海洋中的電磁場及其應(yīng)用

第1章緒論1

1.1海洋電磁場研究發(fā)展歷程3

1.2海洋電磁場頻段范圍4

1.3海洋電磁場一般性質(zhì)6

1.3.1似穩(wěn)態(tài)近似表征6

1.3.2分布與傳播特性7

1.3.3衰減特性8

1.3.4電性源與磁性源9

1.4主要環(huán)境參量9

1.4.1海水磁導(dǎo)率10

1.4.2海水介電常數(shù)10

1.4.3海水電導(dǎo)率10

1.4.4地磁場12

1.4.5海洋生物14

1.4.6海水與海床分層14

1.5海洋環(huán)境電磁場15

1.5.1天然電磁場15

1.5.2人工電磁場17

1.5.3海洋環(huán)境電磁場基本特性18

1.5.4海洋環(huán)境電磁場典型示例21

1.6海洋電磁場應(yīng)用28

1.6.1物理海洋科學研究29

1.6.2海洋地質(zhì)地球物理29

1.6.3軍事國防29

參考文獻30

第2章海洋中電磁場的傳播31

2.1電磁場在分層傳導(dǎo)介質(zhì)中的基本方程33

2.1.1基本方程33

2.1.2電偶極子的電磁場35

2.1.3磁偶極子的電磁場37

2.2電磁波在海洋介質(zhì)中的傳播40

2.2.1深海自由場傳播40

2.2.2淺海多路徑傳播49

2.2.3仿真算例61

2.3水下電磁場在淺海環(huán)境中的傳播規(guī)律和衰減特性66

2.3.1淺海環(huán)境下的多路徑傳播66

2.3.2多路徑各分量衰減特性69

參考文獻74

第3章界面對海洋電磁場傳播的影響77

3.1界面影響物理機制79

3.2界面影響理論分析80

3.3界面影響數(shù)值仿真81

3.3.1空氣海水界面影響82

3.3.2海水海床界面影響86

3.4界面影響試驗驗證89

3.4.1試驗過程89

3.4.2驗證結(jié)論90

3.5界面影響的修正92

3.5.1海床電導(dǎo)率的影響92

3.5.2基于海床電導(dǎo)率反演的界面修正方法92

3.5.3基于等效系數(shù)的界面影響修正方法98

3.6界面影響修正方法誤差分析100

3.6.1界面影響修正試驗驗證方法100

3.6.2修正誤差計算101

參考文獻103

第4章海洋電磁傳感器105

4.1海洋電磁傳感器指標技術(shù)體系107

4.1.1電場傳感器指標體系107

4.1.2磁場傳感器指標體系114

4.2海洋電場傳感器117

4.2.1Ag／AgCl電極117

4.2.2其他類型電極122

4.2.3水下電場傳感器的結(jié)構(gòu)125

4.3海洋磁場傳感器128

4.3.1磁場傳感器的主要類型128

4.3.2感應(yīng)式磁場傳感器129

4.3.3磁通門傳感器136

參考文獻144

第5章海洋電磁法在地球物理勘探中的應(yīng)用147

5.1應(yīng)用簡介149

5.2海底大地電磁測深法151

5.2.1方法簡介151

5.2.2方法原理151

5.2.3應(yīng)用案例157

5.3海洋可控源電磁法164

5.3.1方法簡介164

5.3.2方法原理164

5.3.3應(yīng)用案例171

5.4海底自然電位法179

5.4.1方法簡介179

5.4.2方法原理180

5.4.3應(yīng)用案例182

5.5海底直流電阻率法188

5.5.1方法簡介188

5.5.2方法原理188

5.5.3應(yīng)用案例189

5.6海洋多通道瞬變電磁法192

5.6.1方法簡介192

5.6.2海上數(shù)據(jù)采集192

5.6.3應(yīng)用案例193

5.7海底瞬變電磁法195

5.7.1方法簡介195

5.7.2方法原理196

5.7.3應(yīng)用案例197

參考文獻201

第6章目標海洋電磁場在軍事中的應(yīng)用205

6.1水中目標電磁場的概念207

6.1.1水中目標電磁場的定義207

6.1.2水中目標電磁場的分類207

6.2水中目標電磁場的產(chǎn)生208

6.2.1靜電場208

6.2.2靜磁場211

6.2.3交變電磁場213

6.3水中目標電磁場特性214

6.3.1電磁場源的數(shù)學表征模型214

6.3.2基本特性219

6.4水中目標電磁場的模擬225

6.4.1模擬方法225

6.4.2相似準則227

6.5海床基水下電磁場探測229

6.5.1回線式探測裝置229

6.5.2基于傳感器陣列的電磁柵欄231

6.5.3水下電磁探測網(wǎng)絡(luò)232

6.6水下電磁場浮標233

6.6.1應(yīng)用場景233

6.6.2基本組成233

6.6.3工作原理235

6.7航空磁異常探測235

6.7.1多平臺組網(wǎng)探測236

6.7.2低頻電磁場探測236

6.8綜合物理場引信236

6.9海戰(zhàn)場電磁環(huán)境237

參考文獻237

第7章海洋電磁法儀器239

7.1海底電磁接收機241

7.1.1簡介241

7.1.2斬波放大器242

7.1.3采集電路245

7.1.4姿態(tài)測量模塊246

7.1.5釋放回收系統(tǒng)246

7.1.6高可靠性設(shè)計247

7.1.7主要技術(shù)指標247

7.2拖曳電磁發(fā)射機248

7.2.1簡介248

7.2.2甲板監(jiān)控單元249

7.2.3控制單元251

7.2.4發(fā)射天線253

7.2.5主要技術(shù)指標254

7.3拖曳電磁接收機255

7.3.1簡介255

7.3.2甲板終端256

7.3.3主節(jié)點257

7.3.4從節(jié)點258

7.3.5主要技術(shù)指標259

參考文獻260

第8章艦船水下電磁場的測量263

8.1艦船物理場性能測量體系265

8.1.1環(huán)境背景干擾場特性266

8.1.2艦船物理場特性267

8.1.3艦船物理場的應(yīng)用與危害269

8.1.4測量傳感器271

8.1.5艦船測量條件與環(huán)境272

8.1.6測量系統(tǒng)設(shè)計272

8.1.7測量參數(shù)的規(guī)范化274

8.1.8測量數(shù)據(jù)的處理275

8.2海洋環(huán)境電磁場276

8.2.1地磁場的異變特性276

8.2.2海浪磁場特性278

8.2.3靜電場環(huán)境背景的干擾特性280

8.2.4低頻電磁場環(huán)境背景的干擾特性280

8.2.5背景場的抵消281

8.3測量傳感器284

8.3.1磁場傳感器284

8.3.2電場傳感器284

8.4測量條件與環(huán)境286

8.4.1測量環(huán)境要求286

8.4.2測量船要求286

8.4.3被測船要求287

8.5水下電磁場測量系統(tǒng)287

8.5.1測量方式287

8.5.2水下電磁場測量系統(tǒng)組成292

8.6電磁場測量參數(shù)的規(guī)范化295

8.7測量系統(tǒng)校準296

8.7.1殼體引起的電場畸變297

8.7.2水下測量體系數(shù)校準297

8.7.3海上動態(tài)校準298

8.8系統(tǒng)測量誤差分析301

8.8.1系統(tǒng)測量誤差302

8.8.2定位誤差303

8.8.3深度偏差303

8.8.4正橫偏差304

8.8.5水下傳感器姿態(tài)引起的誤差304

8.8.6降低誤差的方法305

參考文獻305

第9章海洋電磁場應(yīng)用展望307

9.1海洋電磁傳感器的進展309

9.2海洋電磁場的拓展應(yīng)用310

9.2.1水下通信310

9.2.2目標跟蹤定位310

9.2.3海洋地震海嘯預(yù)報311

9.2.4海洋污染監(jiān)測311

9.2.5船舶腐蝕監(jiān)測311

9.2.6陸地油、水勘探312

參考文獻312