Статья

Название статьи ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МОРСКОЙ СРЕДЫ МЕТОДАМИ НЕЛИНЕЙНОЙ АКУСТИКИ
Автор Г. Н. Серавин, И. И. Микушин, С. П. Тарасов
Рубрика РАЗДЕЛ IV. СВЯЗЬ, НАВИГАЦИЯ И НАВЕДЕНИЕ
Месяц, год 01, 2018
Индекс УДК 551.463.224: 534.222
DOI
Аннотация Задача определения гидрофизических характеристик морской среды по зафиксированным значениям излученных и принятых отражённых акустических сигналов от естественных рассеивателей в морской среде, без непосредственного измерения самих характеристик с помощью корабельных погружающихся зондов, является в настоящее время особенно актуальной. Оценка влияния вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) от поверхности до дна в морском волноводе производится непосредственно перед использованием различной гидроакустической аппаратуры, установленной на судне либо на автономном необитаемом подводном аппарате. Возможность использования информации о гидрофизических характеристиках волновода распространения гидроакустических сигналов при обнаружении подводной цели может значительно повысить эффективность использования судовой гидроакустической аппаратуры. Проводились исследования и разработки дистанционных методов измерения вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) с помощью так называемых параметрических антенн, принцип действия которых основан на нелинейном взаимодействии акустических волн в морской среде. Рассмотрены возможности использования двух нелинейных эффектов для измерения дистанционным методом вертикального распределения скорости звука. Проведен анализ возможности использования рассеяния звука на звуке для дистанционного определения вертикального распределения скорости звука. Энергетические соотношения показали, что рассеянный из области пересечения акустических пучков сигнал разностной частоты, в принципе, может быть достоверно принят. Для решения обратной задачи используется алгоритм восстановления искомого ВРСЗ способом дискретизации. Производится аппроксимация искомой функции отрезками в водной среде, представленной в виде слоев с постоянными вертикальными градиентами скорости звука. Проанализирована возможность определения ВРСЗ на основе вторичного эффекта фазовой модуляции волн накачки волной разностной частоты. Для выделения фазы необходимо на выходе антенны из суммарного высокочастотного электрического сигнала отфильтровать сигнал с комбинационной частотой и сформировать опорный электрический сигнал с такой же частотой. Сигналы подаются на соответствующие входы фазометра, на выходе которого и будет иметь место электрический сигнал фазы, который преобразуется в цифровую форму и поступает в вычислительный блок. Рассмотрены погрешности метода. Отмечается, что довольно значительная величина погрешности не позволяет рассматривать метод определения ВРСЗ на основе вторичного эффекта фазовой модуляции волн накачки волной разностной частоты, в качестве перспективного для внедрения в практику измерений. Рассмотрена возможность практической реализации предлагаемых методов.

Скачать в PDF

Ключевые слова Скорость звука; дистанционный метод; нелинейное взаимодействие; акустические волны; вертикальное распределение скорости звука.
Библиографический список 1. Новиков В.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. – Л.: Судостроение, 1981. – 264 с.
2. Руденко О.В., Солуян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики. – М.: Наука, 1975. – 287 c.
3. Зверев В.А., Калачев А.И. Измерение рассеяния звука звуком при наложении параллельных пучков // Акустический журнал. – 1968. – Т. 14. – Вып. 2. – С. 214-220.
4. Зверев В.А., Калачев А.И. Излучение звука из области пересечения звуковых пучков // Акустический журнал. – 1969. – Т. 15. – Вып. 3. – С. 369-376.
5. Pat. 5402393 USA. Cl. G01S 15/58. Non-invasive acoustic velocimetric apparatus and method / Konrad W.L. Filed 14.03. 1994. Publ. 28.03. 1995.
6. Донской Д.М., Сутин А.М. Рассеяние звука, обусловленное нелинейностью среды // Акустический журнал. – 1980. – Т. 26. – Вып. 3. – С. 411-415.
7. Дремучев С.А., Селиванов В.Г., Чепурин Ю.А. Исследование акустического зонда в океанологических измерениях // Океанология. – 1989. – Т. 29. – Вып. 4. – С. 680-683.
8. Бухгейм А.Л., Зенкова Н.П. О решении одного интегрального уравнения первого рода // Вопросы корректности задач математической физики. – Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1977. – С. 23-31.
9. Воронин В.А., Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Гидроакустические параметрические системы. – Ростов-на-Дону: Ростиздат, 2004. – 400 с.
10. Воронин В.А., Пивнев П.П., Тарасов С.П. Построение широкополосных и сверхширокополосных антенн гидроакустических поисковых средств // Труды Х1 Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики (ГА-2011)».
– Санкт-Петербург: Наука, 2012. – С. 108-111.
11. Борисов С.А. Дистанционное зондирование океана / под ред. проф. В.И. Тимошенко.
– Таганрог: ТРТУ. – 2001. – 278 с.
12. Борисов С.А. Гидроакустические параметрические и электретные антенны в решении задач дистанционного зондирования поля скорости звука океана: Автореферат дисс. … д-ра техн. наук. – Таганрог: ТРТУ, 2001. – 28 с.
13. Борисов С.А., Борисов А.С., Серавин Г.Н. Способ измерения вертикального распределения скорости звука в водной среде / Заявка 2012134947 от 15.08.2012. Опубл. 20.02.2014. Бюллетень изобретений № 5.
14. Зверев В.А., Калачев А.И. Измерение взаимодействия звуковых волн в жидкости // Акустический журнал. – 1958. – Т. 4. – Вып. 4. – С. 321-324.
15. Зверев В.А., Калачев А.И. Модуляция звука звуком при пересечении акустических волн // Акустический журнал. – 1970. – Т. 16. – Вып. 2. – С. 245-251.
16. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. – М.: Наука, 1971. – 192 с.
17. Ольшевский В.В. Статистические свойства морской реверберации. – М.: Наука, 1966.
– 202 с.
18. Воронин В.А., Кузнецов В.П., Мордвинов Б.Г., Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Нелинейные и параметрические процессы в акустике океана. – Ростов-на-Дону: Ростиздат, 2007. – 448 с.
19. Esipov I.B., Popov O.E., Voronin V.A., and Tarasov S.P. Dispersion of the signal of a parametric array in shallow water // Acoust. Phys. – 2009. – Vol. 55 (1). – P. 76-80.
20. Кузнецов В.П. Нелинейная акустика в океанологии. – М.: Физматлит, 2010. – 264 с.

Comments are closed.