本發(fā)明屬于潛艇消磁領域，特別涉及了一種兼顧潛艇上下方磁場的消磁繞組電流調(diào)整方法。

背景技術：

1、對潛艇進行消磁的目的包括防水下磁引信武器和防高空磁探測，相較于水面艦艇的消磁工作，潛艇除了要對下方磁場進行消磁，還需考慮其上方磁性。潛艇上下方磁場具有較大的差異性，且潛艇消磁系統(tǒng)在潛艇上下方所表現(xiàn)的磁場效率也不同，潛艇下方磁場合格時其上方磁場不一定合格，同理上方磁場合格時其下方磁場也不一定合格，為此需要對潛艇艦載消磁繞組的通電電流進行合理調(diào)整，使?jié)撏舷路酱艌鐾瑫r滿足磁場合格要求。隨著潛艇消磁系統(tǒng)在潛艇中的逐漸應用，潛艇消磁繞組電流的調(diào)整在潛艇消磁工作中的地位日益凸顯，目前國內(nèi)消磁站還未形成一套科學有效的方法能夠同時兼顧潛艇上下方磁場，是未來制約潛艇消磁效率的關鍵因素，對此開展研究十分必要。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的目前國內(nèi)消磁站還未形成一套科學有效的方法能夠同時兼顧潛艇上下方磁場的消磁繞組電流調(diào)整方法的問題。

2、針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明具體涉及一種兼顧潛艇上下方磁場的消磁繞組電流調(diào)整方法，包括如下步驟：

3、步驟1：對潛艇上下方包括上下方原始磁場、消磁繞組上下方安匝效率在內(nèi)的磁場數(shù)據(jù)進行測量；

4、步驟2：進行潛艇磁場分解，得到潛艇縱向航相差zix、橫向航相差ziy、垂向感應磁場的垂向分量ziz、橫向固定磁場的垂向分量zpy、縱向固定磁場與垂向固定磁場的垂向分量之和zpx+zpz；

5、步驟3：以最小補償誤差作為目標函數(shù)，建立消磁繞組電流調(diào)整優(yōu)化模型；

6、步驟4：使用啟發(fā)式優(yōu)化算法進行步驟3中消磁繞組電流調(diào)整優(yōu)化模型迭代尋優(yōu)。

7、進一步的，所述步驟1的方法具體為：潛艇進入港池內(nèi)停泊后，分別對潛艇的上下方磁場進行測量，下方磁場依靠消磁場站的海底大平面測磁系統(tǒng)實現(xiàn)測量，上方磁場依靠龍門行車測磁系統(tǒng)進行測量,測量磁場數(shù)值取相應垂向分量，測量的量包括潛艇上下方原始磁場、消磁繞組上下方安匝效率(包含縱向、橫向、垂向繞組的補償電流與偏置電流效率)，其中潛艇在任意方向(含縱向、橫向、垂向)消磁繞組的第k個接線箱安匝效率tk計算方法如式(1)所示：

8、

9、其中，ik為第k個接線箱的通電電流，zk_on為電流ik作用下測量得到的潛艇磁場垂向分量，zk_off為未通電時測量得到的潛艇磁場垂向分量。

10、進一步的，所述步驟2的方法具體為：以航向角為α(小于90°)斜航向碼頭為例，其以上各分量的計算步驟如下所示：

11、step1:通過潛艇在碼頭進行180°的調(diào)向進行潛艇原始磁場的測量；

12、step2：由于潛艇左右舷磁場基本對稱，通過調(diào)向前后的兩個原始磁場的作差運算得到zix、ziy以及zpy,其中zix通過東北航向原始磁場減去西南航向原始磁場得到，ziy和zpy通過左右舷在東北航向與西南航向原始磁場分別相減后再求和得到。

13、step3：利用消磁場站內(nèi)的地磁補償裝置進行地磁垂向分量的補償計算，得到ziz；

14、step4：艦艇整體磁場減去step1至3中計算得到的zix、ziy、zpy、ziz，即可分解出zpx+zpz，本發(fā)明中zpx+zpz由垂向繞組的偏置電流統(tǒng)一補償，故zpx和zpz不做分解計算。

15、進一步的，所述step1中通過潛艇在碼頭進行180°的調(diào)向進行潛艇原始磁場的測量的方法為：潛艇以艇艏東北航向進入消磁場站，進行東北航向原始磁場測量(下方磁場通過大平面測磁系統(tǒng)進行測量，上方磁場通過龍門行車測磁系統(tǒng)進行測量)，測量完畢后，潛艇離開消磁場站，然后進行180°調(diào)向后，艇艏以西南航向進行消磁場站，進行西南航向原始磁場測量。

16、進一步的，所述步驟3的建立消磁繞組電流調(diào)整優(yōu)化模型的方法為：

17、設潛艇艇在某磁場方向共有m個消磁繞組接線箱，其磁場測量點共有n個，其優(yōu)化模型參數(shù)建立如下：

18、(1)模型自變量

19、優(yōu)化自變量即為該方向m個消磁繞組通電電流的大小，即i1、i2、…、ik、…、im；

20、(2)目標函數(shù)

21、對消磁繞組電流調(diào)整的目的是實現(xiàn)艦載消磁繞組產(chǎn)生的磁場與潛艇對應方向自身的磁場相抵消，上方調(diào)整目標可如下表示：

22、

23、其中，t上k為潛艇第k個繞組箱在n個測量點上方的安匝效率矩陣，ik為第k個繞組箱通電電流，z上為消磁繞組對應補償磁場的上方垂向分量，下標中的1至n代表測量點位1至n，左右代表左右舷處，龍代表龍骨處；z上包括z上ix、z上iy、z上iz、z上py、z上px+z上pz，由步驟2中上方磁場測量后分解得到，具體含義與步驟2中相同，為方便表示，此處用z上代指上方各磁場分量，各磁場分量均可以用式中矩陣表示，而不是上方各分量組成z上矩陣，下文z下同理；

24、下方調(diào)整目標表示如下：

25、

26、其中，t下k為潛艇第k個繞組箱在n個測量點下方的安匝效率矩陣，ik為第k個繞組箱通電電流，z下為消磁繞組對應補償磁場的下方垂向分量，下標中的1至n代表測量點位1至n，左右代表左右舷處，龍代表龍骨處；z下包括z下ix、z下iy、z下iz、z下py、z下px+z下pz，由步驟2中下方磁場測量后分解得到。

27、為兼顧考慮潛艇消磁繞組對上下方的綜合調(diào)整效果，將上下方兩個調(diào)整目標合并至單個目標函數(shù)，并以求最小補償誤差作為目標計算方式，目標函數(shù)f(i)如式所示：

28、

29、(3)約束條件

30、自變量通電電流i在一定范圍內(nèi)進行調(diào)整，需要通過建立不等式約束條件進行約束；單套消磁繞組的總電流需要供給補償電流和偏置電流，補償電流的優(yōu)先級高于偏置電流，因此消磁繞組補償電流ib約束如下：

31、-imax≤ib≤imax

32、其中，imax為該消磁繞組最大通電電流；

33、偏置電流ip的約束條件通過ib計算結束后進行確定：

34、-imax-ib≤ip≤imax-ib

35、進一步的，所述步驟4的方法為：

36、step1:初始化及參數(shù)預處理，提取各方向繞組的安匝效率及對應補償?shù)拇艌隽浚?/p>

37、step2：分別輸入縱向、橫向、垂向繞組的上下方安匝效率t上、t下，導入ib的約束不等式，建立補償電流計算模型；

38、step3：將補償電流計算模型代入優(yōu)化算法，迭代計算得到縱向、橫向、垂向繞組對應的補償電流ixb、iyb、izb；

39、step4：根據(jù)ixb、iyb、izb確定縱向、橫向、垂向繞組對應偏置電流ixp、iyp、izp的約束不等式，建立偏置電流計算模型；

40、step5：將偏置電流計算模型代入優(yōu)化算法，迭代計算得到縱向、橫向、垂向繞組對應的偏置電流ixp、iyp、izp；

41、step6：輸出電流數(shù)值ixb、iyb、izb、ixp、iyp、izp。

42、進一步的，所述優(yōu)化算法為遺傳算法或蟻群算法。

43、總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：

44、(1)本發(fā)明的兼顧潛艇上下方磁場的消磁繞組電流調(diào)整方法，針對潛艇的特殊性，在消磁繞組電流調(diào)整中綜合考慮潛艇下方磁場及其上方磁場，兼顧潛艇上下方的磁場補償效果，在提高潛艇水下生命力的同時，提高潛艇上方磁場隱蔽能力。

45、(2)本發(fā)明的兼顧潛艇上下方磁場的消磁繞組電流調(diào)整方法，為現(xiàn)有潛艇消磁工藝提供艇載消磁繞組電流計算的數(shù)學模型及計算方法，在實際應用中可以為消磁工程師提供快速、精確的消磁繞組電流數(shù)值，有效節(jié)省潛艇消磁過程中消磁電流調(diào)整步驟的時間，進一步提高潛艇消磁的質效。