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设计方案和解决方案

背景分析:

2017年6月,装载有“最强潜艇探测器”“超导磁异常检测阵列”的被当时称为中国最先进的4架反潜巡逻机运-8J和运-8X首次出现在海南岛上的陵水机场。美国《防务新闻(Defense News)》报道称,与老式巡逻机运-8J和运-8X相比,运-8Q安装有通过检测地球磁场的微小变化来追捕潜艇的磁异常探测器,还装备了用于海上巡逻任务的海面搜索雷达和电光转塔,而位于主起落架前方的武器舱很可能用于携带鱼雷。磁异常探测仪的使用大大加强了中国海上控制能力,装载有便携式磁异常探测仪的反舰潜艇其航速、敏感度、探测距离,都是其他反潜手段无法比拟的,专家称,中国海洋面积大,水深深,水文情况复杂,这有利于中国潜艇的活动。磁异常探测仪具有卓越的探测能力,应用也十分广泛,在军用领域,能够实现对地雷、车辆目标的有效探测以及对水雷、水下磁异常目标的识别和预警定位等。目前能探测磁异常目标的设备主要有:探地雷达、电磁法探测仪及磁异常探测仪等。其中磁异常探测仪由高分辨率的磁传感器为核心设备组成,通常采用两个磁传感器进行磁力梯度测量,梯度测量能够提供更多磁场信息,而且能降低环境背景噪声影响,只要磁探仪与地磁场的距离在作用范围内,无论是静止还是移动的潜艇都能探测到。


使命:

利用便携式磁异常探测仪进行海洋磁异常探测,获取磁异常数据,可以探测水下铁磁性目标(如水雷、潜艇、蛙人等),同时采集海洋地磁数据还可以为航磁探测、铁矿、石油、地质勘探提供重要数据支持。

 

任务:

利用便携式磁异常探测仪,可以探测并采集海洋中磁异常信号,经过模型和算法,反演出磁异常信息所对应的铁磁性目标如潜艇、水雷、蛙人、铁矿等,可以确定铁磁性目标的种类、位置、形状、大小等重要信息,一旦发现疑似敌目标随即发出预警信息,并传输到控制终端,供决策使用。

 

效能:

保护海上、海岛重要军事、民用目标,并积极防御,对入侵我方海域的敌潜艇、水下航行器、水雷、蛙人等,进行预警作用。针对不同目标,预警范围会有所不同。

根据公式H∝M/R3,0.1nT微磁基础传感器实验数据和对3000吨潜艇(磁距为2×108CGSM单位)、蛙人仿真理论计算数据如下:

实际测试实验数据 (说明:以下实测数据未经软件算法处理,如经过处理后,实测距离会更远。)

0.1nT的微磁基础传感器实测30吨拖轮距离大于200米;

0.1nT的微磁基础传感器实测5万吨空载货轮距离大于800米;

0.1nT的微磁基础传感器实测1公斤的铁棒距离为18.3米。

 

仿真理论计算数据(说明:由于磁干扰等问题存在,实测距离可能要比下列理论计算距离略小。)

0.1nT的微磁基础传感器对携带1公斤铁棒的蛙人理论探测距离为25米;

1nT的微磁基础传感器对3000吨常规潜艇的理论探测距离为270米;

0.1nT的微磁基础传感器对3000吨常规潜艇的理论探测距离为584米;

1pT的微磁基础传感器对3000吨常规潜艇的理论探测距离为2700米;

10fT的微磁基础传感器对3000吨常规潜艇的理论探测距离为12600米。

 

原理:

磁异常目标含有铁磁性特征(如铁、钴、镍等)材料,我们利用国创微磁基础传感器阵列探测铁磁性目标引起的磁异常信息,根据相应的模型算法,可以判断该铁磁性目标的有无。磁场强度大小与目标距离立方呈反比关系,H∝M/R3


设计方案:

便携式磁异常探测仪由国创微磁基础传感器阵列为核心关键装备组成,可以探测采集到潜艇、舰船、铁矿等磁特征数据信息,利用相关算法处理相关数据,并获得铁磁性目标具体的相关信息。


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系统主要组成:

1、便携式磁异常探测仪由微磁基础传感器阵列、通讯模块、数字信号处理单元等组成;

2、微磁基础传感器阵列安装在便携式磁异常探测仪磁干扰较小处;

3、相关算法包括:微磁基础传感器阵列标定、安装误差标定、载体干扰抑制、环境噪声抑制、磁异常目标小信号处理等;

4、数据中心:微磁基础传感器阵列数据、磁异常预警定位信号等数据信息汇集;

5、终端控制台:显示便携式磁异常探测仪工作状态,预警信息。


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