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。     

基于EKF的轴频电场幅值与相位的融合定位方法

为提高利用舰船轴频电场进行舰船定位与轨迹探测的精度,设计了一款融合轴频电场幅值信息和相位信息的扩展卡尔曼滤波器.在空间直角坐标系下,结合浅海中水平时谐电偶极子电场解析式和遗传算法建立了位置计算模型,确定了场源到场点的距离.针对舰船定位时受到各种因素的影响导致定位效果难以达到理想精度的现状,提出了融合轴频电场幅值信息和相...     

使用双矢量传感器定位深海中水平直流电偶极子源

船舶在海水中产生的电场是一种重要的目标特性,一般可用水平直流电偶极子的场进行模拟.基于空气-海水两层模型的假设条件,提出了一种海水中水平直流电偶极子源定位方法.该方法利用水平直流电偶极子的水下电场分布特征,通过在垂直海面方向布置两个三轴电场传感器测得相应位置的电场强度,就能反演估计出偶极子在水平面内相对于测量点的位置....     

船舶水下电场的预测方法

为了实现对船舶水下电场信号目标特征的控制,提出一种信号预测的方法。对测得的信号进行小波分解并分别在静电场和轴频电场频段进行重构。对高频的轴频电场信号构建自回归预测模型,对低频的静电场信号以灰色GM(1,1)模型进行拟合。将预测结果进行叠加得到对下一时刻电场信号的预测值。实测数据对该方法的检验结果表明:用该方法对船舶水下电场进行预测,电场的预测误差在原信号幅值的20%以内。     

船舶轴频电场跟踪

针对轴频电场包络跟踪中先验信息缺失的问题,研究了船舶轴频电场跟踪对传感器阵列的基本要求,引入了一种基于最大似然选择的多初值渐进更新扩展卡尔曼滤波算法。建立船舶轴频电场包络跟踪的状态空间模型,用水平电偶极子对船舶轴频电场包络进行建模;建立基于最大似然选择的多初值模型;基于轴频包络信号特征,研究了对传感器阵列排布方式的要求。仿真结果表明,利用轴频电场包络对船舶进行跟踪是可行的,要求传感器阵列至少由3个传感器组成,且3个传感器不在一条直线上;在传感器阵列满足要求的情况下,该算法可以有效解决轴频电场包络跟踪中的先验信息缺失问题,具有较高的实用价值。     

舰船轴频电场产生机理及控制技术

为了减小舰船轴频电场信号,在深入分析尾轴结构的基础上,建立轴频电场等效电路模型,明确碳刷和滑环接触电阻的波动是轴频电场产生的主要因素。在对主动式轴接地(Active Shaft Grounding,ASG)系统原理进行分析的基础上,研制了原理样机,并进行了实验室船模试验和海上实船试验。试验结果表明:所研制的ASG系统能有效抑制滑环和碳刷接触电阻变化所引起的轴频电场信号,抵消效果可达90%以上,且当轴地等效电阻在回路中的比例较大时,ASG系统开启后,将导致静电场信号增加。对ASG系统输出电流的影响因素进行分析,结果表明:ASG系统的最大输出电流与阴极保护状态密切相关,与航速关系不大。     

舰船轴频电场产生机理及控制技术

为了减小舰船轴频电场信号,在深入分析尾轴结构的基础上,建立轴频电场等效电路模型,明确碳刷和滑环接触电阻的波动是轴频电场产生的主要因素。在对主动式轴接地(Active Shaft Grounding,ASG)系统原理进行分析的基础上,研制了原理样机,并进行了实验室船模试验和海上实船试验。试验结果表明:所研制的ASG系统能有效抑制滑环和碳刷接触电阻变化所引起的轴频电场信号,抵消效果可达90%以上,且当轴地等效电阻在回路中的比例较大时,ASG系统开启后,将导致静电场信号增加。对ASG系统输出电流的影响因素进行分析,结果表明:ASG系统的最大输出电流与阴极保护状态密切相关,与航速关系不大。     

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...     

浅海中电导率对同一水平面轴频电场的影响

为了研究电导率对浅海中轴频电场的影响,首先在基于水平时谐电流元的基础上推导出三层介质中电场表达式;然后,通过研究在某一海水深度不同海水电导率下的轴频电场幅值变化,得出了轴频电场随电导率变化而产生的变化曲线图趋势,即海水电导率的增加会使电场幅值减小,且当电导率较小时,电场值变化趋势较大;最后,通过实验测量不同电导率下的轴频电场,验证了结论的正确性。     

船舶极低频电场信号特性分析

为了对船舶极低频电场信号的特性进行深入研究,利用所研制的低噪声测量系统对某海域的船舶电场信号进行了测量。在测量结果的基础上对其信号特征进行了分析,分析结果表明:中型船舶的极低频电场信号在近场可达上百微伏每米的量级,且轴频电场信号为谐波信号,在频域上表现为线谱信号,其基频为螺旋桨转动频率,因此该信号可被应用于远程探测。海上试验结果表明:所研制的测量系统利用轴频电场可以探测到2km外的目标信号。     

基于边界元法的船舶水下静电场模型

针对传统电偶极子方法在船舶水下电场建模工作中反演实验与模型修正的过程比较复杂等不足,采用边界元法建立了包含船体材料、涂层、腐蚀区域和外加电流阴极保护系统辅助阳极的数量、位置、面积等参数在内的模型,计算了阴极保护系统在关闭与开启两种状态时船身的腐蚀状况和船体下方50m、边长200m平面的电场强度。计算结果表明:采用边界元方法能够得到包括阴极保护系统在内的船身各项参数对静电场和自身腐蚀状况的影响,如果对阴极保护系统进行合理的设置,能够减小船身的腐蚀和水下静电场的目标特征。     

浅海中时谐水平电偶极子在空气中的极低频磁场

为深入分析空气中的极低频磁场,用时谐水平电偶极子等效船舶被主轴调制的水下腐蚀相关电流。根据Maxwell方程组和电磁场边界条件建立浅海条件下电偶极子在空气中的矢量磁位模型,进一步推导了磁场表达式,并利用快速汉克尔变换计算磁场的传播规律。测量了水池碳棒电极和海上钛基电极的磁场,验证了磁场的实用性和模型的有效性。     

源于磁性轴旋转的轴频磁场建模方法

轴频磁场因频率低、水下传播距离远的特点而成为水下探测的被动信号源。为了实现对水下目标轴频磁场的可靠探测,首先在实船试验的基础上,明确了轴频电场耦合产生的轴频磁场外还存在新的轴频磁场源;然后,在模拟轴低频磁场测量的基础上,揭示了源于磁性轴旋转的轴频磁场的产生机理,且基于旋转椭球体模型建立了磁性轴旋转轴频磁场的数学模型;最后,通过实船试验,验证了源于磁性轴旋转轴频磁场的可探测性。结果表明：在42 m距离范围外,磁通门传感器能够可靠探测磁性轴旋转产生的轴频磁场信号,该信号可成为一种新的水下探测源。     

舰船自然腐蚀时腐蚀相关电场场源等效方法研究

为解决舰船腐蚀相关电场场源等效问题,从产生机理出发,根据实际舰船结构、海洋环境等条件,提出了舰船自然腐蚀时腐蚀相关电场场源的具体等效方法。该方法的基本场源为沿一定方向放置的异种金属对,并按一定方法将其等效为电偶极子或电流线。在实验室条件下,模拟海洋环境和舰船自然腐蚀时的基本场源,对该场源等效方法的正确性进行验证,验证过程中特别考虑到水域周边岸壁边界的影响。结果表明:所提出的场源等效方法是正确的,可用于对舰船自然腐蚀时水下腐蚀相关电场的分布特点进行预估,也可为舰船水下电场的其他应用提供理论依据。     

基于1.5维谱的船舶轴频电场信号实时检测

为有效地从海洋环境电场中检测出船舶轴频电场信号,在采用正态概率图法分析海洋环境电场高斯性的基础上,利用1.5维谱在抑制高斯噪声和加强谐波信号基频分量等方面的优势,提取特征频段(1～7Hz)范围内的1.5维谱的平均值为特征值,利用滑动检测方法对信号进行了实时检测,并通过实测数据对该检测算法进行验证。结果表明:该方法在信噪比较高和较低的情况下均能较好地实时检测到目标信号,并且在没有目标信号的情况下不会出现虚警。     

基于主动式轴接地系统的舰船轴频电场抵消方法

为减小轴频电场信号,基于轴频电场产生的机理对主动式轴接地(active shaft grounding,ASG)系统的原理进行了分析,并自主研制了原理样机,完成了实验室的船模试验。试验验证结果表明:所研制的ASG系统能有效地抑制滑环和碳刷接触电阻变化所引起的轴频电场信号,抵消效果可达90%以上。     

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.     

增量元学习IDBD算法在轴频电场信号检测中的应用

为了提高海洋环境电场背景中微弱舰船轴频电场的检测能力,针对传统的最小均方误差算法进行了改进,提出了一种基于增量元学习IDBD算法的自适应线谱增强器。利用所提算法对舰船缩比模型产生的实测轴频电场信号数据进行处理,结果表明该算法在低信噪比的情况下能够有效地将微弱轴频电场信号从宽带背景噪声中分离出来。所提算法相比于普通的自适应线谱算法,在改善信号的信噪比方面效果更加显著,且具有更快的收敛速度和更小的稳态误差,极大提高了舰船轴频电场的检测能力。     

舰船电场传感器水下定位方法

为提高船舶电场传感器在水下测量电场时的定位与姿态测量精度,设计了舰船电场传感器新型水下姿态位置测量装置,提出了利用该装置测量舰船电场传感器水下姿态位置的方法,并研究了水下姿态位置数据处理方法和位置、姿态计算方法。通过对水下姿态位置测量装置的测量误差分析,所设计的测量方法位置精度可控制在1m之内,是一种有效的船舶电场传感器水下定位与姿态测量方法。     

水下物体对船舶电场的扰动分析

讨论了海洋船舶腐蚀引起的静电场的基本模型,对GalvanicSystem电场在水中兵器、电场测量体等实体附近可能产生的电场畸变进行了分析计算.理论计算表明:雷体等水下实体对电场的扰动的大小主要取决于雷体与舰船的距离、雷体材料的电阻率、雷体的尺寸.当距离大于10m时,其引起的电场畸变的相对变化率小于2%,由此得出了利用舰船电场远场作为启动信号时可以不考虑电场扰动的结论.