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水下目标综合磁场时空特性分析

董昕瑜 王宏磊 杨益新

董昕瑜, 王宏磊, 杨益新. 水下目标综合磁场时空特性分析[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0073
引用本文: 董昕瑜, 王宏磊, 杨益新. 水下目标综合磁场时空特性分析[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0073
DONG Xinyu, WANG Honglei, YANG Yixin. Analysis of Spatiotemporal Characteristics for Underwater Target's Comprehensive Magnetic Field[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0073
Citation: DONG Xinyu, WANG Honglei, YANG Yixin. Analysis of Spatiotemporal Characteristics for Underwater Target's Comprehensive Magnetic Field[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0073

水下目标综合磁场时空特性分析

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0073
基金项目: 国家自然科学基金联合基金重点支持项目资助(U2341201), 国家自然科学基金面上项目资助(52271350), 基础产品创新科研项目资助(14520208040), 西北工业大学硕士研究生实践创新能力培育基金资助(PF2025003).
详细信息
    通讯作者:

    王宏磊(1987-), 男, 博士, 副教授, 研究方向为水下目标非声探测和跨介质通信.

  • 中图分类号: U674.941; TJ63

Analysis of Spatiotemporal Characteristics for Underwater Target's Comprehensive Magnetic Field

  • 摘要: 水下目标辐射磁场的精确建模对磁探测技术的发展具有重要意义。目标辐射磁场主要分为磁异常场和尾流磁场, 而磁传感器在探测时通常接收的是磁总场信号。目前的研究主要针对磁异常场和尾流磁场分别进行仿真分析, 缺乏对两者集成后的辐射机理、传播模型、时空特性和衰减规律的系统研究, 难以有效推动水下目标磁探测技术的发展。为此, 文中提出一种水下目标综合磁场时空特性分析方法, 采用COMSOL和MATLAB软件分别对磁异常场和尾流磁场进行建模研究, 经矢量叠加集成两种磁场模型, 综合分析目标辐射磁场的时空特性及衰减规律, 提升了综合磁场的求解效率与模型精度, 同时揭示了目标运动参数对综合磁场的具体影响规律, 为水下目标磁探测的高精度建模提供了理论支撑。

     

  • 图  1  水下目标综合磁场联合仿真分析流程

    Figure  1.  Joint simulation analysis process of comprehensive magnetic field for underwater targets

    图  2  水下目标等效旋转椭球体的几何模型图

    Figure  2.  Geometric model diagram of the equivalent rotating ellipsoid of the underwater target

    图  3  水下目标运动过程中产生的尾流示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of the wake generated during the movement of underwater target

    图  4  飞机探测平面、路径及点的空间位置关系示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of spatial location relationship between the detection plane, line and point

    图  5  探测路径上的目标辐射磁场矢量场分布图

    Figure  5.  Vector field distribution of the target radiation magnetic field along the detection line

    图  6  探测平面上的目标辐射磁场总场分布图

    Figure  6.  Total field distribution of the target radiation magnetic field on the detection plane

    图  7  探测点上的目标综合磁场矢量场变化图

    Figure  7.  Variation diagram of the target integrated magnetic vector field at the detection point

    图  8  探测路径上的目标综合磁场矢量场变化图

    Figure  8.  Variation diagram of the target integrated magnetic vector field along the detection line

    表  1  水下目标和计算域参数设置

    Table  1.   Underwater target and computation domain parameters setting

    名称参数
    总长/m107.6
    最大直径/m12.2
    外壳厚度/m50
    相对磁导率200
    计算域长度/m1 000
    海水电导率/(S·m−1)4
    海水相对磁导率1
    海水相对介电常数80
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    表  2  不同航速时的目标综合磁场矢量场最大幅值

    Table  2.   Maximum magnitude of the target's comprehensive magnetic vector field at different sailing speeds

    航行速度/kn $\max \left| {{B_x}} \right|$/nT $\max \left| {{B_y}} \right|$/nT $\max \left| {{B_{\textit{z}}}} \right|$/nT
    22.0 74.58 18.90 18.07
    21.5 63.43 12.88 18.07
    21.0 54.69 8.20 18.07
    20.5 48.44 4.88 18.07
    20.0 44.37 2.73 18.07
    19.5 41.99 1.48 18.07
    19.0 40.74 0.84 18.07
    18.5 40.30 0.55 18.07
    18.0 40.25 0.47 18.07
    下载: 导出CSV

    表  3  不同潜深时的目标综合磁场矢量场最大幅值

    Table  3.   Maximum magnitude of the target's comprehensive magnetic vector field at different diving depths

    下潜深度/m $\max \left| {{B_x}} \right|$/nT $\max \left| {{B_y}} \right|$/nT $\max \left| {{B_{\textit{z}}}} \right|$/nT
    80 87.70 16.23 28.54
    85 70.88 10.30 25.44
    90 59.16 6.45 22.60
    95 50.81 4.23 20.16
    100 44.37 2.73 18.06
    105 39.40 1.75 16.23
    110 35.52 1.20 14.71
    115 32.29 0.81 13.29
    120 29.60 0.65 12.04
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-05-28
  • 修回日期:  2025-07-17
  • 录用日期:  2025-07-22
  • 网络出版日期:  2025-09-16

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