Белов А.И., Кузнецов Г.Н. «Модовая структура низкочастотного гидроакустического векторно-скалярного поля в мелком море» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Распространение и дифракция волн", с. 31-35 (2014). 74 с.

В мелком море исследуется интерференционная структура низкочастотных сигналов. Исследуется корреляция сигналов от буксируемых тональных источников на выходе скалярных и векторных приемных каналов. Корреляция скалярного поля и горизонтальной проекции векторного канала в среднем равна 0,92–0,99; корреляция с вертикальной компонентой уменьшается до 0,66–0,85. Выделяются нормальные волны. При использовании скалярных полей или горизонтальных проекций векторного поля выделяются 3–5 нормальных волн. При использовании вертикального канала выделяются 7–9 мод.

Луньков А.А., Rouseff D. «Оценка поперечного радиуса когерентности звукового поля в мелком море при наличии фоновых внутренних волн» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 10-16 (2014). 146 с.

В рамках теории адиабатических мод рассмотрена задача аналитической оценки поперечного радиуса когерентности звукового поля в мелководном волноводе в присутствии фоновых внутренних волн. Для описания вертикальных смещений жидкости использован спектр Гарретта–Манка, адаптированный под условия мелкого моря. Поле внутренних волн предполагалось изотропным. Для идеализированной модели волновода получены явные теоретические зависимости радиуса когерентности от расстояния до источника, частоты звука, плотности энергии внутренних волн и других параметров. Продемонстрировано качественное и количественное соответствие между результатами теоретических оценок и данными прямого численного моделирования. Осуществлено сравнение полученных значений поперечного радиуса когерентности с известными данными натурных экспериментов.

Григорьев В.А., Кацнельсон Б.Г., Lynch J.F. «Флуктуации интенсивности звука, обусловленные взаимодействием мод на движущихся нелинейных внутренних волнах в мелком море» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 44-51 (2014). 146 с.

Проводится анализ флуктуаций интенсивности низкочастотных (300±30 Гц) сигналов, распространяющихся в мелком море в присутствии нелинейных внутренних волн (НВВ) в эксперименте Shallow Water 2006, Атлантический шельф США. Сигналы принимались на вертикальную антенну на расстоянии ∼20 км от источника. Пакет НВВ в рассматриваемом времени двигался целиком внутри акустической трассы, составляющей с фронтом пакета угол в горизонтальной плоскости ∼10°. Используя ранее разработанную модовую теорию флуктуаций, основанную на механизме взаимодействия мод, в работе получены теоретические спектры флуктуаций, главной особенностью которых является т.н. доминирующая частота флуктуаций, соответствующая колебаниям максимальной амплитуды и обусловленная максимальным взаимодействием мод. Сравнение результатов моделирования с экспериментом позволяет интерпретировать аналогичный максимум, наблюдаемый в экспериментальном спектре, как доминирующую частоту. Анализируется вклад горизонтальной рефракции.

Бородина Е.Л., Петухов Ю.В. «Влияние стратификации скорости звука в осадочном слое дна на формирование интерференционной структуры акустического поля в мелком море» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 59-66 (2014). 146 с.

Рассмотрено влияние градиента скорости звука в жидком осадочном слое дна на возбуждение боковых сдвиговых и продольных волн, а также собственных мод, формирующих пространственно-частотную интерференционную структуру широкополосного звука в мелком море. При этом основное внимание уделяется исследованиям закономерностей, проявляющихся в поведении на плоскости частота – горизонтальное расстояние линий максимальных значений интенсивности акустического поля, формируемого только модами волновода. Кроме того, достаточно подробно рассмотрены частотные зависимости фазовой и групповой скоростей сейсмоакустической поверхностной волны.

Григорьев В.А., Луньков А.А., Петников В.Г. «Особенности распространения звука в мелком море с мягким дном» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 93-100 (2014). 146 с.

В рамках численных экспериментов исследованы особенности распространения низкочастотного (50–300 Гц) звука в мелком море на расстояниях от источника 0.3–5 км. Морское дно предполагалось жидкой однородной средой. Сравнивались ситуации, когда скорость звука в дне больше и меньше, чем в водном слое (жесткое и мягкое дно). Случай мягкого дна соответствует газонасыщенным грунтам, встречающимся в местах залежей природного газа. При расчетах использовалось модовое описание звукового поля, учитывались как распространяющиеся, так и вытекающие моды, включая квазимоды. Получены усредненные зависимости спадания интенсивности с расстоянием при различных частотах и скоростях звука в дне. Показано, что в общем случае имеются заметные отклонения от известного приближенного закона затухания, когда интенсивность звука пропорциональна r^–3/2, где r – расстояние от источника звука. Такие отклонения особенно заметны для мягкого дна. Аппроксимируя полученные зависимости спадания интенсивности в логарифмическом масштабе прямыми линиями, найдены коэффициенты β затухания звука в волноводе (тангенсы угла наклона указанных линий), как функции частоты и скорости звука в дне. Показано, что для мягкого дна величина β монотонно растет при увеличении скорости звука в дне, а для жесткого дна – монотонно падает. Максимум β зависит от частоты звука и достигается при примерном равенстве скоростей звука в воде и дне.

Кацнельсон Б.Г., Годин О.А., Jixing Qin, Заботин Н.А., Заботина Л.Е., Brown M.G., Williams N.J. «Применение временного обращения волнового фронта для шумовой интерферометрии в мелком море» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 113-120 (2014). 146 с.

Представлен новый подход к определению параметров среды распространения на основе измерения двухточечной взаимной корреляционной функции (ВКФ) шумового поля, формируемого различными случайными источниками в океане. Данный подход обусловлен известной связью между ВКФ и функциями Грина океанического волновода с детерминированными параметрами, соответствующими «прямому» и «обратному» во времени распространению. В основе метода лежит обращение во времени волнового фронта широкополосного детерминированного сигнала, построенного с использованием измеренной ВКФ шумового поля. Данная методика применена к ВКФ шумового поля, формируемого различными источниками (ветровое волнение, судоходство и т.д.), измеренной приемными гидрофонами на глубине 100 м в Флоридском проливе. Шумовой сигнал записывался в течение шести суток на трех гидрофонах, расположенных вблизи дна. Расстояния между парами приемников были соответственно 5.0, 9.8 и 14.8 км. Детерминированная функция Грина вычислялась методом параболического уравнения на основе обращения волнового фронта сигнала, построенного с использованием измеренной ВКФ шума и помещая источник на место одного из гидрофонов (координаты которого являются первым пространственным аргументом ВКФ). Обращенный во времени сигнал в идеале должен фокусироваться в точке с координатами, соответствующими второму пространственному аргументу ВКФ. Построенное таким образом поле на основе численного моделирования действительно дает положение главного фокуса в окрестности второго гидрофона, причем координаты фокуса заметно зависят от параметров волновода (в модели дна, как однородного жидкого поглощающего полупространства это плотность, скорость звука и коэффициент потерь в дне). Полученные в результате процедуры поиска наилучшего согласования вычисленного положения фокуса с положением второго гидрофона, перечисленные параметры дна соответствуют указанному району и находятся в хорошем согласии со значениями, полученными другими методами. В заключении отмечается, что скорость звука влияет сильнее на положение максимума, чем плотность, кроме того, возможно, более эффективным будет брать в качестве параметров согласования не плотность и скорость звука по отдельности, а, например, импеданс дна (в рамках модели жидкого или даже жидкоупругого дна), Обращение сигнала и согласование проводится с использованием только одной точки, что приводит к образованию ложных максимумов и, соответственно, имеет смысл при согласовании параметров учитывать их положение также, а не только положение главного максимума.

Луньков А.А., Rouseff D. «Оценка поперечного радиуса когерентности звукового поля в мелком море при наличии фоновых внутренних волн» Ученые записки физического факультета МГУ, № 6, с. 146331 (2014)

В рамках теории адиабатических мод рассмотрена задача аналитической оценки поперечного радиуса когерентности звукового поля в мелководном волноводе в присутствии фоновых внутренних волн. Для описания вертикальных смещений жидкости использован спектр Гарретта–Манка, адаптированный под условия мелкого моря. Поле внутренних волн предполагалось изотропным. Для идеализированной модели волновода получены явные теоретические зависимости радиуса когерентности от расстояния до источника, частоты звука, плотности энергии внутренних волн и других параметров. Продемонстрировано качественное и количественное соответствие между результатами теоретических оценок и данными прямого численного моделирования. Осуществлено сравнение полученных значений поперечного радиуса когерентности с известными данными натурных экспериментов.

Григорьев В.А., Кацнельсон Б.Г., Lynch J.F. «Флуктуации интенсивности звука, обусловленные взаимодействием мод на движущихся нелинейных внутренних волнах в мелком море» Ученые записки физического факультета МГУ, № 6, с. 146333 (2014)

Проводится анализ флуктуаций интенсивности низкочастотных (300±30 Гц) сигналов, распространяющихся в мелком море в присутствии нелинейных внутренних волн в эксперименте Shallow Water 2006, Атлантический шельф США. Сигналы принимались на вертикальную антенну на расстоянии ∼20 км от источника. Пакет нелинейных внутренних волн в рассматриваемом времени двигался целиком внутри акустической трассы, составляющей с фронтом пакета угол в горизонтальной плоскости ∼10°. Используя ранее разработанную модовую теорию флуктуаций, основанную на механизме взаимодействия мод, в работе получены теоретические спектры флуктуаций, главной особенностью которых является т.н. доминирующая частота флуктуаций, соответствующая колебаниям максимальной амплитуды и обусловленная максимальным взаимодействием мод. Сравнение результатов моделирования с экспериментом позволяет интерпретировать аналогичный максимум, наблюдаемый в экспериментальном спектре, как доминирующую частоту. Анализируется также вклад горизонтальной рефракции в данном эксперименте.

Григорьев В.А., Луньков А.А., Петников В.Г. «Особенности распространения звука в мелком море с мягким дном» Ученые записки физического факультета МГУ, № 6, с. 146335 (2014)

В рамках численных экспериментов исследованы особенности распространения низкочастотного (50–300 Гц) звука в мелком море на расстояниях от источника 0.3–5 км. Морское дно предполагалось жидкой однородной средой. Сравнивались ситуации, когда скорость звука в дне больше и меньше, чем в водном слое (жесткое и мягкое дно). Случай мягкого дна соответствует газонасыщенным грунтам, встречающимся в местах залежей природного газа. При расчетах использовалось модовое описание звукового поля, учитывались как распространяющиеся, так и вытекающие моды, включая квазимоды. Получены усредненные зависимости спадания интенсивности с расстоянием при различных частотах и скоростях звука в дне. Показано, что в общем случае имеются заметные отклонения от известного приближенного закона затухания, когда интенсивность звука пропорциональна r^–3/2, где r – расстояние от источника звука. Такие отклонения особенно заметны для мягкого дна. Аппроксимируя полученные зависимости спадания интенсивности в логарифмическом масштабе прямыми линиями, найдены коэффициенты β затухания звука в волноводе (тангенсы угла наклона указанных линий), как функции частоты и скорости звука в дне. Показано, что для мягкого дна величина β монотонно растет при увеличении скорости звука в дне, а для жесткого дна – монотонно падает. Максимум β зависит от частоты звука и достигается при примерном равенстве скоростей звука в воде и дне.

Елистратов В.П., Кенигсбергер Г.В., Моисеенков В.И., Серебряный А.Н. «Опыт использования гидроакустического автогенератора для исследования изменчивости характеристик морской среды на стационарной трассе на крутом шельфе» Ученые записки физического факультета МГУ, № 6, с. 146341 (2014)

Приводятся результаты исследований характеристик гидроакустического автогенератора на стационарной трассе длиной 125 м в прибрежной зоне Чёрного моря для условий двухлучевой структуры поля. Рассматривается влияние изменчивости гидрофизических параметров среды на режим работы автогенератора. Обсуждается возможность использования генератора как инструмента для мониторинга морской среды. Показаны результаты измерений температуры среды во время регистрации сигналов автогенератора вертикальной цепочкой термисторов, установленной на трассе.

Буров В.А., Гринюк А.В., Кравченко В.Н., Муханов П.Ю., Сергеев С.Н., Шуруп А.С. «Выделение мод из шумового поля мелкого моря одиночными донными гидрофонами для целей пассивной томографии» Акустический журнал, 60, № 6, с. 611-622 (2014)

Рассматривается возможность выделения мод, распространяющихся между двумя пространственно разнесенными точками наблюдения, без использования вертикальных антенн и низкочастотных излучателей. Выделение мод происходит из взаимной функции корреляции шумов, принимаемых одиночными гидрофонами. Показано, что основной вклад в взаимную функцию корреляции шумов дают моды на частотах вблизи минимумов дисперсионных зависимостей их групповых скоростей, где наблюдаются области стационарной фазы. Этот факт позволяет идентифицировать моды разных номеров, а также оценить времена их распространения между приемными гидрофонами, что может стать основой построения пассивной модовой томографии мелкого моря по данным с одиночных донных гидрофонов. Селекция мод осуществлена на основе данных натурного эксперимента, проводившегося в Баренцевом море.

Сазонтов А.Г., Смирнов И.П., Матвеев А.Л. «Локализация источника в мелководном канале со взволнованной поверхностью» Акустический журнал, 61, № 1, с. 114-122 (2015)

Рассмотрена задача о локализации источника в мелком море, в котором преобладающим механизмом рассеяния звука является развитое ветровое волнение. На основе критерия максимума отношения сигнал/помеха построены робастные алгоритмы оценивания параметров частично-когерентных сигналов. Приведена апробация предложенных способов решения обратной задачи с использованием экспериментальных данных, полученных на стационарной трассе в Баренцевом море. Показано, что в реальных условиях соответствующие алгоритмы являются работоспособными и обеспечивают удовлетворительное качество восстановления источника, удаленного на расстояние ∼15 км от антенной решетки.

Щуров В.А., Ляшков А.С., Щеглов С.Г., Ткаченко Е.С., Иванова Г.Ф., Черкасов А.В. «Локальная структура интерференционного поля мелкого моря» Подводные исследования и робототехника, № 1, с. 58-67 (2014)

Статистическому анализу фазовых и векторных энергетических характеристик акустического интерференционного поля мелкого моря посвящена данная работа. Математическая обработка векторного акустического поля основывается на преобразованиях Фурье и Гильберта и основных векторных уравнениях акустического поля. Методика эксперимента основана на векторно-фазовых измерениях. Эксперимент проведен в Японском море в 2013 г. Приемная 16 канальная комбинированная система находилась на глубине 15 м, при глубине места ∼30 м, диапазон исследуемых частот – 108±2 Гц. Результатом эксперимента являются следующие функции времени: разностно-фазовые характеристики четырех компонент поля, х-, у-, z-компоненты функции когерентности, нормированные компоненты ротора интенсивности, огибающие акустического давления. Статистическая обработка экспериментальных данных основана на анализе распределений плотности вероятности разности фаз компонент векторного поля и нормированных ортогональных компонент ротора вектора интенсивности. Статистический анализ экспериментальных данных показал: движение энергии в горизонтальной и вертикальной плоскостях волновода мелкого моря существенно различно; горизонтальная компонента вектора интенсивности испытывает длиннопериодные и локальные флуктуации, приводящие к случайному изменению направления движения энергии на противоположное; в вертикальной плоскости движение энергии происходит по почти-детерминированному периодическому процессу в направлении «поверхность–дно»; плотность вихревых локальных структур на 50 и 150 секундных реализациях составляет не менее 0,8; интерференционное поле статистически однородно. Полученные результаты являются оригинальными и могут быть полезны при построении реальной акустической модели мелкого моря.

Моргунов Ю.Н., Безответных В.В., Войтенко Е.А., Лебедев М.С. «Измерительный комплекс для исследования и мониторинга изменчивости морской среды в заливах, бухтах и морских гаванях» Подводные исследования и робототехника, № 1, с. 68-73 (2014)

Метод встречного зондирования с использованием 3-х точечной схемы постановки акустических трансиверов вблизи м. Щульца (залив Посьета, Японское море) позволил в течение октября 2012 – августа 2013 провести измерения интегральных значений скорости течения и температуры. Для решения обратной задачи используются средние значения времен распространения, которые пересчитываются в значения скорости звука по эмпирической формуле, и разности времен распространения во встречных направлениях для расчета скорости течения. Средние значения скорости течения во всем водном слое для одной из трасс, полученные с 17 по 19 октября 2012 г., варьируются в диапазоне от –10 до 8 см/с. Для придонного слоя характерны временные вариации с периодом от 20 до 60 минут, что может быть вызвано полем внутренних волн, формирующимся за счет приливного течения (от –10 до 0 см/с). Измерения проводятся в режиме реального времени с помощью разработанного аппаратно-программного гидроакустического комплекса. В качестве зондирующих сигналов применяются сложные фазоманипулированные сигналы на основе М-последовательностей. Данный эксперимент предполагает, что выбранная методика является перспективным средством долгосрочного мониторинга интегральных значений скорости течений и температур при наличии сложных гидродинамических процессов в условиях сезонной изменчивости.