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目标模拟式电磁扫雷具改进方案

发布时间:2019-07-11 18:34 来源:未知 编辑:admin

  第卷第期年月水雷战与舰船防护一,,目 标 模 拟 式 电 磁 扫 雷 具 改 进 方 案张冀超 , 刘忠乐 , 周海军工程大学 兵器工程系, 湖北 武汉浩摘要针对 由单轴可控磁矩磁体组成阵列方式的 目标模拟式电磁扫雷具对 目标舰船磁场模拟精度较低的问题 , 提出将磁体阵列式与电极式扫雷具进行整合的改进方案 。根据水雷对炸点选择的特征 , 提出利用加权最小二乘解方法将对扫雷具控制参数求解问题转化为无约束优化问题 , 并利用遗传算法良好的全局搜索能力对参数进行求解 。结果表明关键词改进的方案能有效提高扫雷具对舰船磁场的模拟能力 , 且方案易于工程实现 ...

  第卷第期年月水雷战与舰船防护一,,目 标 模 拟 式 电 磁 扫 雷 具 改 进 方 案张冀超 , 刘忠乐 , 周海军工程大学 兵器工程系, 湖北 武汉浩摘要针对 由单轴可控磁矩磁体组成阵列方式的 目标模拟式电磁扫雷具对 目标舰船磁场模拟精度较低的问题 , 提出将磁体阵列式与电极式扫雷具进行整合的改进方案 。根据水雷对炸点选择的特征 , 提出利用加权最小二乘解方法将对扫雷具控制参数求解问题转化为无约束优化问题 , 并利用遗传算法良好的全局搜索能力对参数进行求解 。结果表明关键词改进的方案能有效提高扫雷具对舰船磁场的模拟能力 , 且方案易于工程实现 。目标模拟舰船磁场扫雷具,,,,,,一,,,引言智能水雷能识别舰船物理场与现有扫雷具物理场之间的不同特征 , 有很强的抗扫能力 。 而 目标模拟式扫雷具能精确模拟所要保护的 目标舰船物理场 , 使智能水雷引信无法区别 , 从而有效地提高扫雷效率 。舰船磁场可以看作是空间分布的无穷多个磁偶极子磁场的迭加 , 因而 , 用适当的磁体阵列可较好地模拟其磁场 。 考虑到工程实现的可能性 , 应当力求用最少的磁体个数 , 简单而又易于拖曳的阵列结构来达到所需的精度 , 通常目标模拟式电磁扫雷具采用 一 个单轴可控磁矩磁体组成阵列的方式 ,如法国的 “海鸥 ”, 英国的 “海蛇 ” 和澳大利亚的、 认扫雷具 。文献 〔对 由 个单轴 可控磁矩磁体组成的 目标模拟式扫雷 具进行研究的结果表明 , 其在布雷海域深度时不能调制 出目标舰船磁场波形 ,在以内时对 目标磁场 的模拟误差可以保持在一左右 , 随后作者提出将磁体在斜并增加一个 方向磁体的 “高了模拟精度 , 但 由于受到流体动力性能的影响而在工程实现中存在一定的困难 。 为此 , 本文提出在磁体阵列基础上增加相应的电极阵列的改进方案 。平面倾” 方案 , 有效地提收稿 日期一 一 水雷战与舰船防护第卷磁体阵列式扫雷具改进方案电磁扫雷具主要可分为螺线管式 、 开 口电 极式和环圈式 , 而目 标模拟式电磁扫雷具通常采用螺线管阵列结构方式 , 如图 所示 。 为了进一步提高 目标模拟式扫雷具对 目标磁场的拟合能力 , 现考虑在每个磁体上增加一个 电极 , 与海水共同组成导电回路 , 与原磁体阵列共同构成一个复合式扫雷具 , 如图 所示 。中一个电极为公共端的 个 电流回路产生磁场的迭加 , 对于单一回路 , 忽略电 极长度的影响 , 其在空间某点处产生的磁场可表示为乓 。式 中,磁 场 向 量。 , 、 。 」丁,为 回 路电 流乓为系数矩阵 一 ,。因此 , 改进后扫雷具在空间某点产生的磁场可表示为虚拟舰船一 艺 ,艺。一护 竺 、皿一、 、 、竺通常 , 以目标舰船磁场值与扫雷具模型理论值之间残差平方和为判据标准 , 即求取最小二乘解的方法 , 对 目标磁场进行拟合 , 即使得一尸气磁 体” 一一 厂 、古 图目标模拟式电磁扫雷系统。 艺 。 一 。 丁 一 。 。磁体甩极图改进方案式中 , 扩达到最小值 ,为磁场测量点数 。 考虑到水雷工作时 , 炸点通常选择在 目标舰艇的中后部 ,因此在关心 目标磁场整体数据拟合精度的同时 , 应当更重视舰船中前部数据的拟合相似度 。为此提出加权的最小二乘解的方法 , 即求解下面非线性无约束最优化问题二一 艺 尹 一不 万一。。扫雷具控制参数求解根据 目标舰船磁场设定扫雷具控制参数是按 目标设定式扫雷技术的关键 。因此首先需要测量 目标舰船磁场 , 对数据进行预处理 , 在不影响数据变化特征的条件下 , 进行重新采样 。调整扫雷具模型的控制参数对 目标舰船磁场数据进行拟合 。 单个磁体在空间某点处产生的磁场可表示为,,凡 。式 中,磁 场向 量 、 ,一 「。 , 肠, 拭。 〕厂磁体 的 磁 矩向 量 二 「 ,、」 系 数 矩阵只, , 其由 磁 体的类型与场点的相对位置确定电极 、 导线与海水共同组成的电流回路产生磁。场 , 假定每个 电极流出的电流分别为,人,⋯,, 易知 , 了⋯十 。 一 , 其产生的磁场可以等效为以其式中 ,,为与测量点位置相关的一个系数 , 定义其为。一气 二 一 动一 毛一 习 毛一 习 蕊其它一 习习,、、产之儿式中,为船长, 且有工 ,二 。为了衡量扫雷具对 目标舰船的模拟能力 , 定义相对误差司 。 。 。式中 ,二 异 一 艺可斌氏仿真算例 第期张冀超 , 等目标模拟式电磁扫雷具改进方案针对式所示优化问题的求解方法很多 , 事实上由于模型较为复杂 , 未知参数多 , 通常难以搜索到全局最优点 。 这里采用遗传算法 , 是 由于考虑到遗传算法对问题本身的限制较少 , 进化算子的各态遍历性使它能够非常有效地进行概率意义下的全局搜索 , 能够找到近乎全局的最优点 。选取某型潜艇磁场实测数据 , 对高频噪声进行平滑 , 并进行重新采样 。将扫雷具磁体间隔为其可视为磁偶极子 , 电极视为点电极 , 分别用改进,前扫雷具与改进后扫雷具对潜艇磁场进行拟合 。即利用工具箱 中工具箱进行仿真计算 , 以扫雷具与潜艇几何 中心的距离,夕 。与、 一 , 、了一几为变量 , 以 。 作为适应度值 , 采用实数编码 , 种群大小交叉概率, 最大迭代数, 采用最优保存策略 , 最优保存个体, 变异概率,,适应度尺度函数为其左舷磁场通过特性 曲线拟合结果如图 所示 。叩, 其它参数为缺省值 。︸︸曰只口 一︸月卜口伽勺勺`,少︵卜勺三奋舰一了舰、 份改进 前一改进 后。入一 洲 入 才,飞 才舰⋯ ⋯改进前一改进后⋯ ⋯一一改进 前改进 后一数据测量点数据测量点习一 ,匕一一数据测量点一一 ︸目刁︵。切︵卜勺 从图潜艇左舷磁场通过特性曲线拟合比较拟合相对误差如表 所示 。表磁场拟合误差分布 妞左舷龙骨右舷版角瓦 、瓦。从尽改进前改进后刀为了充分验证扫雷具对 目标舰船的拟合能力 ,分别选取具有典型代表性某大型水面舰艇 、中型水面舰艇在不同航 向与水深下的磁场数据并进行仿真计算 , 结果表明改进后扫雷具仍可以较好地模拟出目标舰艇的磁场 。根据理论分析与仿真计算结果可知原 目标模拟式扫雷具的磁体在远大于磁体尺寸的距离处可近似为水平磁偶极子 , 其正下方磁场的拭分量为 而存在死区 , 不能有效调制出目标舰艇龙骨下方磁场从 分量的通过特性曲线 , 通过增加电极阵列可以提高对目标舰船磁场拭分量的模拟能力 。通常 , 目标磁场从分量较大 , 原扫雷具对目标舰船磁场的分量峰值相对 目标舰船较小 , 改进后可得到明显改善 。分量拟合精度较低 , 扫雷具磁场从在布雷海域深度下 , 每个磁体对其周围的影响占主导作用 , 而相磁体的影响相对较弱 , 磁场表现多个波峰和波谷 , 改进后扫雷具可以有效提高对 目标磁场模拟的能力 。时 , 在横距较小条件改进后扫雷具对 目标舰船磁场 的量的拟合精度有一定的提高 。与从分结束语本文针对传统的目标模拟式扫雷具整体模拟精下井 专 第页 水雷战与舰船防护第卷力 目表布雷数对水雷障碍毁伤概率的影响航线服从分布布设自航水雷枚数。。 一。 二一的自航水雷障碍为例 , 通过数学分析建立模型 , 探讨了自航水雷障碍效力的评估方法 , 并进行了仿真验算 。 本模型逻辑结构清晰 , 便于对 自 航水雷的封锁效能进行评估 。理论仿真理论乃仿真参考文献【 荣海洋 , 于柏良 潜艇战术学艇学院 ,青岛海军潜戈双喜舰艇学院 ,水雷武器战斗使 用 〔 」 大连海军大连赵晓哲 , 沈治河海军作战数学模型 【」 北京国防工业出版社,」王可定技大学出版社 ,作战模拟理论与方法」 北京国防科分布均匀布正态分结束语文中从分析 自航水雷的散布规律入手 , 以布设上接第页度不高 , 局部模拟效果不理想的缺陷提出了在原有磁体阵列基础上增加类型舰船利用遗传算法求出了其控制参数 , 并对改个电极改进方案 , 针对不同进前后扫雷具对 目标舰船磁场的模拟能力进行了分析 。结果表 明 , 该方案可以有效提高扫雷具对各种 目标的模拟能力 , 具有一定的理论与实践价值 。参考文献【边新迎新型 电磁扫雷具仿真验模及控制算法研究旧武汉海军工程大学,温正雄 ,刘忠乐非接触扫雷具设计原理 【 」北京海潮出版社 ,【刘忠乐海军工程大学学报 ,海水中稳恒 电流电场的点电极计算模型,一日张凡 , 龚沈光海军工程大学学报,海水中点 电极对产生的电场研究,一陈孟君 , 赵治平 , 谭华扰性研究通 电二电极对水雷的抗干水雷战与舰船防护 ,,一」刘胜道 , 肖昌汉 , 龚沈光两层模型中直流电流元产生的电磁场武汉理工大学学报交通科学与工程版,,一

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