[发明专利]基于面剖分与测点间磁场映射的船舶感应磁场测量方法

权利要求书

1.一种基于面剖分单元与测点间磁场映射关系的船舶感应磁场测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：选取一个能将船舶包围在内的封闭面，该封闭面为长方体表面，该船舶为铁磁物体，使船舶位于所述封闭面内，将所述封闭面进行网格剖分为个面单元，取各面单元的中心为计算点；

S2：消磁站均敷设纵向线圈、横向线圈和垂向线圈各若干组，其中，敷设有x组纵向线圈组横向线圈和z组垂向线圈其中为正整数，设定各线圈电流并计算各线圈在上述计算点产生的磁场，将这些磁场组合成各线圈在各面单元产生的磁场矩阵

S3：在船舶未进入消磁站前，采集消磁站布设的磁传感器阵列的各传感器测点的磁场

S4：在船舶未进入消磁站前，按步骤S2中设定的各线圈电流依次通电，采集各磁传感器测点的磁场并将减去，结果分别记为其中为正整数；

S5：在船舶进入消磁站后，采集消磁站布设的传感器阵列的各传感器测点的磁场，并将减去，结果记为

S6：在船舶进入消磁站后，按步骤S2中设定的各线圈电流依次通电，采集各传感器测点的磁场并将和减去，结果分别记为其中为正整数；

S7：用减去对应的得到在线圈通电磁场作用下的船舶磁场同理可得到其中为正整数，将这些磁场组合成矩阵即船舶在各线圈磁场作用下产生的磁场矩阵；

S8：利用矩阵和间的关系建立矩阵方程为关系矩阵，现和均已知，因此求解得到

S9：将各面单元计算点磁场纵向分量设置为当地地磁场沿船舶纵向的磁场分量值，其余分量设置为0，与相乘即得到船舶纵向感应磁场；同理，得到船舶横向感应磁场和垂向感应磁场。

2.根据权利要求1所述的基于面剖分单元与测点间磁场映射关系的船舶感应磁场测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据比奥-萨伐定理计算出各线圈在上述个计算点产生的磁场。

3.根据权利要求2所述的基于面剖分单元与测点间磁场映射关系的船舶感应磁场测量方法，其特征在于，所述步骤S3中，磁传感器个数为在船舶未进入消磁站前，采集各磁传感器测得的磁场

4.根据权利要求3所述的基于面剖分单元与测点间磁场映射关系的船舶感应磁场测量方法，其特征在于，所述步骤S8中，所述铁磁物体被外加磁场磁化后在其周围空间任意场点所产生的磁场可以表示为：

其中：为铁磁物体所占体积；为外加磁场在铁磁物体内部产生的附加磁化强度；为场点矢径；为源点矢径；为处磁场强度三分量值组成的列矢量；为对源点坐标进行梯度计算；为对场点坐标进行梯度计算；

如果对铁磁物体进行单元剖分，则式(1)中的积分将变换为求和，对线性材料铁磁物体或均匀铁磁物体来说，式(1)最终将形成一个线性方程组：

其中：为外加磁场在铁磁物体内部各单元产生的附加磁化强度；为剖分单元耦合系数矩阵；为外加磁场在铁磁物体内部各单元产生的磁场所组成的列向量；

根据比奥-萨伐定理，电流元产生的磁场为：

其中：为电流元，其流过的电流为为场点到电流元的矢径，其长度为为电流元在场点产生的磁场；

将通电线圈剖分成很多个小的电流元，则线圈产生的磁场就可由这些电流元产生的磁场叠加得到，在线圈与铁磁物体相对位置固定不变的条件下，线圈在铁磁物体内部各单元产生的磁场与电流之间的关系为：

其中：为系数矩阵，由各电流元与铁磁物体内部各单元间的位置关系决定；

同样，在线圈与长方体表面相对位置固定不变的条件下，线圈在长方体表面各单元产生的磁场与电流之间的关系为：

其中：为系数矩阵，由各电流元与长方体表面各单元间的位置关系决定；

由式(4)和式(5)可得：

式(6)代入式(2)得：

式(7)将铁磁物体内部各单元产生的附加磁化强度与线圈在长方体表面各单元产生的磁场联系在了一起；

假设消磁站某一线圈通电时在铁磁物体内部各单元产生的附加磁化强度为则由式(7)可得：

其中：为该线圈在长方体表面各单元产生的磁场；

对应的由产生的测点磁场为：

结合式(8)和式(9)可得：

令将消磁站各线圈在面单元计算点处产生的磁场组合成矩阵磁传感器测点处由各线圈磁场激励的船舶磁场组合成矩阵则有：

从式(11)可得出结论：线圈在面单元各计算点处产生的磁场与测点处由线圈磁场激励的船舶磁场间存在着映射关系，只要得到这个映射关系，就可求解出船舶在任意地磁场作用下的感应磁场；

式(11)中和均为已知量，因此可求解得到