海水中电极对产生磁场的研究

根据空气-海水-海床3层平行媒质中点电极电流密度分布模型,推导求得点电极对在海水、空气中产生的磁场计算模型,对模型进行验证,并拓展到水平n层导电媒质中点电极在绝缘介质半空间的磁场分布。运用推导的解析表达式,可以计算海水、空气中任意点的磁场值。计算结果表明点电极对在海水、空气中产生的磁场具有明显的分布特征。     

基于电偶极子的舰船腐蚀防腐相关静态磁场研究

借助镜像法推导了在空气—海水—海床3层模型中,位于海水中的静态电偶极子在海水区域中的静态电场和磁场分布的解析表达式。并以此为基础,结合实验室中的一次船模腐蚀防腐静态电场的测量结果,对舰船静态电场进行电偶极子建模。然后以此数学模型为基础,对船模的腐蚀和防腐相关静态磁场进行理论分析和计算,结合缩比模型理论,可以得到实际舰船无法直接测量的海水中的腐蚀和防腐相关静态磁场的分布特征。分析结果表明该部分静态磁场对消磁舰船而言,是值得重视的目标信号。     

浅海环境下界面对舰船水下标量电位的影响

针对目前平行分层界面对舰船水下电场的影响研究未进行量化分析的不足,提出以修正系数表征界面对标量电位分布影响的方法。该方法可以量化平行分层界面对标量电位产生的影响,通过研究界面修正系数与海洋水深、海水电导率、场源间距等因素的关系,可以藉此掌握这些因素对舰船水下标量电位分布的影响规律。仿真分析表明,界面修正系数随场源间距、海水电导率增大而增大,随海洋水深、海床电导率增大而减小,不同条件下存在不同的有效修正次数。采用修正系数和有效修正次数的概念,可以将无穷项求和的场分布表达式改写为有限项求和,降低场分布表达式的复杂程度,使其更易于在场源反演、深度换算等实际应用中运用。     

海水中电偶极子电场分布有限元分析

利用高斯定律从理论上分析了等势小球和点电荷的电场分布的一致性,利用有限元方法推导出海水中静态和时谐电偶极子的电场有限元方程,通过对有限元方程的求解计算得到海水中任意场点的电场值。利用matlab建立了静态电偶极子模型,并比较、分析了其误差,结果表明,有限元电偶极子模型具有良好的远场效果,对计算海水中电偶极子电场分布具有很好的指导作用。     

深海水平时谐电流段在空气层产生的磁场

针对潜艇固磁探潜固磁衰减快,探潜距离有限等问题,提出利用轴频磁场来探测水下潜艇。在麦克斯韦方程理论的基础上,推导出海水中水平时谐电流段在空气层中产生的时谐磁场理论公式,通过数值方法分析空气中时谐磁场强度与场点高度和场源距离的关系。仿真结果表明:空气中时谐磁场强度随场源水平距离增大的衰减速率会变小,若场源水平距离不变,随着高度的增加,场强的衰减速率变小。     

海洋泥沙掩埋对电场测量的影响

针对海洋泥沙掩埋对电场测量的影响,采用镜像法推导了海水中水平电偶极子在海床介质层中产生的电场,利用该理论公式计算了不同掩埋深度、不同泥沙电导率情况下的电场值,结果表明泥沙掩埋会导致同一位置处的电场峰峰值降低,且泥沙电导率越低,电场衰减比例越大。最后在实验室水池进行了长期泥沙掩埋监测试验,结果表明泥沙掩埋会对测量电极的静态电位差产生一定的影响;对于1～10 Hz的电场信号,泥沙掩埋之后会导致所测得电场信号峰峰值降低,且掩埋深度越大、掩埋时间越长,降低越明显。     

从潜艇磁测数据中分离地磁场的研究

传感器实测数据中提取出真实的地磁场成分是水下地磁导航研究的一个难点.采用有限元计算软件ANSYS进行了仿真研究.分别研究了X、Y、Z磁场激励下,潜艇磁化磁场特性;绘出了潜艇某截面上的磁场分布,给出沿某曲线的磁场分布;发现激励磁场与潜艇磁场之间满足线性关系并给出线性转换系数沿某直线的分布状况;还研究了任意方向磁场激励下,得到激励磁场与潜艇磁场之间的线性转换矩阵,初步解决了从测量数据中提取地磁场的问题.     

航空磁探仪探潜目标磁梯度定位方法

以反潜巡逻机使用光泵式磁探仪为例,提出一种利用航空磁探仪对潜艇进行磁梯度定位的方法。在较详细地分析潜艇的磁场特性,建立磁场模型的基础上,对反潜巡逻机装备磁探仪如何利用磁梯度矢量来探测潜艇和对潜艇进行定位进行分析,建立了相应的模型,并根据航空磁探仪探潜的特点,将航空反潜中潜艇的远场磁信号等效为磁偶极子磁场。结果表明,通过对潜艇位置做的3次跟踪探测,能较准确地定位潜艇的位置。     

由空中磁场推算线电极参数及海水中电磁场分布

海水中的线电极可作为舰船电磁场的模拟场源,然而在海水中测量其电磁场操作实施困难,如果能够通过空中的磁场测量来推算线电极在海水中的电磁场分布则能很好地解决这一难题。根据海水中稳恒电流电场的点电极计算模型,推导出线电极在海水中的电场、磁场和空中磁场分布的解析表达式,从而提出通过测量空中磁场分布来推算海水中线电极的参数及其在海水中电场和磁场分布。设计了实验室水池测量方案,运用遗传算法（GA）对线电极参数及电缆有效段进行GA编码,计算结果符合实际;由GA计算结果进一步求得海水中电磁场的分布,与理论值达到很好的吻合,证明了方法的可行性。     

基于艇载设备的潜艇噪声监测方法

为实现潜艇辐射噪声的实时监测,在介绍目前世界各国海军常用潜艇噪声舰载检测设备的基本特点和用途的基础上,分别研究了采用加速度传感器提取潜艇主要噪声源特征频谱的方法、基于状态监测的自噪声水听器阈值显示与设定方法以及基于远场测量的自噪声水听器阈值设定方法。结果表明,该研究可达到提取潜艇主要噪声源特征谱和设定自噪声水听器阈值的目的,能为潜艇实时监测潜艇辐射噪声提供依据。     

Research on the Static Magnetic Field of Ships with Corrosion and Anticorrosion Efficacy Using Electric Dipole Model

In the case of three-layered(air-seawater-seabed)model,the analytical expressions of the static electric and static magnetic field produced by the static electric dipole located in seawater were derived by using the mirror image theory.Combined with the distribution of the underwater electric potential measured in laboratory,an electric dipole model for physical scale of ship was established and the distribution characteristics of an actual ship' s corrosion related magnetic field were obtained.Based on est...     

基于滤波器组的船舶静电场跟踪

针对船舶静电场跟踪中先验信息缺失的问题,引入滤波器组方法,提出了一种新的船舶静电场跟踪算法。建立船舶静电场跟踪的状态空间模型,用水平电偶极子对船舶静电场进行建模;以渐进更新扩展卡尔曼滤波为基本滤波单元,采用一组滤波器对目标进行跟踪;根据电场计算公式设计滤波初值,并利用最大似然法确定可靠的跟踪轨迹。仿真和海上电偶极子跟踪实验表明,滤波器组方法能够有效地解决先验信息缺失条件下的船舶静电场跟踪问题,最大似然选择法能够筛选出正确的跟踪轨迹,在跟踪过程中滤波算法对方位信息更加敏感。     

地磁场中潜艇运动感应静电场建模

地磁场中的金属壳体潜艇在航行时会产生感应电动势,从而产生感应静电场,将潜艇简化为长椭球壳,分别建立了潜艇处于浮航和潜航两种状态下的运动感应静电场模型,给出了电场三分量表达式;以美海国军洛杉矶级潜艇为例进行了感应电场的仿真计算,获得了两种状态下潜艇水下电场分布,仿真结果表明:感应电场在潜艇附近量值较大,随距离衰减明显。     

微分递推法在舰船静态电场深度换算中的应用研究

根据舰船静态电场换算问题中换算区域内舰船静态电场的无源、无旋这一特性,得到网格节点处电场强度三分量的竖直方向1阶偏导数与水平方向1阶偏导数的关系。在两相邻深度平面间建立起以牛顿-莱布尼茨公式为基础的递推关系,逐层递推,实现了由测量平面场分布到目标平面场分布的换算,得到舰船静态电场深度换算的微分递推法。以舰船静态电场的基本模拟单元——水平电偶极子为对象,分别利用数值仿真和模拟实验的方式说明了微分递推换算方法的可行性,且在同等参数条件下,由远及近的换算精度要优于由近及远的换算精度。进一步分析表明,在实际应用中可以通过改变递推步长、测量平面网格节点间隔以及测量点阵的布设位置来进一步提高换算精度和效率。     

多孔介质水平分层海底低频地震波的数值模拟

舰船低频辐射噪声在海底岩土层中引起的弹性波被称为舰船地震波,可用于识别舰船目标。为获取浅海厚沉积层环境下舰船地震波的传播特性,基于多孔介质波动理论建立海底地震波的三维交错网格有限差分算法,对多孔介质海底低频声源激励的海底地震波进行数值计算。计算结果表明：近场范围内,多孔介质海底地震波的波动成分主要有透射快纵波、透射横波、透射慢纵波和海底界面波;对于远场地震波而言,海水层的波导效应逐渐表现出来,海底地震波的波动成分主要是沿水平方向传播的简正波和海底界面波。     

潜艇磁场的估算与仿真

潜艇磁场的分析估算与仿真对于开发诱饵、靶标和磁探仪具有重要的实际意义。本文分析了潜艇磁场旋转椭球体模型与磁偶极子模型,估算了潜艇磁场的大小。在比较了高磁导率下空心球体与实心球体磁场差别的基础上,提出了采用空心永磁体模拟潜艇磁场这一方法,由此估算了永磁体模拟的基本参数。该方法为磁性探潜的理论研究与试验,以及实现诱饵和靶标的潜艇磁场仿真功能提供了参考。     

Submarine Magnetic Field Extrapolation Based on Boundary Element Method

In order to master the magnetic field distribution of submarines in the air completely and exactly and study the magnetic stealthy performance of submarine, a mathematic model of submarine magnetic field extrapolation is built based on the boundary element method （BEM）. An experiment is designed to measure three components of magnetic field on the envelope surface surrounding a model submarine. The data in different heights above the model submarine are obtained by use of tri-axial magnetometers. The results show that this extrapolation model has good stabilities and high accuracies compared the measured data with the extrapolated data. Moreover, the model can reflect the submarine magnetic field distribution in the air exactly, and is valuable in practical engineering.