Интерференционная структура низкочастотного звукового поля на океанском шельфе, страница 4

Спектрограмма, сформированная всеми модами (а), только донно-поверхностными(б), только донными (в). Чёрная сплошная линия на рис. (б) – модельные частотныесмещения для баротропного прилива, рассчитанные по экспериментальным записямвариаций глубины волновода. Чёрная сплошная и чёрная штриховая линии на рис. (в) –модельные частотные смещения при бароклинном приливе, пересчитанные из флуктуацийтемпературы на термисторах, помещённых в термоклин и расположенных в конце исередине акустической трассы, соответственно.

Время t = 0 ч отвечает времени 00ч 00мин00с 1 августа 2006 года.На основе предложенной методики и используя данные натурногоэксперимента Shallow Water ’06, демонстрируется возможность одновременнойоценки средних по трассе амплитуд баротропного и бароклинного приливов. В22этом эксперименте одна из стационарных акустических трасс длиной 17 кмбыла организована вдоль шельфа так, что внутренние волны, в том числебароклинный прилив, пересекали её под углом, близким к прямому, т.е.условие (5) выполнялось.Амплитуда возмущения пропорциональна изменению дисперсионнойхарактеристики соответствующей группы мод и связана с частотнымсмещением посредством корректирующего множителя, который зависит толькоот частоты излучения и типа возмущения [8].

Определение корректирующихмножителей для двух типов приливов проводится в рамках численногомоделирования. Модельные смещения рассчитываются по данным точечныхизмеренийамплитудыосуществлённыхгидростатическогоэкспериментесбароклинногопомощьюдавлениячастотныхибаротропноготермисторнойсоответственно.смещенийсцепочкиСравнениемодельнымиприливов,идатчикаполученныхсмещениямивдлябаротропного и бароклинного приливов подтверждает работоспособностьпредложенной методики (см. рис.10).В Заключении приводятся основные результаты работы.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1.Численным моделированием установлено, что фоновые внутренниеволны и ветровое поверхностное волнение приводят к изменению на несколькодецибел средних потерь при дальнем распространении низкочастотного звукапо сравнению с невозмущённым волноводом.2.Показано, что качество фокусировки временным обращением волн прииспользовании одиночного обращающего элемента близко к максимальномудля звуковых сигналов с относительной шириной полосы частот не менеенесколькихдесятковпроцентов.Дляэффективнойфокусировкиквазигармонических сигналов следует применять вертикальные антенны,23перегораживающие весь волновод, причём расстояние между их элементами недолжно превышать половины вертикального размера фокусного пятна.3.В численных экспериментах продемонстрировано, что при временномобращении поверхностные волны приводят в первую очередь к увеличениюгоризонтальных размеров фокусного пятна.

Фоновые внутренние волныопределяют азимутальный угловой размер области фокусировки и могутполностью разрушить фокусное пятно за время их корреляции.4.Предложены и апробированы алгоритмы повышения устойчивостифокусировки в присутствии фоновых внутренних волн, основанные наадаптивной обработке сигналов от пробного источника, а также на обращениизвукового поля, сформированного только из донных волноводных мод.5.Получены статистические оценки флуктуаций фазы сфокусированногоквазигармонического звукового поля в присутствии короткопериодных (< 1 ч)фоновых внутренних волн и ветрового волнения.

Показано, что в фокусномпятне эти флуктуации минимальны. Определены минимальные вариации длиныстационарнойакустическойтрассы,которыеможнозарегистрироватьфазовыми методами.6.Развита корреляционная теория частотных смещений интерференционнойструктурызвуковогополявслучайно-неоднородноммелководномакустическом волноводе. Установлена связь между временным спектромчастотных смещений и пространственно-временным спектром флуктуацийдисперсионной характеристики волновода.7.Предложена и апробирована на основе данных натурного экспериментаShallow Water ’06 методика одновременного восстановления интегральныххарактеристик баротропного и бароклинного приливов по измерениямчастотных смещений интерференционной структуры, отвечающих различнымгруппам волноводных мод.24Цитируемая литература:1.Кацнельсон Б.Г., Петников В.Г. Акустика мелкого моря. М.: Наука, 1997.197 с.2.Лучинин А.Г., Хилько А.И.

Низкочастотная акустическая томографиямелкого моря с использованием маломодовых импульсов // Акуст. Журн. 2005.Т.51, № 2. С. 228-241.3.Kuperman W.A., Hodgkiss W.S., Song H.C., Akal T., Ferla C., Jackson D.R.Phase conjugation in the ocean: Experimental demonstration of an acoustic timereversal mirror // J. Acoust. Soc. Am. 1998. V. 103(1). P. 25-40.4.Стромков А.А. Особенности фокусировки систем обращения времени вмелком море // Труды ХХ сессии РАО. М.: ГЕОС, 2008.

С. 315–319.5.Munk W.H., Worcester P., Wunsch C. Ocean Acoustic Tomography. CambridgeUniversity Press, 1995. 433 pp.6.Чупров С.Д. Интерференционная структура звукового поля в слоистомокеане // Акустика океана. Современное состояние / Под ред. Л.М. Бреховских иИ.Б. Андреевой. М.: Наука, 1982. С. 71-91.7.Орлов Е.Ф. Интерференционная структура широкополосного звука вокеане // Проблемы акустики океана / Под ред.

Л.М. Бреховских иИ.Б. Андреевой. М.: Наука, 1984. С. 85-93.8.Kuz'kin V.M., Lyakhov G.A., Pereselkov S.A. Method for measuring thefrequency shifts of interference maxima in monitoring of dispersion media: theory,implementation, and prospects // Phys. of Wave Phen. 2010.

V. 18(3). P. 196-222.9.Newhall A.E. et al. Acoustic and oceanographic observations and configurationinformation for the WHOI moorings from the SW06 experiment / Woods HoleOceanog. Inst. Tech. Rept. 2007.10. КузькинВ.М.,ЛавроваО.Ю.,ПересёлковС.А.,ПетниковВ.Г.,Сабинин К.Д. Анизотропное поле фоновых внутренних волн на морскомшельфе и его влияние на распространение низкочастотного звука // Акуст.журн. 2006. Т.52, №1.

С. 74-86.25Основныерезультатыдиссертацииотраженывследующихпубликациях:1.Луньков А.А., Оппенгейм В.Д., Пересёлков С.А., Петников В. Г. Дальняяреверберацияпри сканированиисфокусированным звуковым полем вмелководном волноводе // Сборник трудов XIX сессии РАО, М.: ГЕОС. 2007.Т. 2. С. 300–304.2.ЛуньковА.А,ПересёлковС.А.,ПетниковВ.Г.Поверхностнаяреверберация в мелком море при использовании сфокусированного излучения //Акуст. Журн. 2008.

Т. 54, № 6. С. 971–980.3.Lunkov A.A., Pereselkov S.A. Sound Focusing and Scanning in shallow waterwith background internal wave field // Proceedings of the 9th European Conferenceon Underwater Acoustics, ECUA 2008. Paris, France. P. 339–344.4.Луньков А.А., Петников В.Г., Линч Дж.Ф.

Затухание звука на морскомшельфе в присутствии внутренних и поверхностных волн // Акустика океана.Сборник трудов XII школы-семинара им. акад. Л.М. Бреховских, М.: ГЕОС.2009. C. 107–110.5.Луньков А.А., Петников В.Г., Стромков А.А. Особенности фокусировкинизкочастотных звуковых полей в мелком море // Акустика океана. Сборниктрудов XII школы-семинара им. акад. Л.М. Бреховских, М.: ГЕОС, 2009.C.

111–114.6.Lunkov A.A., Petnikov V.G. Effect of random hydrodynamic inhomogeneitieson low-frequency sound propagation loss in shallow water // J. Acoust. Soc. Am.2009. V. 126, No. 4. P. 2173.7.Petnikov V.G., Lunkov A.A. Low frequency sound field focusing in shallowwater // J. Acoust. Soc. Am. 2009. V. 126, No. 4.

P. 2305.8.Луньков А.А., Петников В.Г., Стромков А.А. Особенности фокусировкинизкочастотных звуковых полей в мелком море // Акуст. Журн. 2010/ Т. 56, №2. С. 256–262.269.Луньков А.А., Петников В.Г. Влияние случайных гидродинамическихнеоднородностей на затухание низкочастотного звука в мелком море // Акуст.Журн. 2010. Т. 56, № 3. С. 364–372.10. Луньков А.А., Петников В.Г., Стромков А.А. Применение обращениявремени для фокусировки монопольных преобразователей в мелководныхволноводах // Cборник трудов XXII сессии Российского акустическогообщества и сессии Научного совета по акустике РАН, М.: ГЕОС.

2010. С. 202206.11. Кузькин В.М., Линч Дж.Ф., Луньков А.А., Петников В.Г. Акустическиймониторинг приливных колебаний на основе информации о частотныхсмещениях интерференционной структуры звукового поля в мелком море //Cборник трудов XXII сессии Российского акустического общества и сессииНаучного совета по акустике РАН, М.: ГЕОС.

2010. С. 282-286.12. Lunkov A.A., Petnikov V.G. Acoustic field focusing in shallow water usingtransceivers with restricted frequency band and vertical array with limited number ofsound transceivers // Proceedings of the 10th European Conference on UnderwaterAcoustics, ECUA 2010. Istanbul, Turkey. P.

629–635.13. Kuz'kin V.M., Lunkov A.A., Lynch J.F., Petnikov V.G. Acoustic monitoring oftide characteristics in summer conditions in the Shallow Water’06 experiment //Proceedings of the 10th European Conference on Underwater Acoustics, ECUA 2010.Istanbul, Turkey. P. 795–801.14. Кузькин В.М., Луньков А.А., Пересёлков С.А. Корреляционный методизмерения частотных сдвигов максимумов звукового поля, вызванныхвозмущениями океанической среды // Акуст.