RU2703765C1

RU2703765C1 - Method for automatic demagnetization of ships

Info

Publication number: RU2703765C1
Application number: RU2018140466A
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Иванов; Валентин Григорьевич Семенов
Original assignee: Акционерное общество "МЕРА"
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2019-10-22

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to demagnetization of ship for protection against magnetic mines and magnetic means of its detection. For automatic demagnetization of ship includes determination of currents of demagnetizing windings as per results of measurements of magnetic induction by onboard three-component magnetometers, permanent demagnetizing windings by magnetic induction, as well as induction of MFE in system of coordinates of ship. Currents are determined from the condition of minimization of sum of squares of differences of similar components of each onboard magnetometer and MFE, and constants by magnetic induction of windings are determined for points of arrangement of sensors of onboard magnetometers.

EFFECT: continuous minimization of ship demagnetization error during navigation and expansion of possibility of control of each separate section during navigation and adjustment of demagnetizing system.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области размагничивания кораблей для защиты их от неконтактных магнитных мин и магнитных средств обнаружения.The invention relates to the field of demagnetization of ships to protect them from non-contact magnetic mines and magnetic means of detection.

В годы второй мировой войны неконтактные (магнитные) мины проявили себя как простое и эффективное оружие против подводных лодок, кораблей и судов [1. Ткаченко Б.А. История размагничивания кораблей советского Военно-Морского Флота. Л. Наука. 1981], [2. Семенов В.Г. Две истории размагничивания кораблей. СПб. Издательство «Диалог». 2008]. Сохраняется минная опасность на море и в наше мирное время, поскольку мины могут использовать террористы.During the Second World War, non-contact (magnetic) mines proved to be a simple and effective weapon against submarines, ships and ships [1. Tkachenko B.A. The history of the demagnetization of the ships of the Soviet Navy. L. Science. 1981], [2. Semenov V.G. Two stories of the demagnetization of ships. SPb. Dialog Publishing House. 2008]. There remains a mine danger at sea and in our peacetime, since mines can be used by terrorists.

Для защиты от магнитных мин на кораблях используют встроенные обмотки с электрическими токами для размагничивания / снижения / компенсации остаточного магнитного поля (МП) корабля (МПК) [3. Терехов И.Н. Дегауссинг и девиация компасов. М. Морской транспорт. 1945], а также специальные немагнитные материалы и маломагнитные стали.To protect against magnetic mines on ships, built-in windings with electric currents are used to demagnetize / reduce / compensate the residual magnetic field (MP) of the ship (MPC) [3. Terekhov I.N. Degaussing and deviation of compasses. M. Sea transport. 1945], as well as special non-magnetic materials and low-magnetic steels.

Процедуру определения требуемых токов размагничивания называют калибровкой обмоток размагничивания (ОР). Вопросы размагничивания кораблей (РК) и калибровки ОР всегда были и остаются предметом дискуссий. Например, в 1946 г. англичане, которые в годы войны использовали малое число ОР (1-6) на один корабль, снисходительно критиковали немцев за то, что те использовали до 33 ОР на корабль. По их мнению, такое обилие ОР говорило о недопонимании немцами проблемы РК [2]. Однако, в 70-е годы число ОР на английских противоминных кораблях превышало 30 [4. A Review of Degaussing Systems and DG Measurement Ranges. Maritime Defence. December 1979. v. 4 #12 Р. 494].The procedure for determining the required demagnetization currents is called calibration of the demagnetization windings (OP). Issues of demagnetization of ships (RK) and calibration of ORs have always been and remain the subject of discussion. For example, in 1946, the British, who during the war years used a small number of OP (1-6) per ship, indulgently criticized the Germans for using up to 33 OP per ship. In their opinion, such an abundance of PRs indicated that the Germans did not understand the problems of the Republic of Kazakhstan [2]. However, in the 70s the number of missiles on the British anti-mine ships exceeded 30 [4. A Review of Degaussing Systems and DG Measurement Ranges. Maritime Defense. December 1979. v. 4 # 12 R. 494].

Известен способ размагничивания надводных кораблей [5. Degaussing equipment for surface ships. International Defense Review. 1979 V. 12 #3 P. 433], где используют трехкомпонентный датчик на вершине мачты корабля для измерения магнитной индукции (МИ) МП Земли (МПЗ) для управления токами ОР.A known method of demagnetization of surface ships [5. Degaussing equipment for surface ships. International Defense Review. 1979 V. 12 # 3 P. 433], where a three-component sensor is used at the top of the ship’s mast to measure the magnetic induction (MI) of the Earth’s Earth's magnetic field (MES) to control the OR currents.

Известен способ РК британской фирмы Thorn EMI Electronics [6. New on-board degaussing system for ships. Maritime Defence. 1990. V. 15 #1. Р21]. Способ использует бортовую базу данных МПЗ, с помощью которой по курсу и географическому местоположению корабля определяют оптимальные токи в секциях ОР.A known method of the UK British company Thorn EMI Electronics [6. New on-board degaussing system for ships. Maritime Defense. 1990.V. 15 # 1. P21]. The method uses the on-board MPZ database, using which the optimal currents in the OR sections are determined by the heading and geographic location of the ship.

Известна также система компенсации МПК [7. В.А. Могучий и др. Совершенствование элементов системы компенсации магнитного поля корабля. Морская радиоэлектроника. №3 2003. С. 50-54], в которой используют навигационную базу данных корабля и средство измерения МПЗ для компенсации МПК с тремя ОР.Also known compensation system IPC [7. V.A. Mighty and others. Improving the elements of the ship’s magnetic field compensation system. Marine electronics. No. 3 2003. S. 50-54], which uses the ship’s navigation database and MPZ measuring tool to compensate for the IPC with three ORs.

Способы [5], [6] и [7] относятся к так называемым разомкнутым системам РК, которые компенсируют отдельно индуктивную и постоянную составляющие МПК, определенные при предварительной калибровке ОР корабля на специальном магнитоизмерительном стенде. Разомкнутые системы не могут учитывать временные изменения постоянного МПК, которое несмотря на свое название, подвержено изменениям в процессе плавания корабля. Разомкнутые системы не дают полного РК.Methods [5], [6] and [7] relate to the so-called open-loop systems of the Republic of Kazakhstan, which compensate separately for the inductive and constant components of the MPC, determined during preliminary calibration of the ship’s OR on a special magnetometer. Open systems cannot take into account temporary changes in the permanent MPC, which, despite its name, is subject to changes in the ship's navigation process. Open systems do not give full RC.

Известен также способ РК по замкнутой системе, который определяет и компенсирует изменения постоянного МПК [8 John J. Holmes. Reduction of a Ship's Magnetic Field Signatures. Morgan & Claypool Publishers. 2008].There is also a known method of RC in a closed system, which determines and compensates for changes in the constant IPC [8 John J. Holmes. Reduction of a Ship's Magnetic Field Signatures. Morgan & Claypool Publishers. 2008].

В результате анализа перечисленных выше технических решений по совокупности существенных признаков ближайшим аналогом заявляемого способа принят способ [8].As a result of the analysis of the above technical solutions for the totality of essential features, the closest analogue of the proposed method adopted the method [8].

Известный способ автоматического РК включает управление электрическими токами по результатам измерений бортовыми трехкомпонентными магнитометрами и постоянных по МИ (ПМИ) ОР в точках проходной характеристики, а также использование МИ МПЗ в системе координат корабля.The known method of automatic RC includes the control of electric currents according to the results of measurements by onboard three-component magnetometers and constants based on MI (PMI) OR at the points of the passage characteristic, as well as the use of MI MPZ in the ship's coordinate system.

Причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа является то, что известный способ не измеряет разность одноименных компонент каждого бортового магнитометра и МПЗ и не определяет постоянные ОР по МИ в точках бортовых магнитометров.The reason that impedes the achievement of the technical result indicated below when using the known method is that the known method does not measure the difference between the components of the same name of each onboard magnetometer and the magnetic field and does not determine the OR constants for MI at the points of the onboard magnetometers.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности РК.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy of the Republic of Kazakhstan.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в непрерывной минимизации погрешности РК и в расширении возможностей контроля за каждой отдельной секцией ОР при плавании и настройке системы РК.The technical result obtained by the implementation of the claimed invention consists in the continuous minimization of the error of the Republic of Kazakhstan and in expanding the capabilities of monitoring each individual section of the OR during swimming and tuning the system of the Republic of Kazakhstan.

Указанный технический результат достигается тем, что заявляемый способ автоматического размагничивания корабля, включающий определение токов размагничивающих обмоток по результатам измерения магнитной индукции бортовыми трехкомпонентными магнитометрами, постоянных по магнитной индукции размагничивающих обмоток, а также индукции МПЗ в системе координат корабля, отличается тем, что токи определяют из условия минимизации суммы квадратов разностей одноименных компонент каждого бортового магнитометра и МПЗ, а постоянные по магнитной индукции обмоток определяют для точек размещения датчиков бортовых магнитометров.The specified technical result is achieved in that the inventive method for the automatic demagnetization of a ship, including determining the currents of demagnetizing windings by measuring the magnetic induction by onboard three-component magnetometers, constant by magnetic induction of the demagnetizing windings, as well as the induction of the magnetizing magnetizer in the ship coordinate system, differs in that the currents are determined from the conditions for minimizing the sum of the squares of the differences of the components of the same name of each onboard magnetometer and MPZ, and the constant magnetic the induction of the windings is determined for the placement points of the sensors on-board magnetometers.

На Фиг. 1 изображена схематически система РК по заявляемому способу, которая включает: 1 - корабль (объект размагничивания) с «р» ОР, индекс ОР 1, 2, …m…p; 2 - датчик трехкомпонентного магнитометра в точке а=1, 2…n…q, где q - общее количество датчиков; q≥р; 3 - регулируемый источник токов для каждой ОР; 4 - бортовая база данных МПЗ. На Фиг. 1 контуры корабля и ОР не показаны, чтобы не затемнять чертеж.In FIG. 1 schematically shows the system of the Republic of Kazakhstan according to the claimed method, which includes: 1 - a ship (demagnetization object) with a "p" OR, index OR 1, 2, ... m ... p; 2 - sensor of a three-component magnetometer at the point a = 1, 2 ... n ... q, where q is the total number of sensors; q≥p; 3 - an adjustable source of currents for each OR; 4 - on-board database of the MPZ. In FIG. 1, the contours of the ship and OP are not shown so as not to obscure the drawing.

Заявляемый способ РК действует по аналогии с общим выражением погрешности измерения физической величиныThe inventive method of the Republic of Kazakhstan operates by analogy with the general expression of the measurement error of a physical quantity

где ΔА - погрешность измерения;

- результат измерения; А - действительное значение этой величины.where ΔA is the measurement error;

- measurement result; A is the actual value of this quantity.

Представим себе силовую линию индукции МПЗ. Она непрерывна. Вдали от корабля она (почти) прямая. С приближением к намагниченному кораблю она искривляется, причем на борту искривление сильнее, чем за бортом. Степень искривления несет информацию о намагниченности корабля. Но силовая линия не содержит информации о величине МИ.Imagine a power line induction MPZ. It is continuous. Far from the ship, it is (almost) straight. With the approach to the magnetized ship, it bends, and on board the curvature is stronger than overboard. The degree of curvature carries information about the magnetization of the ship. But the line of force does not contain information about the value of MI.

Показания бортового датчика, которые несут в себе информацию о величине и направлении МИ в каждой точке «а», интерпретируют как результаты измерения МПЗ, искаженные (иногда очень сильно) влиянием всего корабля на эту точку. Токи ОР подбирают так, чтобы по возможности снизить искажения везде, прежде всего на борту, поскольку за бортом они снижаются автоматически.The readings of the airborne sensor, which contain information about the magnitude and direction of the MI at each point “a”, are interpreted as the results of the measurement of the magnetic overcurrent distorted (sometimes very strongly) by the influence of the entire ship on this point. The OR currents are selected so as to reduce distortion everywhere, especially on board, as they automatically decrease overboard.

При идеальном РК силовые линии МПЗ должны проходить сквозь корабль без искажений. Тогда корабль становится прозрачным для МПЗ и незаметным для магнитных мин и средств его обнаружения по магнитному полю.With an ideal RK, the lines of force of the MPZ should pass through the ship without distortion. Then the ship becomes transparent to the MPZ and invisible to magnetic mines and means of its detection in the magnetic field.

По аналогии с моделью (1) запишем соотношение для погрешности измерения МИ МПЗ или погрешности РК в точке «а»By analogy with model (1), we write the relation for the measurement error of MI MPZ or the error of the RK at point “a”

где

,

, В_З - вектор-столбцы (3×1) МИ;Where

,

, _B - column vectors (3 × 1) MI;

- результат измерения МИ МПЗ в точке «а»;

- the result of the measurement of MI MPZ at point "a";

- корректирующее действие ОР для снижения погрешности РК

;

- Corrective action of OR to reduce the error of the Republic of Kazakhstan

;

В_З - МИ МПЗ (одно и тоже для всех точек);In _W - MI MPZ (the same for all points);

- прямоугольная матрица (3×р) постоянных по МИ (ПМИ) всех ОР в точке «а»;

- a rectangular matrix (3 × p) of constants in MI (PMI) of all ORs at point "a"

- вектор-столбец (3×1) ПМИ OP «m» в точке «а»;

- column vector (3 × 1) PMI OP "m" at point "a";

I=(I₁; I₂; … I_m; … I_p;) - вектор-столбец (p×1) токов ОР.I = (I ₁ ; I ₂ ; ... I _m ; ... I _p ;) is the column vector (p × 1) of the OR currents.

Для определения вектор-столбца ПМИ «m» ОР в точке «а», через обмотку «m» пропускают нормированный ток прямой и обратной полярности ±I₀, измеряют соответствующие МИ бортовым магнитометром с датчиком в точке «а» и вычисляют искомые ПМИ по формулеTo determine the column vector of the PMI “m” OR at point “a”, a normalized current of direct and reverse polarity ± I _{0 is} passed through the winding “m”, the corresponding MIs are measured with an onboard magnetometer with a sensor at point “a”, and the desired PMI are calculated by the formula

Согласно уравнению (2), для одного датчика «а» токи размагничивания выбирают так, чтобы минимизировать погрешность РК

≈0, то естьAccording to equation (2), for one sensor "a" the demagnetization currents are chosen so as to minimize the error of the RK

≈0, i.e.

По аналогии с (4) для всех датчиков находят токи I, снижающие погрешности РК методом наименьших квадратов по формулеBy analogy with (4), for all sensors, currents I are found that reduce the errors of the RK by the least squares method according to the formula

где С - матрица (3q×p) ПМИ всех ОР для всех бортовых датчиков;where C is the matrix (3q × p) of PMI of all ORs for all airborne sensors;

C^T - транспонированная матрица С (p×3q);C ^T is the transposed matrix C (p × 3q);

α - параметр регуляризации;α is the regularization parameter;

E - единичная матрица (р×р);E is the identity matrix (p × p);

- матрица (3q×1) МИ для всех бортовых датчиков.

- matrix (3q × 1) MI for all airborne sensors.

Как следует из (5), в заявляемом способе для определения токов ОР используют оба типа векторов МИ одновременно:

и В_З.As follows from (5), in the inventive method for determining the currents of OR, both types of MI vectors are used simultaneously:

and _W.

В известном способе [8] РК организуют по уравнению похожему на (4), но только с одним типом векторов МИ в правой части (5) и по ПМИ ОР не в точках расположения датчиков на борту, а в точках проходной характеристики.In the known method [8], RCs are organized according to an equation similar to (4), but with only one type of MI vectors on the right-hand side of (5) and according to the PMI OR, not at the points where the sensors are located on board, but at the points of the pass-through characteristic.

Отметим также, что с помощью соотношения (4) контролируют эффективность каждой отдельной секции ОР в работе, либо в настройке для рационального выбора мест расположения датчиков и требуемого их количества.We also note that using the relation (4), the effectiveness of each individual section of the OR is monitored in operation, or in the setting for a rational choice of the location of the sensors and their required number.

Claims

A method for automatically demagnetizing a ship, including determining the currents of demagnetizing windings from the results of measurements of magnetic induction by onboard three-component magnetometers, permanent demagnetizing windings by magnetic induction, as well as the induction of the magnetizing current in the ship’s coordinate system, characterized in that the currents are determined from the condition of minimizing the sum of squares of the differences of the same components of each an onboard magnetometer and a magnetic field detector, and the constant magnetic induction windings are determined for the locations of the boron sensors commercial magnetometers.