АЛГОРИТМ АКУСТИЧНОЇ ТОМОГРАФІЇ З ВИЗНАЧЕННЯ ПРОСТОРОВОЇ ІЗОТРОПНОСТІ ГІДРОАКУСТИЧНОГО ПОЛЯ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2022.03.07Ключові слова:
гідроакустика, рефракція, акустична томографія, просторовий спектральний аналіз, функція когерентності, вертикальний розподіл швидкості звуку, акустичної тініАнотація
Однією з первинних характеристик морського середовища є швидкість звуку, яка дуже чутливо відображає найменші його зміни. Причому, ця характеристика є інтегральною, цілісною. Вона нероздільно характеризує стан системи, який формується цілим комплексом впливів та реакцій на них. Розділяючи впливи та реакції на відомі на даному етапі розвитку фізики, так звані, температуру, солоність, тиск, ми нібито спрощуємо систему та її розуміння, а насправді заплутуємося, надаючи якомусь із факторів дуже великого, чи дуже малого значення (можливостей впливу на систему). Акустична томографія базується, у тому числі, на опромінюванні звуком морського середовища та аналізі прийнятого сигналу на предмет оцінки змін його характеристик після проходження через водний простір. Зміни характеристик акустичного сигналу можуть відбуватися з річних причин, однією з яких є просторові зміни вертикального розподілу швидкості звуку. В результаті теоретичних досліджень у напрямку пасивної акустичної томографії, методами моделювання рефракції акустичних хвиль, вперше визначено новий тип кількісних характеристики акустичного поля. Запропоновано принцип визначення відповідної опорної характеристики акустичного поля, на підставі чого розроблене підґрунтя для створення алгоритмів відновлення вертикального розподілу швидкості звуку. Алгоритм визначення опорної характеристики, у тому числі, включає розрахунок втрат акустичної енергії, який переводиться у частотну область для визначення позитивного екстремуму амплітудного спектру і розрахунку опорної характеристики регіонального акустичного поля у часовій області. Адаптовано один з низки алгоритмів визначення просторової ізотропності вертикального розподілу швидкості звуку. Впровадження зазначеного алгоритму пасивної акустичної томографії забезпечить корабельні гідролокатори вхідними даними для визначення глибини, що підвищить безпеку мореплавства.
Посилання
Joel D. Simon, Frederik J. Simons, Jessica C. E. Irving Recording earthquakes for tomographic imaging of the mantle beneath the South Pacific by autonomous MERMAID floats. Geophysical Journal International, 2022, Vol. 228, рр. 147–170, doi: 10.1093/gji/ggab271.
Sirawich Pipatprathanporn, Frederik J. Simons. One year of sound recorded by a MERMAID float in the Pacific: hydroacoustic earthquake signals and infrasonic ambient noise. Geophysical Journal International, 2022, Vol. 228, pp. 193–212, doi:10.1093/gji/ggab296.
Schneider Jens, Greinert Jens, Chapman N. R. Rabbel, Wolfgang and Linke Peter. Acoustic imaging of natural gas seepage in the North Sea: Sensing bubbles under control of variable currents. Limnology and Oceanography: Methods, 2010, Vol. 8, pp. 155–171. doi: 10.4319/lom.2010.8.155.
Muriel Dunn, Len Zedel. Evaluation of discrete target detection with an acoustic Doppler current profiler. Limnology and Oceanography: Methods, 2022, Vol. 20, pp. 249–259, doi: 10.1002/lom3.10484.
Joel Simon, Frederik Simons, Guust Nolet. Multiscale Estimation of Event Arrival Times and Their Uncertainties in Hydroacoustic Records from Autonomous Oceanic Floats. Bulletin of the Seismological Society of America, 2020, рр. 970–997, doi: 10.1785/0120190173.
Junki Baek, Byungjun Kang, Chanryeol Rhyou, Hyungsuk Lee. Effect of the sound speed mismatch between fluid and channel on the particle alignment in a standing surface acoustic wave device. Sensors and Actuators B: Chemical, 2021, рр. 346, doi: 10.1016/j.snb.2021.130442.
Lin Zhang, Liang-long Da, Xue-hai Sun, Wen-jing Chen. A hybrid algorithm of underwater structure vibration and acoustic radiation-propagation in ocean acoustic channel. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 2020, Vol.12, pp. 680–690, doi: 10.1016/j.ijnaoe.2020.07.008.
Hyungbeen Lee, Hyoung Sul La, Donhyug Kang, Sang Hoon Lee. Vertical distribution of the sound-scattering layer in the Amundsen Sea, Antarcticа. Polar Science, 2018, Vol. 15, pp. 55–61, doi: 10.1016/j.polar.2017.12.003.
Elson La, Manik Henry M., Hestirianoto Totok, Pujiyati Sri. Quantification Of Seabed Acoustic Backscatter Strength Using Scientific Single Beam Echosounder. Jurnal Ilmu Dan Teknologi Kelautan Tropis, 2022, Vol. 14, pp. 15–30, doi 10.29244/jitkt.v14i1.37184.
Lubis M. Z., Anurogo W., Chayati S. N., Sari L. R., Taki H. M. And S Pujiyati. Side-scan sonar investigations and marine seismic of identification object(Conference Paper). Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1442, Basic and Applied Sciences Interdisciplinary Conference, 2017, doi: 10.1088/1742-6596/1442/1/012004.
Goncharov V. V., Kuryanov B. F. Lokal'naya akusticheskaya tomografiya neodnorodnostej v pridonnom termokline melkogo moray [Local acoustic tomography of inhomogeneities in the near-bottom thermocline of a shallow sea]. Acoustics of the ocean, reports of the XIII school-seminar. acad. L. M. Brekhovsky. Moskow. GEOS 2011, pp. 193–196.
Goncharov B. V., Kurtepov B. M. Chislennye eksperimenty po tomografii okeana [Numerical experiments on ocean tomography]. Acoustics of the ocean environment. Ed. L.M. Brekhovskikh and I.B. Andreeva, Moskwa. Science. 1989, pp. 107–115.
Shevchenko A., Starodubtsev P., Baklanov E. Akusticheskaya tomografiya okeana i uproshchennyj instrumentarij ee realizacii v mul'tistaticheskoj skheme s cel'yu obespecheniya bezopasnosti moreplavaniya [Acoustic tomography of the ocean and simplified tools for its implementation in a multistatic scheme to ensure the safety of navigation]. Geology, 2015, p. 154.
Burov V. A., Popov A. Yu., Sergeev S. N., Shurup A. S. Akusticheskaya tomografiya okeana pri ispol'zovanii nestandartnogo predstavleniya refrakcionnyh neodnorodnostej [Acoustic ocean tomography using a non-standard representation of refractive inhomogeneities]. Acoustic magazine, 2005, Vol. 51, no. 5, pp. 602–613.
Goncharov V. V., Chepurin Yu. A., Godin O. A. Passivnaya akusticheskaya tomografiya okeana pri ispol'zovanii antenn neizvestnoj formy [Passive acoustic tomography of the ocean using antennas of unknown shape]. Acoustic magazine, 2013. Available at: https://naukarus.com/passivnaya-akusticheskaya-tomografiya-okeana-pri-ispolzovanii-antenn-neizvestnoy-formy
Zamarenova L. N., Skipa M. I. Akusticheskaya model' kvazistacionarnyh trass. [Acoustic model of quasi-stationary paths]. Part 1. The concept of research. Hydroacoustic journal, 2009, no. 6, pp. 10–23.
Zamarenova L. N., Skipa M. I. Akusticheskaya model' kvazistacionarnyh trass. [Acoustic model of quasi-stationary paths]. Part 2. Assessment of the physical adequacy of the acoustic model. Hydroacoustic journal, 2010, no. 7, pp. 58–72.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Анастасія Капочкіна, Маргарита Капочкіна
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
