1）海上校准的必要性

如前所述，传感器的不一致性、海床界面、水下测量体密封壳体及海底基阵水下基础引起的电场畸变会引入不可忽视的水下电场测量误差，极大影响到测量的准确性。舰船水下电场测试系统校准技术是实现舰船水下电场准确测量和量值统一的重要手段。

图8.38　校准系统试验水池中央水下电场垂直切面图（信号1 Hz）

海上现场校准是水下电场测试系统校准体系的重要组成部分。海上现场校准是在实验室校准的基础上消除真实海洋因素引起的测量误差，海上现场校准目的主要有以下两点：一是对测试系统在真实海洋环境下对航行目标水下电场的测量性能进行测试，保证其工作正常性；二是消除海床界面、系统密封壳体及支架、水下基础、传感器相互干扰等因素引起的电场畸变。

2）海上现场校准方法

舰船水下电场测试系统海上现场校准采用标准场校准方式，通过海上校准源在海水中产生幅值、频率可控的电场信号，该电场信号可准确计算得到，利用该电场信号作为标准信号与水下电场测试系统实测信号进行比对，获得校准系数，实现对水下电场测试系统的海上校准，如图8.39所示。

水下电场测试系统海上校准方法如下：

海上校准源选用水平电偶极子源，即由水平布置、间距一定的一对供电电极组成水平电偶极子在海水中激励正弦电场信号。由于海上现场校准的主要目的是消除海床界面、系统密封壳体、水下基础等因素引起的电场畸变，将电场测量值修正到仅存在空气和海水的半无限大空间海洋环境，因此标准电场信号计算应建立在空气-海水两层模型基础上。将海洋环境等效为空气-海水两层水平导电媒质模型，该模型下时谐水平电偶极子电场响应存在解析解。当电偶极子源偶极矩、信号频率、偶极子源位置坐标、测量系统位置坐标、海水深度、海水电导率等参数已知，其在测量系统所在位置处激励的水下电场解析公式在第2章中已经给出。可以准确计算得到，该电场值可作为电场标准值。

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图8.39　舰船水下电场测试系统海上现场校准示意图

海上校准过程是将水下测量系统布放在海底后，对测量系统水下位置坐标进行标定，待测量系统工作稳定后，试验船拖曳处于工作状态的校准源按照设定航线匀速直线通过水下测量系统上方，试验人员采集测试系统测量数据，同时记录校准源坐标、入水深度、偶极矩、输出频率、海水深度及海水介质电导率等辅助参数。该单程结束后，改变校准源信号输出频率，重复上述过程，完成整个测量频带的系统校准。校准结束后，将校准源偶极矩等参数输入电场解析公式，计算出电场标准值E1i，将不同频点的系统测量值E2i与标准值进行比对，可得到各频点的校准系数：

海上现场校准装置以海上校准源为主体，主要由船上电场信号发射机、水下拖体、拖体上的发射电偶极（一对供电电极）、拖曳缆、定位单元和参数测量单元等部分组成。试验船拖曳海上校准源水下拖体在距海面以下一定深度位置前进，试验船上电场信号发射机输出可控幅度、可控频率的交变电流，通过拖曳缆传输到水下拖体的发射电偶极，在海水中激励用于测试系统校准的低频电场信号，如图8.40所示。参数测量单元主要包括高精度电流表、多通道数据采集器、运动三维姿态仪、水声测距模块、GPS、深度传感器及海水电导率计等，用于发射回路电流、水下拖体姿态和位置坐标、海水深度、海水电导率等参数测量，上述参数用于校准源标准电场信号的计算，如图8.41所示。

由于海上校准源激励电场是一个空间分布信号，即在一定信噪比情况下，水下传感器阵列均可接收到校准信号，因此采用一个校准源可实现传感器阵列的海上校准。如果传感器阵列覆盖宽度较大，单一校准源产生的电场信号不能保证每个传感器测量信号具有高信噪比，可规划多个校准源航行路线，每次校准覆盖一定区域传感器，采用分区、多次校准的方式实现整个阵列的海上校准。

图8.40　海上校准源工作示意图

图8.41　校准装置参数测量模块组成及测量参数