Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

07.18 Активные и пассивные сонарные системы, алгоритмы обработки сигналов

 

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

 

Дмитриев К.В. «Разработка и испытания распределенной системы регистрации гидроакустических сигналов» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 9 (2019). 106 с.

Возросший интерес к исследованию мелководных водоемов ставит задачу разработки малогабаритных и дешевых автономных комплексов, состоящих из гидроакустических антенн с несколькими приемными гидрофонами и синхронизированных между собой по времени регистраторов, осуществляющих оцифровку, предварительную обработку и запись сигналов. Несколько таких комплексов образуют единую систему, которая может быть использована для решения томографических задач как активного, так и пассивного типа. При разработке регистраторов учитывался ряд факторов, возникающих из-за особенностей поставленной задачи. Во-первых, низкое энергопотребление и, одновременно, возможность хранения большого объема данных. Это обеспечивает возможность проведения автономных измерений в течение продолжительного времени (от 3 суток), что особенно важно в пассивных схемах томографии. Во-вторых, синхронизация всех модулей по времени. Она достигается как за счет приема GPS сигнала, так и путем применения в каждом модуле калиброванных и термокомпенсированных часов реального времени. В-третьих, требуется большое число приемных каналов АЦП с большим динамическим диапазоном. Разработанные модули могут содержать от 1 до 16 независимых каналов АЦП с разрешением 24 бита. Уменьшение числа каналов позволяет снизить тактовую частоту и уменьшить энергопотребление устройства. В-четвертых, возможно проведение измерений в режиме накопления спектра шумовых источников. Это позволяет существенно уменьшить объем хранимых данных. Описанная система была создана и испытана в условиях водоемов Московской области и Арктики. Она включала в себя 6 автономных комплексов с антеннами, содержащими по 4 гидрофона. Получены первые результаты обработки записанных данных в активном и пассивном режимах. Ключевые слова: акустика океана, акустическая томография, шумовая интерферометрия, гидроакустическая антенна, регистратор сигналов

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 9 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.18

 

Дегтярев В.П. «Генерация акустических колебаний в жидкости малоразмерным импульсным тепловым источником» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 11-12 (2019). 106 с.

Представлена физическая модель и конструкция малоразмерного теплового источника, возмущающего водную среду импульсным тепловым воздействием. Выполнено моделирование теплового и акустического полей в ближней зоне теплового источника. Рассмотрена зависимость параметров акустического поля от энергии и длительности теплового воздействия. Отмечен эффект возникновения низкочастотных акустических колебаний в водной среде после окончания теплового воздействия. Экспериментально исследована зависимость параметров низкочастотных колебаний от энергии импульсного теплового воздействия. Приведены рекомендации по прикладным применениям малоразмерных импульсных тепловых источников в гидроакустических системах. Ключевые слова: термоакустика, тепловой источник, акустическое поле, низкочастотные колебания

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 11-12 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.18

 

Аксенов С.П., Кузнецов Г.Н. «О возможности обнаружения слабого источника звука в зоне тени в глубоком море» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 20 (2019). 106 с.

Обнаружение слабых источников при умеренных помехах достаточно эффективно выполняется, если источник расположен в ближней зоне освещенности (БЗО) или в первой дальней зоне освещенности (ДЗО). Но в глубоком море протяженность БЗО не более нескольких километров – далее формируется зона тени. Как следствие, отношение сигнал/помеха (ОСП) резко убывает и эффективность обнаружения снижается. Установлено, что голографическая обработка на основе двухэтапного анализа может применяться для обнаружения слабых сигналов и в зоне тени. На первом этапе формируется скрытая помехой двумерная интерферограмма, на втором – в результате применения двумерного преобразования Фурье звуковая энергия фокусируется и ОСП (и дальность обнаружения) увеличиваются более чем на порядок. Следовательно, возможность применения этого метода определяется наличием или отсутствием двумерной интерферограммы. Расчет интерферограмм выполнен в модовом ВКБ-приближении для одного из глубоководных (3 км) районов Норвежского моря при вертикальном распределении скорости звука, характерном для августа. Показано, что группы однотипных вытекающих, захваченных и водных мод формируют устойчивые интерференционные структуры, которые различаются, но могут использоваться для формирования голограмм. В зонах тени вблизи БЗО и вблизи первой ДЗО интерферограммы образованы группами вытекающих и захваченных мод. При размещении источника в ДЗО интерферируют преимущественно водные моды. Отметим различие наклонов интерферограмм в частотно-пространственной области и, соответственно, динамических инвариантов. Учет вытекающих и захваченных донных мод приводит из-за интерференции к появлению в зонах тени достаточно больших максимумов поля, ненамного меньших максимумов в зоне ДЗО. Энергия этих максимумов поля, сформированных при движении источника вытекающими или захваченными донными модами, определяется их когерентностью. Это обосновывает возможность применения голографических методов обнаружения и сопровождения слабого источника звука и в зоне тени. Ключевые слова: обнаружение, вертикальная стратификация, глубокое море, зона тени, голографические методы.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 20 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.18

 

Драченко В.Н., Кузнецов Г.Н., Михнюк А.Н. «Оценка пеленга, дальности и глубины движущегося источника с использованием векторно-скалярной антенны» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 32 (2019). 106 с.

Экспериментальное исследование выполнено в мелководном районе глубиной около 90 м на расстояниях от источника до приемной системы от 300 до 3000 м. Прием сигналов выполнялся 96-канальной вертикальной векторно-скалярной антенной цилиндрической формы. Антенна стационарно устанавливалась на глубине, которая измерялась с использованием встроенного в антенну датчика. Одновременно производились оценки температуры воды и ориентации антенны в пространстве, в том числе – истинного пеленга относительно магнитного меридиана. Это позволило в последующем получить несмещенные оценки пеленга. Источник с постоянной скоростью буксировался на заданной глубине, достигая минимального расстояния на траверзе, и удалялся по прямолинейной траектории. В конце траектории движения источник буксировался по дуге окружности. Широкополосные сигналы, излучаемые источником, регистрировались и обрабатывались для оценки дальности, глубины и пеленга на источник. Предварительно производился замер вертикального профиля скорости звука и анализировался по данным геологов наклон грунта. Эти характеристики использовались при обработке сигнала с целью выполнения согласованной с передаточной функцией волновода фильтрации. Принятые сигналы после формирования пространственного отклика и фурье-анализа подвергались корреляционной и кепстральной обработке, что позволило разрешить сигналы, принятые по разным лучам во временной области, и измерить с достаточной точностью разность временных задержек между принятыми сигналами. В основе согласованной фильтрации была использована минимизации невязки экспериментальных и расчетных значений временных задержек между принятыми лучами. Частотно-пространственная обработка производилась на выходе пространственных откликов, построенных с использованием группы вертикальных антенн. Для оценки пеленга использовались скалярные и векторно-скалярные поля, а также обработка по потоку мощности. Полученные оценки усреднялись и в последующем использовались для построения траектории движения и зависимости глубины источника от расстояния. Результаты экспериментов хорошо согласуются с исходными данными и заданными параметрами. Ключевые слова: векторно-скалярная антенна, движущийся широкополосный источник, оценка пеленга, дальности и глубины

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 32 (2019). 106 с. | Рубрика: 07.18