舰船轴频电场基频线谱的模糊评判方法研究

轴频电场是海水中航行舰船产生的物理场之一,它以螺旋桨轴转动速率为基频向外辐射,具有明显的线谱特征。为了提取其基频线谱,对信号进行了线谱检测,剔除掉了连续谱以及不符合线谱条件的频率点,根据轴频电场的特点,对剩余的线谱再进行模糊评判;根据轴频置信度判断基频线谱所在频率点。将该方法用于船模产生的轴频电场基频线谱的检测,取得了较好的效果。

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。

轴频电场中接触电阻的实验研究

为分析验证接触电阻对轴频电流回路的影响,通过简化舰船轴系结构提出了接触电阻物理模型并进行了接触电阻实验.电阻试件接通恒定电流,利用Powertest软件编写加载方案为试件加载均匀增加或周期循环的接触压力.利用LabVIEW软件编写采集程序对电阻试件两端电压进行实时采集,并计算接触电阻变化曲线.实验结果表明,接触压力是接触电阻的重要影响因素,也证明了接触电阻是产生轴频电场的一个影响重要原因.

舰船轴频电场中的接触电阻研究

研究发现,舰船主要轴系部件具有很高的结构相似性且都存在周期性变化的接触电阻。经过对舰船结构的实体调研和轴系结构的简化,建立了轴系部件接触电阻物理模型,并进行理论分析和实验验证。结果证明:接触电阻变化导致回路中电流的波动,变化率可达80%,是产生轴频电场的一个重要因素。

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。

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位信息的扩展卡尔曼滤波器。仿真结果表明:该滤波器可使定位误差降低约80%,有效地提高了利用舰船轴频电场进行舰船定位的精度。

舰船轴频电场电阻波动机理研究

轴频电场是由螺旋桨转动时因主轴和轴承之间的接触阻抗不恒定而导致流经主轴的腐蚀或防腐电流受到周期性调制而产生的,是舰船的一个重要目标特征信号。在研究轴频电场等效电流回路中发现,轴系部件电阻的变化是影响轴频电场的重要原因。本文通过对舰船实体结构简化分析,得到等效电路中主要轴系电阻部件,并进一步对影响轴系部件电阻波动因素进行分析。

基于谐波簇自适应线谱增强器的舰船轴频电场检测

针对舰船轴频电场存在于1～7 Hz的频率范围且存在明显谐波成分的特点,将谐波簇自适应线谱增强技术运用到舰船轴频电场信号处理中。通过仿真研究确定了相关参数,对测试信号处理后,其线谱功率谱强度较附近连续谱增强了0.056μV/m,可见将该方法运用于电场轴频信号处理可以有效地抑制背景噪声。

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。

一种改进的随机共振技术在舰船轴频电场信号检测中的应用

舰船轴频电场是一种水下目标探测的理想物理场,其信号具有明显的周期特性,近年来被广泛关注。然而,对于探测器需要在较远的距离进行感知,因此微弱轴频电场信号检测是一个十分重要的问题。非线性随机共振能够增强微弱周期信号,表现出优越的检测性能。围绕舰船微弱轴频电场信号的多谐波特性,提出了一种改进的二阶双稳态匹配随机共振检测方法。建立了匹配随机共振轴频电场检测系统,通过仿真分析可知,该方法可以从强噪声背景中增强舰船轴频电场信号特征频率,在水下目标电场检测应用中具有十分重要的潜在价值。

基于信号特征的舰船轴频电场检测改进算法

为了能够在较低的信噪比下提高目标的检测概率,降低检测的虚警率和漏警率,文中依据实测舰船目标的水下轴频电场数据,对不同舰船的轴频电场信号进行了深入分析。针对轴频电场信号及环境电场噪声信号在时域及频域特点的不同,对原有的一种基于信号特征的舰船轴频电场信号检测算法从线谱识别和检测判据等方面进行了改进,同时采用Welch法替换原有功率谱估计方法,降低了运算量,使算法更具实时性。通过对不同情况下仿真信号和不同舰船类型的实测信号的检测可知,运用该算法可在较低信噪比下实现目标检测,从而满足了提高检测概率、降低虚警率的需求。该算法适用于水雷等打击精度较高的水中兵器。

运动多桨舰船在浅海中的轴频电磁场计算及仿真

以时谐电磁场麦克斯韦方程组及多层媒介条件为基础,引入了电磁场相对性原理及洛仑兹时空变换公式,推导了运动垂直时谐电偶极子在n层均匀、线性、各相同性导电介质中的电磁场分布计算公式。该公式可用来对不同情况下浅海中电磁场进行建模。最后,以浅海中多桨推进运行舰船为仿真对象,建立了浅海条件下三层媒介模型,对运动舰船产生的轴频电磁场进行仿真计算,仿真结果表明了论文推导的计算方法的有效性。

多噪声背景下船舶轴频电场信号的提取

船舶轴频电场信号是船舶的固有特征之一。浅海船舶轴频电场测量信号受到了低频周期噪声和海洋环境电场噪声等噪声的多重干扰,使得信号的提纯存在困难。这里具有针对性地对浅海船舶轴频电场信号进行分析,先通过时频分析方法对所得信号进行预处理,最后利用基于LMS算法的自适应滤波方法对测量信号进行噪声抵消。结果证明,这种方法确实使得干扰噪声得到大幅度抵消。

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。

极低频水下磁场特性研究与应用分析

极低频水下磁场主要源于舰船桨轴旋转等因素,在海洋环境中具有线谱特征明显、传播距离远、与船舶运动特征关联性强的特点,可作为非声探测的特征信源。研究极低频水下磁场模型、传播与空间分布特性,对推动极低频磁场探测应用具有重要价值。轴频磁场是极低频水下磁场的重要组成部分,文中重点分析了轴频磁场产生机理,建立了腐蚀电流内调制轴频磁场时谐偶极子模型,仿真计算了轴频磁场在海洋环境中的传播特性和空间分布特性,初步给出了轴频磁场衰减规律,通过可控模拟源海上试验对建立的偶极子模型进行了验证。研究结果表明:水平时谐电偶极子产生的轴频磁场在海底平面上横向分量能量最大,垂直分量次之,纵向分量最小,同时轴频磁场具有一定的指向性分布,综合利用水平分量和垂直分量进行探测可有效弥补单一分量探测盲区;浅水环境中水平时谐电偶极子产生的轴频磁场存在多路径传播特性,在近区以直达波和反射波为主,在远区则以海面直达波为主;轴频磁场频率特性与船舶的转速、桨叶数相关联,可作为目标辨识的有效特征。上述结论可为极低频磁场探测识别提供支撑。

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。

船舶腐蚀相关的轴频电场特征

通过测量和分析船舶缩比模型轴频电场信号,研究了与船舶腐蚀相关的轴频电场特征.实验结果表明,船模轴频电场是由于螺旋桨转动调制腐蚀电流和阴极保护电流而产生的,是以螺旋桨转动速率为基频的低频电场.轴频电场随着螺旋桨转速逐渐增大,信号特征越来越明显,幅值越来越大.调制阴极保护电流而产生的轴频电场最大的幅值比调制腐蚀电流所产生的电场大10倍之多.船模轴频电场三分量除在幅值上有很大差异外,功率谱密度强度也有显著差异.其中x分量轴频电场最大,y分量轴频电场次之,z分量轴频电场最小.

船舶缩比模型轴频电场的传播特征

为研究船舶轴频电场的传播特征,采用信号测量系统,测量和分析了船舶缩比模型轴频电场信号.轴频电场沿船方向传播的测试结果表明,轴频电场的空间分布具有区域性:当测量点从螺旋桨附近移至船尾时,x分量轴频电场信号由较弱逐渐增强至最大幅值,y分量和z分量轴频电场幅值则急剧降低.测量点由船体向外移动时,x分量轴频电场幅值迅速衰减;测量点移至船长倍数的0.33处时,衰减变得缓慢;测量点继续移至船长倍数的1.65处时,轴频电场特征信号不明显.