电磁波在水下的衰减

自从党的十八大提出“建设海洋强国”的战略目标以来，国人秉承“关心海洋、认识海洋、经略海洋”的思想，挺进深蓝。浩瀚海洋，神秘多彩，蕴藏着诸多未解之谜等着人们去探索、开发。

常言道眼见为实，尽管依靠各种潜水设备人们可以潜入水下，近距离探察，但能到达的范围有限、持续时间短且风险极高。于是，各类航行器应运而生，ROV（Remote Operated Vehicle，遥控潜水器）、UUV（Unmanned Underwater Vehicle，无人水下航行器）等相继出现，在深水勘探、沉船打捞、地形测绘等领域大放异彩，帮助我们探索无法到达的广袤海域。水下环境复杂多变、暗礁密布，那么航行器是如何实现自由航行而不出现“交通事故”，并能准确找到目标物的呢？这就不得不提到声呐了。

“声呐”一词来自英文“SONAR”（Sound of Navigation and Ranging），全称为声音导航与测距，是利用声波实现水下探测和通信任务的电子设备的统称。由于光、电磁波等在水中衰减快、传播距离近，空气中常用的雷达等设备在水下效能甚微，声呐成为迄今为止在水下进行测量、观察和通信的最有效的方式。根据工作原理，声呐分为主动声呐和被动声呐，如图1所示。前者利用“回声定位”的原理，通过发射声信号照射到物体上产生的回波来探测定位目标；后者则是采集目标自身发出的声信号来发现它的存在。对于航行器来说，通常情况下水中物体并不发声，此时的主动声呐犹如“探照灯”，帮助航行器在海洋中发现并定位目标而不用担心碰撞到其他物体上。

图1 主被动声呐工作示意图

主动声呐系统通常由基阵、电子结构和辅助设备组成。其中，基阵有发射基阵、接收基阵或者收发合置阵之分，由水声换能器按照一定布放规则排列组合而成，其形状可以是球形、柱形、平面形或者线形；电子结构包括发射、接收、显示和控制等部分；辅助设备则是电源、电缆及其他保证声呐功能实现的各种结构。根据功能、安装位置等的不同，主动声呐系统又可以分为多种类型。如根据功能分为探测声呐、定位声呐、通信声呐、导航声呐等，根据安装位置可以分为前视声呐、舷侧声呐、拖曳声呐等等。

航行器上的主动声呐丰富多样，它可以搭载前视成像、侧扫声呐、超短基线、多普勒计程仪、水声调制解调器等多个声学设备，用于实现目标成像、地形测绘、航行器定位和通信等功能，支撑其在水下完成各项任务。

不同类型的声呐工作原理不同，获取信息的能力也各有不同，可互为补充，共同实现同一种功能。以航行器避障为例，可用声呐有单波束测距声呐、前视成像声呐等，它们都可以发现视场范围的障碍物并给出距离等信息，为航行器采取措施规避障碍提供输入。前视成像声呐通常安装在航行器的前方，用于对前进方向视场范围内的物体进行成像，通过图像处理等手段检测有无障碍物并进行测距、测向和识别。而单波束测距声呐则只能判断视场内有无物体并估计其距离，无法测向，通常根据航行器的运动特性和探测需求安装在前、后、左、右、上、下等多个方位。

作为水下航行器上不可或缺的设备，随着人们对海洋探索的不断深入和航行器技术的不断发展，主动声呐的性能要求也不断提高，探测距离远、定位精度高、设备小型化成为当前发展趋势，各种高性能设备亦不断涌现，助力海洋事业发展。（航天三院水下装备总体部 吴玉双）

幸良桑3431电磁波在海水中衰减如此厉害,潜水艇深潜如何与地面通信 -
廉包详17284964924 ______ 潜艇会在水面上设置一个信号浮标 根据事先设定的程序,浮标在离开母艇后,首先会在水下停留一段时间.待潜艇潜航到安全距离外,它才缓慢浮出水面,并借助通讯卫星向千里之外的司令部发出暗号.一旦同后者建立联系,浮标就会向水下伸...

幸良桑3431请简述水下为什么用声呐系统来探测目标 -
廉包详17284964924 ______ 在水中进行观察和测量,具有得天独厚条件的只有声波.这是由于其他探测手段的作用距离都很短,光在水中的穿透能力很有限,即使在最清澈的海水中,人们也只能看到十几米到几十米内的物体;电磁波在水中也衰减太快,而且波长越短,损失越大,即使用大功率的低频电磁波,也只能传播几十米.然而,声波在水中传播的衰减就小得多,在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹,在两万公里外还可以收到信号,低频的声波还可以穿透海底几千米的地层,并且得到地层中的信息.在水中进行测量和观察,至今还没有发现比声波更有效的手段.

幸良桑3431设计一个电磁波可以在水中传播的实验? -
廉包详17284964924 ______ 电磁波在水中衰减很严重,一般认为,不能在水中传播电磁波.你看,潜水艇在水下潜行的时候,是用超声波(声纳)与外界联系的.所以.这个实验有可能是一个失败的实验.当然,也有可能突破前人的结论.

幸良桑3431电磁波怎样传到海洋深处 -
廉包详17284964924 ______ 增大功率和集束电磁波的情况下可以使电磁波到达海底 但是: 1.电磁波在空气及水中传播是明显的阻尼传播,即每传播一定距离,电磁波强度就会衰减一定值.空气的阻尼值较小,对通讯业影响不大,但不纯净的海水的阻尼值很大. 2.同时电...

幸良桑3431电磁波能在水传播吗?为什么 -
廉包详17284964924 ______ 变化的电场激发涡旋磁场(磁场线是闭合的),变化的磁场激发涡旋电场,(电场线是闭合的).所以如果空间某处有变化的电场(磁场)它将在邻近的地方激发涡旋磁场(电场);这激发涡旋磁场(电场)也是变化的,如此循环.涡旋磁场和涡旋电场是相互激发;闭合的电场线和闭合的磁场线互相套连.在电磁波中不是质点在运动,而是电场强度矢量E和磁场强度矢量H做振动.可是明白了,它的关键在于传播时不需要介质.

幸良桑3431光波在水中的衰减比电磁波弱,为什么? -
廉包详17284964924 ______ 大部分波段的光在水下传播时都会受到强烈的吸收衰减

幸良桑3431用物理角度说什么是声呐 -
廉包详17284964924 ______ 声音导航与测距,是一种利用声波在水下的传播特性,通过电声转换和信息处理,完成水下探测和通讯任务的电子设备.它有主动式和被动式两种类型,属于声学定位的范畴.声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备,...

幸良桑3431什么是水声? -
廉包详17284964924 ______ 许多专家认为,20世纪70年代应该以人类向海洋——我们食物资源的最重要来源——的大进军为标志.他们引证说,地球70%的表面被水覆盖.但是很遗憾,在陆地上为我们忠实而又准确地服务的通讯通道,也就是或者以光的形式,或者以无线电波形式出现的电磁辐射的利用,在水下却受到限制,因为信号在水下传播距离很小,不超过几米.不过,如果说电磁波从空气中转入水中迅速衰减,那么,对声波来说,情形却正好相反.因为声音在水中比在空气中更易传播.因此,人可以利用声波,透过大洋的黑暗“观看”.渔夫、海洋学家和潜水员用声波装置武装起来,就能毫无困难地为自己在海洋中开辟道路.

幸良桑3431声呐的原理 -
廉包详17284964924 ______ 声呐是英文缩写“SONAR”的音译,其中文全称为:声音导航与测距,Sound Navigation And Ranging”是一种利用声波在水下的传播特性,通过电声转换和信息处理,完成水下探测和通讯任务的电子设备.它有主动式和被动式两种类型,属...

幸良桑3431声呐又是什么呢?
廉包详17284964924 ______ 声呐是一种利用声波在水下的传播特性,通过电声转换和信息处理,完成水下探测和通讯任务的电子设备.声呐是英文“so¬nar”的音译,中文全称为“声音导航与测距...