[發(fā)明專利]一種基于旋轉(zhuǎn)磁偶極子的艦船軸頻磁場定位方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010095079.6
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN111412910B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林朋飛;張寧;徐磊;常明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 武漢藍(lán)寶石專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 謝洋

本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于旋轉(zhuǎn)磁偶極子的艦船軸頻磁場定位方法和裝置，方法包括：將艦船旋轉(zhuǎn)螺旋槳等效為旋轉(zhuǎn)磁偶極子，建立旋轉(zhuǎn)磁偶極子的空間磁場傳播模型。基于空間磁場傳播模型，將旋轉(zhuǎn)磁偶極子磁矩分解為兩個(gè)正交磁矩，求解兩個(gè)正交磁矩的特征向量。分析特征向量與觀測點(diǎn)坐標(biāo)的關(guān)系，獲得觀測點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而得到磁源的位置。本發(fā)明將旋轉(zhuǎn)螺旋槳等效為旋轉(zhuǎn)磁偶極子，將旋轉(zhuǎn)磁偶極子磁矩分解為兩個(gè)正交磁矩，通過對觀測點(diǎn)處的磁場強(qiáng)度積分等運(yùn)算得到兩個(gè)正交磁矩的磁場強(qiáng)度值，從而得到正交磁矩的特征向量，通過分析特征向量與觀測點(diǎn)位置坐標(biāo)的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)磁偶極子的定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及水下艦船探測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于旋轉(zhuǎn)磁偶極子的艦船軸頻磁場定位方法和裝置。

背景技術(shù)

近年來，針對水下艦船目標(biāo)的探測和定位一直以來都是各國研究的熱點(diǎn)。針對艦船電磁場信號的檢測和定位研究很多，由于艦船軸頻磁場頻率極低，傳播距離遠(yuǎn)，抗干擾比較強(qiáng)，從而成為水中磁目標(biāo)探測的研究重點(diǎn)。準(zhǔn)確定位艦船目標(biāo)，對維護(hù)海洋權(quán)益、提高海防預(yù)警能力等方面有著重要的意義。

旋轉(zhuǎn)軸頻磁場頻率極低，具有傳播距離遠(yuǎn)，穩(wěn)定性高，受海況等各種噪聲干擾低，是目標(biāo)探測和定位的重要信號。艦船的極低頻磁場主要包括兩部分：一部分潛艇軸頻磁場由螺旋槳轉(zhuǎn)動周期性調(diào)制腐蝕或者防腐蝕電流而產(chǎn)生的具有一定頻率的磁場，另一部分軸頻磁場是由潛艇、艦船磁性螺旋槳、主軸等磁化軸系部位旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，可以看出軸頻磁場與螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，頻率一般為幾個(gè)赫茲。

如何提出一種方法，實(shí)現(xiàn)水下旋磁目標(biāo)探測和高精度定位，成為亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于旋轉(zhuǎn)磁偶極子的艦船軸頻磁場定位方法和裝置，應(yīng)用于水下艦船目標(biāo)的探測和定位，將艦船旋轉(zhuǎn)螺旋槳等效為旋轉(zhuǎn)磁偶極子，對旋轉(zhuǎn)軸頻磁場的建模，并通過反演推算實(shí)現(xiàn)磁源定位。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于旋轉(zhuǎn)磁偶極子的艦船軸頻磁場定位方法，包括：

S1，將艦船旋轉(zhuǎn)螺旋槳等效為旋轉(zhuǎn)磁偶極子，建立所述旋轉(zhuǎn)磁偶極子的空間磁場傳播模型；

S2，基于所述空間磁場傳播模型，將旋轉(zhuǎn)磁偶極子磁矩分解為兩個(gè)正交磁矩，求解所述兩個(gè)正交磁矩的特征向量；

S3，分析特征向量與觀測點(diǎn)坐標(biāo)的關(guān)系，獲得觀測點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而得到磁源的位置。

進(jìn)一步，S1中，所述將艦船旋轉(zhuǎn)螺旋槳等效為旋轉(zhuǎn)磁偶極子，建立所述旋轉(zhuǎn)磁偶極子的空間磁場傳播模型，具體包括：

定義螺旋槳軸為z軸，旋轉(zhuǎn)磁偶極子位于坐標(biāo)原點(diǎn)且繞z軸以角速度ω轉(zhuǎn)動；設(shè)觀測點(diǎn)為P(x₀,y₀,z₀)，設(shè)旋轉(zhuǎn)磁偶極子磁矩為大小為M，建立所述旋轉(zhuǎn)磁偶極子的空間磁場傳播模型。

進(jìn)一步，S2中，所述基于所述空間磁場傳播模型，將旋轉(zhuǎn)磁偶極子磁矩分解為兩個(gè)正交磁矩，求解所述兩個(gè)正交磁矩的特征向量，具體包括：

S21，將旋轉(zhuǎn)磁偶極子磁矩分解為兩個(gè)正交磁矩，獲取兩個(gè)正交磁矩的特征向量；

S22，求解所述兩個(gè)正交磁矩產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，進(jìn)而得到兩個(gè)正交磁矩的特征向量三軸分量。

進(jìn)一步，S21中，所述將旋轉(zhuǎn)磁偶極子磁矩分解為兩個(gè)正交磁矩，獲取兩個(gè)正交磁矩的特征向量，具體包括：

設(shè)旋轉(zhuǎn)磁偶極子磁矩在x、y軸上的磁矩分量分別為則

式中，M表示旋轉(zhuǎn)磁偶極子磁矩的值，M_p和M_f分別表示在x、y軸上的磁矩分量的值；ω·t表示任意時(shí)刻旋轉(zhuǎn)磁偶極子轉(zhuǎn)過的角度；α₀表示旋轉(zhuǎn)磁偶極子與x軸的初始夾角；