一种基于多工频辐射源探测水下铁磁性目标的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多工频辐射源探测水下铁磁性目标的方法和系统，属于非声学的水下探测技术领域，包括：输电网络在空间范围内产生工频电磁场，水下铁磁性目标在工频电磁场以及水下铁磁性目标内、外部海水共同作用下产生的电磁场，若存在多个水面船舶作为二次辐射源作用于水下铁磁性目标时，得到水下铁磁性目标产生的二次磁场，将其和水下铁磁性目标在工频电磁场以及水下铁磁性目标内、外部海水共同作用下产生的电磁场相加，作为水下铁磁性目标产生的总的电磁场；获取水下铁磁性目标周围工频电磁场分布，根据所述工频电磁场的分布实现对水下铁磁性目标的探测。本发明专利技术能够增强水下铁磁性目标的工频电磁场信号，实现对水下铁磁性目标的探测。性目标的探测。性目标的探测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多工频辐射源探测水下铁磁性目标的方法和系统


[0001]本专利技术属于非声学的水下探测和多维信号处理技术的交叉
，更具体地，涉及一种基于多辐射源探测水下铁磁性目标的方法和系统。

技术介绍

[0002]在经济全球化的新形势下，全球贸易往来极为密切，世界各国，尤其我国的进出口总量呈现较快的增长速度，船舶运输以自身巨大的货运量以及高效的货物保障被全球企业商家所青睐。因此，船舶制造企业的造船数量和船舶吨位逐年增长。船舶在航行过程中的安全问题一直是人们关注的焦点。
[0003]沉船目标和战争遗留下的水雷等铁磁性物体是海洋勘探中广泛研究的对象。对失事沉船的打捞和水雷探测需要对其进行精确的定位，同时水下沉船和水雷也是影响海洋通航环境的重要要素。同时，水下潜航器与水下机器人活动范围的日益增大，两者也成为了影响海洋通航的重要因素。船舶航行时对沉船、水下潜航器等水下铁磁性目标的探测尤为重要。
[0004]现有的水下铁磁性目标探测方式仅包括工频电网产生的工频电磁场作用在水下铁磁性目标，没有考虑海水作为良导体，在工频电磁场中可以增强水下铁磁性目标的感应电流，从而增强水下铁磁性目标产生的电磁场信号；同时也没有考虑到将水面船舶视为二次辐射源，增强水下铁磁性目标产生的电磁场信号。
[0005]综上，虽然现有技术可以实现对水下铁磁性目标的探测，但是，水下铁磁性目标产生的电磁场信号较弱，无法实现远距离、大范围的探测，因此，提供一种远距离、大范围铁磁性目标探测方法和系统，成为了当前水下铁磁性目标探测领域的当务之急。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种基于多工频辐射源探测水下铁磁性目标的方法和系统，解决了现有技术成本较高且容易受海底地形、背景噪声干扰导致误判，无法支持远距离、大范围探测的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于多工频辐射源探测水下铁磁性目标的方法，包括如下步骤：
[0008](1)工频电磁场和海水作用于水下铁磁性目标步骤：输电网络在空间范围内产生工频电磁场，水下铁磁性目标在所述工频电磁场作用下产生感生电磁场，同时，水下铁磁性目标内、外部海水在所述工频电磁场作用下产生交变电流，所述交变电流作用于水下铁磁性目标产生二次磁场，若存在水面船舶作为二次辐射源作用于水下铁磁性目标，则进行步骤(2)，反之，若不存在水面船舶作为二次辐射源作用于水下铁磁性目标，则将所述水下铁磁性目标产生的感生电磁场和所述水下铁磁性目标在内、外部海水作用下产生的二次磁场相加作为水下铁磁性目标产生的总的电磁场，进行步骤(3)；
[0009](2)水面船舶作为二次辐射源作用于水下铁磁性目标步骤：将水面船舶在工频电
磁场(波)的作用下产生感应电流产生工频电磁场(波)作为二次辐射源作用于附近的水下铁磁性目标，得到水下铁磁性目标产生的二次磁场，将其和水下铁磁性目标产生的感生电磁场、水下铁磁性目标内、外部海水作用下产生的二次磁场，作为水下铁磁性目标产生的总的电磁场，进行步骤(3)；
[0010](3)水下铁磁性目标探测步骤：水下铁磁性目标产生的总的电磁场会对工频电磁场产生扰动，获取水下铁磁性目标周围工频电磁场分布，根据所述工频电磁场的分布实现对水下铁磁性目标的探测。
[0011]在一个可选的实施例中，所述工频电磁场和海水作用于水下铁磁性目标步骤，具体为：
[0012]输电网络会在空间中会产生工频电磁场其中，为时间和空间的四维函数；所述工频电磁场作用于水下铁磁性目标会产生感生电磁场
[0013]水下铁磁性目标在工频电磁场作用下产生磁化效应，其磁化强度正比于所述工频电磁场强度和所述水下铁磁性目标的磁导率；
[0014]水下铁磁性目标在下潜和上浮过程中通过进出海水进行控制，所述水下铁磁性目标内部存在大量海水；
[0015]水下铁磁性目标内部的海水为导电体，在所述工频电磁场作用下产生交变电流，所述交变电流作用于水下铁磁性目标产生的二次磁场
[0016]包围水下铁磁性目标的外部海水为导电体，在所述工频电磁场作用下产生交变电流，所述交变电流作用于水下铁磁性目标产生的二次磁场
[0017]水下铁磁性目标在所述工频电磁场和内、外部海水共同作用下得到水下铁磁性目标产生的总的工频电磁场所述总的电磁场计算公式为：
[0018][0019]在一个可选的实施例中，所述水面船舶作为二次辐射源作用于水下铁磁性目标步骤，具体为：
[0020]单个水面船舶在工频电磁场的作用下，依据法拉第定律产生感生二次场，所述感生二次场可作为二次辐射源，当存在多个水面船舶时，将所述多个水面船舶产生的二次场矢量相加得到多个二次辐射源，将所述多个二次辐射源产生的工频电磁场作用在水下铁磁性目标时，水下铁磁性目标产生的总二次磁场计算公式如下所示：
[0021][0022]其中，为单个二次辐射源作用在水下铁磁性目标时，水下铁磁性目标产生的二次磁场，n代表水面船舶的数量。
[0023]水下铁磁性目标在多个二次辐射源产生的工频电磁场的作用下，产生的总的电磁场为
[0024][0025]在一个可选的实施例中，所述水下铁磁性目标探测步骤，具体为：
[0026]建立水下铁磁性目标的探测模型，根据麦克斯韦电磁方程组，对水下铁磁性目标模型进行仿真，获取水下铁磁性目标周围工频电磁场分布，根据所述工频电磁场的分布实现对水下铁磁性目标的探测。
[0027]在一个可选的实施例中，所述建立水下铁磁性目标的探测模型，具体为：
[0028]所述建立水下铁磁性目标的探测模型包括：建立输电网络模型、水下铁磁性目标模型以及空间域模型。
[0029]在一个可选的实施例中，所述建立输电网络模型，具体为：
[0030]获取输电网络的节点分布、海拔高度和输电环路分布；
[0031]创建输电网络的曲线层，所述曲线层中的曲线作为输电环路的几何描述，所述几何描述作为水下铁磁性目标模型的激励源；
[0032]根据输电网络的节点分布和环路信息来设置曲线的参数，并根据海拔高度构建曲线的位置分布；
[0033]根据输电网络中不同环路输送电流和传输电压的大小对水下铁磁性目标模型的激励源进行赋值。
[0034]在一个可选的实施例中，所述水下铁磁性目标模型，具体为：
[0035]水下铁磁性目标模型包括：水下铁磁性目标模型的几何描述、水下铁磁性目标模型中心点的位置坐标、水下铁磁性目标模型的材料属性；其中，水下铁磁性目标模型的几何描述为若干种常规几何体组合成的一个空心组合体；水下铁磁性目标模型中心点的位置坐标为空间直角坐标系中x、y、z坐标轴上的坐标；水下铁磁性目标模型的材料属性包括所述水下铁磁性目标模型材料的相对磁导率、所述水下铁磁性目标模型材料的相对电导率、所述水下铁磁性目标模型材料的相对介电常数、所述水下铁磁性目标模型材料的密度；
[0036]所述水下铁磁性目标模型还包括有限元网格划分，所述水下铁磁性目标模型网格的大小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多工频辐射源探测水下铁磁性目标的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)工频电磁场和海水作用于水下铁磁性目标步骤：输电网络在空间范围内产生工频电磁场，水下铁磁性目标在所述工频电磁场作用下产生感生电磁场，同时，水下铁磁性目标内、外部海水在所述工频电磁场作用下产生交变电流，所述交变电流作用于水下铁磁性目标产生二次磁场，若存在水面船舶作为二次辐射源作用于水下铁磁性目标，则进行步骤(2)，反之，若不存在水面船舶作为二次辐射源作用于水下铁磁性目标，则将所述水下铁磁性目标产生的感生电磁场和所述水下铁磁性目标在内、外部海水作用下产生的二次磁场相加作为水下铁磁性目标产生的总的电磁场，进行步骤(3)；(2)水面船舶作为二次辐射源作用于水下铁磁性目标步骤：将水面船舶在工频电磁场(波)的作用下产生感应电流产生工频电磁场(波)作为二次辐射源作用于附近的水下铁磁性目标，得到水下铁磁性目标产生的二次磁场，将其和水下铁磁性目标产生的感生电磁场、水下铁磁性目标内、外部海水作用下产生的二次磁场，作为水下铁磁性目标产生的总的电磁场，进行步骤(3)；(3)水下铁磁性目标探测步骤：水下铁磁性目标产生的总的电磁场会对工频电磁场产生扰动，获取水下铁磁性目标周围工频电磁场分布，根据所述工频电磁场的分布实现对水下铁磁性目标的探测。2.如权利要求1所述的一种基于多工频辐射源探测水下铁磁性目标的方法，其特征在于，所述工频电磁场和海水作用于水下铁磁性目标步骤，具体为：输电网络会在空间中会产生工频电磁场其中，为时间和空间的四维函数；所述工频电磁场作用于水下铁磁性目标会产生感生电磁场水下铁磁性目标在工频电磁场作用下产生磁化效应，其磁化强度正比于所述工频电磁场强度和所述水下铁磁性目标的磁导率；水下铁磁性目标在下潜和上浮过程中通过进出海水进行控制，所述水下铁磁性目标内部存在大量海水；水下铁磁性目标内部的海水为导电体，在所述工频电磁场作用下产生交变电流，所述交变电流作用于水下铁磁性目标产生的二次磁场包围水下铁磁性目标的外部海水为导电体，在所述工频电磁场作用下产生交变电流，所述交变电流作用于水下铁磁性目标产生的二次磁场水下铁磁性目标在所述工频电磁场和内、外部海水共同作用下得到水下铁磁性目标产生的总的工频电磁场所述总的电磁场计算公式为：3.如权利要求1所述的一种基于多工频辐射源探测水下铁磁性目标的方法，其特征在于，所述水面船舶作为二次辐射源作用于水下铁磁性目标步骤，具体为：单个水面船舶在工频电磁场的作用下，依据法拉第定律产生感生二次场，所述感生二次场可作为二次辐射源，当存在多个水面船舶时，将所述多个水面船舶产生的二次场矢量相加得到多个二次辐射源，将所述多个二次辐射源产生的工频电磁场作用在水下铁磁性目
标时，水下铁磁性目标产生的总二次磁场计算公式如下所示：其中，为单个二次辐射源作用在水下铁磁性目标时，水下铁磁性目标产生的二次磁场，n代表水面船舶的数量；水下铁磁性目标在多个二次辐射源产生的工频电磁场的作用下，产生的总的电磁场为次辐射源产生的工频电磁场的作用下，产生的总的电磁场为4.如权利要求1所述的一种基于多工频辐射源探测水下铁磁性目标的方法，其特征在于，所述水下铁磁性目标探测步骤，具体为：建立水下铁磁性目标的探测模型，根据麦克斯韦电磁方程组，对水下铁磁性目标模型进行仿真，获取水下铁磁性目标周围工频电磁场分布，根据所述工频电磁场的分布实现对水下铁磁性目标的探测。5.如权利要求4所述的一种基于多工频辐射源探测水下铁磁性目标的方法，其特征在于，所述建立水下铁磁性目标的探测模型，具体为：所述建立水下铁磁性目标的探测模型包括：建立输电网络模型、水下铁磁性目标模型以...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天序，张庆辉，杨成，张涛，王嘉伟，谭建东，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：