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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».