Вировлянский А.Л., Казарова А.Ю., Кенигсбергер Г.В., Колодиев О.В., Коротин П.И., Любавин Л.Я., Моисеенков В.И., Орлов Д.А., Потапов О.А. «Анализ лучевой структуры поля широкополосного источника звука на шельфе Черного моря» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 3-9 (2014). 146 с.

Представлены результаты натурных измерений поля точечного широкополосного источника звука, выполненных в Сухумской бухте. Целью эксперимента был анализ возможности использования приемной вертикальной антенной решетки для разрешения приходов и идентификации отдельных лучей в условиях сложного рельефа дна. Этот вопрос имеет важное значение для развития методов зондирования неоднородностей среды и локализации источника звука в шельфовой области. Звуковые импульсы с модуляцией частоты по линейному закону в диапазонах 1,7–3,2 кГц и 3–6 кГц излучались источником, погруженным в воду с борта дрейфующего катера на глубины 20 и 45 м. Поле регистрировалось с помощью вертикальной приемной антенной решетки длиной 12,6 м, установленной вблизи берега и почти полностью перекрывающей вертикальное сечение волновода в месте постановки. Расстояние между источником и решеткой варьировалось от 200 м до 1 км. В процессе обработки выполнялось сжатие принятых сигналов путем их корреляции с репликами излученных импульсов. Использование вертикальной антенной решетки позволило найти распределения интенсивности регистрируемого поля в плоскостях «время прихода–глубина» и «время прихода–угол прихода». Эти распределения найдены для нескольких расстояний между источником и решеткой. Сопоставление результатов обработки экспериментальных данных с результатами численного расчета лучевой структуры поля подтвердило возможность разрешения вкладов отдельных лучей при регистрации поля на малых глубинах. Лучше всего разрешаются приходы прямого луча, распространяющегося без отражения от границ, и луча, один раз отразившегося от поверхности воды. Удалось также идентифицировать приходы лучей, один–два раза отразившихся от дна и поверхности воды. Возможности разрешения и идентификации лучей с ростом дистанции ухудшаются из-за накапливающихся ошибок, связанных с неточным знанием параметров среды. Полученные результаты подтверждают возможность использования времен и углов прихода лучей в качестве информационных параметров при решении задач о локализации источника и зондировании неоднородностей на шельфе.

Луньков А.А., Rouseff D. «Оценка поперечного радиуса когерентности звукового поля в мелком море при наличии фоновых внутренних волн» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 10-16 (2014). 146 с.

В рамках теории адиабатических мод рассмотрена задача аналитической оценки поперечного радиуса когерентности звукового поля в мелководном волноводе в присутствии фоновых внутренних волн. Для описания вертикальных смещений жидкости использован спектр Гарретта–Манка, адаптированный под условия мелкого моря. Поле внутренних волн предполагалось изотропным. Для идеализированной модели волновода получены явные теоретические зависимости радиуса когерентности от расстояния до источника, частоты звука, плотности энергии внутренних волн и других параметров. Продемонстрировано качественное и количественное соответствие между результатами теоретических оценок и данными прямого численного моделирования. Осуществлено сравнение полученных значений поперечного радиуса когерентности с известными данными натурных экспериментов.

Шайдуров Г.Я., Кудинов Д.С., Романова Г.Н. «О параметрических эффектах взаимодействия электромагнитных и акустических волн в морской воде» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 17-21 (2014). 146 с.

Изучению взаимодействия физических полей разного происхождения в однородных и неоднородных средах с ионной проводимостью посвящено достаточно много работ. Представляет интерес изучение сейсмоэлектрических и акустоэлектрических явлений, т.е. процессов, возникающих при одновременном возбуждении в среде упругих и электромагнитных полей. Несмотря на то, что эти процессы анализируются уже почти 100 лет, до сих пор соответствующие технологии не вышли из стадии отдельных экспериментов, что можно объяснить недостаточным развитием их теоретико-экспериментальных основ. Видимо, первой работой на эту тему был патент Блау и Стэхема (W. Blau, L. Statham, USA, Pat. No 2054067, 1936), которые описали изменение силы тока, проходящего через среду при наличии постоянной разности потенциалов между двумя электродами, под действием упругих колебаний. Это явление названо J-эффектом, или эффектом первого рода. J-эффект обусловлен изменением электрического сопротивления среды под влиянием упругих колебаний. Рассматриваются явления взаимодействия электромагнитных и акустических волн в сплошной проводящей среде, и на границе раздела вода–воздух применительно к задачам радиосвязи с подводными морскими объектами.

Раевский М.А., Хилько А.И. «Трехмерно-анизотропная модель низкочастотных океанических шумов» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 22-27 (2014). 146 с.

Рассматривается теоретическая модель динамических шумов в плоскослоистых волноводах. С использованием модового представления поля дипольных ветровых источников, анализируются эффекты, как генерации шуми, так и дальнейшего его рассеяния развитом ветровом волнении. Исследуется вертикальная анизотропия (модовый состав) шумового поля, а также его горизонтальная анизотропия, обусловленная анизотропным характером эффектов рассеяния акустических мод на ветровом волнении с различными аппроксимациями его углового спектра. Приводятся результаты численного моделирования для типичных условий мелкого моря.

Хилько А.И., Смирнов И.П., Коваленко В.В., Мареев Е.А., Малеханов А.И., Лучинин А.Г. «Адаптированное к изменчивости среды мультистатическое ГА [гидроакустическое] наблюдение в океане» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 28-32 (2014). 146 с.

Анализируются физические основы сетецентрического многопозиционного гидроакустического наблюдения с использованием зондирующих сигналов и пространственно-частотных фильтров приемных систем, адаптированных к параметрам нестационарных и пространственно-неоднородных волноводов. Рассмотрены методы адаптивного управления мультистатической системой наблюдения в ВЧ и НЧ диапазонах, удовлетворяющие требованиям экологической безопасности и эффективности.

Хилько А.И., Смирнов И.П., Машошин А.И., Шафранюк А.В., Хилько А.А. «Структура бистатической силы цели в океанических волноводах» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 33-37 (2014). 146 с.

Предложены методы расчета бистатической силы цели (БСЦ) в океанических волноводах в высокочастотном и низкочастотном приближении. Показано, что в волноводе БСЦ является функцией не только частоты и вектора углов радения и рассеяния звука, но и взаимного расположения источника, тела и приемной точки. Обсуждается ключевая роль БСЦ при проектировании и оценке эффективности мультистатических систем подводного наблюдения.

Горовой С.В. «Экспериментальное исследование корреляционных связей высших порядков между выборочными значениями давления гидроакустических шумов в заливе Петра Великого Японского моря» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 38-43 (2014). 146 с.

Описаны результаты экспериментального исследования корреляционных связей высших порядков между выборочными значениями некоторых реализаций гидроакустических шумов, а также моделей шумов, полученных методами компьютерного моделирования. Приведены результаты оценивания усредненных корреляционных связей между фрагментами названных шумовых сигналов и их копиями, возведенными в различные степени, а также между тремя выборочными значениями сигналов. Для исследованных шумовых сигналов, несмотря на схожесть корреляционных функций, корреляционные связи между тремя выборочными значениями сигналов существенно различаются. Это может быть использовано для решения задач идентификации и различения шумовых сигналов, а также выявления и уточнения зависимостей между выборочными значениями с целью построения моделей шумовых сигналов, применимых на ограниченных интервалах времени.

Григорьев В.А., Кацнельсон Б.Г., Lynch J.F. «Флуктуации интенсивности звука, обусловленные взаимодействием мод на движущихся нелинейных внутренних волнах в мелком море» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 44-51 (2014). 146 с.

Проводится анализ флуктуаций интенсивности низкочастотных (300±30 Гц) сигналов, распространяющихся в мелком море в присутствии нелинейных внутренних волн (НВВ) в эксперименте Shallow Water 2006, Атлантический шельф США. Сигналы принимались на вертикальную антенну на расстоянии ∼20 км от источника. Пакет НВВ в рассматриваемом времени двигался целиком внутри акустической трассы, составляющей с фронтом пакета угол в горизонтальной плоскости ∼10°. Используя ранее разработанную модовую теорию флуктуаций, основанную на механизме взаимодействия мод, в работе получены теоретические спектры флуктуаций, главной особенностью которых является т.н. доминирующая частота флуктуаций, соответствующая колебаниям максимальной амплитуды и обусловленная максимальным взаимодействием мод. Сравнение результатов моделирования с экспериментом позволяет интерпретировать аналогичный максимум, наблюдаемый в экспериментальном спектре, как доминирующую частоту. Анализируется вклад горизонтальной рефракции.

Смирнов А.В., Малеханов А.И. «Моделирование отклика протяженной антенны на частично-когерентный многомодовый сигнал в подводном звуковом канале» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 52-58 (2014). 146 с.

Выполнено моделирование функции отклика вертикальной антенной решетки на многомодовый сигнал и коэффициента ее усиления в случайно-неоднородном океаническом волноводе в предположении, что принимаемый сигнал представляет собой сумму нормальных волн с заданным спектром волновых чисел и случайными амплитудами, имеющими некоторый (зависящий от дистанции) конечный масштаб взаимных корреляций. Получены количественные оценки влияния основных физических характеристик сигнала, таких как спектр интенсивностей мод, спектр волновых чисел, масштаб межмодовых корреляций, на коэффициент усиления антенны при различных моделях пространственных корреляций шумов океана (сплошного и дискретного модового спектра). Полученные результаты позволяют провести сравнительный анализ влияния условий распространения многомодового сигнала в подводном канале на эффективность протяженной антенны.

Бородина Е.Л., Петухов Ю.В. «Влияние стратификации скорости звука в осадочном слое дна на формирование интерференционной структуры акустического поля в мелком море» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 59-66 (2014). 146 с.

Рассмотрено влияние градиента скорости звука в жидком осадочном слое дна на возбуждение боковых сдвиговых и продольных волн, а также собственных мод, формирующих пространственно-частотную интерференционную структуру широкополосного звука в мелком море. При этом основное внимание уделяется исследованиям закономерностей, проявляющихся в поведении на плоскости частота – горизонтальное расстояние линий максимальных значений интенсивности акустического поля, формируемого только модами волновода. Кроме того, достаточно подробно рассмотрены частотные зависимости фазовой и групповой скоростей сейсмоакустической поверхностной волны.

Вадов Р.А., Абакумова Н.К. «Дальнее распространение звука в Баренцевом море» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 67-74 (2014). 146 с.

В Баренцевом море в летне-осенних условиях неоднократно в разные годы (начиная с 1972 г.) ставились опыты по дальнему распространению взрывных и тональных сигналов с участием научно-исследовательских судов Акустического института. По материалам этих опытов проводится анализ пространственно-энергетической и временной структуры звуковых полей, изменения звуковых полей, обусловленного потерями звуковой энергии в донных отложениях, и его частотная зависимость, обсуждаются возможности построения акустической модели дна, согласующейся с результатами проведенных опытов.

Авилов К.В., Глазов Ю.Е., Косарев О.И. «Эффективные методы численного моделирования акустических передаточных функций морской среды» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 75-79 (2014). 146 с.

Численное моделирование акустических передаточных функций морской среды является основой предсказания дальности действия гидроакустических систем, обнаруживающих и оценивающих параметры подводных источников звука по излучаемым ими звуковым колебаниям (первичным или вторичным гидроакустическим полям) и основой построения алгоритмов обнаружения. Изложено современное состояние двух показавших себя на практике наиболее эффективными методов – псевдодифференциального параболического уравнения и упрощенных лучевых пучков.

Артельный П.В., Наседкин А.В., Потапов О.А., Турчин В.И. «Экспериментальные исследования возможности локализации источника с использованием широкополосных сигналов» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 80-85 (2014). 146 с.

Представлены результаты эксперимента по приему ЛЧМ-сигнала в диапазоне 1,5–3,0 кГц на вертикальную приемную антенную решетку длиной ∼18 м в заливе Ладожского озера (глубина места ∼20 м) при удалении источника на расстояние от 20 м до 0,9 км. Анализируются основные характеристики принятого сигнала в зависимости от дистанции, проводится их сопоставление с модельными расчетами поля в соответствии с измеренным профилем скорости звука и приблизительно известными характеристиками дна. Анализируется возможность и точность локализации текущего положения источника по расстоянию и глубине методами обработки, согласованной со средой, на расстояниях порядка нескольких глубин места, когда поле определяется малым числом лучей, и на больших дистанциях, где существенен многомодовый (многолучевой) характер распространения.

Буренин А.В., Безответных В.В., Войтенко Е.А., Лебедев М.С., Стробыкин Д.С., Тагильцев А.А. «Экспериментальная апробация методики оценки доплеровского смещения с помощью сложных сигналов с "хорошими" автокорреляционными свойствами» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 86-92 (2014). 146 с.

Представлена методика оценки доплеровского смещения, которая базируется на применении сигнального пакета, состоящего из сложных фазоманипулированных М-последовательностью сигналов. Приведены результаты экспериментальной апробации методики. Полученные натурные данные сравниваются с измерениями системы GPS и аналогичными гидроакустическими методиками оценки доплеровского смещения.

Григорьев В.А., Луньков А.А., Петников В.Г. «Особенности распространения звука в мелком море с мягким дном» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 93-100 (2014). 146 с.

В рамках численных экспериментов исследованы особенности распространения низкочастотного (50–300 Гц) звука в мелком море на расстояниях от источника 0.3–5 км. Морское дно предполагалось жидкой однородной средой. Сравнивались ситуации, когда скорость звука в дне больше и меньше, чем в водном слое (жесткое и мягкое дно). Случай мягкого дна соответствует газонасыщенным грунтам, встречающимся в местах залежей природного газа. При расчетах использовалось модовое описание звукового поля, учитывались как распространяющиеся, так и вытекающие моды, включая квазимоды. Получены усредненные зависимости спадания интенсивности с расстоянием при различных частотах и скоростях звука в дне. Показано, что в общем случае имеются заметные отклонения от известного приближенного закона затухания, когда интенсивность звука пропорциональна r^–3/2, где r – расстояние от источника звука. Такие отклонения особенно заметны для мягкого дна. Аппроксимируя полученные зависимости спадания интенсивности в логарифмическом масштабе прямыми линиями, найдены коэффициенты β затухания звука в волноводе (тангенсы угла наклона указанных линий), как функции частоты и скорости звука в дне. Показано, что для мягкого дна величина β монотонно растет при увеличении скорости звука в дне, а для жесткого дна – монотонно падает. Максимум β зависит от частоты звука и достигается при примерном равенстве скоростей звука в воде и дне.

Гусев В.А. «Волноводное распространение нелинейных акустических сигналов в слое газонасыщенных осадков» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 101-106 (2014). 146 с.

Проанализированы возможности волноводного распространения интенсивных акустических сигналов в придонном слое, содержащем газовые пузырьки. Рассчитаны коэффициенты отражения и прохождения звука из однородной среды в слой с пузырьками и обратно. Показано, что придонный слой эффективно захватывает попадающие в него лучи и обеспечивает волноводный характер распространения. Наличие пузырьков увеличивает как интервал углов, под которыми волна проникает в слой, так и интервал углов, под которыми лучи испытывают полное внутреннее отражение и не выходят из слоя. Выведены эволюционные уравнения для интенсивных акустических волн и волновых пучков в среде с неоднородным распределением пузырьков.

Дюльдина Н.И. «О нелинейном затухании тональных звуковых сигналов при дальнем распространении в океане» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 107-112 (2014). 146 с.

Анализ экспериментальных результатов показывает, что при дальнем распространении тональных звуковых сигналов кратных частот проявляются новые эффекты. Они могут быть объяснены накоплением нелинейных искажений, приводящих к «перекачке» энергии сигнала нижней частоты в кратную (третью) гармонику. Величина перераспределения энергии зависит от расстояния и от интенсивности сигналов. Разность между уровнями сигналов может превышать 20 дБ, что сравнимо с уровнем сигнала низкой частоты вблизи источника.

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.

Половинка Ю.А. «Коррекция ошибок и селективное сопровождение импульсных приходов для потоковых данных акустического зондирования водной среды» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 121-128 (2014). 146 с.

Рассмотрена методика коррекции ошибок сигналов импульсного гидроакустического зондирования с последующим селективным выделением и сопровождением во времени отдельных приходов. Реализуемая стратегия обнаружения и исправления ошибок (forward error correction) применяется к первичным данным, поступающим с гидрофонов. Единичный блок информации представляет собой оцифрованные значения функции отклика акустического канала. С целью обеспечения непрерывности потока данных во времени, выполняется контроль правильности и восстановление ошибочных блоков путем их замены на ближайшие, не содержащие ошибки блоки данных, по критерию заданного уровня статистической корреляции. Селективное выделение и измерение параметров импульсных акустических сигналов основано на алгоритме множественного поиска максимумов в текущем блоке сигнальной информации. Используется метод расчета локальных максимумов с возможностью задания уровней амплитуд и количества локальных максимумов. Определение траекторий положения максимумов в осях время прихода – текущее время измерений, осуществляется путем расчета двумерного евклидового расстояния между всеми максимумами в следующих друг за другом блоках сигнальной информации и выбору траекторий по критерию минимальных дистанций между максимумами в соседних блоках.

Бабий В.И. «Влияние звукового поля на параметры состояния морской среды» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 129-137 (2014). 146 с.

Делаются выводы: 1. Звуковые волны при распространении в жидкости модулируют все параметры ее термодинамического состояния. Этот эффект зависит от интенсивности звука и значений адиабатических частных производных гидрофизических параметров по звуковому давлению от соответствующих адиабатических уравнений состояния. 2. Для акустических волн малой амплитуды достаточно описание процесса взаимодействия звука и среды в линейном приближении. При этом среднее значение дополнительных флуктуаций гидрофизических полей (гидроакустическая составляющая), обусловленных полем звукового давления собственных акустических шумов океана, практически равно нулю. 3. Для акустических волн очень большой амплитуды необходим учет квадратичных членов разложения адиабатических уравнений состояния по звуковому давлению. При этом среднее значение дополнительных флуктуаций гидрофизических полей (гидроакустическая составляющая), обусловленных звуковым полем, не равно нулю (эффект самодетектирования звука в морской среде), оно прямо пропорционально его интенсивности. 4. Отмеченные эффекты возникают при взаимодействии акустического излучения с морской средой. Они могут быть использованы при измерении флуктуаций гидрофизических полей, оценке отношений (сигнал/шум), разработке параметрических приемников звуковых волн для измерения их интенсивности и звукового давления неакустическими методами.

Кузькин В.М., Куцов М.В., Пересёлков С.А. «Частотные смещения максимумов звукового поля, вызванные поверхностным волнением» Сборник трудов 1-й Всероссийской Акустической конференции (Москва, РАН, 6–10 октября 2014 г.), секция "Акустика океана", с. 137-146 (2014). 146 с.

Дано общее решение задачи о связи между временными спектрами частотных смещений и возмущением океанической среды. Показано, что спектр частотных смещений можно интерпретировать как спектр возмущения, прошедший через передаточную функцию волновода, которая в той или иной мере сужает спектр входного воздействия. На основании полученного результата рассмотрен случай поверхностного волнения. Проанализированы некоторые частные случаи передаточной функции волновода. Обсуждены условия эффективности диагностики поверхностного волнения.