基于改进蛙跳算法的潜艇消磁电流优化方法研究

【摘要】：在现代军事中,潜艇的磁场是其重要的暴露源之一,潜艇磁场特性分析及磁场消除方法研究对于潜艇的安全具有重要的意义。潜艇感应磁场是潜艇磁场的重要组成部分之一,可通过在艇体布置固定绕组并输入实时电流产生反向磁场来予以消除。在固定绕组的位置和匝数等确定后,潜艇消磁电流控制的好坏便直接决定了潜艇感应磁场的消磁效果。混合蛙跳算法(Shuffled Frog Leaping Algorithm,SFLA)具有控制参数少、全局寻优能力强、计算速度快、易于实现等特点,现已被广泛应用于求解各类组合优化问题。论文在深入研究其寻优机理的基础上,针对算法存在的缺陷,提出了一种改进SFLA,并将其应用于潜艇消磁电流优化中。论文所取得的研究成果主要有:对经典SFLA进行深入研究,针对其初始种群分布不均匀的问题,提出采用拉丁超立方体抽样方法生成初始种群;针对其局部搜索策略进行改进,引入自适应移动因子改变移动步长;针对其在局部搜索过程中仅对最差青蛙的位置进行优化更新的现状,改进了子种群内青蛙个体更新策略。通过两组标准测试函数对经典SFLA和改进SFLA进行仿真,并通过在搜索精度和收敛速度方面的对比,验证了改进算法的良好效果。对地磁场解算算法进行研究,实现了基于国际地磁参考场(International Geomagnetic Reference Field,IGRF)的地磁场解算算法。利用地磁场解算算法程序计算特定位置特定时间的地磁场数据,并把取样点的程序计算数据与国家地磁台网发布的实际测量数据进行对比,分析误差。结果表明,所实现的基于IGRF的地磁场解算算法具有良好的计算效果和计算精度。深入分析潜艇消磁电流控制问题数学模型的基础上,分别将改进SFLA应用于基于单分量和多分量的潜艇感应磁场消磁电流优化之中,对两者进行对比研究。通过数据分析,指出基于单分量消磁电流优化的局限性和缺陷,说明了改进SFLA应用于基于多分量潜艇消磁电流优化工程途径的有效性和良好的效果,可为潜艇磁隐身工程研究与设计提供一定的技术参考。