Павин А.М., Шилин К.Д. «Моделирование сигнала гидролокационных систем с веерообразной диаграммой направленности приемной антенны» Подводные исследования и робототехника, 35, № 2, с. 19-28 (2022)

Рассматриваются математический аппарат и алгоритмы моделирования акустического сигнала для широкого класса гидролокационных средств, обладающих приемопередающими антеннами с веерообразной диаграммой направленности (гидролокатор бокового и секторного обзора, многолучевой эхолот). Приводится математическая модель генерации рельефа дна естественного и искусственного происхождения с целью моделирования сигнала гидролокатора и получения реалистичных эхолокационных снимков. Описываются применяемые модели расчета сигнала на приемных антеннах гидролокатора. В качестве достоинств используемого подхода можно выделить относительно небольшую вычислительную сложность применяемых алгоритмов (в сравнении с решением волнового уравнения с граничными условиями), а также потенциальную возможность распараллеливания вычислительных ресурсов на нескольких потоках, процессах и компьютерах. С целью проверки адекватности функционирования предлагаемого подхода была проведена серия численных экспериментов по моделированию акустических эхограмм и сигналов двух приемных антенн гидролокатора бокового обзора. Приведенные результаты позволяют судить о применимости изложенного подхода для отладки алгоритмов обработки гидролокационных сигналов, разработки методов обнаружения объектов на эхолокационных изображениях и иных задач, связанных с необходимостью получения модельных гидроакустических снимков.

Сорокин М.А., Петров П.С., Каплуненко Д.Д., Голов А.А., Моргунов Ю.Н. «К вопросу о теоретических и экспериментальных оценках групповых скоростей модальных компонент импульсных акустических сигналов на протяженных трассах с использованием моделей циркуляции океана» Подводные исследования и робототехника, 35, № 2, с. 54-64 (2022)

Представлен теоретический анализ скорости распространения модальных компонент широкополосных фазоманипулированных импульсных акустических сигналов вдоль трасс протяженностью около 500 км. Для определения эффективной усредненной по трассе групповой скорости используются результаты моделирования циркуляции океана, по которым строится трехмерное поле скорости звука на рассматриваемой акватории. Результаты теоретического анализа сопоставляются с данными эксперимента. Анализируется роль горизонтальной рефракции акустических волн на неоднородностях рельефа дна и поля скорости звука в увеличении общего времени распространения от точки излучения до точки приема. Показано, что для рассматриваемых трасс влиянием этого эффекта можно пренебречь. Сопоставление импульсной характеристики волновода и теоретических оценок позволяет сделать вывод о возможности использования моделей циркуляции океана при прогнозировании времени прихода и скорости распространения модальных компонент широкополосных сигналов.

Самченко А.Н., Пивоваров А.А., Швырев А.Н., Ярощук И.О. «Экспериментальные исследования сейсмоакустических процессов на границе "гидросфера–литосфера" в заливе Петра Великого Японского моря» Подводные исследования и робототехника, 35, № 2, с. 74-82 (2022)

Обсуждаются результаты прибрежных сейсмоакустических экспериментов, где изучались процессы трансформации гидроакустических сигналов в сейсмические при прохождении через границу гидросфера-литосфера. Эксперимент был проведен в августе 2020 г. и повторно в августе 2021 г. в заливе Петра Великого Японского моря. Работы проводились с использованием низкочастотного гидроакустического излучателя с центральной частотой 33 Гц. Прием акустических сигналов велся установленными на суше трехкомпонентными виброметрами и гидрофонами. На основе данных построенной геоакустической модели залива Петра Великого было проведено моделирование распространения различного типа сейсмоакустических сигналов (поверхностные, продольные и поперечные волны) от точки излучения до точек приема. Вычисление проводилось с помощью метода преломленных волн (МПВ), широко используемого в сейсморазведке. Отмечено, что поперечные волны позволяют получить более достоверную информацию о структурно-тектонических особенностях по отношению к данным традиционных сейсморазведочных работ, а данные о распространении поверхностных волн позволяют дополнить общую картину геологического строения акустической трассы.

Матвиенко Ю.В., Хворостов Ю.А., Каморный А.В., Глущенко М.Ю., Кузькин В.М., Переселков С.А. «Экспериментальные исследования системы обнаружения малошумных подводных целей в мелководных акваториях» Подводные исследования и робототехника, 35, № 3, с. 4-14 (2022)

Анализируются материалы применения в мелководной акватории для контроля подводной обстановки гидроакустической системой, содержащей для приема сигналов автономные приемные модули с комбинированными скалярно-векторными приемниками звука. Представлены технология и условия проведения эксперимента системой из трех разнесенных в пространстве приемных модулей, регистрирующих шумовое поле акватории при движении в ней малогабаритного подводного аппарата в условиях интенсивного судоходства. Приведены общие сведения о методах обработки данных приемных модулей для получения расчетных информационных параметров – энергетических характеристик акустического поля, определенных через квадрат давления и компоненты вектора потока энергии, на основе которых решались задачи обнаружения и оценки направления на подводный аппарат – источник широкополосного шумового сигнала. Даны оценки зоны нахождения подводного аппарата по расчетным значениям направлений на него от приемных модулей. Представлены оценки увеличения дальности обнаружения при обработке исходных данных приемных модулей методом голографической интерферометрии.

Бабаев Р.А., Боровик А.И., Ваулин Ю.В., Елисеенко Г.Д., Михайлов Д.Н., Найденко Н.А. «Применение АНПА ММТ-3500 для научных исследований в Атлантическом секторе Антарктики» Подводные исследования и робототехника, 35, № 3, с. 15-32 (2022)

Представлены результаты применения АНПА «ММТ-3500» для глубоководных исследований в Антарктике, проводимых в течение ряда лет Российской академией наук. В 2022 году состоялась комплексная экспедиция АМК-87 на НИС «Академик Мстислав Келдыш» (87-й рейс), в которой АНПА «ММТ-3500» использовался для исследования глубоководных экосистем Антарктики. АНПА был создан в ИПМТ ДВО РАН и оснащен комплексом аппаратуры для биологических, гидрофизических и геофизических измерений по программе экспедиционных работ. Устройство АНПА и состав его систем были предварительно модернизированы с учетом задач, входящих в программу данных работ. С помощью АНПА были выполнены обзорные эхолокационная и фотографическая съемки дна и биологических объектов, измерения гидрофизических характеристик водной среды по различным пространственным разрезам на трех глубоководных станциях. Комплекс работ обеспечивался с помощью навигационной системы повышенной точности определения координат АНПА и целей, системы поддержки деятельности операторов АНПА. В работе представлены научные материалы, полученные в ходе глубоководных погружений АНПА и дана оценка результатов проведенных исследований.

Киселев Л.В., Костенко В.В., Медведев А.В. «К оценке динамических характеристик АНПА ММТ-3500 на основе модельных и экспериментальных данных» Подводные исследования и робототехника, 35, № 3, с. 33-44 (2022)

Созданный в ИПМТ ДВО РАН автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) «ММТ-3500» предназначался для глубоководных исследований в Антарктике в связи с участием в комплексной экспедиции АМК-87 в 2022 году. Функциональные возможности АНПА позволяют использовать его также и для решения ряда других научных и прикладных задач. Разнообразием применений АНПА обусловлены актуальные проблемы, относящиеся к оценке и оптимизации тактико-технических и эксплуатационных характеристик аппарата при выполнении рабочих миссий в условиях сложной среды. Работа посвящена оценке динамических характеристик АНПА, определяющих в значительной степени его эффективность при выполнении гидролокационных, геофизических и гидрографических измерений в обследуемых морских акваториях. Полученные оценки основаны на использовании модельных и экспериментальных данных и их сравнении для уточнения параметров используемой модели и оптимизации алгоритмов и параметров управления. Исследуются гидродинамические характеристики АНПА, совершающего пространственные движения в толще воды и вблизи дна. Для управления движением используется движительно-рулевой комплекс (ДРК), параметры которого получены в результате детальных бассейновых и полигонных измерений с учетом пропульсивных характеристик движителей. Для анализа динамических процессов, полученных с помощью разработанной имитационной модели, используются экспериментальные данные работы АНПА «ММТ-3500» в процессе его испытаний и опытной эксплуатации.

Будрин С.С., Долгих Г.И., Пивоваров А.А., Самченко А.Н., Чупин В.А., Швырев А.Н., Ярощук И.О. «Экспериментальные томографические исследования особенностей распространения сигналов низкочастотных гидроакустических систем в верхнем слое морского дна и в толще воды» Подводные исследования и робототехника, 35, № 3, с. 45-53 (2022)

Представлены результаты экспериментальных исследований особенностей распространения низкочастотного гидроакустического сигнала для томографии верхнего слоя морской земной коры и структуры водной толщи. Исследования проводились в заливе Петра Великого Японского моря при распространении сигнала частотой 33 Гц по трассе «вода–верхний слой земной коры–вода» с использованием приёмной гидрофонной системы. Новизна работы состоит в том, то, что точка излучения акустического сигнала находилась в бухте Витязь, а точки приёма – в заливе Посьет, при этом сигнал проходил через мыс Шульца. Полученные результаты свидетельствуют о том, что подобные экспериментальные методы могут быть применены для изучения как масштабных гидрофизических аномалий, возникающих на трассе распространения акустического сигнала, так и для исследования геологической структуры шельфовой зоны.

Лобанов В.Б., Сергеев А.Ф., Трусенкова О.О., Ладыченко С.Ю., Марьина Е.Н., Щербинин П.Е. «Инструментальные наблюдения и статистический анализ течений у побережья юго-восточного Приморья в осенне-зимний период» Подводные исследования и робототехника, 35, № 3, с. 54-66 (2022)

Исследуется осенне-зимняя перестройка течений и характеристик вод на шельфе юго-восточного Приморья (северо-западная часть Японского моря). С этой целью используются данные наблюдений на автономной донной станции (АДС), оснащенной доплеровским профилографом течений и датчиками океанографических параметров, а также привлекаются спутниковая информация и результаты судовых СТД-измерений в период октябрь-декабрь 2021 г. Этот сезон характеризуется бимодальностью основного потока Приморского течения со сменой его направления с северо-восточного (реверсивная мода) в октябре на юго-западное (нормальная мода) в ноябре-декабре. Короткопериодные изменения течений, с наиболее повторяемыми периодами 6.5 и 12.5 сут, обусловлены формированием над кромкой шельфа вихрей синоптического масштаба, проходивших через точку постановки АДС и хорошо различимых на спутниковых изображениях. Перенос теплых вод с востока Северо-западной ветвью Цусимского течения и начало зимнего конвективного перемешивания обусловили изменение вертикальной структуры вод с хорошо выраженной бароклинной в октябре на баротропную к середине ноября, а также повышение температуры вод в прибрежной зоне Приморья.

Буланов В.А., Валитов М.Г., Корсков И.В., Шакиров Р.Б. «О глубоководных акустических неоднородностях в придонных слоях в Охотском и Японском море» Подводные исследования и робототехника, 35, № 3, с. 67-78 (2022)

Представлены данные по аномальному рассеянию звука на частоте 25 кГц на необычных глубоководных объектах (глубина 800-1000 м), располагающихся вблизи дна и имеющих размеры по высоте не более 40-60 м и по горизонтали до 500 м. Придонные акустические аномалии были обнаружены в Охотском море вблизи о-ва Атласова и в Татарском проливе. По своей структуре и коэффициенту рассеяния звука они отличаются от типичных глубоководных газовых факелов (ГФ). В качестве примера в работе показана структура известного Парамуширского ГФ, подробное акустическое зондирование которого также представлено для сравнения с выявленными придонными объектами. Высказано предположение, что обнаруженные подводные неоднородности представляют собой разновидность ГФ, но с меньшей производительностью источников выхода газа из донных осадков. Показано, что наличие в обнаруженных неоднородностях достаточно больших концентраций пузырьков может приводить к значительным изменениям эффективной скорости звука, к увеличению потерь при распространении звука и к изменению структуры низкочастотного акустического поля. Исследования проводились в ноябре 2020 г. в рейсе № 61 НИС «Академик Опарин» в Татарском проливе и в мае 2021 г. в рейсе № 92 НИС «Академик М.А. Лаврентьев» в северо-восточной части Охотского моря .

Тагильцев А.А., Черанев М.Ю., Гончаров Р.А. «Автономный гидроакустический регистратор» Подводные исследования и робототехника, 35, № 4, с. 89-94 (2022)

Использование кабельных линий связи в гидроакустическом эксперименте сопряжено с большими трудозатратами, а зачастую является невозможным по техническим или методическим причинам. Кроме того, в задачах контроля шумоизлучения подвижного объекта испытаний акустическая обстановка в его ближнем поле обычно остается неизвестной. Данная проблема может быть решена путем использования в натурном эксперименте автономных приемных систем, ряд которых представлен на рынке. В статье обсуждаются возможности применения и характеристики разработанного авторами гидроакустического регистратора на основе цифрового диктофона как функционально законченного элемента акустического тракта. Регистратор в стереорежиме обеспечивает долговременную запись сигналов от двух гидрофонов и дополнительно оснащен датчиком глубины погружения с отдельной записью на SD-носитель. Применение цифровых диктофонов при реализации серии автономных гидроакустических регистраторов позволяет упростить технологию и удешевить процесс их изготовления, а также обеспечить идентичность технических характеристик в рамках изготовленной партии.

Ермолаев Э.В., Махов В.И. «Малогабаритная гидроакустическая антенна подводного аппарата» Морские интеллектуальные технологии, 2, № 2(56), с. 111-114 (2022)

Предлагается малогабаритная гидроакустическая антенна, предназначенная для использования на подводном аппарате. Антенна выполнена в виде концентрической трёхкольцевой дискретной антенны, при этом площадь, занимаемая ею на подводном аппарате, меньше, чем в случае применения линейной антенны, кроме того, характеристика направленности (ХН) её близка к осесимметричной, что важно в ряде практических применений. Целью работы был расчёт ХН по известным выражениям при различных амплитудных распределениях (равномерное, треугольное, Хэмминга, Блэкмана) возбуждения элементов, расположенных на кольцах антенны, и выбор оптимального варианта. В качестве элементов антенны применены трёхсекционные стержневые преобразователи асимметричной, обеспечивающей широкополосность преобразователя, конструкции. Расчёт ХН выполнен для средней частоты широкого диапазона частот, приведены графики рассчитанных ХН при заданных распределениях. Известны результаты работы, где показано, что при большом количестве колец (10 колец, 320 элементов в антенне) уменьшение амплитуды возбуждения колец от центрального к периферийному кольцу приводит к тому, что основной лепесток ХН несколько расширяется и уменьшаются боковые лепестки. В данной работе показано, что при малом числе колец (3 кольца) такой эффект не наблюдается, и этот результат объясняется с применением теоремы смещения. Оптимальным из рассмотренных амплитудных распределений для данной трёхкольцевой концентрической антенны является равномерное амплитудное распределение, при котором антенна имеет наиболее узкий лепесток ХН и меньший уровень боковых лепестков.

Миронов А.С., Габов В.С. «Применение микропроцессора с гетерогенной архитектурой при реализации информационно-управляющей системы гидроакустического маяка» Перспективные материалы, № 4, с. 26-31 (2022)

Целью работы является исследование возможности применения современных микропроцессоров с гетерогенной архитектурой при реализации информационно-управляющей системы гидроакустического маяка. В процессе выполнения работы ставилась задача оценить возможность создания информационно-управляющей системы маяка на базе гетерогенного микропроцессора и разработать структуру системы, позволяющей реализовать основные режимы работы маяка при его эксплуатации как в составе гидроакустической навигационной системы, так и в составе сенсорной сети. Исходя из специфики функционирования маяка, приоритет отдавался использованию гетерогенных микропроцессоров с низким энергопотреблением, обладающих при этом большими вычислительными возможностями. Решение поставленной задачи было достигнуто за счет использования в ходе работы элементов системного анализа, направленных на изучение алгоритмов взаимодействия основных узлов маяка в различных режимах работы. В результате выполнена реализация опытного образца информационно-управляющей системы маяка на базе микропроцессора STM32H745ZI и осуществлена проверка его работоспособности.

Баженова А.И., Широков В.А., Милич В.Н. «Верификация пространственного положения датчиков при создании мультистатической системы подводного видения» Химическая физика и мезоскопия, 24, № 4, с. 511-522. (2022)

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.4.42 Представлен метод верификации координат датчиков, основанный на применении метода вариации произвольных постоянных, где в качестве постоянных выступают сами координаты датчиков. Метод включает в себя два этапа обработки результатов измерений. Первый этап заключается в определении координат объектов, отражающих акустический сигнал, и реализуется путём использования избыточности числа датчиков приёма. На втором этапе с помощью итерационного процесса методом градиентного спуска производится корректировка координат датчиков. Применение предложенного метода для корректировки координат датчиков в опытовом бассейне позволило получить более точные данные о расположении элементов мультистатической системы подводного видения. Ключевые слова: гидроакустика, мультистатическая система, избыточность числа датчиков, вариация произвольных постоянных, градиентный спуск, трилатерация.

Матвиенко Ю.В., Хворостов Ю.А., Кулешов В.П. «Особенности применения скалярно-векторных приемников звука в системах контроля подводной обстановки локальных районов» Подводные исследования и робототехника, 35, № 4, с. 4-15 (2022)

Приведены методы решения задачи обнаружения шумящих объектов пассивными системами контроля подводной обстановки, использующими комбинированные скалярно-векторные приемники звука. Показана перспектива увеличения эффективности этих систем, основанная на возможности определения и контроля углового прихода энергии шумоизлучения объектов, а также определения фазовой структуры наблюдаемых сигналов и использования ее для уменьшения действующих помех. Описан проведенный эксперимент по контролю движения источника широкополосного шума в мелководной акватории и проанализированы особенности его пеленгования такой системой в широком диапазоне углов прихода сигналов.

Емельяненко В.Ф., Ким А.И., Кондрашова Е.С., Малашенко А.Е., Молчанов П.А. «Автономная радиогидроакустическая система обеспечения безопасности мореплавания в районах Северного морского пути» Подводные исследования и робототехника, 35, № 4, с. 16-24 (2022)

В Арктической зоне Российской Федерации одним из приоритетов национальной морской политики является развитие системы обеспечения поиска и спасания людей, системы предотвращения и ликвидации последствий аварийных разливов нефти на море. Проблема безопасности морских акваторий в условиях Арктики имеет исключительное значение, что и определяет актуальность и практическую значимость возникающих при этом научно-технических задач. При создании систем наблюдения за подводной (подледной) обстановкой необходимо учитывать особенности метеоусловий, судоходства и хозяйственной деятельности в регионе. Основное требование заключается в обеспечении эффективной, надежной работы создаваемых систем и комплексов. В работе приведены обоснования целесообразности создания автономной радиогидроакустической системы для обеспечения безопасности мореплавания в районах Северного морского пути. Предложена структура построения и приведены оценки основных параметров системы для условий Северного Ледовитого океана.