基于遗传算法的目标设定式电磁扫雷具结构研究＊

2011-06-06刘旭东

舰船电子工程 2011年10期

刘旭东闫勇

（海军蚌埠士官学校蚌埠 233012）

1 引言

随着信号处理技术的发展，水雷引信对目标信号的采集和处理方法日新月异。具体到磁引信的设计，三轴磁场的采集和处理已经是最为基础的方法。这使得水雷对目标的识别达到了前所未有的高度，老式电极式扫雷具和螺线管扫雷具基本不能扫动这类水雷［1～2］。在这个背景下，各国都在大力发展目标设定式电磁扫雷具，考虑其工程实现情况，目前服役的目标设定式电磁扫雷具基本采用单轴磁矩可控磁体［3～6］，即带铁芯的通电螺线管进行扫雷具的设计，使用几个可控磁矩磁体完成对目标磁场的模拟，这种方式是否能达到我们所期望的目标，是否有改进的方法，本文就此问题开展讨论。

2 现有结构的目标设定式电磁扫雷具磁场模拟效果

目标设定式电磁扫雷具中使用的可控磁体多为一维磁矩，所以在对其进行建模时，可以使用一个轴向偶极子的磁场模型。但是考虑到扫雷具工作时一般存在一个工作深度，在作战海域深度相对不深时，这样扫雷具各磁体形状相对水雷处的影响不可以忽略，不能等效为偶极子，而更合适将其等效为旋转椭球体模型，为了模型的广泛性，对扫雷具建模这里选取旋转椭球体磁场模型［7］。

空间任一点（x，y，z）的磁场：

采用此模型对，下面通过仿真实验考察扫雷具对接舰船磁场的模拟效果。仿真使用数据：利用一型潜艇和一型护卫舰实测磁场数据，在24m深度上，均匀分布于右舷、龙骨和左舷，左右横距都为12m的三条磁场数据。取n的值为5～9，分别利用模型对舰船磁场拟合，各磁体均匀分布在在船艏到取n的值为5～9，分别利用模型对舰船磁场拟合，各磁体均匀分布在船艏到船艉，位于龙骨上方吃水线上。

表1 拟合误差分布表

图1 n为6时的目标磁场拟合曲线

从仿真结果表1可知，利用单轴磁体对目标磁场进行拟合时，磁体数目大于等于7个，总体误差范围在0.004内，可以认为再增加磁体数目不能带来更精确的拟合效果。分析其原因可以从表1中发现，在拟合结果中正横方向上的磁场误差较大，且在增加磁体数目过程中没有较大的改善。

从表1中可得知，总体误差值在增加磁体后没有随之增加的原因在于在Y轴方向上的误差值较大，且没有随着磁体的增加而有明显的改进。从图1中可以发现在龙骨下的Y轴方向上磁场份量的大小为0，由于磁场的分布式连续性的，可以推测，这会使得在扫雷过程中在龙骨下方产生一个死区；同时在同一正横距离的磁场曲线上，X轴方向和Z轴方向上的曲线的相似度极高。

这些问题的产生可以归其为一个原因，目前使用的目标设定式扫雷具的结构为单轴磁体串联结构，只是在X轴方向上存在磁矩，故在龙骨下方的Y轴磁场份量较小；而扫雷具结构在X轴方向上是对称的，是的X轴和Z轴方向上的磁场曲线的相似度较高。这两个缺陷都可以被水雷引信采取阈值判断和相关性判断判断目标为非舰船信号，从而使得目标设定式扫雷具达不到预先的战术目的。

3 结构改进方法及建模

从上述的分析得知，要提高目标设定式扫雷具的磁场拟合效果和解决死区的问题，需要的不是增加磁体的个数，而是打破现有的目标设定式扫雷具的结构。既要考虑到增加Y轴方向上的磁矩，使得扫雷具可以在龙骨下方产生足够大的磁场，消除死区；同时还需要破坏目标设定式扫雷具在X轴上的对称性，使得X轴和Z轴方向上的磁场曲线的相似度减小，基于这个设想，将目标设定式扫雷具做如下改变。