Оценка коэффициента отражения звука от дна на основе анализа пространственно-угловой структуры поля

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обсуждается метод оценки коэффициента отражения звука от дна волновода по данным измерений поля с помощью вертикальной решетки на различных дистанциях от источника. Для анализа пространственно-угловой структуры регистрируемого поля применяется заимствованный из квантовой теории метод когерентных состояний. Акустический аналог разложения по когерентным состояниям позволяет построить фильтр для выделения компоненты поля, представляющей вклад заданного узкого пучка лучей. Отношение амплитуд такой компоненты поля до и после отражения от грунта дает оценку коэффициента отражения центрального луча. Эффективность подхода протестирована на данных численного моделирования. Приведены результаты его применения для обработки данных озерного эксперимента.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Л. Вировлянский

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской Академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: viro@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова 46, Нижний Новгород, 603950

А. Ю. Казарова

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской Академии наук

Email: viro@ipfran.ru
Россия, ул. Ульянова 46, Нижний Новгород, 603950

Список литературы

  1. Wang Z., Ma Y., Kan G., Liu B., Zhou X., Zhang X. An inversion method for geoacoustic parameters in shallow water based on bottom reflection signal // Remote Sens. 2023. V. 15(13). P. 3237.
  2. Chapman N.R. Perspectives on geoacoustic inversion of ocean bottom reflectivity data // J. Mar. Sci. Eng. 2016. V. 4(3). P. 61.
  3. Dong H., Chapman N.R. Measurement of ocean bottom reflection loss with a horizontal line array // Acta Acust. 2016. V. 102. N. 4. P. 645–651.
  4. Schmidt H., Jensen F.B. Evaluation of experimental techniques for determining the plane wave reflection coefficient at the seafloor // In Ocean Seismo-Acoustics. Eds. Akal T., Berkson J.M. N. Y.: Plenum, 1986. P. 721–730.
  5. Носов А.В., Постнов Г.А. Измерение акустических параметров дна океана с помощью многократно рассеянных звуковых импульсов // Акуст. журн. 2001. Т. 47. № 4. С. 520–524.
  6. Klauder J.R., Sudarshan E.C.G. Fundamentals of quantum optics. N.Y.: W.A. Benjamin, 1968. 304 p. Сударшан Э., Клаудер Дж. Основы квантовой оптики. М.: Мир, 1970. 430 с.
  7. Шляйх В.П. Квантовая оптика в фазовом пространстве. М.: Физматлит, 2005. 760 с.
  8. Вировлянский А.Л., Казарова А.Ю. Распределение интенсивности звукового поля в глубоком море в фазовом пространстве “глубина–угол–время”// Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 5. С. 515–527.
  9. Virovlyansky A.L., Kazarova A.Yu., Lyubavin L.Ya. Matched field processing in phase space // J. Ocean Eng. 2020. V. 45. N. 4. P. 1583–1593.
  10. Вировлянский А.Л. Выделение компоненты поля, формируемой заданным пучком лучей на апертуре приемной антенны в неоднородной среде // Успехи физ. наук. 2023. Т. 193. № 9. С. 1010–1020.
  11. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. М.: Наука, 1973. 752 с.
  12. Макаров Д.В. Об измерении углов прихода акустических импульсов с помощью вертикальной антенны // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 6. С. 637–645.
  13. Makarov D.V., Kon’kov L.E. Angular spectrum of acoustic pulses at long ranges // J. Mar. Sci. Eng. 2023. V. 11(1). P. 29.
  14. Porter M.B. The KRAKEN Normal Mode Program; Technical Report (La Spezia: SACLANT Undersea Research Centre), 1991.
  15. Бреховских Л.М., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. М.: Наука, 2007. 370 с.
  16. Jensen F.B., Kuperman W.A., Porter M.B., Schmidt H. Computational Ocean Acoustics. New York: Springer, 2011.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема эксперимента

Скачать (72KB)
Метаданные
3. Рис. 2. (а) — Профиль скорости звука в месте проведения измерений. (б) — Примеры лучевых траекторий с углами выхода из источника в диапазоне ±15.

Скачать (108KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение интенсивности принятых антенной сигналов в плоскости время–глубина z на дистанциях 30 м (вверху) и 120 м (внизу). Области повышенной интенсивности A и B на верхнем графике формируются лучами, приходящими на дистанцию 30 м без отражения от границ и однократно отразившимися от поверхности соответственно.

Скачать (155KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Траектории собственных лучей, попадающих в точку (r1, z1) (лучи a и b) и в точку (r2, z2) (лучи a, c, d, e и f). Жирной линией выделена траектория луча a, вышедшего из источника под углом скольжения 7.

Скачать (68KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределения интенсивности I в плоскости время–угол χ (а, в, д) — на дистанциях 30 м и глубине z1 = 15.6 м, а также (б, г, е) — на дистанции 120 м и глубине z2 = 13.9 м. Интенсивность получена на основе численных расчетов (а, б) — в Модели 1, (в, г) — в Модели 2 и (д, е) — на основе обработки данных измерений. Около максимумов распределения указаны символы соответствующих собственных лучей. На каждом графике белым кружком обозначена точка прихода луча a в плоскость (t, χ) на соответствующей дистанции.

Скачать (271KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределения интенсивности J в плоскости угол–глубина z на дистанциях (а, в, д) — 30 и (б, г, е) — 120 м. Интенсивность получена на основе численных расчетов (а, б) — в Модели 1, (в, г) — в Модели 2 и (д, е) — на основе обработки данных измерений. Белые кружки на графиках (а, в, д) расположены в точке (χ1, z1), а на графиках (б, г, е) в точке (χ2, z2). Черные пунктирные линии образованы точками, изображающими приходы лучей, один раз отразившихся от дна.

Скачать (341KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Результат реконструкции коэффициента отражения луча V, как функция его угла скольжения около дна. Квадраты и треугольники: реконструкция по данным измерений с использованием распределений интенсивности I и J соотвественно. Черные точки: реконструкция в Модели 2. Сплошная кривая: оценка по аналитической формуле для коэффициента отражения на границе двух жидких полупространств [14].

Скачать (107KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025