【《水下电磁波的基本物理特性分析》2500字】

万方数据万方数据水下电磁波的基本物理特性分析目录TOC\o"1-3"\h\u23508水下电磁波的基本物理特性分析 1212081.1引言 1298931.2电磁波在海水中的基本传播特性 1243901.1.1海水中基本电磁参数 1162151.1.2海洋电磁场 3202491.1.3海水的趋肤深度与场强衰减 391891.3海洋内波的基本特性 575431.3.1内波的运动特征 5318221.3.2内波分界面处电磁波传播 61.1引言海洋占地球表面的70%以上，海水的盐度很高。因为它有不同的阴离子和阳离子，它变成了导电体。法拉第在1831年发现了电感定律，他认为海水会因为地球的运动而切断地球的磁感线，并产生感应电感。这是由C.Halston在1851年证实的，当时他发现了通道电缆电压的类似循环变化。这激发了人们对研究海洋电子现象的兴趣。从麦克斯韦方程开始，介绍了水下低频电场的典型传播参数，包括海水衰减速率、水下复波数、波长、导电性等基本概念和公式，并给出了理论计算对分层表面电磁波的传播进行了比较和分析。最后，讨论了海洋中波浪的基本特征和运动特征。1.2电磁波在海水中的基本传播特性1.1.1海水中基本电磁参数海水的温度、盐度和事件频率有关。一般来说,在海水中渗透度相当于在真空中渗透度和的价值都是47℃x10(n。”)。海水的电导率一般在3到5之间(S/M)。当标准温度为170摄氏度时，海水的电导率约为4.5(S/M)，比河流和湖泊的标准海水的相对允许系数大1000倍，在较低的频率下。海水电磁场的麦克斯韦方程是其中s为海水中的介电常数。为角频率。为海水电导率。即由式(2-1)，可得E和H满足齐次亥姆霍兹方程其中，k为海水中的复传播波数。上式中，从为海水中的磁导率。如表1.1，给出一些我们常用的电磁波频段在500Hz-30KHz时海水中的基本传输参数供参考。表1.1海水中电磁波的基本传播参数1.1.2海洋电磁场海洋中有两种电磁场:一种是由海洋中目标物体的运动引起的感应电磁场。第二种是自然电磁场，主要是地磁场。在地球的两层，海水在地球磁场中的运动可以产生感应磁场。当局部磁场的垂直分量为4.8×104NT时，海水的运动周期为16秒，所以感应磁场可能是1NT。潮汐运动产生的另一个例子是60公里宽、300米厚的半椭圆电流，当地球磁场运动时，可产生约38新台币的感应磁场。当电磁波在海水中传播时，它的能量会急剧下降，因为它会产生电流。电磁波的频率越大，衰减越快。从麦克斯韦方程中，振幅衰减为1/e。其中f是电磁波的频率。经过计算，当电磁波的频率超过1兆赫时，它将小于2厘米。现在，电磁波倾向于到达海面，无法到达海面。这表明海水对高频电磁波有很强的屏蔽作用。如果电磁波的频率可以达到10hz的极低频，那么理论上5000米。现在我们可以看到海洋已经完全被破坏了。1.1.3海水的趋肤深度与场强衰减正如第1.1.2节所述，海水高频电波的到达深度较低，而且衰减迅速。低频电磁波具有稳定的传播特性、强抗干扰能力、小扩散衰减和大深度等优点。所以它可以在海洋中移动一定的距离。在这篇文章中，根据东海实际海浪的温度，将海水的状态参数作为三种情况下的海水传导是3.5,4.5和5.5(s/M)，选择的电磁波频率是0-300khz和0-300hz进行比较和模拟。图1.1趋肤深度与入射频率的关系图1.1显示皮肤深度与电磁波频率之间的关系。可以看到，当电磁波到达的频率增加时，皮肤深度会迅速下降，这意味着电磁波会迅速下降。电磁波的频率越低，皮肤的深度就越容易扩散到海水中。根据图1.1中(a)和(b)的对比，当电磁波在35赫兹的低频范围内时，电磁波也能穿透水下40米左右的深度。在中频和低频中。因此，选择频率较低的波段来探测水下目标。从图中还可以看出，海水的导电性越强，海水中电磁波的深度就越小，在海水中传播的可能性就越小。1.3海洋内波的基本特性1.3.1内波的运动特征海洋内部的波是不同密度的液体在上层和下层的运动，也可以用流体动力学方程来描述。也就是说，形成内部波的粒子是围绕平衡位置的椭圆运动。它的恢复力主要包括重力、浮力和地球惯性。内波通常发生在海底，而波的本质也是一种表面波。但它与表面波不同，它表现为波的缓慢运动，相位速度小于1米/秒，振幅通常高达几米或几十米。波长从100米到近公里不等，周期缩短了几分钟，长达数小时。内波的最大振幅发生在海平面以下。因此，它可以在不同的海洋层之间产生物质转移和能量交换。海水的一个重要运动。根据周期、频率和波长的特点，内部波可分为三种:第一种是较短的周期或较短的波长，内部波在较高的频率下有一分钟左右的周期运动，而空间尺度的变化也很小。一般来说，内波表现出强烈的随机性。有很长的波长和几十公里的范围。然而，孤立波的随机变化相对较小。第三个是惯性波，它的频率接近于局部惯性频率，它的周期性变化超过12个小时，空间变化范围也达到了几十公里，而且这种变化的随机性非常强。波浪由湍流源分离，并由潮汐和潜艇地形的相互作用形成;在惯性中有波是由海风脉冲引起的，在水中有波是由目标(如潜水艇、船只等)或干扰源引起的。内海可以分为外海、海洋、极地和赤道。产生波浪需要两种条件:一种是水下干扰源，另一种是海水密度的稳定分层，两者都是不可缺少的。水下扰动的来源可能是由于压力变化引起的海水运动，也可能是受外部力量的影响，如地震和水下目标的运动。当海水的密度不均匀时，就会形成一层跳动的海水，这样就可以在海洋中形成内波。海浪的浪高比海面要大得多，因此在海面上具有强大的能量，是潜艇和其他目标的潜在威胁。2002年，台湾大学海洋科学小组在东海观测到最大的内浪，浪高170米，高约50层，沙墙被强烈的水流卷起，形成了16米高的沙丘。内海的活动非常活跃。图1.3描述了台湾科技研究观测图。海洋中隐藏的波的活动可以直观地看到。图1.3海洋内波1.3.2内波分界面处电磁波传播海洋内部的波是一种发生在海洋温度线之间的波。对内波的早期研究。随着越来越多的高分辨率和高分辨率的电子采样设备和仪器的出现，海洋内部的波观测变得越来越广泛。与此同时，理论和相关的内波方法也在迅速发展，因此越来越多的内波观测数据更详细地呈现给人们。在20世纪70年代，研究海洋内部波的一项重要成就是Murk的内部波谱模型。人们对海洋中波的产生、演化和衰减都很感兴趣。在海洋内部的光谱模型中，为了研究的目的，海洋内部的波被简化为一种简单的运动波。建立空间矩形坐标轴，获取原始坐标。在海洋中，x轴是发