Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

07.01 Звук в глубоком море, подводный звуковой канал

 

Егерев С.В., Серебряный А.Н. «Неформальные и добровольческие проекты в акустике и океанологии» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 3 (2019). 106 с.

Быстрое развитие неформальных и добровольческих «распределенных» проектов связано с успехом новых информационно-коммуникационных технологий. Структура проектов основана на множестве «распределенных» добровольцев, поставляющих разнообразные данные в интересах немногочисленного ядра профессиональных ученых или, наоборот, обрабатывающих потоки данных, поступающих от профессионалов. Связующим звеном являются менеджеры, прошедшие специальную подготовку. Такие проекты в последние годы получили название «наука граждан». Океанология и акустика относятся к направлениям, в которых проекты науки граждан приносят ценные результаты. Доклад посвящен обобщению некоторых новых достижений. Первым проектом науки граждан в современном смысле, был масштабный океанологический проект Уильяма Уивелла 1835 года. В течение двух недель июня того года более тысячи добровольцев по обе стороны Северной Атлантики (девять государств и колоний) фиксировали параметры прилива. У. Уивелл собрал и обработал более миллиона синхронизированных наблюдений. Благодаря этому проекту появилась новая наука о приливах (tidology). Сегодня интересы распределенных добровольческих исследований сосредоточены, главным образом, на вопросах охраны рифов, мониторинге экологического состояния морей и океанов, особенно в прибрежных зонах, изучении социального самочувствия морских животных и выявлении зон скопления мусора. Добровольческие проекты с «акустическим содержанием» часто пересекаются с проектами т.н. «кооперативного зондирования». Выделяются две группы проектов: (а) мониторинг городских шумов и (б) запись образцов пения птиц (с возможной последующей обработкой сигнала на месте). В большинстве проектов обоих направлений в качестве приемника звука используются датчики смартфонов добровольцев в сочетании со специальными приложениями, хотя бывают и исключения. Есть и еще одно направление, предполагающее «добровольческое распределенное» использование автономных сетевых приемников звука для наблюдения природных явлений. Доклад фокусируется на участии в добровольческой программе грозопеленгации Blitzortung.org в части обеспечения акустической регистрации грома и поддержании потоковой передачи данных. Ключевые слова: наука граждан; кооперативное зондирование; добровольческий мониторинг прибрежных районов океана; распределенный мониторинг шумов окружающей среды

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 3 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.01

 

Моргунов Ю.Н., Голов А.А., Буренин А.В., Петров П.С. «Об определении эффективных скоростей распространения звука в сложных волноводах, состоящих из шельфового и глубоководного участков» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 7 (2019). 106 с.

Рассматривается задача определения эффективных скоростей распространения импульсных акустических сигналов в сложных волноводах, состоящих из шельфового и глубоководного участков. Показано, что при расчете эффективных скоростей для шельфового участка протяженной трассы, как правило, можно использовать групповые скорости первой моды для центральной частоты импульсного сигнала. В случае оползневого характера распространения звука аналогичная оценка эффективной скорости может быть получена и в приближении геометрической акустики с использованием инвариантов Вестона. Для глубоководного участка, задавшись некоторым горизонтом приема, мы предлагаем использовать групповую скорость моды наименьшего номера, интервал вертикальной локализации которой содержит данный горизонт. Данная методика применена для анализа результатов эксперимента, проведенного в сентябре 2017 года. В данном эксперименте широкополосные фазоманипулированные импульсные сигналы излучались источником, установленном на шельфе в придонном слое (вблизи м. Шульца), и принимались на различных горизонтах в глубоководной части Японского моря. Эффективные скорости определялись в эксперименте с помощью системы единого времени и данных GPS о расстоянии между источником и приемником. Полученные в эксперименте значения эффективных скоростей на различных горизонтах сравнивались с теоретическими значениями, рассчитанными по описанной выше методике, причем для трассы общей протяженностью 198 км установлено их сходство с высокой степенью точности. Важно отметить, что эффективные скорости практически не зависят от выбора горизонта приема в диапазоне глубин от 50 до 500 метров. В работе дано качественное физическое объяснение этого результата. Разработанная методика определения эффективных скоростей на различных горизонтах может быть использована при решении задач акустической дальнометрии. Ключевые слова: акустическая дальнометрия, импульсный сигнал, метод нормальных волн, эффект оползня

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 7 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.01

 

Кацнельсон Б.Г., Луньков А.А., Шабанова Т.М. «Модовая структура низкочастотного звукового поля в волноводе с тонким слоем газонасыщенных осадков» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 16 (2019). 106 с.

В рамках модовой теории проведен анализ распространения акустических волн в мелководном волноводе с тонким газонасыщенным слоем, толщина которого много меньше длины звуковой волны и скорость звука в котором много меньше скорости звука в воде. Найдены комплексные собственные значения и собственные функции нормальных волн (мод) для волноводов с различными параметрами этого слоя. В низкочастотном диапазоне (до 100 Гц) была выявлена однозначная зависимость коэффициентов затухания волноводных мод от толщины слоя осадков. На основании этой особенности путём сопоставления модельных и экспериментальных кривых затухания различных мод была решена обратная задача по определению толщины газонасыщенного слоя в пресноводном озере Кинерет. В качестве низкочастотных акустических сигналов были использованы дискретные составляющие шума небольшого судна, которое двигалось с постоянной скоростью по направлению к приёмной вертикальной антенне, перегораживающей весь волновод. Результат оценки показал, что толщина газонасыщенного слоя в центральной части озера Кинерет не превышает 0.5 м, что удовлетворительно согласуется с данными КТ-анализа замороженных проб донного грунта. Ключевые слова: модовая теория, газонасыщенные осадки, подводные шумы

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 16 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.01

 

Сазонтов А.Г., Смирнов И.П. «Локализация источника в акустическом волноводе с неточно известными параметрами с использованием адаптивной горизонтальной антенны» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 16-17 (2019). 106 с.

Построен адаптивный модовый алгоритм, позволяющий локализовать источник с использованием горизонтальной антенной решетки (АР), работающей в условиях неполной информации о среде распространения. Предложенный метод оценивания аналогичен алгоритму пониженного ранга, используемому в технике частично калиброванных АР, в котором роль числа подрешеток играет число мод, а вектор амплитудно-фазовой калибровки соответствующих подрешеток заменяется модовым вектором. Важно подчеркнуть, что целевая функция алгоритма не содержит информации о координатах источников, и следовательно, предложенный способ позволяет определить направления источников без знания их местоположения. Представлены результаты статистического моделирования, демонстрирующие вероятности правильной локализации источника в зависимости от входного отношения сигнал/шум. Показано, что указанный алгоритм характеризуется достаточно высокой разрешающей способностью и обеспечивает приемлемое качество локализации источника без использования трудоемкой процедуры одновременного поиска как искомых координат, так и неизвестных параметров волновода. Установлено, что обработка в модовом пространстве обеспечивает большую устойчивость метода к детерминированному рассогласованию, обусловленному неточным знанием геоакустических характеристик донных осадков, по сравнению с традиционной обработкой в пространстве элементов АР.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 16-17 (2019). 106 с. | Рубрики: 07.01 07.19

 

Серебряный А.Н. «ADCP – мощный инструмент современной акустической океанологии» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 18-19 (2019). 106 с.

Акустическая океанология – наука об исследовании океана с помощью акустических измерений, появившаяся с изобретением эхолота, продолжает активно развиваться в наше время. В начале 80-х годов появились акустические допплеровские профилометры течений (ADCP). Эти приборы осуществляют измерения течений морской среды акустическим методом, успешно заменяя традиционные контактные измерители течений. В представленном докладе будет показано, что ADCP, разработанный как измеритель течений, на самом деле имеет намного более широкий спектр функций, что делает его мощным многопрофильным инструментом современной акустической океанологии. В сочетании с мониторингом фонового течения ADCP одновременно измеряет интенсивность обратно рассеянного сигнала, что позволяет контролировать и изучать разнообразные процессы в водной толще. Возможности прибора будут продемонстрированы на основе проведенного нами 15-летнего цикла исследований с использованием ADCP “Rio Grande 600 kHz” в шельфовых зонах российских морей. ADCP как измеритель течений в штатном режиме позволяет регистрировать временную изменчивость течений (трех компонентов-двух горизонтальных и вертикальную) по толщине водного столба в режиме «заякоренных» измерений в одной точке акватории или со стационарных платформ. При проведении пространственных съемок с судна измеряется пространственная 3-мерная структура течений, а также распределение коэффициента обратного акустического рассеяния. В местах впадения в море больших рек пространственная съемка с ADCP позволяет собрать подробную информацию о динамике плюмов распресненных вод. С помощью специальной пространственной съемки удается измерять параметры, а также исследовать динамику субмезомасштабных вихрей на шельфе. Использование ADCP полезно при проведении подспутниковых морских экспериментов, поскольку позволяет связать особенности, проявляющиеся на поверхности моря с их вызывающими течениями. ADCP позволяет существенно продвинуться в экспериментальном изучении внутренних волн, как в вопросах их генерации, так и различных важных эффектов, сопровождающих внутренние волны. ADCP возможно использовать для решения задач морской геологии и морской биологии для измерения концентрации взвешенного вещества и распределения планктона в морской толще, а также для экологического мониторинга моря. ADCP также может служить регистратором различных аномальных явлений в море. Ключевые слова: ADCP, обратное рассеяние, течение, внутренние волны, вихри

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 18-19 (2019). 106 с. | Рубрики: 07.01 07.18

 

Аксенов С.П. «Расчет передаточной функции волновода для мелкого и глубокого моря в модовом вкб-приближении» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 20-21 (2019). 106 с.

Для решения целого ряда прикладных гидроакустических задач необходимы вычислительные программы, обладающие высокой производительностью и точностью описания. Предлагается использовать для расчета передаточной функции волновода (ПФВ) модифицированную программу, построенную в модовом ВКБ-приближении (МВКБП), позволяющем быстро и достаточно точно вычислять ПФВ волновода с учетом большого количества (до десяти тысяч) мод, в том числе в неоднородном волноводе. Разработанная программа представляет собой реализацию метода МВКБП, доработанного в следующих аспектах: вертикальный разрез скорости звука (ВРСЗ) может быть произвольным (в классическом МВКБП допустим лишь один тип ВРСЗ); при вычислении продольных волновых чисел мод и собственных функций волновода (СФВ) учитываются модуль и фаза коэффициента отражения плоской волны от границы раздела вода-дно, потери в дне и на взволнованной поверхности моря; при вычислении СФВ вблизи точек заворота бриллюэновских лучей и вблизи поверхности моря используются первая и вторая функции Эйри; в сумму мод входят не только водные и захваченные донные моды, но и вытекающие донные моды, определяющие основной вклад в ПФВ на малых расстояниях от источника. Проведенная верификация программы подтвердила хорошее совпадение результатов расчета интерференционной структуры и усредненных законов спадания ПФВ по разработанной программе с результатами расчетов по программам других авторов. Ключевые слова: передаточная функция волновода, мелкое море, глубокое море, модовое ВКБ-приближение, функции Эйри

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 20-21 (2019). 106 с. | Рубрики: 07.01 07.02

 

Лабутина М.С., Малеханов А.И., Смирнов А.В. «О влиянии размещения элементов вертикальной антенны в океаническом волноводе на эффективность приема многомодового сигнала на фоне модовых помех» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 22-23 (2019). 106 с.

Рассматривается задача пространственной фильтрации многомодового сигнала, представляющего собой совокупность распространяющихся мод океанического волновода со случайными амплитудами, и принимаемого вертикально ориентированной короткой антенной решеткой (АР) на фоне помех, содержащих интенсивную компоненту модового спектра. В качестве характеристики эффективности метода фильтрации определен коэффициент усиления (выигрыш) АР, который зависит не только от параметров сигнала и помехи на её входе (спектр и взаимная корреляция модовых амплитуд, спектр волновых чисел волновода), но также от её параметров (полная длина АР, межэлементное расстояние, положение в волноводе) и выбранного амплитудно-фазового распределения. В работе проведен теоретический анализ и численное моделирование в поиске оптимального выбора параметров АР в предположении взаимно-некоррелированных модовых амплитуд полезного сигнала и помех. Проведено сравнение полученных результатов с эвристическим методом согласованной фильтрации отдельных мод. Показано, что величина коэффициента усиления АР варьируется в широких пределах в зависимости от разрешающей способности АР в модовом пространстве. Ключевые слова: волновод, пространственная обработка, многомодовый сигнал, линейная антенная решетка

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 22-23 (2019). 106 с. | Рубрики: 07.01 07.19