莫立新，焦達(dá)文

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基于長基線測量的水下電場特性分析研究

莫立新1，焦達(dá)文2

（1.海軍駐大連426廠軍事代表室，遼寧 大連 116005；2.大連測控技術(shù)研究所，遼寧 大連 116013）

目的研究海洋環(huán)境電場的空間分布。方法借助長基線測量系統(tǒng)提供的一定空間增益，提高測量信號的強(qiáng)度，從而測量低頻電場不同測量體在24 h內(nèi)的幅度變化，以及0.1，0.2，0.5，1，10 Hz等5個不同典型頻點的概率密度分布。結(jié)果水下電場的空間分布會由于電極間距的不同導(dǎo)致幅度有所差異，但整體的變化趨勢基本一致。0.1，0.2，0.5，1 Hz頻點隨著頻率的增加，幅度對整體的貢獻(xiàn)越來越小，而10 Hz頻點的幅度變化無明顯規(guī)律。在24 h的連續(xù)觀測中，DC-1 Hz極低頻電場的幅度分布并不滿足正態(tài)分布，而是隨著時間變化具有一定的規(guī)律性。結(jié)論得到了不同頻點的海洋水下環(huán)境電場的空間分布特性。

海洋環(huán)境水下電場；典型頻點；概率密度分布；長基線測量

海洋水下環(huán)境電磁場一方面有著重要的科學(xué)研究價值和顯著的經(jīng)濟(jì)效益[1]，另一方面其作為艦船測試的主要背景場，會對目標(biāo)信號檢測造成一定影 響[2—4]。只有充分掌握環(huán)境電磁場的基本特性才能更好地為目標(biāo)水下電場測試提供幫助。水下電磁場的探測距離短制約著水下電場目標(biāo)測試的發(fā)展[5—7]，長基線測量系統(tǒng)作為一種新的測量方式，通過增大電極間距獲得空間增益，進(jìn)而提高對微弱信號的感知能力[8—11]。文中通過開展長基線測試方法研究，分析不同位置測量體采集的電場數(shù)據(jù)，研究低頻電場在空間上的幅度變化、典型頻點的概率分布，進(jìn)而掌握海洋環(huán)境水下電場的空間分布規(guī)律。

1 低頻電場的幅度變化

采用的長基線水下電場測量系統(tǒng)由4只銀/氯化銀電極構(gòu)成，分別為補(bǔ)償電極、參比電極和2個測量電極，頻率范圍為DC-1 kHz，電極最大間距可達(dá)40 m，用于獲取水下電場數(shù)據(jù)。測量信號可反映環(huán)境電場大尺度變化情況。長基線電場傳感器測量如圖1所示。

如圖2所示，對比分析位于不同位置處的測量體所測得的水下低頻電場在24 h觀測中的幅度變化。

從圖2中可以看出，雖然由于電極距不同導(dǎo)致低頻電場的幅度大小不同，但不同位置處海洋環(huán)境電場整體的變化趨勢是一致的。低頻電場的幅度在晚上7點之后逐漸降低，凌晨1—3點時幅度達(dá)到最小，3點之后又逐漸升高，上午7點至晚上7點幅度有些小的起伏。

2 典型頻點的概率分布

研究典型頻點概率分布的目的是分析不同頻點的幅度變化規(guī)律及概率分布情況，它可以清晰地表現(xiàn)出不同頻點對整體幅度變化的貢獻(xiàn)。這里仍然對比分析24 h典型頻點的幅度變化和概率分布。

可以發(fā)現(xiàn)，頻點0.1，0.2，0.5，1 Hz的幅度變化趨勢與低頻電場的變化趨勢近似，并且隨著頻點頻率的增加，幅度對整體的貢獻(xiàn)越來越小。10 Hz的幅度變化并不存在這種特點，沒有明顯的規(guī)律。對不同頻點幅度的概率分布統(tǒng)計如圖4所示。

從概率密度分布圖中可以看出，對于這5個典型頻點的幅度，除10 Hz的概率密度分布與正態(tài)分布有些相似之外，其他頻點的幅度均與正態(tài)分布曲線相差甚遠(yuǎn)。

圖3 連續(xù)24 h內(nèi)典型頻點的幅度變化曲線

圖4 不同測量體0.1 Hz頻點幅度的概率分布

圖5 不同測量體0.2 Hz頻點幅度的概率分布

圖6 不同測量體0.5 Hz頻點幅度的概率分布

圖7 不同測量體1 Hz頻點幅度的概率分布

圖8 不同測量體10 Hz頻點幅度的概率分布

3 結(jié)論

1）海洋環(huán)境水下電場的空間分布會由于電極間距的不同而體現(xiàn)出幅度有所差異，但整體的變化趨勢基本一致。

2）在選取的典型頻點中，頻點0.1，0.2，0.5，1 Hz的幅度變化趨勢與低頻電場的變化趨勢相近。隨著頻率的增加，幅度對整體的貢獻(xiàn)越來越小。10 Hz頻點的幅度變化并不存在這種特點，沒有明顯的規(guī)律。

3）在24 h的連續(xù)觀測中，DC-1 Hz極低頻電場的幅度分布并不滿足正態(tài)分布，而是隨著時間變化具有一定的規(guī)律性。

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Characteristics of Underwater Electric Field Based on Long-base Line Measurement

MO Li-xin1, JIAO Da-wen2

(1.Naval Agent￠s Room in No.426 Shipyard, Dalian 116005, China; 2.Dalian Scientific Test and Control Technology Institute, Dalian 116013, China)

Objective To research spatial distribution of electric field in marine environment. Methods Certain spatial gain was supplied based on the long-base line measurement system to increase the strength of measurement signal and measure the variation of amplitude of different measurement bodies in low-frequency electric field and the probability density distribution of 0.1, 0.2, 0.5, 1 and 10 Hz canonical frequency points in 24 hours. Results The spatial distribution of underwater electric field was various due to the different electrode separation, but the overall change tendency was almost the same. The contributions to the whole from frequency points 0.1, 0.2, 0.5 and 1 Hz decreased with the increase of frequency, while the rule of amplitude variation at 10 Hz was not apparent. In the 24 hours of continuous observation, the DC-1 Hz amplitude distribution of extremely low frequency electric field didn’t comply with normal distribution, but presented regularity with time change. Conclusion The spatial distribution characters of underwater electric field in ocean environment are obtained.

underwater electric field of ocean environment; typical frequency point; distribution of probability density; long-base line measurement

10.7643/ issn.1672-9242.2017.05.008

TJ01

A

1672-9242(2017)05-0036-07

2016-12-07；

2016-12-19

莫立新（1964—），男，山東諸城人，碩士，高級工程師，主要研究方向為艦船總體設(shè)計。