分层导电媒质中水平直流电偶极子磁场分布的积分法求解

首先,提出了采用积分法求解分层导电媒质中水平直流电偶极子的磁场,即在获得其电场分布的条件下,借助欧姆定律先求得全空间中的电流分布;然后,通过空间分割,将全空间电流分割成无数电流元,并利用毕奥-萨伐尔定律,求出其元磁场;最后,将全部元磁场叠加即得到水平直流电偶极子产生的磁场。在此基础上,利用所提出的方法,编程计算了半无限大导电媒质中的水平直流电偶极子的磁场分布,并与理论值进行比较分析。结果表明:该方法是有效的。此外,还对影响求解精度的几个问题进行了探讨。

等效源法求分层导电媒质中水平直流电偶极子的磁场

为获得水平直流电偶极子在平行分层导电媒质中产生的磁场分布的解析表达式,在镜像法求解其电场分布的基础上,提出等效源产生修正磁位的观点,进而提出磁场求解的等效源法,即场点的矢量磁位等于无限大导电媒质中源的矢量磁位加上等效源的修正磁位.采用该方法求解了3层导电媒质模型下,位于中间层的水平直流电偶极子在全空间的磁场分布,所得表达式被证明是满足场方程及边界条件的,由此说明磁场分布表达式的正确性及推导方法的有效性.该方法有效解决了场域分层且含导电媒质时电偶极子磁场分布不易求解的困难.研究结果为以水平直流电偶极子为基本模拟体的磁场分布的数学模拟、特征分析等应用奠定了理论基础.

三层导电媒质中环天线的远区电磁场

快速准确地计算分层导电媒质中的环天线产生的电磁场一直受到人们的重视。由于这个问 题常常涉及到Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ型积分的计算问题，因而是相当困难的。本文采用一种计算远场Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ型积分的新方法，结合复镜象理论，快速方便地得出了三层导电媒质中环天线远区场强的解析表达式。该方法可以很方便地推广应用到类似情况的远区场强的计算中去。

分层海洋环境对潜艇腐蚀相关静态电磁信号的影响研究

来源于腐蚀及防腐电流的静态电、磁信号是潜艇水下新的重要的目标特性.为掌握分层海洋环境对其水下分布特征的影响,采用三层平行分层导电媒质模型模拟海洋环境、水平直流电偶极子模拟潜艇腐蚀相关电磁场源,通过数值仿真,研究环境电导率、海洋水深、分层界面等因素对潜艇腐蚀相关静态电场和静态磁场的影响.仿真分析结果表明,分层海洋环境对场有明显影响,且存在普通规律.

浅海中潜艇腐蚀相关静态电磁信号特征

来源于腐蚀及防腐电流的静态电、磁信号是潜艇水下新的重要目标特性。为掌握其水下分布特征,采用三层平行分层导电媒质中的水平直流电偶极子对其进行建模。结合水平直流电偶极子全空间中的电场、磁场表达式的推导,通过数值仿真计算,对比分析海水中腐蚀相关静态电场及静态磁场的分布特征及远场衰减规律。分析表明:浅海中潜艇腐蚀相关静态电场近场量值大,分布特征明显,适合做水中兵器引信的信号源;磁场远场按距离的平方反比衰减,可用于潜艇的远程探测和定位。

浅海中潜艇腐蚀相关静态磁场特征预测

为对浅海环境中潜艇腐蚀相关静态磁场进行特征预测,采用3层平行分层导电媒质模型模拟浅海环境,采用水平直流电偶极子模拟场源。推导了水平直流电偶极子在全空间中的磁场分布表达式,在此基础上,采用数值仿真的方法分析海水中腐蚀相关静态磁场的分布特征及远场衰减规律,并进一步分析海洋环境,如海床电导率、海水深度、空气-海水界面等因素对场的影响。分析结果表明:浅海中潜艇腐蚀相关静态磁场量值可测,分布特征明显,远场按距离的平方反比衰减,是值得重视的探测或打击信号源;由于导电媒质中空间电流的影响,电导率小于海水的海床媒质使海水中的总磁场略有增强,而空气-海水界面则使其略有减弱。研究结果为进一步的实际应用奠定了基础。

潜艇腐蚀相关静态电磁场分布规律的实验验证

为对浅海环境中潜艇腐蚀相关静态电、磁场分布规律进行实验验证,根据场产生机理,提出对电场、磁场分布进行同步验证的实验方法,即同步测量水下2个深度平面上场源产生的标量电位及一条测线上的三分量磁感应强度,利用其中一个平面上的标量电位分布反演出场源参数,再据此预测另一平面上的标量电位及测线上的磁场分布,通过比较预测值与实测值,表明理论分析方法及结论的正确性.并在实验室中模拟三层平行分层浅海环境,借助潜艇缩比模型完成了上述实验验证过程,表明浅海中潜艇腐蚀相关静态电磁场分布规律的正确性.

海中低频水平磁偶极子在空气中产生的电磁场

采用电磁波进行跨海水-空气界面通讯时,合理的天线形式是影响通信性能的重要因素之一。为了研究环形天线在跨海水-空气界面通讯中的特点,根据磁偶极子性能,考虑海底-海水-空气三层各向同性的分层模型,推导出置于海水中的水平磁偶极子空气中激发的电磁场分量的解析表达式。进一步采用数值方法,计算了顶层空气中电磁场的分布和传播规律。结果表明,海水中的低频水平磁偶极子在空气中激发的电磁场的各个分量在垂直面内有不同的方向性,且在距发射源较近时有快速的衰减,随着距离增大,衰减逐渐减缓,但在一定高度和水平范围内有可测量的量级,说明环形天线在此类型通讯中是可行的。

基于中继传输的海-空跨界磁感应通信覆盖范围与可用带宽分析

跨空海界面(跨界)的信息传输具有非常重要的实际意义,磁感应通信具有可以双向跨界传输、不易受复杂水文环境影响的独特优势,具备成为跨界通信技术的潜力.但磁场分量随距离和频率增加的快速衰减限制了磁感应通信的覆盖范围和传输速率.本文提出基于中继传输的海-空跨界磁感应通信方案,利用中继传输获取分布式空间分集增益,用来增强水下的磁场分量,扩大跨界磁感应通信的水下覆盖范围和传输带宽.利用分层导电媒质中的磁偶极子模型,建立了基于中继传输的海-空跨界磁感应通信的传播模型;提出了确定中继位置的方法与步骤;通过水下磁感应强度分布的计算,对比分析了不同中继条件下,基于中继传输的海-空跨界磁感应通信的通信范围和可用带宽.数值分析的结果表明,选取合适的中继数量和位置,中继传输可同时使跨界磁感应通信的水下覆盖范围和有效数据率成倍地增加,从而使得基于中继传输的磁感应通信有望为跨界通信提供有效的解决方案.

跨空海界面磁感应通信特性分析及应用

现有的跨空海界面通信方式都存在着各自的问题,磁感应通信具有信道特性稳定、抗时变环境等优点,使得其很适用于跨空海界面环境。本文对跨空海界面磁感应通信进行研究,利用分层导电媒质中的磁偶极子,建立跨空海界面磁感应传输模型,仿真磁场分量的传输特性;借助于磁感应通信系统,进行海上通信验证试验。结果表明:经相关信号处理后,实现了35 m水深、速率15 bps的无误码通信,验证了磁感应通信在复杂海洋环境中的可行性和有效性,为进一步跨空海界面磁感应通信的研究打下基础。