CN109613464B - 一种无人化水下电磁场模拟装置及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人化水下电磁场模拟装置及检测系统。所述模拟装置包括无人水下航行电磁场发生单元、拖曳式电磁场测量单元、光电复合拖曳缆；所述无人水下航行电磁场发生单元用于产生模拟磁场信号、模拟电场信号；所述拖曳式电磁场测量单元包括实时测量所在位置的由于所述无人水下航行电磁场发生单元运动而产生的模拟磁场和电场信号，并通过通讯模块将所述模拟磁场和电场信号调制转换为光信号，由所述光电复合拖曳缆传送给所述无人水下航行电磁场发生单元，利用所述无人水下航行电磁场发生单元中的主控模块存储的被模拟源磁场、电场数据表修正所述模拟磁场和电场，使得两者相一致。本发明模拟产生电磁场，模拟精度高，结构、算法相对简单，具有良好的经济效果。

Description

一种无人化水下电磁场模拟装置及检测系统

技术领域

本发明涉及水下无人航行器，尤其涉及利用水下无人航行器模拟船舶的电磁场特征。

背景技术

水下电磁场模拟装置主要用于等效模拟船舶在水中航行产生的静态磁场、轴频磁场、静态电场、轴频电场，该装置一方面可以用作水中电磁场诱饵，掩护船舶应对电磁场探测装置的危害，另一方面可以作为水下电磁场测量系统试验用的等效模拟源。

目前的水下电磁场模拟装置，都采用了开环控制方式，即直接通过控制模块驱动线圈或电极产生相应的电磁场，然而电磁场在水中的传播特性，不仅仅与发射源相关，还与传导介质相关，海水的温度、盐度等外界环境因素变化，都会影响电磁场在水中的传播特性。此外，目前的电磁场模拟装置大部分采用了水面拖船拖曳的方式提供动力，水面拖船自身的电磁场往往会引起干扰。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术方案的不足，提出了一种系统精简、效果明显的一种无人化水下电磁场模拟装置。本发明依托水下无人航行器，并通过电磁场测量传感器进行闭环控制，能够精确模拟舰船在水中航行产生的静态磁场、轴频磁场、静态电场、轴频电场。

具体而言，本发明提供了一种无人化水下电磁场模拟装置，包括无人水下航行电磁场发生单元、拖曳式电磁场测量单元、光电复合拖曳缆；所述无人水下航行电磁场发生单元包括配置在所述无人水下航行电磁场发生单元内部前段的磁场线圈，用于产生模拟磁场信号，以及配置在所述无人水下航行电磁场发生单元外部两侧的电场电极，用于产生模拟电场信号；还包括能源模块，用于给所述磁场线圈和电场电极提供能源；所述拖曳式电磁场测量单元包括配置在拖曳式电磁场测量单元内部的通讯模块，以及与该通讯模块连接的数据采集模块，所述数据采集模块分别连接磁场传感器、电场传感器，所述数据采集模块实时测量所在位置的由于所述无人水下航行电磁场发生单元运动而产生的模拟磁场和电场信号，并通过通讯模块将所述模拟磁场和电场信号调制转换为光信号，由所述光电复合拖曳缆传送给所述无人水下航行电磁场发生单元，所述光电复合拖曳缆的一端连接所述拖曳式电磁场测量单元的通讯模块，另一端连接所述无人水下航行电磁场发生单元的通讯模块。

进一步的，所述无人水下航行电磁场发生单元还包括主控模块，所述主控模块连接有惯性导航模块、通讯模块和能源模块，所述主控模块预设有航行信息，并接收惯性导航模块反馈的加速度和转动信息，从而控制能源模块，驱动动力及推进模块在水中自主航行，并通过所述光电复合拖曳缆拖动拖曳式电磁场测量单元在水中航行。

进一步的，所述无人水下航行电磁场发生单元实时接受测量的模拟磁场、模拟电场信号，并通过通讯模块对信号进行解调，主控模块将实时测量的模拟磁场、模拟电场信号进行FFT变换，并与预设的被模拟源磁场、电场数据表进行比对，动态调整磁场线圈和电场电极的驱动电流，使得无人水下航行电磁场发生单元产生的模拟电场和模拟磁场与预设的被模拟源磁场、电场数据相一致。

进一步的，所述预设的被模拟源磁场、电场数据表采用如下方式获取：

(1)将无人化水下电磁场模拟装置固定在被模拟船的下方，由被模拟船拖动无人化水下电磁场模拟装置在水中航行，

(2)无人化水下电磁场模拟装置实时测量被模拟船的磁场、电场信号，

(3)对实测磁场测量信号进行FFT变换，提取直流磁场幅值，并结合被模拟船的艉轴转动频率提取轴频磁场幅值，

(4)对实测电场信号进行FFT变换，得到直流电场幅值、轴频电场幅值，

(5)被模拟船的艉轴转动频率、直流电场幅值、轴频磁场幅值、直流电场幅值、轴频电场幅值组成被模拟源磁场、电场数据表。

本发明还提供了一种无人化水下电磁场模拟装置的控制方法，包括如下步骤：

将无人化水下电磁场模拟装置固定在被模拟船的下方，由被模拟船拖动无人化水下电磁场模拟装置在水中航行；

利用无人化水下电磁场模拟装置实时测量被模拟船的磁场、电场信号并记录而构建被模拟源磁场、电场数据表；

构建无人化水下电磁场模拟装置，使其包括无人水下航行电磁场发生单元、拖曳式电磁场测量单元、光电复合拖曳缆，将所述无人化水下电磁场模拟装置独立放置在水中，所述无人水下航行电磁场发生单元通过光电复合拖曳缆拖动所述拖曳式电磁场测量单元独立航行；

利用所述无人水下航行电磁场发生单元产生模拟磁场和电场；

利用所述拖曳式电磁场测量单元实时测量所述模拟磁场和电场并通过所述光电复合拖曳缆传输给所述无人水下航行电磁场发生单元；

利用所述无人水下航行电磁场发生单元中的主控模块存储的被模拟源磁场、电场数据表修正所述模拟磁场和电场，使得两者相一致。

进一步的，构建所述无人水下航行电磁场发生单元，使其包括配置在所述无人水下航行电磁场发生单元内部前段的磁场线圈，用于产生模拟磁场信号，以及配置在所述无人水下航行电磁场发生单元外部两侧的电场电极，用于产生模拟电场信号；还包括能源模块，用于给所述磁场线圈和电场电极提供能源，还包括分别与所述主控模块连接的惯性导航模块、通讯模块和能源模块，所述主控模块预设有航行信息，并接收惯性导航模块反馈的加速度和转动信息，从而控制能源模块，驱动动力及推进模块在水中自主航行。

进一步的，构建所述无人水下航行电磁场发生单元，使其包括配置在拖曳式电磁场测量单元内部的通讯模块，以及与该通讯模块连接的数据采集模块，所述数据采集模块分别连接磁场传感器、电场传感器，所述数据采集模块实时测量所在位置的由于所述无人水下航行电磁场发生单元运动而产生的模拟磁场和电场信号，并通过通讯模块将模拟磁场和电场信号调制转换为光信号，由所述光电复合拖曳缆传送给所述无人水下航行电磁场发生单元。

本发明提出的无人化水下电磁场模拟装置，具有以下优点：

(1)采用闭环控制模拟产生电磁场，模拟精度高；

(2)采用无人化装置产生模拟电磁场，干扰小；

(3)算法简单，计算开销小，易于实现，误差小。

附图说明

图1是本发明的无人化水下电磁场模拟装置原理框图。

图2是本发明的拖曳式电磁场测量单元原理框图。

图3是本发明的无人水下航行电磁场发生单元原理框图。

图4是本发明的获取被模拟源磁场、电场数据表的流程框图；

图5为本发明的电磁场模拟装置及检测系统中磁场传感器的布置方式；

图6是本发明提出的用于磁梯度测量的磁场传感器三种简易布置方式。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步地说明。

如图1所示，本发明的无人化水下电磁场模拟装置，包括无人水下航行电磁场发生单元、拖曳式电磁场测量单元、光电复合拖曳缆。

如图2所示，本发明的无人水下航行电磁场发生单元包括配置在所述无人水下航行电磁场发生单元内部前段的磁场线圈，用于产生模拟磁场信号，以及配置在所述无人水下航行电磁场发生单元外部两侧的电场电极，用于产生模拟电场信号；还包括能源模块，用于给所述磁场线圈和电场电极提供能源。

优选的，无人水下航行电磁场发生单元的外壳应尽可能采用无磁材料制作，磁场线圈应尽可能缠绕高磁导率铁芯以增加磁场发生效率，电场电极应该尽可能布置间距大以增加电场发生效率。

如图3所示，本发明的拖曳式电磁场测量单元包括配置在拖曳式电磁场测量单元内部的通讯模块，以及与该通讯模块连接的数据采集模块，所述数据采集模块分别连接磁场传感器、电场传感器，所述数据采集模块实时测量所在位置的由于所述无人水下航行电磁场发生单元运动而产生的模拟磁场和电场信号，并通过通讯模块将所述模拟磁场和电场信号调制转换为光信号，由所述光电复合拖曳缆传送给所述无人水下航行电磁场发生单元，所述光电复合拖曳缆的一端连接所述拖曳式电磁场测量单元的通讯模块，另一端连接所述无人水下航行电磁场发生单元的通讯模块。

进一步的，所述无人水下航行电磁场发生单元还包括主控模块，所述主控模块连接有惯性导航模块、通讯模块和能源模块，所述主控模块预设有航行信息，并接收惯性导航模块反馈的加速度和转动信息，从而控制能源模块，驱动动力及推进模块在水中自主航行，并通过所述光电复合拖曳缆拖动拖曳式电磁场测量单元在水中航行。

进一步的，所述无人水下航行电磁场发生单元实时接受测量的模拟磁场、模拟电场信号，并通过通讯模块对信号进行解调，主控模块将实时测量的模拟磁场、模拟电场信号进行FFT变换，并与预设的被模拟源磁场、电场数据表进行比对，动态调整磁场线圈和电场电极的驱动电流，使得无人水下航行电磁场发生单元产生的模拟电场和模拟磁场与预设的被模拟源磁场、电场数据相一致。

如图4所示，预设的被模拟源磁场、电场数据表采用如下方式获取：

(1)将无人化水下电磁场模拟装置固定在被模拟船的下方，由被模拟船拖动无人化水下电磁场模拟装置在水中航行，

(2)无人化水下电磁场模拟装置实时测量被模拟船的磁场、电场信号，

(3)对实测磁场测量信号进行FFT变换，提取直流磁场幅值，并结合被模拟船的艉轴转动频率提取轴频磁场幅值，

(4)对实测电场信号进行FFT变换，得到直流电场幅值、轴频电场幅值，

(5)被模拟船的艉轴转动频率、直流电场幅值、轴频磁场幅值、直流电场幅值、轴频电场幅值组成被模拟源磁场、电场数据表。

本发明的无人化水下电磁场模拟装置的控制步骤如下：

(1)将无人化水下电磁场模拟装置固定在被模拟船的下方，由被模拟船拖动无人化水下电磁场模拟装置在水中航行；

(2)利用无人化水下电磁场模拟装置实时测量被模拟船的磁场、电场信号并记录而构建被模拟源磁场、电场数据表；

(3)构建无人化水下电磁场模拟装置，使其包括无人水下航行电磁场发生单元、拖曳式电磁场测量单元、光电复合拖曳缆，将所述无人化水下电磁场模拟装置独立放置在水中，所述无人水下航行电磁场发生单元通过光电复合拖曳缆拖动所述拖曳式电磁场测量单元独立航行；

(4)利用所述无人水下航行电磁场发生单元产生模拟磁场和电场；

(5)利用所述拖曳式电磁场测量单元实时测量所述模拟磁场和电场并通过所述光电复合拖曳缆传输给所述无人水下航行电磁场发生单元；

(6)利用所述无人水下航行电磁场发生单元中的主控模块存储的被模拟源磁场、电场数据表修正所述模拟磁场和电场，使得两者相一致。

实施例2

本实施例中，除了实施例1中的电磁场模拟装置外，还提供了配套的电磁场检测装置，形成整套的电磁场模拟-检测配套系统。

本实施例的无人水下航行电磁场发生单元包括配置在所述无人水下航行电磁场发生单元内部前段的磁场线圈，用于产生模拟磁场信号，以及配置在所述无人水下航行电磁场发生单元外部两侧的电场电极，用于产生模拟电场信号；还包括能源模块，用于给所述磁场线圈和电场电极提供能源。

本实施例的磁场检测装置包括多个磁场传感器，磁场传感器呈弧形布置。由于电场检测距离有限，所以通常采用磁场检测，本实施例只就磁场检测进行测试。

本发明的配套系统工作方式时，当需要某种类型的设施进行检测时，利用磁场模拟装置模拟出其所产生的磁场，然后，拖曳至目标海域，记录其任意时刻位置以及行驶速度和方向，但并不通知测试端(检测系统)，由检测系统进行定位检测，检测出结果后与实际位置和速度比对，就可以获取检测偏差了。

本实施例中，以采用9个呈弧形布置的传感器为例进行描述，9个传感器中，定点采用一个，另外8个左右两侧各布置4个，左右对称。以左侧为例，C1、L2和L4组成包含120度顶角的三角形，L2、R2和C1组成包含120度顶角的三角形，C1、L4、R4组成包含60度顶角的三角形。优选地，排布成弧形的各个传感器中，至少能够形成包含90、60和120度顶角的传感器组各一个。

本发明的磁性目标探测和定位传感器的定位过程包括：

步骤1：所有的磁场传感器实时采集数据，在任意采样时刻，判断是否存在三个以上磁场传感器的磁场测量异常值大于探测阈值，若存在则判断有水中目标出现，执行步骤2，否则继续执行步骤1；

步骤2：根据磁场传感器的数目，将满足预定条件的3个传感器设定为一个传感器阵列组，形成多个传感器阵列组，根据所形成的磁场传感器阵列组，基于磁场梯度张量法进行水中目标的位置和磁矩计算，得到一系列水中目标的位置和磁矩初值，并估算水中目标的大小范围和所处的位置区间；

步骤3：根据步骤2估算得到的水中目标的大小范围和所处的位置区间，随机生成一组水中目标的位置和磁矩值，与步骤2得到的一系列水中目标的位置和磁矩初值共同形成水中目标的磁场定位初始解；

步骤4：以磁场传感器测得的三个最大磁场测量异常值为依据，以步骤3得到的磁场定位初始解作为初代种群，采用进化优化算法进行寻优，得到当前采样时刻的水中目标的位置和磁矩参数；

步骤5：到下一个采样时刻，根据步骤4得到水中目标的位置和磁矩参数，随机生成一组水中目标的位置和磁矩值形成初代种群，采用进化优化算法进行寻优，得到当前采样时刻的水中目标的位置和磁矩参数；

步骤6：判断是否存在至少三个磁场传感器的磁场测量异常值大于探测阈值，若仍然存在，则重复步骤5，否则，判断水中目标消失，返回步骤1。

在步骤2中，采用改进的梯度张量法和所提出的传感器组合方式进行目标探测定位的具体过程如下。

根据经验在远场可把磁性目标视为一磁偶极子，假设磁偶极子的三方向偶极矩分别为m_x、m_y和m_z，在水中目标坐标系下距离目标r(x，y，z)处的磁场强度三分量表达式为：

式中：

磁梯度张量矩阵为：

基于空间一点磁梯度张量和三分量磁场的磁性目标实时定位公式为：

根据上式确定了磁性目标位置后,再根据下式推算磁性目标的磁矩，通过磁矩即可对目标的状态、类型和尺度等信息作出判断。

在磁梯度张量的9个要素中,只有5个是独立的，即只需得到其中的5个独立要素,就可得到完整的磁梯度张量矩阵。

通常需要采用图6所示5个呈十字分布的传感器，才可以得中心点位置处的到磁梯度张量和测量点磁场三分量。1号传感器测量三分量磁场,2号、3号测量y向的分量变化率,4号、5号测量x向的分量变化率。具体计算式如下。

式中：d为磁场传感器间距，H_xi、H_yi和H_zi(i＝1～5)分别为第i个位置处测得的磁场强度三分量。

考虑到采用十字分布时传感器数量将会太多，本发明根据磁场梯度随空间位置变化比磁场强度变化(磁梯度)慢的基本特征，去掉两个传感器，仅采用三个传感器计算磁场梯度就可以实现定位。具体而言，本申请的发明人通过推导获得了仅通过三个传感器来计算磁场梯度的算法。

典型的，本发明采用图3所示的三种布置形式：

1)120°阵列组(近似线阵)，其磁场梯度计算式如下：

2)60°阵列组(等边三角阵)，其磁场梯度计算式如下：

3)90°阵列组(直角三角形阵)，其磁场梯度计算式如下：

将上面所获得的磁场梯度带入到公式(3)和(4)中，可分别求得位置参数和磁矩参数。

采用本发明的上述技术方案和简化的传感器布置方式，利用改进的梯度张量法就可实现对水中目标的初步定位。但由于测得的不是严格意义上的同一位置点的磁场强度和磁场梯度，其解总是距离真实值存在一定差距的。

在通过改进的梯度张量法获得了水中目标的位置和磁矩初值后，本发明将在步骤4中，以磁场传感器测得的三个最大磁场测量异常值为依据，通过建立反映磁场定位解与真实水中目标位置和磁矩参数逼近程度的目标函数，对水中目标的位置和磁矩进行进一步寻优，以实现目标精确定位。

反映磁场定位解与真实水中目标位置和磁矩参数逼近程度的目标函数如下：

式中：H'_xi、H'_yi和H'_zi为对应某一组水中目标位置和磁矩参数的解计算得到的第i个位置处的磁场强度三分量。根据给定的水中目标的位置和磁矩值，通过式(1)得到磁场值，然后求解该目标函数来度量该水中目标位置和磁矩参数与真实值的逼近程度。

以水中目标位置和磁矩参数作为寻优变量，上述目标函数作为适应度函数，约束条件设定为改进的梯度张量法所求磁场定位解最大值的两倍，采用粒子群、遗传或者差分进化等优化算法进行寻优，可进一步得到精度更高的水中目标定位解。

在采用进化算法进行寻优时，为同时兼顾全局搜索性能以及收敛性，在步骤3形成初代种群时，除了引入改进的梯度张量法所获得水中目标的位置和磁矩初值外，还根据约束条件随机生成一组水中目标的位置和磁矩值，共同形成水中目标的磁场定位初始解，以保证寻优时能快速收敛到最优变量处。

由于水中目标的磁场定位参数的变化过程相对磁场数据采集速度来说要慢很多，步骤5中，本发明在第一次获取了精确的水中目标的磁场定位参数后，将不再采用改进的梯度张量法，而是直接基于上一采样时刻获得的水中目标的位置和磁矩参数，采用进化优化算法进行局部寻优，以保证能快速得到当前采样时刻的磁场定位参数，进一步还可实现目标的位置跟踪。

图1所示的弧形阵列布置形式，是本发明所提方法的一种典型示意。在图1的基础上，可对阵列进一步细分，减小传感器间距，增大传感器个数，丰富磁场传感器组合，以适应目标大小的变化。

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种无人化水下电磁场模拟装置，其特征在于，包括无人水下航行电磁场发生单元、拖曳式电磁场测量单元、光电复合拖曳缆；所述无人水下航行电磁场发生单元包括配置在所述无人水下航行电磁场发生单元内部前段的磁场线圈，用于产生模拟磁场信号，以及配置在所述无人水下航行电磁场发生单元外部两侧的电场电极，用于产生模拟电场信号；还包括能源模块，用于给所述磁场线圈和电场电极提供能源；所述拖曳式电磁场测量单元包括配置在拖曳式电磁场测量单元内部的通讯模块，以及与该通讯模块连接的数据采集模块，所述数据采集模块分别连接磁场传感器、电场传感器，所述数据采集模块实时测量所在位置的由于所述无人水下航行电磁场发生单元运动而产生的模拟磁场和电场信号，并通过通讯模块将所述模拟磁场和电场信号调制转换为光信号，由所述光电复合拖曳缆传送给所述无人水下航行电磁场发生单元，所述光电复合拖曳缆的一端连接所述拖曳式电磁场测量单元的通讯模块，另一端连接所述无人水下航行电磁场发生单元的通讯模块；所述无人水下航行电磁场发生单元实时接受测量的模拟磁场、模拟电场信号，并通过通讯模块对信号进行解调，主控模块将实时测量的模拟磁场、模拟电场信号进行FFT变换，并与预设的被模拟源磁场、电场数据表进行比对，动态调整磁场线圈和电场电极的驱动电流，使得无人水下航行电磁场发生单元产生的模拟磁场和电场与预设的被模拟源磁场、电场数据表相一致。

2.根据权利要求1所述的一种无人化水下电磁场模拟装置，其特征在于，所述无人水下航行电磁场发生单元还包括主控模块，所述主控模块连接有惯性导航模块、通讯模块和能源模块，所述主控模块预设有航行信息，并接收惯性导航模块反馈的加速度和转动信息，从而控制能源模块，驱动动力及推进模块在水中自主航行。

3.根据权利要求1或2所述的一种无人化水下电磁场模拟装置，其特征在于，所述预设的被模拟源磁场、电场数据表采用如下方式获取：

(1)将无人化水下电磁场模拟装置固定在被模拟船的下方，由被模拟船拖动无人化水下电磁场模拟装置在水中航行，

(2)无人化水下电磁场模拟装置实时测量被模拟船的磁场、电场信号，

(3)对实测磁场测量信号进行FFT变换，提取直流磁场幅值，并结合被模拟船的艉轴转动频率提取轴频磁场幅值，

(4)对实测电场信号进行FFT变换，得到直流电场幅值、轴频电场幅值，

(5)被模拟船的艉轴转动频率、直流电场幅值、轴频磁场幅值、直流电场幅值、轴频电场幅值组成被模拟源磁场、电场数据表。

4.一种无人化水下电磁场模拟装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

将无人化水下电磁场模拟装置固定在被模拟船的下方，由被模拟船拖动无人化水下电磁场模拟装置在水中航行；

利用无人化水下电磁场模拟装置实时测量被模拟船的磁场、电场信号并记录而构建被模拟源磁场、电场数据表；

构建无人化水下电磁场模拟装置，使其包括无人水下航行电磁场发生单元、拖曳式电磁场测量单元、光电复合拖曳缆，将所述无人化水下电磁场模拟装置独立放置在水中，所述无人水下航行电磁场发生单元通过光电复合拖曳缆拖动所述拖曳式电磁场测量单元独立航行；

利用所述无人水下航行电磁场发生单元产生模拟磁场和电场；

利用所述拖曳式电磁场测量单元实时测量所述模拟磁场和电场并通过所述光电复合拖曳缆传输给所述无人水下航行电磁场发生单元；

利用所述无人水下航行电磁场发生单元中的主控模块存储的被模拟源磁场、电场数据表修正所述模拟磁场和电场，使得两者相一致。

5.根据权利要求4所述的一种无人化水下电磁场模拟装置的控制方法，其特征在于，构建所述无人水下航行电磁场发生单元，使其包括配置在所述无人水下航行电磁场发生单元内部前段的磁场线圈，用于产生模拟磁场信号，以及配置在所述无人水下航行电磁场发生单元外部两侧的电场电极，用于产生模拟电场信号；还包括配置能源模块，用于给所述磁场线圈和电场电极提供能源，还包括配置分别与所述主控模块连接的惯性导航模块、通讯模块和能源模块，所述主控模块预设有航行信息，并接收惯性导航模块反馈的加速度和转动信息，从而控制能源模块，驱动动力及推进模块在水中自主航行。

6.根据权利要求5所述的一种无人化水下电磁场模拟装置的控制方法，其特征在于，构建所述无人水下航行电磁场发生单元，使其包括配置在拖曳式电磁场测量单元内部的通讯模块，以及与该通讯模块连接的数据采集模块，所述数据采集模块分别连接磁场传感器、电场传感器，所述数据采集模块实时测量所在位置的由于所述无人水下航行电磁场发生单元运动而产生的模拟磁场和电场信号，并通过通讯模块将模拟磁场和电场信号调制转换为光信号，由所述光电复合拖曳缆传送给所述无人水下航行电磁场发生单元。

7.根据权利要求4所述的一种无人化水下电磁场模拟装置的控制方法，其特征在于，还包括利用磁场检测装置对所模拟的磁场进行检测。

8.一种无人化水下电磁场模拟及检测装置，其特征在于，所述模拟及检测装置包括电磁场模拟装置和磁场检测装置，所述电磁场模拟装置包括无人水下航行电磁场发生单元、拖曳式电磁场测量单元、光电复合拖曳缆；所述无人水下航行电磁场发生单元包括配置在所述无人水下航行电磁场发生单元内部前段的磁场线圈，用于产生模拟磁场信号，以及配置在所述无人水下航行电磁场发生单元外部两侧的电场电极，用于产生模拟电场信号；还包括能源模块，用于给所述磁场线圈和电场电极提供能源；所述拖曳式电磁场测量单元包括配置在拖曳式电磁场测量单元内部的通讯模块，以及与该通讯模块连接的数据采集模块，所述数据采集模块分别连接磁场传感器、电场传感器，所述数据采集模块实时测量所在位置的由于所述无人水下航行电磁场发生单元运动而产生的模拟磁场和电场信号，并通过通讯模块将所述模拟磁场和电场信号调制转换为光信号，由所述光电复合拖曳缆传送给所述无人水下航行电磁场发生单元，所述光电复合拖曳缆的一端连接所述拖曳式电磁场测量单元的通讯模块，另一端连接所述无人水下航行电磁场发生单元的通讯模块；

所述无人水下航行电磁场发生单元实时接受测量的模拟磁场、模拟电场信号，并通过通讯模块对信号进行解调，主控模块将实时测量的模拟磁场、模拟电场信号进行FFT变换，并与预设的被模拟源磁场、电场数据表进行比对，动态调整磁场线圈和电场电极的驱动电流，使得无人水下航行电磁场发生单元产生的模拟磁场和电场与预设的被模拟源磁场、电场数据表相一致；

所述磁场检测装置包括弧形布置的多个磁场传感器，多个磁性传感器布置成弧形，多个磁场传感器分别进行磁场信号采集。

9.一种权利要求8中的无人化水下电磁场模拟及检测装置的使用方法，所述方法包括：

利用无人化水下电磁场模拟及检测装置的电磁场模拟装置在预定海域模拟产生目标船只的电磁信号；

利用无人化水下电磁场模拟及检测装置的磁场检测装置对所述磁场信号进行检测；

基于所检测到的磁场信号对所述电磁场模拟装置进行定位，

其中定位的过程包括：

步骤1：所有的磁场传感器实时采集数据，在任意采样时刻，判断是否存在三个以上磁场传感器的磁场测量异常值大于探测阈值，若存在则判断有水中目标出现，执行步骤2，否则继续执行步骤1；

步骤2：根据磁场传感器的数目，将所有磁场传感器中满足预定条件的3个传感器设定为一个传感器阵列组，形成多个传感器阵列组，根据所形成的磁场传感器阵列组，基于磁场梯度张量法进行水中目标的位置和磁矩计算，得到一系列水中目标的位置和磁矩初值，并估算水中目标的大小范围和所处的位置区间；

步骤3：根据步骤2估算得到的水中目标的大小范围和所处的位置区间，随机生成一组水中目标的位置和磁矩值，与步骤2得到的一系列水中目标的位置和磁矩初值共同形成水中目标的磁场定位初始解；

步骤4：以磁场传感器测得的三个最大磁场测量异常值为依据，以步骤3得到的磁场定位初始解作为初代种群，采用进化优化算法进行寻优，得到当前采样时刻的水中目标的位置和磁矩参数；

步骤5：到下一个采样时刻，根据步骤4得到水中目标的位置和磁矩参数，随机生成一组水中目标的位置和磁矩值形成初代种群，采用进化优化算法进行寻优，得到当前采样时刻的水中目标的位置和磁矩参数；

步骤6：判断是否存在至少三个磁场传感器的磁场测量异常值大于探测阈值，若仍然存在，则重复步骤5，否则，判断水中目标消失，返回步骤1。

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