[发明专利]一种应用于水下航行体的发生接收系统及其实现方法

说明书

本发明涉及一种应用于水下航行体的发生接收系统及其实现方法，该发生接收系统包括发生装置和接收装置，其中发生装置推动邻近海水产生尾流，搅动海水中钠离子和氯离子诱发德拜磁场，接收装置包括控制处理器、激光器、光电探测器和探头机构，其中探头机构设置在德拜磁场中，探头机构包括两个无磁光纤准直器、温控机构和原子气室，接收装置采用平行双线偏振光模式的相干布居数俘获方法，从探头机构产生的空间准直光中解算出德拜磁场信息，实现了德拜磁场信息的精确测量；本发明发生接收系统中接收装置分辨率可达到0.001nT，采样率大于10Hz，能够满足探测要求，并且具有探测磁场灵敏度高，结构简单，易于工程化实现等特点。

技术领域

本发明涉及一种应用于水下航行体的发生接收系统及其实现方法，用于大型水下航行体如潜艇的德拜磁场探测和定位，属于原子磁力仪技术领域。

背景技术

随着传统水下航行体，例如潜艇，剩磁控制技术越来越先进，通过传统磁异常测量技术实现潜艇探测和定位的难度越来越大。由于水下航行体尾流诱发德拜磁场具有如影随形的特性，无法在一定时间内和一定距离内消除，因此可以利用具有一定特性的德拜磁场接收器实现对水下航行体目标的探测和定位。

海水中含有大量的钠离子和氯离子，这些离子不但带电荷而且其质量不同，由于潜艇或水下航行体的螺旋桨高速旋转，使得海水中发生电流脉动，脉动电流在海水中产生了与螺旋桨转速频率有关的低频磁场，该磁场就是所谓的德拜磁场。由于海水的电磁特性，海洋中的各种机械过程(例如螺旋桨转动等)均会产生德拜磁场，德拜磁场是由诸如海水等导电介质中的声运动产生的，这是一个涉及各种学科的广泛课题。根据德拜磁场理论，水下航行体尾流诱发德拜磁场其特性主要包括：德拜磁场(总场值)的强度约在0.001nT～0.1nT量级，磁场频率大于10Hz，磁场探测距离可达5km以上。

1933年德拜提出了一种确定电解质离子质量的方法。假设当流体粒子加速时，每个离子的摩擦系数的差异会引起相对运动。因此，相对于彼此移动的不同带电物质(例如离子)或溶液产生与声源相同频率的电磁场，这就是德拜效应。通过测量该电场(或磁场)，可以确定摩擦系数，进而确定离子质量。在该理论的指导下，1948年人们实验上验证了德拜电场的存在；1980年Vhvlyanskii等人进行了德拜磁场的实验验证。

德拜效应描述了由于电解质溶液中流体粒子加速而产生的电场和磁场。带电物质的相对分离是由于它们在受随时间变化的水声场作用下的动力学反应而引起的。因此，当不同电荷的粒子相对于彼此移动时，引起交替的电流密度变化。相应的磁场和电场通过麦克斯韦方程定义。德拜效应是一种电动力学现象(在处理电场时也称为离子振动势)。目前，德拜效应已被用作化学中许多测量技术的基础。

根据德拜效应可知带有高盐分的海水中含有大量的钠离子和氯离子，这些离子不但带电荷而且其质量不同，由于潜艇或水下航行器的螺旋桨高速旋转，使得海水中发生电流脉动，脉动电流在海水中产生了与螺旋桨转速频率有关的低频磁场，该磁场就是所谓的德拜磁场。由此可见，包括潜艇在内的水下航行体在运动过程中无时无刻都在产生德拜磁场，而且该磁场有别于包括潜艇在内的水下航行体自身的剩磁，该磁场并不能通过对水下航行体材料进行消磁而消失，是一种“如影随形”的磁场。由此可见，探测水下航行体尾迹产生的德拜磁场具有重要的应用前景。

由于德拜磁场强度非常弱的固有特性，目前国内外在德拜磁场探测方面仍未有成熟的技术可以实现，为深入了解德拜磁场的诸多特性，并应用于探测领域，满足工程需求，构建一套模拟水下航行体尾流诱发德拜磁场的发生接收系统具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种应用于水下航行体的发生接收系统，该发生接收系统产生德拜磁场，并实现了德拜磁场信息的精确测量，此外该系统减少结构材料以及外界磁场对水下航行体尾流诱发德拜磁场的干扰，有利于提升德拜磁场信号的信噪比，提高测量精度。

本发明的另外一个目的在于提供一种应用于水下航行体的发生接收系统的实现方法。