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基于航空瞬变电磁法的水下高导体探测方法

李丁山 屈文璋 许诚 栾晓东 孙溥 姚斌 冉启顺 潘笑 卓贤军 郭锐 闫建峰

李丁山, 屈文璋, 许诚, 等. 基于航空瞬变电磁法的水下高导体探测方法[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(4): 607-613 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0063
引用本文: 李丁山, 屈文璋, 许诚, 等. 基于航空瞬变电磁法的水下高导体探测方法[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(4): 607-613 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0063
LI Dingshan, QU Wenzhang, XU Cheng, LUAN Xiaodong, SUN Pu, YAO Bin, RAN Qishun, PAN Xiao, ZHUO Xianjun, GUO Rui, YAN Jianfeng. Underwater Detection Method of Highly Conductively Targets Based on Airborne Transient Electromagnetic Method[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(4): 607-613. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0063
Citation: LI Dingshan, QU Wenzhang, XU Cheng, LUAN Xiaodong, SUN Pu, YAO Bin, RAN Qishun, PAN Xiao, ZHUO Xianjun, GUO Rui, YAN Jianfeng. Underwater Detection Method of Highly Conductively Targets Based on Airborne Transient Electromagnetic Method[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(4): 607-613. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0063

基于航空瞬变电磁法的水下高导体探测方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0063
详细信息
    作者简介:

    李丁山(1977-), 男, 博士, 研究员, 主要研究方向为水下目标探测及长波通信等领域

  • 中图分类号: TJ630.34; U674

Underwater Detection Method of Highly Conductively Targets Based on Airborne Transient Electromagnetic Method

  • 摘要: 随着声、磁隐身技术的快速发展, 主流的声探测和被动磁探测效能大幅降低。经典的航空瞬变电磁法凭借主动探测、对高导体敏感及探测速度快等优势, 在水下高导体目标探测领域极具潜力。文中从航空瞬变电磁法原理出发, 基于圆形中心回线装置形式求得时间域垂直磁场响应公式, 通过构建海水—高导电层—海水—海底岩石层状模型, 研究了不同目标层深度及不同收发高度下一维模型中垂直磁场响应特征; 并基于三维时域有限体积法对水下高导长方体进行正演计算, 获得接收线圈中心处dBz/dt的衰减曲线。一、三维仿真结果均表明: 当海水中存在高导电率目标体时, 其垂直磁场响应特征与无目标存在时有明显差异。反演成像中, 利用高斯白噪声合成不同信噪比的仿真数据, 结合OCCAM反演算法对水下目标体进行一维计算, 对比不同信噪比下水中目标检测效果。结果显示: 当信噪比大于等于10 dB时, 水中存在的高导电层可以被有效检测; 当达到40 dB时, 高导电层的深度及厚度信息也有较好地判断。最后, 在40 dB的信噪比下, 将高导电层电阻率值按比例减小, 发现该方法仍对目标层的深度信息有明显的反应。综合以上正演及反演计算过程, 有效验证了该方法在水下高导体探测领域的可行性。

     

  • 图  1  ATEM法探测原理示意图

    Figure  1.  Detection principle based on ATEM method

    图  2  一维层状模型

    Figure  2.  One-dimensional layered model

    图  3  目标层在不同深度处的垂直磁场响应对比图

    Figure  3.  Comparison of vertical magnetic field responses of target layer at different depths

    图  4  不同收发高度时垂直磁场响应对比图

    Figure  4.  Comparison of vertical magnetic field responses at different transmitting and receiving heights

    图  5  三维空间离散化

    Figure  5.  Spatial discretization in three-dimensional space

    图  6  不同电流下垂直磁场响应对比图

    Figure  6.  Comparison of vertical magnetic field responses under different currents

    图  7  不同信噪比数据质量对比图

    Figure  7.  Data quality comparison of different SNRs

    图  8  不同信噪比数据反演结果图

    Figure  8.  Inversion results of different SNR data

    图  9  40 dB下目标体不同电阻率值反演结果图

    Figure  9.  Inversion results of different resistivity values of target at 40 dB

    表  1  层状模型参数表

    Table  1.   Parameter table of layered model

    层序电阻率/(Ω·m)厚度/m备注
    第1层0.250 004.5海水层
    第2层0.000 051.0高导电层
    第3层0.250 00294.5海水层
    第4层200.000 00$\infty $海底层
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-20
  • 修回日期:  2023-07-24
  • 网络出版日期:  2023-08-14

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