Бойченко Ж.Д., Воронин В.А., Казакова Е.А., Полтавцева Е.А., Снесарев С.С. «Особенности применения параметрических акустических локаторов для измерения вертикального распределения температуры в атмосфере» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 8, с. 4-11 (2019)

Рассматриваются особенности применения акустических излучающих параметрических антенн для акустического зондирования вертикального распределения температуры в атмосфере. Известные акустические локаторы, применяемые для этих целей, имеют раз-личные характеристики направленности на разных частотах. Параметрические излучающие антенны в силу особенностей формирования виртуальной антенны сохраняют одинаковую характеристику направленности на всех частотах генерируемых в среде волн. Однако неоднородность среды взаимодействия волн накачки влияет на амплитуду генерируемых волн. Целью работы является оценка влияния изменения скорости распространения акустических волн при различных температурах среды на параметры образованных в результате взаимодействия волн. В работе ставится задача определения влияния изменения скорости звука на характеристики параметрической антенны на основе решения уравнения Хохлова–Заболотской–Кузнецова для неоднородной среды. В качестве неоднородностей выбрано изменение скорости распространения акустических волн в среде с изменяющейся по трассе взаимодействия волн накачки температурой. Для решения поставленной задачи в статье рассматриваются возможные методы акустического определения вертикального распределения температуры в атмосфере, оцениваются преимущества и недостатки существующих методов и делается вывод о возможности использования излучающей акустической параметрической антенны для определения вертикального распределения температуры в атмосфере. Для определения влияния изменения скорости распространения волн на характеристики параметрической антенны на основе модифицированного уравнения Хохлова–Заболотской–Кузнецова для неоднородной среды приводится решение, в котором в явном виде обозначено изменение скорости распространения по пути распространения волн. Приводятся оценки изменения и делается вывод о несущественном влиянии на амплитуду генерируемого сигнала.

Пивнев П.П., Лукьянченко А.А., Чоп Д.А., Орлова Л.Г. «Параметрический гидролокатор траверзного обзора для обнаружения и мониторинга рыбных скоплений на мелководье» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 8, с. 11-21 (2019)

В настоящее время положение дел по промыслу биологических ресурсов Мирового океана кардинально меняется. Работы связанные с экологическим мониторингом морских акваторий проводятся на федеральном, региональном, территориальном и локальном уровнях. Основной целью мониторинга состояния акваторий водоемов, является обеспечение компетентных органов и природопользователей информацией о количественном и видовом составе обитающих организмов, а также информационная поддержка процедур принятия решений в области природоохранной деятельности и экологической безопасности. Систематическое обобщение информации о Мировом океане, биологических явлениях в совокупности знаний, необходимы для понимания распределения, численности и наличия рыб. Для того, чтобы не подорвать биологические запасы гидробионтов Мирового океана необходимо регулярно проводить наблюдение и научно-исследовательскую работу по количественному учету биологических ресурсов, регулировать квоты на вылов рыбы и моллюсков. В связи со сложностью учета биологических ресурсов в мелководных районах Мирового океана при помощи ныне существующих приборов, рассмотрены вопросы связанные с разработкой и исследованием гидролокатора траверзного обзора для мониторинга морских гидробионтов на мелководье, поскольку данная тема является актуальной, и остро стал вопрос о сохранении биологического разнообразия водоемов. Технология траверзного обзора с применением гидролокатора характеризуется высокой степенью автоматизации, информативностью, оперативностью исследований и низкими трудозатратами по сравнению с традиционными способами, основанными на использовании тралов, волокуш. Также необходимо отметить, что, благодаря использованию данного метода не происходит травмирования обитателей водоемов, поскольку зачастую травмированные гидробионты погибают. В гидролокаторе траверзного обзора в параметрическом режиме формируется «безлепестковая» узконаправленная диаграмма направленности в вертикальной плоскости, что позволяет увеличить дальность действия до 700 метров и более. А в горизонтальной плоскости для увеличения эхоконтакта и производительности поиска формируется широкая диаграмма направленности (30–40°) за счет использованием нескольких антенн накачки установленных под определенным углом относительно друг друга. Разработка и дальнейшее применение вышеуказанного гидроакустического прибора позволит создать своего рода базу данных с информацией о территориальном распределении рыбных скоплений в мелководных районах. Однако для практической реализации и создания таких сложных технических устройств требуется проведение целого комплекса прикладных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Грандиозность всего, что связано с представлением человека об океане, послужила основанием для широкого распространенного мнения о неограниченности и неистощимости ресурсов Мирового океана. Однако это мнение неправомочно в отношении биологических ресурсов. Об этом свидетельствуют признаки истощения запасов рыб и других объектов промысла в нерационально облавливаемых районах океана.

Пивнев П.П. «Широкополосные гидроакустические системы экологического мониторинга водоемов» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 8, с. 22-32 (2019)

Приведена актуальность экологического мониторинга водоемов. Описана продуктивность различных районов Мирового океана. Предложено создание комплекса экологического мониторинга акватории. Представлена структура комплекса экологического мониторинга водоемов, состоящего из широкополосного гидролокатора бокового обзора, параметрического профилографа, параметрического гидролокатора бокового обзора и параметрической системы мониторинга мелководных водоемов на протяженных трассах. Приведено описание широкополосных гидролокаторов бокового обзора, параметрического профилографа, параметрического гидролокатора траверзного обзора и мощной высоконаправленной широкополосной излучающей параметрической системы стационарного типа. Представлены диаграммы направленности широкополосного гидролокатора бокового обзора в горизонтальной и вертикальной плоскости в диапазоне рабочих частот (77, 100, 127 и 155 кГц). Приведена эхограмма обследования портового сооружения. Для параметрического профилографа представлены варианты исполнения антенн накачки (забортное исполнение (с обтекателем) и исполнение для необитаемых аппаратов), диаграммы направленности на частоте накачки (150 кГц) и на разностных частотах (10, 15, и 20 кГц), а также приведена профилограмма мелководного водоема. Для широкополосного параметрического гидролокатора траверзного обзора приведены преимущества прибора и представлена 3D-модель. В описании мощных высоконаправленных широкополосных излучающих параметрических систем стационарного типа представлены перспективы их применения и приведено описание проведения эксперимента в Черном и Азовском морях. Стационарные гидроакустические системы на основе нелинейной акустики являются перспективным средством для исследования распространения акустических сигналов в морских условиях (морских волноводах), построения виртуальных акустических барьеров, создания систем управления и навигации подводными роботами (аппаратами и системами). Параметрические системы стационарного типа могут стать перспективным устройством для исследований временного сжатия акустических сигналов в мелком море и в волноводах, создания так называемых «виртуальных акустических барьеров», построения сети систем подводной навигации и управления движением подводных роботов и аппаратов, и построения высокопроизводительных морских зондирующих устройств в экологических целях для обнаружения погруженных объектов и неоднородностей.

Лагута М.В., Вареникова А.Ю., Чернов Н.Н. «Применение метода замещения для восстановления распределения коэффициента нелинейности биотканей на основе измерения вторичного поля прошедшего акустического излучения» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 8, с. 33-39 (2019)

Известно, что ультразвуковые методы визуализации внутренних структур биологических объектов являются более безопасными по сравнению с рентгеновской и магнитно-резонансной томографией и характеризуются меньшим количеством ограничений для проведения исследования. Однако существенным недостатком таких методов является не-достаточно высокая разрешающая способность. Это объясняется тем, что большинство существующих ультразвуковых диагностических систем основаны на законах линейной акустики. Одним из перспективных направлений исследований является разработка методов визуализации внутренних структур биологических объектов и определения размеров и границ неоднородностей на основе нелинейного взаимодействия акустического поля с биотканями. В работе рассмотрен способ повышения точности процесса локализации неоднородности в биообъекте. Для решения поставленной задачи используется метод замещения, основанный на вычислении отношения распределения амплитуды давления вторичного поля акустического волны, прошедшей через биологический объект, имеющий патологические включения к давлению вторичного поля волны, прошедшей через однородную среду с известными нелинейными характеристиками. В статье представлено выражение, описывающее распределение акустического давления поля вторичных источников, на основе которого были выполнены расчеты. Для проведения математического моделирования использовалась модель биообъекта состоящего из мышечной ткани и патологических включений (миомы). В рамках выполненного исследования вычислено отношение изменения давления вторичного поля для данной модели и однородной эталонной среды с известными характеристиками. Полученные данные представлены в виде контурных графиков, отражающих расположение неоднородности. Результаты расчетов показали большую эффективность использования метода замещения для процесса определения местоположения неоднородных включений в модели биообъекта по сравнению с методами визуализации, основанными на восстановлении распределения давления вторичного акустического поля. Показано, что использование метода замещения позволяет более точно определить границы неоднородностей. Поэтому метод замещения может быть использован для получения проекционных данных и восстановления распределения акустического нелинейного пара-метра в плоском срезе биологического объекта.

Лагута М.В., Вареникова А.Ю., Чернов Н.Н. «К вопросу выбора параметров акустического сигнала для визуализации структуры биологических тканей на основе нелинейного взаимодействия акустических волн» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 8, с. 40-46 (2019)

Рассматривается выбор оптимальных параметров акустической волны для ультразвуковой визуализации на основе нелинейных эффектов ее взаимодействия с биологическими тканями. Рассчитаны изменения давления второй гармоники при раз-личных значениях частоты и давления первой гармоники. В качестве модели рассматривалась среда, состоящая из следующих биотканей: жировая ткань, мышечная ткань, цельная печень, кровь, патологическая ткань (миома). Для жировой и мышечной тканей проведен расчет изменения расстояния разрыва акустической волны при различных параметрах зондирующего импульса основной частоты. Расчет значений расстояний разрыва выполнялся с целью определения наиболее оптимального соотношения начальных характеристик ультразвуковой волны и уровня второй гармоники акустического сигнала, позволяющего визуализировать распределение акустического нелинейного параметра.