Статистическое моделирование поверхностных динамических шумов в слоистом океане

• Автор: Швырев, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 110 с. : ил

Работа посвящена актуальной проблеме современной акустики океана — построению вероятностных скалярно-векторных волновых моделей динамических шумов. Разрабатывается метод статистического моделирования звукового поля, излучаемого поверхностными источниками. Моделируется звуковое давление и колебательная скорость звука на основе рандомизации пространственно-временной спектральной плотности поля флуктуаций давления на поверхности океана, при этом моделируемые реализации являются точным решением уравнений линейной акустики. С помощью разрабатываемого метода решается задача трансформации поверхностных динамических шумов вглубь океана. Изучаются особенности формирования скалярно-векторной структуры шумового поля для типовых случаев слоистых моделей глубокого океана и мелкого моря с однородным жидким дном и модели поверхностных источников в виде изотропного поля с равномерной ограниченной пространственной спектральной плотностью.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ К ИССЛЕДОВАНИЮ
ПОВЕРХНОСТНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ШУМОВ
§ 1.1. Постановка задачи
§ 1.2. Статистическое моделирование
ГЛАВА 2. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ МОДЕЛЕЙ
СРЕДЫ
§ 2.1. Однородное полупространство
§ 2.2. Однородный волновод с абсолютно жестким дном
§ 2.3. Волновод с однородным жидким дном
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СКАЛЯРНОВЕКТОРНОЙ СТРУКТУРЫ ШУМОВОГО ПОЛЯ
§ 3.1. Параметры моделей
§ 3.2. Результаты расчета
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ. О моделях источников шумового поля
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Задача о возбуждении волновых полей случайными источниками (реальными или виртуальными) является классической проблемой статистической радиофизики [1]. Исследования структуры и свойств таких полей представляют как теоретический, так и прикладной интерес для самых различных областей физики, в том числе и для акустики шумов океана.
Существует множество причин возникновения гидроакустических шумов. Принято считать [2], что в морской среде возможны следующие пять категорий шумов: динамические, подледные, биологические, сейсмические и технические шумы. Иногда из последней категории выделяют шумы судоходства.
Каждая категория шумов имеет как свою специфику, так и общее, что объединяет все эти категории. Общее для всех видов шумов - это волновой характер формирования шумового поля. В общем случае, на его характеристики существенное влияние оказывают рефракция в неоднородной среде, отражения от поверхности и дна, поглощение в среде и на ее границах. Специфика последних четырех категорий сострит в необходимости применения больше «географического», нежели физического подхода к их анализу. Эти шумы в значительной степени являются индивидуальными специфическими событиями, которые определяются множеством факторов, связанных с географическими особенностями районов, где они наблюдаются. Шумы динамического происхождения в этом плане выгодно отличаются от всех других категорий. Динамические процессы в океане и атмосфере, порождающие их, имеют общефизическую природу и практически не зависят от географического положения их проявления. А это значит, что можно пытаться находить общие закономерности в экспериментальных данных и разрабатывать общие теоретические модели. Кроме того, динамические шумы всегда присутствуют как в глубоком океане, так и в мелком море,

где р - звуковое давление, іі = {их,иу,и2} - вектор колебательной скорости,
р - плотность, с(г) - профиль скорости звука. Мы считаем океан слоистым по г и однородным по г и полагаем плотность постоянной, поскольку, как показано в [129], на частотах выше 1 Гц можно пренебречь влиянием силы тяжести и встречающихся в океане градиентов плотности.
Граничное условие на поверхности
р(^?,2)|2=0 =я<4;?). (1.1.7)
Переходя во временную спектральную область, получим уравнение Г ельмгольца

Ар(со; г,г) + -т—р(со; г,г) = О,
^ с (г) (1.1.8)
р(со;г,г)|г=0 =я(со;г) и формулу для амплитуды временного спектра колебательной скорости
и(со;г,г) = ——Ур(оо;г,г). (1-1.9)

Решение уравнения (1.1.8) представляется в виде свертки:
р(ю;г,-г) = —^(со;г')0(йз;г-г',2)б2г', (1.1.10)

где функция Грина для поверхностных источников С(ю;г,г) определяется из следующего уравнения

ДО(со; г, г) 4- -г, г) = 0,
4 с2(г) (1.1.11)
О(со;г,г)|2=0 = (2л)25(г).
Колебательную скорость будем нормировать на волновую проводимость среды (рс)4 (с - характерное значение скорости звука в воде), поскольку в
этом случае она имеет ту же размерность, что и давление. Нормированную
таким образом колебательную скорость будем обозначать у = {ух,уу,у^ Формула (1.1.9) примет следующий вид