Заславский Ю.М., Заславский В.Ю. «Особенности донной сейсмической волны при генерации гидроакустическим источником в условиях береговой зоны (трехмерное численное моделирование)» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 9-10 (2019). 106 с.

На основе применения конечно-элементного метода выполнено 3D численное моделирование гидроакустических и поверхностных донных сейсмических волн при их возбуждении акустическим монополем, установленным в прибрежной акватории, где горизонтальное дно сменяется наклонным. Рассмотрены режимы импульсной работы и непрерывных гармонических пульсаций гидроакустического источника при различных глубинах погружения и удалениях от береговой кромки вода-суша. Исследована структура и особенности распространения возбуждаемых гидро- и сейсмоакустических поверхностных рэлеевских волн в случае скальной донной породы. Построены волновые годографы, анализ которых позволяет селектировать волновые типы. Обсуждается возможность регистрации поверхностной донной волны, выходящей на сушу по береговому склону, сейсмическими приемниками. Дается сравнительная оценка ее уровня относительно гидроакустической. Полученное моделированием амплитудно-волновое пространственное распределение демонстрируется на иллюстрациях. Ключевые слова: поверхностная донная волна, наклонное дно, 3D моделирование

Львов К.П. «Экспериментальные оценки корреляционных характеристик эхосигналов от дна Норвежского моря» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 10 (2019). 106 с.

Приведены экспериментальные оценки коэффициентов авто и взаимной пространственно-временной корреляции и изолиний синхронных «срезов» поля плоской горизонтальной приемной многоэлементной антенной решетки (АР) при нормальном падении тонально-импульсных сигналов излучающей АР на дно. АР были установлены в плоскости днища движущегося судна. Район плавания – Лофотенская котловина, представляющая собой понижение в рельефе дна с максимальной глубиной более 3000 м. В ходе эксперимента эхосигналы на несущей частоте 25 кГц усиливались, выделялись низкочастотные квадратурные составляющие, синхронно оцифровались с частотой дискретизации 5 кГц и записывались в файлы для последующей лабораторной обработки. Выделение амплитуды (огибающей) эхосигналов, получение оценок коэффициентов пространственно-временной корреляции производилось в среде MATLAB. Значения радиуса горизонтальной корреляции определялись через произведение временного интервала корреляции и скорости судна. По спаду в е раз коэффициента пространственной автокорреляции синхронного «среза» поля по взаимно перпендикулярным направлениям также оценивались радиусы горизонтальной корреляции и изотропность. Произведено сравнение с известными, общедоступными оценками из экспериментальных работ Акустического института для других районов Мирового океана. Ключевые слова: корреляция, огибающая, плоская антенная решетка, радиус корреляции, изотропность

Волков М.В., Григорьев В.А., Луньков А.А., Петников В.Г. «Вертикальные приемные антенны для звукоподводной связи на арктическом шельфе» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 10-11 (2019). 106 с.

Проанализированы методики звукоподводной связи (ЗПС), основанные на использовании вертикальных приемных антенн и ориентированные для применения на арктическом шельфе России. В частности, рассмотрены методика, использующая селекцию нормальных волн (мод) мелководного акустического волновода и методика, основанная на обращении волнового фронта акустических волн. Численное моделирование для волновода со взволнованной верхней границей и с границей, в виде ледового покрова, показало, что вертикальные антенны обеспечивают устойчивый прием при шуме на 15 дБ большем, чем в случае применения точечного одиночного приемника. Расстояние между корреспондирующими точками при этом составляло 5 км. Учитывался анизотропный в вертикальной плоскости шум, связанный с развитым поверхностным волнением. Продемонстрировано, что обе из перечисленных выше методик обеспечивают примерно одинаковое качество приема информации и имеют одинаковое преимущество по сравнению с одиночным приемником в случае, когда антенны перегораживают большую часть волновода. Рекомендован диапазон частот 600–900 Гц как наиболее удобный для ЗПС на арктическом шельфе при дальности передачи в несколько километров. В этом диапазоне частот качество связи слабо зависит от свойств морского дна и характеристик морской поверхности, что становится важным, когда эти свойства априори не известны. Ключевые слова: пространственная обработка гидроакустических сигналов, звукоподводная связь

Есипов И.Б., Кенигсбергер Г.В., Попов О.Е., Поддубняк В.Я., Михеев В.И. «Эксперименты по оценке характеристик донной реверберации и влиянию батиметрической рефракции на азимутальные углы прихода сигналов» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 12 (2019). 106 с.

Рассмотрены результаты экспериментальных работ на акватории Чёрного моря по измерению характеристик донной реверберации при расположении излучателя и приёмной системы на расстоянии от 80 до 1600 м от береговой черты при глубине места от 13 до 36 м. Излучались импульсы различной длительности с линейной частотной модуляцией и тональные в диапазоне частот 1500–15000 Гц. Методом измерения задержек приходов сигналов на три приёмника вычислялись азимутальные углы и углы места для отражений от дна. По времени распространения сигнала определялись расстояния. В результате было показано, что точки наиболее мощных отражений в основном соответствуют диапазону глубин от 5 м до береговой черты в интервале азимутальных углов до 150°. Для разнесённых точек излучения и приёма были проведены оценки изменения азимутальных углов прихода прямых сигналов из-за влияния батиметрической рефракции. Ключевые слова: донная реверберация, батиметрическая рефракция, азимуты прихода сигналов

Волков М.В., Григорьев В.А., Луньков А.А., Петников В.Г. «Случайно-неоднородное поле скорости звука в дне Карского моря и его влияние на распространение акустических волн» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 14-15 (2019). 106 с.

Проведён статистический анализ пространственных вариаций скорости звука в верхнем слое донных осадков для одного из районов Карского моря. Для анализа использовано распределение скорости звука, полученное по данным 3D-сейсморазведки. Обнаружена существенная пространственная анизотропия этой квазислучайной физической величины. Её радиус пространственной корреляции может изменяться от сотен метров до нескольких километров в зависимости от выбранного направления в горизонтальной плоскости и глубины горизонтального разреза, отсчитываемого от границы вода–дно. Рассмотрена задача о взаимодействии нормальных волн (мод) в мелководной акватории постоянной глубины на частотах до 500 Гц над участком дна с изменяющимся импедансом. Предполагалось, что изменение импеданса обусловлено вариациями профиля скорости звука в донном осадочном слое, отмеченными выше. Показано, что при типичных горизонтальных градиентах скорости звука в дне межмодовое взаимодействие оказывает слабое влияние на среднюю по глубине интенсивность звукового поля, и для определения усреднённых энергетических характеристик можно пользоваться адиабатическим приближением. В то же время это взаимодействие оказывается заметным при анализе интерференционной картины звукового поля. Ключевые слова: Арктический шельф, межмодовое взаимодействие

Калинюк И.В., Маленко Ж.В., Ярошенко А.А. «Сейсмоакустические поля давления от источника в упругом полупространстве» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 17 (2019). 106 с.

Звуковые волны в морской среде, генерируемые геоакустической эмиссией (ГАЭ) в твердом грунте, несут ценную геофизическую информацию, на основании которой можно сделать кратковременные прогностические выводы относительно потенциально опасных сейсмических явлений. Геоакустическая эмиссия является следствием геодинамики твердой среды, которая проявляется в виде акустических шумов. Источниками ГАЭ могут быть микротрещины, которые в результате накопления упругих напряжений, согласно модели лавинно-неустойчивого трещинообразования, объединяются в более крупные трещины и формируют магистральный разрыв. При изучении распространения звуковых волн, вызванных ГАЭ, источники находятся в упругой среде или на его границе. В работе приведено описание акустических волн, возникающих в жидкости, созданных источником в упругой среде. Кроме продольных волн в жидкости распространяются поверхностные и «вытекающие» волны, а также при определенных условиях существует боковая волна. Рассматриваются трёхслойные физические модели с промежуточным слоем слабо консолидированных осадков. Выводится интегральное представление акустического поля в жидкости с источником в упругом полупространстве. Исследуются корни дисперсионного уравнения. Изучается влияние параметров среды на профили мод. Приводится численно-аналитическое решение спектральной задачи для произвольного профиля скорости звука с дном в виде упругого полупространства. Рассчитаны сейсмоакустические поля давлений для переменного профиля скорости звука с источником в упругом полупространстве. Ключевые слова: геоакустическая эмиссия, звуковые волны, поле давлений, упругое полупространство, слабоконсолидированные осадки

Чупин В.А., Будрин С.С., Долгих Г.И., Щербатюк А.Ф. «Исследование пространственно-временной структуры гидроакустического поля шельфовых зон» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 17 (2019). 106 с.

На основе применения берегового лазерного деформографа и автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА), оснащённого мобильной гидроакустической приёмной системой, состоящей из гидрофона 8104 фирмы Bruel & Kjaer, аналого-цифрового преобразователя, системы записи и хранения данных, изучены особенности распределения гидроакустического поля, создаваемого низкочастотным гидроакустическим излучателем на частоте 33 Гц, по шельфу убывающей глубины с определением зон наиболее эффективной трансформации гидроакустической энергии в сейсмоакустическую энергию. При обработке синхронных экспериментальных данных лазерного деформографа и АНПА определена доля гидроакустической энергии, уносимая в земную кору и литосферу в виде поверхностных и объёмных волн, изучены особенности влияния поверхностных морских волн и более низкочастотных гидросферных процессов на пространственно-временные амплитудно-фазовые вариации гидроакустического поля, создаваемого низкочастотным гидроакустическим излучателем. Ключевые слова: гидроакустическое поле, шельф, автономный необитаемый подводный аппарат, гидроакустический излучатель

Галкин О.П., Абакумова Н.К. «Возможность возникновения волны цунами» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 21 (2019). 106 с.

Рассмотрены методы прогнозирования цунами на основе гидроакустических полей в океаническом волноводе, создаваемых подводными землетрясениями на больших расстояниях от очага землетрясения. Проведена разработка гидроакустического метода оценки цунамигенности удаленных подводных землетрясений с целью повышения эффективности прогнозирования цунами, вызываемого подводными землетрясениями. Сделана попытка проведения анализа и обобщения имеющихся данных по подводным землетрясениям и цунами, повторяемости землетрясений в одних и тех же районах. Проведена оценка влияния различных параметров землетрясений и распространения звука на характеристики принимаемых гидроакустических сигналов и взаимосвязи силы подводных землетрясений на различных глубинах дна океана с возникновением разрушительных волн цунами; оценка возможных ложных тревог и пропусков. Ключевые слова: подводные землетрясения, цунами, гидроакустические поля

Муханов П.Ю., Сергеев С.Н., Шуруп А.С. «Совместное восстановление неоднородностей водной среды и параметров дна по корреляции шумовых сигналов при больших расстояниях между гидрофонами» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 21-22 (2019). 106 с.

Проводится совместное восстановление параметров водного слоя и дна по результатам численного моделирования и в привязке к данным натурного эксперимента. Рассматривается корреляция естественных шумов моря в различных пространственных положениях принимающих одиночных гидрофонов (метод шумовой интерферометрии). В отличие от известных подходов авторы используют модовые сигналы, что, как было показано ранее, позволяет существенно уменьшить время накопления таких сигналов. Подробно анализируется случай, далее называемый схемой с большими расстояниями между гидрофонами, в котором расстояние между приёмниками позволяет модам «разбежаться» за счёт волноводной дисперсии. В этой схеме моды удаётся разделить при частотно-временном анализе спектрограммы функции взаимной корреляции шумового поля. Полученные из анализа спектрограммы времена распространения модовых сигналов разных номеров в различных частотных диапазонах являются исходными данными для решения обратной задачи восстановления неоднородностей стандартными методами теории возмущений. Ключевые слова: акустика океана, акустическая томография, шумовая интерферометрия, шельф

Потапова Р.К., Потапов В.В. «Акустико-семантический контент речевой коммуникации в робототехнике» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 24 (2019). 106 с.

Представлен оригинальный подход к исследованию акустико-семантического контента, обеспечивающего эффект речевой коммуникации реципрокного типа, позволяющий реализовать двунаправленный диалог «человек–машина» и «машина–человек», что на данной ступени развития робототехники является одной из приоритетных задач реализации обратной связи в быстродействующем экономном режиме «стимул-реакция»–«реакция-стимул» применительно к различным видам коммуникации в робототехнике, что нашло отражение в подходах, объединяемых в настоящее время в научно-исследовательскую область «Interactive Collaborative Robotics» (см., например, R. Potapova “Speech Dialogue as a Part of Human-Machine Interactive Systems” in: “Interactive Collaborative Robotics. 1st International Conference – ICR 2016”, LNAI 9812, Springer International Publishing, pp. 208-218). На данном этапе активно разрабатываются различные модели человеко-машинных интерфейсов, входящих в состав интерактивных систем робототехники. Наряду с методами распознавания зрительных образов (мимики, жестов и т.д.) основополагающими остаются направления исследований в области акустико-семантического контента, включающего профильные базы данных, базы знаний, алгоритмы управления коммуникативным актом, а также типом и степенью интерактивности. Ключевые слова: робототехника, интерактивные системы, акустико-семантический контент, распознавание образов, человеко-машинная коммуникация

Преснов Д.А., Собисевич А.Л., Шуруп А.С. «Сейсмоакустическая модовая томография осадков, водной толщи и льда мелкого моря» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 67 (2019). 106 с.

Представлены результаты натурных испытаний в ледовых условиях Ладожского озера морских сейсморазведочных излучателей (ООО ГЕОДЕВАЙС) и площадной измерительной сейсмоакустической системы на основе автономных буёв вмораживаемого типа (ИФЗ РАН совместно с МФТИ). Демонстрируется возможность выделения в принимаемом сигнале отдельных нормальных мод, распространяющихся в слоистой системе «ледовый покров–водный слой–осадочный слой–упругое полупространство». На основе анализа решений прямой задачи строятся эффективные численные алгоритмы томографической оценки характеристик дна, водного слоя и ледового покрова. Полученные в активном режиме результаты используются для развития методов обработки шумовых сигналов и разработки пассивных технологий мониторинга среды. Ключевые слова: сейсмоакустика, шум, мониторинг, томография, слоистые среды

Вишневецкий В.Ю., Кириченко И.А., Марколия А.И., Сизов И.И., Старченко И.Б., Строчан Т.П. «Системный анализ особенностей работы параметрического профилографа при вертикальной схеме профилирования слоистой структуры ДНА» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 69-70 (2019). 106 с.

Развитие методов исследования Мирового океана приводит к повышению уровня требований к техническим средствам, расширению круга решаемых задач по изучению водной среды и повышению точности измерений. Одним из наиболее перспективных инструментов исследования морских ресурсов является параметрическая антенна (ПА) и гидроакустические средства, созданные на ее основе. При разведке донных отложений стремятся детерминировать границы слоистой структуры. Применение кепстрального анализа акустического сигнала, прошедшего через систему донных слоев, позволяет выделить моменты прихода составляющих отражений. Таким образом, решается задача временного разделения сигналов. В работе рассмотрены особенности работы параметрического профилографа при вертикальном зондировании системы донных слоев. Исследована теоретическая модель, описывающая влияние N границ раздела, находящихся в области нелинейного взаимодействия, на поле давления волны разностной частоты. Модель прошла экспериментальную апробацию в условиях гидроакустического бассейна для случая двух границ. Показано, что изменение положения границ раздела оказывает значительное влияние на отраженное поле: при увеличении расстояния происходит обужение поперечного распределения аддитивного отраженного поля, отраженное поле с расстоянием убывает медленнее и изменение пространственного расположения границ не приводит к появлению боковых лепестков в отраженном поле. Исследовано применение кепстрального анализа эхосигналов от слоистой структуры с целью повышения разрешающей способности профилографа по дистанции. Спектр эхосигнала, отраженного от двух границ раздела, не позволяет непосредственно определить момент прихода эхосигнала. Наблюдаемые искажения спектра эхосигнала обусловлены искажением формы волны, отраженной от обеих границ раздела. Наличие высокочастотной компоненты в спектре эхосигнала, обусловленное присутствием исходных волн накачки, не затрудняет вычисление кепстра низкочастотного импульса. Введение фильтрации высокочастотных волн позволило очистить кепстр низкочастотного эхоимпульса от кепстра исходных волн накачки. Показано, что кепстр низкочастотного эхоимпульса позволяет однозначно определить момент прихода эхосигнала от второй границы раздела при отношении амплитуды сигнала от первой границы к амплитуде сигнала от второй границы меньшем 30 дБ, а при перекрытии эхоимпульсов меньшем 90%. Ключевые слова: параметрическая антенна, донные слои, граница раздела, кепстр, разрешающая способность

Сухинов А.И., Чистяков А.Е., Проценко Е.А., Сидорякина В.В., Проценко С.В. «Комплекс объединенных моделей транспорта наносов и взвесей с учетом трехмерных гидродинамических процессов в прибрежной зоне» Математическое моделирование, 32, № 2, с. 3-23 (2020)

Согласно требованиям, предъявляемым к моделям для расчёта объёмов и площадей зон загрязнения водоемов взвесью и другими примесями, должен осуществляться учет разномасштабной турбулентности, осаждения взвесей, условий сцепления для взвешенных частиц на границе «вода-дно», струйных эффектов, залпового сброса грунта, что позволит точнее оценивать пространственное распределение концентраций загрязняющих веществ и размеры зон их воздействия. В работе описан усовершенствованный комплекс объединенных моделей транспорта взвешенного вещества и наносов, учитывающий динамические изменения расчетной области, изменение плотности среды за счет наличия взвесей и их многокомпонентный характер. Разработана модель расчёта зон загрязнения взвесью при наличии волновых процессов, в которой динамическое перестроение расчетной области происходит не только за счет изменения геометрии функции возвышения уровня, но и за счет изменения рельефа дна в результате осаждения взвесей.

Ильичев А.Т. «Физические параметры уединенных волновых пакетов под ледовым покровом в бассейнах небольшой глубины» Теоретическая и математическая физика, 201, № 3, с. 347-360 (2019)

Определяются скорости и длины уединенных волн огибающей, скорость которых находится в левой полуокрестности минимума фазовой скорости на дисперсионном соотношении для бассейнов небольшой глубины под ледяным покровом. Ледяной покров моделируется упругой ледяной пластиной Кирхгоффа-Лява. Уравнения Эйлера для слоя жидкости (воды) включают дополнительное давление от упругой пластины, свободно плавающей на ее поверхности. Рассматривается случай слабонелинейных волн в пределе больших длин волн и малых амплитуд, когда начальное безразмерное напряжение в ледяном покрове не превосходит одной трети. Эти волны описываются уравнением Кавахары пятого порядка. Полученные результаты затем сравниваются с параметрами, найденными при помощи сильно нелинейного описания. Результаты сравнения оказываются очень хорошими для небольших глубин рассматриваемого бассейна. Это явление объясняется свойствами коэффициента перед низшей нелинейностью в уравнениях, которые описывают уединенные волны огибающей, ответвляющиеся от минимума фазовой скорости на дисперсионной кривой. Обсуждаются возможные приложения полученных результатов к экспериментальным волновым измерениям под ледяным покровом.

Епифанов В.П., Сазонов К.Е. «Влияние стоячих волн на локальную прочность моделированного ледяного поля» Доклады академии наук, 489, № 6, с. 564-569 (2019)

Рассматриваются два сценария влияния стоячих волн на прочностные свойства льда, лежащего на поверхности жидкости: в процессе намораживания ледяного поля и в результате потери устойчивости, которая вызвана обжатием по стенкам бассейна из-за расширения воды при замораживании. Полученные экспериментальные профили твёрдости ледяного поля свидетельствуют о формировании периодических структур, характерных для волнового процесса. Показано, что в обоих случаях возникающие в бассейне стоячие волны изменяют прочностные характеристики ледяного покрова.