Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

07.16 Акустические измерения параметров океана, дистанционное зондирование, обратные задачи, акустическая томография

 

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.

Труды школы-семинара “Волны-2015”. Секция “Спектроскопия, диагностика и томография”, с. 106-109 (2015) | Рубрики: 07.02 07.16

 

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.

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) | Рубрики: 07.02 07.04 07.16

 

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.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрики: 07.02 07.16

 

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.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрики: 07.02 07.14 07.16

 

Каменев О.Т., Кульчин Ю.Н., Петров Ю.С., Ромашко Р.В., Колчинский В.А. «Разработка физических основ низкочастотной акустической томографии на арктическом шельфе волоконно-оптическими сейсмоприемниками» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 38 (2017)

Предложен и экспериментально исследован сейсмоприемник на основе интерферометра Маха–Цендера. Волоконно-оптический многовитковый чувствительный элемент сейсмоприемника обеспечивает высокую чувствительность к виброускорению в диапазоне 1–20 Гц. Стабильность положения рабочей точки интерферометра сейсмоприемника обеспечивается цепью обратной связи. Показано, что пороговая чувствительность сейсмоприемника 10–7м/с2 обеспечивает возможность регистрации слабых сейсмосигналов.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 38 (2017) | Рубрики: 07.14 07.16

 

Преснов Д.А., Собисевич А.Л., Шуруп А.С. «Метод пассивной томографической реконструкции глубинных неоднородностей морского дна» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Для изучения глубинного строения земной коры, которая является в значительной степени неоднородной, эффективными и все более популярными оказываются методы, использующие в своей основе упругие поверхностные волны. На сегодняшний день существует целый ряд подобных методов, разработанных изначально для применения на суше. В работе обсуждается алгоритм томографического восстановления скоростного строения геологической среды применительно к морскому дну. В качестве исходных данных в этом случае используются времена пробега поверхностных волн вдоль границы раздела упругой и жидкой сред. Развиваемый метод строится на анализе шумовых данных, регистрируемых сетью донных измерительных станций. Обсуждается возможность оценки функции Грина путем вычисления взаимно-корреляционной функции сейсмоакустического шума. Методика построения карты скоростей основывается на разложении неоднородности скорости по так называемому полосчатому базису, изначально разработанному для задач акустики океана. В результате становится возможным восстановление трехмерного распределения упругих параметров морского дна. В работе представлены результаты выполненной обработки экспериментальных данных на примере эксперимента “Plume lithosphere undersea melt” по изучению строения гавайского плюма.

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрики: 07.14 07.16

 

Чупин В.А., Будрин С.С., Долгих Г.И., Долгих С.Г., Пивоваров А.А., Самченко А.Н., Швец В.А., Швырёв А.Н., Яковенко С.В., Ярощук И.О. «Разработка методики томографии морского дна для акваторий, покрытых льдом. Первый эксперимент» Подводные исследования и робототехника, № 1, с. 62-67 (2017)

Мобильный лазерный деформограф (МЛД), созданный в ТОИ ДВО РАН, широко используется в экспериментальных исследованиях структуры морского дна. Важный этап исследований связан с разработкой методики применения МЛД в покрытых льдом акваториях с перспективой создания основ томографии морского дна в шельфовых областях Арктики и Антарктики. Разрабатываемая методика ориентирована на решение задач геоакустической инверсии и построение реальной модели земной коры шельфовых областей. В проводимых экспериментальных исследованиях в качестве источника полезного сигнала используются низкочастотные гидроакустические излучатели различного типа, генерирующие сложные фазоманипулированные сигналы, и береговые стационарные и мобильные лазерные деформографы, регистрирующие сейсмические сигналы с характерными амплитудно-частотными свойствами. В результате эксперимента в условиях ледового покрытия акватории наблюдалась устойчивая регистрация приёмной системой всех излученных сигналов. Следующий этап работы предполагает математическую обработку полученной информации, необходимой для изучения времени приходов всех отраженных сигналов и сравнения их с данными контрольного оборудования излучающей системы.

Подводные исследования и робототехника, № 1, с. 62-67 (2017) | Рубрики: 07.14 07.16

 

Преснов Д.А., Собисевич А.Л., Шуруп А.С. «Метод пассивной томографической реконструкции глубинных неоднородностей морского дна» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 39-40 (2017)

Для изучения глубинного строения земной коры, которая является в значительной степени неоднородной, эффективными и все более популярными оказываются методы, использующие в своей основе упругие поверхностные волны. На сегодняшний день существует целый ряд подобных методов, разработанных изначально для применения на суше. В настоящей работе обсуждается алгоритм томографического восстановления скоростного строения геологической среды применительно к морскому дну. В качестве исходных данных в этом случае используются времена пробега поверхностных волн вдоль границы раздела упругой и жидкой сред. Развиваемый метод строится на анализе шумовых данных, регистрируемых сетью донных измерительных станций. Обсуждается возможность оценки функции Грина путем вычисления взаимно-корреляционной функции сейсмоакустического шума. Методика построения карты скоростей основывается на разложении неоднородности скорости по так называемому полосчатому базису, изначально разработанному для задач акустики океана. В результате становится возможным восстановление трехмерного распределения упругих параметров морского дна. В работе представлены результаты выполненной обработки экспериментальных данных на примере эксперимента “Plume lithosphere undersea melt” по изучению строения гавайского плюма.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 39-40 (2017) | Рубрика: 07.16

 

Есипов И.Б. «Томография шельфа и морской акватории на основе применения параметрического излучателя звука» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 40 (2017)

Представлены результаты компьютерного моделирования особенностей распространения направленного широкополосного акустического сигнала в условиях Баренцева моря и Черного моря в различные сезоны. Моделирование позволяет оценить дисперсионные характеристики мелководных волноводов и особенности распространения в них направленного широкополосного сигнала параметрической антенны. Обсуждаются результаты натурных экспериментов, в которых исследовались особенности распространения направленного широкополосного сигнала параметрической антенны в мелком море и результаты лабораторных исследований возможности томографии потоков в частотной области с применением многочастотных сигналов. Показана возможность одномодового возбуждения мелководного морского волновода в полосе частот 2 октавы. Обсуждается перспектива применения направленного широкополосного акустического излучения для развития междисциплинарных направлений.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 40 (2017) | Рубрики: 07.16 07.19

 

Муханов П.Ю., Гончаров В.В., Веденев А.И., Сергеев С.Н., Шуруп А.С. «Совместное восстановление параметров водного слоя и дна мелкого моря методами модовой томографии» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 97-98 (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.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 97-98 (2017) | Рубрика: 07.16

 

Серебряный А.Н., Кенигсбергер Г.В., Елистратов В.П., Сабинин К.Д., Попов О.Е., Свадковский А.Н., Тарасов Л.Л., Денисов Д.М., Химченко Е.Е., Чекайда В.Н. «Акустическая диагностика гидрофизической изменчивости на абхазском шельфе Черного моря» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 98 (2017)

Представлены результаты российско-абхазского научного сотрудничества, проводимого при поддержке РФФИ с 2013 г., по исследованию изменчивости морской среды на абхазском шельфе Черного моря акустическими и контактными методами. Основной целью исследований было изучения динамики прибрежных вод шельфа с крутым склоном в условиях весенне-летней стратификации. Проводились измерения на стационарной трассе в прибрежной зоне методом акустической автогенерации (метод Фурдуева), но основной объем данных был получен с помощью акустического допплеровского профилометра течений ADCP «Rio Grande 600 kHz», закрепленным на эстакаде. Также делались пространственные съемки в различных участках шельфа ADCP, установленном на малом моторном судне. Получены представительные данные о направлении течений в прибрежных водах, их изменчивости по вертикали и во времени, а также о вертикальной структуре скорости звука и температуры. Также собран материал о временной и пространственной (по вертикали) изменчивости сигнала обратного акустического рассеяния, дающего информацию о загрязненности вод. Особенное внимание было уделено исследованию внутренних волн, которые помимо измерений акустическим профилометром регистрировались также заякоренными вертикальными гирляндами термисторов. Зарегистрированы короткопериодные (от единиц до десятков минут) и длиннопериодные колебания термоклина с периодом близким к инерционному. Выявлены особенности внутренних волн, близко подходящих к берегу. Специальные исследования по мониторингу системы прибрежных течений проводились в районах впадения в море рек Гумиста и Кодор.

II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 98 (2017) | Рубрика: 07.16

 

Долгих Г.И. «Разработка технологии томографии земной коры шельфа и глубокого моря на основе применения береговых лазерных деформографов и широкополосных низкочастотных гидроакустических излучателей» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017)

Рассмотрены особенности разработки технологии томографии морской земной коры на основе применения береговых лазерных деформографов и низкочастотных гидроакустических излучателей. При изучении закономерностей распространения гидроакустических сигналов, создаваемых гидроакустическими излучателями, по клиновидному шельфу уменьшающейся глубины с оценкой доли гидроакустической энергии, трансформированной в сейсмоакустическую энергию, установлено, что при глубинах меньше половины гидроакустической волны практически весь сигнал распространяется в дне. При выполнении экспериментальных исследований, проведенных в бухте Витязь Японского моря с применением береговых лазерных деформографов и гидроакустического излучателя, генерирующего сложные фазоманипулированные сигналы с центральной частотой 33 Гц, отработаны основы создания технологии томографии земной коры шельфовых областей различных морей. С целью решения подобных задач при больших глубинах моря разработан и создан мощный низкочастотный гидроакустический излучатель на 19–26 Гц, предназначенный для генерации сигналов различной сложности с амплитудой до 10 кПа. В ходе его испытаний на шельфе Японского моря определены скорости волн Рэлея, Стоунли и Лява на трассе «излучатель–лазерный деформограф».

Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, http://uzmu.phys.msu.ru/toc/2017/5 (2017) | Рубрика: 07.16