CN112596123A - 一种水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法，包括如下步骤；S1，将电磁接收传感器放置于待测目标系统的电磁发射天线的一定距离范围内；S2，将目标信号模拟线圈放置于待测目标系统的电磁接收天线的一定距离范围内；S3，启动待测目标系统，电磁接收传感器感应得到待测目标系统的辐射电磁场，并计算得到待测目标系统的辐射磁矩；S4，利用步骤S3中得到的辐射磁矩，建立被探测目标的等效反射电磁场强度与作用距离之间的关系式；S5，利用步骤S4中得到的关系式，进一步建立目标信号模拟线圈的驱动电流与作用距离之间的关系式；S6，找到驱动电流的最小值，并根据步骤S5中得到的关系式计算得到驱动电流最小值所对应的作用距离。

Description

一种水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法
技术领域
本发明涉及电磁探测领域，具体的说是涉及一种水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法。
背景技术
水下主动电磁探测技术是利用电磁波在海水中的传播和反射特性，实现对一定距离范围内的铁磁物体进行探测。该技术可应用于军事领域，也可应用于民用领域，如沉船打捞或水下掩埋金属探测等。作用距离是水下主动电磁探测技术的重要指标之一，其含义是指能够探测到特定目标的最大距离，该指标不仅与主动电磁探测系统的电磁辐射磁矩有关，还与待测铁磁目标的尺度特征有关。由于海水介质所具有的导电性使得电磁波在海水中的传播和反射特性与空气中差异较大。因此，直接在陆上使用铁磁目标进行实际测量，难以获得与海水中一致的测试效果，且陆上测试时所针对的典型目标尺度特征种类十分有限，无法获得较为全面的性能指标测试结果。另外，在海水中测试则实施难度较大，且同样存在待测目标尺度特征种类有限的问题。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于提供一种水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法，包括如下步骤；
S1，将电磁接收传感器放置于待测目标系统的电磁发射天线的一定距离范围内；
S2，将目标信号模拟线圈放置于待测目标系统的电磁接收天线的一定距离范围内；
S3，启动待测目标系统，电磁接收传感器感应得到待测目标系统的辐射电磁场，并计算得到待测目标系统的辐射磁矩；
S4，利用步骤S3中得到的辐射磁矩，建立被探测目标的等效反射电磁场强度与作用距离之间的关系式；
S5，利用步骤S4中得到的关系式，进一步建立目标信号模拟线圈的驱动电流与作用距离之间的关系式；
S6，调整目标信号模拟线圈的驱动电流的大小，找到能够使待测目标系统可靠探测到目标的情况下驱动电流的最小值，并根据步骤S5中得到的关系式计算得到驱动电流最小值所对应的作用距离。
在一些实施例中，步骤S1中，还获取电磁接收传感器相对于待测目标系统的电磁发射天线的位置参数(z1,r1)，该位置参数为以待测目标系统的电磁发射天线的等效中心为圆心，在柱坐标系下的位置参数，并使得电磁接收传感器的轴线与测目标系统的电磁发射天线的轴线之间相互平行或相互垂直；
步骤S2中，还获取待测目标系统的电磁接收天线相对于目标信号模拟线圈的位置参数(z2,r2)，该位置参数为以目标信号模拟线圈的等效中心为圆心，在柱坐标系下的位置参数，并使得目标信号模拟线圈的轴线与测目标系统的电磁接收天线的轴线之间相互平行。
在一些实施例中，步骤S3中，先测量电磁接收传感器的输出电压的幅值e，再根据以下的式(1)或式(2)计算得到待测目标系统的辐射磁矩M1，其中，若电磁接收传感器的轴线与测目标系统的电磁发射天线的轴线之间相互平行，则采用式(1)，若电磁接收传感器的轴线与测目标系统的电磁发射天线的轴线之间相互垂直，则采用式(2)；
Figure BDA0002827307770000031
Figure BDA0002827307770000032
其中，M1表示待测目标系统的辐射磁矩，μ0为真空导磁率，μT为电磁接收传感器的铁芯的等效导磁率，S1为电磁接收传感器的线圈的截面积，N1为电磁接收传感器的线圈匝数，ω0为电磁波频率。
在一些实施例中，步骤S4中，所建立的被探测目标的等效反射电磁场强度H1与作用距离h之间的关系式如下：
Figure BDA0002827307770000033
其中，a为待测目标系统的发射天线与接收天线的中心距离，Kz为海水介质衰减系数，Kzr为被探测目标的铁磁材料特性系数，Kk为被探测目标的等效尺度系数，Kt为待测目标系统的延时时间系数。
在一些实施例中，步骤S5中，所建立的目标信号模拟线圈的驱动电流I1与作用距离h之间的关系式如下：
Figure BDA0002827307770000034
其中，μd为目标信号模拟线圈的铁芯导磁率，S2为目标信号模拟线圈的截面积,N2为目标信号模拟线圈的匝数。
在一些实施例中，步骤S6中，调整目标信号模拟线圈的驱动电流I1的大小，找到能够使待测目标系统可靠探测到目标的情况下驱动电流的最小值I1min，并根据式(4)计算得到对应的作用距离h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法，其测试方案实施难度小，步骤简单，容易实现，测试过程消耗的人力、物力成本低；考虑了海水介质与空气介质的差异性，对测试模型增加了衰减参数修正，使得测试结果更加准确、可信；测试方法提供了一定的实施方案灵活度，可适应不同场地、不同结构类型待测目标系统的实际测试需求，测试模型能较好地适应多类型被测目标的尺度特征，因而能够满足不同功能或用途的水下主动电磁探测系统的作用距离指标测试需求，适用性广。
附图说明
图1为采用本发明提供的水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法进行测试时的原理图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐述本发明是如何实施的。
如图1所示，本发明提供了一种水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法，一种水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法，包括如下步骤；
S1，将电磁接收传感器放置于待测目标系统(即待测试的水下主动电磁探测系统)的电磁发射天线的一定距离范围内；
S2，将目标信号模拟线圈放置于待测目标系统的电磁接收天线的一定距离范围内；
S3，启动待测目标系统，使其处于正常工作状态，可稳定发射探测电磁波，电磁接收传感器感应得到待测目标系统的辐射电磁场，并计算得到待测目标系统的辐射磁矩；
S4，利用步骤S3中得到的辐射磁矩，建立被探测目标的等效反射电磁场强度与作用距离之间的关系式；
S5，利用步骤S4中得到的关系式，进一步建立目标信号模拟线圈的驱动电流与作用距离之间的关系式；
S6，调整目标信号模拟线圈的驱动电流的大小，找到能够使待测目标系统可靠探测到目标的情况下驱动电流的最小值，并根据步骤S5中得到的关系式计算得到驱动电流最小值所对应的作用距离。
进一步地，步骤S1中，还获取电磁接收传感器相对于待测目标系统的电磁发射天线的位置参数(z1,r1)，该位置参数为以待测目标系统的电磁发射天线的等效中心为圆心，在柱坐标系下的位置参数，并使得电磁接收传感器的轴线与测目标系统的电磁发射天线的轴线之间相互平行或相互垂直；
步骤S2中，还获取待测目标系统的电磁接收天线相对于目标信号模拟线圈的位置参数(z2,r2)，该位置参数为以目标信号模拟线圈的等效中心为圆心，在柱坐标系下的位置参数，并使得目标信号模拟线圈的轴线与测目标系统的电磁接收天线的轴线之间相互平行。
进一步地，步骤S3中，先测量电磁接收传感器的输出电压的幅值e，再根据以下的式(1)或式(2)计算得到待测目标系统的辐射磁矩M1，其中，若电磁接收传感器的轴线与测目标系统的电磁发射天线的轴线之间相互平行，则采用式(1)，若电磁接收传感器的轴线与测目标系统的电磁发射天线的轴线之间相互垂直，则采用式(2)；
Figure BDA0002827307770000061
Figure BDA0002827307770000062
其中，M1表示待测目标系统的辐射磁矩，μ0为真空导磁率，μT为电磁接收传感器的铁芯的等效导磁率，S1为电磁接收传感器的线圈的截面积，N1为电磁接收传感器的线圈匝数，ω0为电磁波频率。
进一步地，步骤S4中，所建立的被探测目标的等效反射电磁场强度H1与作用距离h之间的关系式如下：
Figure BDA0002827307770000063
其中，a为待测目标系统的发射天线与接收天线的中心距离，Kz为海水介质衰减系数，Kzr为被探测目标的铁磁材料特性系数，Kk为被探测目标的等效尺度系数，Kt为待测目标系统的延时时间系数。
进一步地，步骤S5中，所建立的目标信号模拟线圈的驱动电流I1与作用距离h之间的关系式如下：
Figure BDA0002827307770000064
其中，μd为目标信号模拟线圈的铁芯导磁率，S2为目标信号模拟线圈的截面积,N2为目标信号模拟线圈的匝数。
进一步地，步骤S6中，调整目标信号模拟线圈的驱动电流I1的大小，找到能够使待测目标系统可靠探测到目标的情况下驱动电流的最小值I1min，并根据式(4)计算得到对应的作用距离h。
在一个具体实施例中，采用本发明提供的水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法进行测试时的情况如图1所示，电磁接收传感器1、目标信号模拟线圈2、待测目标系统5的电磁接收天线3、待测目标系统5的电磁发射天线4分别按照图示的方式设置，优选地，取位置参数z1＝1m，r1＝0；z2＝0，r2＝0.3m。实际操作时，可先以待测目标系统之间的标准作用距离作为h值代入式(3)和式(4)中，将该值作为h值代入式(4)中，计算得到标准作用距离下的等效反射电磁场强度H1与目标信号模拟线圈的驱动电流I1；然后以上述的计算值为基准，去调整目标信号模拟线圈的驱动电流I1，以找到能够使待测目标系统可靠探测到目标的情况下驱动电流的最小值I1min，再根据式(4)计算得到对应的作用距离h，该作用距离即为待测目标系统的极限电磁探测作用距离，可作为待测目标系统的作用距离性能指标。
综上，本发明提供的水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法，其测试方案实施难度小，步骤简单，容易实现，测试过程消耗的人力、物力成本低；考虑了海水介质与空气介质的差异性，对测试模型增加了衰减参数修正，使得测试结果更加准确、可信；测试方法提供了一定的实施方案灵活度，可适应不同场地、不同结构类型待测目标系统的实际测试需求，测试模型能较好地适应多类型被测目标的尺度特征，因而能够满足不同功能或用途的水下主动电磁探测系统的作用距离指标测试需求，适用性广。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (6)

1.一种水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法，其特征在于，包括如下步骤；
S1，将电磁接收传感器放置于待测目标系统的电磁发射天线的一定距离范围内；
S2，将目标信号模拟线圈放置于待测目标系统的电磁接收天线的一定距离范围内；
S3，启动待测目标系统，电磁接收传感器感应得到待测目标系统的辐射电磁场，并计算得到待测目标系统的辐射磁矩；
S4，利用步骤S3中得到的辐射磁矩，建立被探测目标的等效反射电磁场强度与作用距离之间的关系式；
S5，利用步骤S4中得到的关系式，进一步建立目标信号模拟线圈的驱动电流与作用距离之间的关系式；
S6，调整目标信号模拟线圈的驱动电流的大小，找到能够使待测目标系统可靠探测到目标的情况下驱动电流的最小值，并根据步骤S5中得到的关系式计算得到驱动电流最小值所对应的作用距离。
2.根据权利要求1所述的水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法，其特征在于，步骤S1中，还获取电磁接收传感器相对于待测目标系统的电磁发射天线的位置参数(z1,r1)，该位置参数为以待测目标系统的电磁发射天线的等效中心为圆心，在柱坐标系下的位置参数，并使得电磁接收传感器的轴线与测目标系统的电磁发射天线的轴线之间相互平行或相互垂直；
步骤S2中，还获取待测目标系统的电磁接收天线相对于目标信号模拟线圈的位置参数(z2,r2)，该位置参数为以目标信号模拟线圈的等效中心为圆心，在柱坐标系下的位置参数，并使得目标信号模拟线圈的轴线与测目标系统的电磁接收天线的轴线之间相互平行。
3.根据权利要求2所述的水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法，其特征在于，步骤S3中，先测量电磁接收传感器的输出电压的幅值e，再根据以下的式(1)或式(2)计算得到待测目标系统的辐射磁矩M1，其中，若电磁接收传感器的轴线与测目标系统的电磁发射天线的轴线之间相互平行，则采用式(1)，若电磁接收传感器的轴线与测目标系统的电磁发射天线的轴线之间相互垂直，则采用式(2)；
Figure FDA0002827307760000021
Figure FDA0002827307760000022
其中，M1表示待测目标系统的辐射磁矩，μ0为真空导磁率，μT为电磁接收传感器的铁芯的等效导磁率，S1为电磁接收传感器的线圈的截面积，N1为电磁接收传感器的线圈匝数，ω0为电磁波频率。
4.根据权利要求3所述的水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法，其特征在于，步骤S4中，所建立的被探测目标的等效反射电磁场强度H1与作用距离h之间的关系式如下：
Figure FDA0002827307760000023
其中，a为待测目标系统的发射天线与接收天线的中心距离，Kz为海水介质衰减系数，Kzr为被探测目标的铁磁材料特性系数，Kk为被探测目标的等效尺度系数，Kt为待测目标系统的延时时间系数。
5.根据权利要求4所述的水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法，其特征在于，步骤S5中，所建立的目标信号模拟线圈的驱动电流I1与作用距离h之间的关系式如下：
Figure FDA0002827307760000031
其中，μd为目标信号模拟线圈的铁芯导磁率，S2为目标信号模拟线圈的截面积,N2为目标信号模拟线圈的匝数。
6.根据权利要求5所述的水下主动电磁探测作用距离的陆上测试方法，其特征在于，步骤S6中，调整目标信号模拟线圈的驱动电流I1的大小，找到能够使待测目标系统可靠探测到目标的情况下驱动电流的最小值I1min，并根据式(4)计算得到对应的作用距离h。
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郝继平等: "红外搜索设备作用距离等效分析与应用", 《应用光学》 *

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