浅海中船舶轴频电场建模方法

为了对浅海环境中的船舶轴频电场进行建模,以基本模拟单元——水平时谐电偶极子为例,根据惟一性原理结合边界条件求解赫兹矢量势。通过电磁场与赫兹矢量势的关系式,推导了其在浅海环境下在海水中产生的电磁场的计算公式。对水平直流电偶极子在三层介质下的电磁场分布进行了求解,对其在海水中产生电场的空间分布特性及通过特性进行了分析。在实验室中模拟浅海海洋环境和水平时谐电偶极子,将水平时谐电偶极子和直流电偶极子在轴频段的电场分布仿真结果与实际测量结果做对比。结果表明,时谐电偶极子实际电场分布与理论计算结果一致,证明了推导过程和所得解析表达式的正确性;水平直流电偶极子在对轴频电场的信号包络中进行求解时建模精度高,可替代水平时谐电偶极子的计算模型,且具有更高的工程实用性。     

浅海中潜艇腐蚀相关静态电磁信号特征

来源于腐蚀及防腐电流的静态电、磁信号是潜艇水下新的重要目标特性。为掌握其水下分布特征,采用三层平行分层导电媒质中的水平直流电偶极子对其进行建模。结合水平直流电偶极子全空间中的电场、磁场表达式的推导,通过数值仿真计算,对比分析海水中腐蚀相关静态电场及静态磁场的分布特征及远场衰减规律。分析表明:浅海中潜艇腐蚀相关静态电场近场量值大,分布特征明显,适合做水中兵器引信的信号源;磁场远场按距离的平方反比衰减,可用于潜艇的远程探测和定位。     

船舶轴频电场等效源强度计算方法

为了利用水平时谐电偶极子对实际船舶的轴频电场进行建模,需要确定等效偶极子的源强度和位置。针对安装有外加电流阴极保护系统的船舶,通过分析轴频电场产生的物理机理,明确了等效源是两个方向相反的水平时谐电偶极子叠加的结果。在此基础上,提出一种轴频电场等效源强度计算的实用方法,即可通过反演测量静电场得到的静态偶极子源强度、轴频电场信号包络最大值与静电场信号幅值的比例系数综合确定,且等效源位置与静电场偶极子的位置相同。船模试验证实了所提方法的有效性。     

分层导电媒质中水平直流电偶极子磁场分布的积分法求解

首先,提出了采用积分法求解分层导电媒质中水平直流电偶极子的磁场,即在获得其电场分布的条件下,借助欧姆定律先求得全空间中的电流分布;然后,通过空间分割,将全空间电流分割成无数电流元,并利用毕奥-萨伐尔定律,求出其元磁场;最后,将全部元磁场叠加即得到水平直流电偶极子产生的磁场。在此基础上,利用所提出的方法,编程计算了半无限大导电媒质中的水平直流电偶极子的磁场分布,并与理论值进行比较分析。结果表明:该方法是有效的。此外,还对影响求解精度的几个问题进行了探讨。     

金属体在海水中运动产生的感应电场建模

分析了金属体在海水中运动产生感应电场的机理。采用镜像法推导了水下垂直和水平直流电流元在海水中的电场表达式,进一步导出了海水中运动金属体切割地磁场而在海水中产生的感应电场数学模型,并计算分析了运动金属体的感应电场大小及空间分布。仿真计算结果表明,20m长的金属椭球体,以4m/s的航速在水下10m航行时,在水下30m左右感应电场的量级为nV/m,并且该电场在空间分布上有明显的特征。     

空气-海水两层模型中雷电在海水中产生的电磁场计算

将任意分布的电流源产生的电磁场看作是电偶极子产生的电磁场的叠加,利用镜像法推导了上半空间中的垂直直流电偶极子在两层媒质中产生电磁场的解析解.基于BG 模型,将雷电回击通道等效为无穷多个电偶极子的组合,通过对回击通道积分,计算了在空气-海水两层模型中雷电在海水中产生的电磁场.模拟结果证明,雷电产生的电磁场是水下电磁场传感器设计必须考虑的因素之一.     

海底为各向异性媒质时垂直时谐电偶极子产生的电场求解

通过求解磁矢量势来求解分层媒质中时谐电偶板子产生的电磁场是一种十分方便和有效的方法,但是这种方法本质上只对各向同性媒质有用.基于傅立叶变换方法推导了海水/海底两层模型下海底为各向同性媒质时海水中垂直时谐电偶板子的电场公式,并利用所得到的电场公式对海底为各向同性媒质时垂直时谐电偶板子的磁矢量势公式进行了修正,使得修正后的...     

基于AR预测模型的船舶轴频电场实时检测方法

船舶的腐蚀和防腐电流经螺旋桨转动的调制后会在海水中产生极低频的轴频电场,并成为一种重要的目标特征信号源,但其在海洋环境中衰减较快的特点给目标检测带来了困难.通过对船舶轴频电场以及海洋环境电场噪声与测量电路自噪声的分析,提出了一种能够在低信噪比下检测船舶轴频电场的方法.从对噪声信号的预测入手建立AR模型,以该模型对电场噪...     

半无限大海水空间中水平电流元产生的电磁场计算

提出一种根据经典的Summerfield赫兹矢量来计算空气和海水中水平直流电流元在半无限大海水空间中所产生的电磁场的简单方法,并用J．R．Wait, P．R．Bannister和R．L．Dube的方法验证了用该方法推导出的电磁场表达式是正确的。     

舰船腐蚀电场建模及补偿最优解验证

基于等效偶极子法,从补偿偶极子长度、角度、大小三方面给出了任意角度的补偿偶极子场解析式,再利用电荷矢量叠加原理,建立了"腐蚀偶极子+补偿偶极子"电场模型。仿真以单轴桨船为例,先验证"腐蚀偶极子+补偿偶极子"电场模型的正确性,再进行补偿偶极子对舰船电场的影响验证,从而得出补偿最优解。模拟实验结果表明,补偿阳极在工程允许条件下距离补偿系统接船端最远处,且补偿系统平行于水平面和船体时补偿效果最优;在补偿最优条件下,理论上是可以抵消原舰船腐蚀电场的。