基于IP效应的水下主动电场定位系统模型及仿真方法研究

发布时间：2020-04-13 23:56

【摘要】：主动电场定位思想源于一种弱电鱼的独特的感知环境的方式。弱电鱼通过自身建立电场,再通过身体上其他组织获取变化的电场信号的方式探测物体和感知其外部环境的变化。弱电鱼的这种功能被称为主动电场定位。在对水下主动电场定位系统的幅值频率特性的研究中,存在探测死区(DFDZ)和转折频率(FIP)想象。基于理想的Maxwell电场理论对该现象进行分析发现很难得到一个合理的解释。为了能够进一步研究水下主动电场定位的物理机制。受勘探地球物理的启发,我们基于激发极化(IP)效应建立了水下电场定位系统的等效电路模型和水下主动电场定位系统的有限元模型。主要工作包括以下四个部分:1.首先是基于理想的Maxwell电场理论建立了简化的二维水下主动电场定位系统模型的数学模型,并基于ANSYS平台建立了相应的有限元模型。2.基于上述有限元模型对?20mm×40mm的铜圆柱体、铝圆柱体、铁圆柱体以及有机玻璃圆柱体进行了模拟探测定位。结果表明:1)基于理想电场理论模型的水下主动电场定位系统有限元模型能够实现对被测物体的定位;2)对比同一物体多个频率下的定位曲线,发现同一物体的定位结果与激励信号频率无关。上述被测物体的仿真定位结果证明基于理想的Maxwell电场理论无法有效实现对水下主动电场定位系统中电场分布进行完整描述。3.基于IP效应和理想的Maxwell电场理论,建立了水下主动电场定位系统的等效电路模型。该模型中探测区域被简化成一个等效电阻,被测物体界面上的激发极化效应用Cole-Cole电阻率模型来描述。分析表明:1)在无被测物体区域,不同频率下的接收到的电场信号幅值只跟激励电信号的幅值有关;2)在被测物体区域,基于Cole-Cole电阻率模型的阻值与频率的关系,可以对DFDZ和FIP现象给出一个合理的解释。4.在上述理论分析的基础上建立了基于IP效应和Maxwell电场理论的水下主动电场定位系统有限元模型,对被测物体进行仿真定位计算。结果表明:1)水下主动电场定位系统能够通过IP效应和Maxwell理想电场理论进行模拟;2)DFDZ和FIP现象与被测物体的物理特征存在一种相关性。综上所述,基于IP效应和Maxwell电场理论可以模拟出能够对物体位置、导体材料进行辨识的水下主动电场定位系统模型。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P715.5

【参考文献】

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本文编号：2626606