基于磁偶极子等效的潜艇空间磁场分布

磁偶极子磁场空间分布模式磁偶极子是一种复杂的磁场产生源，它的磁场是由一个正、负磁荷的偶极子组成，将其分为两个独立的磁单极，分别制作正、负磁极，它的磁场空间分布模式受到三种情况的影响：磁偶极子的朝向、磁偶极子的位置以及观察点与磁偶极子的相对位置。

首先，磁偶极子的朝向对磁场空间分布模式产生重要影响。

磁偶极子的磁场方向与磁偶极子的偶极矩朝向相同。

当磁偶极子指向被观察空间的方向时，磁场强度达到最大值；当磁偶极子与被观察空间垂直时，磁场强度为零。

因此，磁偶极子的朝向决定了磁场空间分布的方向和强度。

此外，磁偶极子的位置也对磁场空间分布模式产生影响。

当磁偶极子位于被观察空间内部时，磁场强度随着距离磁偶极子的距离增加而减小，遵循反比关系。

在磁偶极子的周围形成一个环状的磁场分布。

当磁偶极子位于被观察空间外部时，磁场分布形成一个类似于电偶极子的磁场分布，其磁场方向由每个磁单极的指向决定。

最后，观察点与磁偶极子的相对位置也对磁场空间分布模式产生影响。

离磁偶极子越近，磁场的强度越大；离磁偶极子越远，磁场的强度越小。

此外，观察点与磁偶极子的角度也会影响磁场强度的大小。

当观察点位于磁偶极子的轴线上时，磁场强度最大；当观察点位于磁偶极子的轴线旁时，磁场强度逐渐减小。

观察点与磁偶极子的相对位置决定了磁场强度的分布情况。

综上所述，磁偶极子的磁场空间分布模式由磁偶极子的朝向、位置以及观察点与磁偶极子的相对位置共同决定。

在具体的实际应用中，磁偶极子的空间分布模式对于电磁学和磁学的研究都具有重要意义，例如在磁共振成像中，对于磁偶极子的磁场分布进行合理设计和优化，可以提高成像质量和分辨率，以及在磁场传感器等领域的应用也有重要的参考价值。

三磁偶极子磁体舰船磁场仿真
牛龙飞;李斌;张静
【期刊名称】《计算机仿真》
【年(卷),期】2009(026)003
【摘要】针对磁偶极子阵列对舰船磁场建模需要磁偶极子数量较多,排列复杂,在工程较难实现的问题,首次提出用三个磁偶极子对舰船磁场进行建模.建模过程首先选定磁偶极子位置,然后用最小二乘法计算磁矩,计算并仿真舰船磁场,最后分析仿真磁场与水雷动作参数之间关系,结果表明用三个磁偶极子建模得到的磁场在幅度上有一定的精度,而且磁场梯度较高,可以在低航速下模拟相对高速的舰船磁场通过特性.由于磁偶极子数较少,排列规则,在工程上有广阔的应用前景.
【总页数】4页(P12-15)
【作者】牛龙飞;李斌;张静
【作者单位】西北工业大学航海学院,陕西,西安,710072;92493部队,辽宁,葫芦岛,125000;西北工业大学航海学院,陕西,西安,710072;西北工业大学航海学院,陕西,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TJ8
【相关文献】
1.基于相关性判据的磁体磁性磁偶极子近似距离条件分析 [J], 王光辉;郭正东;王超;高盛峰
2.一种基于磁偶极子模型的铁磁体近场计算方法 [J], 余杰;林春生;周建军
3.基于偶极子方式的舰船磁场仿真技术研究 [J], 杨立健;刘天华
4.三轴线圈磁体模拟产生舰船磁场的方法 [J], 黎敏谦;陈菊秋;李雪
5.单螺管型高温超导储能磁体的ANSYS磁场仿真分析 [J], 王晶晶;罗映红;杨徉;魏蔚
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潜艇空间磁场测量计算新方法的研究
张维;张国友
【期刊名称】《舰船电子工程》
【年(卷),期】2010(030)004
【摘要】由于舰船磁场测量计算受测量场地的水深、磁传感器的布设数量、排列方式、以及建模所选磁模拟体个数等因素的影响,所以引入一种潜艇磁场测量计算新方法.以磁模拟混和体作为仿真模型,经过仿真和实测验证,证明此方法的准确性和实用性.它在磁场测量时与测量点分布、位置无关,这对提高船体磁场测量效率和精度有重要意义,在工程上有广阔的应用前景.
【总页数】4页(P170-173)
【作者】张维;张国友
【作者单位】海军工程大学电气与信息工程学院,武汉,430033;海军工程大学电气与信息工程学院,武汉,430033
【正文语种】中文
【中图分类】TM154.2
【相关文献】
1.深海中潜艇腐蚀相关磁场全空间分布特征分析 [J], 陈聪;李定国;蒋治国;龚沈光
2.潜艇空间磁场的建模分析与运用 [J], 章尧卿;毛世超
3.基于磁偶极子等效的潜艇空间磁场分布 [J], 张朝阳;虞伟乔
4.利用磁场对水下潜艇进行定位追踪的新方法 [J], 隗燕琳;陈进明
5.高精度新方法测量计算船舶磁场分布 [J], 陈芸;赵培聪
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基于感应磁场的潜艇磁异常计算模型
刘辉
【期刊名称】《鱼雷技术》
【年(卷),期】2018(026)002
【摘要】由地磁感应引起的潜艇磁异常是现代航空反潜的重要依据, 研究磁异常对潜艇防护有重要意义,文中针对潜艇感应磁异常缺乏完整计算模型的现状, 采用磁体模拟法将潜艇感应磁矩看作3个正交磁偶极矩的叠加, 并根据潜艇椭球体模型在外场中的磁化规律, 推导了感应磁矩的解析表达式, 进而得到磁异常计算公式.最后通过仿真, 得到潜艇感应磁异常在高空的分布特性, 仿真结果符合实际情况, 基本印证了计算模型的正确性.
【总页数】5页(P152-156)
【作者】刘辉
【作者单位】中国船舶重工集团公司昆明船舶设备研究试验中心, 云南昆明, 650051
【正文语种】中文
【中图分类】TJ67;O484.52;U665.18
【相关文献】
1.基于地磁模拟的潜艇感应磁场测量 [J], 衣军;张朝阳;虞伟乔
2.基于改进EMD算法的水下潜艇磁异常信号处理分析 [J], 孙华庆;王丹
3.基于磁异常检测的潜艇探测探头类型分析 [J], 陈宇沁;周宏威;袁建生
4.基于感应磁场的潜艇磁异常计算模型 [J], 刘辉;
5.改进的内外映射法推算潜艇外部感应磁场 [J], 何保委;刘胜道;赵文春;周国华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于电流线等效的潜艇磁场估算与仿真陈聪;魏勇;姚陆锋;蒋治国;龚沈光【摘要】根据潜艇水下腐蚀相关电磁信号的产生机理，该文提出可采用由电偶极子首尾相接而成的电流线对其进行模拟。

分别采用边界元建模及电流线建模方法对潜艇模型的水下静态电场进行计算，对比分析结果表明，将电流线作为对潜艇水下腐蚀相关静态电磁信号进行估算的数学模型是可行的。

在此基础上，结合分层导电媒质中水平直流电偶极子的磁场表达式，对潜艇腐蚀相关静态磁场在全空间中的分布特征进行了仿真分析。

结果表明，空气中潜艇腐蚀相关静态磁场近场量值可测，分布特征明显，可用于航空探潜；海水中潜艇腐蚀相关静态磁场远场按距离的平方反比衰减，可用于消磁潜艇的远程探测。

分析所得典型结论为进一步的应用研究奠定了基础。

%According to the generation mechanism of the underwater corrosion-relative-electromagnetic field of submarine, a current-line which is regarded as end-to-end electric dipole is proposed to simulate the field distribution. Firstly, the underwater static electric field of a submarine model is calculated respectively by the boundary-element method and the current-line method, and the contrastive analysis of the calculation results shows it is feasible that the current-line mode is selected to estimate the underwater corrosion-relative- electromagnetic field of submarine. Then, based on the magnetic field expressions of the horizontal static electric dipole in layered-conductive media, the static corrosion-relative-magnetic field distribution of the submarine in all the space is simulated and analyzed. The simulation results show that, the near-field of the magnetic field in air is suitable to be as a new target of the aerial submarine huntingbecause of its measurable magnitude and obvious distribution characteristic, as well as the far-field is suitable to be as signal source for remote detection or position fixing of the degaussing submarine becauseit degenerates with the inverse square of the distance. The typical research results lay the foundation for the further application research.【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】7页(P461-467)【关键词】腐蚀相关静态磁场;兵器科学与技术;腐蚀相关静态电场;水平直流电流线;估算模型【作者】陈聪;魏勇;姚陆锋;蒋治国;龚沈光【作者单位】海军工程大学理学院武汉 430033;大连理工大学船舶工程学院大连116023;海军工程大学理学院武汉 430033;海军工程大学理学院武汉 430033;海军工程大学兵器工程系武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】TM15;TJ6潜艇在海洋环境中航行时，由于建造材料的腐蚀以及所采取的防腐措施，艇体周围的海水中将出现稳恒电流，称为腐蚀电流或防腐电流。

基于地磁模拟的潜艇感应磁场测量作者：衣军张朝阳虞伟乔来源：《上海海事大学学报》2015年第01期摘要：为更好地对潜艇感应磁场进行测量，通过分析感应磁场的产生及测量原理，建立基于地磁模拟的感应磁场测量方法.通过在地磁模拟线圈中通电改变地磁场，根据模拟线圈通电前后潜艇磁场的变化计算感应磁场，从而实现单航向感应磁场的快速测量.实艇测量实验表明，该测量方法可快速、准确测量潜艇感应磁场，在实际的潜艇感应磁场测量及消磁工作中具有重要应用价值.关键词：感应磁场；磁场测量；地磁模拟；潜艇；消磁中图分类号： U674.76； TB972文献标志码： AAbstract：In order to measure the induced magnetic field of submarines more conveniently， a measurement method to the induced magnetic field based on geomagnetic simulation is proposed through analyzing the generating and measuring principle of the induced magnetic field. The geomagnetic field is changed by galvanizing the geomagnetic simulation loops， and then the induced magnetic field is calculated according to the change of the submarines’ magnetic field before and after galvanizing， which can achieve the fast measurement of the induced magnetic field in a oneway route. The experiment of a fullscale submarine shows that the method can be used to measure the induced magnetic field of submarines fast and accurately and is of important application value in the actual measurement of the induced magnetic field and degaussing of submarines.Key words：induced magnetic field； magnetic field measurement； geomagnetic simulation；submarine； degaussing0引言感应磁场是潜艇磁场的重要组成部分，是潜艇固定磁性处理和消磁绕组调整的重要参数[1]，随潜艇所处地理位置和航向的变化而变化.目前，有关感应磁场的研究主要集中在数值计算方面，常见的计算方法有有限元法[25]、积分方程法[610]、等效源法[11]以及新兴的磁矩量法[12]等，但数值计算无法取代实际测量.一方面，对于具体潜艇，数值计算结果的精度难以保证；另一方面，数值计算结果准确与否还需要通过实际测量进行验证.潜艇感应磁场的实际测量值一般通过两航向测量法（获得纵向和横向感应磁场）和两地测量法（获得垂向感应磁场）获得.[1]用两航向测量法测量潜艇感应磁场时，由于潜艇体积庞大，体形特殊，而消磁站的入口和航道狭窄，使得潜艇进出调换航向的过程非常费时、费力；另外，潜艇调换航向后其停泊位置很容易发生变化，相应的磁场测量位置坐标难以保证固定不变，因此会造成一定的测量误差.潜艇的垂向感应磁场理论上可以通过两地测量法获得，但实际上由于无法保证潜艇在长距离航行于两个纬度期间的磁性状态保持不变，故该方法在实践和精度上都是不可行的.文献[13]对利用补偿法测量船舶感应磁场进行讨论，但研究对象为实验室的船模，并且只研究垂直分量Ziz，实艇及其他分量的测量情况不得而知.本文从测量感应磁场的原理出发，对基于地磁模拟的单航向测量潜艇感应磁场的方法进行研究，通过在地磁模拟线圈（或地磁补偿线圈）中通电改变局部地磁场，根据通电前后潜艇磁场的变化计算潜艇感应磁场.该方法可避免调转航向和两地测量所造成的人力、物力和时间的浪费，可明显缩短消磁时间，提高消磁效率，对提高潜艇磁性防护能力具有重要意义.1测量方法原理分析潜艇在地磁场中磁化产生感应磁场的过程为一瞬时线性磁化效应，其特征主要有两点：一是磁化产生的感应磁场与地磁场同时存在或消失；二是所产生感应磁场的大小与相应地磁场大小成线性比例关系.根据式（2）～（4）可知，在不改变潜艇航向的情况下，通过地磁模拟可实现潜艇感应磁场的单航向测量.实施地磁模拟目前可以考虑两种途径：一是根据需要优化设计地磁模拟线圈，然后施工敷设进行测量；二是将现有消磁站已有的地磁补偿线圈作为地磁模拟线圈使用.2地磁模拟线圈优化设计由对感应磁场单航向测量原理的分析可知，为准确测量潜艇感应磁场，必须使潜艇所处空间的外磁场均匀改变，因此要使地磁模拟线圈产生的磁场在一定区域内具有较好的均匀度，需对地磁模拟线圈进行优化设计.磁场均匀度定义为Ji=Bi/B0，其中B0为区域中心的磁场，Bi为区域中任意点的磁场.在设计测量感应磁场用的地磁模拟线圈时，首先应根据实际要求确定磁场均匀区域的大小，并合理设定均匀度指标，然后根据实际工程环境和应用要求选择线圈形状，设置线圈系统的各个参数，建立基于均匀度误差和电缆总用量目标函数的多目标优化模型，利用基于多目标的优化算法[14]（如基于Pareto占优理论的多目标微粒群算法）求解该模型，得到线圈系统的各个参数，从而获得地磁模拟线圈设计方案，具体设计流程见图1.3.1测量过程测量实验过程主要包括：（1）潜艇进站前准备工作.包括线路检查、测量系统和电源的测试以及地磁模拟线圈（补偿线圈）产生磁场的测量.（2）用两航向测量法测量出潜艇感应磁场，将其作为标准感应磁场.这里要注意保持潜艇调转航向前后测量位置的相对一致性.（3）地磁模拟线圈通电补偿改变相应地磁场，测量潜艇和线圈的总磁场.（4）模拟线圈断电，测量潜艇磁场.（5）根据潜艇磁场变化计算感应磁场，并与标准感应磁场比较.3.2测量结果在纵向补偿线圈和横向补偿线圈中分别通入一定的电流，按照均匀度定义分别计算两组线圈内部产生磁场的均匀度，结果见图4.图4中坐标比例所对应的潜艇长度为5.48 m，宽度为0.48 m.由图4坐标范围可知，图中区域包括潜艇所处的区域，纵向补偿线圈的均匀度误差基本不超过5%，横向补偿线圈的均匀度误差不超过15%，越靠近中间均匀度越好，越靠近边缘均匀度越差.总体而言，对于潜艇所处的大部分空间，模拟线圈在其中产生的磁场都比较均匀，能够满足感应磁场测量中地磁场均匀改变的要求.3.3误差分析单航向测量法测量的感应磁场值与两航向测量法测量的感应磁场值相比，存在一定的误差，主要原因如下：（1）补偿线圈磁场均匀度因素.补偿线圈内部磁场无法达到理想的均匀度，不同区域的地磁场补偿情况存在差异，导致艇体不同部分磁化改变产生差异，这是测量误差产生的一大原因.纵向补偿线圈内部磁场的均匀度优于横向补偿线圈内部磁场的均匀度，因此测量出的纵向感应磁场Zix比横向感应磁场Ziy准确.（2）两航向测量法本身的误差.潜艇在调转航向前后，相对测量位置很容易发生变化，尽管实施过程会采取一定的控制措施，但产生一定的位置误差是不可避免的，因此由两航向测量法测量出的标准值本身存在误差，进而在与由单航向测量法测量出的值比较时形成误差.（3）磁探头产生的测量误差.消磁站部分磁探头的测量值会随工作时间、温度和外界环境的变化而发生一定变化，该变化也能产生一定的测量误差.4结论通过分析感应磁场的产生及测量原理，研究基于地磁模拟的潜艇感应磁场测量方法，通过在地磁模拟线圈中通电局部改变地磁场，在单航向上实现潜艇感应磁场的准确测量.消磁站的实艇测量实验验证单航向测量Zix和Ziy的可行性，表明基于地磁模拟的单航向测量潜艇感应磁场的方法是准确可行的.该测量方法省时、省力，可以推广应用到具有地磁补偿线圈的消磁站，对快速测量潜艇感应磁场、提高消磁效率具有重要意义.参考文献：[1]张连魁. 舰船磁场分析——临时线圈消磁[Z]. 武汉：海军工程学院， 1991： 1341.[2]RODER D， LEONARD P J， LAI H C. Surface elements for modeling 3D fields around thin iron sheets[J]. IEEE Trans Magn， 1993， 29（2）： 14831486.[3]BRUNOTTE X， MEUNIER G， BONGIRAUD J. Ship magnetization modeling by the finite element method[J]. IEEE Trans Magn， 1993， 29（2）： 19701976.[4]GORDON J， AIRD C. Modelling the induced magnetic signature of naval vessels[D]. Glasgow， UK： Department of Phys & Astron Univ Glasgow， 2000.[5]熊志鑫，夏侯命胜，张玉奎. 船舶自振特性分析[J]. 上海海事大学学报， 2013， 34（2）： 2329.[6]CHADEBEC O. Modelisation du champ magnetique induit par des toles， Identification de L’aimantation[D]. Grenoble： Institut National Polytechnique de Grenoble， 2001.[7]CHADEBEC O， COULOMB J L， BONGIRAUD J， et al. Recent improvements for solving inverse magnetostatic problem applied to thin shells[J]. IEEE Trans Magn， 2002， 38（2）： 10051008.[8]CHADEBEC O， COULOMB J L， CAUFFET G， et al. How to well pose a magnetization identification problem[J]. IEEE Trans Magn， 2003， 39（3）： 16341637.[9]VUILLERMET Y， CHADEBEC O， COULOMB J L， et al. Scalar potential formulation and inverse problem applied to thin magnetic sheets[J]. IEEE Trans Magn， 2008， 44（6）：10541057.[10]NGUYEN TS， GUICHON JM， CHADEBEC O， et al. Ships magnetic anomaly computation with integral equation and fast multipole method[J]. IEEE Trans Magn， 2011， 47（5）： 14141417.[11]KAZIMIERZ J， PAWEL Z，MIROSLW W. Multidipoles model of ship’s magneticfield[J]. Int J Appl Electromagnetics & Mech， 2012， 39： 183188.[12]GUO Chengbao，LIU Daming. Prediction of magnetic signatures of ship’s induced vertical magnetization[C]//IEEE 2012 6th Int Conf Electromagnetic Field Problems and Applications （ICEF）， 1921 June， 2012.[13]唐申生，周耀忠，刘胜道，等. 测量船舶垂向感应磁场的新方法[J]. 武汉理工大学学报， 2005， 29（5）： 659662.[14]COELLO C A， CORTES N C. Solving multiobjective optimization problems using an artificial immune system[J]. Genetic Programming & Evolvable Machines， 2005， 6（2）：163190.（编辑赵勉）。

一种基于磁偶极子模型的潜艇信号检测方法
庞学亮;林春生;张宁
【期刊名称】《海军工程大学学报》
【年(卷),期】2011(023)001
【摘要】针对航空磁探中目标矢量信号受到污染严重的情况.提出了远场磁性目标偶极子标量模型,将目标信号表示为三个非线性函数的线性叠加,给出了具体数学表达式,为了克服噪声影响,提高目标信号的检测概率,提出了一种基于信号子空间信号检测和参数估计新方法.该方法把实测信号向各个信号子空间投影,利用投影长度大小检测目标信号.最后,进行了计算机仿真,仿真结果表明:所提出的方法具有很高的目标检测概率,可以实现目标参数估计.
【总页数】4页(P73-76)
【作者】庞学亮;林春生;张宁
【作者单位】海军工程大学兵器工程系,武汉,430033;海军工程大学兵器工程系,武汉,430033;海军工程大学兵器工程系,武汉,430033
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.7
【相关文献】
1.一种基于磁偶极子模型的铁磁体近场计算方法 [J], 余杰;林春生;周建军
2.基于潜艇磁偶极子模型的航空磁探潜探测宽度模型与仿真 [J], 杨日杰;熊雄;郭新奇;韩建辉
3.一种基于二维云模型理论心电信号ST段的检测方法*★ [J], 刘新旭;苏智剑;高振奎;刘延涛;夏振宏;刘娜
4.一种基于二维云模型理论心电信号ST段的检测方法 [J], 刘新旭;苏智剑;高振奎;刘延涛;夏振宏;刘娜;
5.一种基于模型的水声弱信号检测方法 [J], 潘俊阳;韩晶;杨士莪
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潜艇磁偶极子近似距离条件分析
王光辉;朱海;郭正东
【期刊名称】《海军工程大学学报》
【年(卷),期】2008(020)005
【摘要】在潜艇磁化电流采用圆电流近似的条件下,对于远场该圆电流可以等效为磁偶极子.通过比较等磁矩圆电流和磁偶极子的磁场,定量给出了潜艇磁偶极子近似的距离条件.计算分析表明,满足磁偶极子近似的最近距离与极角有关,且不同磁场分量的极角分布规律不同.反潜飞机进行小视场磁异常探潜时,潜艇纵向磁场占主导,磁偶极子近似的最近距离约为圆电流半经的40～50倍,在200～250 m之间.
【总页数】4页(P60-63)
【作者】王光辉;朱海;郭正东
【作者单位】海军潜艇学院,航海观通系,山东,青岛,266071;海军潜艇学院,航海观通系,山东,青岛,266071;海军潜艇学院,航海观通系,山东,青岛,266071
【正文语种】中文
【中图分类】O441
【相关文献】
1.基于相关性判据的磁体磁性磁偶极子近似距离条件分析 [J], 王光辉;郭正东;王超;高盛峰
2.实例分析卫生防护距离和大气环境防护距离设置条件 [J], 黄舸
3.基于有限元法的潜艇磁场模型适用条件分析 [J], 高胜峰;朱海;王超;蔡鹏
4.鱼雷航速对潜艇鱼雷报警距离的影响分析 [J], 曹震卿;贾跃
5.磁偶极子近似条件下,变频带电谐振子的规范不变解 [J], 胡业腾
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