鱼雷引信电磁环境均匀性判定方法研究
张涛;任志良;孙常存;马建明
【摘 要】为了提高鱼雷引信的调试质量,根据鱼雷引信调试对电磁环境均匀性的要求,提出了鱼雷引信电磁环境的均匀性判定方法。基于鱼雷引信接收装置的结构特点,采用两个对称的9元传感器测量阵列对电磁环境进行测量,利用移动最小二乘法对测量值进行拟合预处理,根据鱼雷引信的磁灵敏度进行不均匀性概率的计算,并结合鱼雷引信的虚警概率及其接收机的幅频响应,给出了鱼雷引信电磁环境的均匀性判定标准。通过实测数据的计算,验证了所提出方法的正确性与合理性。%Due to the debug requirement of torpedo fuze to electromagnetic environment uniformity,a judgment method of electromagnetic environment uniformity to torpedo fuze is put forward to improve the debug quality of torpedo fuze.Bad on the structure characteristic of torpedo fuze receiving equipment,electromagnetic environment is measured by two symmetrical 9-nsors measuring arrays and the measured data is pre-procesd by moving least-squares method（MLS）.Then,nonuniformity probability is computed according to magnetic nsitivity of torpedo fuze.The judgment criterion of electr
omagnetic environment uniformity to torpedo fuze is given by using fal alarm rate of torpedo fuze and amplitude frequency respon of its receiver.The computation result of measured data validates the correctness and rationality of the propod method.
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【期刊名称】《电波科学学报》
【年(卷),期】2011(026)006
【总页数】考研英语视频5页(P1176-1180)
【关键词】鱼雷引信;电磁环境;均匀性;判定方法;移动最小二乘法
【作 者】张涛;任志良;孙常存;马建明x box
【作者单位】海军工程大学兵器工程系,湖北武汉430033;海军工程大学兵器工程系,湖北武汉430033;海军工程大学兵器工程系,湖北武汉430033;海军工程大学兵器工程系,湖北武汉430033
【正文语种】flash音乐中 文
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1.引 言
电磁引信是目前鱼雷上应用最多的一种非触发引信，其采用主动工作方式向周围海水中发射连续电磁波信号。由于电磁波在海水中产生的传播衰减和相移比空气中大得多，在鱼雷周围有限的空间范围内，可以认为海水介质的电磁特性是均匀和各向同性的。而鱼雷引信在陆上进行调试的环境和实际工作环境存在较大差异。尤其是鱼雷电磁引信的构造原理与工作机理对周围环境电磁场的均匀性相当敏感，调试场地的复杂电磁环境必然影响到鱼雷引信的调试质量和工作性能。因此，为了消除鱼雷引信由于调试环境的影响可能引起动作不可靠的隐患，在鱼雷引信调试时对环境电磁场的均匀性进行实时监测与判定是十分重要的。
相关学者针对不同对象的场强均匀性开展的研究中［1－5］，采用了对各个测量点的场强测量值进行曲线或曲面拟合的定性分析方法和利用偏差准则对场强均匀性进行计算的定量分析方法，通过这两种方法比较不同测量区域的场强均匀性，但都没有给出一个测量区域场强均匀性的判定标准。在IEC 61000－4－20标准［6］中给出了场强均匀性的判定标准：
如果所有测量点中至少75%的点，在测量区域的电场幅值变化小于6dB，可以认为横电磁波（TEM）传输室的电磁场是均匀的。6dB准则［7－8］是对TEM传输室制定的一个通用标准，对鱼雷引信调试环境的电磁场均匀性并不适用，因为鱼雷引信电磁环境的均匀性需要根据特定的鱼雷引信战术技术指标确定。本文根据鱼雷引信的磁灵敏度和虚警概率与磁场均匀性的关系，对电磁环境均匀性的判定方法开展了研究。上海外国语大学附属小学
2.鱼雷引信调试环境的测量及其拟合处理
鱼雷引信调试时，在其周围一定距离范围内的各种铁磁物质、测试仪器、雷架、房屋及场地建筑材料等将或多或少地产生电磁反射、绕射和散射以及空间电磁干扰。因此，鱼雷引信接收到的是一个复杂的叠加电磁场，难以用常规的电磁理论建立数学模型进行分析和推算，只能采用实验测试的方法对鱼雷引信的调试环境加以分析研究［9］。
2.1 调试环境的测量
为了测试鱼雷引信接收的电磁场分布情况，电磁测量传感器的配置应该至少覆盖引信接收装置的全部区域，采用两个结构、性能相同，且位置对称的测量基阵A和B对引信的调试环
境进行测量。考虑到传感器的尺寸、电路开销等因素，每个测量基阵由9元传感器阵列构成，传感器阵元采用等间距配置，阵元覆盖面积和位置与引信接收装置相适应，并略大于引信接收装置的面积，具体配置如图1所示。
图1 9元传感器阵列的配置
每个阵元均由3个灵敏度相同，且相互正交的电磁测量传感器构成，以获取空间平面三维场强分量值及其合成场强值。
基阵A和B的测量值分别用HA和HB表示，引信调试环境的测量矩阵H用两个平面测量值两两对应的差值表示，即
式中：Hij＝［HijxHijyHijz］·［i jk ］T；Hijk＝HijkA－HijkB，i＝1，2，3，j ＝1，2，3，k ＝x，y，z.HijkA 和HijkB分别表示基阵A和B第i行，第j列，k方向的传感器测量值。
测量矩阵H每个元素的模定义为该测量点的测量值，即
式中：i＝1，2，3，j＝1，2，3.
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2.2 基于移动最小二乘法的数据预处理
由上述定义可知，利用两个9元传感器测量阵列每次可测得9个测量值，为了更全面地分析测量区域磁场的均匀性，首先根据测量区域的9个测量值进行二维拟合处理，得到400个测量值，即将测量矩阵H＝（Hij）3×3转化为H＊ ＝）20×20.采用移动最小二乘法对测量数据进行拟合，它通过整个拟合区域的分区和不同区域上的加权最小二乘近似，将全局近似转化为局部近似。移动最小二乘法不需要事先确定拟合函数的类型，不需要求解线性方程组，避免了求解方程组时系数矩阵的病态情况，可以通过取不同阶的基函数获得不同的精度，且可以选取不同的权函数改变拟合的光滑度。因此，与传统最小二乘法相比，移动最小二乘法精度更高，收敛性更好，且计算稳定，其拟合原理可以简单归纳为［10－12］：
在拟合区域的一个局部子域上，其拟合函数可以表示为
式中：α（x，y）为待求系数，它是坐标的函数；p（x，y）为基函数，m是基函数的项数。采用二次基函数，即 m ＝6，p（x，y）＝［1，x，y，x2，xy，y2］T.
为确定系数α（x，y），应使加权离散范式J取得最小值，J的表达式为
式中：n是影响区域内节点的数目；fj（xj，yj）和w（x－xj，y－yj）分别为样点 （xj，yj）处的测量值和权函数。
令J对α（x，y）的偏导数为零，解得式中：
把式（5）代入式（3），即可得到移动最小二乘法的拟合函数
权函数的选取对拟合精度有很大的影响，常用的权函数有高斯函数，三次样条函数，三次多项式函数和四次多项式函数等。为了得到平滑性较好的曲面，本文采用三次样条权函数。令＝s/smax，s＝则三次样条权函数可表示为
3.鱼雷引信电磁环境均匀性判定方法
对于磁场的均匀性用不均匀度进行定量分析，对不均匀度定义如下
式中：和分别为拟合处理后测量区域的场强最大值和最小值；H0为基准场强值，本文定义为接收装置圆心处传感器测得的初始场强值，即H0＝H22.
不均匀度ε越小，表明测量区域的磁场均匀性越好，当ε＝0时，磁场是完全均匀的。
在对鱼雷引信进行调试时，如果其电磁环境是均匀的，设此时接收装置测得的场强值为，电磁环境不均匀时，接收装置测得的场强值为，则由于电磁环境的不均匀性，使接收装置的测量值出现了的误差，其取值范围为ΔH≤（－）＝εH0.当鱼雷入水工作后，其周围介质是均匀的，但由于在不均匀电磁场环境下进行调试所出现的误差，导致没有目标条件下，接收装置仍然有ΔH 的输出。设鱼雷引信的磁灵敏度为Hm，如果ΔH ＜Hm，即当ε＜Hm/H0时，则调试环境的不均匀性不会对引信造成误动；如果ΔH≥Hm，即当ε≥Hm/H0时，尽管引信接收机还会对信号进行进一步的特征识别等信号处理，但在这种情况下仍有造成引信误动的可能。
为了避免单次测量结果的偶然性对计算结果的影响，增加计算结果的可信度，同时考察电磁环境的稳定性，采用多次测量求概率的方法对电磁环境的均匀性进行分析，定义不均匀性概率
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