基于时谐电偶极子模型的舰船轴频电场衰减规律研究

由于舰船轴频电场在浅海环境下传播距离较远,因此成为舰船探测的特征信号源。本文基于时谐电偶极子模型,通过数值仿真对舰船轴频电场衰减规律进行研究。结果表明,海底平面上,舰船轴频电场纵向分量随距离的衰减速率要小于横向分量,轴频电场沿横向的衰减速率要大于其沿纵向衰减速率。17 Hz频段内,轴频电场衰减受信号频率影响较小。海底平面上,轴频电场衰减速率随着海床电导率增大而明显增大。     

基于边界元理论模型的舰船腐蚀相关电场衰减规律

基于边界元理论,建立了舰船与腐蚀相关的电场模型,初步研究了舰船腐蚀相关电场在深海环境中随水平距离及深度的衰减规律。结果表明,电场横向分量与垂直分量随纵向距离的衰减速率要大于纵向分量。随正横距离的增加,电场纵向分量与垂直分量的衰减速率逐渐减小,而横向分量为先增大,后逐渐减小。正横距离一定时,电场各分量随深度的增加,衰减速率逐渐减小。     

分层海水环境中水下电场衰减规律和分布特性研究

根据海上实测海水电导率参数,建立空气—分层海水—海床5层海洋环境模型。基于传统的水平电偶极子空气-海水-海床3层介质模型中水下电场衰减规律和分布特性,通过对海水进一步分层的多层介质模型构建数学模型,进行理论推导和仿真计算,给出场源强度为1A·m,深度为4 m,频率为1 Hz时电场在不同水深处的空间分布及正下方Y=0测线上的水下电场分布。结果表明,随着水深的增加,电场X分量与电场Z分量之比是增加的;在海水-海床界面上,测线上电场Z分量最大值约为电场X分量最大值的1/4,电场Y分量最大值相对Y=0处有一定的偏移。从衰减曲线可以看出,在60～500 m范围内电场X分量和电场Z分量沿径向随距离呈3次方衰减。     

海水分层对水平电偶极子产生电场的影响分析

根据实测海水电导率数据将海水分层,浅海环境模型可等效为空气-3层海水-海床模型。本文基于水平电偶极子电场数学模型,对水平电偶极子在海水分层情况下电场进行仿真计算,并与均匀海水模型中电场进行对比分析。从结果可知,海水分层时电场幅值大于海水均匀时电场幅值,曲线形态一致,电场x分量最大值位置未变,电场z分量最大值位置稍微外移;随着偶极子源深度越深,海水分层对电场幅值影响越大,在海水深度51.2 m,源深度40 m情况下,海水均匀和分层2种模型下电场x分量计算偏差达到13.0%。     

四分层媒质中垂直时谐电流产生的电场

为了研究舰船螺旋桨转动产生的轴频电场在浅海中的分布规律,在麦克斯韦方程理论基础上推导了四分层媒质中垂直时谐电流在本层导电媒质中产生的电场理论公式,并通过数值方法仿真分析了电场强度三分量的空间分布规律以及与海底电导率的关系。结果表明,电场纵向分量呈双峰对称分布,而横向和垂向分量呈单峰对称分布,当场源距离较大时海底电导率大小对场强影响十分明显,电导率越小水平方向场强越大而垂直方向场强越小。     

浅海中时谐水平电偶极子定位研究

浅海中时谐水平电偶极子定位技术是利用舰船轴频电场信号对舰船进行定位的理论基础.文章提出了一种基于遗传算法的时谐水平电偶极子的位置寻优方法.只需在海水中布置一个电场传感器,测得相应位置的X、Y、Z方向电场强度模值.在合适的坐标系下,结合浅海中时谐水平电偶极子的电场传播公式和遗传优化算法建立位置计算模型,就能精确地确定该偶极子在海水中的位置.给出了仿真计算,结果表明该定位方法具有较高的定位精度和可行性.     

海床倾斜水域潜艇水下标量电位分布特征分析

为探索潜艇处于复杂水域时水下标量电位的分布,将海床倾斜水域作为切入点,在利用镜像法推导出海床倾斜水域潜艇水下标量电位的分布表达式后,对水下电位的分布特征进行仿真分析,并与传统平行分层环境下电位分布进行对比。研究表明:海床倾斜水域潜艇水下电位分布特征明显,量值可观,可用于潜艇的探测与定位;小角度范围内,改变海床倾斜角度和海水电导率,所研究水域电位分布特征的区域性不变,其量值随海床倾斜角度增大呈线性增加,随海水电导率增大呈非线性衰减;相比于平行海床水域,海床倾斜时不存在电位为0的场点,且沿偶极矩方向的对称性丧失。研究结果为进一步研究更为复杂水域潜艇腐蚀相关电场的场分布问题奠定了基础。     

舰船交变电偶极子模型产生的交变磁场计算

在静态磁偶极子模型发展之后,交变磁偶极子和交变电偶极子模型也得到了发展。本文以舰艇典型磁场源包括腐蚀电流、防腐电流以及电流泄漏为基础,分析交变水平和垂直电偶极子模型在三层浅海模型中交变磁场传播规律。从结果可知,对于海水深度一定,磁场随着测线深度的增加而减小;对于一定深度的场点且测点不变,海水深度越浅,海床的影响越大。当海水深度大于源与场点深度的3倍以上时,海水深度对偶极子产生的磁场基本没有影响,离源点较远时磁场分布差别不大,而且磁场幅值随着频率的增加而减小。     

水中目标在外场源激励下的水下磁场计算

为便于分析水中目标在外部电磁场激励下的水下电磁场,本文以导电导磁球体为模型,分析其在无限大海水中谐变均匀磁场激发的水下磁场响应特征。从结果可知,响应磁场和响应电场与外部激励源磁场幅值成正比,即外场源幅值越大,产生的响应磁场幅值越大,越有利于探测;磁场x,z分量随着正横距的增加而减小,y分量随着正横距的增加是先增大后减小;磁场三分量随着频率的增加而减小,而10 Hz以下频率磁场三分量幅值衰减很小。     

深海中垂直静态电偶极子电位及电场分析

通过建立电场在深海环境下的空气-海水两层模型,采用镜像法,得到深海模型中垂直静态电偶极子的电位和电场分布解析表达式,在此基础上,进行电位和三分量电场仿真计算,分析了两层模型下垂直静态电偶极子的电位、电场强度的分布特性,得到它们随海水深度变化的规律。