[发明专利]高空电磁脉冲在海水中传播特性的计算方法

摘要

本发明为一种高空电磁脉冲（HEMP）在海水中传播特性的计算方法。包括如下步骤：步骤1、获取初始化参数；步骤2、计算海水介电常数；步骤3、计算海平面反射传递函数；步骤4、海水透射损耗传递函数的计算；步骤5、海水总电磁脉冲传递函数计算。本发明通过应用高空电磁脉冲在海水中传播特性的计算方法，可以计算任意海水深度的电磁脉冲环境，作为海面下电气系统的抗电磁脉冲设计的输入条件，并且，能够实时指导海面下电气系统的运行和停止。

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_i，θ_i=arctan（l/h）；将入射电磁波电场矢量表示为水平和垂直两种极化方向的叠加，即${\stackrel{\→}{E}}_i\left(t\right)=E_{i//}\left(t\right){\hat{e}}_{//}+E_{i\⊥}\left(t\right){\hat{e}}_{\⊥}---\left(1\right)$式中为单位矢量，E_i//、E_i⊥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；$\mathrm{\ϵ}\≈-j\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ω}}---\left(3\right)$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${\cos \mathrm{\θ}}_t=\sqrt{1-{\left(\frac{k_1}{k_2}\sin {\mathrm{\θ}}_i\right)}^2}---\left(4\right)$$k_1=\mathrm{\ω}\sqrt{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_0}---\left(5\right)$$k_2=\mathrm{\ω}\sqrt{{\mathrm{\μ}}_0\mathrm{\ϵ}}---\left(6\right)$ε₀是真空介电常数，为已知量，μ₀是真空磁导率，已知量；$\left\{\begin{array}{c}{L}_{1//}\≈\frac{2{\mathrm{\η}}_2}{{\mathrm{\η}}_2\cos {\mathrm{\θ}}_i+{\mathrm{\η}}_1}\\ L_{1\⊥}\≈\frac{2{\mathrm{\η}}_2}{{\mathrm{\η}}_1\cos {\mathrm{\θ}}_i+{\mathrm{\η}}_2}\end{array}\right.---\left(7.1\right)$式中，η₁，η₂分别为空气和海水的波阻抗，且有$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\η}}_1=\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{{\mathrm{\ϵ}}_0}}\\ {\mathrm{\η}}_2=\sqrt{\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{\mathrm{\ϵ}}}\end{array}\right.;$步骤4、海水透射损耗传递函数的计算$L_2\left(\mathrm{\ω}\right)=e^{-\frac{d}{\mathrm{\δ}}}---\left(8\right)$式中，e为自然常数，δ是趋肤深度，且有$\mathrm{\δ}=\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ω}{\mathrm{\μ}}_0\mathrm{\σ}}}---\left(9\right)$步骤5、海水总电磁脉冲传递函数计算；将由步骤3得到的海平面反射传递函数（7.1）与步骤4得到的海水透射损耗传递函数（8）级联，即得到海水中电磁脉冲传递函数：$\left\{\begin{array}{c}{L}_{//}\left(\mathrm{\ω}\right)=L_{1//}\left(\mathrm{\ω}\right)L_2\left(\mathrm{\ω}\right)\\ L_{\⊥}\left(\mathrm{\ω}\right)=L_{1\⊥}\left(\mathrm{\ω}\right)L_2\left(\mathrm{\ω}\right)\end{array}\right.---\left(10\right).$