Щербина А.В., Шуруп А.С. «Учет взаимодействия мод при томографическом восстановлении параметров мелкого моря с помощью базиса полосчатого типа» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 24 (2025)

Работа посвящена развитию методов модовой томографии океана, использующих разложение восстанавливаемых параметров среды по базисам специального типа – полосчатым базисам [Буров В.А. и др., 2005, 2008]. Ранее такой подход был обобщен для восстановления параметров мелкого моря в адиабатическом приближении [Burov V.A. et al., 2013, 2015]. В качестве данных рассеяния при использовании полосчатого базиса выбираются времена распространения отдельных мод. Однако для учета многоканального рассеяния необходима адаптация полосчатого базиса к модели распространения звука с учетом взаимодействия мод. В работе рассматриваются пример такого базиса полосчатого типа и результаты его применения для решения задачи томографического восстановления параметров мелкого моря. Численное моделирование показывает возможность использования обобщенного полосчатого базиса для восстановления неоднородностей рельефа дна и возмущений скорости звука в водном слое. Ключевые слова: томография мелкого моря, полосчатый базис, неадиабатическое распространение мод

Дмитриев К.В. «Влияние помех при использовании фазовой информации в задаче акустической томографии» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 24 (2025)

Восстановление акустических характеристик среды по данным о распространении через нее звука относится к сложным математически некорректным задачам, нелинейным относительно искомых величин. Возможность получения приемлемых оценок существенно ограничена как объемом экспериментальных данных, так и различными помехами. Среди них можно выделить аддитивные и мультипликативные помехи, а также помехи, вызванные неточностью в определении положений источников и приемников поля. Представлены результаты восстановления неоднородностей, обладающих разным контрастом акустических характеристик, с помощью борновских, итерационных и функциональных алгоритмов в присутствии помех. При одинаковой среднеквадратичной ошибке, вносимой в экспериментальные данные различными помехами, неточность позиционирования приводит к наибольшему ухудшению качества восстановления, вплоть до его невозможности. Это связано с тем, что рассмотренные алгоритмы в значительной мере используют фазовую информацию зарегистрированных сигналов, которая чувствительна к смещению аппаратуры в пределах длины волны. Продемонстрирована работа алгоритмов безфазовой томографии. Подобные методы основаны на обработке мощности сигнала или на компенсации дополнительных неизвестных набегов фазы. Их применение позволяет существенно улучшить устойчивость восстановления неоднородности в условиях неточностей позиционирования. В то же время отсутствие фазовой информации может снижать качество результата, когда преобладающими являются помехи аддитивного и мультипликативного типов. Исследование поддержано грантом РНФ № 24-22-00192, https://rscf.ru/project/24-22-00192/. Ключевые слова: безфазовая томография, итерационные алгоритмы, функциональные алгоритмы

Зотов Д.И., Румянцева О.Д. «Модельное восстановление акустических характеристик мягких биотканей при ультразвуковом томографировании» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 84 (2025)

Рассматривается задача акустической томографии – восстановление внутренней структуры исследуемого объекта в виде неоднородных пространственных распределений (томограмм) скорости звука и коэффициента поглощения. С этой целью объект последовательно облучается зондирующим полем со всех сторон, и рассеянные (прошедшие через объект) поля регистрируются приемниками также со всех сторон. Такая всесторонняя информация, в сочетании со специально разработанными алгоритмами обработки томографических данных, позволяет обеспечивать желаемую высокую разрешающую способность восстановленных изображений – вплоть до половины характерной длины волны. Один из алгоритмов обработки – двухшаговый. На первом шаге алгоритма с помощью импульсного режима зондирования восстанавливаются крупномасштабные (с характерным размером в несколько длин волн) неоднородности. На втором шаге восстанавливается тонкая структура объекта, т.е. мелкомасштабные детали (с минимальным размером около одной трети длины волны), которые наиболее информативны для диагностических целей. Показано, что тонкая структура может быть восстановлена адекватно только при учете неоднородного крупномасштабного фона, оцененного на первом шаге. Алгоритм восстановления совсем другого типа – это функциональный алгоритм, который хорошо адаптируется для решения акустических задач томографического типа. В отличие от двухшагового алгоритма, в процессе восстановления не происходит разделения структуры исследуемого объекта на крупномасштабные и мелкомасштабные составляющие. Высокая разрешающая способность сохраняется благодаря строгому учету процессов многократного рассеяния акустических волн. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-22-00192, https://rscf.ru/project/24-22-00192/. Ключевые слова: акустическая томография, высокое разрешение, количественные характеристики

Сапожников О.А., Цысарь С.А., Росницкий П.Б. «Использование акустической голограммы в качестве обращающего время зеркала для нахождения положения и формы излучающей поверхности ультразвукового преобразователя» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 91 (2025)

Акустическая голография является перспективным практическим инструментом для исследования характеристик ультразвуковых преобразователей. Определенная сложность при использовании акустических голограмм заключается в том, что положение излучающей поверхности относительно области записи голограммы известно лишь приблизительно, поэтому обратная проекция волнового поля происходит, вообще говоря, не на колеблющуюся поверхность, а на некоторую поверхность в ее окрестности. Это вносит существенные искажения, особенно в распределение фазы на излучающей поверхности. Еще одной практической проблемой является неопределенность в определении реальных размеров и формы источника ультразвука. Обычно размеры задаются на основе геометрических размеров, а форма предполагается идеально сферической или плоской. В реальности параметры преобразователя отличаются от номинальных, что может приводить к заметным ошибкам в описании излучаемых полей. Таким образом, важной частью исследования характеристик ультразвуковых преобразователей является определение формы и размеров излучающей поверхности, а также ее положения в пространстве. В настоящем докладе представлен метод решения этой задачи. Метод основан на концепции зеркала, обращающего время. Такое зеркало можно смоделировать на основе нестационарной голограммы, которая измеряется путем регистрации акустического сигнала в большом количестве точек на плоской площадке, расположенной напротив исследуемого излучателя. Этот процесс фактически представляет собой синтез двумерной приемной решетки, осуществляемый путем импульсного возбуждения источника одним и тем же сигналом и приема сигнала при различных положениях гидрофона. При использовании голограммы для численного восстановления пространственной структуры поля в предыдущие моменты времени эта синтезированная решетка выступает в качестве излучающей решетки. Численное моделирование позволяет, в частности, найти пространственное распределение акустического давления в начальный момент времени и на его основе определить положение и форму излучающей поверхности. Ключевые слова: акустическая голография, характеризация ультразвуковых излучателей

Цысарь С.А., Саматов А.А., Сапожников О.А. «Коррекция акустической голограммы при помощи независимого измерения скорости звука» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 91-92 (2025)

Определение реальной пространственно-временной структуры акустического поля является критически важным для ряда приложений ультразвука, среди которых особые требования предъявляют медицинские и метрологические области. Акустическая голография является мощным перспективным инструментом, позволяющим по измерению поля акустического давления вдоль некоторой поверхности перед излучателем определить полную структуру поля. При этом предполагается, что в процессе измерений параметры среды распространения остаются постоянными. В настоящее время измерения ультразвуковых полей в рамках метода акустической голографии проводятся, как правило, с использованием метода апертурного синтеза, который для источников больших волновых размеров может занимать продолжительное время (вплоть до нескольких часов), в течение которого трудно обеспечить стабильность свойств среды. Одним из основных параметров, способных заметно влиять на качество голограммы, является температура, нестабильность которой может приводить к существенным фазовым отклонениям за счет неконтролируемого изменения скорости звука в среде. В работе предложен метод коррекции голограммы по данным одноканальной эхо-импульсной системы независимого непрерывного измерения скорости звука. Проведено сравнение результатов с предложенным ранее методом компенсации по данным непрерывного измерения температуры в нескольких точках. Показано, что предложенные методы компенсации позволяют обеспечить уровень отклонения до 10% относительно термостабильной голограммы при ошибках до 50% без компенсации. Ключевые слова: акустическая голография, ультразвуковые излучатели, калибровка акустических полей, термокомпенсация