主权项 |
一种高空电磁脉冲在海水中传播特性的计算方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1、获取初始化参数,即在计算前获得如下参数:海水下电气系统在海水内的深度d,即海水下电气系统距离海面的深度;电磁脉冲源距离海面高度h;电磁脉冲源、海水下电气系统在海面投影间的距离l;入射电磁波的来波方向θ<sub>i</sub>,θ<sub>i</sub>=arctan(l/h);将入射电磁波电场矢量<img file="FDA0000463118640000011.GIF" wi="108" he="98" />表示为水平和垂直两种极化方向的叠加,即<maths num="0001" id="cmaths0001"><math><![CDATA[<mrow><msub><mover><mi>E</mi><mo>→</mo></mover><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>E</mi><mrow><mi>i</mi><mo>/</mo><mo>/</mo></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mover><mi>e</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mo>/</mo><mo>/</mo></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>E</mi><mrow><mi>i</mi><mo>⊥</mo></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mover><mi>e</mi><mo>^</mo></mover><mo>⊥</mo></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000463118640000012.GIF" wi="1547" he="91" /></maths>式中<img file="FDA0000463118640000013.GIF" wi="184" he="92" />为单位矢量,E<sub>i//</sub>、E<sub>i⊥</sub>为水平极化波函数和垂直极化波函数;t表示时间;步骤2、计算海水介电常数;<maths num="0002" id="cmaths0002"><math><![CDATA[<mrow><mi>ϵ</mi><mo>≈</mo><mo>-</mo><mi>j</mi><mfrac><mi>σ</mi><mi>ω</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000463118640000014.GIF" wi="927" he="117" /></maths>σ是海水电导率,通过电导率仪测量得到,为已知量;ω表示电磁波的角频率,j表示虚数单位;步骤3、计算海平面反射传递函数;首先计算电磁波的出射角为<maths num="0003" id="cmaths0003"><math><![CDATA[<mrow><msub><mrow><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow><mi>t</mi></msub><mo>=</mo><msqrt><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mrow><mo>(</mo><mfrac><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub></mfrac><mi>sin</mi><msub><mi>θ</mi><mi>i</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></msqrt><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000463118640000015.GIF" wi="1133" he="184" /></maths><maths num="0004" id="cmaths0004"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mi>ω</mi><msqrt><msub><mi>μ</mi><mn>0</mn></msub><msub><mi>ϵ</mi><mn>0</mn></msub></msqrt><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000463118640000016.GIF" wi="1133" he="90" /></maths><maths num="0005" id="cmaths0005"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mi>ω</mi><msqrt><msub><mi>μ</mi><mn>0</mn></msub><mi>ϵ</mi></msqrt><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000463118640000017.GIF" wi="1132" he="93" /></maths>ε<sub>0</sub>是真空介电常数,为已知量,μ<sub>0</sub>是真空磁导率,已知量;<maths num="0006" id="cmaths0006"><math><![CDATA[<mrow><mfenced open='{' close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>L</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mo>/</mo></mrow></msub><mo>≈</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><msub><mi>η</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>η</mi><mn>2</mn></msub><mi>cos</mi><msub><mi>θ</mi><mi>i</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>η</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>L</mi><mrow><mn>1</mn><mo>⊥</mo></mrow></msub><mo>≈</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><msub><mi>η</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>η</mi><mn>1</mn></msub><mi>cos</mi><msub><mi>θ</mi><mi>i</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>η</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>7.1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000463118640000021.GIF" wi="1497" he="307" /></maths>式中,η<sub>1</sub>,η<sub>2</sub>分别为空气和海水的波阻抗,且有<maths num="0007" id="cmaths0007"><math><![CDATA[<mrow><mfenced open='{' close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>η</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msqrt><mfrac><msub><mi>μ</mi><mn>0</mn></msub><msub><mi>ϵ</mi><mn>0</mn></msub></mfrac></msqrt></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>η</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msqrt><mfrac><msub><mi>μ</mi><mn>0</mn></msub><mi>ϵ</mi></mfrac></msqrt></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>;</mo></mrow>]]></math><img file="FDA0000463118640000022.GIF" wi="264" he="340" /></maths>步骤4、海水透射损耗传递函数的计算<maths num="0008" id="cmaths0008"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>L</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><mfrac><mi>d</mi><mi>δ</mi></mfrac></mrow></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000463118640000023.GIF" wi="1131" he="149" /></maths>式中,e为自然常数,δ是趋肤深度,且有<maths num="0009" id="cmaths0009"><math><![CDATA[<mrow><mi>δ</mi><mo>=</mo><msqrt><mfrac><mn>2</mn><mrow><mi>ω</mi><msub><mi>μ</mi><mn>0</mn></msub><mi>σ</mi></mrow></mfrac></msqrt><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>9</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000463118640000024.GIF" wi="1046" he="157" /></maths>步骤5、海水总电磁脉冲传递函数计算;将由步骤3得到的海平面反射传递函数(7.1)与步骤4得到的海水透射损耗传递函数(8)级联,即得到海水中电磁脉冲传递函数:<maths num="0010" id="cmaths0010"><math><![CDATA[<mrow><mfenced open='{' close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>L</mi><mrow><mo>/</mo><mo>/</mo></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>L</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mo>/</mo></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>L</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>L</mi><mo>⊥</mo></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>L</mi><mrow><mn>1</mn><mo>⊥</mo></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>L</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>10</mn><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo></mrow>]]></math><img file="FDA0000463118640000025.GIF" wi="1385" he="178" /></maths> |