楊靖玄,陳 聰,孫嘉慶,譚 浩,司理鋒,杜初陽(yáng)

(海軍工程大學(xué)，武漢 430033)

隨著減震降噪、消磁、模擬尾流等隱身和對(duì)抗技術(shù)的不斷發(fā)展，艦船電場(chǎng)作為新興的目標(biāo)特征信號(hào)逐步引起人們的重視[1]。和傳統(tǒng)的3種艦船物理場(chǎng)一樣，艦船電場(chǎng)也能夠用于控制水中兵器引信[2]和制導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)多物理場(chǎng)信息融合[3]，提高水中兵器的抗干擾能力。針對(duì)近岸、港口、海峽等濱海作戰(zhàn)環(huán)境特點(diǎn)，水中兵器及預(yù)警裝置在相應(yīng)淺海區(qū)域中利用電場(chǎng)信息對(duì)艦船等目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)時(shí)除了需要考慮不同介質(zhì)水平分層界面的影響，還需要考慮在近岸環(huán)境中電導(dǎo)率異于海水且在垂直于水平面方向上具有一定空間分布的物體對(duì)標(biāo)量電位分布的影響，如巖石、堤壩、橋墩等。另外在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)艦船電場(chǎng)等效模擬場(chǎng)源所激發(fā)的水下電場(chǎng)進(jìn)行實(shí)測(cè)時(shí)，由于水池尺寸、結(jié)構(gòu)的限制，水池四周的邊界對(duì)水下標(biāo)量電位分布的影響也不可忽略[4-5]。根據(jù)上述物體的幾何特征以及電介質(zhì)特性，一般可選擇電導(dǎo)率小于海水的“豎直岸壁”介質(zhì)為上述物體的抽象模型，其占據(jù)水平方向半空間，且與空氣、海水、海床共同形成的交界面垂直于水平面并無(wú)限延伸。顯然，豎直岸壁存在時(shí)分層海洋環(huán)境中艦船水下標(biāo)量電位的分布特征更接近于真實(shí)的艦船水下電場(chǎng)目標(biāo)特征，因此，研究豎直岸壁存在時(shí)艦船水下標(biāo)量電位分布的一般特征，以及研究豎直岸壁對(duì)艦船水下標(biāo)量電位分布影響的一般規(guī)律都具有明顯的實(shí)用價(jià)值，并且有助于提高水中兵器的目標(biāo)識(shí)別能力、打擊精度以及抗干擾能力。

但相關(guān)文獻(xiàn)在利用現(xiàn)有建模技術(shù)(如有限元法[6]、邊界元法[7]、等效源法[8-9])，研究艦船水下電場(chǎng)分布特征時(shí)均未深入考慮豎直岸壁對(duì)場(chǎng)分布的影響[10]，僅個(gè)別研究略有涉足[4]。由于艦船電場(chǎng)的主體特征可以用一個(gè)沿艏艉方向的水平電偶極子產(chǎn)生的場(chǎng)來(lái)描述[7]，因此文獻(xiàn)[10]利用鏡像法求解了三層水平分層的海洋環(huán)境中電偶極子的水下電場(chǎng)分布，但該研究局限于無(wú)限大水平分層海域，未考慮豎直岸壁的存在。文獻(xiàn)[4]在文獻(xiàn)[10]的基礎(chǔ)上利用鏡像法求解了存在兩種特殊方位的岸壁(與艦船航向平行、垂直)時(shí)電偶極子水下場(chǎng)分布的表達(dá)式并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其正確性，但研究重點(diǎn)針對(duì)相應(yīng)場(chǎng)域中電偶極子的水下場(chǎng)分布特征，而對(duì)于岸壁對(duì)標(biāo)量電位的影響規(guī)律研究不夠深入，且所研究的岸壁方位比較特殊，限制了文獻(xiàn)[4]中所得表達(dá)式的應(yīng)用范圍。顯然，還有必要繼續(xù)深入研究豎直岸壁對(duì)艦船水下標(biāo)量電位分布影響的一般規(guī)律。

本文中在上述研究的基礎(chǔ)上，仍采用水平電偶極子作為艦船電場(chǎng)主體特征的模擬場(chǎng)源，用有岸壁時(shí)的電位分布相對(duì)于無(wú)岸壁時(shí)電位分布的變化來(lái)表征岸壁對(duì)水下標(biāo)量電位分布帶來(lái)的影響。首先基于鏡像法推導(dǎo)了任意方位的豎直岸壁所帶來(lái)影響的數(shù)學(xué)表達(dá)式，進(jìn)而采用數(shù)值仿真的方法對(duì)影響規(guī)律開(kāi)展研究，得到一些有實(shí)用價(jià)值的影響規(guī)律，最后在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)了相應(yīng)的模擬場(chǎng)源和海洋環(huán)境，實(shí)測(cè)水下一定深度平面的標(biāo)量電位分布，驗(yàn)證了豎直岸壁對(duì)水下標(biāo)量電位影響的理論推導(dǎo)以及仿真研究結(jié)論的正確性。

1 豎直岸壁對(duì)艦船水下標(biāo)量電位分布影響的理論分析

實(shí)際應(yīng)用中，岸壁邊界與艦船目標(biāo)、探測(cè)傳感器的相對(duì)位置關(guān)系不盡相同，且岸壁自身的形態(tài)和尺寸有所區(qū)別，為獲得岸壁影響最基本的規(guī)律，本文重點(diǎn)研究如圖1所示的在三層水平分層的海洋環(huán)境中單一豎直岸壁對(duì)艦船水下電場(chǎng)分布特征的影響。其他場(chǎng)源和岸壁的情況可以以此為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。

圖1 豎直岸壁模型

建立如圖1所示的坐標(biāo)系，取水平面為xOy平面，z軸垂直于水面且指向地心。取艦船航向?yàn)閤軸方向，則艦船電場(chǎng)主體特征的等效場(chǎng)源用一沿x軸方向的電偶極子替代，其極矩為Idl=Ixdli，設(shè)其位于(x0,y0,z0)處。海水深度為D，岸壁-海水邊界為垂直于xOy面的平面，其在水平面上的投影直線滿足方程f(x,y)=Ax+By+C=0。則全空間被分為空氣、海水、海床、岸壁四個(gè)部分，所占空間的集合分別表示為Vi,i=0, 1, 2, 3，各部分介質(zhì)均勻，其電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、電容率分別為(σi,μi,εi)，其中V1為本文所研究的存在豎直岸壁的三層分層海域。

V1中電偶極子的標(biāo)量電位滿足泊松方程及相應(yīng)的邊界條件，可采用鏡像法進(jìn)行求解。

無(wú)豎直岸壁、僅考慮三層水平分層海域時(shí)，文獻(xiàn)[10]采用鏡像法對(duì)海水區(qū)域中的場(chǎng)分布進(jìn)行了求解，并將空氣-海水、海水-海床界面對(duì)海水中場(chǎng)分布的影響，表達(dá)為場(chǎng)源偶極子關(guān)于兩界面鏡像得到的一系列豎直方向分布的偶極子產(chǎn)生的場(chǎng)的疊加，則海水中任意場(chǎng)點(diǎn)(x,y,z)處的標(biāo)量電位為場(chǎng)源偶極子及其關(guān)于水平分層界面鏡像得到的豎直方向分布的偶極子(下文將它們一起稱(chēng)為源偶極子組，如圖2(a)所示)共同在該點(diǎn)產(chǎn)生的標(biāo)量電位。

圖2 存在豎直岸壁時(shí)鏡像偶極子位置

如圖2所示，存在豎直岸壁時(shí)，海水中任意場(chǎng)點(diǎn)的標(biāo)量電位應(yīng)為源偶極子組及其關(guān)于海水-岸壁邊界鏡像得到的鏡像偶極子組在場(chǎng)點(diǎn)處產(chǎn)生標(biāo)量電位的疊加。根據(jù)源偶極子組與岸壁的相對(duì)位置關(guān)系，可解得鏡像偶極子組位于平行于z軸的直線上，且在xOy面的投影位置為：

(1)

為推導(dǎo)方便，先將O-xyz坐標(biāo)系變換至新坐標(biāo)系O′-x′y′z′，即：

1)取O′點(diǎn)位于源偶極子組與鏡像偶極子組在水平面投影點(diǎn)連線的中點(diǎn)；

2)取海水-岸壁邊界為x′軸；

3)z′軸保持與z軸同向。

變換后得到如圖2(b)所示的坐標(biāo)系O′-x′y′z′，則兩坐標(biāo)系中位置坐標(biāo)的變換關(guān)系為：

(x,y,z,1)=(x′,y′,z′,1)·

(2)

偶極矩也需要變換。O-xyz坐標(biāo)系中一個(gè)偶極矩為Idli的電偶極子可表示為新坐標(biāo)系中的平行偶極子(其偶極矩為Ix′dli′)和垂直偶極子(其偶極矩為Iy′dlj′)，即：

Idli=Ix′dli′+Iy′dlj′=9Ixdl·sinθi′+Ixdl·cosθj′

(3)

進(jìn)而由文獻(xiàn)[4]可得到，在新坐標(biāo)系式(3)中的偶極子關(guān)于岸壁的鏡像偶極子的偶極矩為：

IMdl=ξIxdl·sinθi′-ξIxdl·cosθj′

(4)

用同樣的方法可求出存在豎直岸壁時(shí)，源偶極子組中的每一個(gè)電偶極子所對(duì)應(yīng)的鏡像偶極子(如圖2(a))的偶極矩，進(jìn)而可以求出海水中任意場(chǎng)點(diǎn)(x′,y′,z′)∈V1處的標(biāo)量電位應(yīng)為源偶極子組和鏡像偶極子組在該點(diǎn)產(chǎn)生的標(biāo)量電位的疊加。顯然，對(duì)比文獻(xiàn)[10]可知，有岸壁時(shí)的電位分布相對(duì)于無(wú)岸壁時(shí)電位分布而言，變化來(lái)自于鏡像偶極子組在場(chǎng)點(diǎn)處所產(chǎn)生標(biāo)量電位，因此豎直岸壁對(duì)水下標(biāo)量電位分布的影響可用鏡像偶極子組在場(chǎng)點(diǎn)處所產(chǎn)生標(biāo)量電位來(lái)表示，即：

(5)

(6)

根據(jù)兩坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)變換關(guān)系式(2),由式(5)、式(6)能夠解得在O-xyz坐標(biāo)系中的ΔΦ(x,y,z)。

2 豎直岸壁對(duì)艦船水下標(biāo)量電位影響規(guī)律的仿真分析

2.1 與艦船航向平行的岸壁對(duì)標(biāo)量電位分布的影響

根據(jù)艦船在實(shí)際海峽、港口等水域中航行時(shí)其位置、航向與岸壁的相對(duì)位置關(guān)系可知，存在與艦船航向平行的豎直岸壁(后文簡(jiǎn)稱(chēng)為平行岸壁)是比較常見(jiàn)的一種情形，因此本文重點(diǎn)研究平行岸壁對(duì)艦船水下標(biāo)量電位分布的影響。

設(shè)艦船航向?yàn)閤方向，則艦船電場(chǎng)等效場(chǎng)源為一沿x方向的電偶極子，海水-岸壁邊界也平行于x方向。在圖1所示的模型中設(shè)置仿真參數(shù)如下：場(chǎng)源電偶極矩Ixdl=10 A·m，場(chǎng)源位置(x0,y0,z0)=(0.0, 0.0, 15.0)m，海水深度D=50.0 m，海水電導(dǎo)率σ1=4 S/m，海床電導(dǎo)率σ2=0.4 S/m，岸壁電導(dǎo)率σ3=0.4 S/m。海水-岸壁邊界在xOy面上的投影滿足方程y=-30.0 m。利用式(1)～(6)，可計(jì)算出岸壁對(duì)z=25.0 m平面上各點(diǎn)的標(biāo)量電位帶來(lái)的影響ΔΦ，結(jié)果如圖3所示。

圖3 存在平行岸壁時(shí)z=25.0 m平面上ΔΦ分布

由圖3可知：① 平行岸壁不影響艦船中橫剖面(x=0.0 m)上的場(chǎng)點(diǎn)的標(biāo)量電位。② 平行岸壁對(duì)艦船水下標(biāo)量電位分布的影響關(guān)于艦船中橫剖面(x=0.0 m)呈反對(duì)稱(chēng)，且使除x=0.0 m面以外其他場(chǎng)點(diǎn)處的標(biāo)量電位絕對(duì)值普遍增大。③ 場(chǎng)點(diǎn)距離岸壁的垂直距離越近標(biāo)量電位絕對(duì)值增大得越多，說(shuō)明受岸壁的影響越大。

為進(jìn)一步研究岸壁對(duì)場(chǎng)分布對(duì)稱(chēng)性的影響規(guī)律，選取與岸壁平行且關(guān)于偶極子所在平面(y=0.0 m)對(duì)稱(chēng)的兩條場(chǎng)線上的標(biāo)量電位分布進(jìn)行對(duì)比分析。設(shè)兩場(chǎng)線與y=0.0 m平面的垂直距離均為Δy，如圖4所示。為表達(dá)方便，選擇計(jì)算上述兩條場(chǎng)線對(duì)應(yīng)取樣場(chǎng)點(diǎn)處標(biāo)量電位差值的方均根(Root Mean Square Difference，簡(jiǎn)稱(chēng)為RMSD)來(lái)表達(dá)兩者的差異，即：

(7)

式(7)中：Φ1(i)、Φ2(i)分別表示圖4中的兩條場(chǎng)線上第i個(gè)取樣場(chǎng)點(diǎn)的標(biāo)量電位值。

圖4 對(duì)稱(chēng)場(chǎng)線布設(shè)俯視圖

保持前述仿真參數(shù)，選取兩場(chǎng)線x方向的取值范圍為-50.0≤x≤50.0，且場(chǎng)線1、2上第i個(gè)場(chǎng)點(diǎn)坐標(biāo)為分別為(-51.0+i, Δy)、(-51.0+i, -Δy),則各場(chǎng)線上采樣場(chǎng)點(diǎn)數(shù)相同，均為n=101。分別計(jì)算無(wú)岸壁、有平行岸壁條件下不同Δy時(shí)的RMSD，仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 對(duì)稱(chēng)場(chǎng)線上Φ的RMDSD隨Δy變化曲線

由仿真結(jié)果圖5可知：(1)在無(wú)岸壁三層分層海洋環(huán)境中，不論Δy為多少，RMSD均為0，即對(duì)稱(chēng)場(chǎng)線上標(biāo)量電位分布總是相同，這說(shuō)明該深度平面上標(biāo)量電位分布關(guān)于艦船中縱剖面對(duì)稱(chēng)，與文獻(xiàn)[10]研究結(jié)論一致。(2)存在平行岸壁時(shí)RMSD隨Δy增大而線性增大。這說(shuō)明平行岸壁使得場(chǎng)分布失去了原有對(duì)稱(chēng)性，且場(chǎng)線距離岸壁垂直距離越近場(chǎng)分布的對(duì)稱(chēng)性受影響越大。這與前文結(jié)論是一致的。

產(chǎn)生上述現(xiàn)象的根本原因在于岸壁相對(duì)于海水為高阻體，會(huì)阻礙電流的流動(dòng)，由此使靠近岸壁處的場(chǎng)點(diǎn)標(biāo)量電位增加；且越靠近岸壁，影響越大。

2.2 固定豎直岸壁對(duì)不同場(chǎng)點(diǎn)處標(biāo)量電位的影響

對(duì)于水雷以及電磁探測(cè)陣列而言，在布設(shè)時(shí)除了需要考慮戰(zhàn)術(shù)使用需求，也需要根據(jù)岸壁對(duì)探測(cè)信號(hào)的影響規(guī)律選擇影響較小的位置進(jìn)行布設(shè)，或根據(jù)影響規(guī)律對(duì)探測(cè)信號(hào)進(jìn)行修正，以提高對(duì)非合作目標(biāo)的探測(cè)精度，因此有必要研究在相同的岸壁和場(chǎng)源條件時(shí)，不同場(chǎng)點(diǎn)受到岸壁影響的差別。

在本文2.1節(jié)仿真條件下，保持場(chǎng)點(diǎn)與場(chǎng)源的水平距離R不變，改變場(chǎng)點(diǎn)與源偶極子連線在水平方向上的投影與x軸正方向的夾角α，如圖6所示，計(jì)算呈圓形分布的各個(gè)場(chǎng)點(diǎn)的|△Φ|，仿真結(jié)果如圖7所示。

圖6 z=25.0 m平面上岸壁與場(chǎng)源相對(duì)位置關(guān)系示意圖

圖7 固定平行岸壁和場(chǎng)源時(shí)，圓形場(chǎng)線上|ΔΦ|隨α的變化

由圖6、圖7可知：① 平行岸壁對(duì)與場(chǎng)源水平距離相同的不同方位場(chǎng)點(diǎn)處的標(biāo)量電位影響不同，具有明顯方位指向性。近似為兩相切于場(chǎng)源投影點(diǎn)且關(guān)于x=0 m對(duì)稱(chēng)的橢圓，在α=90°、270°時(shí)|ΔΦ|取最小值0，而取最大值的方位角隨R增大逐漸靠近α=90°，即當(dāng)場(chǎng)點(diǎn)與場(chǎng)源投影點(diǎn)的水平連線垂直于岸壁時(shí)，岸壁對(duì)場(chǎng)點(diǎn)標(biāo)量電位無(wú)影響。②α相同時(shí)|ΔΦ|隨R增大而增大，即隨場(chǎng)點(diǎn)與岸壁垂直距離減小，岸壁對(duì)同一方位場(chǎng)點(diǎn)標(biāo)量電位的影響增大。

上述結(jié)論與前文是一致的，從ΔΦ的表達(dá)式出發(fā)也易于理解該結(jié)論。由于將岸壁對(duì)場(chǎng)分布的影響用鏡像偶極子組在場(chǎng)點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)來(lái)表示，而ΔΦ與場(chǎng)點(diǎn)和鏡像偶極子間距的三次方成反比，且與上述間距沿偶極矩方向的分量成正比。因此當(dāng)α變化時(shí)場(chǎng)點(diǎn)與鏡像偶極子的相對(duì)位置不斷改變，使得|ΔΦ|分布具有前述研究所描述的特征。

2.3 不同方位豎直岸壁對(duì)固定場(chǎng)點(diǎn)標(biāo)量電位的影響

盡管在多數(shù)航行條件下艦船航向均平行于海水-岸壁邊界，但由于航線設(shè)計(jì)等原因也會(huì)存在與艦船航向呈不同方位的岸壁，因此研究不同方位岸壁對(duì)艦船水下標(biāo)量電位的影響對(duì)于探測(cè)機(jī)動(dòng)目標(biāo)水下電場(chǎng)信號(hào)有著重要作用。

為分析方便起見(jiàn)，取艦船所在位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，在2.1節(jié)仿真條件下，如圖8所示，固定場(chǎng)源到岸壁的垂直距離為d，僅改變岸壁相對(duì)艦船航向的方位(該方位用過(guò)原點(diǎn)的岸壁法線與x軸正方向的夾角β來(lái)表示)，計(jì)算不同β時(shí)固定場(chǎng)點(diǎn)(5.0, 7.0, 25.0)、(-6.0, 4.0, 25.0)m處的|ΔΦ|，仿真結(jié)果如圖9所示。

圖8 岸壁與固定場(chǎng)源投影點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系俯視圖

圖9 存在不同方位岸壁時(shí)固定場(chǎng)點(diǎn)處|ΔΦ|隨β變化方位圖

由圖8、圖9可見(jiàn)：① 不同方位的岸壁對(duì)于同一場(chǎng)點(diǎn)處的標(biāo)量電位的影響不同，其方位分布具有明顯的指向性，且與場(chǎng)點(diǎn)位置、岸壁與場(chǎng)源間距有關(guān)，但根據(jù)大量場(chǎng)點(diǎn)處的仿真研究表明β=90°、β=270°|ΔΦ|取最小值，即平行岸壁(即方位與場(chǎng)源偶極矩平行)對(duì)標(biāo)量電位的影響最小。② 當(dāng)岸壁方位相同時(shí)岸壁距離場(chǎng)源越近，標(biāo)量電位受到的影響越大。

如圖10所示，為深入研究岸壁方位這單一因素對(duì)場(chǎng)分布的影響，在本節(jié)前述仿真條件下，選擇隨岸壁方位改變滿足以下條件的場(chǎng)點(diǎn)作為研究對(duì)象，即：① 固定場(chǎng)點(diǎn)與岸壁的垂直距離為d-R，其中場(chǎng)點(diǎn)與場(chǎng)源投影點(diǎn)的水平距離R=6.0 m;② 場(chǎng)點(diǎn)與場(chǎng)源投影點(diǎn)的水平連線與x軸正方向的夾角為β。

計(jì)算不同β時(shí)滿足上述條件的場(chǎng)點(diǎn)處的|ΔΦ|，仿真結(jié)果如圖11所示。

由圖10、圖11可知，當(dāng)場(chǎng)點(diǎn)與岸壁的垂直距離固定時(shí)，|ΔΦ|分布除了具有前述研究所具有的特征外，其分布近似為兩沿α=180°、0°方向排列且相切于場(chǎng)源投影點(diǎn)的相同橢圓，當(dāng)β=0°、β=180°時(shí)|ΔΦ|取最大值，即垂直岸壁(即方位與場(chǎng)源偶極矩垂直)對(duì)標(biāo)量電位的影響最大。

分析原因?yàn)椋弘娕紭O子在海水中產(chǎn)生電流的主要方向與電偶極矩一致，因此容易理解垂直岸壁較平行岸壁對(duì)海水中場(chǎng)分布的影響更大。

以上研究反映了在分層海洋環(huán)境中，豎直岸壁對(duì)艦船水下電場(chǎng)主體特征的影響規(guī)律。本文研究為在復(fù)雜海洋環(huán)境中水中兵器利用艦船電場(chǎng)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的預(yù)警、探測(cè)、打擊提供了理論基礎(chǔ)。

圖10 岸壁與場(chǎng)源投影點(diǎn)、場(chǎng)點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系俯視示意圖

圖11 存在不同方位岸壁時(shí)R=6.0 m上場(chǎng)點(diǎn)處|ΔΦ|隨β變化方位圖

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述理論推導(dǎo)以及仿真分析結(jié)論的正確性，利用如圖12所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先在尺寸為L(zhǎng)1×L2×L3=130.0 cm×60.0 cm×80.0 cm的玻璃水槽中配置電導(dǎo)率為0.716 S/m(水溫為24.4 ℃)的模擬海水，深度D=38.0 cm。建立如圖2所示的O-xyz坐標(biāo)系，用間距2.0 cm的兩金屬鉑片，沿x方向平行放置以模擬場(chǎng)源，并置于(0.0, 0.0, 10.0)cm處，并通以恒定電流I=0.05 A。利用9只固態(tài)Ag-AgCl電極形成y方向測(cè)線，通過(guò)沿x方向移動(dòng)，測(cè)得z=19.0 cm平面上的標(biāo)量電位分布。將場(chǎng)點(diǎn)處實(shí)測(cè)結(jié)果減去無(wú)岸壁三層模型下標(biāo)量電位的仿真值，并將此值作為四周岸壁對(duì)標(biāo)量電位影響的實(shí)測(cè)值ΔΦ，如圖13(a)所示。在本文2.3節(jié)所述模型基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件考慮存在β=0°、90°、180°、270°四個(gè)方位的豎直岸壁，岸壁與場(chǎng)源的間距分別為L(zhǎng)1/2、L2/2、L1/2、L2/2。根據(jù)式(5)、(6)，計(jì)算z=19.0 cm上四周岸壁對(duì)水下標(biāo)量電位分布的影響，仿真結(jié)果如圖13(b)所示。圖14為測(cè)量平面上的兩根垂直場(chǎng)線上的實(shí)測(cè)與仿真結(jié)果對(duì)比。

由圖13、圖14可知，ΔΦ實(shí)測(cè)值與考慮四個(gè)方位岸壁時(shí)的理論仿真值吻合較好；進(jìn)一步計(jì)算432個(gè)測(cè)量點(diǎn)處ΔΦ仿真值與實(shí)測(cè)值的平均偏差為1.1×10-5V，較ΔΦ量值而言偏差較小。

綜上所述，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了前述理論推導(dǎo)和仿真分析的正確性。

圖12 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖13 z=19.0 cm上實(shí)測(cè)、仿真ΔΦ三維圖

圖14 z=19.0 cm上ΔΦ隨x、y變化曲線

4 結(jié)論

1)平行岸壁使除艦船中橫剖面外所有水下場(chǎng)點(diǎn)處的標(biāo)量電位絕對(duì)值增大，相應(yīng)地改變了無(wú)岸壁時(shí)標(biāo)量電位分布關(guān)于艦船中縱剖面的對(duì)稱(chēng)性，且場(chǎng)點(diǎn)距岸壁越近岸壁的影響作用越明顯。

2)固定平行岸壁對(duì)與艦船電場(chǎng)等效場(chǎng)源中心水平距離相同的不同方位場(chǎng)點(diǎn)處標(biāo)量電位影響具有明顯的方位指向性，且上述圓形場(chǎng)線上受岸壁影響最大的場(chǎng)點(diǎn)的方位隨場(chǎng)線半徑增大逐漸靠近艦船中橫剖面。

3)岸壁方位對(duì)艦船水下標(biāo)量電位分布的影響具有明顯方位指向性，其中垂直岸壁對(duì)標(biāo)量電位影響最大，而平行岸壁的影響最小。

4)可對(duì)位于海峽、群島水道、港口泊位等受限水域中的艦船目標(biāo)的電場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行修正，提高探測(cè)、識(shí)別和打擊精度?；诒疚乃⒌呢Q直岸壁模型，能夠通過(guò)對(duì)不同方位岸壁的組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜海洋環(huán)境以及實(shí)驗(yàn)室模擬海洋環(huán)境的容器邊界條件的模擬，具有廣泛的適用性。