潜艇闭环消磁中外部空间磁场快速准确推算方法研究

The closed loop degaussing(CLDG) system can compensate the magnetic field outside the submarine in real time, so it becomes the study hotspot.It is the key technique for the submarine to realize the CLDG system that extrapolating the outside magnetic field fast and exactly by measuring the inside magnetic field. In order to satisfy the speed and precision simultaneously, a new extrapolation method is proposed to extrapolate the outside magnetic field. It combines the integral equation inverse method with the inside and outside mapping method. Many measures will be taken for decreasing the memory and calculation complexity of the integral equation inverse method. They includes thin shell simplification, ferromagnetic device simplification, nonlinear magnetised region density grid, inverse equation good pose and fast multipole technique. They can let the integral equation inverse method tend to practice. At the same time, it can provide exact magnetic field values inside and outside the submarine. In order to deal with the nonlinear part of the mapping relationship between the magnetic fields inside and outside the submarine, a neural network with high precision, robust and universality will be applied to create the mapping relationship. The real time and exact of the method will be verified by simulation and mock-up test. This research will lay a firm theory and technique foundation for improving the magnetic defence ability of our submarines.

闭环消磁系统可实时准确补偿潜艇外部空间磁场，因而是国际上的研究热点。通过测量内部磁场实现外部空间磁场的快速准确推算是潜艇闭环消磁的核心支撑技术。为同时满足推算速度与推算精度，提出一种新的推算方法，该方法结合了积分方程反演法和内外映射法各自的优点。为有效降低积分方程反演法的存储复杂度和计算复杂度，拟采用薄壳体简化积分、复杂铁磁设备简化建模、电流强非线性磁化区域加密剖分、反演方程良态化、快速多级子技术等多项处理措施，目的是使积分方程反演法实用化，同时为内外映射法提供准确的内外磁场数据；为处理内外磁场映射关系中的非线性因素，拟采用推算精度高、鲁棒性和泛化能力强的神经网络建立内外磁场映射关系，从而实现潜艇外部空间磁场的快速准确推算，并通过仿真计算和物理模型试验，验证方法的实时性和准确性。 通过上述研究，为我国潜艇磁性防护能力迈上新台阶奠定坚实的理论和技术基础。

闭环消磁系统可实时准确补偿潜艇外部空间磁场，因而是国际上的研究热点。通过测量内部磁场实现外部空间磁场的快速准确推算是潜艇闭环消磁的核心支撑技术。为实现潜艇外部空间磁场的快速准确推算，本项目发展了一种三维多层快速多极子矢量积分方程法，将矢量积分方程法只需剖分源区、易于处理开域问题等优点与快速多极子在迭代过程中加速矩阵矢量乘积运算的优点相结合，与传统矢量积分方程法相比，计算效率大大提高；研究了船载铁磁物体对全船感应磁场的影响规律，为复杂磁源结构的合理简化提供了理论依据；对舰艇上复杂磁源的简化建模技术进行了研究，提出了简化建模的措施，在计算精度满足要求的同时，可大大降低计算的复杂度；对电流与铁磁船壳贴近时相互作用的强非线性磁化进行了研究，提出了局部加密剖分规则，依据该规则，利用积分方程法计算通电线圈对薄壳体的磁化磁感应强度的精度可以控制在95%以上；研究了基于积分方程法和Tikhonov正则化方法的固定磁场反演计算方法；构造了双壳体潜艇磁场物理模型试验平台，研制了适用于双层壳体潜艇物理模型试验平台的磁场测量系统；研究了基于神经网络的潜艇内外磁场推算方法，通过对三种神经网络在计算精度、网络自身稳定性以及泛化能力等方面性能的比较，最终确定RBF神经网络与线性神经网络较适合应用于潜艇外部空间磁场推算问题；搭建了潜艇外部空间磁场推算试验系统，利用该系统可验证推算的精度。