کاربرد آشکارسازی غیرفعال ژئومغناطیسی در مراقبت دریایی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

گروه فنی مهندسی - دانشگاه پیام نور - صندوق پستی4697-19395

چکیده

حرکت شناور در آب دریا باعث ایجاد تغییرات هیدرودینامیکی می‌شود که به امواج کلوین معروف‌اند. از سوی دیگر، آب دریا به‌طور طبیعی دارای رسانایی الکتریکی ضعیفی است. حرکت آب دریا به‌عنوان یک رسانا در میدان مغناطیسی زمین باعث القاء یک میدان الکترومغناطیسی ضعیف شده که آن را بی‌­هنجاری ژئومغناطیسی گویند. امواج این میدان الکترومغناطیسی قادرند در شرایط خاص تا چندین کیلومتر و تا ساعت‌ها، همچنان به بقاء خود ادامه دهند که امکان مناسبی را جهت کشف حضور شناور توسط آشکارسازهای غیرفعال مغناطیسی ایجاد می‌کنند. بر این اساس، روش آشکارسازی بی‌­هنجاری ژئومغناطیسی شناور توسط یک حس‌گر هوابرد، پیشنهاد شده است. معادلات ریاضی حاکم بر بی­هنجاری ژئومغناطیسی در دریای با عمق محدود، رابطه این بی­هنجاری با پارامترهای شناور نظیر سرعت و جهت حرکت را نشان می‌دهد. کاربردی­بودن ایده پیشنهادی توسط شبیه‌سازی نشان داده‌ شده و آشکارسازی شناور در حوزه فرکانس انجام ‌شده است. با انجام شبیه‌سازی در حضور نویز محیطی نشان داده‌ شده که امکان آشکارسازی شناور توسط طیف فرکانسی سیگنال دریافت­شده از حس‌گر هوابرد وجود دارد و تأثیر پارامترهای فیزیکی شناور در تغییر طیف فرکانسی به‌خوبی مشهود است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Application of Geomagnetic Detection in Marine Surveillance

نویسنده [English]

  • M. A. Fallah
Department of Engineering, Payame Noor University (PNU), P.OBox 19395-4697, Tehran, Iran
چکیده [English]

Vessel traveling at sea causes hydrodynamic anomalies in sea water called Kelvin waves. Motion of conductive sea water due to Kelvin waves in natural Earth's magnetic field makes these waves visible using magnetic transducers. Geomagnetic anomaly induced by the motion of vessels may extend several kilometers and stay up long hours under certain conditions which consider this geomagnetic anomaly as a good candidate in marine surveillance. From remote sensing point of view in this work, we proposed a method for detecting vessel geomagnetic anomaly using an airborne magnetic sensor. Analytical formulations are derived and shown that physical properties of hydrodynamic Kelvin waves in shallow water are directly related to vessel parameters such as speed and traveling direction. Numerical simulations are used to demonstrate the applicability of our results. Vessel detection is performed in frequency domain. It is shown that the proposed detection method is noise robust and can be used to detect a vessel in a noisy ambient. Effect of vessel parameters such as velocity and traveling direction in frequency spectrum of received signal are investigated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Geomagnetic anomaly
  • vessel
  • velocity
  • traveling direction
  • marine surveillance
  • shallow water
  • passive magnetic detector

مراجع

[1] منیره کوشش و غلامرضا اکبری­زاده، «الگوریتم حذف Speckle با قابلیت حفظ لبه برای تصاویر سنجش­‌از­دور رادار روزنه ترکیبی با استفاده از تبدیل چندمقیاسه‌ی Curvelet و آستانه­گذاری وفقی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 45، شماره 4، صفحات 161-153، 1394.
[2] جواد تقی­زاده و سید علیرضا سیدین، «تصویرسازی در سونار روزنه مصنوعی معکوس چندپایه با استفاده از روش پس‌تابش فیلترشده»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 46، شماره 1، صفحات 52-41، 1395.
[3] M. Amir Fallah and Habibolah Abiri, “Multi-sensor approach in vessel magnetic wake imaging,” Wave Motion, vol. 51, pp.60-76, 2014.
[4] N. Mizutani and T. Kobayashi, “Magnetic Field Vector Detection in Frequency Domain with an Optically Pumped Atomic Magnetometer,” IEEE Trans. Magn., vol. 48, no. 11, pp. 4096 – 4099, Nov 2012.
[5] F. Han, S. Harada, and I. Sasada, “Fluxgate and Search Coil Hybrid: A Low-Noise Wide-Band Magnetometer,” IEEE Trans. Magn., vol. 48, no. 11, pp. 3700 – 3703, Nov 2012.
[6] A. Sheinker, L. Frumkis, B. Ginzburg, N. Salomonski and B. Z. Kaplan, “Magnetic anomaly detection using a three-axis magnetometer,” IEEE Trans. Magn., vol. 45, no. 1, pp. 160-167, Jan. 2009.
[7] J. J. Holmes,”"Application of models in the design of underwater electromagnetic signature reduction systems”, Naval Eng. J., vol. 119, no. 4, pp. 19-29, Nov. 2007.
[8] D. J. Bekers and E. S. Lepelaars, “Degaussing system design optimization,”Proc. 8th Int. Marine Electromagn. Conf.-MARELEC, pp. 16-19, Jul. 2013.
[9] M. Gilman, A. Soloviev and H. Graber, “Study of the Far Wake of a Large Ship,” J. Atmos. Oceanic Technol., vol. 28, pp. 720–733, 2011.
[10] D. F. Gu and O. M. Phillips, “On narrow V-like ship wakes,” J. Fluid Mech., vol. 275, pp. 301–321, 1988.
[11] J. N. Newman, Marine hydrodynamics. MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1977.
[12] محمدرضا خلیل‌آبادی، «مدل‌سازی عددی آنومالی مغناطیسی ناشی از پارامترهای هیدرو فیزیکی در خلیج‌فارس»، نشریه علمی پژوهشی الکترومغناطیس کاربردی، سال سوم، شماره 1، صفحات 13-7، 1394.
[13] D. Madurasinghe, “Induced electromagnetic fields associated with large ship wakes,”Wave Motion, vol. 20, pp. 283–292, 1994.
[14] D. Madurasinghe and E.O. Tuck, “The induced electromagnetic field associated with submerged moving bodies in an unstratified conducting fluid,”,IEEE Journal of Ocean Engineering, vol. 19, pp. 193–199, 1994.
[15] D. Madurasinghe and GR. Haack, “The induced electromagnetic field associated with wakes-signal processing aspects,” Proceedings of IGRASS 94, Pasadena, CA, pp. 2335–2357, 1994.
[16] N. Zou and A. Nehorai, “Detection of ship wakes using an airborne magnetic transducer,” IEEE GEOSCI, vol. 38, no. 1, pp. 532-539, 2000.
[17] O. Yaakobi, G. Zilman and T. Miloh, “Detection of the electromagnetic field induced by the wake of a ship moving in a moderate sea state of finite depth,” Journal of Engineering Mathematics, vol. 70 , pp. 17–27, 2011.
[18] J. T. Weaver, “Magnetic Variations Associated with Ocean Waves and Swell,” Journal of Geophysical Research, vol. 70, no. 8,1965.
[19] T. B. Sanford, “Motionally Induced Electric and Magnetic Fields in the Sea,” Journal of Geophysical Research, vol. 76, no. 15, pp. 3476–3492,1971.
[20] A. Kostyukov, Theory of Ship Waves and Waves Resistance, Effective Communications Inc., Iowa City, 1968.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار