Коваленко В.В., Родионов А.А., Ванкевич Р.Е. «Методические основы построения систем оперативной океанографии в приложении к задачам подводного наблюдения» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 3, с. 4-19 (2021)

Рассмотрены базовые принципы создания современных систем оперативной океанографии. Совокупность базовых принципов представлена в виде методических основ построения систем оперативной океанографии в приложении к задачам подводного наблюдения. Охарактеризованы принципиально важные для приложений в области морских систем наблюдения свойства таких систем. Обсуждены некоторые проблемные вопросы. Рассмотрена связь инструментария оперативной океанографии с рядом прикладных задач. Среди задач уделено внимание акустическому подводному наблюдению, оптическим инструментам и моделям, биохимическим процессам и моделям. Среди базовых принципов одним из наиболее важных признано последовательное вложение локальных моделей и систем в региональные системы и далее в глобальные системы, а также сопряжение моделей и систем различного уровня. Процессы вложения и сопряжения сопровождаются уточнением начальных и граничных условий с использованием ассимиляции натурных данных. Качество выходных результатов прикладных систем зависит от качества оценок состояния океанической среды и является основой для предъявления требований к точности (неопределенности) систем оперативной океанографии. Анализ последовательной передачи неопределенности от оценок состояния океанической среды к неопределенности выходного результата прикладных систем подводного наблюдения также является базовым принципом. Состоятельность и практическая полезность систем оперативной океанографии в задачах подводного наблюдения прямо связаны с удовлетворением идущих от приложений требований. Качество систем оперативной океанографии связывается с процедурами адаптивной выборки натурных данных и адаптивным моделированием.

Ермолаев В.И., Михальчук А.В. «Оптимизация применения гидроакустических средств в условиях пространственно-временной изменчивости среды» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 3, с. 35-46 (2021)

Конкретизируются существующие методические подходы к практическому использованию океанологических данных в интересах организации применения гидроакустических средств при ведении поиска районах, характеризующихся высокой изменчивостью среды. На основе анализа публикаций, посвященных описанию систем оперативной океанологии, сформированы количественные характеристики их выходных параметров, являющихся исходными данными для решения задач оптимизации применения гидроакустических средств. Сформулирована общая постановка задачи оптимального управления гидроакустическими средствами в условиях пространственно-временной изменчивости среды. Приведено решение задачи оптимального управления с использованием метода районирования и математического аппарата теории поиска. Показана роль и место систем гидроакустических расчетов при решении задачи оптимизации. В качестве методического подхода предложено использование объема зон наблюдения как универсального параметра, характеризующего интегральную оценку влияния среды, параметров и режимов работы гидроакустических средств на их возможности. Приведен пример, иллюстрирующий методические подходы к оптимизации применения гидроакустических средств при решении задачи поиска подвижным наблюдателем в океанском районе с высокой пространственно-временной изменчивостью. Сделаны выводы о возможности распространения приведенных в статье методических подходов на решение задачи оптимизации применения гидроакустических средств группы подвижных наблюдателей, а также на решение задачи оптимизации скрытности действий наблюдателя в условиях пространственно-временной изменчивости среды. В заключении приводятся рекомендации по построению программных и программно-аппаратных средств, обеспечивающих решение прикладных задач, использующих данные оперативной океанологии.

Чиров Д.В. «Статистический метод оценки эффективности согласованной со средой обработки сигналов» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 3, с. 47-57 (2021)

Предложен статистический метод оценки эффективности согласованной со средой обработки на основе оценки вероятностной характеристики выбранного случайного показателя SINR, вероятности значений которого распределены по закону минимального значения Гумбеля. Статистический метод предназначен для обработки данных натурных испытаний или модельных исследований гидроакустических приемных систем. В основу оценки вероятностной характеристики показателя SINR положен статистический анализ результатов согласованной со средой обработки сигналов в целях оценки параметров распределения этого показателя в конкретных условиях функционирования приемной системы. Приводятся примеры использования метода при моделировании согласованных со средой приемных систем для решения задач сравнения качества обработки в условиях рассогласования свойств модельного и реального волноводов, а также наличия случайных ошибок измерения параметров волновода. Моделирование результатов обработки при этом осуществлялось с использованием программного комплекса SonarMFP, разработанного АО «СПИИРАН-НТБВТ» и предназначенного для расчета функции неопределенности источника акустического сигнала при согласованной со средой обработке с использованием технологий географических информационных систем. Показано, что полученные результаты позволяют количественно сравнивать с использованием вероятностных мер согласованные со средой приемные системы, работающие в различных условиях. Метод также может быть полезен при выработке требований к информационному обеспечению приемных систем на принципах согласованной со средой обработки.

Консон А.Д., Волкова А.А. «Влияние сверхмедленных флуктуаций сигнала на помехоустойчивость шумопеленгования» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 3, с. 58-64 (2021)

На основе лабораторного анализа и обработки случайной выборки натурных записей шумов надводных кораблей, произведенных в акваториях Белого, Баренцева и Норвежского морей проведено исследование влияния сверхмедленных флуктуаций сигнала на помехоустойчивость шумопеленгования. Экспериментально установлено, что в условиях флуктуаций можно обеспечить потенциально высокую помехоустойчивость, если использовать одновременно два времени накопления: малое – несколько секунд и большое – до ста и более секунд. При этом большое время накопления снижает вероятность потери контакта в период флуктуационного снижения уровня сигнала, а малое время накопления может дать существенный выигрыш в дальности обнаружения в интервалы времени, когда процесс флуктуации приводит к кратковременному возрастанию уровня сигнала.

Буренин А.В., Войтенко Е.А., Лебедев М.С., Моргунов Ю.Н., Тагильцев А.А. «Исследование особенностей формирования импульсных откликов в подводных звуковых каналах при дальнем распространении широкополосных сигналов» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 3, с. 65-70 (2021)

Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований по распространению и приему в подводных звуковых каналах широкополосных импульсных сигналов на основе псевдослучайных последовательностей. Анализ экспериментально полученных импульсных характеристик указывает на наличие предпосылок для повышения помехоустойчивости приема навигационных и командных сигналов, а также увеличения дальности действия при неизменной мощности излучения. Цель специально выполненных экспериментальных работ заключалась в получении исходных данных для повышения эффективности навигационных систем дальнего радиуса действия путем оптимизации характеристик излучаемых сигналов. Исследованы особенности формирования импульсных откликов при приеме сигналов с различной частотной полосой и длительностью символов, а также динамика структуры откликов при смещениях глубины приёмного гидрофона относительно оси подводных звуковых каналов. На основе лучевых представлений осуществлена физическая интерпретация полученных экспериментальных результатов для практического применения в решении актуальных задач гидроакустики и океанологии.

Касаткин Б.А., Касаткин С.Б. «Скалярно-векторная структура и кинематические характеристики звукового поля в инфразвуковом диапазоне частот» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 3, с. 71-85 (2021)

Приведена классификация известных решений граничной задачи Пекериса, полученных в различных модельных постановках, и дана их сравнительная оценка. Для верификации различных модельных решений выполнено экспериментальное исследование энергетической и пространственной структуры звукового поля в условиях мелкого моря в инфразвуковом диапазоне частот 2–20 Гц, заведомо меньших первой критической частоты модельного волновода Пекериса. Анализируются результаты экспериментальных исследований звуковых полей с использованием комбинированных приёмников, образующих вертикально ориентированную 3-элементную антенну. По результатам анализа вертикальной структуры звукового поля был сделан вывод о том, что звуковое поле на предельно низких частотах инфразвукового диапазона сформировано неоднородными волнами Рэлея–Шолте, регулярной и обобщённой. С увеличением частоты уменьшается глубина проникновения звуковой волны в донное полупространство и возрастает роль неоднородных волн волновода Пекериса, возбуждаемых комплексным угловым спектром источника. Такие волны появляются как гибридные, но только при обобщённом описании звукового поля в несамосопряжённой модельной постановке. Анализируются кинематические характеристики звукового поля при уточнённом определении групповой скорости как скорости переноса энергии. Обсуждаются механизмы существенного замедления скорости переноса энергии в волноводе на низких частотах.

Глухов В.А., Гольдин Ю.А., Родионов М.А. «Лидарный метод регистрации внутренних волн в водах с двухслойной стратификацией гидрооптических характеристик» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 3, с. 86-97 (2021)

Разработан метод обработки сигналов судового радиометрического поляризационного лидара, позволивший надежно и достаточно точно определить положение границы между слоями, различающимися по гидрооптическим характеристикам. Метод основан на анализе временной зависимости спада эхо-сигнала и позволяет фиксировать изменение положения границы с течением времени в отсутствие слоя повышенного светорассеяния. Модельные расчеты лидарных эхо-сигналов для двухслойной стратификации гидрооптических характеристик показали наличие резких изменений временной зависимости затухания эхо-сигнала в районе границы между слоями, особенно ярко проявляющейся в кросс-поляризованной компоненте эхо-сигнала. Выполнен долговременный цикл лидарного зондирования толщи морской воды. Измерения проводились с борта судна в дрейфе. Сопутствующие измерения гидрофизических характеристик и показателя ослабления света морской водой зондом SBE25 с прозрачномером в районе проведения экспериментальных исследований показали наличие границы между слоями на глубинах 15–17 м, приуроченной к глубине залегания пикноклина. В результате обработки и анализа полученного массива данных лидарного зондирования зарегистрированы периодические изменения положения границы между слоями. Максимальная зарегистрированная амплитуда составляет 3 м, а средний период колебаний – 8.5 мин. Полученные значения характерны для внутренних волн, наблюдаемых в шельфовой зоне Черного моря.

Корчагин Н.Н., Нейман В.Г., Родионов А.А., Мирабель А.П. «Океан, атмосфера, Земля и Космос в трудах выдающегося ученого и организатора науки Андрея Сергеевича Монина» Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 14, № 3, с. 130-134 (2021)