Разработка и исследование акустического неконтактного метода восстановления профилей скорости звука

• Автор: Раскита, Максим Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 176 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НЕКОНТАКТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ
ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПРОФИЛЕЙ СКОРОСТИ ЗВУКА
1 Л.Формирование вертикальной структуры поля скорости звука в
океане
1.2. Аналитический обзор методов акустического неконтактного восстановления вертикальных профилей скорости звука
1.3.Анализ работ, посвященных рассеянию акустических волн на неоднородностях морской среды при акустическом вертикальном моно- и бистатическом зондировании
1.4.Особенности зондирования морской среды гидроакустическими
параметрическими излучателями
1.5.Выводы по первой главе и задачи на диссертационную работу
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА И МЕТОДИКИ АКУСТИЧЕСКОГО НЕКОНТАКТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ СКОРОСТИ ЗВУКА
2.1.Разработка метода «параллельных звуковых лучей» для неконтактного определения скорости звука
2.2.Разработка методики и численное моделирование неконтактного восстановления профилей скорости звука
2.3.Оценка точности и устойчивости восстановления профилей скорости звука при помощи разработанного метода «параллельных звуковых
лучей»
2.4.Основные результаты и выводы по второй главе
3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ РЕВЕРБЕРАЦИИ МОРСКОЙ СРЕДЫ ПРИ
ЗОНДИРОВАНИИ ПАРАМЕТРИЧЕСКИМ ИСТОЧНИКОМ
3.1.Разработка модели реверберации морской среды, обусловленной
параметрическим источником звука

3.2.Разработка модели бистатического зондирования морской среды с применением параметрической излучающей антенны
3.3.Разработка модели параметрической антенны с переменными по трассе распространения свойствами морской среды
3.4.Основные результаты и выводы по третьей главе
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОФИЛЕЙ СКОРОСТИ ЗВУКА В ЖИДКОЙ СРЕДЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ
РАССЕЯНИЯ НА ПУЗЫРЬКОВОМ СЛОЕ
4.1. Описание состава и структуры экспериментальной установки для
неконтактного восстановления профилей скорости звука в жидкой
среде
4.2.Экспериментальное неконтактное восстановление профилей скорости
звука в жидкой среде при помощи метода параллельных звуковых
лучей
4.3.Экспериментальное исследование рассеяния звука на пузырьковом
слое, озвученном параметрическим источником
4.4.Разработка структуры устройства, реализующего метод
«параллельных звуковых лучей» для восстановления ПСЗ
4.5.Основные результаты и выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Вертикальный профиль скорости звука (ПСЗ) является одним из основных гидрофизических параметров морской среды и играет определяющую роль в распространении звука в океане. Поэтому его необходимо знать при решении многих задач гидроакустики и океанологии: прогнозирование ожидаемой дальности действия корабельных гидроакустических средств; проведение подводных технических работ; точное определение глубин и составление карт рельефа морского дна и т.д. Все это свидетельствует о необходимости учета информации о ПСЗ при эксплуатации гидроакустических средств и важности развития этого направления в морском приборостроении.
В настоящее время разработаны и используются прямые методы измерения скорости звука в морской среде, обладающие высокими точностными характеристиками, но имеющими, однако, и серьезные недостатки. К ним относятся низкая производительность работ, высока дискретность точек промеров и значительные погрешности метода из-за горизонтальных смещений зонда при дрейфе судна и подводных течениях.
Неконтактные (дистанционные) методы основываются на импульсной акустической локации неоднородностей океана. По характеристикам рассеянного или прошедшего звукового сигнала изучаются физические свойства рассеивателей акустической энергии, оценивается их «геометрия», местоположение и т.п. Однако до настоящего времени отсутствовали методы дистанционного зондирования неоднородностей поля скорости звука в морской среде, которые могли бы быть воплощены в устройства восстановления ПСЗ. Вместе с тем, предпосылки для развития таких методов имеются. Работы многих авторов по исследованию гидрофизических полей океана показали, что океаническая среда является рассеивающей в любой точке своего объема. Поэтому, сопоставляя пространственные координаты рассеивающего объема и времени прихода рассеянных сигналов, можно производить оценку вертикального профиля скорости звука.

Математическую модель метода «параллельных звуковых лучей» для случая прямоугольной бистатической схемы дистанционного зондирования можно проиллюстрировать следующим образом [97].
Представим водную среду в виде слоев с разной скоростью звука, как это показано на рис. 2.2. Здесь слева изображен профиль скорости звука, а справа — соответствующая этому профилю лучевая картина для показанной здесь же схемы размещения излучающей и приемных антенн; И -акустический излучатель, П1 и П2 - первый и второй остронаправленные акустические приемники; «о - одинаковый для обоих приемников угол приема акустических сигналов; <7 - расстояние между акустическими приемниками; 79 - расстояние между излучателем и приемной системой.
К пояснению метода «параллельных звуковых лучей»
Со С/ с 2 с(г) '
И т П2
ГI ' /1
? 1 г у Г
Рис. 2.2.
В соответствии с лучевой картиной, показанной на рис. 2.2, при одинаковом угле приема для двух остронаправленных акустических приемников траектории рассеянных лучей в верхнем слое параллельны, а расстояния, пройденные лучами, равны. Следовательно, задержка А/ принимаемого сигнала на втором приемнике относительно первого обусловлена прохождением сигнала некоторого расстояния в слое Дя со скоростью С]. По вычисленной (измеренной) величине этой задержки и