[发明专利]基于海水离子分离磁场模型的水下目标探测方法及装置

说明书

本发明公开一种基于海水离子分离磁场模型的水下目标探测方法及装置，该方法步骤包括：S1.构建离子运动模型、极化电流密度模型，以及构建海水离子运动磁场初步模型，对构建的初步磁场模型在似稳假设下进行简化，以及根据离子运动模型、极化电流密度模型最终构建得到基于磁场强度与海水理化环境参数、水下目标的水动力学扰动参数的海水离子运动磁场模型；S2.进行水下目标探测时，实时获取海水溶液理化参数、水动力学扰动参数并输入至海水离子运动磁场模型中，得到海水实时磁场强度，根据得到的海水实时磁场强度判断是否存在水下目标。本发明能够实现海水中目标探测，且工程可实现性以及探测精度高。

技术领域

本发明涉及基于磁信息的水下目标探测技术领域，尤其涉及一种基于海水离子分离磁场模型的水下目标探测方法及装置。

背景技术

利用磁信息进行水下目标探测是一种重要的非声探测手段，随着当前低磁材料的应用和消磁技术的发展，原本作为探测磁源目标磁性材料磁场不断降低，探测难度不断增加，因此急需研究新型潜艇目标磁源。

电解质溶液中的离子带有电荷，而且质量、半径和摩擦系数等参数均有不同，在外界机械激励下，离子间的相对运动会导致溶液的电中性被破坏、产生极化电流，从而产生电磁场。高盐分海水中充斥着大量正负离子，如钠正离子和氯负离子，这些离子在潜艇等大型水下目标在运动过程中形成的水动力学扰动(可以看成是一种机械波激励)会使得这些离子运动并分离，从而产生电磁场。如图1所示，即水下目标在海中运动时可以产生外界机械激励，当电解质溶液被外部机械激励导致强制振动后，包括海水在内的电解质溶液中在外界机械波激励作用时，不同种类离子由于质量、摩擦系数、体积等参数的不同而产生分离，离子分离运动的大小与外部机械激励的速度、频率有关，而离子相对运动直接影响产生的电磁场。该由离子分离而产生的电磁场信号具有如下特点：1)与潜艇自身材料的磁性无关；2)只要水下目标运动就会存在，而且还会“如影相随”很长一段时间，无法消除。

水下电势测量在工程实践中不及磁信号便捷，因而磁信号是将上述理论模型应用于水下目标探测的关键。J.B.Peddell在上述理论模型的基础上做了一系列小量假设，最终用静态磁场的模型描述了由离子分离产生的磁场。但是实际上海水中离子的分离是动态的，因此产生的电磁场也是时变的，用静态磁场模型来描述离子分离产生的磁场是并不完全恰当的，而如果要完整描述离子分离产生的磁场，必须严格求解全空间的磁场波动方程。然而，严格求解全空间波动方程在工程计算上是较为困难的，即要基于传统磁场模型实现海水中水下目标探测的可实现性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种具有实现方法简单、计算量少、工程可实现性以及探测精度高的基于海水离子分离磁场模型的水下目标探测方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于海水离子分离磁场模型的水下目标探测方法，步骤包括：

S1.磁场模型构建：构建海水在外界机械波激励作用下的离子运动模型、极化电流密度模型，以及基于麦克斯韦方程构建海水离子运动磁场初步模型，对构建的海水离子运动初步磁场模型在似稳假设下进行简化以使得不考虑位移电流，并根据离子运动模型、极化电流密度模型最终构建得到由外部激励源的速度场和海水离子参数描述磁场强度的海水离子运动磁场模型；

S2.水下目标探测：进行水下目标探测时，实时获取所述外部激励源的速度场和海水离子参数并输入至所述海水离子运动磁场模型中，得到海水实时磁场强度，根据得到的所述海水实时磁场强度判断是否存在水下目标。

进一步的，所述步骤S1构建离子运动模型时，先根据离子的受力构建离子的完整受力方程，在所述完整受力方程中引入离子与溶液间的相对速度，以及引入离子平均浓度和离子波动浓度，并在小量忽略假设下对所述受力方程进行简化，以将可变的离子波动浓度使用静态的离子平均浓度替代，最终得到由离子与溶液间的相对速度、离子浓度、离子平均浓度描述磁场的离子运动模型。