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设计方案和解决方案

背景介绍:

2011年10月,上海保障基地某消磁站为某大型驱逐舰首次进行消磁。这个消磁站为目前海军组建时间最短、自动化程度最高、消磁功能最全、消磁周期最短的消磁站。组建3年来,已经为驱逐舰、护卫舰、登陆舰、潜艇等18型35艘次舰、潜艇实施过栓测、消磁,形成了一套完整的综合消磁体系。舰船消磁就是对舰船磁场进行抵消和消除。原来战舰本身有两个磁场,一个是感应磁场,这一磁场靠舰上自消磁系统抵消;另一个是固定磁场,这一磁场则要靠消磁站或消磁船定期对其进行通电消除。军舰、潜艇等在执行任务前一般都需要进行消磁作业。主要原因是:消磁作业可以去除舰艇金属外壳上残留的磁场,是保障舰艇高精度仪器工作的需要,消磁还能提高舰艇的运行速度;减少在运行过程中被其他潜艇、水面舰艇、反潜机监测到的距离;消磁还能使舰艇降低磁性引信的水雷的攻击风险,从而增强了隐蔽性、提高在战场上的生存能力。


使命:

利用国创微磁基础传感器组成的磁异常探测阵列,对待消磁舰船、潜艇等,进行磁异常监控采集目标的磁异常数据信息,从而为后面消磁设备的相关电流脉冲等参数的设置提供重要的实验数据。当舰艇消磁后磁异常水平处于正常范围时,监测系统将提示消磁成功;如果消磁后的舰艇磁异常信号超出预定范围,则提示消磁失败,再继续消磁,直到合格为止。


任务:

利用国创微磁基础传感器组成的磁异常探测装置,监测和采集待消磁舰船、潜艇的磁异常信号特征,利用相关的模型和算法,计算出消磁所用的电流脉冲等数据,从而为顺利完成消磁提供重要的实验数据。此外还可以对消过磁的舰船、潜艇进行磁异常信号检测,判断消磁是否合格。


效能:

利用国创微磁基础传感器组成的磁异常探测装置分辨力可以达到0.1nT,完全可以满足对消磁舰船、潜艇前后的磁异常监测和数据采集的功能。

根据公式H∝M/R3,0.1nT微磁基础传感器实验数据和对3000吨潜艇(磁距为2×108CGSM单位)、蛙人仿真理论计算数据如下:

实际测试实验数据 (说明:以下实测数据未经软件算法处理,如经过处理后,实测距离会更远。)

0.1nT的微磁基础传感器实测30吨拖轮距离大于200米;

0.1nT的微磁基础传感器实测5万吨空载货轮距离大于800米;

0.1nT的微磁基础传感器实测1公斤的铁棒距离为18.3米。

仿真理论计算数据(说明:由于磁干扰等问题存在,实测距离可能要比下列理论计算距离略小。)

0.1nT的微磁基础传感器对携带1公斤铁棒的蛙人理论探测距离为25米;

1nT的微磁基础传感器对3000吨常规潜艇的理论探测距离为270米;

0.1nT的微磁基础传感器对3000吨常规潜艇的理论探测距离为584米;

1pT的微磁基础传感器对3000吨常规潜艇的理论探测距离为2700米;

10fT的微磁基础传感器对3000吨常规潜艇的理论探测距离为12600米。

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原理:

磁异常目标含有铁磁性特征(如铁、钴、镍等)材料,我们利用国创微磁基础传感器阵列探测铁磁性目标引起的磁异常信息,根据相应的模型算法,可以判断该铁磁性目标的有无。磁场强度大小与目标距离立方呈反比关系,H∝M/R3

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系统主要组成:

1、消磁磁异常监测系统由微磁基础传感器阵列、通讯模块、数字信号处理单元等组成;

2、微磁基础传感器阵列安装在消磁磁异常监测系统中;

3、相关算法包括:微磁基础传感器阵列标定、环境噪声抑制、磁异常目标小信号处理等;

4、数据中心:微磁基础传感器阵列数据、磁异常预警信号等数据信息汇集;

5、终端控制台:显示消磁磁异常监测系统的工作状态,预警信息。


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