运动潜艇的感应电场分布

运动潜艇的感应电场分布 海 军 工 程 大 学 学 第 卷 第 期 ::,,,:,,,, ,, , 年 月 ,:,, , ,,,,:,,,报 ::,,:,, :, :,,,, ,:,,,,,,,, :,,:,,:,,,,:, ,, ,:,,:,:,,,,,,,,,,::,,,,,,,:,,,:,,::,), 运动潜艇的感应电场分布 ，，，汪 小 娜 肖 昌 汉 王 向 军 嵇 斗 ,,，海军大学 电气与信息工程学院 武 汉 ,,::,, , 。 摘 要 采用相对论电磁变换法计算了单个磁偶极子匀速运动时产生的感应电场三分量 利 用沿圆柱面排 ，，列的磁偶极子阵列近似模拟潜艇的磁场分布 通过对磁偶极子阵列运动感应电场三分量的积分 运 算 得 到 了 潜 ，。 艇运动感应电场的分布规律 解决了由高斯定理计 算 感应电场因电场方向 不同难以进行积分运算的难题 利 ，，用海水中布放的传感器 实际测量了运动潜艇模型的感应电场 测量结果验证了所提出的感应电 场 计 算 方 法 的 。正 确 性 , ,,,,关 键 词 感 应 电 场 磁 偶 极 子 相 对 论 电 磁 变 换 潜 艇 ,,,,,中 图 分 类 号 文 献 标 志 码 文 章 编 号 :,,,,,::,),,,,,:,,:,)::::):, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,, ，，，,,:, ,,,:,,,,,: ,,,,,,,,,:, ,,,,,,:,,:,),),), ,，，，, ,:,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,:,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,::,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,:,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,, ,,,,,,,,:,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,:,,:,,,,,,,:,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,) ,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,:,,,:,,,,,,,,,,,, ,,,,, ，， ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,:,,,,,,, ,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,:, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,:,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,:,,,,:,,,,,, ,,,,:, ,,, , ,:,,,,:,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,:,,,,,,,,,,) ,,,,,,,:,,,, ,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,:,:,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,:,, ,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,，。 电 场 是 舰 船 的 基 本 物 理 场 之 一 且 具 有 可 观 的 强 度研 究 运 动 磁 偶 极 子 的 感 应 电 场 可 以 通 过 磁 ,,,，。 场 的 高 斯 定 理 计 算 得 到但 该 方 法 只 能 分 析 磁 偶 极 子 沿 极 矩 方 向 运 动 时 的 感 应 电 场 文 中 利 用 相 ，。 对 论 电 磁 变 换 通 过 参 照 系 的 变 换 推 导 出 了 磁 偶 极 子沿任意方向 运 动的 感 应 电 场 为 研 究 运 动 潜 艇 ,,,，，由 于 本 身 磁 性 而 感 应 的 电 场 以 磁 偶极子为 物 体磁性的基本模拟单元 以 沿 圆柱表面排列的 磁 偶极 ，。子 阵 列 近 似 模 拟 潜 艇 的 磁 场 分 布 通过积分 运算得到了潜艇感应电场分布 特 征 运动磁偶极子的感应电场 , ，，令 和 是 两 个 惯 性 系 取 直 角 坐 标 系 相 应 坐 标 轴 平 和, ,: ,, :,,′′′′′),), 。行 系 相 对 系 以 , ,′ ,。,,收 稿 日 期 修 回 日 期 ,,,,:,,:,:,,,:,,)))) 基 金 项 目 ,国家自然科学基金资助项目 ,,,中国博士后科学基金资助项目 ,,。 ,,::::,,,::,:,,,,,: ,,,，，，，，,。作 者 简 介 汪 小 娜 女 讲 师 博 士 主要研究方向为电路理论及电场防护 ,,:,)),,,,,,,,,,,,,,,:,, ,,,感 应 强 度 为 , , ,,,,,,,,,。,,? , ,,,,,,,,,, π), ,,, μ ,,。式 中 为 介 质 的 磁 导 率 为 磁 偶 极 矩 ,, μ ，在 图 所 示 的 惯 性 直 角 坐 标 系 系 中 磁偶极子磁感应强度 的 三个 分 量 ,, ,,,, , ,, , ,)) 为, , ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,) ,,π, ,,, μ烄 , ,), ,, ,,,,,,,,,,,, ,,,, ,,,,, ,,, ,π, ,μ 烅 ,, , ,), ,,,,,,,,。,,,,,,,,,, π,,, ,, 烆μ，，当 磁 偶 极 子 随 着 系 以 速 度 沿方 向作匀速运动时 根 据 电 磁 感 应 定 律 磁 偶 极 子 沿 极 距 方 , , , 向 , 。,,，?运 动 的 感 应 电 场 是 一 族 垂 直 于 轴 线 的 同 心 圆 见 图 有,,,,,,,)???, 图 磁偶极子的磁场及两惯性系之间的变换 图 运动磁偶极子的感应电场 ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,:, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,:,,, ,,,, ,),,,,, ,,,,,,,,,:,,,,,,:,:,,,:,,,,,,,,,::,,,,,,,,,, ,,可 以 根 据 相 对 论 理 论 的 电 磁 变 换 式 计 算 式 中的感应电场在 系 中 的 三 分 量,,′,,,, ,,′, , 烄 , , ,,, ,,′,,,,γ,, , 烅 ,,,,,,γ,),,′, , 烆 ,。 ,, ,,，,，。式 中 为 介 质 中 的 光 速 得到运动磁偶极子的感应 电 场分 量 为 ,,,),,,,γ槡 ββ ,′,, 烄 , ,), ,, ,,,,,,,,,,,,, ,,,,,, ,′,,:,γ,π, ,, μ烅 ,, , ,),,,,,,,,,,′,,,,,,,,,)γ,,π, ,,, 烆μ, 感 应 电 场 的 大 小 为 ,。 ,, , , , ,,,,,,,,, , ,,,,,,,,,,′′′′,? , ,, ,,γπ,, ,,槡μ, ,), ,,。,,,,, ，,，，,。,式 中 为 观 察 点 到磁偶极子运动轴线的距离 , ,,,,,槡,, ,,,,,，，设 系 数可 以得到磁偶极子沿极矩方向匀 速 运 动 时 在 系 中 距 离 磁 偶 极 ,,,,,,′γ,πμ ,,。动 轴 线 为 处观察到其感 应 的 电场大小 见 图 子 运 ,: , , 图 单磁偶极子的感应电场 ,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,:,, ,,,, ,第 期 ??汪 小 娜 等 运动潜艇的感应电场分布 , , ，，由 图 可 以 看 出 当 观 察点远离 磁偶极子运动轴线时 电 场 强 度 迅 速 衰 ,。减 圆柱面磁偶极子阵列的感应电场 , ，，,，，，,假 设 一 列 磁 偶 极 子 长 度 为中 心 位 于 点 以 速 度 沿轴 方 向 运 动 则 其 中 点 处 的 ,: , , ,:::磁 ， 偶 极 子 在 空 间 感 应 的 电 场 强 度 在 轴 上 的 分 量 为 在 轴 和, :,, 轴 上 的 分 量 为 ,,,,), , , ,,, ,,,, ,,烄,′, ,,,,: , , ::, ),, ,, ,, )) ? ,,, , ,烅 ,,, , ,) , 。,,,, , ,,′,,,,,,, ,,,, , ):):,, ,:,)? 烆 , ,,,,。,,式 中 可 以 得 ,,,,,γ,πμ ,,到 ,, ,′,,,,,,图 一 列 磁 偶 极 子 , ), , ,烄 ,, :烅 ,,,, ,,,,,,:,,,,,,,,,,:,,, ,,,,,,,。,, ,′,,,, , ,, ),, 烆 ,, ,, ,,, ,,,,,,,,,。式 中 电 场 的 大 小 为,, ,),,,,,,, ,,,,,,,,,,, 槡槡 , , , , ,。 ,,′ ,′′′,,,,? ,,, , ,,,,槡, ,,,,,,,), ，假 设 磁 偶 极 子 列 的 长 度为 则距离其运动轴线分别为 和 处 的 一 列 磁 偶 极 子 的 ,,: ,,: , ,: , 感 。，,，，应 电 场 如 图 所 示 与 图 比 较 可 以 看 出 当 时 电 场 达 最 大 值 并 且 一 列 磁 偶 极 子 的 电 场 ,,,,?,, 随 。着 的 增 加 其 衰 减 速 度 要 慢 , 图 一列磁偶极子的感应电场 , ,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,:,,,,,,,,,,:,,, ,,,, 用 沿 圆 柱 形 表 面 排 列 的 磁 偶 极 子 阵 列 来 拟 合 。性 潜 艇 设 由 磁偶极子组成的 圆 柱面的半径 为 磁 , ,,, ,见 ,。 ,,,,,，,,图 令 ,,),,,),,),, ,,,::, 槡 ,,, ,,,,,，，,,则 ,,,,,),,),,,,,::, 槡 ,,,,,,,,,,,,,′,,,,,,, ):, )):,, ,, ,, , ,,,,,,,,,,,,,,′,,, , ,),:, ),),:,图 圆柱面磁偶极子阵列 , 、，，将 则 有 代 入 ,,,:,,,,,,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,:, ,: : ,,, ,,,, 。, ,:,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,),,,,,,),,,:,),,,,,,,,,, 槡 ,,,,,,。圆柱面上的磁偶极子阵 列 在空 间 感 应的电场强度为 ,),,,,,,),,,:,),,,,,,槡, ,, , π ,,,, ,,, , ,,,,,,,,,,,,,,烄,′,,) ) ) , , , , ,, ,:,烅 , , π ,,,, ,,, , 。:? ,′,,,,:,,,,:,, , ,) , ) ,) : 烆 ? ，、,,。处 长 为半 径 为的圆柱排 列的磁偶 极子阵列的感应电场大小 见 图感应电场的极值同样 ,:,,, : ,。出 现 在 处 ,,?,, 图 圆柱形磁偶极子阵列的感应电场 : ,,,: ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,:,,:,,,,,,,,,,, ,,,, ，，，。，在 低 速 情 况 下 和 之 间 的 坐 标 转 换 关 系 为可 以 看 出 , ,′,′,,,,,′,,′,,,,，从 系 观 察 ,′。沿极矩 方向 运动的磁偶 极子阵 列 的感应电场以运动磁体的运动速度 向 前 传 播 运动潜艇模型的感应电场实测 , ，通过在 水下 布放电 场测量 传 感器测量水下各点 的电场强度的 各 个 分 量 值 就 可 以 了 解 水 下 舰 船 电 。，场 的 分 布 情 况 在 距 离 被 测 潜 艇 距 离处 放 置 个 正 交 的 银 氯 化 银 海 水 电 极 个 测 量 电 极 的 方 向 , ,, ) ，，分 别 平 行 于 舰 船 电 场 测 量 坐 标 轴 可得 到该处的电场强度 这里是把测量 电 极 处 的电场强度分布视为 。，,,分 布 实 验 中 所 用 的 潜 艇 模 型 的 磁 性 由 自 然 磁 化 而 得 到 参 数 如 下 最 大 长 度 为 最 大 均匀 ,,, , 宽 度 为 ,,。、,，最 大 高 度 为 模 型 重 量 约水 密 设 计 为 焊 接 防 水 胶 建 造 材 料 为 钢 板 厚 度 :,,, ,:,,, ,,:,,, , 为 。船 模 水 下 电 场 测 量 实 验 在 模 拟 浅 海 环 境 的 无 磁 , ,, ，、、。 性 电 场 水 池 内 进 行 水 池 长 宽 深 船 , ,, ,,,, , 模 以 。感 应 电 场 文 中 认 为 磁 偶 极 子 沿 圆 柱 表 面 是 均 匀 分 布 ,,图 潜艇模型的电场测量值 ,,,,:,,，的 ,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,:, 速 度 匀 速 前 进 在 距 离 船 模 处 测 得 的 电 ,:,, ,,,:,, ,, ,,,,,,,,,,:,,,,,,:,, ，场如 果 进 一 步 测 量 潜 艇 模 型 的 磁 场 分 布 应 首 先 利 用 磁 偶 极 。，，。如 图 所 示 从 图 中 可 以 看 出 利 用圆柱面分布的 磁 偶 子 的 分 布 来 拟 合 磁 场 分 布 从而得到 更为精确的感应电场 ,, ，极 子 阵 列 来 模 拟 磁 性 潜 艇 模 型 大 致 模 拟 了 模 型 运 动 时 结 束 语 ,的 ，从 上 面 的 分 析 和 实 验 结 果 的 比 较 可 以 看 出 用 磁 偶极子圆柱面 分布较 好地模拟了潜 艇 由于本 身磁 。，，性 而 产 生 的 感 应 电 场 另 外 从 理 论 上 的 分 析 可 知 潜艇感应电场的 正 向 和 负 向最大值分别出现在艇 ，，。首 和 艇 尾 附 近 可 以考虑 按 照 一定的方 式布放测量电极 从而估计潜艇 的 大 致 参 数 ,,,参 考 文 献 ,,,,,,,,,, ,,，，,,,，,,舰船电场特性初步 海军工程大学学报 龚 沈 光 卢 新 城 ,:,,::,,:,,),,,，,,,::,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,:,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,:,::,,,,,:,:,,,,,),,),,, ) ，，,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,::,,:,,),,,,,,,,,,, ,,, ,,下 转 第 页 :, ,第 期 ??薛 文 虎 等 用于目 标跟踪的自适应广义调频波形设计算法 , :, 结论 , ，文 中 提 出 一 种 用 于 目 标 跟 踪 的 自 适 应 波 形 设 计 算 法 用于替代现有 文 献 中 的 自适 应 ,,, ,,, 波 。,,形 设 计 算 法 仿 真 结 果 表 明 用于 目标跟踪的自适应波形设计算 法 可 显著 降低 目标跟踪 误差 提 ?? ,,。 的 自 适 应 波 形 设 计 算 法 性 能 优 于 文 献 中 的 自 适 应 波 形 设 计 算 法 原 因 在 于 出 ,,, :,,, ,,, 波 形 ，，具 有 更 低 的 距 离 多 普 勒 耦 合 特 性 能改 善 距 离和距离率的测量精度 从 而有 效提高目标跟踪性) ,,,参 考。 文 献 能 ,,,,,,,,,, ，，，,, ,, ,,,,,,,,,,,,,,:,,,:,,,,,,,,:,, ,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,:,,,,,,,,,,)) ,,,,，，,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,::,,,,,,),,,, , ,, ，,,,,,,,:,, ,,,,,: ,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,:,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,:,,, ,,,:,,,,,,, :,,,, ,，,,:,:,,,, ,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,:,:, , ,, ，,,,:,:,,:,,,,,:,,, ,,,:,,,,,,,,, ,,,,,,,,,:,,,,,:,,,,,,:,, ,,,,,,:,,:,,,,,,,,,,,,,,),),,,) ,,，，,,,,,,:,,,,, ,,,,,,:,,,,,,,,:,,,,,,,::,,,,,,,,),,,,,, ,, ，,, ，,:,,:,::,,,,:,,,:,,,,,,,,:,, ,,,:,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,, ,)) ),,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,:,,,,,,,,:,,,,:,,,,,,,:,,:,:,,,,,,,,,,,,,:,,,,:,,,,,,,,:,,,:,,,,,,,,,,, ,,, ,,, ,,，,，,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,:,,, ,,，，， ,,::,:,,, ,:,,:,::,,,,:,,,:,,,,,,,,:,, ,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,:,,,,,),),,,, ,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,, ,,:,,,,,,,:,,::, ,:,,,,,,,,,,,:,,:,,,,,:,,,,,) ,,,,, , ，,， ,,,,,,,,:,,,,:,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,::,,,,, ，,, ，，,, ,,,,,:,,, , ,,,:,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,:) ),,,,,, ，，,,,,,,,,,,,,,,,:,:,,,,:,,):,,, ,, ，，::,:,,:,,,,,,:,:,:,,,,,,,,:, ,,,,,,,,:,,,,, :,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,, ,,,,)),,,) ,,, ,,,,, ,:,, ,,,,, ,,,:,,,,,,,:,,:,:,,,,,,,,,,,,:,,,,:,,,,,,,,:, ,,,,,,,, ,:,,,,, ,:,,,:, ,,,,,,,, ,，,，,:,:,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,:,,,,,:,:, ,,,, ,, ，，,,,,,,,,,,,:,,,:,,,,,,,,:,, ,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,:,,,,,:,,,,,,,,:,)) ,,, ，,,,, ,:,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,, ,,,:,,,,,,, :,,,,, ,,,,,,,,,:,,, ,:,,,,,,,, :, ,,:,,,,,,,,,,, ，，,， ,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,::,,,,,,, 檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲 ,, 上 接 第 页,: ,,，，,,,，,,,陈 聪 李 定 国 运 动磁偶极子感应电场的理论和实验研究 华中科技大学学报 自 然 科 学 版 ,:,,:,:,,,:, ,,,),,,, ，,,,: ,:,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,),,, , ,) ,，，,,,,, ,,,,,,,:,, :,::,,,,,:, ,,,,,:,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,, ,,,,,:,::,,,,,,,,,,,,,:,:,,,:,, , ,, ,, ,,,),,,,,,,,,,,,, 周 俊 ，龚 沈 光 ，林 春 生 运动舰船的感应电场 ,,海军工程学院学报 ，,,,, :,,,,,,,,),,,,, , ，，,, :,:,:,,,::, ,,,,,,,,,: ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,, :,),,) ,,,, ，,,,,, ::,,,,,:,:,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,),,,,,,,,,,,,,,,,,,,, , ,,,,,,,,,:,,,,:,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,:, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:, :,::,,,,,:, ,, ,,,,, ,，，,,,,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,::,,:,,,,),,:,,, 陈 聪 ，李 定 国 ，龚 沈 光 运动舰船静态电磁目标特性的综合建模方法 ,,海军工程大学学报 ，，,,,,,:,,::,,,,,),, ,, , ，，,,: ,:,,,,,, ,,,,,,,,:,,:,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,:,::,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,),),,,, ) ,,, ,,，，,,,,, ,,,,,,,:,,,:,,,,,,:,::,,,,,:,:,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,::,,,,,),,,,,,,,,,,,, ,,,