Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

07.16 Акустические измерения параметров океана, дистанционное зондирование, обратные задачи, акустическая томография

 

Буланов А.В. «Ультразвуковая лазерно-искровая спектроскопия для оперативного анализа химических элементов в морских акваториях» Подводные исследования и робототехника, 36, № 4, с. 70-77 (2023)

Представлено краткое обобщение исследований, приведших к созданию комбинированного ультразвукового и оптического спектроскопического анализа жидких сред. Целью данной работы являлось определение потенциальных возможностей влияния дополнительного акустического излучения на повышение интенсивности линий элементов в задачах лазерно-искровой спектроскопии жидкости. Описаны эксперименты по исследованию лазерного пробоя (образование низкотемпературной плазмы) в жидкости в поле мощного ультразвука, в результате которых были получены экспериментальные данные об оптической эмиссии при различных режимах пробоя в воде: поверхностного, в толще воды и смешанного. Был выявлен эффект существенного отличия порогов лазерного разрыва жидкости в присутствии ультразвука для морской и пресной воды. Обнаружено, что интенсивность линий однократного ионизированного дублета кальция (Ca II, 393,4 и 396,8 нм) в низкотемпературной плазме образованной полости зависит от фазы акустического поля (фазы растяжения и сжатия). Были также получены существенные изменчивости интенсивностей спектральных линий дублета атомарного калия на длинах волн 766.4 и 769.8 нм в зависимости от частот ультразвука. Экспериментально было выявлено, что при варьировании задержки и экспозиции регистрируется различный вклад ультразвука в динамику интенсивности спектральных линий кислорода и калия. Полученные результаты позволили сформулировать основные принципы создания метода комбинированной ультразвуковой лазерной искровой спектроскопии и создать компактный комплекс, прошедший апробацию в морских экспедициях: рейс № 81 НИС "Профессор Гагаринский" в Японском море в августе 2022 г и рейсе № 52 НИС “Академик Борис Петров” в Атлантическом океане и в плюме реки Амазонки в октябре–декабре 2022 г.

Подводные исследования и робототехника, 36, № 4, с. 70-77 (2023) | Рубрики: 06.17 07.16

 

Aksenov S.P., Kuznetsov G.N. «Interference Invariants in Hydroacoustic Field Maxima in Deep Water» Acoustical Physics, 70, № 1, с. 105-115 (2024)

Chuprov’s interference invariant (II) well describes the properties of a sound field in shallow water. However, the question of how applicable Chuprov’s II concept is to deep water, where the patterns of sound field decay with distance are more complex has been insufficiently studied. Therefore, the authors studied the II properties in the near and far fields of acoustic illumination, as well as in the shadow zone. A new definition of the invariant was proposed and studied, and its characteristics were compared with Chuprov’s II as a function of distance, reception and emission depths, and summer or winter propagation conditions. The new invariant is called the phase-energy invariant (PEI), since orthogonal components of the phase gradient are used to describe the spatial sound energy distribution. The stability of the new invariant, its independence on different influencing factors, and its natural change with distance from zero to one are shown. It has been established that in winter conditions, at almost all distances, the PEI is equal to unity, and the II does not have stable values and varies jumpwise over a very wide range. In summer conditions, in the shadow zone, with increasing distance, the PEI increases, just like the II, from close to zero to one. In the near and far fields of acoustic illumination, the PEI is approximately equal to unity, and the II in these zones, both in summer and winter, is characterized by unlimited oscillations, caused by division by a value close to zero. It is shown that the definition of PEI is valid both in single-mode waveguides and in free unbounded space with a dispersive medium.

Acoustical Physics, 70, № 1, с. 105-115 (2024) | Рубрики: 07.01 07.16 07.20

 

Разживин В.В., Тагильцев А.А., Безответных В.В., Лебедев М.С., Войтенко Е.А., Голов А.А., Моргунов Ю.Н. «Гидроакустический комплекс для термометрии мезомасштабных океанологических процессов» Подводные исследования и робототехника, 36, № 4, с. 52-62 (2023)

Работа посвящена вопросам практического применения гидроакустических методов дистанционного измерения температурных параметров морской среды на трассах значительной протяженности (от сотен до тысяч километров), охватывающих участки шельфа, материкового склона и область глубинного подводного звукового канала. Разработанный для реализации этих методов низкочастотный гидроакустический комплекс основан на синхронизированном излучении и приеме фазоманипулированных сигналов с определением дистанции и времени пробега звука по ней для последующего расчета скорости звука и связанного с ней искомого параметра – средней температуры на акустической трассе. В статье даются сведения о физических и методических предпосылках технической реализации натурного эксперимента, осуществленного в Японском море в 2022 году. Приведены технические решения элементов комплекса, выполнена оценка чувствительности и погрешности используемого метода акустической термометрии. Результаты выполненной работы направлены на увеличение дальности действия и повышение разрешающей способности гидроакустического комплекса, что определяет его применимость для мониторинга мезомасштабных процессов в морском или океаническом бассейне, а также как инструмента для оценки климатических изменений.

Подводные исследования и робототехника, 36, № 4, с. 52-62 (2023) | Рубрики: 07.01 07.16 07.17 07.20

 

Bakushinsky B., Leonov A.S. «Modeling the Solution of the Acoustic Inverse Problem of Scattering for a Three-Dimensional Nonstationary Medium» Acoustical Physics, 70, № 1, с. 153-164 (2024)

The inverse problem of acoustic sounding of a three-dimensional nonstationary medium is considered, based on the Cauchy problem for the wave equation with a sound speed coefficient depending on the spatial coordinates and time. The data in the inverse problem are measurements of time-dependent acoustic pressure in some spatial domain. Using these data, it is necessary to determine the positions of local acoustic inhomogeneities (spatial sound speed distributions), which change over time. A special idealized sounding model is used, in which, in particular, it is assumed that the spatial sound speed distribution changes little in the interval between source time pulses. With such a model, the inverse problem is reduced to solving three-dimensional Fredholm linear integral equations for each sounding time interval. Using these solutions, the spatial sound speed distributions are calculated in each sounding time interval. When a special (plane-layer) geometric scheme for the location of the observation and sounding domains is included in the sounding scheme, the inverse problem can be reduced to solving systems of one-dimensional linear Fredholm integral equations, which are solved by well-known methods for regularizing ill-posed problems. This makes it possible to solve the three-dimensional inverse problem of determining the nonstationary sound speed distribution in the sounded medium on a personal computer of average performance for fairly detailed spatial grids in a few minutes. The efficiency of the corresponding algorithm for solving a three-dimensional nonstationary inverse sounding problem in the case of moving local acoustic inhomogeneities is illustrated by solving a number of model problems.

Acoustical Physics, 70, № 1, с. 153-164 (2024) | Рубрики: 04.01 07.16 08.05 12.04

 

Гвоздков Е.М., Грязнова И.Ю., Лабутина М.С., Седунов И.В. «О сложностях, возникающих при дистанционной акустической диагностике донных дискретных случайных неоднородностей» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 559-564 (2023)

Известно, что наиболее простым и экологичным способом обнаружения полезных ископаемых типа ЖМК является дистанционное акустическое зондирование дна океана. В основе акустических методов обнаружения ЖМК лежит различие акустических импедансов конкреций и подстилающих их пород. Проведенные на кафедре акустики ННГУ модельные исследования показали возможность определения средней концентрации дискретных случайных неоднородностей по изменениям средней интенсивности обратно рассеянного акустического сигнала. Принято считать, что средняя интенсивность обратного рассеяния пропорциональна квадрату средней поверхностной концентрации дискретных случайным образом расположенных конкреций. Однако, при наличии даже незначительного отражения акустических волн от подстилающей рассеиватели поверхности уже не наблюдается монотонный рост средней интенсивности рассеянного сигнала с увеличением средней концентрации дискретных неоднородностей. Также на решение обратной задачи акустики оказывают влияние такие факторы, как коррелированность взаимного расположения рассеивателей на дне и статистика их распределения по размерам, что значительно усложняет акустическую диагностику неоднородностей.

Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 559-564 (2023) | Рубрика: 07.16

 

Буренин А.В., Диденко В.В. «Оценка доплеровского смещения сложными сигналами в гидроакустическом волноводе» Подводные исследования и робототехника, 37, № 1, с. 19-30 (2024)

Представлена методика оценки доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала. Методика базируется на применении сигнального пакета, состоящего из идентичных сигналов c «хорошими» автокорреляционными свойствами, и операции «свертки» принятого сигнала с самим собой на приемнике. Приведены результаты экспериментальной апробации методики, проведенной 17 августа 2013 года. Полученные натурные данные сравниваются с измерениями системы GPS и алгоритмами оценки доплеровского смещения.

Подводные исследования и робототехника, 37, № 1, с. 19-30 (2024) | Рубрики: 07.16 07.20