Развитие методов акустического зондирования неоднородной морской среды на принципах нелинейной акустики

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Приводится краткий обзор исследований акустического сигнала параметрической антенны в океане на мегаметровых дистанциях. Обсуждаются также особенности распространения широкополосного сигнала параметрической антенны в мелководном морском волноводе. В этом случае частотная дисперсия скорости распространения звука в морском волноводе позволяет обеспечить компрессию широкополосного одномодового сигнала. Такая компрессия приводит к росту эффективности зондирования морской среды. Обсуждается возможность ветвистого распространения направленного акустического излучения в неоднородном океане. Показано, что нелинейная акустика открывает новые, не реализуемые известными методами, возможности для применения гидроакустических антенн при дальнем распространении сигнала в неоднородной морской среде.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. Б. Есипов

Акустический институт им. Н.Н. Андреева; РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

Автор, ответственный за переписку.
Email: igor.esipov@mail.ru
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Зверев В.А., Калачев А.И., Степанов Н.С. К вопросу об использовании нелинейных эффектов в гидроакустике // Акуст. журн. 1967. Т. 13. № 3. С. 380–382.
  2. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. Л.: Судостроение, 1981.
  3. Наугольных К.А., Островский Л.А. Нелинейные волновые процессы в акустике. М.: Наука, 1990.
  4. Есипов И.Б., Попов О.Е., Воронин В.А., Тарасов С.П. Дисперсия сигнала параметрической антенны в мелком море // Акуст. журн. 2009. Т. 55. № 1. С. 56–61.
  5. Бреховских Л.M. Океан и человек: Настоящее и будущее. М.: Наука, 1987.
  6. Мюир Т.Дж., Голдсбери Т.Дж. Вопросы обработки сигналов в нелинейной акустике // Подводная акустика и обработка сигналов. Под ред. Бьерно Л. М.: Мир, 1985. 488 с. Muir T.G., Goldsberry T.G. Approaches to signal processing in nonlinear acoustics / in Underwater Acoustics and Signal Processing. Proc. of the NATO advanced study institute. Ed. by Leif Bjorno. Denmark, 1980.
  7. Зверев В.А. Как зарождалась идея параметрической акустической антенны // Акуст. журн. 1999. Т. 45. № 5. С. 685–692.
  8. Донской Д.М., Зайцев В.Ю., Наугольных К.А., Сутин А.М. Экспериментальные исследования поля мощного параметрического излучателя в мелком море // Акуст. журн. 1993. Т. 39. № 2. С. 266–274.
  9. Есипов И.Б., Калачев А.И., Соколов А.Д., Сутин А.М., Шаронов Г.А. Исследования дальнего распространения сигналов мощного параметрического излучателя // Акуст. журн. 1994. Т. 40. № 1. С. 71–75.
  10. Есипов И.Б., Зименков С.В., Калачев А.И., Назаров В.Е. Зондирование океанического вихря направленным параметрическим излучением // Акуст. журн. 1993. Т. 39. № 1. С. 173–176.
  11. Есипов И.Б., Попов О.Е., Воронин В.А., Тарасов С.П. Дисперсия сигнала параметрической антенны в мелком море // Акуст. журн. 2009. Т. 55. № 1. С. 56–61.
  12. Есипов И.Б., Попов О.Е., Солдатов Г.В. Компрессия сигнала параметрической антенны в мелководном волноводе // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 4. С. 490–498.
  13. Гурбатов С.Н., Зайцев В.Ю., Прончатов-Рубцов Н.В. О нелинейной генерации низкочастотного звука в рефракционном акустическом волноводе // Акуст. журн. 1989. Т. 35. № 4. С. 620–625.
  14. Зайцев В.Ю., Островский Л.А., Сутин А.М. Модовая структура поля параметрического излучателя в акустическом волноводе // Акуст. журн. 1987. Т. 33. № 1. С. 37–42.
  15. Colosi J.A., Baggeroer A.B., Birdsall T.G., Clark C., Cornuelle B.D., Costa D., Dushaw B.D., Dzieciuch M., Forbes A.M.G., Howe B.M., Menemenlis D., Mercer J.A., Metzger K., Munk W., Spindel R.C., Worcester P.F., and Wunsch C. A review of recent results on ocean acoustic wave propagation in random media: Basin scales. IEEE J. Ocean Eng. 1999.V. 24. P. 138–155.
  16. Patsyk A., Sivan U., Segev M. et al. Observation of branched flow of light // Nature. 2020. V. 583. P. 60–65. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2376-8
  17. Wolfson M.A. and Tomsovic S. On the stability of long-range sound propagation through a structured ocean // J. Acoust. Soc. Am. 2001. V. 109(6). P. 2693–2703.
  18. Moffett M.B. and Mellen R.H. Model for parametric acoustic source // J. Acoust. Soc. Am. 1977. V. 61. No 2. P. 325–337.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема формирования сигнала параметрической антенной: 1 — излучатель высокочастотной накачки, 2 — излучение высокочастотной накачки, модулированной по интенсивности, 3 — область нелинейного акустического взаимодействия, 4 — низкочастотный сигнал параметрического излучения.

Скачать (27KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Диаграмма направленности параметрической антенны в океане.  — частота 230 Гц, дистанция 200 км; ○ — частота 400 Гц, дистанция 200 км,  — частота 230 Гц, дистанция 1000 км.

Скачать (89KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Карта температуры поверхности океана в районе эксперимента. 1 и 2 — положения НИС АБК и НИС АНА соответственно. НИС АБК проходит последовательно станции от № 1 до № 5.

Скачать (164KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Угловые характеристики акустических сигналов, прошедшие через вихрь по трассам, согласно станциям НИС АБК на рис. 3.

Скачать (107KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Вертикальное распределение относительной амплитуды импульсов (красная) для частоты 15 кГц и 1-я мода собственной функции волновода (голубая) для экспериментального профиля звука и скорости звука в дне (продольной) 1600 м/с, плотность грунта 1700 кг/м3.

Скачать (85KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сигналы на вертикальной цепочке приемников, расстояние 1000 м. Частота 15 кГц (полоса фильтра 500 Гц), длительность импульса 2 мс.

Скачать (95KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость интенсивности сигнала от расстояния. 1 — Изотропная среда I(r) = I0(R/r)2; 2 — волноводное распространение I(r) = I0(R/r); 3 — частотная дисперсия I(r) = I0(R/r)T0/(T+τ).

Скачать (76KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Типичный вид ветвистого распространения в неоднородной среде [16]: (а) — иллюстрирует ограничение дифракции в каналах распространения сигнала, (б) — экспериментальное наблюдение дифракционного расширения гауссова пучка того же размера, что и в эксперименте (а), но в однородной среде, (в) — сравнение ширины пучка в канале, помеченном стрелкой на (а) с дифракционной шириной пучка в однородной среде на (б).

Скачать (213KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Модель распространения звука в неоднородном океане [17]. 1 — Стабильный пучок, выходящий из источника, расположенного в минимуме скорости звука. 2 — Нестабильный, ветвящийся пучок. l — пространственный масштаб неоднородности.

Скачать (89KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025