一种船舶工频电磁扰动信号指纹表达分析方法及系统

本发明属于工频电磁波信息表达与处理领域，更具体地，涉及一种船舶工频电磁扰动信号指纹表达分析方法及系统。

背景技术：

1、在水面和水下航行的以铁磁性材料为构造基础船舶占绝大多数。它们在工频电磁波中的响应，及其简洁，有效的表达，极为重要。进而分析和探测了铁磁性船舶目标是重大的课题，目前在文献中没有论及。通常的高频电磁波(主动或被动)探测水面船舶的技术方法很普及，但是对极低频电磁波，如工频电网产生的工频电磁波探测水面和水下船舶的工作很少。这首先就因为船舶对极低频电磁波响应的特性不明。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种船舶工频电磁扰动信号指纹表达分析方法及系统，旨在解决现有船舶对极低频电磁波响应特性不明的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种船舶工频电磁扰动信号指纹表达分析方法，包括如下步骤：

3、基于船舶模块化构造原理，将船舶的每个子舱段模型化为不同类型的串-并联电阻、电容及电感r-c-l电路，以将整条船舶模型化为串-并联多级的{rn-cn-ln}电路，作为船舶电路模型；

4、当外部激励工频电磁场作为激励电动势作用于所述船舶电路模型时，在所述串-并联多级的{rn-cn-ln}电路内产生激励电流，所述激励电流在船舶的铁磁性材料中产生感生电流；所述感生电流的幅值和相位与激励电动势幅值和相位之间的偏差与船舶的构造信息相关；所述船舶的构造信息包括：船舱数、船舶的结构及船舶内部铺设材料；

5、将所述幅值和相位偏差作为船舶的指纹，以实现对船舶的探测。

6、在一个可选的示例中，每个子舱段模型化后的串-并联r-c-l电路为rcl并联电路；

7、所述rcl并联电路为：电阻r、电容c以及电感l三者相互并联的电路；

8、所述rcl并联电路的复阻抗z和复角分别为：

9、

10、

11、其中，ω为相位弧角变化。

12、在一个可选的示例中，每个子舱段模型化后的串-并联r-c-l电路为rcl混联电路；

13、所述rcl混联电路为：电感l与电阻r串联，之后串联支路与电容c并联；

14、所述rcl混联电路的复阻抗和复角分别为：

15、

16、

17、

18、其中，ω为相位弧角变化。

19、在一个可选的示例中，所述整条船舶模型化为串-并联多级的{rn-cn-ln}电路，具体为：

20、将船舶舱体划分为n个舱段，将n个舱段串-并联组成串-并联多级的{rn-cn-ln}电路；rn，cn，ln分别为第n段串联电路的电阻、电容以及电感；

21、当外部激励工频电磁场作为激励电动势作用于所述船舶电路模型时，在所述串-并联多级的{rn-cn-ln}电路内产生激励总电流为：其中，i(t)为激励总电流，in(t)为第n段串联耦合电路的电流；

22、所述激励电动势所述串-并联多级的r-c-l电路的复阻抗z总为：

23、

24、其中，z0为压水舱阻抗，zp为压水舱段之外的分舱段总阻抗，c、d为除阻抗z0外的实部和虚部，形式与a，b相同；r0，c0，l0分别为总串联电路压水舱的电阻、电容以及电感；

25、所述串-并联多级的{rn-cn-ln}电路的总复角

26、在一个可选的示例中，设定同时作用于每个舱段的激励工频电磁场为感生磁场为其中，μ0、μr为相对磁导率；

27、所述激励工频电磁场对应的激励源电场为激励电动势为其中，ε0、εr为相对介电常数；

28、而感生的电流密度为：其中，σ是电导率；

29、所述感生电流相位与激励电动势相位之间的偏差为：为第n个相位之间的偏差。

30、第二方面，本发明提供了一种船舶工频电磁扰动信号指纹表达分析系统，包括：

31、船舶模型确定单元，用于基于船舶模块化构造原理，将船舶的每个子舱段模型化为不同类型的串-并联电阻、电容及电感r-c-l电路，以将整条船舶模型化为串-并联多级的{rn-cn-ln}电路，作为船舶舱段电路模型；

32、感生电流生成单元，用于当外部激励工频电磁场作为激励电动势作用于所述船舶电路模型时，在所述串-并联多级的{rn-cn-ln}电路内产生激励电流，所述激励电流在船舶的铁磁性材料中产生感生电流；所述感生电流的幅值和相位与激励电动势幅值和相位之间的偏差与船舶的构造信息相关；所述船舶的构造信息包括：船舱数、船舶的结构及船舶内部铺设材料；

33、船舶指纹探测单元，用于将所述幅值和相位偏差作为船舶的指纹，以实现对船舶的探测。

34、在一个可选的示例中，所述船舶模型确定单元将每个子舱段模型化后的串-并联r-c-l电路为rcl并联电路；所述rcl并联电路为：电阻r、电容c以及电感l三者相互并联的电路；所述rcl并联电路的复阻抗z和复角分别为：

35、

36、

37、其中，ω为相位弧角变化。

38、在一个可选的示例中，所述船舶模型确定单元将每个子舱段模型化后的串-并联r-c-l电路为rcl混联电路；所述rcl混联电路为：电感l与电阻r串联，之后串联支路与电容c并联；所述rcl混联电路的复阻抗和复角分别为：

39、

40、

41、

42、其中，ω为相位弧角变化。

43、在一个可选的示例中，所述船舶模型确定单元将整条船舶模型化为串-并联多级的{rn-cn-ln}电路，具体为：将船舶舱体划分为n个舱段，将n个舱段串-并联组成串-并联多级的{rn-cn-ln}电路；rn，cn，ln分别为第n段串联电路的电阻、电容以及电感；当外部激励工频电磁场作为激励电动势作用于所述船舶电路模型时，在所述串-并联多级的{rn-cn-ln}电路内产生激励总电流为：其中，i(t)为激励总电流，in(t)为第n段串联耦合电路的电流；所述激励电动势所述串-并联多级的r-c-l电路的复阻抗z总为：其中，z0为压水舱阻抗，zp为压水舱段之外的分舱段总阻抗，c、d为除阻抗z0外的实部和虚部，形式与a，b相同；r0，c0，l0分别为总串联电路压水舱段的电阻、电容以及电感；所述串-并联多级的r-c-l电路的总复角

44、在一个可选的示例中，所述感生电流生成单元所采用的同时作用于每个舱段的激励工频电磁场为感生磁场为其中，μ0、μr为相对磁导率；所述激励工频电磁场对应的激励源电场为激励电动势为其中，ε0、εr为相对介电常数；而感生的电流密度为：其中，σ是电导率；所述感生电流相位与激励电动势相位之间的偏差为：为第n个相位之间的偏差。

45、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器；

46、所述存储器，用于存储计算机程序；

47、所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现上述第一方面提供的的方法。

48、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述第一方面提供的方法。

49、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

50、本发明提供了一种船舶工频电磁扰动信号指纹表达分析方法及系统，将整条船舶模型化为串-并联多级的{rn-cn-ln}电路，外部激励工频电磁场(波)作为电动势作用于该分布式串-并联的多级{rn-cn-ln}产生激励电流和感生电流相位与外部激励电动势和内部感生电动势相位的差别或延迟或超前，由于各不同型号船舶的船舱数，结构和内部铺设材料的不同，导致其具有指纹特点，{rn-cn-ln}的不同，的不同，因此感生电流及其产生的电磁扰动，如相位具有独特性，即船舶的工频响应扰动相位指纹、幅度指纹。