Введение к работе
«їззичасяии термином "анизотропия" обозначают
неодинаковость ншаїх-лііОо свойств ио разним направлениям. Аішзотроттл случвйннх статистически однородннх полой прояляяетсг. р. зависимости их гтпострснитвотш. спектров или проотраиствіїїиПіт иоррзляциотшш (?ушсцчп от уг"oznx коортккпт.
Й ДПУИОй JT.SoTft НО ПрЖМрО ОНуСТИЧОСТИХ ПОЛГід рг.СГМІЗТріїїІГіЧ'ЇСІІ
полл ишюк;~ природа- Обсупу,о!г,ю ведотсд в оцца!л>ом :; тртяэх ирг.зтпзист&этюго споктрэ.
А к г у a .1 » а о и ь то м и я з с л в д о з п я п л
Задача намерения шшзотропии овукогн;. полол, распростроштцихсл в зощсях или газооОрвзімх сродах, возникает при рассмотришь многих проблем как научного, так и прикладного характера. Например, по пространственной структуре собственных шумов волновода можио определять местоположение источников акустического излучения, оценивать их направленность, ЕаяЕлять свойства ере л распространения и ее граняц. По анизотропия рассеянного дном звукового поля мелю заявлять участки континентального шольфз, аа которых нарушается типичная плоско-слоистая структура верхних осадочных пород я могут образовываться куполообразные ловунки, содержание нефть или і из. Корректный учет анизотропии поля помехи вагон при пространственно-врзмошюй обработке акустических сигналов.
Для зыявлоиия анизотропных свойств звуковых полай могут приаэгсятьоа различные методы.
Некоторое аз них представляют собой интерпретация аетодов, используема в татагашх задачах спектрального оцоїгаїааия. она основаны яа шзлогпи, существующей между золотей оцэшчишшя подозопия сгоктрздіїїих .іглнкй по временному ряду і; задачей определения углоімго спектра по последовательности простреяствадннх отсчетов. ! чяслу таких !.',етодов пришдагозат иотод Иойпоио, тлотод максимума энтропия, метод максимального правдоподобия, метод MUSIC п другио. Основним недостатком эгях методов является го, что лрецозїрі, выполняемые при их реолиоощм, кок просило весьма грсмоздал л троОуь бол}.-зи вычислительных затрат.
Имошзо этим можно объяснить тот Факт, что d акустико
большинство намерений выполняется с помощью остронаправлвнных приємних сисим. Этот метод дает хорошие результаты на высоких частотах, где узкий луч диаграммы направленности и низкий уровень Соковых лепестков удается сфэркировать ьлтеннами сравнительно небольших размеров. Однако возрастающая потребность в освоении низкочастотного диапазона заставляет отказываться от игтгользо;.ания спе-тем направленного приема звукв. Это происходит тогда, когда установка и эксплуатация просчзанстввнно развитых антенных решеток по тем или иным пряча м оказываются невозмокными.
К}.оме того, независимо от выбранного способа измерений следует стремиться к тому, чтобы возникающие погрешности были "ведены к минимуму. Выполнение этого условия приобретает принципиальное значение при исследовании анизотропии шумовых полей -чсеана.
Ть..им образом, стремление обеспечить минимальную погрешность при измерении ани .отропии в низкочастотной полосе приводит к необходимости выполнить данные исследования.
Цольрасоты
Создание метода, позволяющего о минимальными искажениями восотанавливать низкочастотный низотрошшй пространственный, спектр по данным регист: ации волнового поля компактной решеткой датчиков. . ..
Основные задачи исследования
Для достижения цели исследования решались следующие' основные задачи.
1. Построение математических моделей сколяр»ліх и
векторных анизотр"Шых t -устических полей.
2. Разработка олтимі 'ного алгоритма, направленного на
оценивание параметров прос, "іястбєнной анизотропии.
3. Определение . їЛОЖНОСТвЯ, ПрЄД0С1'.ЧЛЯс лШХ ДЛЯ
измерения анизотрошш о^изонтальными решетками гидрофонов, вертикальными ' эквидистантными цепочкам;. гидрофанов, комбинированными акустическими приемниками ч, наконец, антыннами, содержащими датчики колвба' ельно'й скорости.
4. Выработка рекомендаций, обеспечивающих -зилучадю
практическую реализацию предлагаемого метода.
Р. Продление натурних экспериментов, предназначенных для ьг івврки разрчбатываеиой методики.
6. Сї^аві.огше денно! -. .-тода измот>тшй о ит<- ги".ми.
7. нримвнеіша метода к решению одной «з типичных задач акустики ОК9ВН8.
Методы исследований
Математические модели анизотропии акустических полей построены в ремках феноменологического подхода. Для рошвшіи других задач использовались . гатистичаскиа методы, а такко методы вариациоіщого исчисления и теории рядов. Траоуеша численные расчета и построение графиков функций выполнялись но ЭШ с пртянлгаам методой вычислительной математики и программирования.
Фактический материал
Результаты экспериментальных исследований, представленные а Диссертация, основана на использовании данних,. получениях при рэгистрг дам полей шумов и сигналов а иххяэ-августа IS89 года на акустическом полигоне в одной из бухт Черного моря. Работа проводилась в ремках хоздоговорной теми Л 1175, выполняемой в 3987-1989 годах ке^едр; 1 Инфзрмациошшх састом рввастопольсного приборостроительного института.
Hay н а я новязяа ' Впервые іано полное ьарреляцшвдов описание стационарных істатистнчаски одиородатчх скаллрішх а векторных акустических полей о произвольной анизотропией.
і Впервые предлагаетая ыетод. позволявший наилучшим оброс он Ьиявдять анизотропные свойства низкочастотных звуковых полай и Ьдиовремеыга оценивать достоверность получаемых результатов.
Практическая значимость работы
Паяучвнннв в диссертации результаті» дагут Сыть использованы для следующих целей:
» для расчета анизотропия пол&В «умов а cai малое, распространяищаоя а жидких или газооораашх средь>;
- для твстароааная программных комплексов, реализущих
обработку натурних данных по предложенным'алгоритмам;
- для ьнОора оптимального состава, конфигурации и
геомегглчеоких размеров приемных оиотем, направленных иа
измерение анизотропии по предложенной мвтодша;
,дл,ч вдвора частотною даеяезаяа, в шло рои пространегаэшшй олекір ющ восстанавливается о минимальными искажениями.
Простола технической реализации а вычислительных процедур позволяют .іялеятьсп на широкое пріше-шше метода в
океанологии, в подводной, архитектурной и стр лтельной акустика. Метод мокат оыть использован при исследовании акустических свойств машин и механизмов с целью локализации источников шума.
О шболыдгм изменениями метод применим к внализу двумерных и трехмерных стационарных .статистически однородных волновых полей .иной физической природа. Такими полями являются! . н лример, иоле внутренних волн в океане, поверхностное ветровое волнение и др. Специфика процесса учитывается, в частности, через дисперсионное*, соотношень . .
Основное научные положения, вынооимыена защиту
для решения прямой и ооратнсз задач, посвященных исследованию анизотропных свойств звуковых полей, предложена, математичв чая модель, аписыаицая в рамках корреляционного подхода стационарные статистически однородные акустичес.аге поля о произвольной анизотропией. Рассматриваются как двумерный, так и трех»' ркый случаг. Модель легко адаптируется для описания волновых полей иной физической прирези.
для повышения точности измерения пространственной анизотропии, в также в целях апшдизации измерительных систем,; разработан метод, основанный на мчглыизацаи крэдратичного критерия, характеризующего близость теоретической и экспридантвльной корреляционных матриц. На практике метод реализуется посредством простых технических средг 'В и
ВЦЧИСЛИТеЛЬНЫХ Процедур. ДЛЯ измерений МОГУТ 5ЫТЪ И',ПОЛ..,ЗГ*"'.їШ
датчики давления, датчики колебательной скорости и комбинированные акустические тіиемники.
Апробация рао ты
Основные результаты работы докладавалиоі на научно-технической конфере у і молодых ученых и специах-л-ов (Севастополь, ' 1Ь87), на IJI Всесоюзной конференции "Перспективные метода планування и анализа вкевдримвнтав при исслэл вании случайных полей и процессов" (Грод-о, 1988), на И Всесоюзной конференций "Планирование и автоматизация аксл римент'а в "научных исследований" (Госква, 1989), на III Всесоюзной канфоренции- "Метрологическое обеспечение ,Ш0 и АСУ ТП" . 'Ценза, 1990), на семинаре лаборатории дистанционных mbtoajb "РЧцлрайякия океана їЛОФ АН ССОР (Москва, і 390), не
рестубликанской научной конференции "Математическое и программное обеспечение анализа данных" %шск, 1990), на семинарах кафедры электроакустики и ультразвуковой техники Ленинградского электротехнического института км.Б.И.Ульянова (Лапина) (1990, 1991), на соемэстном семинаре отделения * 2 и Теоретического отдела Акустическою института им. акад.Н.К. Андреева (1991). В форте стявдовых докладов материалы диссертационной работы были представлены на шестой шкслэ-семинаре "Акустика океана" (Звенигород, 1990) и на XI
Всесоюзной АкуСТИЧеСКОЙ Конференции (MOu.iES, 1991).
Публикации
Основное содержание диссертации излохнг в 7 опубликованных работах.
Объем и отруктура работы
Работа содержит введение, четыре главы, заключение, список литературы, включающий ВО наименований, и семь приложений. Основная часть работы изложена на 226 страницах машинописного текста. Работа содержит S3 рисунка и 4 таблицы.
