[发明专利]舰船静电场的基于点电源的深度换算方法

说明书

一种舰船静电场的基于点电源的深度换算方法，属于舰船电场测量技术领域。包括如下步骤：确定拟合舰船静电场的点电源个数和位置；测量船体下方某深度平面上的两条及以上测线的电场数据；对测量点建立电场计算模型，建立电场方程；求解电场方程，得到点电源的效电荷，并算出点电源的偶极矩；利用得到的偶极矩算出空间中任意点的电场强度。优点：测量点较少，只需测量两条及以上测线上的电场，不需要一个平面上的测量值，计算简单，适用于浅海环境和无限深海域；可反演出源强度，获得源强度后可计算任意位置的电场；换算精度高。

技术领域

本发明属于舰船电场测量技术领域，具体涉及一种舰船静电场的基于点电源的深度换算方法。

背景技术

舰船静电场是一种重要的舰船目标的暴露源、水中兵器的攻击源。为了防止被安装有电场引信的水雷打击，各国通常将电场的抑制技术运用在船舶设计和制造中。而评价静电场抑制效果是否有效时，通常以某个深度的电位或电场峰-峰值作为评价指标。实际上，受测量条件的限制，某个平面上静电场信号的最大峰-峰值是很难准确获得的，并且电场隐身时的平面上电场的最大峰-峰值与未采用隐身时的电场最大峰-峰值并不在同一条测线上，因此，就需要利用一定的测量数据进行深度换算。舰船电场深度换算的内涵是通过对某深度平面上一定区域内的舰船电场测量数据的分析，加以适当的计算来获得另一个深度平面上的舰船电场数据。现有的舰船静电场的深度换算主要有大平面换算法和迭代换算法。

在大平面换算法中，基于大平面测量数据的深度换算方法的根据是：海水中的静电场是舰船表面附近的腐蚀和防腐电流产生的，在舰船下方的海水空间中不存在自由电荷，因此在这个区域中静电场满足拉普拉斯方程。当目标平面位于换算平面下方时，可以选取换算平面与无限远处所包围的空间作为换算空间，并以换算面电场数据及无穷远边界作为边界条件，通过求解静电场满足的拉普拉斯方程来求得换算空间中任意平面上的静电场。

在迭代换算法中，假设测量面为S₀，换算面为S₁，根据微分学原理，分别位于S₀、S₁两个平面上的具有相同x、y坐标的任意两个点的电场向量存在如下关系：

其中，z₀、z₁分别表示S₀、S₁所在位置的垂向坐标，根据(1)式，只要求得电场各分量在垂直方向上的偏导数，则换算问题可以解决。但是，由于用于换算的数据是某个平面上的静电场数据，因而无法直接求得垂向偏导数。考虑静电场防尘的微分形式，则有：

由此可以得到

即

由式(4)可知，电场各分量的垂向偏导数可以通过电场在水平方向上的偏导数得到，由此可以通过式(1)，将换算平面电场换算到目标平面的电场。事实上，两个平面之间的电场在垂直方向上并不是均匀变化的，电场在垂直方向上的偏导数是随着深度发生变化的，因而需将电场各分量的垂向导数进行离散化处理。

假设在平面S₀和S₁之间等距离地插入若干个平面，在垂直方向上将Δz平均分为若干等分，其中的间距为小的微量dz。平面S₀的深度设为z₀，令S₀作为第1个迭代平面，其深度设为z_i1，从平面S₀开始第k个迭代平面的深度为z_ik，S₁为第N个迭代平面，其深度为z_iN，第k个迭代平面与其上方相邻平面上具有相同水平坐标的两点之间电场的关系为