潜艇磁矩对反潜直升机磁探宽度的影响

闫晓伟，段立召



潜艇磁矩对反潜直升机磁探宽度的影响

闫晓伟，段立召

（92060部队，辽宁大连 116041）

航空搜潜 磁异常检测 磁探宽度 磁异强度 潜艇磁矩

0 引言

航空磁探作为反潜直升机的一种主要航空探潜方式，在探潜过程中拥有一些其它探潜方式无可比拟的优势[1,2]，如识别能力强、使用方便、定位精度高、攻击效果好等。但由于磁探仪探测距离近，其探测宽度一直成为反潜直升机磁异探测的一个重要指标。

随着航空反潜的发展，虽然近年来大量文献对与磁异探潜相关的内容进行了研究，文献[3-7]等研究了磁异探测中磁性目标的数学模型，但这些文献中基本未对潜艇磁矩对反潜机磁探宽度的影响进行深入研究。潜艇磁矩是反映潜艇磁场强弱的物理量，潜艇无论在建造的时候使用低磁钢，还是在消磁站进行固定磁场消除或敷设消磁绕组对潜艇的感应磁场进行抵消，归根结底都是为了减小潜艇的磁矩。那么潜艇磁矩对反潜直升机磁探宽度的影响到底如何，目前只有一些定性的结论，这些结论目前无法有效的指导航空反潜和消磁工作。本文将以直升机磁探为研究对象，在已有文献的基础上对潜艇磁矩对磁探宽度的影响进行研究。

1 磁异探潜中潜艇磁异场的测量模型

潜艇磁矩决定了潜艇磁场的强弱，而航空磁探仪所测得的潜艇磁异的大小影响了磁探仪的探测宽度，因此，为了研究潜艇磁矩对磁异探测宽度的影响，必须研究适合于航空探潜的潜艇磁场模型和直升机的航空磁异探测模型。

1.1 潜艇磁场模型

潜艇一般都是由高强度合金钢建造，而且其内部拥有大量钢铁制造的部件、设备等，这些都是铁磁性物质，这些物质处于地磁场中导致潜艇产生了磁场。

航空反潜时，航空磁探仪和潜艇的距离一般都在数百米之遥甚至更远，根据文献[4-6]的研究结论，在这种情况下，潜艇磁场是可以等效为偶极子磁场。

1.2 直升机航空磁异探测模型

直升机在执行磁异探潜的过程中，通过使用拖缆在空中拖着磁探仪飞行来实施，如图1所示。为避免因磁探仪转动等造成所测得磁场的变化，通常使用测磁场标量的方法来解决。

或表示为

2 直升机磁探宽度的确定

建立了直升机航空磁异探潜中潜艇磁异场的测量模型后，下面的关键问题是如何在磁探仪所测量的磁异和磁探仪的探测宽度之间建立联系。

通常直升机在执行磁异探潜时，都是按照一定航线飞行的，由于磁探仪的作用距离较近，在与潜艇接触的过程中，直升机的航向可以认为不变，在这个过程中，磁探仪测量到的是一条磁异曲线，如图4。

由于从不同航向通过潜艇时所测得的磁异强度指标曲线都不相同，因此可以在对各个航向进行单独分析的基础上，选取几个典型航向进行平均分析。

3 仿真实验结果及分析

图7给出了在上述典型磁矩结构及相关参数的设置下，反潜机磁异探测宽度随潜艇磁矩变化关系的仿真结果(航向取β=0,45,90,1200）。由图7可以看到潜艇磁矩对磁探仪的探测宽度影响较大，特别是随着潜艇磁矩的减小，磁探仪的探测宽度快速减小。

上面的结果是通过仿真计算出来的，具有一定的精确度，但仿真计算较为繁琐，在实际使用中较为不便。

由于潜艇磁场模型采用偶极子磁场模型来描述，如果以潜艇磁矩方向为轴建立起球坐标系，如图8所示，则式（3）可以变为：

其标量值为：

计算过程中，其它数据与图7所使用参数相同，那么潜艇磁矩与磁探仪探测宽度的关系如图9所示。图9中的两条实线为式（12）中的角度φ分别取0和90时所对应的关系曲线，而虚线为图7中4个典型航向关系曲线的平均值。由图9可以看到在直升机的四个典型航向上磁探仪探测宽度与潜艇磁矩关系的平均值基本与=900根据式（12）所计算的结果基本重合，因此在某些情况下，可采用偶极子磁场的最小宽度探测模型（即=900时的式（12）所对应的模型）对潜艇磁矩对磁探仪探测宽度的影响进行近似估计。

4 结论

本文通过对潜艇磁矩对反潜直升机探测宽度的影响所进行的研究，得出了一些结论。

[1] 孙明太. 航空反潜战术[M]. 北京: 军事科学出版社, 2003, 99~106.

[2] 王翠珍, 唐金元编著. 现代航空搜潜技术[M]. [s.l] 海潮出版社, 2003, 51~52.

[3] 翁行泰, 曹梅芬等. 磁异探潜中潜艇的数学模型[J]. 上海交通大学学报, 1995, 29(3): 27~32.

[4] Watermann J.,A Magnetic Dipole Moment of RV alliance [R]. SACLANT Undersea Research Center Report, 1999.2, SR-312.

[5] 张朝阳, 肖昌汉等. 磁性物体磁偶极子模型适用性的试验研究[J]. 应用基础与工程科学学报, 2010, 18(5): 862~868.

[6] 王光辉, 朱海, 郭正东. 潜艇磁偶极子近似距离条件分析[J]. 海军工程大学学报, 2008, 20(5): 60~63.

[7] Hirota M., Furuse T., etc. Magnetic detection of a surface ship by an airborne LTS SQUID MAD[J]. IEEE Trans. on Applied Superconductivity, 2001, 11(1): 884~887.

[8] Peter V. Czipott. Magnetic detection and tracking of military vehicles[C]. Magnetic and Electric Field Sensors, 2001, 1.

The Effect of the Submarine Magnetic Moment on Helicopter Magnetic Anomaly Detection Width

Yan Xiaowei, Duan Lizhao

（Unit 92060, Dalian 116041, Liaoning, China）

E925

A

1003-4862（2013）02-0018-04

2012-05-25

闫晓伟（1976-），男，硕士，高级讲师。

研究方向：微弱目标检测、航空搜潜。