Abstract
In view of the detection performance constraints brought by the further application of demagnation and noise reduction technology to traditional sonar and magnetic anomaly detection technology, in order to explore the possibility and detection mode of active electromagnetic (EM) detection technology applied to underwater large target detection and positioning, the active EM detection method for underwater targets based on SLF/ELF artificial EM field source is established in this paper, and the active EM detection method of underwater target is modeled and simulated by Ansys Maxwell, the magnetic anomaly field induced by underwater target is calculated and analyzed. Then, the key parameters of the underwater target active EM detection system are listed based on the simulation, and a underwater target active EM detection prototype has been developed. Finally, the simulation results and prototype parameters of the active EM detection method of underwater targets are verified by the scaled ratio experiment. The results show that the parameters of prototype system designed according to the simulation results are correct and effective, and the active EM detection technology based on SLF/ELF can be applied to the underwater large target detection.
Highlights
单位 F/m H/m S/m Hz mmmmmS/m S/m - 物理意义 真空介电常数 真空磁导率 海水相对介电常数 海水电导率 天线辐射电磁场基频 水下水平电性天线长度 水平电性天线所在位置 目标轴向长度 目标外径 目标所在位置 目标电导率 目标相对磁导率 海底电导率 海底相对介电常数 海底相对磁导率
The results show that the parameters of prototype system designed according to the simulation results are correct and effective, and the active EM detection technology based on SLF/ELF can be applied to the underwater large target detection
为探索主动电磁探测技术应用于水下大型目标探测 定位的可能性及探测模式,论文通过研究电磁波在海水中 的传播规律及水下偶极天线辐射电磁场的分布规律和性 能对比,提出了基于超低频(SLF)/极低频(ELF)的人工电磁 场源的水下目标主动电磁探测方法,利用Ansys Maxwell 建模仿真,分析目标耦合磁场强度和分布规律,据此进行 水下目标主动电磁探测系统关键参数设计,研制了一套水 下目标主动电磁探测样机;最后,通过缩比验证实验对水 下目标主动探测方法进行了初步验证。仿真结果表明,基 于SLF/ELF电磁波的主动电磁探测技术能够应用于水下 大型目标的探测。缩比实验结果表明,根据仿真结果设计 的缩比样机系统参数正确有效。本论文证明了基于 SLF/ELF主动电磁探测技术应用于水下大型目标探测的 可能性,下一步课题组将从水下天线辐射效率提升优化设 计、传感器性能提升及电磁数据精细处理等方向进一步深 入研究,为工程样机的性能提升提供技术基础。
Summary
单位 F/m H/m S/m Hz mmmmmS/m S/m - 物理意义 真空介电常数 真空磁导率 海水相对介电常数 海水电导率 天线辐射电磁场基频 水下水平电性天线长度 水平电性天线所在位置 目标轴向长度 目标外径 目标所在位置 目标电导率 目标相对磁导率 海底电导率 海底相对介电常数 海底相对磁导率. 摘要:针对当前及未来水下大型目标进一步应用消磁降噪技术给传统声呐及磁异常探测技术探测性能提升带来的瓶颈 约束问题,为探索主动电磁探测技术应用于水下大型目标探测定位的可能性及探测模式,本论文建立了基于超低频 (SLF)/极低频(ELF)人工电磁场源的水下目标主动电磁探测方法,通过Ansys Maxwell对水下目标主动电磁探测方法进行 建模仿真,分析了目标磁异常场;然后,基于仿真结果给出水下目标主动电磁探测系统关键参数,并研制了一套水下 目标主动电磁探测样机;最后,通过缩比实验对水下目标主动探测方法仿真结果及样机参数进行了初步验证。结果表 明,根据仿真结果设计的缩比样机系统参数正确有效,基于SLF/ELF的主动电磁探测技术能够应用于水下大型目标的 探测。 水下大型目标探测一直是关系国家资源、安全等重 要技术领域,传统上由于光、电等物理量在水下传播困 难,声呐是水下探测的主要技术手段。声呐分为主动式 声呐和被动式声呐两种,主动式声呐通过主动发送声波 并检测回波实现对目标的定位,由于需要发送大功率声 波,因此往往在有效检测范围外,就将自身位置暴露给 了目标;被动声呐通过监听目标引起的特征音频信号, 寻找目标的大致方位,做不到对目标的精准定位。在这 一背景下,发展非声探测技术成了亟需解决的任务。非 声探测手段主要有红外探测、激光探测、电磁探测等, 由于一般来说,构成水下大型目标的材料中不可避免包 含铁磁性材料,因此电磁探测方法脱颖而出,成为最具 有潜力的技术发展方向[1,2]。 电磁探测技术原本是在地质勘探领域发展起来的 一种探测技术,从原理上,分为主动式和被动式探测两 大类。将被动式电磁探测技术用于水下探测,早在 1918 年,美国就进行了船只拖曳式的探测实验。主动式电磁 探测即结合低频人工场源的一种电磁探测方式,目前研 究仍然集中在地质勘探上,从地质勘探的结果上来说相 对于被动式探测,在分辨率,探测速度等方面具备一定 的技术优势[3,4],因而有必要将这一探测技术应用于 水下目标探测领域,希望能够得到优于被动磁异探测的 效果。
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