海洋中的电磁场及其应用

　　本书系统介绍了海洋电磁场基础理论、海洋电磁仪器及海洋电磁场在海底资源开发及国防军事中的应用。本书分为三部分：第一部分介绍基本方法与原理，包括海洋电磁场基本特性、电磁场在海洋中的传播规律、海洋电磁传感器等；第二部分为海洋电磁法在海底资源勘探和军事国防领域的应用原理及案例；第三部分为相关技术在其他领域应用的趋势展望。

　　吕俊军，研究员，工学博士，博士生导师，享受国务院特殊津贴。大学毕业后一直在大连测控技术研究所和水下测控技术国家实验室从事海洋和目标物理场特性研究，主持承担了国防973、国防基础科研重点项目、重点预研项目及重点预研基金等10多项国家部委课题。带领团队在海洋电磁场及目标电磁场领域取得国防奖2项、集团公司科学技术奖10多项，取得20多项专利授权。先后获得“大连市十佳青年岗位能手”“中国船舶重工集团公司有突出贡献专家”“大连市优秀专家”等荣誉称号。

第1章绪论1

1.1海洋电磁场研究发展历程3

1.2海洋电磁场频段范围4

1.3海洋电磁场一般性质6

1.3.1似稳态近似表征6

1.3.2分布与传播特性7

1.3.3衰减特性8

1.3.4电性源与磁性源9

1.4主要环境参量9

1.4.1海水磁导率10

1.4.2海水介电常数10

1.4.3海水电导率10

1.4.4地磁场12

1.4.5海洋生物14

1.4.6海水与海床分层14

1.5海洋环境电磁场15

1.5.1天然电磁场15

1.5.2人工电磁场17

1.5.3海洋环境电磁场基本特性18

1.5.4海洋环境电磁场典型示例21

1.6海洋电磁场应用28

1.6.1物理海洋科学研究29

1.6.2海洋地质地球物理29

1.6.3军事国防29

参考文献30

第2章海洋中电磁场的传播31

2.1电磁场在分层传导介质中的基本方程33

2.1.1基本方程33

2.1.2电偶极子的电磁场35

2.1.3磁偶极子的电磁场37

2.2电磁波在海洋介质中的传播40

2.2.1深海自由场传播40

2.2.2浅海多路径传播49

2.2.3仿真算例61

2.3水下电磁场在浅海环境中的传播规律和衰减特性66

2.3.1浅海环境下的多路径传播66

2.3.2多路径各分量衰减特性69

参考文献74

第3章界面对海洋电磁场传播的影响77

3.1界面影响物理机制79

3.2界面影响理论分析80

3.3界面影响数值仿真81

3.3.1空气海水界面影响82

3.3.2海水海床界面影响86

3.4界面影响试验验证89

3.4.1试验过程89

3.4.2验证结论90

3.5界面影响的修正92

3.5.1海床电导率的影响92

3.5.2基于海床电导率反演的界面修正方法92

3.5.3基于等效系数的界面影响修正方法98

3.6界面影响修正方法误差分析100

3.6.1界面影响修正试验验证方法100

3.6.2修正误差计算101

参考文献103

第4章海洋电磁传感器105

4.1海洋电磁传感器指标技术体系107

4.1.1电场传感器指标体系107

4.1.2磁场传感器指标体系114

4.2海洋电场传感器117

4.2.1Ag／AgCl电极117

4.2.2其他类型电极122

4.2.3水下电场传感器的结构125

4.3海洋磁场传感器128

4.3.1磁场传感器的主要类型128

4.3.2感应式磁场传感器129

4.3.3磁通门传感器136

参考文献144

第5章海洋电磁法在地球物理勘探中的应用147

5.1应用简介149

5.2海底大地电磁测深法151

5.2.1方法简介151

5.2.2方法原理151

5.2.3应用案例157

5.3海洋可控源电磁法164

5.3.1方法简介164

5.3.2方法原理164

5.3.3应用案例171

5.4海底自然电位法179

5.4.1方法简介179

5.4.2方法原理180

5.4.3应用案例182

5.5海底直流电阻率法188

5.5.1方法简介188

5.5.2方法原理188

5.5.3应用案例189

5.6海洋多通道瞬变电磁法192

5.6.1方法简介192

5.6.2海上数据采集192

5.6.3应用案例193

5.7海底瞬变电磁法195

5.7.1方法简介195

5.7.2方法原理196

5.7.3应用案例197

参考文献201

第6章目标海洋电磁场在军事中的应用205

6.1水中目标电磁场的概念207

6.1.1水中目标电磁场的定义207

6.1.2水中目标电磁场的分类207

6.2水中目标电磁场的产生208

6.2.1静电场208

6.2.2静磁场211

6.2.3交变电磁场213

6.3水中目标电磁场特性214

6.3.1电磁场源的数学表征模型214

6.3.2基本特性219

6.4水中目标电磁场的模拟225

6.4.1模拟方法225

6.4.2相似准则227

6.5海床基水下电磁场探测229

6.5.1回线式探测装置229

6.5.2基于传感器阵列的电磁栅栏231

6.5.3水下电磁探测网络232

6.6水下电磁场浮标233

6.6.1应用场景233

6.6.2基本组成233

6.6.3工作原理235

6.7航空磁异常探测235

6.7.1多平台组网探测236

6.7.2低频电磁场探测236

6.8综合物理场引信236

6.9海战场电磁环境237

参考文献237

第7章海洋电磁法仪器239

7.1海底电磁接收机241

7.1.1简介241

7.1.2斩波放大器242

7.1.3采集电路245

7.1.4姿态测量模块246

7.1.5释放回收系统246

7.1.6高可靠性设计247

7.1.7主要技术指标247

7.2拖曳电磁发射机248

7.2.1简介248

7.2.2甲板监控单元249

7.2.3控制单元251

7.2.4发射天线253

7.2.5主要技术指标254

7.3拖曳电磁接收机255

7.3.1简介255

7.3.2甲板终端256

7.3.3主节点257

7.3.4从节点258

7.3.5主要技术指标259

参考文献260

第8章舰船水下电磁场的测量263

8.1舰船物理场性能测量体系265

8.1.1环境背景干扰场特性266

8.1.2舰船物理场特性267

8.1.3舰船物理场的应用与危害269

8.1.4测量传感器271

8.1.5舰船测量条件与环境272

8.1.6测量系统设计272

8.1.7测量参数的规范化274

8.1.8测量数据的处理275

8.2海洋环境电磁场276

8.2.1地磁场的异变特性276

8.2.2海浪磁场特性278

8.2.3静电场环境背景的干扰特性280

8.2.4低频电磁场环境背景的干扰特性280

8.2.5背景场的抵消281

8.3测量传感器284

8.3.1磁场传感器284

8.3.2电场传感器284

8.4测量条件与环境286

8.4.1测量环境要求286

8.4.2测量船要求286

8.4.3被测船要求287

8.5水下电磁场测量系统287

8.5.1测量方式287

8.5.2水下电磁场测量系统组成292

8.6电磁场测量参数的规范化295

8.7测量系统校准296

8.7.1壳体引起的电场畸变297

8.7.2水下测量体系数校准297

8.7.3海上动态校准298

8.8系统测量误差分析301

8.8.1系统测量误差302

8.8.2定位误差303

8.8.3深度偏差303

8.8.4正横偏差304

8.8.5水下传感器姿态引起的误差304

8.8.6降低误差的方法305

参考文献305

第9章海洋电磁场应用展望307

9.1海洋电磁传感器的进展309

9.2海洋电磁场的拓展应用310

9.2.1水下通信310

9.2.2目标跟踪定位310

9.2.3海洋地震海啸预报311

9.2.4海洋污染监测311

9.2.5船舶腐蚀监测311

9.2.6陆地油、水勘探312

参考文献312