双桨船轴频电场建模与仿真_嵇斗

浅海中船舶轴频电场建模方法熊露;姜润翔;龚沈光【摘要】为了对浅海环境中的船舶轴频电场进行建模，以基本模拟单元---水平时谐电偶极子为例，根据惟一性原理结合边界条件求解赫兹矢量势。

通过电磁场与赫兹矢量势的关系式，推导了其在浅海环境下在海水中产生的电磁场的计算公式。

对水平直流电偶极子在三层介质下的电磁场分布进行了求解，对其在海水中产生电场的空间分布特性及通过特性进行了分析。

在实验室中模拟浅海海洋环境和水平时谐电偶极子，将水平时谐电偶极子和直流电偶极子在轴频段的电场分布仿真结果与实际测量结果做对比。

结果表明，时谐电偶极子实际电场分布与理论计算结果一致，证明了推导过程和所得解析表达式的正确性；水平直流电偶极子在对轴频电场的信号包络中进行求解时建模精度高，可替代水平时谐电偶极子的计算模型，且具有更高的工程实用性。

%In order to ship model the Shaft-ELFE in shallow sea,the basic simulation unit-time-harmonic horizontal electric dipole was taken for example,the Hertz vector potential was solved based on the uniqueness principle combined with boundary conditions.The electromagnetic field in shallow seawater was derived from the relational expression between Hertz vector potential and electromagnetic field.The electromagnetic field distribution of DC dipole in three media was solved.The simulated results show that the horizontal electric cell can be used to compute the harmonic cell at sufficiently low frequencies between 1 Hz and 7Hz.The conclusion was further confirmed in laboratory,utilizing the horizontal electric cell and the horizontal harmonic electric cell source in man-made seawater.Finally,the shallow marine environment andhorizontal time-harmonic electric dipole were simulated in the laboratory,the electric field distributions of time-harmonic electric dipole and DC dipole were compared.The results show that the time-harmonic electric dipole electric field distribution was consistent with the theoretical calculation,which proved that the derivation and analytical expression are correct;the horizontal time-harmonic current model can be replaced by horizontal DC dipole when the envelop of shaft-ELFE is simulated,and has a higher accuracy and practicability.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】6页(P98-103)【关键词】轴频电场;三层媒质;赫兹矢量势;时谐电偶极子;直流电偶极子【作者】熊露;姜润翔;龚沈光【作者单位】海军工程大学兵器工程系，湖北武汉 430033;海军工程大学兵器工程系，湖北武汉 430033;海军工程大学兵器工程系，湖北武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】TP316船舶在海水中航行时，不同金属之间产生的电化学腐蚀电流及由外加电流阴极保护(ICCP)系统产生的防腐电流会在船舶周围形成准静电场信号，在螺旋桨的调制下会产生轴频电场信号［1-2］，该信号因具有频率特征明显，传播距离远和不可避免等特点，可被应用于船舶主轴系的故障诊断以及水中目标的定位跟踪。

地磁场中潜艇运动感应静电场建模
嵇斗;王向军;柳懿;刘德红
【期刊名称】《四川兵工学报》
【年(卷),期】2014(000)007
【摘要】地磁场中的金属壳体潜艇在航行时会产生感应电动势，从而产生感应静电场，将潜艇简化为长椭球壳，分别建立了潜艇处于浮航和潜航两种状态下的运动感应静电场模型，给出了电场三分量表达式；以美海国军洛杉矶级潜艇为例进行了感应电场的仿真计算，获得了两种状态下潜艇水下电场分布，仿真结果表明：感应电场在潜艇附近量值较大，随距离衰减明显。

【总页数】3页(P4-5,8)
【作者】嵇斗;王向军;柳懿;刘德红
【作者单位】海军工程大学电气工程学院，武汉 430033;海军工程大学电气工程学院，武汉 430033;海军工程大学电气工程学院，武汉 430033;海军工程大学电气工程学院，武汉 430033
【正文语种】中文
【中图分类】O441
【相关文献】
1.运动潜艇的感应电场分布 [J], 汪小娜;肖昌汉;王向军;嵇斗
2.基于水平电流线的潜艇运动感应电场分析 [J], 唐剑飞
3.潜艇在海洋密度锋中受绕运动建模与仿真研究 [J], 徐亦凡;胡坤;刘常波
4.反潜作战中潜艇水下运动模型建模与仿真 [J], 罗光成;陈丁丁;焦振军;张英
5.基于BP网络的潜艇在海浪中运动的建模与仿真 [J], 戴余良;曾斌;邢继峰;曾晓华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

舰船轴频电场数据的采集与处理研究
李松;石敏;杜鑫
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2015(037)012
【摘要】舰船轴频电场是极其重要的目标识别特征之一.为了对其开展深入研究,研制了一套基于MSP430单片机的舰船轴频电场采集系统,获取海洋环境电场和舰船的轴频电场信号.对数据分析后发现:信号在近海港口易受强冲击干扰的影响,给目标检测带来困难.针对这种情况,首先对轴频电场数据进行预处理,利用一阶差分法去除数据中的奇异项,利用最小二乘法去除趋势项;然后通过自适应线谱增强器输出信号,结果证明该方法有效压制强冲击背景噪声,经过处理后的数据可直接用于舰船目标检测.
【总页数】4页(P100-103)
【作者】李松;石敏;杜鑫
【作者单位】海军装备研究院,北京100085;海军装备研究院,北京100085;海军装备研究院,北京100085
【正文语种】中文
【中图分类】TP274
【相关文献】
1.基于主动式轴接地系统的舰船轴频电场抵消方法 [J], 常明;姜润翔;张伽伟;龚沈光
2.舰船轴频电场的轴地有源补偿技术 [J], 张安明;张海鹏;程峥华
3.舰船轴频电场产生机理及控制技术 [J], 姜润翔; 张伽伟; 陈新刚
4.基于尺度-小波能量谱的舰船轴频电场检测算法 [J], 李越;张伽伟;程锦房;孙强
5.基于Rao检测器的舰船轴频电场滑动门限检测方法 [J], 喻鹏;程锦房;张伽伟;姜润翔
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基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型仿真有限元分析是一种模拟工程问题的分析方法，它可以模拟各种复杂问题的实现与解析。

在舰船工程领域中，有限元方法是一种重要的分析工具，它可以模拟电场模型和策略的实现。

本文将介绍基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型仿真。

在舰船工程中，轴频电场模拟是一项重要的分析工具。

它可以分析不同种类的电场来源，例如发电机房的电机，舰船漏水等。

这些电场来源会对舰船的设施和设备产生不同程度的影响，并且需求一种高效的分析方法来确保舰船的安全性。

基于有限元的轴频电场模拟源模型是一种流行的分析方法。

它的原理是将舰船轴频电场模型建立成一个由有限元组成的网络结构。

对于每个有限元，我们可以计算带有多个不同频率和幅度的电流的复杂电场来源。

这样，我们可以根据需要进行不同频率和幅度的电场分析。

有限元分析可以通过集成舰船不同部位的电场结构来预测可能的瞬时电压和电流变化。

这些分析结果可以用于指导电场分布设计和提高舰船在电磁频谱中的安全性。

同时，有限元分析也可以用于评估特定频率下的电场强度，以及电磁脉冲等频率下的电磁辐射效应。

船舶轴频电场模拟源模型仿真的过程包括以下步骤：1. 确定电场的起点和电源的位置。

2. 对电场模型进行网格化。

3. 计算每个单元中的电场和电流值。

4. 对不同频率和幅度的电流进行分析，对不同单元的电场进行计算并预测最大电场和电流变化。

5. 评估电磁信号的传播情况和可能的脉冲效应。

重要的是注意到，实际上在进行船舶轴频电场模拟源模型仿真时，也需要进行大量的实验和测试。

例如，可能需要在一些不同情况下进行测试，包括在天气条件下、船体受到外力影响时、甲板上的设备是否会影响电场的传播，等等。

总结而言，基于有限元的舰船轴频电场模拟源模型仿真是一种非常重要的分析工具。

对于电场的分析和预测，有限元分析不时证明是一种高效的方法。

同样，大量的实验和测试也具有同样的重要性。

因此，对于评估船舶电磁频谱中的安全性和可靠性，需要使用多种方法和技术，结合有限元分析和实验的结合，这样才能做出尽可能的准确预测。

船舶水下轴频电场测量系统的设计与实现谭浩;贾亦卓【摘要】电场信号是船舶一种重要的水下目标信号特征,为了对其特性进行深入研究,设计完成了一套移动台站式水下轴频电场测量系统,并使用该系统对海洋环境电场和船舶轴频电场进行了测量和分析.结果表明:该系统能够完成对水下环境电场和船舶轴频电场的测量工作,船舶水下轴频电场在频域上有明显的线谱特征,适合作为对海上船只进行远程探测的信号源.【期刊名称】《实验室科学》【年(卷),期】2017(020)005【总页数】4页(P64-67)【关键词】环境电场;轴频电场;船舶电场;测量系统【作者】谭浩;贾亦卓【作者单位】海军工程大学理学院应用物理系, 湖北武汉 430033;陆军装甲兵学院教练团, 北京 100027【正文语种】中文【中图分类】U675.6船身不同金属结构之间因电化学反应产生的腐蚀电流会经海水从船壳流向螺旋桨并通过各种轴承、密封和机械线路从螺旋桨返回到船壳形成回路[1-4]，因此，无论船舶是静止还是运动，其周围海水中都存在有电场，如图1所示。

电场是除声场、磁场和水压场之外又一明显的船舶水下物理场特征，按其形成的原因可分为静电场、轴频电场、谐波电场和感应电场等。

其中，静电场和轴频电场信号因频率极低而被统称为极低频电场信号，正因其频率极低的特点，它们能够在海水中传播较远的距离[5-8]。

为获得海洋环境和船舶水下的电场数据并对其进行分析，设计并实现了移动台站式测试系统，系统由进行系统控制和数据传输的水密电缆连接的水下测量体及岸上控制部分组成。

测量体可以根据需要临时布放到需要进行测量的水域，启动后可以实现船舶水下电场和环境电场的测量。

测量装置示意图如图2所示，水下部分通过水密电缆与岸上控制主机相连，密封桶的壳体材料为不会产生腐蚀电场或感应电场的1Cr18NiTa，确保对所需测量的信号不会形成干扰。

测量体底部配有一个质量约100kg的水泥板，目的是保证测量体入水后的向上姿态。

基于轴频电场机理的船体结构电学特性分析张海鹏;陈新刚;敖晨阳;龚文超【摘要】舰船轴频电场日益成为舰船的重要目标特性,易被对方探测、跟踪、定位和打击,在分析舰船电场电能来源的基础上,研究了舰船轴频电场的影响因素,分析舰船主要结构,建立其电学等效电路模型,变换、简化等效电路并进行分析,得出了电学特性.研究结果表明,轴系变化阻抗是舰船轴频电场的主要影响因素,电学特性分析是舰船轴频电场抑制技术的研究基础.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2015(037)002【总页数】3页(P24-26)【关键词】舰船;轴频电场;电学特性;轴系;等效电路【作者】张海鹏;陈新刚;敖晨阳;龚文超【作者单位】海军潜艇学院动力操纵系,山东青岛266042;92857部队,北京100161;海军潜艇学院动力操纵系,山东青岛266042;海军潜艇学院动力操纵系,山东青岛266042;92857部队,北京100161【正文语种】中文【中图分类】TM154.2+1;TM120 引言舰船电场是舰船的一项重要目标特性［1］，许多国家都在积极从事舰船电场的研究工作，前苏联早就利用舰船电场作为非触发引信，美国、英国和加拿大等国，也已经把消除舰船电场列入其舰船建造规范［2-4］。

舰船轴频电场是一种交变电场，会耦合交变磁场，衰减速率更慢，传播距离更远，更容易被对方电场监测系统、电场引信等探测到;其信号特征更易识别，更容易被用来对舰船进行探测、跟踪、定位和打击［5-6］。

抑制舰船轴频电场是消除舰船电场的重中之重。

本文在分析舰船轴频电场产生机理的基础上，研究了舰船轴频电场的主要影响因素，建立了与轴频电场相关的舰船结构电学等效模型并研究了其电学特性。

为舰船轴频电场抑制技术的研究奠定了基础，对增强舰船隐蔽性、应对电场探测技术挑战具有十分重要的意义。

1 舰船轴频电场产生机理分析1.1 产生舰船电场的电能来源分析现代舰船大都由不同金属材料建造而成，因电化学作用，不同金属在海水中具有不同的电极电位，特别是铜制的螺旋桨、管路、阀门等和钢制的舰船壳体之间会存在较高的电位差，形成腐蚀原电池，产生腐蚀电流。

船舶电站系统建模与仿真报告本文主要针对船舶电站系统的建模和仿真进行分析。

船舶电站系统是影响船舶运行的重要因素之一，其安全和可靠性对于船舶的运行具有重要的影响。

因此，建立船舶电站系统的模型以及实现仿真是非常必要的。

一、建模1.船舶电站系统船舶电站系统一般包括主机电站、辅机电站、起动电站、配电系统和控制系统。

其中，主机电站的主要功能是驱动船舶前进，辅机电站则提供帮助船舶完成其他工作的电力支持。

起动电站则用于启动发动机，配电系统则负责将电力供给到各设备中，控制系统则对系统进行监测和调整。

2.系统建模为了建立船舶电站系统的模型，需要对系统中的所有元件进行建模和分析。

首先，需要对主机电站的发动机进行建模和分析，分析其动力输出，燃料供给，冷却和润滑系统等方面的情况。

对于辅机电站中的元件，同样进行建模和分析，例如空调、泵、压缩机、水剂供应、高压气体系统，发电机、电池等。

同时，配电系统也需要进行建模，包括配电板、开关和配电盒等元件。

最后，控制系统也需要进行建模，分析其监测和控制的方式，以及控制面板的布局等。

二、仿真1.建立仿真模型建立船舶电站系统的仿真模型，可以使用MATLAB等仿真软件完成。

首先在仿真软件中导入电站系统的模型，配置各元件和其相应的参数，并设置仿真界面。

随后，设置系统运行的初始状态和环境条件，例如电池电量、燃油量、海况、风速等。

然后，应用相应的控制策略，调节各元件的工作状态，实现对船舶电站系统的仿真。

2.仿真实验仿真实验的主要目的是对电站系统的稳定性、安全性和可靠性进行评价，以及避免在实际运行中出现故障或失控等情况。

在仿真实验中，需要测试电站系统在不同的负载、环境条件和操作状态下的稳定性和工作效率。

因此，应设置多组实验模拟，模拟不同的工作条件，在模拟实验中反复测试电站系统的运行情况，从而进一步优化控制策略，提高系统的安全性和可靠性。

综上所述，船舶电站系统的建模和仿真可以有效地提高电站系统的安全和可靠性，为船舶的运行提供更好的支持。

船舶轴频电场跟踪孙宝全; 颜冰; 张伽伟; 姜润翔【期刊名称】《《国防科技大学学报》》【年(卷),期】2019(041)005【总页数】8页(P166-173)【关键词】轴频电场; 渐进更新扩展卡尔曼滤波; 状态空间模型; 电偶极子【作者】孙宝全; 颜冰; 张伽伟; 姜润翔【作者单位】海军工程大学兵器工程学院湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TJ610船舶轴频电场与船舶静态电场一样是船舶重要的水下电场信号，相比于船舶静态电场，轴频电场频率低、传播距离远，具有明显的线谱特征[1-2]。

轴频电场信号的包络可视为准静态电场信号，可以由水平电偶极子反演得到[3]，其中包含有位置信息，可以用来实现对船舶目标的跟踪定位。

目前轴频电场多用于目标的被动探测[4-6]，而在跟踪定位领域的应用鲜见报道。

在声学环境复杂的区域，相比于声学跟踪定位方法，电场跟踪所受影响相对较小，可以作为声跟踪定位的一个有效补充。

以卡尔曼滤波为代表的滤波估值算法可以根据传感器量测信息对目标的相关参数进行实时的估计，在目标跟踪领域获得越来越广泛的研究和应用[7]。

利用船舶轴频电场对船舶进行跟踪主要应用在水雷、水下预警防护系统中，由于此类装备对功耗和计算资源有较高的要求，为此对滤波算法的复杂度也提出了较高的要求。

相比于粒子滤波，卡尔曼滤波计算方法简单，计算量小，更利于在水下武器中的工程化实现。

船舶轴频电场的包络可视为准静态信号，因此可以将其视为静态电场(Static Electric field，SE)信号对其进行建模和跟踪。

但是与静态电场不同的是，轴频电场包络获得的是电场模值，因此也丢失了一部分的方位信息。

文献[8]中提出了一种在大初始误差条件下保持滤波稳定性的渐进更新扩展卡尔曼滤波(Progressive Update Extended Kalman Filter，PUEKF)。

算法相比传统卡尔曼滤波算法具有更好的稳定性和收敛性。

船舶缩比模型轴频电场的传播特征
船舶缩比模型轴频电场的传播特征已经成为近期深海技术研究的重点之一。

利用船舶
缩比模型和非有限域介质理论，可以研究轴频电场传播特征。

首先，在缩比模型中，有一部分深海大型动力驱动模型的仿真企业以不同的尺寸和形
状来模拟船舶的外形和动力模型。

具体来说，在海洋环境中，船舶的形状、参数差异会影
响轴频电场的传播特性；大型船舶可以在水下产生强电磁场，而小型船舶则只能产生弱电
磁场。

其次，在任何时候，船舶有一定的电势能量，这种能量的变化会影响整个系统的轴频
电场的传播特性。

船舶的电势能量本身可以划分为表面和室内两部分，而室内的变化对于
产生系统的射频电磁场响应是非常重要的。

再者，采用海洋仿真梯度算法来计算船舶形状及传播特性，以及使用下采样算法来解
析具有复杂形状的船舶形状。

此外，也可以考虑不同维度的阵列受体设计，多个遥感器可
以有效改变阵列的位置信息，提高轴频电场传播特性的准确性。

最后，在不同的深海环境中，深海受体的电磁介质参数也是一个重要的因素。

由于环
境噪声的影响，可以使深海受体的电磁介质参数发生变化，进而影响深海环境的轴频电场
的传播特性。

可以总结，船舶缩比模型轴频电场传播特性的研究与船舶外形、动力模型、海洋环境、受体设计及深海电磁介质参数等因素有关。

只有彻底认识这些因素并采取积极措施，才能
实现良好的深海技术研究和深海活动安全可行性分析。