本發明涉及船舶消磁技術領域，具體的指一種船舶感應磁場測量方法。

背景技術：

船舶磁場通常是指船舶在其周圍空間產生的磁場，是各種磁性探測設備和水中兵器用于探測和攻擊的主要物理場。為抵御水中磁性兵器攻擊和空中磁性探測，必須對船舶實施磁性防護措施，而準確掌握船舶感應磁場是實施磁性防護措施的重要前提。船舶感應磁場可以通過2類方法得到：數值計算法和磁場測量法。常見的用于計算船舶感應磁場的數值計算類方法有有限元法、積分方程法等，但由于存在船舶結構復雜、各種磁性材料參數不易準確獲取等因素，數值計算結果的精度目前還難以保證。磁場測量類方法中獲取船舶感應磁場的兩種常用方法為雙航向法(只能獲取縱向和橫向感應磁場)+兩地測量法(只能獲取垂向感應磁場)和地磁模擬法(可獲取縱向、橫向和垂向感應磁場)。用雙航向法測量船舶感應磁場時，由于船舶體積龐大，體形特殊，而消磁站的入口和航道狹窄，使得船舶進出調換航向的過程非常費時、費力；另外，船舶調換航向后其停泊位置很容易發生變化，相應的磁場測量位置坐標難以保證固定不變，因此會造成一定的測量誤差。船舶的垂向感應磁場理論上可以通過兩地測量法獲得，但實際上由于無法保證船舶在長距離航行于兩個緯度期間的磁性狀態保持不變及兩地的磁場測量系統技術指標的一致性，故該方法在實踐和精度上都是不可行的。傳統的地磁模擬法通過在消磁站的地磁模擬線圈(或地磁補償線圈)中通電改變局部地磁場，根據通電前后船舶磁場的變化計算船舶感應磁場。該方法可避免調轉航向和兩地測量所造成的人力、物力的浪費，且可明顯縮短感應磁場的獲取時間，然而應用該方法獲取的感應磁場其精度與所模擬的地磁場均勻度高度相關。由于各種因素的限制，消磁站的補償線圈所產生的磁場無法達到理想的均勻度，且船舶越大，均勻度越差，因而測得的感應磁場精度無法保證，從而大大限制了地磁模擬法的推廣使用。

技術實現要素：

針對相關技術中的上述技術問題，本發明提供了一種基于體剖分單元與測點間磁場映射關系的船舶感應磁場測量方法。

為了實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：

一種基于體剖分單元與測點間磁場映射關系的船舶感應磁場測量方法，包括以下步驟：

s1：選取一個能將船舶包圍在內的形體，對該形體進行網格單元剖分，取各體單元的中心為計算點；

s2：消磁站均敷設有用于補償地磁場的縱向線圈、橫向線圈和垂向線圈各若干組，其中，假設敷設有x組縱向線圈(x01、x02、…、x0x)、y組橫向線圈(y01、y02、…、y0y)和z組垂向線圈(z01、z02、…、z0z)，其中x、y、z為正整數。設定各線圈電流并計算各線圈在上述計算點產生的磁場，分別記為bex01、bex02、…、bex0x、bey01、bey02、…、bey0y、bez01、bez02、…、bez0z，將這些磁場組合成矩陣be，稱為各線圈在各體單元產生的磁場矩陣；

s3：在船舶未進入消磁站前，采集各傳感器測點的磁場，記為bbj；

s4：在船舶未進入消磁站前，按s2中設定的各線圈電流依次通電，采集各傳感器測點的磁場并將bbj減去，結果分別記為bc0x01、bc0x02、…、bc0x0x、bc0y01、bc0y02、…、bc0y0y、bc0z01、bc0z02、…、bc0z0z，其中x、y、z為正整數；

s5：在船舶進入消磁站后，采集各傳感器測點的磁場，并將bbj減去，結果記為bship；

s6：在船舶進入消磁站后，按步驟s2中設定的各線圈電流依次通電，采集各傳感器測點的磁場并將bbj和bship減去，結果分別記為bc1x01、bc1x02、…、bc1x0x、bc1y01、bc1y02、…、bc1y0y、bc1z01、bc1z02、…、bc1z0z，其中x、y、z為正整數；

s7：用bc1x01減去對應的bc0x01，得到在線圈x01通電磁場作用下的船舶磁場bcx01；同理可得到bcx02、…、bcx0x、bcy01、bcy02、…、bcy0y、bcz01、bcz02、…、bcz0z，其中x、y、z為正整數，將這些磁場組合成矩陣bc，即船舶在各線圈磁場作用下產生的磁場矩陣；

s8：利用矩陣be和bc間的關系建立矩陣方程coek*be＝bc，coek為關系矩陣，現be和bc均已知，因此可求解得到coek；

s9：將各體單元計算點磁場縱向分量設置為當地地磁場沿船舶縱向的磁場分量值，其余分量設置為0，與coek相乘即可得到船舶縱向感應磁場；同理，可得到船舶橫向感應磁場和垂向感應磁場。

本發明的有益效果：

本發明利用消磁站現有的各組地磁補償線圈所產生的磁場對船舶進行磁化，通過測量及分析解算得到船舶在當地地磁場作用下的感應磁場，主要利用了各線圈在各體單元產生的磁場矩陣與船舶在各線圈磁場作用下產生的磁場矩陣之間的映射關系，通過該映射關系可得到船舶的感應磁場。

與現有技術相比，本發明的有益效果是對地磁補償線圈產生的磁場不作任何均勻度方面的要求，從而使得該方法不僅能提高船舶感應磁場測量的精度和效率，節省大量的人力物力，而且其能在現有消磁站中廣泛推廣使用。如果將其應用于新消磁站的設計和建造，必將顯著節約建設經費。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是根據本發明實施例所述的一種基于體剖分單元與測點間磁場映射關系的船舶感應磁場測量方法的示意圖；

圖2為縱向線圈示意圖；

圖3為橫向線圈示意圖；

圖4為垂向線圈示意圖；

圖中：1-計算點；2-體單元；3-磁傳感器陣列。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明實施例所述的一種基于體剖分單元與測點間磁場映射關系的船舶感應磁場測量方法，包括以下步驟：

步驟1)：如圖1所示，選取一個能將船舶包圍在內的形體。不失一般性，這里選取一個略大于船舶尺度的長方體并使船舶位于長方體內，其中心與長方體中心重合。將長方體剖分為m個體單元，取各體單元的中心為計算點，則計算點個數為m。

步驟2)：不失一般性，假設某消磁站敷設有3組縱向線圈(x01、x02、x03)、4組橫向線圈(y01、y02、y03、y04)和5組垂向線圈(z01、z02、z03、z04、z05)，共12組線圈，線圈示意圖分別如圖2、圖3和圖4所示。以線圈x01為例，假定線圈中通以電流ix01，根據比奧-薩伐定理可計算出線圈x01在上述m個計算點產生的磁場，記為bex01。同理可得到bex02、bex03、bey01、bey02、bey03、bey04、bez01、bez02、bez03、bez04、bez05，將這些磁場組合成矩陣be，稱為各線圈在各體單元產生的磁場矩陣。

步驟3)：為了測量船舶磁場，消磁站布設有如圖1所示的磁傳感器陣列。假設磁傳感器個數為n。在船舶未進入消磁站前，采集各磁傳感器測得的磁場，記為bbj。

步驟4)：在船舶未進入消磁站前，以線圈x01為例，假定線圈中通以電流ix01，采集各磁傳感器測得的磁場并將bbj減去，結果記為bc0x01。同理可得到bc0x02、bc0x03、bc0y01、bc0y02、bc0y03、bc0y04、bc0z01、bc0z02、bc0z03、bc0z04、bc0z05。

步驟5)：在船舶進入消磁站后，采集各磁傳感器測得的磁場，并將bbj減去，結果記為bship。

步驟6)：在船舶進入消磁站后，以線圈x01為例，假定線圈中通以電流ix01，采集各磁傳感器測得的磁場并將bbj和bship減去，結果記為bc1x01。同理可得到bc1x02、bc1x03、bc1y01、bc1y02、bc1y03、bc1y04、bc1z01、bc1z02、bc1z03、bc1z04、bc1z05。

步驟7)：用bc1x01減去對應的bc0x01，得到在線圈x01通電磁場作用下的船舶磁場bcx01；同理可得到bcx02、bcx03、bcy01、bcy02、bcy03、bcy04、bcz01、bcz02、bcz03、bcz04、bcz05，將這些磁場組合成矩陣bc，稱為船舶在各線圈磁場作用下產生的磁場矩陣；

步驟8)：鐵磁物體(如鋼鐵結構的船舶等)被外加磁場(如地磁場或線圈磁場)磁化后在其周圍空間任意場點p(xp,yp,zp)所產生的磁場bp可以表示為：

式中：v為鐵磁物體所占體積；m(rq)為外加磁場在鐵磁物體內部產生的附加磁化強度；rp為場點矢徑；rq為源點矢徑；rpq＝rp-rq；bp(rp)為rp處磁場強度三分量值組成的列矢量；為對源點坐標進行梯度計算；為對場點坐標進行梯度計算。

如果對鐵磁物體進行體單元剖分，則式(1)中的積分將變換為求和。對線性材料鐵磁物體或均勻鐵磁物體來說，式(1)最終將形成一個線性方程組：

c·m＝b(2)

式中：m為外加磁場在鐵磁物體內部各單元產生的附加磁化強度；c為剖分單元耦合系數矩陣；b為外加磁場在鐵磁物體內部各單元產生的磁場所組成的列向量。

將式(2)中的矩陣元素均擴展到如圖1所示的長方體剖分單元，則可得到另一個線性方程組：

c1·m1＝be1(3)

擴展后的m1矩陣中的某些元素由于其對應的體單元位于空氣中而為零，對應的由m1產生的測點磁場為：

c2·m1＝bc1(4)

結合式(3)和式(4)可得：

令將消磁站各線圈在體單元計算點處產生的磁場組合成矩陣be，磁傳感器測點處由各線圈磁場激勵的船舶磁場組合成矩陣bc，則有：

coek·be＝bc(6)

從式(6)可得出結論：線圈在體單元各計算點處產生的磁場與測點處由線圈磁場激勵的船舶磁場間存在著映射關系，只要得到這個映射關系，就可求解出船舶在任意地磁場作用下的感應磁場。

式(6)中be和bc均為已知量，因此可求解得到coek：

步驟9)：將各體單元計算點磁場縱向分量設置為當地地磁場沿船舶縱向的磁場分量值，其余分量設置為0，與coek相乘即可得到船舶縱向感應磁場；同理，可得到船舶橫向感應磁場和垂向感應磁場。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。