Эффекты синхронизма при рассеянии звука на распределенных структурах

• Автор: Салин, Михаил Борисович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 182 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение
Г лава 1. Исследование влияния пространственного синхронизма на процессы рассеяния звука на поверхностном волнении
1.1 Предлагаемая модель формирования спектра реверберации, сопоставление с прежними моделями
1.2 Видео-метод измерения частотно-угловых характеристик волнения, обусловливающих основные параметры реверберации
1.3 Экспериментальная проверка предлагаемой модели реверберации выполненная на основе синхронных измерений акустических полей и полей ветрового волнения

1.4 Прогнозные оценки характеристик реверберации для доплеровской схемы локации

1.5 Заключение

Глава 2. Исследование влияния пространственного и временного синхронизма

на процесс рассеяния звука на упругих телах
2.1 Обзор стандартных методов расчета рассеяния на упругих телах и телах с идеальными граничными условиями
2.2 Разработка метода расчета частотно-угловых характеристик рассеяния звука на упругих оболочках с использованием МКЭ и суперэлементов
2.3 Влияние пространственного и временного синхронизма на характеристики рассеяния - примеры численных расчетов
2.4 Описание эффектов пространственного синхронизма с использованием квазиодномерной системы эквивалентных рассеивателей и матрицы рассеяния
2.5. Оценка максимальной амплитуды возбуждения упругого тела как резонатора из энергетического принципа
2.6 Особенности угловых характеристик рассеяния вне резонанса, интерференционные явления
2.7 Заключение

Глава 3. Исследование характеристик рассеяния сложных неоднородных оболочек: экспериментальное измерение и сопоставление с теорией, расчетами
3.1 Модернизация ближнепольной схемы измерения характеристик рас-сеяния-для- случая движения-расссивателя и применсния доплеровской- -фильтрации сигнала
3.2 Результаты ближнепольных измерений, выполненных на оз. Ладога, и сопоставление их с расчетами
3.3 Оценка минимальных уровней рассеяния, которые могут быть измерены в натурных условиях
3.4 Усовершенствование метода измерения для определения уровней эквивалентных рассеивателей
3.5. Некоторые обобщенные результаты экспериментального, расчетного и
теоретического исследований
Заключение
Список литературы
Список публикаций автора по теме диссертации

Введение
Актуальность. Последние десятилетия в гидроакустике характеризуются переходом активных гидроакустических (ГА) систем в область низких частот. Основной причиной этого, как отмечает академик А.В.Гапонов - Грехов является то, что «единственным видом сигналов, распространяющимся в океане с большой скоростью и малым затуханием, считается низкочастотный (НЧ) звук. Поэтому низкочастотное гидроакустическое обнаружение является физической основой, на которой базируются средства обнаружения ПЛ и пути повышения их скрытности.» [1]
В дополнение к низким частотам, а это, как правило, частоты ниже 1кГц, для целей выделения сигналов движущихся объектов и высокой помехоустойчивости, в ГА системах находят применение и используются тональные и широкополосные посылки большой (до 10 сек) длительностью. Применение тональных посылок с большой длительностью импульсов приводит к необходимости:
а) выполнения исследований тонкой структуры спектра реверберации, обусловленной в первую очередь рассеянием на поверхностном волнении
б) изучения механизмов возрастания силы цели рассеивателя за счет совпадения частоты локационного сигнала с резонансами локализованных или распределенных колебаний корпуса на низких частотах.
В рамках данной работы основное внимание уделяется исследованию и расчету рассеяния звука на распределенных структурах, в которых параметры рассеивателя характеризуются определенным набором пространственно-временных гармоник. В работе показано, что степень согласования (синхронизма) акустических волн с данньми гармониками будет в первую очередь определять характеристики рассеянного поля и его превышение над средними значениями.
Первый рассматриваемый в работе тип синхронизма - это брэгговское рассеяние. Здесь исследование проводится на примере рассеяния НЧ звука на поверхностном волнении. В данном случае условия синхронизма заключается в равенстве волнового вектора и частоты поверхностной волны разности волновых векторов и разности частот падающей и рассеянной волн. Разность частот - доплеровский сдвиг частоты рассеянного сигнала обычно оказывается на пару порядков меньше несущей частоты, но он хорошо наблюдаем в морских экспериментах и может оказывать маскирующее влияние при выделении отраженного от движущегося рассеивателя сигнала.
Движение взволнованной поверхности в этом случае можно описывать кинематически, т.е. с заданными параметрами, не зависящими от амплитуды и фазы акустических волн. Данный тип синхронизма будем называть пространственным, поскольку только

Выражение (1.1.20) позволяет легко оценивать вклад отдельных областей взволнованной поверхности в суммарное поле реверберации на различных доплеровских частотах. Например, можнсТсЭпвставить спектр реверберации на стационарной трассе со спектром реверберационного сигнала, приходящего с больших дистанций. На рис. 1.1.2 штриховой и штрихпунктирной линиями изображены спектры реверберацйонпоТо сигнала (расчет выполнялся для указанных выше условий), приходящего с интервала дистанций от 1 до Зкм, отсчитываемых от центра трассы. Как видно из рисунка, спектр реверберационного сигнала, приходящего с больших по сравнению с длиной трассы дистанций (соответствует случаю моностатической локации), является более узким по сравнению со спектром, измеренным на стационарной трассе (бистатическая локация). Спектр реверберации при моностатической локации сосредоточен вблизи критической частоты 0.1Г/2л = j2kg /іл, и его ширина определяется величиной угла захвата волновода и шириной пространственного спектра волнения АК, измеренной на частоте Г2,т/2/Т.
Подынтегральному выражению в (1.1.20) соответствует распределение величины локальных вкладов в уровень реверберации от элементов поверхности 5. Эта величина построена на рис. 1.1.3 (для случая изотропного спектра волнения при 0 =4 и указанных параметров трассы и сигнала). Для построения графиков использовалась определенная далее величина и(х,у) - подынтегральное выражение (1.1.20) после подстановки спектра волнения в виде (1.1.26) и без некоторых постоянных коэффициентов.
(zjtg2(z„)

1+COS 0Л- Г7
a(K (r).|d)
7 ; —(1.1.28)
Из анализа рис. 1.1.3. следует, что характеристики спектра реверберации в среднем частотном диапазоне 0.4-1.2Гц обусловлены рассеянием на областях взволнованной поверхности, примыкающей к стационарной трассе. Высокочастотная часть спектра 1.6 -1,8Гц соответствует рассеянию на элементах поверхности акватории, удаленных от центра трассы на расстояние более чем г0.
Рассеяние на самых низких частотах (0.2Гц) происходит непосредственно на трассе распространения излучатель-приемник, без изменения азимутального угла, за счет взаимодействия мод с существенно отличающимися продольными волновыми числами кт и к„ («рассеяние из моды в моду»). Такой режим рассеяния вызывает резкий подъем графика
plan, (го>^)/ РІогт max (ro > - в области низких частот, наблюдаемый на рис. 1.1.2. Можно оценить границу по частоте, ниже которой возможно рассеяние непосредственно на трассе, исходя условия К < &(1 - cos %,) (для большого 0):