理论教育 海洋电磁场特性与应用

海洋电磁场特性与应用

时间:2023-10-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:舰船物理场是指在舰船周围的空间出现的不同物理性质的场。舰船的物理场是其本身固有的性质,只能减弱,不能完全消除。舰船物理场的源基本上是从舰船本身、舰船在海洋中运动两个方面进行分析。最后,对舰船的物理场要进行实际测量,验证数学模型的准确性。模拟源是根据舰船物理场源特征,专门制作能够产生此特征的设备,发射同类型信号,测量其相关的特性。

海洋电磁场特性与应用

舰船物理场是指在舰船周围的空间出现的不同物理性质的场。舰船的物理场是其本身固有的性质,只能减弱,不能完全消除。有的物理场是不依赖于海洋环境就能呈现出来的,如舰船的静磁场,其产生的最基本原因是舰船建造所使用的钢铁等磁性物质。静磁场的分布不依赖于海水介质,其衰减只与距离有关,有的物理场则是在海洋环境条件下才能呈现出来,如舰船的电场,其产生的主要原因是舰船水下部分不同金属间的腐蚀和防腐电流。舰船物理场体系框架如图8.3所示。

舰船的物理场特性首先需要从机理上进行分析,找出舰船上的哪些因素是能够产生物理场的源。现代舰船大多是由钢铁等材料建造起来的庞然大物,航空母舰更是一个能够移动的堡垒,搭载着各种武器装备和电子、机械设施。舰船物理场的源基本上是从舰船本身、舰船在海洋中运动两个方面进行分析。

图8.3 舰船物理场体系框架示意图

从舰船本身出发,其组成的物质材料性质、船体结构、武器装备和设备布局、电源和动力供应、电力设备使用、机械设备使用等方面,都可能与某种物理场的产生有关。如钢铁的磁性可以产生磁场,船体材料能反射声波雷达波,船体结构是可见光场的特征,烟囱是红外场的一个特征点,电力设备的漏电可以辐射出电磁场等。

舰船在海洋中的运动破坏了海洋原有的状态,而海水是组成成分复杂的媒质,其状态的改变就意味着某种物理场的变化,探测到这种变化,就可以判断舰船目标的存在。最明显的例子是舰船尾流,另外还有舰船的腐蚀、防腐电流经过螺旋桨的调制而产生轴频电场,舰船经过时刺激海洋中的微生物发光等。

舰船物理场主要源的分类原则与环境背景干扰场类似,可根据具体源的特点进行分类,分类的方法也会根据研究进展发生变化,在深入研究后对某个主要源进行拆分,再重新分类。(www.daowen.com)

其次,分析各种源对舰船物理场的贡献大小,确定主要场源,建立舰船物理场的数学模型。在机理分析结果的基础上,将主要源做适当简化和假设,使之能够用比较简单的一个模型进行模拟,也可以由几个模型进行组合,并且能在数学上进行计算,计算量不会过于庞大。一种源可能有多种不同的模拟方法,在现有的技术水平条件下,对可能的模拟方法都要进行尝试和比较,根据计算量、应用目的、模型精度和稳定性,选择一种最合适的数学模型。

再者,研究舰船物理场的时空分布特性。舰船物理场都有一定的强度,都会在传播介质中随着测量距离的增加而衰减。评价不同舰船目标的同一种物理场的物理场性能高低,是在相同的测量条件下进行比较,其中较重要的两个条件是相同的环境和相同的评价距离(测量距离)。评价探测性能高低的准则是对相同量级的物理场能够探测到的最远距离。水雷引信主要是探测舰船目标运动通过时物理场的变化规律而动作的,既有量级大小,也有可持续探测时间。可见,对舰船的物理场进行物理场性能测量,首要的前提是在相同的距离下,测量舰船目标物理场的大小,根据现有探测和攻击武器水平对舰船的物理场性能进行评价。舰船物理场在空间中的分布规律和随着经过测量点的时间变化规律是水雷、尾流自导鱼雷等武器引信研制需要的,需通过此规律进行引信动作参数和工作机制设计。

最后,对舰船的物理场要进行实际测量,验证数学模型的准确性。测量分为两个步骤:实验室的模拟测量和海上的实船测量。

实验室的模拟测量对象分为模拟源和船模两种。模拟源是根据舰船物理场源特征,专门制作能够产生此特征的设备,发射同类型信号,测量其相关的特性。船模则是根据模拟的实船对象,按照缩比原则,尽量逼真再现小尺度的舰船源特性,在船模静止和/或运动的状态下进行特性测量。模拟源相对船模要简单,发射信号的形式和量级容易调节,对基本的理论可以进行很好的验证。船模要比模拟源复杂得多,但是测量的数据更接近实际,对数学模型准确性的验证更有效。实验室的模拟测量可以根据主要源特性物理模拟的难度和费用来选择是只做一种测量对象还是两种都做。

海上的实船测量数据对验证数学模型的准确性是最有说服力的,但是海上测量的难度最大,获取的有效数据量也受兵力和经费的客观制约。海上测量前要对测量系统进行调试,保证其工作在正常状态,要制定有效的测量方法和试验大纲,要协调测量人员和舰船操作人员明确实施的具体要求,考虑到各种可能出现的问题,预备应急预案。测量时要严格按照试验大纲的要求执行,但对突发的意外事件,立即启动应急预案,或者迅速召集决策者制定更改方案。

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