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浅海中水下航行器尾流感应电磁场建模与仿真

系统工程与电子技术 2016年第5期38卷 1004-1009页

作者：张伽伟熊露姜润翔海军工程大学兵器工程系湖北武汉430033 军械士官学校雷达系湖北武汉430075

为了研究水下航行器探测的新途径,以水下航行器产生的尾流为研究对象,推导建立了水下航行器尾流感应电磁场的浅海数学模型,并利用高斯积分法对数学模型进行了数值求解和实例仿真计算,结果表明,水下航行器尾流感应电磁场具有频率低、远... 详细信息

为了研究水下航行器探测的新途径,以水下航行器产生的尾流为研究对象,推导建立了水下航行器尾流感应电磁场的浅海数学模型,并利用高斯积分法对数学模型进行了数值求解和实例仿真计算,结果表明,水下航行器尾流感应电磁场具有频率低、远场衰减速度慢、传播距离远、持续时间长的特点,量级可观具有可探测性,可用于对水下航行器的探测。

关键词：电磁学水下航行器尾流感应电磁场可探测性

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洋流和潮波产生的感应电磁场对比

中国石油大学学报（自然科学版） 2022年第4期46卷 52-62页

作者：刘健王江涛王子鸣魏宝君中国石油大学(华东)理学院山东青岛266580

为定量计算洋流和潮波产生的电磁场,分别建立多层模型来描述洋流和潮波的运动。依托多层洋流模型,利用毕奥-萨伐尔定律和镜像法得到洋流产生的稳恒磁场的解析表达式;依托多层潮波模型,利用麦克斯韦方程组和电磁场的边界条件得到潮波感... 详细信息

为定量计算洋流和潮波产生的电磁场,分别建立多层模型来描述洋流和潮波的运动。依托多层洋流模型,利用毕奥-萨伐尔定律和镜像法得到洋流产生的稳恒磁场的解析表达式;依托多层潮波模型,利用麦克斯韦方程组和电磁场的边界条件得到潮波感应电磁场的解析表达式。基于所得到的解析表达式,分析海水速度、电导率等参数对洋流和潮波产生的感应电磁场的影响规律,研究频率对潮波产生的感应电磁场的影响并将其与洋流产生的结果进行对比。结果表明:海水速度的大小、速度随深度衰减的程度、电导率等参数均对洋流和潮波产生的感应电磁场有明显的影响;在各参数的合理取值范围内,速度变化对感应电磁场的影响程度更大;当潮波频率趋于0时,潮波运动产生的感应电磁场与洋流产生的电磁场趋于一致,证明了多层洋流模型与多层潮波模型在研究海洋环境背景电磁场时的正确性。

关键词：多层洋流模型多层潮波模型镜像法感应电磁场

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海浪感应电磁场特性研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2019年第9期47卷 31-35页

作者：张伽伟姜润翔贾亦卓海军工程大学兵器工程学院湖北武汉430033 陆军装甲兵学院科研学术处北京100072

为了研究海洋环境电磁场对海上低频电磁场探测的影响,首先推导了三层介质中海浪速度函数,再利用电磁场边界条件求解麦克斯韦方程组,建立了三层介质中海浪运动产生感应电磁场的数学模型.在仿真分析基础上进行了浮动平台和沉底固定平台的... 详细信息

为了研究海洋环境电磁场对海上低频电磁场探测的影响,首先推导了三层介质中海浪速度函数,再利用电磁场边界条件求解麦克斯韦方程组,建立了三层介质中海浪运动产生感应电磁场的数学模型.在仿真分析基础上进行了浮动平台和沉底固定平台的海浪感应电磁场测量实验,结果表明:海浪感应电磁场频率集中在0.5 Hz以下,大小和频率都与海浪速度密切相关,海浪速度越快频率越低,3级海况下海浪感应电场可达数μV/m量级,感应磁场可达0.5 nT量级.

关键词：海浪电磁场探测海洋感应电磁场数学模型

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浅海中船舶尾流产生的感应电磁场

哈尔滨工程大学学报 2014年第8期35卷 931-935页

作者：张伽伟姜润翔龚沈光海军工程大学兵器工程系湖北武汉430033

为了完善船舶电磁场的特性研究,为船舶水下远程探测和特征信号控制提供参考,利用电磁场边界条件求解麦克斯韦方程组,得到了浅海中船舶尾流感应电磁场的数学模型,并对船舶尾流感应电磁场的特性进行了仿真分析。重点分析了尾流感应电磁场... 详细信息

为了完善船舶电磁场的特性研究,为船舶水下远程探测和特征信号控制提供参考,利用电磁场边界条件求解麦克斯韦方程组,得到了浅海中船舶尾流感应电磁场的数学模型,并对船舶尾流感应电磁场的特性进行了仿真分析。重点分析了尾流感应电磁场的水下特性,结果显示感应电磁场信号在水下具有良好的特性:长波长、低频率,持续时间长,距离越远幅值衰减速度越小,功率谱为线谱,可用于船舶的远程水下探测。海上实测船舶尾流感应电场数据与理论仿真对比表明,实测数据的量级、变化趋势和功率谱均与理论模型的计算结果一致,证明了理论模型的正确性。

关键词：浅海船舶尾流感应电磁场麦克斯韦方程组水下特性远程水下探测电磁场信号

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变速海水运动感应电磁场数值模拟及特征分析

海洋与湖沼 2019年第2期50卷 261-268页

作者：周春李予国张宝强中国海洋大学海洋地球科学学院青岛266100 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室青岛266100 国家海洋技术中心天津300112

海水是一种高电导率的流体,根据电磁感应定律,运动的海水切割地磁场会在海水中产生感应电流,从而产生感应电磁场。本文从麦克斯韦方程出发,推导出一维速度场海水运动感应电磁场偏微分方程,利用电磁场水平分量在海表面和海底面上的连续... 详细信息

海水是一种高电导率的流体,根据电磁感应定律,运动的海水切割地磁场会在海水中产生感应电流,从而产生感应电磁场。本文从麦克斯韦方程出发,推导出一维速度场海水运动感应电磁场偏微分方程,利用电磁场水平分量在海表面和海底面上的连续性条件,得到海水运动感应电磁场表达式,并编写了Fortran计算程序。计算了常速度海水运动感应电磁场,并与格林函数法计算结果进行了对比,两种方法的计算结果一致。计算了变速度(即海水运动速度随深度变化)海水运动感应电磁场,并讨论了海水运动周期和海底介质电导率对海水运动感应电磁场的影响。计算结果表明:海水运动周期和海底介质电导率对常速度海水运动和变速度海水运动感应电磁场都有影响,但影响程度不同。在本文所述模型和参数条件下,海水运动感应电场和感应磁场振幅分别可达6μV/m和10nT,这与海洋大地电磁响应的量级相当。因而在处理海洋大地电磁数据时,海水运动感应电磁响应是不可忽略的噪音干扰,需要采用必要的压制手段。

关键词：一维海水运动感应电磁场变速度海水运动周期海底介质电导率

有限水深海浪背景下船舶尾流感应电磁场数值模拟

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2020年第12期50卷 107-114页

作者：王向坤李予国李建凯朱心宇中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266237

本文建立有限水深海浪-尾流电磁场地电模型,根据麦克斯韦方程组及速度场表达式,考虑了分界面处电场连续性以及海底介质的影响,推导出新的有限水深三层介质中海浪及船舶开尔文尾流感应电磁场表达式。采用多频率线性叠加方法,模拟三维海... 详细信息

本文建立有限水深海浪-尾流电磁场地电模型,根据麦克斯韦方程组及速度场表达式,考虑了分界面处电场连续性以及海底介质的影响,推导出新的有限水深三层介质中海浪及船舶开尔文尾流感应电磁场表达式。采用多频率线性叠加方法,模拟三维海浪感应电磁场;利用电磁场水平分量在分界面处连续条件得到船舶尾流感应电磁场计算式。通过仿真计算,分析了有限水深海浪感应电磁场、尾流感应电磁场以及海浪背景下尾流感应磁场响应特征。

关键词：三维海水运动海浪船舶开尔文尾流感应电磁场

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有限水深海流感应电磁场数值模拟

中国海洋大学学报（自然科学版） 2020年第8期50卷 109-114页

作者：朱心宇李予国中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266237

海水是一种高电导率的流体。不停运动的海水因切割地磁场而产生感应电流,从而产生感应电磁场。本文从麦克斯韦方程出发推导了地磁场三分量作用下一维海流感应磁场表达式,并分析了地磁场水平分量对海流感应电磁场的影响。计算表明地磁场... 详细信息

海水是一种高电导率的流体。不停运动的海水因切割地磁场而产生感应电流,从而产生感应电磁场。本文从麦克斯韦方程出发推导了地磁场三分量作用下一维海流感应磁场表达式,并分析了地磁场水平分量对海流感应电磁场的影响。计算表明地磁场水平分量的影响随纬度变化。在高纬度地区地磁场水平分量对海流感应电磁场影响很小,而在低纬度地区它会对海流感应电磁场产生明显的影响。本文还分析了变化的海水电导率对海流感应电磁场的影响。

关键词：海流感应电磁场地磁场三分量

高精度潮汐三维感应电磁场模拟及地磁卫星轨道需求分析

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中国科学：地球科学 2024年第1期54卷 172-185页

作者：任政勇杨聪姚鸿波唐旭汤井田张可可中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室中国澳门999078

地磁台站和地磁卫星能观测到饱含钠、氯离子运动海水切割地球主磁场产生的感应磁场数据.计算潮汐感应电磁场的三维高精度空间分布是从潮汐电磁数据中获得海洋底部电导率结构的关键,更是设计与优化地磁台站、电磁卫星轨道的重要依据.现... 详细信息

地磁台站和地磁卫星能观测到饱含钠、氯离子运动海水切割地球主磁场产生的感应磁场数据.计算潮汐感应电磁场的三维高精度空间分布是从潮汐电磁数据中获得海洋底部电导率结构的关键,更是设计与优化地磁台站、电磁卫星轨道的重要依据.现有的潮汐(或运动海水)感应电磁场正演计算方法普遍存在难以精确模拟真实海岸线、不均匀陆地与海水表层、复杂地球深部结构影响的问题,从而降低潮汐感应电磁数据的解释水平.为解决此问题,本文开发了一种基于四面体单元的潮汐感应电磁场矢量有限元计算方法,具备精确模拟真实海岸线、不均匀陆地与海水表层、复杂地球深部结构影响的能力.首先,推导了运动海水感应电磁场满足的边值问题,结合四面体单元,利用矢量有限元计算方法求解了运动海水感应电磁场.然后,利用最新的海洋深度与海底沉积层模型,建立了包含真实海岸线、不均匀陆地与海水电导率分布的地球三维电导率模型,以M2潮汐激励源为例计算潮汐感应电磁场,通过与球谐有限元和积分方程结果的对比,来验证本文方法的正确性.最后,利用计算的高精度M2、N2和O1潮汐感应电磁场信号,筛选出能观测到强M2、N2和O1潮汐磁场信号的全球标准地磁台站,并预测了适用于潮汐信号观测的台站分布.另外,还计算了澳科一号及后续卫星450与200km轨道高度的潮汐感应磁场分布特性,计算结果表明:200km高度潮汐磁场幅度约为450km高度的2倍,M2、N2和O1潮汐在200km高度的感应磁场最大幅值分别为磁传感载荷测量精度(0.5nT)的8倍、2倍和3倍,近地200km低轨道具有探测新西兰、冰岛南部、印度洋南部、南极洲罗斯海域和鄂霍茨克海海底岩石圈和软流圈高分辨电性结构的巨大潜力,还具有研究大尺度海洋动力学过程与性质的潜力.

关键词：运动海水感应电磁场潮汐地磁卫星澳科一号

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KCS船舶尾流感应电磁场仿真分析

水下无人系统学报 2024年第5期32卷 818-822,832页

作者：兰青闫林波任斌斌西安工业大学基础学院陕西西安710021

为了更系统地研究船舶在航行过程中引起的尾流感应电磁场,文中以有限元法为基础,利用磁流体力学、麦克斯韦方程组等电磁场和流体力学理论,对KCS船舶尾流运动产生的感应电磁场进行仿真分析。结果表明:KCS船舶尾流感应磁场量级在可探测范... 详细信息

为了更系统地研究船舶在航行过程中引起的尾流感应电磁场,文中以有限元法为基础,利用磁流体力学、麦克斯韦方程组等电磁场和流体力学理论,对KCS船舶尾流运动产生的感应电磁场进行仿真分析。结果表明:KCS船舶尾流感应磁场量级在可探测范围内有明显的分布规律;尾流感应磁场在传播方向上存在极值,其大小与测量位置相关;尾流感应磁场先随距离增大到极值,再沿传播距离方向逐渐衰减;尾流电流密度沿传播距离方向逐渐衰减。文中的研究可为海洋电磁探测及船舶跟踪和定位等研究提供参考。

关键词：船舶尾流感应电磁场磁流体力学有限元法

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