張 巍，肖昌漢

（海軍工程大學 電氣與信息工程學院，武漢430033）

消磁控制設(shè)備作為系統(tǒng)核心，根據(jù)作用在船上的地球磁場，向消磁電源實時提供消磁電流控制信號、顯示消磁系統(tǒng)工作狀態(tài)并進行不同工況轉(zhuǎn)換。消磁繞組、消磁控制設(shè)備和消磁電源對于不同類型船舶有不同要求，其設(shè)計方法、技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)特征等都會有所不同。

1 技術(shù)要點

要實現(xiàn)消磁電流的自動控制，控制設(shè)備必需首先獲得投影到船舶坐標系上的地球磁場分量，然后控制消磁電源給消磁繞組正確供電。獲得地磁場的投影分量一直是消磁控制設(shè)備的難點，世界各國的專用控制技術(shù)基本上是圍繞這一核心展開的，其它技術(shù)的發(fā)展是隨電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)水平的發(fā)展而不斷更新。

目前，得到地球磁場投影分量的方法有三類。

1.1 查閱地磁圖方法（羅經(jīng)控制方式）

所謂查閱地磁圖方法，就是根據(jù)地磁圖查閱不同地區(qū)地磁場參數(shù)，列成表格備查，當船舶航行到某區(qū)域時，根據(jù)當?shù)氐卮艌鰯?shù)據(jù)和船只的航向，實施半自動消磁電流調(diào)節(jié)，即Z方向消磁電流和X、Y方向消磁電流最大幅值是手動調(diào)整，而X、Y方向消磁電流隨船舶航向變化自動調(diào)節(jié)（其航向信號來自電羅經(jīng)，所以通常稱為羅經(jīng)控制方式）。這類控制設(shè)備的優(yōu)點是性能可靠，缺點是不能實現(xiàn)全自動控制，且大多數(shù)設(shè)備不能隨船舶姿態(tài)的變化進行電流調(diào)節(jié)?；谶@類方法的消磁控制設(shè)備是最早出現(xiàn)的（以前均為手動控制），1992年的資料顯示美國和英國海軍仍然將該類設(shè)備作為鋼鐵船舶消磁控制設(shè)備的標準控制方式。

1.2 磁場傳感器方法（磁強計控制方式）

磁場傳感器方法就是在船舶桅桿上安裝三分量磁場傳感器，通過直接測量作用到船只上的地球磁場，對三個方向的消磁電流進行控制。該類控制設(shè)備的優(yōu)點是除能夠?qū)Υ安煌恢?、不同航向和不同姿態(tài)進行消磁電流自動調(diào)節(jié)外，能對局部地磁異常區(qū)域和地磁變化進行調(diào)節(jié)；缺點是抗干擾調(diào)整問題難以解決，調(diào)整時需要專業(yè)人員進行操作，且需船舶作不同的復(fù)雜運動進行配合。

1.3 地磁解算方法

地磁解算方法是根據(jù)船舶所在位置，利用“地磁模式組”數(shù)學方法計算當?shù)氐厍虼艌?，根?jù)船只的航向和姿態(tài)計算投影到其坐標系上的地磁分量，實施對消磁系統(tǒng)電流的全自動控制。這類控制設(shè)備的優(yōu)點是既能實現(xiàn)全自動調(diào)整，又不需要進行復(fù)雜的抗干擾調(diào)整，且由于使用了計算機系統(tǒng)，能方便地實現(xiàn)分布式消磁電源控制和消磁系統(tǒng)的智能調(diào)整和監(jiān)控；缺點是不能對變化的地磁場和局部異常地磁場作出反應(yīng)，電流控制精度決定于“地磁模式組”的計算精度。在經(jīng)過多年地球物理研究和測量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，地球模式組精度已經(jīng)能夠滿足船舶消磁系統(tǒng)控制要求。

這種控制方式只是最近幾年才開始出現(xiàn)，目前歐美各國都將其稱為現(xiàn)代消磁控制設(shè)備。

2 研究進展

上述三種控制方式是基于不同時代技術(shù)發(fā)展起來的，最早為羅經(jīng)控制方式（基于電羅經(jīng)提供控制信號），其次為磁傳感器方式（基于上世紀60年代出現(xiàn)的磁通門磁強計提供控制信號），最晚為地磁解算式（基于現(xiàn)代綜合導(dǎo)航信號、計算機技術(shù)和地磁數(shù)學模型），各國海軍艦船消磁控制設(shè)備也是沿著該主線發(fā)展。每一類型儀器出現(xiàn)多種型號的原因只是由于使用了不同的電子元器件和配接不同的消磁電源。

1992年美軍資料顯示，美海軍在此之前共使用了9種型號的消磁電流控制設(shè)備，分別是EMS、RM、FM、GM、SEM、GEM、MCD、SSM 和MDG，其中RM、FM、GM、和SSM四種型號是基于羅經(jīng)控制方式，EMS、SEM、GEM、MCD 和MDG五種型號是基于磁傳感器控制方式。由于未能解決鋼鐵艦船磁傳感器消磁控制設(shè)備的抗干擾問題，美海軍只推薦其中三種儀器，MDG用于低磁船殼的獵掃雷艦、MCD用于鋁合金上層建筑的護衛(wèi)艦，一般鋼鐵艦船則使用SSM控制設(shè)備。最近美國雷聲（Raytheon）公司關(guān)于為美海軍San Antonio級兩棲支援艦LPD-17提供的技術(shù)服務(wù)資料顯示，該艦裝備的是地磁解算式消磁控制系統(tǒng)，由瑞典Polyamp公司提供，并采用多區(qū)段供電方式。

最近，俄國克萊羅夫艦船研究院（Krylov shipbuilding research institute）對于鋼鐵艦艇和潛艇，發(fā)展了以地磁解算式為主的多用途混合式消磁控制設(shè)備，包括KDS-701和KDS-703控制模塊，前者利用地磁解算得到的地磁場，結(jié)合分布于全船的磁傳感器，實施對潛艇的自動閉環(huán)自動控制，后者利用得到的磁場數(shù)據(jù)用手動方式進行消磁電流調(diào)節(jié)。

從德國SAM公司提供給德國海軍的消磁控制設(shè)備分析：在DEG-COMP型設(shè)備出現(xiàn)以前，只有22搜獵掃雷艦（10艘SM343型，12艘 MJ332型）安裝的是DEG-STAT型設(shè)備，其它驅(qū)護艦、登錄艦以及202型潛艇等軍艦安裝的均是DEGROT型設(shè)備。所以可以判斷DEG-ROT是羅經(jīng)或地磁解算控制方式，而只有DEG-STAT是磁傳感器控制方式。新造艦船和潛艇（如F124護衛(wèi)艦、212型潛艇）安裝和準備安裝DEG-COMP型設(shè)備。從型號看，ROT應(yīng)為配置旋轉(zhuǎn)電源、STAT為配置靜止電源。DEG-COMP為混合式艦船消磁控制設(shè)備，其控制信號接口既可來自地磁解算方式，又可來自磁場傳感器方式。該型設(shè)備的出現(xiàn)主要是從標準化、系列化方面考慮的，在具體配置時是可以靈活裁減的，因為有研究指出，“在不適合安裝磁傳感器的地方，比如潛艇，可以去掉磁傳感器控制方式”。DEG-COMP消磁控制設(shè)備在電源配置和通信方式上也是可以靈活使用的，如可以實現(xiàn)對小功率電源（一般為獵掃雷艦）的集中控制，也可以對大功率消磁電源實施分布式控制。SAM公司提出的消磁智能終端的設(shè)備值得借鑒，該設(shè)備是在地磁解算式和計算機平臺基礎(chǔ)上提出的，既可與DEG-COMP消磁系統(tǒng)聯(lián)合使用，也可作為獨立設(shè)備使用，具有如下功能：

1）艦船磁性狀態(tài)預(yù)報。在特定地點和航向上預(yù)報本艦磁性狀態(tài)；

2）消磁系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整。在消磁繞組部分損壞時重新進行消磁電流優(yōu)化分配；

3）敵方水雷威脅分析。根據(jù)掌握的敵方水雷有關(guān)情況和本艦磁性狀態(tài)，分析水雷的威脅程度；

4）消磁系統(tǒng)遙控。作為消磁控制設(shè)備的控制備件，必要時起到控制消磁電流的作用。

英、法、意、瑞典等國在艦船消磁系統(tǒng)及艦船消磁控制設(shè)備研制方面極其活躍，英國的馬可尼（marconi）、桑恩（Thorn）、和阿爾特（Ultra）電器公司、意大利的愛分（Ifnn）公司和瑞典的樸力安普（Polyamp）公司，生產(chǎn)了大量的消磁控制設(shè)備安裝到各型軍艦上。如馬可尼公司的MDG-1701型、CC2型消磁控制設(shè)備大量安裝在MCM-1（復(fù)仇者）型掃雷艦上，并在其基礎(chǔ)上增加閉環(huán)消磁控制功能，加拿大的金斯屯噸級軍艦采用的是桑恩公司生產(chǎn)的消磁控制設(shè)備。1992年資料顯示，盡管磁傳感器控制方式有很多優(yōu)點，但由于艦船磁場的干擾，英國海軍艦船在此之前是不使用該類設(shè)備的，只在獵掃雷艦上使用。意大利的愛分公司已經(jīng)為世界各國海軍提供了150多套消磁控制設(shè)備，其最有名的磁場傳感器控制方式MDG4系列設(shè)備裝備到多種獵掃雷艦上，同時也特別指出：“對于鋼殼艦船，將提供新一代的MDG5消磁控制系統(tǒng)”?？梢娖滗撹F艦船的消磁設(shè)備控制方式是有別于獵掃雷艦消磁設(shè)備控制方式的。瑞典的樸力安普公司網(wǎng)站上以前只介紹分離的消磁控制設(shè)備，2004年介紹了一種混合型分布式消磁控制設(shè)備。作為雷聲公司的分承包商，已將其地磁解算式消磁控制設(shè)備應(yīng)用到美國的San Antonio級兩棲補給艦LPD-17上。芬蘭愛麗斯闊（Elesco）公司的FDC-700消磁控制設(shè)備也是集成了多種信號（含磁傳感器、電羅經(jīng)、搖擺信號、導(dǎo)航信號）的混合控制方式，為基于計算機的多模塊結(jié)構(gòu)，且也特別提到地磁解算式。

綜觀美、俄和歐洲國家消磁控制設(shè)備的發(fā)展情況，不難看出其特點為，早期全部使用的是羅經(jīng)式控制方式，盡管磁傳感器控制方式出現(xiàn)后，其自動控制程度和地磁場適應(yīng)能力大大提高，但受鋼鐵艦船磁場干擾問題影響，這類設(shè)備只是使用在獵掃雷艦和輕型艦船上，大量鋼鐵艦船使用的仍然是羅經(jīng)控制（美、英、德）或者與羅經(jīng)控制方式聯(lián)合的控制方式（俄）。最近出現(xiàn)的地磁解算控制設(shè)備控制精度已能與磁傳感器控制方式媲美，而且可以借助計算機技術(shù)實現(xiàn)一些新的功能，如對分布式消磁電源進行靈活控制、實現(xiàn)消磁系統(tǒng)智能監(jiān)測和調(diào)整等，已被世界各海軍國家接受并作為鋼鐵艦船的標準控制方式。

為了統(tǒng)一使用和維護保養(yǎng)，消磁控制設(shè)備將朝著標準化、系列化、模塊化和較強操作維護性能的方向發(fā)展。無論對何種船舶，消磁控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式和操作步驟應(yīng)保持一致，這就要求消磁控制設(shè)備具有結(jié)構(gòu)一致性和多信號接口適應(yīng)功能，并具有新型擴展功能的預(yù)留接口，如消磁系統(tǒng)智能終端、閉環(huán)消磁磁傳感器陣列接口等。對此采用專用嵌入式計算機方案更佳，不宜采用通用計算機模塊。因為計算機通用模塊看似標準化較好，但實際消磁系統(tǒng)控制計算為中小型專用軟件，嵌入式計算機在可靠性、專用性、實時性和整體更換維修時具有極大的優(yōu)點。由于采用計算機方案，消磁控制設(shè)備還可以利用這一軟硬件平臺增強控制調(diào)整的智能化水平，進一步提高船舶磁性防護性能，這些新的功能主要包括閉環(huán)消磁技術(shù)和消磁系統(tǒng)智能終端等等。

3 結(jié)束語

目前，世界各國海軍對消磁繞組、消磁控制設(shè)備和消磁電源三個核心技術(shù)都在進行不斷研究，特別是針對獵掃雷艦、潛艇和特大型船等特殊艦船，出現(xiàn)了如艦船磁場精確計算、超導(dǎo)消磁艦船消磁繞組、分布式消磁電源、地磁解算控制設(shè)備、閉環(huán)消磁等新技術(shù)。消磁系統(tǒng)的研究正呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。