舰船轴频电场衰减规律的实验验证

舰船电场的轴频信号分布在1～7 Hz,且存在明显的谐波成分,因此其在浅海环境中能传播较远距离,从而成为舰船的特征信号之一。本文基于时谐电偶极子模型,在海上测试了电场信号源的衰减规律。通过对试验数据的分析可知,水深为16 m时,1.06 Hz,1.94 Hz以及3.22 Hz交变电场纵向分量在海底平面沿纵向随距离分别呈1.91次方、1.91次方和1.88次方衰减,很好地验证了理论数值计算的正确性。     

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。     

舰船轴频电场的轴地有源补偿技术

为了有效减少舰船轴频电场的影响,降低舰船的暴露率,在分析轴频电场产生机理和相关电学特性的基础上,提出舰船轴频电场的轴地有源补偿方法,分析轴地有源补偿系统的原理,设计系统的控制框架和功能框架。研究舰船轴地微弱信号监测与调理技术以及电场抑制系统的判断与控制技术,设计轴地有源补偿系统的驱动和功率输出模块,开展轴频电场抑制效果的模拟测试。试验结果表明:除去环境电场的影响,该系统对轴频电场的抑制能力超过75%,可以有效降低舰船轴频电场对舰船隐蔽性的影响。     

基于时谐偶极子模型的舰船轴频电场特性分析

基于电磁建模方法,通过时谐偶极子模型在深海环境下产生的交变电场信号,对舰船的水下轴频电场进行仿真模拟。考察了舰船在不同测量深度上的电场分布特性,并对多种影响因素进行对比分析,为基于水下电场特征控制的舰船隐身提供理论基础和数据支撑。     

基于轴频电场的舰船主轴系故障诊断研究

文章针对在舰船舱室中测得的振动信号包含大量难以去除的非高斯有色噪声以及来自齿轮箱等设备的干扰振动信号,从而影响故障诊断的效果这一问题,提出了一种基于舰船轴频电场的主轴系故障诊断方法,使用该方法对实验数据进行处理,结果表明该方法能够成功诊断出主轴系的三种典型故障,并且在信噪比较低的情况下该方法依然有效。     

浅海中四桨运动舰船产生的轴频电磁场

舰船轴频电磁(EM)场可应用于新型鱼雷武器引信,运动舰船轴频电磁场建模可通过运动的垂直时谐偶极子实现。本文根据单个运动垂直时谐电偶在海水中固定场点产生的电磁场公式,采用基于汉克尔变换的快速FFT算法得到t时刻在固定场点产生的电磁场,通过推导得到4个运动垂直时谐电偶极子在固定场点产生的电磁场公式。通过推导的公式对四桨运动舰船的轴频电磁场实现仿真。     

浅海中影响运动舰船轴频电磁场的因素

舰船轴频电磁（EM）场可应用于新型鱼水雷武器引信,运动舰船轴频电磁场建模可通过运动的垂直时谐偶极子实现.本文通过运动垂直时谐偶极子在浅海环境下产生的电磁场的研究分析了不同影响因素对舰船轴频电磁场的影响.运用基于汉克尔变换式的FFT变换算法对偶极子所得到的电磁场解析式进行了数值模拟,模拟得到了不同影响因素下舰船轴频电磁场的仿真结果.     

深海中四桨运动舰船产生的轴频电磁场研究

舰船轴频电磁（EM）场可应用于新型鱼水雷武器引信,运动舰船轴频电磁场建模可通过运动的垂直时谐偶极子实现。本文根据单个运动垂直时谐电偶在海水中固定场点产生的电磁场公式,然后采用基于汉克尔变换的快速FFT算法得到t时刻在固定场点产生的电磁场,最后通过推广得到四个运动垂直时谐电偶极子在固定场点产生的电磁场公式。通过推导的公式对四桨运动舰船的轴频电磁场实现了仿真。     

基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型仿真

舰船轴频电场的频率为1~7 Hz之间,频谱具有明显的线谱特性,是舰船重要的特征信号。目前主要通过时谐电偶极子模型计算舰船的轴频电场分布。本文针对时谐电偶极子模型信号源失真的问题,利用有限元方法具有适应复杂结构、精度高的优点,以舰船的防腐蚀电流为依据,建立基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型,并对模拟源模型的计算结果进行分析。结果表明:模拟源模型能计算出时谐电偶极子模型忽略掉的垂直于舰船的电场分量,提高了舰船轴频电场计算的精度;同时模拟源模型能够更准确的计算出舰船的近区轴频电场,特别是为水下兵器的电引信设计提供理论指导。     

基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型仿真

舰船轴频电场的频率为1 ～7 Hz之间,频谱具有明显的线谱特性,是舰船重要的特征信号.目前主要通过时谐电偶极子模型计算舰船的轴频电场分布.本文针对时谐电偶极子模型信号源失真的问题,利用有限元方法具有适应复杂结构、精度高的优点,以舰船的防腐蚀电流为依据,建立基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型,并对模拟源模型的计算结果进行分析.结果表明:模拟源模型能计算出时谐电偶极子模型忽略掉的垂直于舰船的电场分量,提高了舰船轴频电场计算的精度;同时模拟源模型能够更准确的计算出舰船的近区轴频电场,特别是为水下兵器的电引信设计提供理论指导.     

基于船型与区域等级的舰船轴频电场计算

在利用等效点电荷对舰船轴频电场换算时,存在着因等效源位置不够合理而造成误差较大的问题。通过目标船的船型系数与尺度比来确定等效源在各个方向上的布置位置和间距,并根据结构布置特点对目标船的各部分进行分区和分级,确定区域等级权值。有针对性地在各区域内调整等效源布置,提出基于船型与区域等级的等效源位置确定方法,并引入粒子群算法对计算模型进行优化。利用模型实验对所述方法的有效性进行检验,结果表明,基于船型与区域等级的等效源位置确定方法能够较精确地实现对轴频电场信号包络的模拟计算,经粒子群算法优化后误差进一步下降,为轴频电场的预测与仿真计算提供了新的途径。     

基于高阶累量的船舶轴频电场信号自适应增强

轴频电场是海水中运动船舶的一种微弱特征信号,极易被噪声掩盖,具有良好的线谱性。海洋环境电场作为背景噪声,具有良好的高斯性,为了在复杂海况下提取微弱轴频电场信号,提出一种基于高阶累量的船舶轴频电场信号自适应增强方法,运用观测信号的四阶累量一维非对角切片构造有限冲激响应滤波器,使用该滤波器从海洋环境电场中提取船舶轴频电场信号。分别使用实测数据和仿真数据对本文所提方法进行检验,检验结果表明,该方法能够在较低的信噪比条件下有效增强船舶轴频电场信号,性能优于现有的基于2阶统计量的信号增强方法。     

基于两个特殊电场平面的目标定位技术

针对水下目标物理特性被人为削弱或消除所造成的目标定位困难的问题,根据求解的混合电偶极子在海水中的电场分布的解析表达式,从理论上证明混合电偶极子的电场分布中两个具有重要实际意义的电场平面的客观存在,即电场垂直分量的过零面以及电场水平分量的极值面;并采用电磁场有限元分析软件Ansoft进行仿真,仿真结果与理论推导结果吻合,表明两个特殊平面的理论推导是正确的,可为利用这两个特殊电场实现目标定位奠定基础。     

舰船轴频电场数据的采集与处理研究

舰船轴频电场是极其重要的目标识别特征之一。为了对其开展深入研究,研制了一套基于MSP430单片机的舰船轴频电场采集系统,获取海洋环境电场和舰船的轴频电场信号。对数据分析后发现:信号在近海港口易受强冲击干扰的影响,给目标检测带来困难。针对这种情况,首先对轴频电场数据进行预处理,利用一阶差分法去除数据中的奇异项,利用最小二乘法去除趋势项;然后通过自适应线谱增强器输出信号,结果证明该方法有效压制强冲击背景噪声,经过处理后的数据可直接用于舰船目标检测。     

基于EMD和4阶累积量的船舶轴频电场线谱提取

为实现海洋环境电场背景中微弱的船舶轴频电场信号的有效检测,提出一种结合经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和4阶累积量对角切片功率谱的方法。首先,利用EMD方法的自适应滤波特性将信号进行分解,得到本征模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF),按照K-L散度准则进行有效IMF的筛选;然后利用高阶累积量抑制高斯色噪声的性质,计算各有效IMF分量4阶累积量对角切片的功率谱,并进行多子带中的线谱提取。海上实测数据的处理结果表明,该方法能够实现-15d B下的线谱提取,具有一定的实用价值。     

基于滑动轴承振动模型的轴频电流建模与仿真

针对舰船轴频电场信号源的发生机理和应用研究的问题,建立了一种轴频电流的等效电路模型。模型基于滑动轴承的涡动现象,采用短轴承理论对轴承运动微分方程进行了求解,获得了轴径轨迹,然后结合电接触理论,建立了滑动轴承电接触电阻模型,对轴频电流的变化趋势进行了仿真,并将仿真结果与实船轴频电流进行了对比,结果表明,所建模型直观简便,轴频电流与实测结果的基波和二次谐波吻合较好。     

舰船轴频电场的实验验证

阐述了海水中舰船极低频电场的产生机理,并利用船模在实验室实际测量了腐蚀电流和外加防腐电流经螺旋桨转动的调制后在海水中产生的极低频电场.测量结果表明,由不同金属制成的船壳和螺旋桨之间的腐蚀电流和防腐电流经螺旋桨转动的调制后,在海水中会产生以螺旋桨转动频率为基频以及高达几百赫兹的谐波的极低频电场,成为舰船的一个重要目标特性.     

基于波导不变性的水平阵列测距研究

基于波导不变性理论,利用水平线列阵,提出一种新的水下目标声源距离估计算法。该方法相比于匹配场定位而言,具有较好的环境宽容性。文中通过引导声源和阵列信息这2种模式实现目标声源的距离估计。该算法不需要确知海洋环境的具体参数以及声场传播模型,通过一个已知距离的引导声源或者利用阵列信息,实现目标声源距离估计。计算机仿真结果表明,2种模式都能很好地实现目标声源估距,且估计误差较小,可为水下目标声源定位提供一种新途径。     

结合EMD和功率谱熵的船舶轴频电场线谱提取

为实现强海洋背景噪声中的微弱船舶轴频电场信号检测,提出了一种结合经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和窄带子区间功率谱熵的线谱提取新算法。首先,利用EMD方法从含噪信号中分解出一组有效固有模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMFs),对各有效IMF的功率谱进行子区间划分;其次,定义并计算各子区间的能量峰值熵比(Energy Peak Entropy Ratio,EPER)特征;最后,通过对轴频信号和环境噪声物理特征差异的分析,结合K-均值聚类方法进行特征量的筛选,实现线谱提取。海上实测数据的处理结果表明,相比于直接的功率谱分析,算法的线谱可提取下限降低了6.7 d B。