Буров В.А., Сергеев С.Н., Шуруп А.С., Щербина А.В. «Возможность восстановления параметров мелкого моря методами пассивной томографии по данным с донных гидрофонов» Труды школы-семинара “Волны-2015”. Секция “Спектроскопия, диагностика и томография”, с. 106-109 (2015)

Методы акустической томографии изначально были разработаны для мониторинга глубоководных океанических акваторий. Однако в последнее время в связи с освоением акваторий шельфовых зон интерес представляет решение задачи мониторинга различных параметров мелкого моря. В отличие от глубокого океана, в шельфовой зоне дно сильно влияет на характеристики акустического поля, что делает необходимым знание параметров дна даже в тех случаях, когда эти параметры не представляют самостоятельного интереса, например, при мониторинге температурных неоднородностей водного слоя и течений. Таким образом, восстановление параметров дна мелкого моря в таких задачах может представлять как самостоятельный интерес, так и использоваться для последующего определения динамических характеристик водной среды. Использование томографических методов при этом обладает тем преимуществом по сравнению с широко используемыми автономными измерительными комплексами, что позволяет вести непрерывный мониторинг всего пространства акватории с характерными размерами порядка десятков и сотен километров в реальном времени. Причем томографическое восстановление параметров позволяет оценить не усредненные значения для данной трассы, а пространственное распределение неоднородностей по всей акватории. Вместе с тем, томографические методы имеют ряд недостатков. Эти недостатки связаны, с одной стороны, с необходимостью использования большого числа приемных элементов и необходимостью учета погрешностей, вносимых искривлением вертикальных антенн, а с другой стороны, они связаны с высокими затратами на размещение и обслуживание низкочастотных излучателей, необходимых для активной томографии. Уменьшение числа приемных элементов и отказ от развертывания вертикальных приемных антенн могут быть реализованы путем использования одиночных гидрофонов. Экспериментальные работы свидетельствуют о практической возможности реализации сравнительно дешевой акустической томографии мелкого моря с помощью донных или донно-поверхностных станций. Важным этапом развития методов акустической томографии мелкого моря, основанных на использовании одиночных донных станций, может стать переход от использования активного излучения к пассивным методам. В работе В.А. Бурова и др. (Акуст. ж. 2014. т. 60. № 6. 611-622) показана на натурном эксперименте принципиальная возможность использования метода пассивной томографии для восстановления параметров мелкого моря. Численному эксперименту, оптимизированному под задачу пассивной томографии посвящена данная работа.

Дмитриев К.В., Зотов Д.И., Румянцева О.Д., Сергеев С.Н., Шуруп А.С. «Развитие методов и алгоритмов решения» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 41 (2017)

Представлены результаты экспериментальных исследований характера распространения акустических сигналов в мелком водоеме, в том числе, при наличии ледовой поверхности. Приводятся результаты восстановления параметров волновода и оценки модовой структуры акустического поля по данным эксперимента в шельфовой зоне. С помощью численного моделирования исследованы возможности функционального алгоритма, который предназначается для целей томографии акустических рассеивателей, представленных рефракционно-поглощающими неоднородностями и, одновременно, векторным полем течений.

Хилько А.И., Сидоровская Н., Рихтер К. «Теоретическое и экспериментальное исследование структуры техногенных гидроакустических шумов и прогноз их негативного воздействия на экосферу в мелком море» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 88 (2017)

Исследована структура техногенных гидроакустических шумов в мелком море. Показано, в частности, что от мощных импульсных сейсмоакустических источников, используемых для зондирования морского дна, на достаточно больших дистанциях формируются неоднородные нестационарные шумовые поля, структура и интенсивность которых зависят от строения волновода, структуры морского дна и ветрового волнения. Проведены измерения такого рода импульсных шумов в Мексиканском заливе и Баренцевом море. Выполнены оценки областей негативного воздействия на экосферу в мелководных районах океана и окраинных морей.

Луньков А.А., Петников В.Г. «Распространение звука в мелководном арктическом волноводе с ледовым покровом» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 89 (2017)

Разработана модель звукового канала, типичного для мелководных морей Арктического бассейна, которая может учитывать как наличие неровного ледового покрова, так и слой газонасыщенных осадков. Звуковое поле представляется в виде суммы взаимодействующих мод в рамках метода поперечных сечений. В суммировании участвуют как распространяющиеся, так и «вытекающие» моды, т.е. модель работает и для расчёта звукового поля на близких расстояниях (порядка глубины волновода), и в случае малых скоростей звука в дне (меньше скорости звука в воде). С использованием построенной модели проведены численные эксперименты по распространению звука в мелководной акватории, покрытой льдом. Реализации ледового покрова взяты из общедоступной базы (http://nsidc.org/data/G01360), в которой собран большой архив данных эхолоцирования нижней кромки льда в Северном Ледовитом океане. Результаты моделирования показали, что наличие ледового покрова может приводить к увеличению потерь при распространении, которое необходимо учитывать при проектировании гидроакустических систем, работающих в Арктическом бассейне.

Кацнельсон Б.Г., Zhongtao Hu. «Звуковое поле в прибрежном клине в области касания термоклина дном» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 89-90 (2017)

Рассматривается распространение звукового поля в области прибрежного клина в сторону глубокого моря при наличии термоклина. Показано, что в области касания термоклина дном, когда глубина моря становится равной глубина термоклина, имеет место заметное изменение характера распространения, когда по мере распространения вниз по склону моды превращаются в придонные и возможно неадиабатическое взаимодействие мод. Данная ситуация моделируется в рамках лучевой теории и параболического уравнения.

Кацнельсон Б.Г., Григорьев В.А., Lynch J. «Вариации амплитудного и фазового фронта акустического сигнала в присутствии внутренних волн в мелком море (теория и эксперимент)» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 90 (2017)

Рассматривается изменчивость интерференционной структуры узкополосного звукового сигнала в мелком море в горизонтальной плоскости в присутствии неоднородности, в частности, линейных внутренних волн. Показано, что линии постоянной фазы (фазовые фронты) и линии постоянной амплитуды (амплитудные фронты) могут иметь различное направление, угол между ними определяется параметрами неоднородности и частотой звука. Представлены теоретические оценки, и данные эксперимента Shallow Water 2006

Григорьев В.А., Петников В.Г., Шатравин А.В. «Затухание звука в мелком море с дном в виде газонасыщенного осадочного слоя, лежащего на вечной мерзлоте» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 90 (2017)

В рамках численного моделирования проанализированы возможности модового описания звукового поля в мелком море с дном арктического типа: газонасыщенный осадочный жидкий слой, лежащий на упругом полупространстве (вечной мерзлоте). Установлено, что наилучшее описание поля в водном слое на коротких расстояниях от источника звука (порядка 1–10 глубин волновода) достигается при использовании дискретного спектра нормальных мод и квазимод, вычисленного с помощью разрезов Пекериса. Расчеты потерь при распространении в волноводе для толщины осадочного слоя сравнимом или большим, чем длина звуковой волны в осадках, показали, что морское дно ведет себя как однородное жидкое полупространство. Потери резко возрастают при приближении скорости звука в осадках к скорости звука в воде. Предложена методика оценки скорости звука в осадочном слое, основанная на анализе затухания звуковых полей высших мод.

Гулин О.Э., Ярощук И.О. «О локальном эффекте взаимодействия мод низкочастотного звукового поля в случайно-неоднородном двумерном мелком море» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 91 (2017)

Рассмотрена статистическая задача о распространении низкочастотного звука в волноводе мелкого моря с двумерными случайными неоднородностями. Исследуется закон спадания средней интенсивности поля с расстоянием в условиях флуктуирующего термоклина и при наличии поглощающего жидкого дна. В рамках метода поперечных сечений показано, что взаимодействие мод с расстоянием при не слишком сильных флуктуациях волновых чисел мод носит локальный характер, поэтому его учет является лишь некоторой добавкой к адиабатическому решению для интенсивности, в целом не меняющей средний закон потерь при распространении. Проведено сопоставление с результатами диффузионного приближения.

Щуров В.А., Щеглов С.Г., Ляшков А.С. «Векторные свойства акустического поля как основа для создания помехоустойчивых алгоритмов обнаружения» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 94 (2017)

В реальных векторных акустических полях мелкого моря, сформированных многими источниками звука, наблюдаются явления, которые могут быть использованы как механизмы выделения слабого сигнала на фоне когерентной помехи и подводного окружающего шума. Особенности свойств векторного акустического поля связаны с направленным характером движения энергии подводного окружающего шума, когерентной помехи от локальных источников, полезного сигнала; статистической особенностью разностно-фазовых соотношений и их производных; вихревыми структурами вектора плотности потока энергии. Перечисленные свойства являются фундаментальными свойствами векторного акустического поля и могут быть использованы в системах пассивной локации.

Кузнецов Г.Н., Кузькин В.М., Казначеев И.В., Пересёлков С.А. «Применение спектрограммы к локализации шумового источника в мелком море» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 96-97 (2017)

Обсуждены условия, накладываемые на спектр шумового движущегося источника звука, когда возможно использование спектрограммы для задачи локализации. Изложен алгоритм локализации и оценена его помехоустойчивость. Приведены результаты численного и натурного экспериментов.

Завольский Н.А., Малеханов А.И., Раевский М.А., Смирнов А.В. «Cравнение методов пространственной обработки принимаемого горизонтальной антенной сигнала в мелком море при ветровом волнении» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 99-100 (2017)

Анализируется влияние ветрового волнения на коэффициент усиления протяженной горизонтальной антенной решетки в мелком море при использовании различных, в том числе, оптимальных методов пространственной обработки сигнала. Численное моделирование выполнено для гидрологических условий, характерных для Баренцева моря в зимний период, и модели Пирсона-Московица для спектра ветровых волн. Демонстрируется возможность значительного влияния развитого волнения на усиление АР в зависимости от ее волновых размеров, дистанции распространения сигнала и скорости ветра.

Родионов А.А., Савельев Н.В. «Исследование возможности обнаружения локального возмущения профиля скорости звука в мелком море для разных моделей полезного сигнала» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 103 (2017)

Рассматривается задача обнаружения локального возмущения в профиле скорости звука в мелком море. Обнаружение основано на регистрации акустического сигнала, который создается излучающей системой и проходит через данное возмущение, расположенное на трассе распространения звука. В качестве приемной системы используется вертикальная антенная решетка. В работе рассмотрено две модели принимаемого сигнала, различающиеся степенью временной когерентности полезного компонента. Задача обнаружения решается с помощью метода, основанного на критерии отношения правдоподобия (при этом считается, что в принятом сигнале присутствует аддитивный гауссов шум). Для разных моделей сигнала приведены результаты исследования характеристик обнаружения локального возмущения в зависимости от различных параметров задачи, таких как размеры и величина возмущения, отношение сигнал/шум и т.п.

Гринюк А.В., Кравченко В.Н., Муханов П.Ю., Сабиров И.Р., Сергеев С.Н., Шуруп А.С. «Исследование особенностей спектрально-корреляционных характеристик низкочастотных шумов мелкого моря для целей пассивной томографии» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 105-106 (2017)

Рассматриваются результаты корреляционной обработки низкочастотных шумов, зарегистрированных в Баренцевом море разнесенными в пространстве донными гидрофонами. Сопоставление экспериментальных данных с результатами численного моделирования показывает, что на формирование спектрально-корреляционных характеристик низкочастотных шумов заметное влияние может оказывать межмодовая интерференция, а не только наличие точки стационарной фазы вблизи минимума дисперсионных зависимостей групповых скоростей мод, как это предполагалось ранее. Демонстрируется, что выделение частотной области, где шумовое поле сформировано только низшей модой, позволяет увеличить выходное отношение сигнал/помеха при корреляционной обработке, что может быть использовано при построении схем пассивной томографии.

Вьюгин П.Н., Диденкулов И.Н., Курин В.В. «Физическое моделирование распространения звука в клиновидном волноводе» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 108 (2017)

Изучению распространения звука в неоднородных по глубине волноводах посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ. Однако физическое моделирование в лаборатории позволяет провести измерения в контролируемых условиях, что зачастую невозможно в натурном эксперименте. Целью данной работы было исследование трансформации мод в процессе распространения в клиновидном волноводе методами прямого и отраженного поля. Для разрешения отдельных мод использовался импульсный режим и вертикальное сканирование приемным щупом-гидрофоном водного слоя. Разрешение мод осуществляется по времени прихода на приёмник модовых импульсов. Измерения проводились на частоте 150 кГц в акустической ванне с наклонным дном, длина трассы составляла 320 см, глубина в начальной точке – 35 мм. Методами прямого и отраженного поля получены согласующиеся данные о трансформации поля в клине по мере распространения из глубоководной части в мелководную.

Белова Н.И., Кузнецов Г.Н. «Интерференционная амплитудно-фазовая структура узкополосных векторно-скалярных сигналов в мелком море» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 140 (2017)

В мелком море выполнен сравнительный анализ амплитуд и фаз узкополосных низкочастотных векторно-скалярных сигналов в зонах интерференционных максимумов и минимумов (ИМА и ИМИ). Установлено существенное отличие интерференционной структуры звукового давления (ЗД) и горизонтальных проекций вектора колебательного ускорения (скорости – ВКС) от характеристик вертикальных проекций. Показана устойчивость градиентов фазы в зонах ИМА и быстрое изменение фазы в зонах ИМИ, предположительно связанных с зонами дислокаций.

Белова А.И., Кузнецов Г.Н. «Затухание звукового давления и ортогональных проекций вектора колебательного ускорения в мелком море» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 141 (2017)

Исследования пространственного затухания низкочастотных векторно-скалярных звуковых полей в мелком море выполнены с использованием буксируемой пневмопушки и четырехкомпонентных векторно-скалярных приемников. Экспериментальные данные и вычисленные на основе акустической калибровки волновода законы спадания звукового давления и ортогональных векторных проекций колебательного ускорения показали, что вертикальная проекция вектора колебательного ускорения убывает заметно быстрее, чем поле звукового давления.

Гулин О.Э., Ярощук И.О. «О локальном эффекте взаимодействия мод низкочастотного звукового поля в случайно-неоднородном двумерном мелком море» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Рассмотрена статистическая задача о распространении низкочастотного звука в волноводе мелкого моря с двумерными случайными неоднородностями. Исследуется закон спадания средней интенсивности поля с расстоянием в условиях флуктуирующего термоклина и при наличии поглощающего жидкого дна. В рамках метода поперечных сечений показано, что взаимодействие мод с расстоянием при не слишком сильных флуктуациях волновых чисел мод носит локальный характер, поэтому его учет является лишь некоторой добавкой к адиабатическому решению для интенсивности, в целом не меняющей средний закон потерь при распространении. Проведено сопоставление с результатами диффузионного приближения.

Григорьев В.А., Петников В.Г., Шатравин А.В. «Затухание звука в мелком море с дном в виде газонасыщенного осадочного слоя, лежащего на вечной мерзлоте» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

В рамках численного моделирования проанализированы возможности модового описания звукового поля в мелком море с дном арктического типа: газонасыщенный осадочный жидкий слой, лежащий на упругом полупространстве (вечной мерзлоте). Установлено, что наилучшее описание поля в водном слое на коротких расстояниях от источника звука (порядка 1–10 глубин волновода) достигается при использовании дискретного спектра нормальных мод и квазимод, вычисленного с помощью разрезов Пекериса. Расчеты потерь при распространении в волноводе для толщины осадочного слоя сравнимом или большим, чем длина звуковой волны в осадках, показали, что морское дно ведет себя как однородное жидкое полупространство. Если толщина осадочного слоя менее четверти длины волны, то слоем можно пренебречь. Потери резко возрастают при приближении скорости звука в осадках к скорости звука в воде. Предложена методика оценки скорости звука в осадочном слое, основанная на анализе затухания звуковых полей высших мод.

Кузнецов Г.Н., Кузькин В.М., Переселков С.А., Казначеев И.В. «Применение спектрограммы к локализации шумового источника в мелком море» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Обсуждены условия, накладываемые на спектр шумового движущегося источника звука, когда возможно использование спектрограммы для задачи локализации. Изложен алгоритм локализации и оценена его помехоустойчивость. Приведены результаты численного и натурного экспериментов.

Гринюк А.В., Кравченко В.Н., Муханов П.Ю., Сабиров И.Р., Сергеев С.Н., Шуруп А.С. «Исследование особенностей спектрально-корреляционных характеристик низкочастотных шумов мелкого моря для целей пассивной томографии» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Рассматриваются результаты корреляционной обработки низкочастотных шумов, зарегистрированных в Баренцевом море разнесенными в пространстве донными гидрофонами. Сопоставление экспериментальных данных с результатами численного моделирования показывает, что на формирование спектрально-корреляционных характеристик низкочастотных шумов заметное влияние может оказывать межмодовая интерференция, а не только наличие точки стационарной фазы вблизи минимума дисперсионных зависимостей групповых скоростей мод, как это предполагалось ранее. Демонстрируется, что выделение частотной области, где шумовое поле сформировано только низшей модой, позволяет увеличить выходное отношение сигнал/помеха при корреляционной обработке, что может быть использовано при построении схем пассивной томографии.

Веденев А.И., Гончаров В.В., Муханов П.Ю., Сергеев С.Н., Шуруп А.С. «Совместное восстановление параметров водного слоя и дна мелкого моря методами модовой томографии» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Рассматривается двумерная модель модовой томографии мелкого моря для совместного восстановления характеристик водного слоя и дна, использующая в качестве исходных данных времена распространения сигналов мод разных номеров в различных частотных диапазонах. Для инверсии исходных данных используется линейное приближение, а уточнение получаемых оценок волновода происходит итерационно. Приводятся результаты численного моделирования по предложенной схеме совместного восстановления профиля скорости звука в водном слое, течений, а также параметров дна.

Луньков А.А., Петников В.Г. «Распространение звука в мелководном арктическом волноводе с ледовым покровом» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Разработана модель звукового канала, типичного для мелководных морей Арктического бассейна, которая может учитывать как наличие неровного ледового покрова, так и слой газонасыщенных осадков. Звуковое поле представляется в виде суммы взаимодействующих мод в рамках метода поперечных сечений. В суммировании участвуют как распространяющиеся, так и «вытекающие» моды, т.е. модель работает и для расчёта звукового поля на близких расстояниях (порядка глубины волновода), и в случае малых скоростей звука в дне (меньше скорости звука в воде). С использованием построенной модели проведены численные эксперименты по распространению звука в мелководной акватории, покрытой льдом. Реализации ледового покрова взяты из общедоступной базы (http://nsidc.org/data/G01360), в которой собран большой архив данных эхолоцирования нижней кромки льда в Северном Ледовитом океане. Результаты моделирования показали, что наличие ледового покрова может приводить к увеличению потерь при распространении, которое необходимо учитывать при проектировании гидроакустических систем, работающих в Арктическом бассейне.

Завольский Н.А., Малеханов А.И., Раевский М.А., Смирнов А.В. «О влиянии ветрового волнения на коэффициент усиления горизонтальной антенной решетки в мелком море» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Анализируется влияние ветрового волнения на коэффициент усиления протяженной горизонтальной антенной решетки в мелком море при использовании различных, в том числе, оптимальных методов пространственной обработки сигнала. Численное моделирование выполнено для гидрологических условий, характерных для Баренцева моря в зимний период, и модели Пирсона–Московица для спектра ветровых волн. Демонстрируется возможность значительного влияния развитого волнения на усиление АР в зависимости от ее волновых размеров, дистанции распространения сигнала и скорости ветра.

Белов А.И., Кузнецов Г.Н. «Затухание звукового давления и ортогональных проекций вектора колебательного ускорения в мелком море» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Исследования пространственного затухания низкочастотных векторно-скалярных звуковых полей в мелком море выполнены с использованием буксируемой пневмопушки и четырехкомпонентных векторно-скалярных приемников. Экспериментальные данные и вычисленные на основе акустической калибровки волновода законы спадания звукового давления и ортогональных векторных проекций колебательного ускорения показали, что вертикальная проекция вектора колебательного ускорения убывает заметно быстрее, чем поле звукового давления.

Белова Н.И., Кузнецов Г.Н. «Интерференционная амплитудно-фазовая структура узкополосных векторно-скалярных сигналов в мелком море» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

В мелком море выполнен сравнительный анализ амплитуд и фаз узкополосных низкочастотных векторно-скалярных сигналов в зонах интерференционных максимумов и минимумов (ИМА и ИМИ). Установлено существенное отличие интерференционной структуры звукового давления (ЗД) и горизонтальных проекций вектора колебательного ускорения (скорости – ВКС) от характеристик вертикальных проекций. Показана устойчивость градиентов фазы в зонах ИМА и быстрое изменение фазы в зонах ИМИ, предположительно связанных с зонами дислокаций.