Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

07.20 Подводные измерения и калибровка аппаратуры

 

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

 

Львов К.П. «Интерактивные приложения инженера-гидроакустика» Гидроакустика, № 56, с. 11-18 (2023)

Рассмотрено прикладное программное обеспечение (приложения) по распространению звука в Мировом океане. Приложения ориентированы на инженеров-гидроакустиков и производят расчеты по данным термохалинных полей: вертикального распределения скорости звука, среднегармонического значения скорости звука, поглощения звука, а также коррекции эхолотовой глубины на основе оцифрованных таблиц Картера, глубины по давлению и широте, давления по глубине и широте. Приложения разработаны в среде операционной системы WINDOWS с графическим интерфейсом GUI. Приведены снимки экранов работы приложений. Одно из приложений использует ежедневные данные термохалинных полей системы усвоения океанографических данных ГМЦ РФ, другое помесячные данные термохалинных полей электронного атласа WOA18. Приложения используют формулы стандарта TEOS-10, формулу Чена–Миллеро (1977) и электронные таблицы Картера. В статье кратко изложены алгоритмические аспекты компьютерных интерактивных приложений.

Гидроакустика, № 56, с. 11-18 (2023) | Рубрики: 07.01 07.20 07.21 07.22

 

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

 

Серебряный А.Н., Тарасов Л.Л. «ADCP как мощный инструмент акустической океанологии: 15-летний опыт исследований различных процессов и явлений на морских шельфах» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 366-371 (2023)

Пятнадцатилетний опыт работы с ADCP «Rio Grande 600 kHz» в шельфовых зонах морей позволил нам собрать большой массив данных о происходящих там процессах, а также зарегистрировать ряд необычных явлений, описанию которых посвящена эта работа. Показано разнообразие изученных процессов и зарегистрированных аномальных явлений, наблюдавшихся в разных районах Черного и Японского морей. Помимо площадных съемок, которые дают представление о направлении и силе течений на шельфе морей, что является решением традиционной задачи для прибора, будет показано использование прибора для изучения внутренних волн и сопровождающих их процессов. Это обнаружение нового механизма генерации внутренних волн при столкновении течений. Регистрация внутренних волн рекордных амплитуд в Черном море и необычно долгое сопровождение их на шельфе косяком рыб. Доказательные данные о воздействии проходящего над морем шквала на характер течения в поверхностном слое моря. Также приведены примеры необычных гидродинамических явлений для идентификации которых требуется проводить дополнительный анализ.

Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 366-371 (2023) | Рубрики: 07.02 07.03 07.13 07.18 07.20

 

Гончаренко Б.И., Горовой С.В., Дмитриев В.Г. «Сравнительный анализ характеристик гидроакустических шумов на мелководье, воспринимаемых векторными приемниками различных типов» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 414-419 (2023)

Описаны результаты экспериментального исследования изменчивости оценок плотности распределения вероятностей мгновенных значений гидроакустических шумов, в которых присутствуют техногенные составляющие, зарегистрированных в мелководном прибрежном районе залива Петра Великого Японского моря. Регистрация сигналов выполнялась расположенными рядом вблизи дна векторными приемниками: электрокинетического (с «неподвижным» корпусом) и «соколеблющегося» типа, а также ненаправленным гидрофоном давления. Показано, что в одно и то же время в различных частотных полосах могут наблюдаться различные зависимости исследуемых статистических параметров, обусловленные особенностями механизмов шумообразования и «физики работы» приемников.

Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 414-419 (2023) | Рубрики: 07.02 07.04 07.20 14.02

 

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

 

Тарасов С.П., Пивнев П.П. «Нелинейная акустика в исследованиях океана» Сборник трудов III молодежной всероссийской с международным участием научной конференции, посвященной 20-летию Факультета высоких технологий. Ростов-на-Дону, 20–23 сентября 2021 г., с. 64-78 (2021)

Рассмотрены гидроакустические параметрические системы и методы нелинейной акустики в исследованиях океана и арктического шельфа. Приведено краткое описание наиболее перспективных направлений развития гидроакустических систем с параметрическими излучающими антеннами. Приводятся характеристики параметрических приборов, и рассматриваются результаты их применений для решения различных задач гидроакустики. Обсуждаются новые возможности освещения подводной обстановки автономными подводными аппаратами, а также обеспечения их навигации на протяженных трассах, открывающиеся при применении параметрических антенн. Представлены результаты исследований, демонстрирующие одномодовое возбуждение волновода в широкой полосе частот параметрической антенной.

Сборник трудов III молодежной всероссийской с международным участием научной конференции, посвященной 20-летию Факультета высоких технологий. Ростов-на-Дону, 20–23 сентября 2021 г., с. 64-78 (2021) | Рубрики: 07.18 07.19 07.20

 

Киселев Л.В., Костенко В.В., Медведев А.В., Быканова А.Ю. «Проблемно-ориентированная интегральная система управления движением и динамика гибридного АНПА в режиме контроля шумовой подводной обстановки» Подводные исследования и робототехника, 36, № 4, с. 29-42 (2023)

Рассматриваются функциональная структура системы управления движением и динамика гибридного автономного необитаемого подводного аппарата (ГАНПА) при оперативном мониторинге шумового поля в морской акватории, результатом которого является определение дальности и пеленга источника шума. Для организации движения ГАНПА, состоящего из нескольких этапов, используется управляющий комплекс, обеспечивающий выполнение заданных требований к динамике аппарата и к условиям эффективных измерений параметров шумового поля с помощью скалярно-векторной приемной системы. Особое внимание уделяется корректному описанию математических моделей динамики аппарата, движительно-рулевого комплекса, систем регулирования плавучести и момента остойчивости. Оптимизация работы ГНПА в режиме акустической станции осуществляется путем модельной и экспериментальной настройки параметров данных систем с учетом особенностей их технического исполнения. В качестве прототипа ГНПА при анализе его структуры, гидродинамических характеристик и динамических процессов принят АНПА ММТ-300. Приведены результаты вычислительного эксперимента по оценке характеристик управляющего комплекса во всех режимах работы ГНПА в процессе контроля шумовой обстановки.

Подводные исследования и робототехника, 36, № 4, с. 29-42 (2023) | Рубрики: 07.18 07.19 07.20 07.22

 

Галий С.Н., Доля В.К., Боев А.В., Панич А.А. «Векторно-скалярные приёмники как основа современных гидроакустических систем пассивного обнаружения подводных и надводных объектов» Сборник трудов III молодежной всероссийской с международным участием научной конференции, посвященной 20-летию Факультета высоких технологий. Ростов-на-Дону, 20–23 сентября 2021 г., с. 28-36 (2021)

Сборник трудов III молодежной всероссийской с международным участием научной конференции, посвященной 20-летию Факультета высоких технологий. Ростов-на-Дону, 20–23 сентября 2021 г., с. 28-36 (2021) | Рубрики: 07.19 07.20

 

Мурзаева И.В. «Прогнозирование надежности аппаратной части гидроакустических комплексов» Гидроакустика, № 56, с. 48-54 (2023)

Рассмотрены вопросы обеспечения достижения показателей надежности для аппаратуры гидроакустических систем и влияния происходящих физических процессов на показатели надежности.

Гидроакустика, № 56, с. 48-54 (2023) | Рубрики: 07.19 07.20

 

Малеханов А.И., Смирнов А.В. «К вопросу об эффективности протяженной горизонтальной антенны в условиях приема сигналов и помех в случайно-неоднородном подводном звуковом канале» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 296-301 (2023)

Проведено сравнение эффективности методов обработки сигнала на фоне интенсивной помехи с помощью горизонтальной антенной решетки (АР), расположенной в подводном звуковом канале. К рассматриваемым квазиоптимальным методам пространственной обработки относятся: известный линейный метод фазированной антенной решетки (ФАР); квадратичный метод некогерентного накопления выходных сигналов с подрешеток; квадратичный метод некогерентного накопления сигналов ФАР, каждая из которых фазирована в определенный угол со сдвигом относительно других. Источники поля полезного сигнала и помехи размещены под различными углами по отношению к линейной АР, волновой размер которой велик с их масштабами когерентности. Основное внимание уделено оценке эффективности методов обработки по величине коэффициента усиления АР. Определены и физически интерпретированы сценарии приема сигналов, для которых относительно простые эвристические методы обеспечивают квазиоптимальную обработку сигналов, что представляется важным с точки зрения приложений.

Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 296-301 (2023) | Рубрика: 07.20

 

Конопацкая И.И., Пятаков П.А., Овчинников О.Б., Шуляпов С.А. «Исследование возможности использования измерительной трубы для калибровки гидрофонов» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 702 (2023)

Разработана и опробована методика измерения чувствительности гидрофонов в полосе частот от 4 до 25 кГц с использованием измерительной трубы (заполненной водой) длиной 300 мм, внутренним диаметром 48 мм и толщиной стенок – 6 мм. Такой способ калибровки выбран с целью уменьшения размеров экспериментальной установки для удобства применения в лабораторных условиях. Исследовано влияние на точность измерений глубины погружения гидрофонов и состояния воды, ее температуры, наличия пузырей в объеме и на внутренней поверхности трубы. Проведено сравнение данных, полученных в трубе, с соответствующими величинами, измеренными в бассейне, оценена систематическая погрешность измерений, зависящая от характерного размера гидрофона.

Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 702 (2023) | Рубрика: 07.20

 

Дегтяр А.Д., Маленко Ж.В., Ярошенко А.А. «Изменчивость скорости звука в Черном море» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 359 (2023)

Скорость звука является важнейшей первичной акустической характеристикой водной среды, определяющей условия распространения в ней акустических колебаний. Среднее значение скорости звука у поверхности по акватории Черного моря изменяется от 1458 до 1514 м/с. Максимальное значение скорости звука у поверхности (июль–август) 1507–1514 м/с, а минимальное (январь–март) 1463–1458 м/с. Значительная изменчивость скорости звука от 1440 до 1520 м/с в слое воды 0–75 м обусловлена изменчивостью температуры воды, а менее интенсивная изменчивость от 1455 до 1472 м/с в слое 75–150 м обусловлена влиянием солености. Ниже 200 м скорость звука практически постоянна (от 1469 до 1502 м/с). Для решения задач о распространении звука важно не абсолютное значение скорости звука, а зависимость скорости от глубины – профиль скорости звука. В работе приводятся среднемесячные профили температуры и скорости звука для центральной части Черного моря до глубины 200 м. Летом температура воды в верхних слоях увеличивается, а с нею увеличивается и скорость звука. С увеличением глубины происходит понижение температуры, а, следовательно, и уменьшение скорости звука. На глубине 40 м наблюдается минимум скорости звука. С увеличением глубины происходит повышение температуры, а, следовательно, и повышение скорости звука. Ниже 100 м температура практически постоянна и не зависит от сезонных изменений и сохраняется постоянной в течение всех времен года, а, следовательно, и профиль скорости звука для данного места не меняется, так как на больших глубинах он определяется лишь ростом гидростатического давления. Во время зимних месяцев температура воды у поверхности понижается, а частые шторма приводят к перемешиванию водных масс. В результате слой скачка температуры и ПЗК исчезают (январь–март). В ноябре–декабре возможно образование двухосевого ПЗК. Одна ось канала находится на поверхности, а другая на глубине. В апреле ось ПЗК находится на глубине 35 м, в мае–сентябре на 40 м, в декабре на 45 м, ноябре–декабре на 50 м. Ниже 120 м профиль скорости звука практически постоянен.

Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 359 (2023) | Рубрики: 04.07 07.05 07.07 07.20

 

Львов К.П. «Оценки скорости звука в Ладожском озере» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 360-365 (2023)

Рассмотрены оценки вертикального распределения скорости звука глубоководного района Ладожского озера для июня–августа. Район с глубинами 140–230 м расположен восточнее выхода из зал. Найсмери, юго-восточнее м. Куркиниеми. Средняя минерализация основной водной массы Ладожского озера составляет ∼0.064 г/кг (2019 г.) и обладает малой пространственной и временной изменчивостью. Наибольшие значения средней температуры верхнего слоя воды достигают в начале августа ≈16°С. На глубине – холодная 4-градусная вода, т.н. 4-градусная изотерма, максимум плотности пресной воды. Расчеты скорости звука выполнены по in situ измерениям температуры как функции глубины по данным института озероведения РАН. Использовались формулы Чена и Миллера (1977 г., 1986 г.), формула ВНИИФТРИ (2002 г.) и упрощенная формула. Приведены статистические характеристики сравнения на 41 горизонте (0, 5, 10, …., 190, 195, 200 м) – среднее отклонение, среднеквадратичное отклонение, наибольшие отрицательные и положительные отклонения. Для сравнения приведены графики профилей вертикального распределения скорости звука in situ измерений гидроакустическим измерителем скорости звука miniSVP.

Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 360-365 (2023) | Рубрики: 04.07 07.07 07.20