海军工程大学科研团队提出一种舰船下方磁场的信号重构及换算方法

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磁场的计算及建模方法在医学、电机、舰船等不同领域对不同对象有着不同方面的研究和应用，通过测量得到有限的舰船磁场数据反演其等效源磁场强度，或推算不同深度的磁场数据是研究舰船磁场特征分布规律的重要手段。如何在采样间隔较大、采样点数有限的条件下实现对舰船目标磁场的反演，获得其完整的磁性特征，从而为未来获得舰船模型参数以及实现大深度水下探测提供理论基础是本研究课题要解决的关键问题。

目前国外用于舰艇磁场建模的方法主要有积分方程法、边界元法和广义多极技术，利用磁体模拟法进行舰艇磁场建模的研究相对较少。国内在磁体模拟法方面研究较多，但相关基于磁体模拟法的舰船磁场建模研究都是在采集到完整连续的磁场分布曲线的前提下进行的。

在实际的磁场测量中，由于舰船磁隐身性能的提高，采集到的磁场信息较少，无法获得其准确完整的通过特性，剔除干扰数据后的散点又无法正确反映舰船真实的磁场分布曲线，影响反演精度。因此，需要研究一种新的磁场信号重构方法，克服对于磁场测量曲线的依赖性，使其能在磁场信号点之间间隔较大、磁场分布曲线不连续的条件下完成对舰船真实磁场曲线的信号重构。

为了实现对舰船磁场信号的准确重构及换算，海军工程大学电气工程学院的研究人员刘琪、孙兆龙、姜润翔、武晓康、雷怡琴，在2022年第15期《电工技术学报》上撰文，在船模试验的基础上，基于采样定理提出一种舰船下方磁场的信号重构方法。

图1 船模实验布置图

研究人员在缩比模型试验数据分析的基础上，对磁性处理后的船模磁场时频特性进行分析，建立起截止频率与最大能谱的关系，得到采样间隔与船长间的数学模型，提出适用于磁场的最大采样间隔计算方法，并结合磁体模拟法进行磁场深度换算完成对该方法的验证。

图2 舰船磁场等效源反演及深度换算流程

据介绍，该方法无需满足舰船磁场采样曲线完全准确和完整的要求，只需获取最大采样间隔，即能实现通过零散采样重构舰船真实的磁场分布曲线。实际工程应用中，采样点之间的间隔只要在计算所得的最大采样间隔内，即可有效剔除冗余和干扰数据，在保证模型精度的同时提高模型稳定性。

他们的研究结果显示，该方法对舰船目标的形状鲁棒性好，能同时适用于潜艇和水面舰艇的磁场反演和不同深度的磁场换算，换算效果较好，相较传统的磁场重构方法，减少了数据处理量。可以在较大的采样间隔下完成了高精度的磁场拟合，能实现信号采集不全的情况下完成对完整曲线的正确反演，并在后续的深度换算中实现高精度深度换算。

研究人员指出，当由浅向深进行换算时，换算误差皆小于7%。当信噪比较大、换算的基准深度不小于3倍船宽时，能完成由浅向深和由深向浅双向的磁场换算，换算误差均小于10%。下一步的工作重点是通过海上试验验证方法的有效性。

本文编自2022年第15期《电工技术学报》，论文标题为“一种舰船下方磁场的信号重构及换算方法”。

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