0 引言

海洋环境水下电场的激励源主要包括海洋大地电场、海水运动感应产生电场和沿岸工业设施产生电场等^[1]。由于海水具有的运动周期以及其吸收和滤波作用，海洋环境水下自然电场的能量主要在DC-1 kHz频段，特别是DC-10 Hz的低频段所占比重最大。人为因素形成的工业干扰因供电频率固定，能量集中在50 Hz及其谐波中，往往50 Hz所占比重最大并且较稳定^[2]。

装备水下电场测试分为静电场、交变电场和工频电场测试，所有的测试频段都与海洋环境水下电场存在重叠。在一些恶劣的海洋环境条件下，容易出现环境水下电场时域波形急剧变化以及明显的线谱特征，因此环境水下电场带来的测试误差不容忽视。

1 静电场

海洋环境水下静电场一般指DC-1 Hz频带的数据，其时域波形是反应静电场最基本的物理量。图 1和图 2展示了海洋环境静电场典型样本的时域波形^[3]：

由图 1可知，海洋环境水下电场幅值振动范围是±30 μV/m。通过分析大量数据样本能够发现，虽然静电场所包含的激励场源随机性很强，但是其幅值振动较为稳定。这意味着在没有外界突发性强烈干扰的情况下，海洋环境水下静电场在短期内不会出现明显异常。

然而，当发生磁暴等特殊气候现象时，静电场时域波形的幅值会出现剧烈变化，下面是磁暴发生时的海洋环境水下电场分析结果：

为了与装备测试结果进行对比，利用仿真计算软件，得到一定水深、电偶矩和频率的实船水下电场计算结果，时域波形如图 3所示。

结果表明，磁暴时海洋环境水下静电场的幅值达到了100 μV/m，频谱上波及了DC-1 kHz的全部频带，几乎完全淹没实船水下电场信号，难以有效分辨目标特征。

2 交变电场

一般意义上的海洋环境水下交变电场是指1 Hz~1 kHz频带的数据，在装备水下交变电场测试时，环境水下电场同样存在着与目标线谱相同或近似的频点，如周期较短的海面涌浪、舒曼谐振及其他不明干扰等。以一次记录的雷电现象为例^[4]，给出了数据处理结果。

根据雷电线谱特征，仿真计算得到的实船轴频时域波形如图 5。

从图 5可看出，当雷电发生时会出现幅值较大的脉冲，幅值达到360 μV/m，并且在频谱上的1.5 Hz和7.5 Hz频点出现明显的线谱。与实船分析结果相比，雷电干扰已经超过了轴频电场幅值，也易与轴频线谱混淆，因此雷电天气下进行装备测试时应对强烈的雷电影响进行识别和消除。

3 工频电场

装备与海洋环境水下电场均存在50 Hz工频特征，随着与海岸线距离的增加以及时间的推移，工频电场幅值变化较大。在浅海近岸处，海洋环境水下工频电场因幅值变化引起的装备测试误差同样需要考虑，图 7为海洋环境水下工频电场24 h连续观测以及实船工频电场信号的分析结果：

由图可见，24 h连续观测中海洋环境水下工频电场较稳定。工频电场幅值达到36 μV/m、变化范围6 μV/m，实船工频电场较微弱，幅值变化范围与环境工频电场相当。在凌晨1:00-3:00之间，海洋环境水下电场幅度达到最小值且非常稳定。

4 结语

海洋环境水下电场形态复杂多变，既有按一定周期、变化平缓而有规律的电场，也有偶然发生、短暂而复杂的瞬时电场，从而导致环境电场规律性和随机性并存。装备水下电场测试必须充分考虑所依存的环境，最大程度的剥离环境电场干扰，提高测试精度，因此根据本文的研究成果给出装备测试建议如下：

1）海水运动形式包括海面波浪（涌浪）、海流、涡流、内波和潮汐等，当海水活跃时会产生较强的海洋环境水下电场背景噪声^[5-6]，因此首先建议选择海况低和海流流速较缓时进行测试。

2）无论是测试装备的静电场、交变电场还是工频电场，在凌晨1:00~3:00时间内，海洋环境水下电场在全频带的幅值明显降低且变化平缓。

3）装备测试时应尽可能的避免磁暴、雷电等异常天气，它所带来的环境电场干扰量级可能会完全淹没真实的目标信息，无法有效提取有用信号。