Аксенов С.П., Кузнецов Г.Н. «Исследование звуковых полей в зонах освещенности и в зоне тени в глубоком океане» Гидроакустика, № 46, с. https://www.oceanpribor.ru/docs/SbGA46.pdf (2021)

Ставится и решается задача о поиске устойчивых и универсальных характеристик низкочастотного звукового поля в глубоком море с целью их использования для повышения эффективности обнаружения и пеленгования малошумных целей, в том числе – в зоне тени. Для этого исследуется распределение звукового давления и градиентов фазы вдоль трасс распространения сигналов в ближней и дальней зонах освещенности (БЗО и ДЗО), а также в зоне тени. Показано, что, как и в мелком море, в зонах интерференционных максимумов градиенты фазы – гладкие и могут быть описаны инвариантной (универсальной) зависимостью эффективной фазовой скорости (ЭФС) от расстояния. Предложено аналитическое описание этой закономерности, из которой следует, что она является обобщенной – не зависит ни от частоты звука, ни от направленности излучателя, ни от глубин источника и приемника, и слабо зависит от вертикального профиля скорости звука в воде. Причем величина ЭФС заметно превышает среднюю скорость звука в воде, что важно учитывать при пеленговании. Установлено также, что величина ЭФС в зонах с доминирующими водными модами (БЗО и ДЗО) практически равна средней скорости звука в воде. Даны рекомендации по применению зависимостей ЭФС при обнаружении и пеленговании шумовых источников в различных зонах. Ключевые слова: глубокий океан; вытекающие, захваченные и водные моды; градиенты фазы; инвариантные значения эффективной фазовой скорости; несмещенные оценки пеленга.

Луньков А.А., Петников В.Г. «Использование вертикальной приемной антенны для геоакустической инверсии в мелководном волноводе с ледовым покровом» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 505, № 1, с. 78-82 (2022)

Развит метод решения обратной задачи, состоящей в одновременной оценке донного рельефа и эффективных акустических параметров дна для мелководной акватории, покрытой льдом, которая представляет собой волновод переменного сечения. Метод основан на приеме и обработке широкополосных (импульсных) сигналов, возбуждаемых одиночным источником звука и регистрируемых удаленной вертикальной цепочкой гидрофонов (антенной). Измерения рельефа дна осуществляются при сравнении времен распространения сигналов, отраженных от нижней границы волновода и пришедших на различные гидрофоны антенны. Определение эффективных параметров (скорости звука, плотности, коэффициента затухания акустических волн) производится при анализе угловой зависимости коэффициента отражения, вычисляемого как отношение амплитуды отраженного от дна импульса к амплитуде прямого сигнала с учетом сферического расхождения фронта волны. Эксперименты по апробации предложенного подхода проведены в прибрежной зоне озера Байкал в зимне-весенний период.

Гончаров В.В., Курьянов Б.Ф., Серебряный А.Н. «Акустическая диагностика внутренних волн на шельфе черного моря по данным томографического эксперимента» Акустический журнал, 68, № 4, с. 391-399 (2022)

На северо-восточном шельфе Черного моря в 2010 г. был проведен томографический эксперимент по встречному распространению фазоманипулированных акустических сигналов. В течение суток велось измерение временных откликов среды при излучении и приеме высокочастотных сложных фазоманипулированных сигналов от трех донных приемно-излучающих преобразователей, расположенных в углах равностороннего треугольника со сторонами около 1100 м. Трансиверы находились на удалении более 2 км от Голубой бухты при глубине места около 40 м. Вблизи от них была установлена заякоренная гирлянда термодатчиков для регистрации внутренних волн. По данным о временной изменчивости откликов среды на акустические сигналы при помощи метода согласо-анных временных откликов была восстановлена информация о присутствовавших на акватории внутренних волнах. Была получена временная реализация вертикальных смещений термоклина, в которой обнаружены короткопериодные волны высотой 0.5–1 м и периодом от 5 до 15–20 мин. Сопоставление акустических измерений с независимыми контактными измерениями внутренних волн выявило их хорошее взаимное совпадение. В целом результаты проведенного акустического эксперимента показали возможность успешного использования метода акустической томографии для исследования динамики вод для условий мелкого моря. Ключевые слова: акустическая томография, внутренние волны, шельф, Черное море

Луньков А.А., Петников В.Г., Сидоров Д.Д. «Использование линейных приемных антенн для наблюдения горизонтальной рефракции низкочастотного звука в мелком море с сильно неоднородным водоподобным дном» Акустический журнал, 68, № 4, с. 400-408 (2022)

В рамках численного моделирования исследованы особенности формирования низкочастотного (55 и 137 Гц) акустического поля и его регистрации с помощью линейных горизонтальных и вертикальных антенн в мелководном волноводе глубиной ≈30 м с неоднородным дном. Рассматривается область, где скорость звука в дне близка к скорости звука в воде. Для проведения расчетов использовано пространственное распределение скорости звука в дне Карского моря, полученное при инженерной сейсморазведке, а также данные пробного бурения. Продемонстрировано, что неоднородное дно не только влияет на средние по глубине потери при распространении звука, которые можно зарегистрировать вертикальной антенной, но и приводит к горизонтальной рефракции акустических волн, которая проявляется при сканировании диаграммы направленности протяженной горизонтальной антенны. Максимальные эффекты наблюдаются для низкой частоты (55 Гц): снижение потерь при распространении достигает 5 дБ, а смещение максимума отклика антенны – 3.4°. Ключевые слова: акустика мелкого моря, распространение звука на арктическом шельфе, акустика морских осадков

Малеханов А.И., Смирнов И.П. «Пространственная обработка акустических сигналов в каналах мелкого моря в условиях априорной неопределенности: оценки потерь эффективности» Акустический журнал, 68, № 4, с. 427-439 (2022)

Цель работы – сравнительный анализ эффективности методов согласованной и оптимальной пространственной обработки сигналов в звуковом канале мелкого моря в условиях неточного знания его параметров. Предполагается, что сигнал удаленного локализованного источника принимается вертикальной антенной решеткой (АР) на фоне интенсивной помехи, также создаваемой локализованным источником, при этом вертикальный профиль скорости звука и глубина канала, скорость звука в донных породах и их плотность известны с произвольными отклонениями от реальных значений в пределах заданных интервалов. Эффективность обработки характеризуется коэффициентом усиления АР по величине отношения сигнал/(шум + помеха), нормированным на число элементов АР. Методом стохастического моделирования показано, что с ростом априорной неопределенности в оценке указанных параметров потери эффективности для этих двух методов обработки имеют не только существенно различные величины, но могут обнаруживать немонотонный характер соответствующих зависимостей. Определены допустимые уровни ошибок в оценке параметров канала, при которых потери усиления не превышают заданный уровень (3 дБ) для каждого из методов. Результаты представляются важными с точки зрения количественной оценки требований к средствам оперативной океанографии, обеспечивающих функционирование приемных антенных систем в реальных морских условиях. Ключевые слова: звуковой канал мелкого моря, вертикальная антенная решетка, многомодовый сигнал, пространственная обработка сигналов, коэффициент усиления (выигрыш) антенной решетки, рассогласование модели канала

Касаткин С.Б. «Вертикальная структура звукового поля в мелком море в инфразвуковом диапазоне частот в скалярно-векторном описании» Гидроакустика, № 44, с. https://www.oceanpribor.ru/docs/SbGA44.pdf (2020)

Рассмотрена работа вертикально ориентированной приёмной антенны, состоящей из комбинированных приёмников, в звуковом поле, возбуждаемом дискретными составляющими вально-лопастного звукоряда движущегося катамарана, в мелком море в инфразвуковом диапазоне частот. Выполнен спектральный анализ звукового поля и построены сонограммы текущего спектра по полному набору 16 информативных параметров, характеризующих энергетическую структуру звукового поля в скалярно-векторном и тензорном описании. На основе анализа вертикальной структуры звукового поля выполнена идентификация неоднородных нормальных волн нулевого порядка (фундаментальных мод), формирующих звуковое поле в мелком море на частотах, меньших первой критической частоты модельного волновода Пекериса. Отмечается, что значительную роль в энергетической структуре звукового поля неоднородных волн играют вертикальная компонента вектора интенсивности, горизонтальная компонента ротора вектора интенсивности и вертикальная компонента вектора градиента давления. Ключевые слова: комбинированный приёмник, помехоустойчивость, обобщённые (гибридные) волны, пограничные волны Рэлея–Шолте, инфразвук.

Касаткин С.Б. «Вертикальная структура звукового поля в мелком море в инфразвуковом диапазоне частот» Гидроакустика, № 48, с. https://www.oceanpribor.ru/docs/SbGA48.pdf (2021)

Продолжение ранее начатых исследований вертикальной структуры звукового поля в мелком море с помощью вертикально ориентированной трёхэлементной приёмной антенны, состоящей из комбинированных приёмников. Звуковое поле формировалось дискретными составляющими вально-лопастного звукоряда шумового сигнала НИС «Юрий Молоков» в инфразвуковом диапазоне частот 2–10 Гц. В этом диапазоне частот, заведомо меньших первой критической частоты модельного волновода Пекериса, структура звукового поля становится предельно простой, и может быть использована для идентификации нормальных волн, формирующих звуковое поле. Результаты эксперимента подтверждают ранее сделанный вывод о том, что звуковое поле на предельно низких частотах инфразвукового диапазона сформировано неоднородными волнами Рэлея–Шолте, регулярной и обобщённой. Кроме того, увеличенная апертура антенны позволила разделить вклад этих волн в пространственную структуру звукового поля. С увеличением частоты уменьшается глубина проникновения звуковой волны в донное полупространство и возрастает роль неоднородных волн волновода Пекериса, возбуждаемых комплексным угловым спектром источника. Присутствие двух мод, формирующих вертикальную структуру звукового поля, одна из которых локализована на горизонте источника, а другая – на границе раздела вода – морское дно, хорошо соответствует обобщённой теории. Идентификация модовой структуры звукового поля сопоставляется с модельными расчётами и находится в согласии с ними. Ключевые слова: комбинированный приёмник, инфразвук, неоднородные волны Рэлея–Шолте, обобщённые (гибридные) волны, групповая скорость.

Мельникова О.Н., Плаксина Ю.Ю., Уваров А.В., Агапова Д.А., Ильиных Д.И. «Влияние примесей малой концентрации на генерацию ветровых волн» Известия РАН. Серия физическая, 86, № 7, с. 1026-1030 (2022)

Рассмотрена одна из фундаментальных проблем теории генерации ветровых волн – существование разброса значений критической скорости ветра, при которой возникают устойчивые ветровые волны, крутизна которых растет вдоль разгона. Экспериментально показано, что одной из причин разброса значений критической скорости ветра, является наличие пленки примесей малой концентрации на поверхности воды.

Пол С., Де С. «Распространение косых изгибных гравитационных волн при наличии ступенчатого дна» Прикладная механика и техническая физика, 83, № 2, с. 25-36 (2022)

Предложена линеаризованная модель задачи о рассеянии изгибных гравитационных волн над ступенчатым океанским дном. Для решения краевой задачи используется метод разложения решения по собственным функциям. Решение задачи сведено к решению интегральных уравнений. Построены кривые зависимости коэффициентов отражения и прохождения от волнового числа при различных значениях параметров задачи. Точность вычислений подтверждается выполнением энергетического тождества. Проведено сравнение полученных результатов с известными данными.

Белоконь А.Ю., Михайличенко С.Ю. «Численное моделирование распространения и наката уединенных волн в мелководной зоне» Морской гидрофизический журнал, 37, № 6, с. 742-753 (2021)

Цель. Исследовать распространение солитонов в мелководном бассейне и оценить проявление нелинейных эффектов при накате волн на пологий берег; сопоставить оценки, полученные при помощи различных численных моделей, с имеющимися аналитическими зависимостями – цель настоящей работы. Методы и результаты. Представлены результаты численного моделирования, проведенного с помощью двух нелинейных моделей длинных волн – авторской модели и модели Simulating WAves till SHore (SWASH). Получены профили уединенной волны при ее распространении на участке бассейна постоянной глубины, сопряженного с наклонным дном. Процесс наката волн на берег моделировался при помощи алгоритма движения жидкости по сухому берегу. Показано, что при распространении солитона на участке постоянной глубины эффекты нелинейности проявляются в деформации профиля волны, а именно: с ростом начальной амплитуды волны и увеличением расстояния, пройденного волной, увеличивается крутизна переднего склона волны. Это, в свою очередь, приводит к возрастанию заплеска при накате волн на берег. Оценки высот наката, полученные в рамках разных численных моделей, хорошо согласуются. Выводы. Рассчитанные величины максимального наката волн на берег для недеформированных волн, длина которых равна длине пройденного пути, близки к оценкам, полученным аналитически. Для волн с деформированным профилем, крутизна переднего склона которых нарастает при распространении на большие расстояния, высоты заплеска увеличиваются с ростом начальной амплитуды волны, в этом случае аналитические оценки желательно заменять численными. Высота наката деформированных волн может превысить начальную амплитуду волны в четыре раза и более. Полученные в работе результаты могут оказаться полезными при проектировании берегозащитных сооружений с учетом проблем, связанных с сохранением экологии и экономики побережья.

Касаткин С.Б. «Энергетическая структура и кинематические характеристики звукового поля в инфразвуковом диапазоне частот» Гидроакустика, № 46, с. https://www.oceanpribor.ru/docs/SbGA46.pdf (2021)

Анализируются результаты ранее выполненных экспериментальных исследований звуковых полей с использованием комбинированных приёмников, образующих вертикально ориентированную двухэлементную антенну. Звуковое поле формировалось дискретными составляющими вально-лопастного звукоряда шумового сигнала НИС «Юрий Молоков» в инфразвуковом диапазоне частот 2–20 Гц. Глубина моря и рабочий диапазон частот исключали возможность возбуждения нормальных волн дискретного спектра в модельном волноводе Пекериса. 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 источником. 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. Ключевые слова: комбинированный приёмник, инфразвук, неоднородные волны Рэлея–Шолте, обобщённые (гибридные) волны, групповая скорость.