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...     

电化学极化状态对潜艇螺旋桨扰动电场模型的影响

潜艇服役期间涂层性能退变影响潜艇电场分布,以材料电化学极化状态为边界条件,应用边界元法建立潜艇涂层性能下降、涂层渗透腐蚀、涂层局部破损极化三种潜艇腐蚀静电场模型,从时域和频域特征对螺旋桨扰动电场模型进行分析。研究结果表明：电化学极化状态对螺旋桨扰动电场的电位信号特征及电场谐波频段影响显著。恒电位、线性极化、非线性极化三种边界条件下,螺旋桨以相同频率旋转扰动静电场时,各模型的频率成分占比差异明显。非线性边界条件下的扰动频率和2倍扰动频占比相差最大,线性边界条件下的扰动频率和2倍扰动频占比相差最小。三种边界条件下电场模型的3倍扰动频以上的谐波范围会发生改变,恒电位边界下模型谐波范围最小,非线性边界条件下谐波范围最大。     

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。     

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.     

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...     

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。     

三补偿阳极的电场特性建模和优化计算

为深入研究阳极数量和安装位置对舰船电场特性的影响,在分析单个和两个阳极情况时电场特性的基础上,通过多群进化规划算法对电场分布进行优化计算,建立数学模型并仿真分析了采用三补偿阳极时舰船周围水下电场的分布情况,得到了三个补偿阳极对于舰船电场防护效果的影响.最后,进行实船安装三个阳极的电场测量分析实验,实验结果与仿真结果一致,证明该方法对舰船阳极的安装数量和位置有直接指导作用.     

运动潜艇的感应电场分布

采用相对论电磁变换法计算了单个磁偶极子匀速运动时产生的感应电场三分量。利用沿圆柱表面排列的磁偶极子阵列近似模拟潜艇的磁场分布,通过对磁偶极子阵列运动感应电场三分量的积分运算,得到了潜艇运动感应电场的分布规律,解决了由高斯定理计算感应电场因电场方向不同难以进行积分运算的难题。利用海水中布放的传感器,实际测量了运动潜艇模型的感应电场,测量结果验证了所提出的感应电场计算方法的正确性。     

海水中稳恒电流电场的点电极计算模型

根据点电极基本假设,利用均匀介质中稳恒电流场与静电场的相似性,分别采用分离变量法和镜像法计算了点电极稳恒电流场在空气 海水 海床三层介质平行界面模型下的电位分布,从而得到了海水中稳恒电流电场的计算模型.计算结果表明:点电极的电场分布具有明显的特征,可作为舰船电场电极阵列模拟的计算单元.     

电偶极子源在时域有限差分网格中设置的一种新方法

提出了电偶极子源在时域有限差分(FDTD)网格中设置的一种新方法,它是以电偶极子源周围若干个FDTD网格组成的立方体来对其进行替代,并对立方体表面上的网格节点施加切向解析电场来模拟电偶极子源。文中把由此方法计算的电偶极子辐射场数值结果分别与电流密度添加形式的设置方法和解析法所得结果进行了对比,空间中各点的电磁场值都一致,验证了此设置方法的正确性。     

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 established models,theoretical analysis and calculation were made to catch out the distribution characteristics of static magnetic field related with corrosion and anticorrosion,which can not be measured directly in seawater.The results show that the static magnetic field related with corrosion and anticorrosion is a kind of noteworthy obstacle signal for degaussed ships.     

舰船水下静态电场深度换算的格林函数法

为从有限深度、有限范围内的舰船水下静态电场数据获知实际舰船更大深度上的场分布特征,在对深海环境中舰船静态电场满足的拉普拉斯方程进行求解的基础上,提出静态电场深度换算的格林函数法,推导出了换算公式的边界积分表达式,给出了实际应用中换算公式的近似计算方法。以舰船静态电场的基本模拟体——单个水平电偶极子的场为例,采用数值仿真的方法对换算公式进行了验证,并对近似计算方法进行了讨论。研究结果表明:该方法可直接通过对测量平面上离散场量进行二重求和来实现静态电场的各类深度换算;与文献中已有的换算方法相比,其换算过程更为快捷。     

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.     

电场作用下w／o型乳状液液滴的极化模型及计算

为了更好地研究电场破乳的动力学机理,以单水滴为研究对象,建立电场作用下油中椭球形水滴的极化模型,研究w／o型（油包水）乳化油进行电场破乳脱水过程中水滴的极化特性,分析水滴极化的影响因素,推导体系中各个基本要素的关系式。分别对电场作用下水滴在向日葵油、棕榈油和校准油中的极化强度进行模拟计算。结果表明,电场中油水界面张力及油的介电常数均对水滴的极化产生直接影响;基于椭球形水滴的极化模型得出水滴单位体积极化率相对于基于圆球形水滴极化模型的结果有明显改善,低压区和高压区的最大相对误差分别为22．5％和13．5％。利用椭球形水滴的极化模型分析水滴的极化特性对深入研究乳化油电场破乳动力学机理具有积极意义。     

基于等效电路和点电流源的潜艇水下腐蚀电场估算

为了对潜艇涂层破损状态的水下腐蚀电场进行快速评估,基于电化学腐蚀原理和潜艇结构特点,建立潜艇涂层局部破损时的腐蚀电流等效电路,对潜艇涂层局部破损时的腐蚀电流强度进行估算,并基于点电流源对潜艇腐蚀电场建模,将潜艇涂层破损部位和裸露螺旋桨等效为点电流源,利用点电流源在分层介质中的电场计算公式对潜艇涂层破损时的腐蚀稳恒电场进行估算。与某型潜艇腐蚀电场商业有限元软件COMSOL仿真结果对比表明：该估算方法得到的潜艇表面腐蚀电流和不同路径电场分布曲线规律与COMSOL仿真结果基本一致,电流估算值相对误差不超过6.5%,电场各分量峰峰值相对误差不超过18%。     

海水电场受物体电导率及其形状影响分析

海水中电场测量体会对目标电场产生影响,为了提高电场测量的准确度,利用有限元分析的方法研究了物体对海水电场分布的影响因素,并确定畸变电场的分布规律。仿真结果表明:海水电场畸变峰值大小及其畸变区域受物体的电导率及其形状影响,物体电导率小于或大于海水电导率时对电场分布的影响截然相反,物体形状的曲率越大,电场畸变的峰值越大,但畸变区域越小。     

PCP系统的优化对船舶水下电场的抑制作用

为了达到抑制水下电场特征的目的,需要使船身电位保持均匀.采用边界元法建立了空气-海水两层介质中的船体模型,通过改变牺牲阳极阴极保护系统中牺牲阳极的数量和分布,定量计算了不同保护状态下的船身电位和水下电场,并进行了实验室船模实验.仿真和实验结果均表明:对阴极保护系统进行合理的设计,使阳极与腐蚀区域之间保护电流的作用距离缩...     

基于旋转点电荷模型的舰船腐蚀电场

为了找出轴频电场无法彻底消除及实际测量中静电场产生波动曲线问题的原因,基于旋转点电荷的建模方法对舰船腐蚀电场进行研究。利用汉克尔变换对点电荷在三层介质中产生的电场进行近似求解,得出一定转速下感应电场随时间、螺旋桨半径及水面距离变化的规律曲线图,并通过实验验证了理论结果的正确性。结果表明:螺旋桨旋转产生的感应电场是构成舰船腐蚀电场的一部分,一定转速下的感应电场频率与螺旋桨转动频率一致,并会随着螺旋桨半径及与水面距离的增加而减小。