點(diǎn)之間的間隔只要在計(jì)算所得的最大采樣間隔內(nèi)，即可有效剔除冗余和干擾數(shù)據(jù)，在保證模型精度的同時(shí)提高模型穩(wěn)定性。

他們的研究結(jié)果顯示，該方法對(duì)艦船目標(biāo)的形狀魯棒性好，能同時(shí)適用于潛艇和水面艦艇的磁場(chǎng)反演和不同深度的磁場(chǎng)換算，換算效果較好，相較傳統(tǒng)的磁場(chǎng)重構(gòu)方法，減少了數(shù)據(jù)處理量。可以在較大的采樣間隔下完成了高精度的磁場(chǎng)擬合，能實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集不全的情況下完成對(duì)完整曲線的正確反演，并在后續(xù)的深度換算中實(shí)現(xiàn)高精度深度換算。

研究人員指出，當(dāng)由淺向深進(jìn)行換算時(shí)，換算誤差皆小于7%。當(dāng)信噪比較大、換算的基準(zhǔn)深度不小于3倍船寬時(shí)，能完成由淺向深和由深向淺雙向的磁場(chǎng)換算，換算誤差均小于10%。下一步的工作重點(diǎn)是通過(guò)海上試驗(yàn)驗(yàn)證方法的有效性。

本文編自2022年第15期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“一種艦船下方磁場(chǎng)的信號(hào)重構(gòu)及換算方法”。