Исследование спектральных характеристик реверберации в мелком море при разнесении в пространстве точек излучения и приема сигнала

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы характеристики реверберационной помехи, возникающей в морской среде при излучении длинных тональных импульсов в бистатической схеме акустического зондирования. При зондировании тональными импульсами обеспечивается необходимое разрешение для исследования как доплеровского спектра, так и временного развития реверберационного сигнала. Представленная теоретическая модель применима и к прямым задачам — прогноз характеристик реверберации при заданном состоянии моря, и к обратным задачам — определение свойств морской среды, главным образом ее приповерхностного слоя, по результатам акустического зондирования. Модель основана на представлении рассеянного сигнала в виде суперпозиции отражений от распределенных по глубине рассеивателей, движущихся по круговым траекториям со скоростями, определяемыми максимальной амплитудой и периодом ветровых волн. Статья является продолжением цикла работ авторов и расширяет применимость полученных ранее результатов на случай существенно разнесенных источников и приемников звука. Результаты моделирования находят подтверждение в экспериментальных данных по таким параметрам, как ширина доплеровского спектра и закон спадания интенсивности реверберации во времени.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Б. М. Салин

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Email: mikesalin@ipfran.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова 46

В. В. Баханов

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Email: mikesalin@ipfran.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова 46

О. Н. Кемарская

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Email: mikesalin@ipfran.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова 46

М. Б. Салинa

Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: mikesalin@ipfran.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова 46

Список литературы

  1. Луньков А.А. Интерференционная структура низкочастотных реверберационных сигналов в мелком море // Акуст. журн. 2015. Т. 61. № 5. С. 596–604.
  2. Hartstra I., Colin M., Prior M. Active sonar performance modelling for Doppler-sensitive pulses // Proc. Meetings on Acoustics. 2021. V. 44. Article No. 022001. P. 1–12.
  3. Ellis D.D. Modeling and Analysis of Target Echo and Clutter in Range-Dependent Bistatic Environments: FY13 Annual Report for ONR // Defence Research Reports, Canada, 2014. Doc. No.: DRDC Atlantic ECR 2013-154. URL: http://cradpdf.drdc-rddc.gc.ca/PDFS/unc155/p539342_A1b.pdf
  4. Салин Б.М., Кемарская О.Н., Молчанов П.А., Салин М.Б. Исследование механизма уширения спектра низко-частотного реверберационного сигнала при рассеянии звука на приповерхностных неоднородностях в условиях интенсивного ветрового волнения // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 3. С. 314–322.
  5. Салин Б.М., Салин М.Б. Механизмы формирования спектральных характеристик низкочастотной реверберации и прогнозные оценки // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 2. С. 197–206.
  6. Салин М.Б., Ермошкин А.В., Разумов Д.Д., Салин Б.М. Модели формирования доплеровского спектра поверхностной реверберации для звуковых волн метрового диапазона // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 5. С. 595–607.
  7. Андреева И.Б. Сравнительные оценки поверхностного, донного и объемного рассеяния звука в океане // Акуст. журн. 1995. Т. 41. № 5. С. 699–705.
  8. Акуличев В.А., Буланов В.А. Акустические исследования мелкомасштабных неоднородностей в морской среде. Владивосток: ТОИ ДВО РАН, 2017. С. 182–188.
  9. Салин М.Б., Потапов О.А., Стуленков А.В., Разумов Д.Д. Исследование распределения реверберационной помехи по частотам Доплера в бистатическом эксперименте в глубоком море // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 1. С. 34–41.
  10. Ermoshkin A.V., Kosteev D.A., Ponomarenko A.A., Razumov D.A., Salin M.B. Surface Waves Prediction Based on Long-Range Acoustic Backscattering in a Mid-Frequency Range // J. Mar. Sci. Eng. 2022. V. 10. No. 6. Article No. 722. P. 1–18. https://doi.org/10.3390/jmse10060722
  11. Бурдуковская В.Г., Хилько А.И., Коваленко В.В., Хилько А.А. Анализ влияния длинных поверхностных волн на формирование рассеянного ветровым волнением акустического поля в океанических волноводах // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 6. С. 763–773.
  12. Андреев М.Ю. Зависимость интенсивности дальней бистатической реверберации от размера базы // Акуст. журн. 1993. Т. 39. № 4. С. 751–754.
  13. Андреева И.Б., Волкова А.В., Галыбин Н.Н. Обратное рассеяние звука морской поверхностью при малых углах скольжения // Акуст. журн. 1980. Т. 26. № 4. С. 481–487.
  14. Григорьев В.А., Кузькин В.М., Петников В.Г. Низкочастотная донная реверберация в мелководных районах океана // Акуст. журн. 2004. Т. 50. №1. С. 44–54.
  15. Janssen P. The interaction of ocean waves and wind. Cambridge University Press, 2004. P. 43-47.
  16. Ocean-Wave Spectra // WikiWaves [website] URL: https://wikiwaves.org/Ocean-Wave_Spectra , access date: 02-08-2023.
  17. Лебедев А.В., Салин Б.М. Исследование эффектов локализации областей рассеяния звука на ветровом волнении // Акуст. журн. 2004. Т. 50. № 6. С. 813–826.
  18. Салин Б.М., Салин М.Б., Spindel R.C. Расчет спектра реверберацонной помехи для доплеровской схемы локации // Акуст. журн. 2012. Т.58. № 2. С. 258–266.
  19. Jenserud T., Ivansson S. Measurements and Modeling of Effects of Out-of-Plane Reverberation on the Power Delay Profile for Underwater Acoustic Channels // IEEE J. Oceanic Engineering. 2015. V. 40. No. 4. P. 807–821.
  20. Григорьев В.А., Луньков А.А., Петников В.Г. Затухание звука в мелководных акваториях с газонасыщенным дном // Акуст. журн. 2015. Т. 61. №1. С. 90–100.
  21. Шулейкин В.В. Физика моря. М.: Наука, 1968. 1090 с.
  22. Пери А.Х., Уокер Дж.М. Система океан-атмосфера. Л.: Гидрометеоиздат, 1979.
  23. Абузяров З.К. Морское волнение и его прогнозирование. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 166 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Зависимость среднеквадратичной скорости течения, создаваемого волнами на поверхности моря и в приповерхностном слое эффективной толщиной z0 = 30 м, вычисленные как функции значимой высоты волн для модельных зависимостей Пирсона–Московица (П-М) и JONSWAP, а также измеренные в эксперименте.

Скачать (92KB)
3. Рис. 2. Условная схема для определения зон рассеяния. Эллиптические кривые определяют области с равной суммарной задержкой по пути из источника (И) в приемник (П). Пунктирные сектора имеют ширину 30°.

Скачать (102KB)
4. Рис. 3. Возможные значения поправки к доплеровской скорости частиц в случаях различного направления прихода волн: сплошная кривая — волнение вдоль трассы, штриховая линия — поперек, горизонтальная линия — опорное значение .

Скачать (57KB)
5. Рис. 4. Спектры реверберационного сигнала, выраженные в дБ относительно условной единицы, измеренные с задержками 2, 4, … 18 с. Сверху — ненаправленный прием, внизу — направленный прием.

Скачать (138KB)
6. Рис. 5. Усредненные спектры реверберационных сигналов, максимум приведен к уровню −10 дБ. Сплошные линии 1 и 2 — измерение в интервале задержек: черная кривая 1 — t ∈ 2…7 с и серая кривая 2 — t ∈ 8…11 с. Штрих 3 и штрих-пунктир 4 — расчет. Узкая черная кривая 5 — прямой сигнал и 6 — расчет без волнения. Сигналы приняты (а) — одиночным гидрофоном; (б, в) — антенной с двух направлений. В расчетной модели в данном разделе не фигурирует направленность антенны.

Скачать (120KB)
7. Рис. 6. Усредненные по 39 импульсам временные зависимости уровней реверберации на центральной частоте анализатора (полоса частот ~ 0.5 Гц) для 5 независимых измерений, обозначенных рабочими номерами (1–5) и разнесенных по времени на несколько суток. Аналитические зависимости представлены кривыми “теор. А” — построено по формуле (16), “теор. Б” — построено по аналогичной формуле, выведенной для “закона 3/2”, “теор. В” — закон спадания, полученный аппроксимацией экспериментальных данных. Все кривые построены относительно условного уровня.

Скачать (106KB)

© Российская академия наук, 2025