本发明涉及一种磁信号测试技术，特别涉及一种单侧横向地磁模拟线圈测量横向感应磁场ziy的方法。
背景技术：
钢质舰船在地球磁场作用下，就会产生感应磁场，横向感应磁场ziy（地球磁场沿舰船横向作用时，舰船感应产生的磁场）是舰船在xc站进行磁性处理时所必须得到的磁场分量，横向感应磁场ziy目前测量方法有以下两种：
1)调向测量法——属于传统的方法，不敷设模拟线圈，通过e-w调向测量得到的；
2)地磁模拟法——目前普遍采用的技术，通过在双码头xc站敷设左、右对称地磁模拟线圈，模拟产生均匀地磁场，进而通过测量分解，最终计算得到横向感应磁场ziy。
如图1所示模拟地磁场测量舰船横向感应磁场ziy示意图，在舰船左、右舷外侧绕地磁模拟线圈，通过给地磁模拟线圈通电模拟产生模拟的地磁场，进而测量得到横向感应磁场ziy。
通过模拟地磁场测量横向感应磁场ziy，取代了传统e-w调向测量，不仅减少了xc作业劳动强度，而且缩短了xc作业周期，提高了xc站的xc保障能力。
由于双侧横向地磁模拟线圈磁场均匀区较大，模拟地磁场测量横向感应磁场ziy主要应用于双码头xc站，如图2所示为xc站整体结构图，横向地磁模拟线圈敷设在码头框架或立柱上，在双码头内任一航向即可完成感应磁场ziy的测量，目前该技术已应用于双码头的xc站，且通过了实船试验验证，使用效果较好。
现有技术是通过在双码头xc站敷设左、右地磁模拟线圈，经通电产生一定均匀磁场作用于舰船上，等效于地磁场，获取ziy，满足工程需要。优点是可以不用调向，但对于单码头的站，仅能敷设一侧的线圈，无法产生均匀的磁场，故国内尚未有实现利用单侧横向地磁模拟线圈测量感应磁场ziy。
由于单码头无法敷设左右对称的地磁模拟线圈，在有限的敷设尺寸空间内，其磁场的均匀区较小，使用现有技术方法测量得到的感应磁场ziy效果较差，无法满足工程使用要求，急需研究针对单侧地磁模拟线圈测量ziy的新方法。
技术实现要素：
本发明是针对现在舰船横向感应磁场ziy测试方法不适用于单码头类xc站的问题，提出了一种单侧横向地磁模拟线圈测量感应磁场ziy的方法，通过敷设单侧横向地磁模拟线圈，在单码头内实现满足工程需要的感应磁场ziy测量方法，对以后xc站的建设提供新的思路，特别是对于目前单码头或无码头xc场站的升级改造，在实现模拟地磁场测量感应磁场ziy功能的同时，提高工程建设的费效比。
本发明的技术方案为：一种单侧横向地磁模拟线圈测量感应磁场ziy的方法，具体包括如下步骤：
1）搭建测试系统：包括单侧横向地磁模拟线圈、高精度地磁模拟电源、磁传感器阵列及计算机，单侧横向地磁模拟线圈敷设于xc站单码头上，磁传感器阵列：铺设在xc站标准测量深度水下，计算机控制高精度地磁模拟电源给单侧横向地磁模拟线圈通电或不通电，计算机采集磁传感器阵列各种情况下磁场值，计算得到标准测量深度地球磁场沿舰船横向作用时，舰船感应产生的横向感应磁场ziy；
2）舰船左右对称的测量方法：
2.1）在舰船进xc站前，且线圈不通电的情况下，读取磁传感器测量值h0左、h0右；
2.2）在舰船进xc站前，且线圈通电的情况下，读取磁传感器测量值h1左、h1右；
2.3）在舰船进xc站后，且线圈不通电的情况下，读取磁传感器测量值h2左、h2右；
2.4）在舰船进xc站后，且线圈通电的情况下，读取磁传感器测量值h3左、h3右；
2.5）分别计算得到舰船左、右舷下单个线圈产生的横向感应磁场：
ziy左=（h3左－h2左）－（h1左－h0左）；
ziy右=（h3右－h2右）－（h1右－h0右）。
2.6）在均匀地磁场下的舰船左、右舷下横向感应磁场相等，计算得到：
ziyl1=ziyr1=ziy左+ziy右；
3）舰船左右不对称的测量方法：
3.1）首先测量舰船停泊n航向时线圈作用下舰船在标准深度的感应磁场，按步骤2.1）～2.5）通过磁传感器测量得到n航向舰船在标准深度舰船左、右舷下横向感应磁场：
ziy左n=（h3左n－h2左n）－（h1左n－h0左n）；
ziy右n=（h3右n－h2右n）－（h1右n－h0右n）；
3.2）使舰船180度调转航向，按步骤2.1）～2.5）测量舰船停泊s航向时线圈作用下舰船在标准深度舰船左、右舷下横向感应磁场：
ziy左s=（h3左s－h2左s）－（h1左s－h0左s）；
ziy右s=（h3右s－h2右s）－（h1右s－h0右s）；
3.3）计算得到在均匀地磁场下的舰船横向感应磁场：
舰船左舷下的横向感应磁场ziyl2=ziy左n+ziy左s；
舰船右舷下的横向感应磁场ziyr2=ziy右n+ziy右s。
本发明的有益效果在于：本发明单侧横向地磁模拟线圈测量感应磁场ziy的方法，通过单码头敷设单侧地磁模拟线圈，实现模拟地磁场测量横向感应磁场ziy，突破了模拟地磁场测量ziy工程应用于双码头的局限性，实现了在单码头敷设单侧地磁模拟线圈测量横向感应磁场ziy的目的；对以后xc场站的建设提供新的思路，特别是对于目前单码头或无码头xc站的升级改造，极大提高了工程建设的费效比。在单码头敷设单侧横向地磁模拟线圈，在均匀区较小的情况下，仍能测量得到满足工程应用的横向感应磁场ziy具有重要的意义。
附图说明
图1为模拟地磁场测量舰船横向感应磁场ziy示意图；
图2为xc站整体结构图；
图3为本发明组成框图；
图4为本发明左右对称舰船测量示意图；
图5为本发明左右不对称舰船测量示意图；
图6为本发明感应磁场ziy仿真结果图；
图7为本发明物理模型感应磁场ziy试验结果图。
具体实施方式
单码头模拟地磁场测量横向感应磁场ziy系统组成框图如图3所示，包括单侧横向地磁模拟线圈、高精度地磁模拟电源、磁传感器阵列和控制计算机。
单侧横向地磁模拟线圈：敷设于单码头上，用于产生横向模拟地磁场；高精度地磁模拟电源：作为稳定高精度的恒流源，为横向地磁模拟线圈供电；磁传感器阵列：铺设在xc站码头底部，测量通电、不通电等不同状态下的标准测量深度（距舰船水线以下标准深度）磁场值；控制计算机：控制高精度地磁模拟电源给线圈通电，采集磁传感器磁场值，最终通过计算分析得到标准测量深度横向感应磁场ziy。
以n-s方向单码头为例，根据舰船的左右对称性，模拟地磁场测量横向感应磁场ziy的工作原理分为以下两种情况：
一、针对左右对称的舰船
对于左右对称的舰船，单侧线圈模拟地磁场测量横向感应磁场ziy示意图如图4所示，图4中（1）为双码头测量示意图，沿着舰船纵向方向，在舰船左右两侧对称敷设地磁模拟线圈，形成相对舰船左右横向磁场，水下磁传感器测得被测船左舷处线圈产生的磁场值为a，被测船右舷处线圈产生的磁场值为b；为将（1）分解两步测量，按图4中（2）仅左侧同位置敷设地磁模拟线圈通电，被测船左舷处线圈产生的磁场值a1，被测船右舷处线圈产生的磁场值为b1；按图4中（3）仅右侧同位置敷设地磁模拟线圈，被测船左舷处线圈产生的磁场值为a2，被测船右舷处线圈产生的磁场值为b2；左右分别测量后叠加，与图4中（1）测量的结果是一致的，则有以下表达式：a=a1+a2，b=b1+b2，又因为舰船和敷设地磁模拟线圈左右对称，所以a=b，式中a、b、a1、a2、b1、b2为舰船左、右舷下线圈产生磁场值。
假设舰船停泊在地磁模拟线圈对称中心（码头对称中心），根据线圈产生磁场的对称性以及舰船的对称性，则：a1=b2，a2=b1，整理公式得到：a=a1+b1，b=a2+b2，a=b。
由于舰船感应磁场与外加磁场是线性关系即h=k*h（其中h为舰船感应磁场，h为外加磁场如地球磁场或线圈模拟产生的磁场，k为比例系数），由于舰船左右对称，比例系数k左=k右，即在均匀地磁场下左、右舷舰船感应的磁场ziy相同，即左右均匀地磁场相等ziyl=ziyr。按图4所示，在标准测量深度，磁传感器测量得到的舰船感应磁场a=k*a,b=k*b,a1=k*a1,b1=k*b1,a2=k*a2,b2=k*b2；进而整理可得a=a1+b1，b=a2+b2，a=b,式中a、b、a1、a2、b1、b2为一定外磁场作用下，在标准测量深度磁传感器测量得到的舰船左、右舷下感应磁场值。
通过以上分析可知，通过敷设单个线圈测量即可实现模拟均匀地磁场得到感应磁场，可替代左、右对称敷设线圈，即通过单个线圈测量得到舰船感应磁场a1、b1，就可计算得到舰船在均匀地磁场下的横向感应磁场a、b。
用单个线圈取代对称线圈敷设后，由于左、右舷下线圈产生的磁场不对称，则单个线圈作用下舰船左、右舷感应磁场也不相同，磁传感器测量舰船在标准深度横向感应磁场的步骤如下：
1）在舰船进xc站前（无舰船），且线圈不通电的情况下，读取磁传感器测量值（背景磁场）h0左、h0右；
2）在舰船进xc站前（无舰船），且线圈通电的情况下，读取磁传感器测量值（背景磁场＋线圈通电磁场）h1左、h1右；
3）在舰船进xc站后（有舰船），且线圈不通电的情况下，读取磁传感器测量值（背景磁场＋舰船磁场）h2左、h2右；
4）在舰船进xc站后（有舰船），且线圈通电的情况下，读取磁传感器测量值（背景磁场＋舰船磁场＋线圈通电磁场＋舰船感应磁场）h3左1、h3右1；
5）分别计算得到舰船左、右舷下单个线圈产生的横向感应磁场：
ziy左=（h3左－h2左）－（h1左－h0左）；
ziy右=（h3右－h2右）－（h1右－h0右）。
6）最终计算得到在均匀地磁场下的舰船横向感应磁场（等同于对称敷设线圈，模拟均匀地磁场得到的横向感应磁场）：
ziyl1=ziyr1=ziy左+ziy右。
综合以上，通过单侧横向地磁线圈产生模拟地磁场，用磁传感器分别测量换算得到舰船左、右舷下标准深度横向感应磁场，经过左、右舷叠加计算，最终在单码头内任一航向即可实现模拟均匀地磁场测量舰船横向感应磁场ziy的目的。
二、针对左右不对称的舰船
根据上一节舰船感应磁场与外加磁场的线性关系表达式h=k*h，若舰船左右不对称，则比例系数k左≠k右，得到：a1≠b2，a2≠b1，a≠b，即在均匀地磁场下左、右舷舰船感应的磁场ziy也不相同：ziyl≠ziyr，
在此情况下，对于单侧横向地磁模拟线圈，可通过调向通电的方式解决，如图5所示左右不对称舰船测量原理示意图，图5中（1）为双码头（对称敷设地磁模拟线圈）测量示意图。在n-s向码头内，假设舰船相对地磁模拟线圈的位置相同，舰船n航向时地磁模拟线圈通正电，产生向右方向的地磁场，如图5中（2）所示；舰船s航向时线圈通负电，产生向左方向的地磁场，如图5中（3）所示，分别通过换算至标准深度特征点，最终通过叠加计算即可得到横向感应磁场ziy。
对于自身结构不对称的舰船，磁传感器测量舰船在标准深度横向感应磁场的步骤如下：
1）首先测量舰船停泊n航向时线圈作用下舰船在标准深度的感应磁场，由于仍是单个线圈，产生的磁场仍然不对称，测量步骤同“左右对称舰船”，通过磁传感器测量得到n航向舰船在标准深度舰船左、右舷下横向感应磁场：
ziy左n=（h3左n－h2左n）－（h1左n－h0左n）；
ziy右n=（h3右n－h2右n）－（h1右n－h0右n）。
2）其次使舰船180度调转航向，同理测量舰船停泊s航向时线圈作用下舰船在标准深度舰船左、右舷下横向感应磁场：
ziy左s=（h3左s－h2左s）－（h1左s－h0左s）；
ziy右s=（h3右s－h2右s）－（h1右s－h0右s）。
6）最终计算得到在均匀地磁场下的舰船横向感应磁场（等同于对称敷设线圈，模拟均匀地磁场得到的横向感应磁场）：
舰船左舷下的横向感应磁场ziyl2=ziy左n+ziy左s；
舰船右舷下的横向感应磁场ziyr2=ziy右n+ziy右s；
通过此方法在n-s单码头内调向通电测量，可以实现对非对称舰船横向感应磁场ziy的测量，特别是针对常用于磁性处理的n-s向单码头，在n-s航向就可实现对舰船的首消。
三、仿真计算及模型试验
通过建模仿真，利用单侧地磁模拟线圈测量某型舰船横向感应磁场ziy的效果见图6，由图6可知，使用单侧横向地磁模拟线圈测量得到的感应磁场与均匀地磁场下相比，形状吻合，幅值相当，测量的精度较高。
利用缩比单侧横向地磁模拟线圈测量物理模型横向感应磁场ziy的效果见图7，物理模型试验的结果与仿真结果一致，使用横向地磁模拟线圈测量得到的感应磁场与均匀地磁场下相比，形状吻合，幅值相当，验证了本文中单侧横向地磁模拟线圈测量ziy方法的可行性，可以满足工程需要。