Смагин Н.В., Крутянский Л.М., Брысев А.П. «Измерение коэффициента акустического поглощения в неоднородных средах и биологических тканях с помощью обращенных ультразвуковых волн» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустические измерения", с. 10-16 (2014)

Проведено сравнительное экспериментальное исследование двух методов измерения коэффициента акустического поглощения: стандартного метода, основанного на регистрации амплитуды прошедшей через образец волны, и его модификации с применением фазосопряженных (обращенных) ультразвуковых волн. В качестве конкретного примера реализации стандартного метода использована техника сравнения с эталоном. Показано, что искажение волнового фронта зондирующего пучка, вызванное наличием в тестовых объектах структурных неоднородностей либо рассеивателей, приводит к появлению существенной погрешности измерения стандратным методом. В то же время, применение обращенных волн позволяет практически полностью скомпенсировать данную погрешность в случае чисто фазовых неоднородностей тестовых объектов или присутствия невысоких концентраций рассеивателей с размерами порядка длины волны. В других случаях, в том числе и при измерениях поглощения в неоднородных биотканях, метод с использованием обращения волнового фронта позволяет получить более достоверную оценку диссипативных потерь.

Кацнельсон Б.Г., Годин О.А., Jixing Qin, Заботин Н.А., Заботина Л.Е., Brown M.G., Williams N.J. «Применение временного обращения волнового фронта для шумовой интерферометрии в мелком море» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 113-120 (2014). 146 с.

Представлен новый подход к определению параметров среды распространения на основе измерения двухточечной взаимной корреляционной функции (ВКФ) шумового поля, формируемого различными случайными источниками в океане. Данный подход обусловлен известной связью между ВКФ и функциями Грина океанического волновода с детерминированными параметрами, соответствующими «прямому» и «обратному» во времени распространению. В основе метода лежит обращение во времени волнового фронта широкополосного детерминированного сигнала, построенного с использованием измеренной ВКФ шумового поля. Данная методика применена к ВКФ шумового поля, формируемого различными источниками (ветровое волнение, судоходство и т.д.), измеренной приемными гидрофонами на глубине 100 м в Флоридском проливе. Шумовой сигнал записывался в течение шести суток на трех гидрофонах, расположенных вблизи дна. Расстояния между парами приемников были соответственно 5.0, 9.8 и 14.8 км. Детерминированная функция Грина вычислялась методом параболического уравнения на основе обращения волнового фронта сигнала, построенного с использованием измеренной ВКФ шума и помещая источник на место одного из гидрофонов (координаты которого являются первым пространственным аргументом ВКФ). Обращенный во времени сигнал в идеале должен фокусироваться в точке с координатами, соответствующими второму пространственному аргументу ВКФ. Построенное таким образом поле на основе численного моделирования действительно дает положение главного фокуса в окрестности второго гидрофона, причем координаты фокуса заметно зависят от параметров волновода (в модели дна, как однородного жидкого поглощающего полупространства это плотность, скорость звука и коэффициент потерь в дне). Полученные в результате процедуры поиска наилучшего согласования вычисленного положения фокуса с положением второго гидрофона, перечисленные параметры дна соответствуют указанному району и находятся в хорошем согласии со значениями, полученными другими методами. В заключении отмечается, что скорость звука влияет сильнее на положение максимума, чем плотность, кроме того, возможно, более эффективным будет брать в качестве параметров согласования не плотность и скорость звука по отдельности, а, например, импеданс дна (в рамках модели жидкого или даже жидкоупругого дна), Обращение сигнала и согласование проводится с использованием только одной точки, что приводит к образованию ложных максимумов и, соответственно, имеет смысл при согласовании параметров учитывать их положение также, а не только положение главного максимума.

Гадыльшин К.Г., Чеверда В.А. «Обращение полных волновых полей нелинейным методом наименьших квадратов: SVD анализ» Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии, 15, с. 499-513 (2014)

Решение обратной динамической задачи сейсмики в формулировке нелинейного метода наименьших квадратов находится в центре внимания специалистов в области вычислительной геофизики начиная с середины 1980-х гг. Примерно с этого же времени известна и так называемая проблема реконструкции макроскоростной составляющей, заключающаяся в невозможности определения плавных вариаций скорости распространения сейсмических волн при отсутствии в спектре зарегистрированного сигнала очень низких временных частот или чрезвычайно больших расстояний между источниками и приемниками. В то же время, именно эта составляющая гарантирует корректное отображение в пространстве изучаемых геологических объектов. В последнее время, благодаря существенным успехам в области геофизического приборостроения, стала возможной регистрация значимой сейсмической информации на частотах вплоть до 5 Гц, однако и этого, как правило, оказывается недостаточно для реконструкции макроскоростного строения среды. В статье анализируются с математической точки зрения причины этой проблемы путем численного анализа сингулярного спектра производной Фреше оператора обратной задачи, переводящего текущее распределение скорости в наблюдаемые волновые поля. На этой основе предложена модификация целевого функционала, обладающая заметно более высокой чувствительностью к изменчивости макроскоростной модели, известная как формулировка MBTT (аббревиатура от английского Migration Based Travel Times).

Смагин Н.В., Крутянский Л.М., Брысев А.П. «Измерение коэффициента акустического поглощения в неоднородных средах и биологических тканях с помощью обращенных ультразвуковых волн» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145348 (2014)

Проведено сравнительное экспериментальное исследование двух методов измерения коэффициента акустического поглощения: стандартного метода, основанного на регистрации амплитуды прошедшей через образец волны, и его модификации с применением фазосопряженных (обращенных) ультразвуковых волн. В качестве конкретного примера реализации стандартного метода использована техника сравнения с эталоном. Показано, что искажение волнового фронта зондирующего пучка, вызванное наличием в тестовых объектах структурных неоднородностей либо рассеивателей, приводит к появлению существенной погрешности измерения стандартным методом. В то же время, применение обращенных волн позволяет практически полностью скомпенсировать данную погрешность в случае чисто фазовых неоднородностей тестовых объектов или присутствия невысоких концентраций рассеивателей с размерами порядка длины волны. В других случаях, в том числе и при измерениях поглощения в неоднородных биотканях, метод с использованием обращения волнового фронта позволяет получить более достоверную оценку диссипативных потерь.