半无限大海域中电偶极子源的定位方法
发布时间：2021-06-14 12:35
利用矢量运算及镜像法推导了半无限大空间中电偶极子对海水中场点传递矩阵的表达式,定义了表征电场强度与电偶极矩之间线性变换关系的传递矩阵,并分析了传递矩阵的可逆性.据此提出了通过传递矩阵求逆得到半无限大海域中电偶极子场源参数的定位方法,并通过仿真算例验证了定位方法的可行性.结果表明:基于该方法利用半无限大海域中两个测点的电场强度可以对海水中的单电偶极子源进行准确定位,利用四个测点的电场强度可以同时定位海水中的双电偶极子源;该方法计算量小、计算速度快,经过改造还可以用于未知分界面的定位.
【文章来源】：华中科技大学学报(自然科学版). 2020,48(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
半无限大海域中单电偶极子源定位方法示意图
17.0，21.0)m，偶极矩为P=(50.0，10.0，5.0)Cm；在海水中布设电场强度探测器，探测点A和B分别位于(-10.0，15.0，98.0)m和(8.0，-5.0，80.0)m处，海水电导率σ1=4.0S/m．根据文献[11]可计算得到该电偶极子源在A，B点的电场强度，本研究用这种方式得到的电场强度计算值加上一定量的白噪声后作为测量值，然后采用第3节的方法确定场源的位置及偶极矩，并将确定出来的场源参数与假设值进行对比，以评判定位方法的可行性．采用如图4所示流程框图来完成具体的定位．为了更准确表达定位方法的精度，本研究采用定位点与实际场源位置的绝对距离来描述定位误差，绝对距离越小，定位精度越高．图4半无限大海域中单电偶极子定位的流程框图所加高斯白噪声幅度采用信噪比来描述．以电场强度x分量为例，设计算值为Ex0，第i次加入的噪声场强的幅度为Exni，加入噪声后电场强度x分量为xx0xniEEE．多次加入Exni，其平均有效幅度为211lim()imxnxnimiEEm，则信噪比定义为SNR020lg(/)xxnSEE．分别在信噪比为80，70，60，40，30dB条件下，利用前述方法重复定位100次，可以得到单电偶极子源位置的定位结果．图5所示为60dB时单电偶极子源的定位结果，计算位置的平均定位值0r与实际值0r的偏差δr0，以及电偶极矩平均值P见表1．图5SSNR=60dB时单电偶极子源的定位结果由图5和表1的数据可知：当探测器所测电场强度信噪比大于70dB时，采用本文方法所得场源坐标定位值与实际
·94·华中科技大学学报（自然科学版）第48卷表1半无限大海域中单电偶极子源的定位结果r0/mSSNR/dB0r/mδr0/mP/(Cm)(15.0，17.0，21.0)80(15.00，17.00，21.00)0.01(49.99，10.00，5.00)(15.0，17.0，21.0)70(15.00，16.99，20.98)0.02(50.02，10.00，5.01)(15.0，17.0，21.0)60(14.98，17.01，21.04)0.05(49.94，9.99，4.98)(15.0，17.0，21.0)40(15.04，16.73，20.58)0.50(50.40，9.98，5.09)(15.0，17.0，21.0)30(14.41，16.14，22.54)1.86(48.35，9.32，4.47)差的最大值)．这说明若能比较准确获得电场强度的测量值(如SSNR＞40dB)，则可以利用本研究所述方法对半无限大海域中的单个电偶极子源进行准确定位，故第2节所述方法是可行的．4.2半无限大海域中双电偶极子源定位仿真设海域中存在两个电偶极子p1和p2，其位置矢量分别为ra=(21.0，17.0，15.0)m和rb=(-7.0，19.0，11.0)m，偶极矩分别为P1=(20.0，11.0，6.0)Cm和P2=(13.0，2.0，3.0)Cm．在海水中布设4个电场强度探测器，探测点A，B，C，D分别位于(-1.0，0.0，20.0)m，(2.0，0.0，20.0)m，(0.0，3.0，20.0)m，(0.0，-4.0，20.0)m处．同4.1节，仍取A，B，C，D点处电场强度的计算值加入一定量的白噪声后作为测量值，然后采用本研究方法确定场源的位置及偶极矩，并将确定出来的场源参数与假设值进行对比，评判定位方法的可行性．定位算法的流程与图4类似．分别在信噪比为80，70，60，40dB条件?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于EEMD和改进功率谱熵的船舶轴频电场检测[J]. 程锐,陈聪,张伽伟. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(05)
[2]基于点电荷模型的腐蚀相关静电场快速预测方法研究[J]. 姜润翔,张伽伟,林春生. 兵工学报. 2017(04)
[3]二次等效法求三层媒质中静态电偶极子的场分布[J]. 陈聪,李定国,蒋治国,刘华波. 物理学报. 2012(24)
[4]使用双矢量传感器定位深海中水平直流电偶极子源[J]. 包中华,龚沈光,孙剑英,李俊. 海军工程大学学报. 2011(03)
[5]多电偶极子源定位问题的矩阵分析[J]. 赵爽,吴重庆. 北京交通大学学报. 2008(03)
[6]电偶极子源定位问题的研究[J]. 吴重庆,赵爽. 物理学报. 2007(09)
[7]海水中时谐水平电偶极子的准近场定位[J]. 卢新城,龚沈光,周骏,刘胜道. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2005(03)
本文编号：3229844
【文章来源】：华中科技大学学报(自然科学版). 2020,48(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
半无限大海域中单电偶极子源定位方法示意图
17.0，21.0)m，偶极矩为P=(50.0，10.0，5.0)Cm；在海水中布设电场强度探测器，探测点A和B分别位于(-10.0，15.0，98.0)m和(8.0，-5.0，80.0)m处，海水电导率σ1=4.0S/m．根据文献[11]可计算得到该电偶极子源在A，B点的电场强度，本研究用这种方式得到的电场强度计算值加上一定量的白噪声后作为测量值，然后采用第3节的方法确定场源的位置及偶极矩，并将确定出来的场源参数与假设值进行对比，以评判定位方法的可行性．采用如图4所示流程框图来完成具体的定位．为了更准确表达定位方法的精度，本研究采用定位点与实际场源位置的绝对距离来描述定位误差，绝对距离越小，定位精度越高．图4半无限大海域中单电偶极子定位的流程框图所加高斯白噪声幅度采用信噪比来描述．以电场强度x分量为例，设计算值为Ex0，第i次加入的噪声场强的幅度为Exni，加入噪声后电场强度x分量为xx0xniEEE．多次加入Exni，其平均有效幅度为211lim()imxnxnimiEEm，则信噪比定义为SNR020lg(/)xxnSEE．分别在信噪比为80，70，60，40，30dB条件下，利用前述方法重复定位100次，可以得到单电偶极子源位置的定位结果．图5所示为60dB时单电偶极子源的定位结果，计算位置的平均定位值0r与实际值0r的偏差δr0，以及电偶极矩平均值P见表1．图5SSNR=60dB时单电偶极子源的定位结果由图5和表1的数据可知：当探测器所测电场强度信噪比大于70dB时，采用本文方法所得场源坐标定位值与实际
·94·华中科技大学学报（自然科学版）第48卷表1半无限大海域中单电偶极子源的定位结果r0/mSSNR/dB0r/mδr0/mP/(Cm)(15.0，17.0，21.0)80(15.00，17.00，21.00)0.01(49.99，10.00，5.00)(15.0，17.0，21.0)70(15.00，16.99，20.98)0.02(50.02，10.00，5.01)(15.0，17.0，21.0)60(14.98，17.01，21.04)0.05(49.94，9.99，4.98)(15.0，17.0，21.0)40(15.04，16.73，20.58)0.50(50.40，9.98，5.09)(15.0，17.0，21.0)30(14.41，16.14，22.54)1.86(48.35，9.32，4.47)差的最大值)．这说明若能比较准确获得电场强度的测量值(如SSNR＞40dB)，则可以利用本研究所述方法对半无限大海域中的单个电偶极子源进行准确定位，故第2节所述方法是可行的．4.2半无限大海域中双电偶极子源定位仿真设海域中存在两个电偶极子p1和p2，其位置矢量分别为ra=(21.0，17.0，15.0)m和rb=(-7.0，19.0，11.0)m，偶极矩分别为P1=(20.0，11.0，6.0)Cm和P2=(13.0，2.0，3.0)Cm．在海水中布设4个电场强度探测器，探测点A，B，C，D分别位于(-1.0，0.0，20.0)m，(2.0，0.0，20.0)m，(0.0，3.0，20.0)m，(0.0，-4.0，20.0)m处．同4.1节，仍取A，B，C，D点处电场强度的计算值加入一定量的白噪声后作为测量值，然后采用本研究方法确定场源的位置及偶极矩，并将确定出来的场源参数与假设值进行对比，评判定位方法的可行性．定位算法的流程与图4类似．分别在信噪比为80，70，60，40dB条件?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于EEMD和改进功率谱熵的船舶轴频电场检测[J]. 程锐,陈聪,张伽伟. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(05)
[2]基于点电荷模型的腐蚀相关静电场快速预测方法研究[J]. 姜润翔,张伽伟,林春生. 兵工学报. 2017(04)
[3]二次等效法求三层媒质中静态电偶极子的场分布[J]. 陈聪,李定国,蒋治国,刘华波. 物理学报. 2012(24)
[4]使用双矢量传感器定位深海中水平直流电偶极子源[J]. 包中华,龚沈光,孙剑英,李俊. 海军工程大学学报. 2011(03)
[5]多电偶极子源定位问题的矩阵分析[J]. 赵爽,吴重庆. 北京交通大学学报. 2008(03)
[6]电偶极子源定位问题的研究[J]. 吴重庆,赵爽. 物理学报. 2007(09)
[7]海水中时谐水平电偶极子的准近场定位[J]. 卢新城,龚沈光,周骏,刘胜道. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2005(03)
本文编号：3229844
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