Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

07.02 Акустика мелкого моря

 

Пивнев П.П., Лукьянченко А.А., Чоп Д.А., Орлова Л.Г. «Параметрический гидролокатор траверзного обзора для обнаружения и мониторинга рыбных скоплений на мелководье» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 8, с. 11-21 (2019)

В настоящее время положение дел по промыслу биологических ресурсов Мирового океана кардинально меняется. Работы связанные с экологическим мониторингом морских акваторий проводятся на федеральном, региональном, территориальном и локальном уровнях. Основной целью мониторинга состояния акваторий водоемов, является обеспечение компетентных органов и природопользователей информацией о количественном и видовом составе обитающих организмов, а также информационная поддержка процедур принятия решений в области природоохранной деятельности и экологической безопасности. Систематическое обобщение информации о Мировом океане, биологических явлениях в совокупности знаний, необходимы для понимания распределения, численности и наличия рыб. Для того, чтобы не подорвать биологические запасы гидробионтов Мирового океана необходимо регулярно проводить наблюдение и научно-исследовательскую работу по количественному учету биологических ресурсов, регулировать квоты на вылов рыбы и моллюсков. В связи со сложностью учета биологических ресурсов в мелководных районах Мирового океана при помощи ныне существующих приборов, рассмотрены вопросы связанные с разработкой и исследованием гидролокатора траверзного обзора для мониторинга морских гидробионтов на мелководье, поскольку данная тема является актуальной, и остро стал вопрос о сохранении биологического разнообразия водоемов. Технология траверзного обзора с применением гидролокатора характеризуется высокой степенью автоматизации, информативностью, оперативностью исследований и низкими трудозатратами по сравнению с традиционными способами, основанными на использовании тралов, волокуш. Также необходимо отметить, что, благодаря использованию данного метода не происходит травмирования обитателей водоемов, поскольку зачастую травмированные гидробионты погибают. В гидролокаторе траверзного обзора в параметрическом режиме формируется «безлепестковая» узконаправленная диаграмма направленности в вертикальной плоскости, что позволяет увеличить дальность действия до 700 метров и более. А в горизонтальной плоскости для увеличения эхоконтакта и производительности поиска формируется широкая диаграмма направленности (30–40°) за счет использованием нескольких антенн накачки установленных под определенным углом относительно друг друга. Разработка и дальнейшее применение вышеуказанного гидроакустического прибора позволит создать своего рода базу данных с информацией о территориальном распределении рыбных скоплений в мелководных районах. Однако для практической реализации и создания таких сложных технических устройств требуется проведение целого комплекса прикладных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Грандиозность всего, что связано с представлением человека об океане, послужила основанием для широкого распространенного мнения о неограниченности и неистощимости ресурсов Мирового океана. Однако это мнение неправомочно в отношении биологических ресурсов. Об этом свидетельствуют признаки истощения запасов рыб и других объектов промысла в нерационально облавливаемых районах океана.

Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 8, с. 11-21 (2019) | Рубрики: 07.02 07.19

 

Пивнев П.П. «Широкополосные гидроакустические системы экологического мониторинга водоемов» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 8, с. 22-32 (2019)

Приведена актуальность экологического мониторинга водоемов. Описана продуктивность различных районов Мирового океана. Предложено создание комплекса экологического мониторинга акватории. Представлена структура комплекса экологического мониторинга водоемов, состоящего из широкополосного гидролокатора бокового обзора, параметрического профилографа, параметрического гидролокатора бокового обзора и параметрической системы мониторинга мелководных водоемов на протяженных трассах. Приведено описание широкополосных гидролокаторов бокового обзора, параметрического профилографа, параметрического гидролокатора траверзного обзора и мощной высоконаправленной широкополосной излучающей параметрической системы стационарного типа. Представлены диаграммы направленности широкополосного гидролокатора бокового обзора в горизонтальной и вертикальной плоскости в диапазоне рабочих частот (77, 100, 127 и 155 кГц). Приведена эхограмма обследования портового сооружения. Для параметрического профилографа представлены варианты исполнения антенн накачки (забортное исполнение (с обтекателем) и исполнение для необитаемых аппаратов), диаграммы направленности на частоте накачки (150 кГц) и на разностных частотах (10, 15, и 20 кГц), а также приведена профилограмма мелководного водоема. Для широкополосного параметрического гидролокатора траверзного обзора приведены преимущества прибора и представлена 3D-модель. В описании мощных высоконаправленных широкополосных излучающих параметрических систем стационарного типа представлены перспективы их применения и приведено описание проведения эксперимента в Черном и Азовском морях. Стационарные гидроакустические системы на основе нелинейной акустики являются перспективным средством для исследования распространения акустических сигналов в морских условиях (морских волноводах), построения виртуальных акустических барьеров, создания систем управления и навигации подводными роботами (аппаратами и системами). Параметрические системы стационарного типа могут стать перспективным устройством для исследований временного сжатия акустических сигналов в мелком море и в волноводах, создания так называемых «виртуальных акустических барьеров», построения сети систем подводной навигации и управления движением подводных роботов и аппаратов, и построения высокопроизводительных морских зондирующих устройств в экологических целях для обнаружения погруженных объектов и неоднородностей.

Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 8, с. 22-32 (2019) | Рубрики: 07.02 07.19

 

Смирнова Е.С. «Об асимптотическом выражении в поле скорости атмосферного газа, возбужденного 1D-акустической волной» Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Физико-математические науки, № 3, с. 11-19 (2020)

Задача одномерного возбуждения акустической волны при подъеме водных масс сформулирована как краевая задача в полупространстве. Атмосфера моделируется как многослойный газ с экспоненциальной структурой плотности в каждом слое. Граничные условия определяют направление распространения по связи между динамическими переменными (давление, плотность и скорость) волны. Он определяет операторы динамической проекции на подпространства z-эволюции для каждого слоя. Универсальные формулы для возмущения атмосферных переменных в произвольном слое выводятся в частотной и временной областях. Явные выражения для вертикальной скорости строятся методом стационарной фазы с учетом z как большого параметра. Полученные формулы могут быть использованы для расчета ионосферного эффекта по явной формуле эволюции электронной плотности. Этот набор явных отношений формирует основу для быстрого алгоритма ранней диагностики волн цунами.

Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Физико-математические науки, № 3, с. 11-19 (2020) | Рубрики: 07.02 07.04 07.21

 

Новотрясов В.В. «Определение фоновых параметров слоистой слабодиспергирующей мелкой воды» Прикладная механика и техническая физика, 62, № 1, с. 88-96 (2021)

В рамках теории волновых боров малой интенсивности в слабодиспергирующих средах сформулирована методика определения фоновых параметров таких сред. С использованием аналитической модели волнового (кноидального) бора на пикноклине слоистого мелкого моря получены выражения для расчета коэффициентов расширенного уравнения Кортевега–де Фриза: скорости линейных внутренних волн, высокочастотной дисперсии, квадратичной и кубической нелинейностей, т.е. параметров, характеризующих гидрофизический фон, по которому распространяются боры. Расчет этих параметров выполнен на основе данных прямых измерений характеристик боров: их волнограмм, нелинейной скорости, "массы'' и амплитуды лидирующих солитонов, а также частот волн, замыкающих область, по которой распространяется бор. Эффективность предложенной методики подтверждена результатами численного моделирования.

Прикладная механика и техническая физика, 62, № 1, с. 88-96 (2021) | Рубрика: 07.02

 

Щуров В.А., Щеглов С.Г., Буренин А.В., Ткаченко Е.С. «Эффекты распространения подводного низкочастотного звука через материковый барьер» Подводные исследования и робототехника, 33, № 3, с. 45-57 (2020)

Обнаружены и исследованы подводный и донный низкочастотные акустические сигналы (400 Гц) от подводного источника излучения, расположенного относительно приемной системы по другую сторону перешейка мыса Шульца. Приемная система состояла из трехкомпонентного донного геофона и приемной акустической комбинированной системы, расположенной в толще волновода на глубине 9 м. Кратчайшее расстояние между источником и приемником через материковый барьер составляет ∼1000 м. Азимутальный угол прихода сигнала продольных волн совпадает с геометрической линией, соединяющей источник и приемник. Прием поперечной и продольной волн осуществляется по различным ортогональным осям координат геофона. Направление прихода продольной волны в точку измерения близко к горизонтальному. Наличие поперечной волны в донном грунте позволяет предположить, что дно волновода представляет собой твердую жесткую поверхность. Ключевые слова: акустика мелкого моря, векторный приемник, продольные и поперечные волны, рефракция продольных волн, трехкомпонентный геофон

Подводные исследования и робототехника, 33, № 3, с. 45-57 (2020) | Рубрики: 07.02 07.18

 

Буренин А.В., Войтенко Е.А., Голов А.А., Лебедев М.С., Моргунов Ю.Н. «Исследование зависимости импульсных характеристик волноводов от параметров излучаемых фазоманипулированных сигналов при дальнем распространении в Японском море» Подводные исследования и робототехника, 33, № 3, с. 73-80 (2020)

Применение фазоманипулированных сигналов на базе последовательностей с исключительными корреляционными свойствами является одним из ключевых методов решения практических задач в подводной навигации, связи и томографии. В статье обсуждаются результаты исследований по распространению и приему широкополосных импульсных сигналов на основе псевдослучайных М-последовательностей. Исследованы особенности формирования импульсных откликов при приеме сигналов с различной частотной полосой и длительностью символов. Сделан практический вывод о необходимости комплексного применения различных по длительности символов навигационных сигналов при решении задач позиционирования автономных подводных аппаратов. Ключевые слова: звукоподводная навигация, скорость звука, автономный подводный аппарат, подводный звуковой канал, сложные фазоманипулированные сигналы.

Подводные исследования и робототехника, 33, № 3, с. 73-80 (2020) | Рубрики: 07.02 07.07 07.17 07.20

 

Захаренко А.Д., Петров П.С., Трофимов М.Ю. «О возмущении акустических мод неоднородностями батиметрии в мелком море» Подводные исследования и робототехника, 33, № 4, с. 66-69 (2020)

Моделирование распространения звука в акустике океана может выполняться с использованием теории нормальных волн. При наличии в решаемой задаче неоднородностей батиметрии большая часть вычислительного времени тратится при этом на расчет модовых функций и волновых чисел в нескольких поперечных сечениях исследуемого волновода. Значительную часть этого времени можно сэкономить, используя для расчета указанных величин теорию возмущений. В работе строится теория возмущений решения задачи Штурма–Лиувилля для модовых функций и волновых чисел, вызванных вариациями глубины моря. Данный вопрос может быть сведен к классической задаче о возмущении потенциала в стационарном уравнении Шредингера путем определенной замены переменных. В работе в явном виде приводятся формулы теории возмущений первого и второго порядков для модовых функций и волновых чисел. Представлен пример использования этих формул и выполнен анализ их точности. Описанный подход позволяет значительно повысить вычислительную эффективность моделирования распространения звука в нерегулярных волноводах мелкого моря при сохранении того же уровня точности, что достигается при отдельном решении задачи Штурма–Лиувилля в каждом поперечном сечении.

Подводные исследования и робототехника, 33, № 4, с. 66-69 (2020) | Рубрика: 07.02

 

Касаткин С.Б. «К оценке пространственно-частотной структуры звукового поля в мелком море в инфразвуковом диапазоне частот» Подводные исследования и робототехника, 34, № 1, с. 70-78 (2021)

Анализируются результаты экспериментальных исследований звукового поля, зарегистрированного комбинированными приёмниками, образующими вертикально ориентированную двухэлементную антенну. Звуковое поле формировалось дискретными составляющими вально-лопастного звукоряда шумового сигнала НИС «Юрий Молоков» в инфразвуковом диапазоне частот 2–20 Гц, а также буксируемым низкочастотным излучателем полигармонического сигнала в диапазоне частот 30–60 Гц. Глубина моря и рабочий диапазон частот 2–20 Гц исключали возможность возбуждения нормальных волн дискретного спектра в модельном волноводе Пекериса в этом диапазоне частот. По результатам спектрального анализа шумового сигнала получена оценка потенциальной помехоустойчивости комбинированного приёмника при использовании полного набора информативных параметров, характеризующих энергетическую структуру звукового поля. По результатам анализа вертикальной структуры звукового поля был сделан вывод о том, что звуковое поле на предельно низких частотах инфразвукового диапазона сформировано регулярной волной Рэлея– Шолте, локализованной на границы раздела вода – морское дно. С увеличением частоты возрастает роль первой неоднородной (медленной) волны, возбуждаемой комплексным угловым спектром источника. В ближней зоне источника возрастает роль обобщённой волны Шолте, локализованной на горизонте источника, а звуковое поле формируется парой волн Шолте, регулярной и обобщённой, и первой неоднородной волной. Ключевые слова: комбинированный приёмник, шумовое поле, помехоустойчивость, обобщённые неоднородные волны, гибридные волны.

Подводные исследования и робототехника, 34, № 1, с. 70-78 (2021) | Рубрики: 07.02 08.02

 

Аникин А.Ю., Доброхотов С.Ю., Назайкинский В.Е., Цветкова А.В. «Нестандартные лиувиллевы торы и каустики в асимптотиках в виде функций Эйри и Бесселя для двумерных стоячих береговых волн» Алгебра и анализ, 33, № 2, с. 5-34 (2021)

Рассматривается спектральная задача ‹∇, D(x)∇φ=λφ в ограниченной двумерной области Ω, где D(x) – положительная внутри области гладкая функция, такая, что на границе области она равна нулю, а её градиент отличен от нуля. Эта задача возникает при исследовании длинных волн, захваченных берегами и донными неоднородностями. Для её асимптотических решений при λ→∞ приводятся явные формулы в случае, когда функция D(x) имеет специальный вид, гарантирующий полную интегрируемость гамильтоновой системы, отвечающей гамильтониану H(x, p)= D(x)p2. Поскольку задача вырождена, соответствующие лиувиллевы торы лежат не в стандартном фазовом пространстве T*Ω, а в “пополненном” фазовом пространстве Φ⊃T*Ω, при этом их сужения на T*Ω оказываются некомпактными и “уходят на бесконечность” по импульсам при подходе к границе области. В результате возникают нестандартные каустики, образованные границей области или её частью, в окрестности которых асимптотические собственные функции выражаются через функцию Бесселя сложного аргумента. Стандартные каустики (внутри области) также могут появляться, что даёт в асимптотике функции Эйри.

Алгебра и анализ, 33, № 2, с. 5-34 (2021) | Рубрики: 04.01 07.02