ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ АКУСТИЧЕСКИХ ЛОКАТОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В АТМОСФЕРЕ

  • Ж. Д. Бойченко Южный федеральный университет
  • В. А. Воронин Южный федеральный университет
  • Е. А. Казакова Южный федеральный университет
  • Е. А. Полтавцева Южный федеральный университет
  • С.С. Снесарев Южный федеральный университет
Ключевые слова: Параметрическая излучающая антенна, характеристики, скорость звука, неоднородная среда, вертикальное зондирования атмосферы

Аннотация

Рассматриваются особенности применения акустических излучающих параметриче-ских 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 излучаю-щие антенны в силу особенностей формирования виртуальной антенны сохраняют одина-ковую характеристику направленности на всех частотах генерируемых в среде волн. Од-нако неоднородность среды взаимодействия волн накачки влияет на амплитуду генерируе-мых волн. Целью работы является оценка влияния изменения скорости распространения акустических волн при различных температурах среды на параметры образованных в ре-зультате взаимодействия волн. В работе ставится задача определения влияния изменения скорости звука на характеристики параметрической антенны на основе решения уравне-ния 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 вертикально-го распределения температуры в атмосфере, оцениваются преимущества и недостатки существующих методов и делается вывод о возможности использования излучающей аку-стической параметрической антенны для определения вертикального распределения тем-пературы в атмосфере. Для определения влияния изменения скорости распространения волн на характеристики параметрической антенны на основе модифицированного уравне-ния Хохлова-Заболотской-Кузнецова для неоднородной среды приводится решение, в кото-ром в явном виде обозначено изменение скорости распространения по пути распростране-ния волн. Приводятся оценки изменения и делается вывод о несущественном влиянии на амплитуду генерируемого сигнала.

Литература

1. Landau L.D., Lifshits E.M. Mekhanika sploshnykh sred [Mechanics of continuous media]. Moscow: Nauka, 1988, 356 p.
2. Novikov B.K., Rudenko O.V., Timoshenko V.I. Nelineynaya gidroakustika [Nonlinear hydroacoustics]. Leningrad: Sudostroenie, 1981, 264 p.
3. Krasnenko N.P. Akusticheskoe zondirovanie atmosfery [Acoustic sounding of the atmos-phere]. Novosibirsk: Nauka, 1986, 166 p.
4. Kuznetsov V.P. Fazovyy metod akusticheskogo distantsionnogo zondirovaniya okeana [Phase method of acoustic remote sensing of the ocean. In the book: Modern problems of thermohydrometric ocean], Sovremennye problemy termogidromekhaniki okeana: Mater. I Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii po termogidromekhanike okeana. RAN, Institut okeanologii im. P.P. Shirshova RAN, 2017 [Proceedings of the I International scien-tific and technical conference on ocean thermohydromechanics. Russian Academy of Sciences Institute of Oceanology P. p. Shirshov Russian Academy of Sciences. 2017], pp. 80-82.
5. Isakovich M.A. Obshchaya akustika [General acoustics]. Moscow: Izd-vo «Nauka», 1973, 496 p.
6. Miller L.E. Molecular weight of air of high altitude, J. Geoph. Res., 1957, Vol. 62, No. 3.
7. Teplofizicheskie svoystva veshchestv [Thermophysical properties of substances], ed. by Vargaftika N.B. Moscow: Gosenergoizdat, 1956.
8. Alaev A.N., Laptev M.V., Petrov G.A. Vliyanie antennykh sistem na informatsionnye potoki v akusticheskikh sodarakh [Influence of antenna systems on information flows in acoustic reser-voirs], IV Nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya s mezhdunarodnym uchastiem «Nauka nastoyashchego i budushchego», 24-25 marta 2016 g., Sankt-Peterburg [IV Scientific and technical conference with international participation "Science of the present and future", March 24-25, 2016, St. Petersburg].
9. Borisov S.A. O vliyanii plavnykh profiley skorosti zvuka na amplitudu zvukovogo davleniya na osi parametricheskoy antenny pri vertikal'nom zondirovanii okeana [On the influence of smooth sound velocity profiles on the amplitude of sound pressure on the axis of the paramet-ric antenna during vertical ocean sounding], Izvestiya TRTU [Izvestiya TSURE], 1999, No. 4 (14), pp. 127-133.
10. Kuznetsov V.P. Akusticheskie metody dlya distantsionnogo izmereniya vertikal'nogo ras-predeleniya skorosti zvuka v okeane [Acoustic methods for remote measurement of the verti-cal distribution of sound velocity in the ocean], Akustika okeana: Doklady XV shkoly-seminara im. akad. L.M. Brekhovskikh, sovmeshchennoy s XXIX sessiey Rossiyskogo Akusticheskogo Obshchestva. Ser. "Izdaniy trudov shkoly-seminara im. akad. L.M. Brekhovskikh" [Acoustics of the ocean: Reports XV school-seminar. Acad. L.M. Brekhovskikh, combined with the XXIX session of The Russian Acoustic Society. Ser. "Publication of the proceedings of the school-seminar. Acad. L. M. Brekhovskikh"], 2016, pp. 131-134.
11. Voronin V.A., Kazakova E.A., Snesarev S.S. Izluchayushchaya parametricheskaya akusticheskaya antenna dlya issledovaniya nekotorykh kharakteristik vozdushnykh sred [Radi-ating parametric acoustic antenna for the study of some characteristics of air environments], Modern engineering and innovative technologies. Karsluhe, Germany, 2018, Issue № 5, Vol. 2, pp. 90-95.
12. Burov V.A., Evtukhov S.N., Tkacheva A.M., Rumyantseva O.D. Akusticheskaya tomografiya nelineynogo parametra s pomoshch'yu malogo chisla preobrazovateley [Acoustic tomography of the nonlinear parameter by means of the small number of converters], Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 2006, Vol. 52, No. 6, pp. 760-776.
13. Gurbatov S.N., Pronchatov-Rubtsov N.V. O vliyanii regulyarnykh i sluchaynykh neodnorodnostey sredy na kharakteristiki parametricheskikh izluchateley [On the influence of regular and random inhomogeneities of the medium on the characteristics of parametric emit-ters], Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 1982, XXVIII, No. 6, pp. 770-775.
14. Voronin V.A., Tarasov S.P., Timoshenko V.I. Gidroakusticheskie parametricheskie sistemy [Hydroacoustic parametric systems]. Rostov-on-Don: Rostizdat, 2004, 400 p.
15. Nelineynaya akustika v okeanologii: monografiya [Nonlinear acoustics in Oceanology: mono-graph], ed. by Kuznetsova V.P. Moscow: Fizmatlit, 2010.
16. Voronin V.A., Kuznetsov V.P., Mordvinov B.G., Tarasov S.P., Timoshenko V.I. Nelineynye i parametricheskie protsessy v akustike okeana [Nonlinear and parametric processes in ocean acoustics]. Rostov-on-Don: Rostizdat, 2007, 448 p.
17. Il'in V.A., Sadovnichiy V.A., Sendov Bl.Kh. Matematicheskiy analiz [Mathematical analysis]. In 2 vol. Moscow: Izd-vo MGU, 1985, Part 1, 662 p. 1987, Part 2, 358 p.
18. Piskunov N.S. Differentsial'noe i integral'noe ischisleniya [Differential and integral calculus]. In 2 vol. Moscow: Fizmatlit, 1996, 416 p.
19. Kanev N.G. Akusticheskiy metod izmereniya temperatury i vlazhnosti vozdukha v pomeshcheniyakh [Acoustic method of measuring temperature and humidity in the premises], Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 2014, Vol. 60, No. 3, pp. 332 -335.
20. Gostev V.S., Neklyudov V.I., Tolkachev V.Ya., Shvachko R.F. Issledovanie akusticheskikh metodov monitoringa vnutrennikh vodoemov [Research of acoustic methods of monitoring of internal reservoirs] Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 1995, Vol. 41, No. 2, pp. 232-234.
Опубликован
2020-06-29
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА