Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

07.02 Акустика мелкого моря

 

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

 

Горовой С.В. «Анализ статистических характеристик шумов мелкого моря на относительно коротких интервалах времени» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 9 (2019). 106 с.

Представлены результаты экспериментального оценивания временoй изменчивости в течении 3-х часов одномерной плотности распределения, дисперсии, коэффициентов асимметрии и эксцесса звукового давления шумов моря вблизи судоходной трассы в заливе Петра Великого Японского моря в диапазонах частот 300–1000 Гц, 1000–3000 Гц, 300–3000 Гц при времени накопления 0,1 с, 1 с, 3 с. Глубина места составляла 55 м, грунт ил-песок, состояние моря 3 балла. Использовался одиночный ненаправленный гидрофон, прикрепленный с использованием упругой развязки к бую. Глубина погружения гидрофона составляла 31 м. Для уровня значимости 0,05 приведены результаты оценивания динамики отклонения распределения от гауссовского при использовании критерия хи-квадрат для указанных частотных диапазонов и времен накопления. Ключевые слова: шум мелкого моря, статистические характеристики, отклонение от гауссовости

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 9 (2019). 106 с. | Рубрики: 07.02 07.04

 

Буренин А.В., Голов А.А., Моргунов Ю.Н. «Экспериментальные исследования ОСОБЕННОСТей пространственной структуры Векторно-скалярных звуковых полей в мелком море» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 10 (2019). 106 с.

Обсуждаются результаты экспериментального исследования пространственной структуры векторно-скалярного звукового поля, сформированного при буксировке тонального низкочастотного излучателя на шельфе Японского моря. Методически эксперимент обеспечивался буксировкой на глубине 20 метров источника тонального сигнала с частотой 134 Гц на различных акустических трассах с удалением до 10 км от комбинированной приемной системы, состоящей из приемников звукового давления и трех ортогональных компонент векторно-скалярного поля. Особое внимание уделялось исследованию интерференционной структуры скалярных и векторных полей с обеспечением технической и методической достоверности результатов экспериментов в контролируемых гидрологических условиях. Обсуждаются количественные характеристики и особенности формирования интерференции на различных по глубине трассах. Наибольший интерес представляют результаты сравнения горизонтальных и вертикальных составляющих векторно-скалярных полей, которые позволили выявить на некоторых трассах наличие “завихренностей” акустического поля источника, которые обусловили значительные по величине (сотни метров) смещений минимумов и максимумов сигналов в каналах РXY относительно канала Z. Анализируется возможность практического применения результатов исследований. Ключевые слова: интерференция, буксируемый низкочастотный излучатель, комбинированный приемник, векторно-скалярные звуковые поля, мелкое море

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 10 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.02

 

Ярина М.В., Кацнельсон Б.Г., Годин О.А. «Частотно-временной анализ модового состава звукового поля в условиях пространственно-временной изменчивости мелководной среды в эксперименте SWARM`95 c использованием warping-преобразования» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 13 (2019). 106 с.

Представлены результаты исследования фильтрации мод, полученные с использованием преобразования деформации (Warping Transform – WT) в частотно-временной области для звукового поля, записанного с помощью одиночных гидрофонов. Результаты сравниваются с полученными на основе «стандартной» методики пространственно-временной фильтрации с использованием линейной вертикальной антенны, в том числе применительно к данным эксперимента SWARM’95, проведенным на Атлантическом шельфе США. Анализируются данные, полученные, как в отсутствие, так и в присутствии нелинейных внутренних волн (НВВ) на акустической трассе длиной 15 км. В данном эксперименте использовались широкополосные сигналы (30–250 Гц) от пневмопушки и частотно-модулированные сигналы (50–300 Гц, источник J15). Прием осуществлялся на две вертикальные антенны (WHOI, NRL), угол между акустическими трассами примерно 30 градусов. Рассматривается период времени, когда в результате горизонтальной рефракции, вызванной движущимися внутренними волнами, имели место флуктуации интенсивности на вертикальной антенне WHOI (фокусировка/дефокусировка в горизонтальной плоскости), зависящие от параметров НВВ, номера моды и частоты, и, соответственно, вызывающих изменение модового состава, в частности, в указанной частотной области вторая и третья моды имеют наибольший показатель преломления в горизонтальной плоскости и испытывают, соответственно, наибольшие флуктуации. Анализ проводится для различных положений НВВ и глубин пневмопушки (выше и ниже термоклина). Обсуждаются возможности использования WT для решения обратной задачи – определения параметров среду по данным зондирования. Ключевые слова: частотно-временной анализ, warping transform, эксперимент SWARM’95

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 13 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.02

 

Шатравин А.В., Кочетов О.Ю. «Применение методов машинного обучения для звукоподводной связи в мелком море» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 14 (2019). 106 с.

Обсуждается опыт применения методов машинного обучения в задаче декодирования сигнала при осуществлении когерентной звукоподводной связи. Набор экспериментальных данных состоит из нескольких тысяч сеансов связи продолжительностью от 1 до 30 секунд, проведённых между автономными донными гидроакустическими станциями, которые устанавливались на шельфе Черного моря на глубине ∼35 м на расстоянии от 1 до 3 км друг от друга. Несущая частота составляла 10 кГц, скорость передачи данных 2 кбит/с, кодирование цифровой последовательности осуществлялось бинарной фазовой манипуляцией. Изменчивость гидрофизических параметров среды приводила к колебаниям доли ошибок декодирования в очень широких пределах от 0 до 0.1 при использовании стандартного метода компенсации межсимвольной интерференции MMSE-DFE (эквалайзер с обратной связью на основе минимизации математического ожидания среднеквадратичной ошибки). Соответствующие колебания уровня среднеквадратичной ошибки демодуляции составляли более 8 дБ. Использование альтернативных методов декодирования на основе сетей радиально-базисных функций, метода опорных векторов и свёрточных нейронных сетей позволяет добиться значительного улучшения качества связи. Однако эффективность этих подходов существенно зависит от объёма и представительности обучающих выборок. Мы исследуем зависимость качества обучения от временного распределения обучающих выборок, что интуитивно можно интерпретировать как полноту использованного для обучения набора данных в смысле разнообразия наблюдаемых во время сеансов связи импульсных откликов среды и фонового шума. Также был опробован искусственный способ расширения обучающих выборок посредством добавления к сигналам связи фонового шума, зарегистрированного в другие моменты времени. Ключевые слова: акустика мелкого моря, звукоподводная связь, машинное обучение

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 14 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.02

 

Гулин О.Э., Ярощук И.О. «Сравнительный анализ потерь при распространении низкочастотного звука в мелководных волноводах с гауссовыми и негауссовыми флуктуациями скорости звука» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 15 (2019). 106 с.

На основе метода локальных мод рассматривается задача о поведении средней интенсивности (потерь при распространении) низкочастотного акустического сигнала в мелководных волноводах с потерями в дне и флуктуациями скорости звука в воде. Ранее было показано, что наличие в волноводе с поглощающим проницаемым дном двумерных (2D) случайных неоднородностей скорости звука с гауссовым вероятностным распределением приводит к возникновению сильных флуктуаций в акустическом поле уже на сравнительно небольших расстояниях от источника звука. Одним из важных и интересных проявлений этого оказывается замедление спадания средней интенсивности звукового поля по сравнению с волноводом, у которого таких случайных неоднородностей скорости звука нет. В настоящей работе на основе статистического моделирования приводятся результаты численного анализа спадания средней интенсивности звукового поля при наличии как гауссовых, так и негауссовых флуктуаций скорости звука. В качестве негауссовых рассмотрены горизонтальные флуктуации скорости звука в виде телеграфного случайного процесса и процесса с логнормальным вероятностным распределением. Показано, что негауссовы флуктуации принципиально не меняют вывод об уменьшении потерь при распространении звукового сигнала, но в ряде случаев могут усилить данный статистический эффект. Ключевые слова: мелководные волноводы, локальные моды, случайно-неднородная скорость звука, гауссовы и негауссовы флуктуации, статистическое моделирование.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 15 (2019). 106 с. | Рубрики: 07.02 07.04

 

Кержаков Б.В., Кулинич В.В. «Оценка влияния геоакустических характеристик мелководного волновода на точность восстановления координат источника тональных сигналов» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 15 (2019). 106 с.

Представлены результаты исследования влияния геоакустических характеристик волновода (донных осадков и гидрологии) на точность восстановления координат точечного источника тональных сигналов в зависимости от глубины и дальности в регулярном мелководном волноводе. В качестве контролируемой величины при оценках точности определения координат задается целевая функция, строящаяся на основе использования разностей вертикальных угловых спектров звукового поля источника излучения в опорном волноводе и угловых вертикальных спектров расчетных моделей волноводов при вариации величин рассогласования вертикального распределения скорости звука в водном слое и геоакустических параметров донных осадков относительно опорного волновода. Опорный волновод характеризуется водным слоем и двухслойным жидким дном с подстилающим полупространством с заданными акустическими характеристиками осадков и мощностью слоев. Оценка глубины и дальности источника сигналов производилась на основе минимизации целевой функции методом быстрого отжига в сочетании с методом прямого поиска Хука-Дживса. Приводятся оценки ошибок определения координат источника как при совместном рассогласовании гидрологии и геоакустических характеристик дна волновода, так и при их раздельном рассогласовании. При этом, выбор донных параметров расчетных моделей волноводов проводился путем случайного их перебора с равномерным распределением в заданных областях. Вертикальное распределение скорости звука в водном слое варьировалось в соответствии с возможными гидродинамическими возмущениями водной среды в мелководных районах. Сравнительные оценки приводятся для двух типов гидрологий с положительной и с отрицательной рефракцией звуковых волн на различных дистанциях и глубинах расположения источника в канале. Одновременно с этим рассматривается возможность уменьшения влияния дна путем фильтрации волноводных мод. Ключевые слова: волновод, угловой спектр, координаты источника

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 15 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.02

 

Толченников А.А., Сергеев С.А., Петров П.С. «К вопросу о моделировании распространения импульсных акустических сигналов в мелком море с наклонным дном в различных гидрологических условиях» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 17-18 (2019). 106 с.

Рассматривается задача о распространении импульсных акустических сигналов в волноводе мелкого моря с наклонным дном в случае однородной скорости звука, а также в при наличии в водном слое выраженного термоклина. Решение задачи строится с использованием лучевой теории распространения звука и метода канонического оператора Маслова. Для обоих случаев исследована геометрия трехмерных лучей с различными углами выхода из источника, построены их проекции на горизонтальную плоскость, а также огибающие проекций семейств лучей с общим вертикальным углом выхода из источника. Известно, что в случае постоянной скорости звука в водном слое проекциями лучей на горизонтальную плоскость являются гиперболы. Нами установлено, что в случае наличие термоклина в водном слое происходит растяжение гипербол, соответствующих большим углам выхода относительно направления изобаты в горизонтальной плоскости. В обоих случаях сигналы нами рассчитаны сигналы в точках приема. Результаты расчетов сравниваются с результатами, полученными другими методами. Ключевые слова: мелкое море, импульсный сигнал, лучевая теория, метод канонического оператора Маслова, наклонное дно

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 17-18 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.02

 

Каевицер В.И., Кривцов А.П., Смольянинов И.В., Элбакидзе А.В. «Результаты экспериментальных исследований влияния многолучевого распространения акустических сигналов с ЛЧМ на работу системы позиционирования подводного аппарата в мелком море» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 18 (2019). 106 с.

Приведены результаты экспериментальных исследований амплитудных и фазовых характеристик сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) в интерферометрической системе позиционирования подводного аппарата (ПА). Сигналы с ЛЧМ применяются в системах позиционирования для увеличения энергетики и помехозащищенности. Исследования проведены в мелководном водоеме в условиях многолучевого распространения сигналов маяка –ответчика на ПА к антеннам интерферометра. Высокоточные измерения дальности до маяка обеспечиваются широкой полосой девиации ЛЧМ сигнала и оптимальной обработкой, а угла – размером базы интерферометра. Увеличение точности угловых измерений в системах позиционирования достигается фазоразностными вычислениями сигналов с антенн интерферометра. Поскольку для обеспечения высокой энергетики база ЛЧМ сигнала достигается большой длительностью, то интерферометром принимаются и сигналы рассеянные дном и водной поверхностью, искажающие и зашумляющие интерференционную картину. Анализ экспериментальных распределений модуля мощности сигналов, принимаемых антеннами интерферометра, выявил присутствие отражений от дна и поверхности воды, при этом фазы принятых сигналов носят не случайный характер, а характерную структуру. Проведено математическое моделирование распространения сигналов с ЛЧМ в мелком водоеме, позволяющее объяснить фазовую структуру сигналов, принятых антеннами интерферометра. Сравнение результатов моделирования и экспериментальных измерений подтвердило когерентность сигналов маяка и зеркальных отражений от поверхности дна и воды, что определяет неслучайное поведение фазы сигналов, принятых интерферометром. При этом выявлена связь изменений фазограмм с изменениями глубины водоема в точке зеркального отражения. Полученные результаты имеют важное научное и практическое значение при планировании исследований в мелком море и при проектировании систем подводной навигации, локации и связи. Ключевые слова: гидроакустические системы, ЛЧМ сигналы, корреляционная обработка сигналов, позиционирование подводного аппарата, мелкое море

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 18 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.02

 

Гончаренко Б.И., Медведева Е.В., Шуруп А.С. «Особенности формирования скалярно-векторных характеристик звукового поля в мелком пресном водоеме при прохождении шумового источника» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 19 (2019). 106 с.

Приводятся результаты натурных измерений векторно-фазовой структуры акустического поля на гидроакустическом полигоне МГУ имени М.В. Ломоносова в акватории Клязьминского водохранилища. Для регистрации звукового давления и трех взаимно ортогональных составляющих колебательной скорости использовались две разнесенные в пространстве автономные донные станции, содержащие векторные приемники и приемники звукового давления. Источником шумового сигнала являлось судно, проходящее вблизи точек расположения станций. Приводятся результаты оценки пеленга на движущийся шумовой источник на основе различных алгоритмов обработки экспериментальных данных. Полученные результаты позволили рассчитать зависимости спадания относительных уровней различных составляющих звукового поля от расстояния до источника. Анализ экспериментальных данных показывает, что характер убывания звукового давления и трех взаимно ортогональных составляющих колебательной скорости сигнала различный, что указывает на возможность использования этих данных в качестве исходных для решения обратной задачи восстановления характеристик волновода. Например, наблюдаемое существенное поглощение скалярно-векторных характеристик звукового поля может определяться параметрами газонасыщенного слоя, присутствующего в приповерхностном слое осадков Клязьминского водохранилища. В свою очередь, использование синхронизованных записей с двух донных станций позволило получить результаты, направленные на изучение пространственных корреляционных характеристик векторно-фазовой структуры шумового поля для целей пассивной томографии. Основным преимуществом пассивных методов томографического исследования акваторий является снижение требований на практическую сторону проведения натурного эксперимента – не требуется использование дорогостоящего низкочастотного источника, специальным образом размещаемого в исследуемой области. Вместо этого, информация о среде извлекается из шумового поля, присутствующего в акватории. Основным недостатком пассивных томографических методов является существенное время накопления шума при его корреляционной обработке. Полученные в работе результаты демонстрируют преимущества использования векторно-фазовых методов регистрации и обработки акустических полей в задачах пассивной томографии при учете пространственной анизотропии шумового поля, что позволяет уменьшить требуемое время накопление шума по сравнению с ненаправленным приемом. Ключевые слова: векторно-фазовые методы, пеленгование источника, пространственное убывание звука, пассивная томография

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 19 (2019). 106 с. | Рубрики: 07.02 10.02

 

Стреленко Т.Б., Либенсон Е.Б. «Ошибки определения угла прихода эхосигнала в вертикальной плоскости для многолучевого канала в мелком море» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 21 (2019). 106 с.

Представлены результаты оценки ошибок определения угла прихода эхосигнала в вертикальной плоскости в многолучевом канале. Рассмотрена взаимосвязь между параметрами многолучевой структуры и ошибками определения угла прихода эхосигнала в вертикальной плоскости. Исследования проведены на программном макете для условий мелкого моря. Получены оценки ошибок при разных величинах разрешающей способности гидролокатора по времени. Ключевые слова: гидролокатор, угол прихода эхосигнала, интерференция в многолучевом канале, тональный и сложный сигнал, согласованная фильтрация

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

 

Дмитриев К.В., Липавский А.С., Панков И.А., Сергеев С.Н. «Экспериментальное исследование модовой структуры и собственных шумов мелкого водоёма» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 22 (2019). 106 с.

Представлены результаты собственных экспериментов авторов по изучению характеристик шумовых сигналов в мелком водоёме. Водоём располагается в природном заказнике в Московской области, характеризуется низким уровнем антропогенных шумов, малой глубиной (порядка 1 м) и высоким уровнем донной и береговой реверберации. Авторов интересовала возможность выделения мод в таком водоёме при использовании одиночных гидрофонов в разной конфигурации расположения в водоёме в разные времена года, а также характеристики собственных шумов. Мелкая глубина водоёма приводит к высокой (порядка сотен Герц) частоте отсечки и к соответствующему изменению характера спектра распространяющихся в водоёме сигналов. Изучалась возможность использования получившего в последние годы распространение метода шумовой интерферометрии применительно к мелкой воде. Предполагается, что полученные результаты могут быть использованы при работе в узкой береговой зоне. Ключевые слова: акустика океана, акустическая томография, шумовая интерферометрия, шельф

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 22 (2019). 106 с. | Рубрики: 07.02 07.15

 

Смирнов И.П., Калинина В.И., Хилько А.И. «Послойная реконструкция геофизических параметров осадочных слоев дна мелкого моря» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 63 (2019). 106 с.

Исследован метод повышения точности и устойчивости определения геоакустических параметров морского дна, основанный на их послойной реконструкции с использованием параметрических моделей формирования сейсмоакустических (СА) импульсов, отраженных от упругого слоистого полупространства, при зондировании дна когерентными сигналами. Приводятся результаты анализа эффективности предлагаемых алгоритмов, выполненного методом численного стохастического моделирования. Исследована устойчивость и точность решения задачи СА зондирования морского дна в зависимости от параметров моделей сигналов и шумов, а также от характеристик решающего правила. Установлено, что развитая в рамках приближения геометрической акустики физико-математическая модель формирования СА сигналов позволяет использовать взаимосвязь параметров отдельных донных слоев для сужения интервала поиска решения в многомерном пространстве параметров слоистого дна при их послойной реконструкции. Показано, что рост ошибки оценивания параметров верхних донных слоев понижает точность оценок параметров более глубоких слоев. Ключевые слова: реконструкция, морское дно, когерентный излучатель, сейсмоакустическое зондирование, стохастическое моделирование.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 63 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.02

 

Кузнецов Г.Н., Степанов А.Н. «Ослабление регулярной составляющей инфразвуковых векторно-скалярных сигналов от мультиполей в мелком море» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 93-94 (2019). 106 с.

Выполнено численное и аналитическое исследование зависящих от расстояния закономерностей ослабления регулярных составляющих звукового давления (ЗД) и ортогональных – горизонтальной и вертикальной проекций вектора колебательной скорости (ГП ВКС и ВП ВКС). Анализ произведен применительно к мультипольным источникам (МПИ) – монополям, вертикальным и горизонтальным диполям, а также квадруполям с двумя горизонтальными, двумя вертикальными и смешанными осями. Расчеты выполнены для низкочастотных полей, образованных этими источниками в волноводе Пекериса. Установлено, что наблюдается существенное различие законов спадания сигналов от различных типов МПИ, в частности, сигналы, образованные вертикальными диполями и квадруполями со смешанными осями, а также вертикальные составляющие колебательной скорости убывают существенно быстрее, чем остальные, например, давление и горизонтальные составляющие векторно-скалярного поля. Закономерности ослабления давления и проекций колебательной скорости также существенно зависят от расстояния между источником и приемниками и ориентации мультипольного источника. Показано, что сигналы, излученные всеми типами мультиполей при условии их расположения вблизи границ раздела, или принятые скалярными или векторными приемниками, расположенными у свободной поверхности или у дна, при увеличении расстояния ослабляются значительно быстрее, чем для источников или приемников, расположенных в середине волновода. Установлено, что полученные в результате исследования аппроксимирующие зависимости описывают законы спадания достаточно точно. Эти зависимости представлены в виде простых аналитических соотношений, зависящих от различных параметров, которые характеризуют условия проведения эксперимента, что позволяет выполнить обоснованный и достаточно точный прогноз пределов изменения ЗД, ГП ВКС и ВП ВКС при вариации частоты, глубины волновода, глубин расположения источников и приемников, а также расстояния между ними. Эти оценки производятся, не прибегая к сложным полевым расчетам. Ключевые слова: волновод Пекериса, мультиполи, векторно-скалярные поля, аппроксимация законов ослабления инфразвука, влияние условий распространения.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 93-94 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.02

 

Кузнецов Г.Н., Степанов А.Н. «Пространственная структура инфразвуковых сигналов мультипольных источников в зонах интерференционных максимумов в мелком море» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 94 (2019). 106 с.

Анализ характеристик инфразвуковых сигналов в зонах интерференционных максимумов (ИМА) представляет интерес из-за увеличения отношения сигнал/помеха и особых свойств поля в этих зонах. В связи с этим выполнено численное и аналитическое исследование пространственной структуры и закономерностей ослабления звукового давления (ЗД) и проекций вектора колебательной скорости (ВКС). В качестве источников рассмотрены инфразвуковые мультиполи (МП) различного типа, размещенные в волноводе Пекериса. Установлено, что в зонах ИМА для всех типов МП целый ряд закономерностей пространственной структуры и законов ослабления ЗД и ВКС хорошо согласуется с аналогичными характеристиками регулярной составляющей гидроакустического поля. Например, сигналы, излученные всеми типами МП при условии их расположения вблизи границ волновода, или принятые скалярными или векторными приемниками, расположенными у свободной поверхности или у дна, при увеличении расстояния ослабляются значительно быстрее, чем для источников или приемников, расположенных в середине волновода. Можно также отметить, что структура всех зависимостей существенно зависит от типа МП и расстояния между источником и приемником. Но наблюдается и различие – ослабление всех составляющих поля происходит в √r раз быстрее. Показано, что в зонах ИМА аппроксимирующие соотношения позволяют выполнить достаточно точный прогноз пределов изменения ЗД и ВКС при вариации частоты, глубины волновода, глубин расположения источников и приемников, а также расстояния между ними. Установлено, что поля всех МП по характеристикам пространственной структуры и законам спадания разделяются на две группы. В первую группу входят монополь, горизонтальные диполи и квадруполи с двумя горизонтальными и с двумя вертикальными осями. Во вторую группу входят вертикальные диполи и квадруполи со смешанными осями. Ключевые слова: волновод Пекериса, мультиполи, векторно-скалярные поля, законы ослабления инфразвука, влияние условий распространения.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 94 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.02

 

Кузнецов Г.Н., Степанов А.Н. «Зависимости эффективной фазовой скорости от глубин расположения источника и приемника и расстояния между ними» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 95 (2019). 106 с.

В мелком море из-за дисперсионных свойств нормальных волн наблюдается деформация пространственного отклика антенны и смещение оценок пеленга относительно реальных значений. Учет дисперсионных характеристик возможен, если при пеленговании использовать согласованную фильтрацию. Но для этого требуется точная информация о параметрах грунта, профиле скорости звука и других условиях проведения эксперимента. Возникает необходимость разработки усредненных моделей передаточной функции волновода, которые, будучи устойчивыми к вариации условий распространения, позволяли бы частично учесть влияние дисперсионных характеристик мод. Для повышения эффективности обнаружения горизонтальными антеннами и получения несмещенных оценок пеленга рекомендуется применять модель эквивалентной плоской волны (ЭПВ), которая при расположении антенны в зонах интерференционных максимумов (ИМА), особенно при косых углах, и использовании эффективной фазовой скорости (ЭФС) вместо скорости звука в воде (СЗВ) на горизонте приема позволяет устранить смещения пеленга. Экспериментально и расчетным путем установлено, что в зонах ИМА величины ЭФС превышают СЗВ на 5–12%. При косых углах при использовании СЗВ оценки пеленга отличаются от истинных значений примерно на эти же значения. Показано, что при увеличении расстояния ЭФС уменьшается и стремится к среднему значению, но всегда превышает СЗВ. При увеличении частоты наблюдаются резкие «скачки» ЭФС относительно средних значений — вблизи частот, на которых появляются новые нормальные волны. Экспериментальная проверка и моделирование подтвердили основные выводы относительно вариаций значений ЭФС при изменении расстояния или частоты. Аналитические зависимости ЭФС, полученные для разных глубин и расстояний, хорошо согласуются с экспериментальными данными и результатами моделирования, что позволяет рекомендовать модель ЭПВ для практического применения. Ключевые слова: многомодовый волновод, эквивалентная плоская волна, интерференционные максимумы, зависимости эффективной фазовой скорости от расстояния и частоты

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 95 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.02

 

Глебова Г.М., Кузнецов Г.Н. «ослабление псевдозвуковых помех векторными приемниками градиентного типа в составе буксируемой векторно-скалярной антенны» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 100 (2019). 106 с.

В мелководном районе выполнено исследование спектральных и корреляционных характеристик помех турбулентного происхождения, образующихся в пограничном слое буксируемой векторно-скалярной антенны (ВСА). Эксперименты проведены при малом и достаточно большом удалении антенны от носителя. Установлено, что при буксировке ВСА на малом расстоянии от носителя основным источником помех является шум от гребного винта носителя. При достаточном удалении антенны от носителя турбулентные помехи в низкочастотной области превышают помехи носителя и имеют псевдозвуковой характер. Выполнено сравнение формы спектров и уровней турбулентных помех на скалярных и векторных приемниках. Показано, что векторные приемники градиентного типа различным образом взаимодействуют с турбулентными пульсациями. На высоких частотах, для которых интервал пространственной корреляции турбулентных псевдозвуковых пульсаций меньше размеров векторного приемника, величина помех оказывается соизмеримой или на 1.5–3 дБ превышает помеху на скалярных приемниках. На низких частотах, на которых интервал пространственной корреляции псевдозвуковых пульсаций больше чем размер векторного приемника, наблюдается ослабление помех по сравнению с помехами на скалярном гидрофоне. Подавление турбулентных пульсаций достигает 5–8 дБ, что является существенным с точки зрения увеличения отношения сигнал/помеха и увеличения дальности обнаружения слабых сигналов. Отметим, что при буксировке ВСА на малом расстоянии от носителя шумы (помехи) носителя подавляются с использованием векторных каналов также значительно эффективнее, чем с использованием только скалярных гидрофонов. Одновременно многоканальная ВСА обеспечивает однонаправленность приема, т.е. разделяет сигналы, пришедшие с левого и правого борта. Ключевые слова: скалярные и векторно-скалярные антенны, спектры, пространственная корреляция, подавление турбулентных помех и шумов носителя

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 100 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.02

 

Головизнин В.М., Павел А.М., Петр А.М., Соловьев А.В. «Новый численный алгоритм для уравнений многослойной мелкой воды на основе гиперболической декомпозиции и схемы КАБАРЕ» Морской гидрофизический журнал, 35, № 6, с. 600-620 (2019)

Описание новой методики численного решения уравнений гидродинамики несжимаемой жидкости со свободной границей и переменной плотностью в гидростатическом приближении – цель настоящей работы. Методы и результаты . Алгоритм основан на методе гиперболической декомпозиции – представлении многослойной среды в виде отдельных слоев, взаимодействующих через границы раздела. Силы, действующие на верхнюю и нижнюю границы каждого слоя, трактуются как внешние, не нарушающие свойства гиперболичности системы уравнений для каждого слоя. Для решения системы гиперболических уравнений с переменной плотностью в каждом слое используется явная схема КАБАРЕ. Схема имеет второй порядок аппроксимации и обратима по времени. Ее особенностью является повышенное число степеней свободы – наряду с консервативными переменными, определенными в центрах расчетных ячеек, используются потоковые переменные, отнесенные к серединам граней. Система уравнений многослойной мелкой воды не является безусловно гиперболической и при потере гиперболичности становится некорректной. Гиперболическая декомпозиция не устраняет некорректности исходной системы. Для регуляризации численного решения предлагается использовать следующий набор средств: фильтрацию на каждом временном шаге потоковых переменных скорости, плотности и толщины слоя; сверхнеявную аппроксимацию градиента давления; линейную искусственную вязкость; переход к эйлерово-лагранжевым (ЭЛ) переменным, приводящий к обмену между слоями массой и импульсом. Основным средством, стабилизирующим численное решение на больших временах, является переход к ЭЛ-переменным. Остальные приемы вспомогательные и используются для тонкой настройки. Выводы. Показано, что для обеспечения регуляризации и гарантированной устойчивости задач необходимо не только перестраивать расчетную сетку на каждом временном шаге, но также использовать фильтрацию потоковых переменных и искусственную вязкость, моделирующую турбулентное перемешивание.

Морской гидрофизический журнал, 35, № 6, с. 600-620 (2019) | Рубрика: 07.02

 

Бабешко В.А., Евдокимова О.В., Бабешко О.М. «К проблеме исследования акустических и гидродинамических свойств среды, занимающей область в виде трехмерного прямоугольного клина» Прикладная механика и техническая физика, 60, № 6, с. 90-96 (2019)

Рассматривается граничная задача для трехмерного уравнения Гельмгольца в области, представляющей собой прямоугольный клин бесконечной протяженности. Строится точное решение этой граничной задачи в виде упакованного блочного элемента, необходимое для исследования более сложных, в том числе смешанных задач для блочных структур. Сопряжение упакованных блоков в блочную структуру осуществляется путем построения фактор-топологий топологических пространств блоков, отношениями эквивалентности являются межблочные граничные условия.

Прикладная механика и техническая физика, 60, № 6, с. 90-96 (2019) | Рубрика: 07.02

 

Ляпидевский В.Ю., Турбин М.В., Храпченков Ф.Ф., Кукарин В.Ф. «Нелинейные внутренние волны в многослойной мелкой воде» Прикладная механика и техническая физика, 60, № 1, с. 53-62 (2020)

В рамках второго приближения теории мелкой воды исследуется течение многослойной стратифицированной по плотности жидкости. Построена математическая модель распространения придонных и приповерхностных внутренних волн большой амплитуды, учитывающая влияние тонкой структуры термоклина (пикноклина). С использованием полученных решений, описывающих распространение уединенных волн и волновых боров, интерпретируются натурные данные.

Прикладная механика и техническая физика, 60, № 1, с. 53-62 (2020) | Рубрики: 07.02 07.03