Алексанин А.И., Ким В., Ярощук И.О. «Диагностика плотности морской воды по поверхностным проявлениям внутренних волн» Подводные исследования и робототехника, 33, № 4, с. 38-44 (2020)

Рассматривается проблема восстановления плотностной структуры моря на шельфе по проявлениям внутренних гравитационных волн на изображениях поверхности в поляризованном свете. По изображениям рассчитываются скорости распространения волн и их длины. Анализируется 17 случаев регистрации волн, проходивших через станции с вертикально расположенными датчиками температуры. Используется две модели вертикальной изменчивости плотности: однослойная с постоянной частотой плавучести и двухслойная с постоянной плотностью в слое. Анализируются точности решения прямых задач на основе сопоставления скоростей распространения волн, рассчитанных по профилям плотности и полученных по изображениям. Рассматриваются два варианта решения прямых задач: на основе решения задачи Штурма–Лиувилля и на основе уравнения Кортевега–де Вриза. Демонстрируется возможность выбора модели среды по изменчивости скорости распространения волн на шельфе с меняющейся глубиной дна. Показывается, что при двухслойной модели среды с нижним слоем со значительно меньшей толщиной, чем у верхнего, оба подхода к решению прямых задач дают существенное занижение наблюдаемых скоростей распространения внутренних гравитационных волн.

Буланов В.А., Корсков И.В., Соседко Е.В. «О применении нелинейного рассеяния звука для оценки структуры и размерного состава газовых факелов в море» Подводные исследования и робототехника, 33, № 4, с. 45-52 (2020)

Новые объекты в океане, подводные газовые факелы (ГФ), образованные газовыми пузырьками, выходящими из дна моря, повсеместно встречаются в районах выброса газов как из толщи донных осадков в различных районах океана, так и в районах выгрузки газа при таянии вечной мерзлоты в арктических морях, и к ним проявляется все больше внимания. Стандартное применение рассеяния звука позволяет обнаружить наличие ГФ в море, но не позволяет в полной мере корректно оценить функцию распределения пузырьков по размерам в факеле и поэтому возникают неопределенности с оценкой мощности выброса газов из моря. Обсуждаются возможности использования метода нестационарного и нелинейного рассеяния звука для получения информации о структуре и динамике подводных газовых факелов, образованных выходом газа из морского дна. Нелинейное рассеяние звука обусловлено высокой нелинейностью пузырьковых структур в воде. Нестационарное рассеяние звука возникает вследствие переходных процессов раскачки пузырьков под действием акустических импульсов, и оно ранее использовалось для изучения распределения пузырьков в приповерхностных слоях морской воды. В работе показано, что применение нелинейного нестационарного рассеяния на встречных пучках позволит проводить дистанционную спектроскопию пузырьков в газовых факелах и проводить корректные оценки газосодержания в факелах.

Сорокин М.А., Петров П.С., Каплуненко Д.Д., Степанов Д.В., Моргунов Ю.Н. «Оценка влияния синоптических вихрей на точность решения задач акустической дальнометрии» Подводные исследования и робототехника, 33, № 4, с. 53-60 (2020)

Разработка систем акустической навигации и акустической дальнометрии в настоящее время является одной из наиболее актуальных практических задач акустики океана. В работе исследуется вопрос о влиянии крупномасштабных неоднородностей поля скорости звука в океане на точность решения задачи акустической дальнометрии. В качестве примера такой неоднородности нами выбран устойчивый антициклонический вихрь, наблюдающийся в южной части Японского моря в летний период. В работе проведены вычислительные эксперименты по исследованию влияния этого вихря на структуру звукового поля, формируемого на акустической трассе, проходящей через его центр, источником навигационных сигналов (ИНС), расположенным на шельфе. В ходе этих экспериментов по гидрологическим данным, полученным с помощью моделей глобальной циркуляции океана NEMO и ИВМ РАН, для этой трассы построена модель нерегулярного волновода «шельф–глубокий океан», после чего с помощью метода широкоугольных параболических уравнений выполнено моделирование акустического поля, формируемого ИНС в таком волноводе. Далее в работе также выполнен анализ модовой структуры этого поля, определены интервалы локализации различных модальных компонент сигнала и рассчитаны эффективные скорости распространения сигналов от ИНС на различных горизонтах приема, после чего исследовано влияние синоптического вихря на данные характеристики волновода. На основе этого анализа выполнены оценки влияния вихря на времена прихода сигналов от ИНС в точку приема, а также дополнительная погрешность решения задачи акустической дальнометрии, обусловленная этим влиянием. Результаты исследования показывают, что в рамках рассматриваемой методики решения задачи акустической дальнометрии даже относительно крупный неучтенный синоптический вихрь, ядро которого находится непосредственно на трассе, оказывает относительно слабое влияние на точность определения дальности (около 30 м для трассы протяженностью 300 км, или 0,01%).

Боровик А.И. «Система навигации АНПА, основанная на распознавании искусственных маркеров на акустических изображениях» Подводные исследования и робототехника, 33, № 4, с. 61-65 (2020)

Рассматривается навигационная задача, решение которой состоит в повышении точности определения координат автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) путем детектирования размещенных на дне объектов на гидролокационных изображениях. В качестве распознаваемых объектов используются специально спроектированные маркеры с заданными технологическими характеристиками. Алгоритмы размещения маркеров в рабочей акватории и движения аппарата обеспечивают гарантированное обнаружение маркеров гидролокаторами бокового или секторного обзора. Навигационный алгоритм интегрирован в систему управления АНПА и работает в режиме реального времени

Захаренко А.Д., Петров П.С., Трофимов М.Ю. «О возмущении акустических мод неоднородностями батиметрии в мелком море» Подводные исследования и робототехника, 33, № 4, с. 66-69 (2020)

Моделирование распространения звука в акустике океана может выполняться с использованием теории нормальных волн. При наличии в решаемой задаче неоднородностей батиметрии большая часть вычислительного времени тратится при этом на расчет модовых функций и волновых чисел в нескольких поперечных сечениях исследуемого волновода. Значительную часть этого времени можно сэкономить, используя для расчета указанных величин теорию возмущений. В работе строится теория возмущений решения задачи Штурма–Лиувилля для модовых функций и волновых чисел, вызванных вариациями глубины моря. Данный вопрос может быть сведен к классической задаче о возмущении потенциала в стационарном уравнении Шредингера путем определенной замены переменных. В работе в явном виде приводятся формулы теории возмущений первого и второго порядков для модовых функций и волновых чисел. Представлен пример использования этих формул и выполнен анализ их точности. Описанный подход позволяет значительно повысить вычислительную эффективность моделирования распространения звука в нерегулярных волноводах мелкого моря при сохранении того же уровня точности, что достигается при отдельном решении задачи Штурма–Лиувилля в каждом поперечном сечении.