一種艦船與磁性水雷對抗能力的評估方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及對抗能力的評估方法，具體涉及一種艦船與磁性水雷對抗能力的評估方法，該評估方法通過對實(shí)際測量條件的分析和計算機(jī)模擬，利用智能優(yōu)化算法尋找邊界面的最優(yōu)剖分方案，從而在較差測量條件下，完成對艦船平面磁場的準(zhǔn)確延拓，再利用邊界積分法進(jìn)行深度計算獲得艦船下方磁場的深度分布；通過對水雷磁引信工作制、磁引信動作參數(shù)和對抗評估指標(biāo)的綜合分析，運(yùn)用計算機(jī)模擬技術(shù)，建立艦船磁場與磁性水雷對抗仿真模型，實(shí)現(xiàn)對艦船磁性防護(hù)能力的綜合評價，獲得可信的評估結(jié)論。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，可有效改善較差測量條件下艦船平面磁場的延拓精度；通過建立觸雷寬度和觸雷區(qū)域的評估指標(biāo)，能夠直觀有效的評估艦船對抗磁性水雷的能力。
【專利說明】一種艦船與磁性水雷對抗能力的評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對抗能力的評估方法，具體涉及一種艦船與磁性水雷對抗能力的評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于磁性水雷具有較大的隱蔽性、威脅性和破壞性，因而作為對抗磁性水雷武器的重要手段一艦船消磁技術(shù)一直受到各國海軍的重視。同時，對于評估艦船的消磁技術(shù)水平、預(yù)測艦船的磁性防護(hù)能力所進(jìn)行的艦船與磁性水雷對抗能力方面的研究國內(nèi)外也予
以聞度關(guān)注。
[0003]但國內(nèi)外的有關(guān)研究主要針對動磁引信水雷，這時艦船磁場與水雷的對抗能力取決于在布雷深度上艦船磁場曲線的變化率(即磁場的梯度)。而從上世紀(jì)80年代初開始，水雷磁引信發(fā)生了巨大進(jìn)步，尤其是隨著磁場測量技術(shù)和微電子技術(shù)的進(jìn)步，靜磁引信在磁性水雷中被廣泛采用，在水雷有效作用范圍內(nèi)，磁引信對艦船的探測能力顯著增強(qiáng)，艦船磁場與水雷對抗研究等相對滯后了。
[0004]另外，在艦船與磁性水雷對抗的研究中，磁場深度計算必不可少。一方面，磁體模擬法等傳統(tǒng)換算模型在實(shí)船磁場計算應(yīng)用中往往數(shù)據(jù)要求高、精度低，在實(shí)船應(yīng)用中受到限制；另一方面，邊界積分法應(yīng)用于磁場深度計算時，需要無限大平面的磁場測量值，實(shí)際測量難以滿足，雖然利用平面磁場延拓方法可以通過對有限測量范圍的磁場進(jìn)行延拓得到大平面磁場，但往往對“有限測量范圍”的測量條件要求較高，在實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)，需要對相關(guān)的延拓計算方法進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，才能在實(shí)船中應(yīng)用。
[0005]總之，隨著水雷磁引信和艦船消磁技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)艦船和磁性水雷對抗的研究，已不能滿足現(xiàn)代艦船磁性防護(hù)能力評估的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種艦船與磁性水雷對抗能力的評估方法，該評估方法通過實(shí)際測量條件下的磁場測量值準(zhǔn)確計算出艦船磁場的深度分布，利用所建立的艦船磁場與磁性水雷對抗的仿真分析模型和所提出的評估指標(biāo)，對實(shí)際艦船磁場與磁性水雷的對抗能力做出綜合評價。
[0007]本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成:
一種艦船與磁性水雷對抗能力的評估方法，其特征在于所述磁場評估方法至少包括如下步驟:
磁場測量計算:(I)選定所述艦船下方深度為Iitl的平面為測量平面，并通過若干磁傳感器進(jìn)行磁場測量，所述測量平面的長度大于所述艦船的長度，寬度為所述艦船寬度的2倍；(2)利用計算機(jī),對所述磁傳感器的測量條件進(jìn)行模擬,通過公式opt (div) =min (Econ)確定最優(yōu)剖分方案，以將所述測量平面所在的大平面剖分為測量區(qū)域Sm以及位于所述測量區(qū)域Sm橫向兩側(cè)的延拓區(qū)域Sc，其中所述opt (div)表示邊界面最優(yōu)剖分方案，所述Econ表示磁場延拓誤差；(3)基于所述最優(yōu)剖分方案，計算出所述延拓區(qū)域Sc的矢量磁場，并由所述延拓區(qū)域Sc的矢量磁場計算得到所述測量平面所在的大平面的矢量磁場，之后計算所述艦船下方各深度的磁場；
水雷參數(shù)設(shè)置:設(shè)置其磁引信工作制和磁引信動作參數(shù)；
對抗評估:通過計算機(jī)模擬獲取所述艦船在各不同深度的觸雷寬度以及在整個對抗水深范圍內(nèi)的觸雷區(qū)域，并將所述觸雷寬度和觸雷區(qū)域作為對抗評估的指標(biāo)，建立仿真分析模型，以對所述艦船的對抗能力進(jìn)行評估。
[0008]所述磁引信工作制具體包括含時間因素的單脈沖工作制、雙脈沖異符號工作制以及尋找目標(biāo)峰值工作制。
[0009]通過計算機(jī)模擬獲取所述艦船在各不同深度的觸雷寬度以及在整個對抗水深范圍內(nèi)的觸雷區(qū)域的具體步驟為:(I)獲取水下某一深度平面上的所述艦船磁場Λ H，即
+ΑΗξ+Mi2s及dH/dt的分布；(2)令所述艦船從所述水雷的一側(cè)通過，所述艦船的
豎向中心線與所述水雷之間的正橫距離為Y0，在所述艦船磁場Λ H的分布中取出Y=YO的一組數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)判斷此時是否滿足所述水雷磁引信動作的所有參數(shù)條件，若不滿足則將所述正橫距離YO減少dy，令所述艦船再次通過，依此類推直到所述水雷磁引信動作的所有參數(shù)條件全部得到滿足，獲得所述艦船豎向中心線一側(cè)的最大正橫距離為YL; (3)令所述艦船從所述水雷的另一側(cè)通過，并按照步驟(2)中所述的方法，獲得所述艦船豎向中心線另一側(cè)的最大正橫距離為YR，以此獲取所述艦船在該深度平面上的觸雷寬度，以Y=YL+YR表示；(4)調(diào)用所述艦船在各不同深度的磁場，并按步驟(I)?(3)中所述的方法，獲取所述艦船在不同深度上的觸雷寬度，之后將不同深度上的觸雷寬度相互疊加以構(gòu)成觸雷區(qū)域。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，將基于智能優(yōu)化算法的邊界面剖分方案最優(yōu)化方法應(yīng)用于平面磁場延拓后，可有效改善較差測量條件下艦船平面磁場的延拓精度；所采用的艦船磁場與磁性水雷對抗的計算機(jī)仿真方法，與“實(shí)船、實(shí)雷海上對抗試驗(yàn)”、“磁場模擬器對抗試驗(yàn)”等方法相比，不受場地限制、不需動用艦船，并可根據(jù)實(shí)際需求，在任選艦船航速、水雷深度和磁引信工作制的條件下，獲得更多、更廣泛的對抗數(shù)據(jù)；所采用的“觸雷寬度”、“觸雷區(qū)域”等評估指標(biāo)，能夠更直觀、更有效的評估艦船對抗磁性水雷的能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明中評估方法的步驟示意圖；
圖2為本發(fā)明中艦船磁場實(shí)際測量示意圖；
圖3為本發(fā)明中邊界面剖分最優(yōu)化示意圖；
圖4為本發(fā)明中磁場深度計算方法示意圖；
圖5為本發(fā)明中艦船的觸雷寬度和觸雷區(qū)域示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對本發(fā)明的特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:
如圖1-5，圖中標(biāo)記1-4分別為:艦船1、磁傳感器2、觸雷區(qū)域3、觸雷寬度4 ；W0為實(shí)際艦船磁場測量區(qū)域的寬度，L0為實(shí)際艦船磁場測量區(qū)域的長度；
Sm為測量區(qū)域，Sc為延拓區(qū)域；
H為水雷所在的深度，YL為艦船左側(cè)最大正橫距離，YR為艦船右側(cè)最大正橫距離。
[0013]實(shí)施例:如圖1所示，本實(shí)施例具體涉及一種艦船與磁性水雷對抗能力的評估方法，該評估方法主要包括三個步驟單元，分別為磁場測量計算單元、水雷參數(shù)設(shè)置單元以及對抗評估單元，各單元依序進(jìn)行，并以此獲得最終的綜合評估結(jié)論。
[0014](一)如圖1所示，磁場測量計算單元主要包括實(shí)際艦船磁場測量、邊界面剖分最優(yōu)化、磁場延拓和深度計算這三步:
①實(shí)際艦船磁場測量:艦船磁場測量如圖2所示，本實(shí)施例中所指的磁場測量依托某些消磁站進(jìn)行，其測量區(qū)域?yàn)榫嗯灤琁以下深度h平面，所用傳感器為磁通門式三分量磁傳感器2，由若干列磁傳感器2組成磁傳感器陣列。測量區(qū)域長度為U，寬度為Wtl，其中，L0一般較艦船I長大得多，而Wtl則相對較小，一般為2倍船寬左右，因此所測磁場具有如下特點(diǎn):在艦船I的縱向上，區(qū)域兩端的磁場值已經(jīng)基本衰減到零，而在艦船I的橫向上，兩條邊緣測量線的磁場則還遠(yuǎn)沒有衰減到零。
[0015]由于實(shí)際艦船磁場的測量只能在較淺、較窄的平面上進(jìn)行，而水雷對抗計算則要有一個較大的深度范圍內(nèi)較大的平面的磁場數(shù)據(jù)，因而需要對磁場測量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度計算。由于磁場測量平面較窄(2倍船寬左右)，而利用基于邊界矢量積分的磁場延拓方法一般要求測量寬度在6倍船寬以上，因此本實(shí)施例需要對邊界面進(jìn)行剖分最優(yōu)化處理，以使延拓方法能在較窄測量面上進(jìn)行應(yīng)用，然后再利用邊界積分法進(jìn)行磁場深度計算。
[0016]②邊界面剖分最優(yōu)化:如圖3所示，將該實(shí)際艦船磁場的測量平面所在的大平面分為兩部分，較窄的磁場測量區(qū)域?yàn)镾m，延拓區(qū)域?yàn)镾c，Sc位于Sm的橫向兩側(cè)，由于一般情況下Sm橫向兩邊的磁場均包含非零值，因此Sc —般為分布在Sm兩側(cè)的非連通域。
[0017]平面磁場延拓方法在實(shí)驗(yàn)室測量條件下能夠滿足精度要求，但在實(shí)際消磁站測量條件(測量面寬度較窄，且測量線間距不均勻)下，則難以保證精度。通過對延拓方法的分析可知，影響延拓精度的最主要因素就是對大平面(包括測量區(qū)域和延拓區(qū)域)的剖分情況，包括剖分單元的數(shù)量、形狀及中心坐標(biāo)選取等。所采用的做法是，對消磁站的測量條件進(jìn)行計算機(jī)模擬，通過下式(I)尋找確定最佳剖分方案，使得延拓誤差達(dá)到最小，然后利用該剖分方案對實(shí)際測量磁場進(jìn)行延拓計算，得到大平面磁場分布。
[0018]opt (div) =min (Econ)(I)
式(I)中，opt (div)表示邊界面最優(yōu)剖分方案，Econ表示磁場延拓誤差。
[0019]在剖分方案的尋優(yōu)過程中，采用了智能優(yōu)化算法。通過最佳剖分方案的尋優(yōu)計算，降低了實(shí)際應(yīng)用中的磁場測量要求，可以在測量平面較窄、測量間距不均勻等較差測量條件下，保證磁場延拓的精度。
[0020]采用智能優(yōu)化算法尋找邊界面最佳剖分方案，是對平面磁場延拓方法的重大改進(jìn)，是保證實(shí)船磁場計算精度的關(guān)鍵，也是本實(shí)施例的重要特征之一。
[0021]③磁場延拓和深度計算:在實(shí)際艦船磁場的測量平面所在的大平面邊界上，除Sm和Sc外的區(qū)域，磁場都為零。對Sc內(nèi)的點(diǎn)，有如下關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種艦船與磁性水雷對抗能力的評估方法，其特征在于所述評估方法至少包括如下步驟: 磁場測量計算:(I)選定所述艦船下方深度為Iitl的平面為測量平面，并通過若干磁傳感器進(jìn)行磁場測量，所述測量平面的長度大于所述艦船的長度，寬度為所述艦船寬度的2倍；(2)利用計算機(jī),對所述磁傳感器的測量條件進(jìn)行模擬,通過公式opt (div)=min (Econ)確定最優(yōu)剖分方案，以將所述測量平面所在的大平面剖分為測量區(qū)域Sm以及位于所述測量區(qū)域Sm橫向兩側(cè)的延拓區(qū)域Sc，其中所述opt (div)表示邊界面最優(yōu)剖分方案，所述Econ表示磁場延拓誤差；(3)基于所述最優(yōu)剖分方案，計算出所述延拓區(qū)域Sc的矢量磁場，并由所述延拓區(qū)域Sc的矢量磁場計算得到所述測量平面所在的大平面的矢量磁場，之后計算所述艦船下方各深度的磁場； 水雷參數(shù)設(shè)置:設(shè)置其磁引信工作制和磁引信動作參數(shù)； 對抗評估:通過計算機(jī)模擬獲取所述艦船在各不同深度的觸雷寬度以及在整個對抗水深范圍內(nèi)的觸雷區(qū)域，并將所述觸雷寬度和觸雷區(qū)域作為對抗評估的指標(biāo)，建立仿真分析模型，以對所述艦船的對抗能力進(jìn)行評估。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種艦船與磁性水雷對抗能力的評估方法，其特征在于所述磁引信工作制具體包括含時間因素的單脈沖工作制、雙脈沖異符號工作制以及尋找目標(biāo)峰值工作制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種艦船與磁性水雷對抗能力的評估方法，其特征在于通過計算機(jī)模擬獲取所述艦船在各不同深度的觸雷寬度以及在整個對抗水深范圍內(nèi)的觸雷區(qū)域的具體步驟為:(1)獲取水下某一深度平面上的所述艦船磁場ΛΗ，即^Ηξ+ΑΗξ+?Ηξ及dH/dt的分布；(2)令所述艦船從所述水雷的一側(cè)通過，所述艦船的豎向中心線與所述水雷之間的正橫距離為Y0，在所述艦船磁場Λ H的分布中取出Y=YO的一組數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)判斷此時是否滿足所述水雷磁引信動作的所有參數(shù)條件，若不滿足則將所述正橫距離YO減少dy，令所述艦船再次通過，依此類推直到所述水雷磁引信動作的所有參數(shù)條件全部得到滿足，獲得所述艦船豎向中心線一側(cè)的最大正橫距離為YL; (3)令所述艦船從所述水雷的另一側(cè)通過，并按照步驟(2)中所述的方法，獲得所述艦船豎向中心線另一側(cè)的最大正橫距離為YR，以此獲取所述艦船在該深度平面上的觸雷寬度，以Y=YL+YR表示；(4)調(diào)用所述艦船在各不同深度的磁場，并按步驟(1)~(3)中所述的方法，獲取所述艦船在不同深度上的觸雷寬度，之后將不同深度上的觸雷寬度相互疊加以構(gòu)成觸雷區(qū)域。
【文檔編號】G01R33/02GK103729535SQ201310235361
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月14日
【發(fā)明者】張朝陽, 衣軍, 張文瑤, 王小偉, 裘達(dá)夫, 莊志, 胡曉棠, 侯大志 申請人:中國人民解放軍91872部隊上海研究室