根据测量系统的使用方式可以划分为可移动便携式舰船电磁场测量系统和固定式舰船电磁场测量系统。
而根据被测目标的运动方式可以分成静态舰船电磁场测量系统和动态舰船电磁场测量系统,或者说成是舰船停泊式测量系统和舰船行进式测量系统。
几种不同分类的测量系统之间互有重叠。比如舰船停泊式测量系统可以有临时便携式测量平台和固定式舰船测量平台,而舰船行进式测量系统又存在固定式测量平台和移动式便携测量平台两种。
静态和动态测量是指开展测量时被测舰船是处于停泊不动状态还是处于航行运动状态。一般来说,静态测量时间较长,对舰船船艏向、水平姿态、作业时间有严格要求,而动态测量就要方便得多,只需要让被测舰船按照一定路线以规定的工况通过布设的测量系统水域。
下面分别从静态和动态两个角度对测量方法进行说明,读者可根据不同测量要求和应用场合选择相应的方式。
8.5.1.1 静态测量
1)磁场静态测量
舰船磁场静态测量首先采用的就是舰船停泊在固定地点,然后把装有磁场传感器的电缆挂在船舷两侧,通过移动所悬挂的传感器而得到舰船周围空间各点的磁场,优点是原理简单、容易实行,缺点是不容易兼顾到所有的空间关键测点。图8.22是带有磁场传感器定位信息的测量方法示意图,其中1#、2#、3#传感器是水声接收传感器,4#传感器是带水声发射装置的磁场传感器。通过1#、2#、3#三个传感器就可以给4#传感器的位置进行定位,这样一来在进行舰船磁场测量的过程中,就可以随着磁场测量传感器的移动而知道移动后所选择的下一个测点的准确位置。这种测量方法是最早的传统静态测量方法。
图8.22 静态舰船磁场测量方法简图
还有一种传统的静态测量方式是传感器采用大平面布阵,被测舰船停泊在大平面上方,从而获取舰船下方一定深度上的磁场结果(图8.23)。
随着舰船磁隐身的蓬勃发展,出现了专门针对舰船磁场测量的静态磁场测量平台系统,待测舰船被非金属绳索固定在测量平台的测量区域内,然后通过先进的可移动式磁测量传感器阵列对其进行详细测量,获取有效数据,指导舰船的消磁和磁隐身工作(图8.24)。
2)电场静态测量
电场静态测量包括两种测量方式,即电势测量(图8.25)和电场强度测量(图8.26)。电势测量稳定性较高,但是电场强度测量方式更能准确地对舰船电场源进行定位。
图8.23 大平面测量方式
图8.24 静态舰船磁场测量平台
图8.25 舷侧静态测量电势测量示意图
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图8.26 舷侧静态测量电场强度测量示意图
电势测量具体过程如下:令目标船在试验海区以系鼓方式处于漂泊状态下,测量系统包括两个电极,其中一个为参考电极,另一个为测量电极。将参考电极布放到零点位处(离开被测目标足够远的距离),将测量电极吊放在船艏水下固定深度(一般为船宽)处,在海水中稳定一段时间,当电极极差电位稳定后,记录该电位Φ1。开始测量时,参考电极位置保持不变,测量电极在同一深度移向船艉,每隔一定距离测量一次该点电势,如电势变化较为剧烈,在该点附近增加测量点。到达船尾后,将测量电极移回船艏,待电极重新稳定后,再次记录电极极差电位,记作Φ2。比较Φ1和Φ2,如果两者相对偏差小于10%,则测量结束,否则重新进行测量。
电场强度测量具体过程如下:令目标船在试验海区以系鼓方式处于漂泊状态下,在舷侧将测量电极吊放在水下固定深度处,电极对间距为1 m,测量电极下部与非金属配重相连,使电极对保持垂直姿态。待测量电极在海水环境中达到稳定状态后,沿着船舷将测量电极对从船艏移动到船艉(或由船艉到船艏),测量目标船电场的垂直分量,该深度测量完成后,改变测量电极的吊放深度,重复以上步骤,获得目标船电场在不同深度的分布情况。传感器吊放深度根据目标船的吃水深度和当时水深设定,测量的同时还需测量海水的电导率。
8.5.1.2 动态测量
1)磁场动态测量
磁场动态测量既可以采用固定式也可以采用便携式,两种方法各有利弊。一般来说,可移动便携式磁场测量系统结构简单、重量较轻,便于临时搭建和布放,磁场传感器根据测量要求能够任意布放、调整位置,实现移动式测量。该磁场测量系统平台具备使用时迅速安装、不用时可快速拆除回收,然后装载到运输工具上运走的特点,缺点在于前期准备工作较为复杂,布放回收作业受海况影响(图8.27)。固定式磁场测量系统主要布放于消磁站或者军港进出港航道上,以预置海底基础为平台,磁测量系统长期布放于海底,对日常或者检测过程中的船只进行磁场测量,该方式的测量系统具备测量精度相对较高,缺点在于投资较大、后期维护费用高(图8.28)。
图8.27 便携式舰船磁场测量示意图
图8.28 固定式舰船磁场测量示意图
2)电场动态测量
电场动态测量包括两种方式,一是水下电势标量测量,二是电场强度矢量测量。水下电势测量采用长基线方式(图8.29),水下测量阵列由一个参比电极和若干个测量电极组成。
假定存在一个无穷远点,该点电势为零,则某一测量点的电势是与零电势的差值。该种方法优点如下:传感器由单电极组成,体积较小,便于布放;利用少量电极便可实现多点测量;电势标量测量,不需要姿态控制、方位测量等辅助设备,降低了系统的成本。其缺点是只适用舰船静电场测量,环境电场干扰较大,同时海上试验操作困难,测量精度低。
图8.29 电势动态测量示意图
电场强度矢量测量采用短基线方式(图8.30),水下测量体包含三对电极,分别测量电场强度三个正交分量,系统由多节点组成阵列。为了保证测量的准确性和布放回收的简易性,测量电极极距应不大于1 m。该方式可以测量舰船静电场和交变电场,能够获取较丰富的信息。其缺点是水下测量体研制成本较高。
图8.30 电场强度动态测量示意图
3)水下综合物理场动态测量系统
上几节分别介绍了电场和磁场的测量方法,在实际操作中还可将水下电场传感器和磁场传感器集成在同一测量系统中,以同时获得电磁的六个分量,便于进行下一步的信号分析处理。此外还可将声、地震波、压力等传感器与电磁测量系统进一步集成,形成包含多个物理量的水下综合物理场动态测量系统。这类系统可实现水下多节点、同时基、同点水下多物理场的数据获取。这种系统的好处就是可以在舰船一个航次测量过程中,同步获取多个物理场测量结果,大大缩短了测量时间,同时也大大缩减了目标舰船在测量方面的人力和物力的耗费。图8.31为英国超级电子公司浅海近岸水下多场舰艇特性测量系统。
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