Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ Гидроакустические методы исследования являются одним из основных источников научной информации о Мировом океане. В настоящее время к таковым можно отнести задачи, связанные с подводным лоцированием, гидроакустической связью, томографические исследования океана, связанные с решением обратных задач рассеяния, рефракции, основанные на успехах компьютерной томографии в различных областях науки и другие. При етом для приема и предварительной обработки гидроакустических сигналов в последнее время широко используются линейные вертикальные и горизонтальные модовые антенны большой протяженности. Возможность использования протяженных линейных антенн обусловлена, в первую очередь, развитием волновой теории распространения звука в океанических волноводах и предпочтением ее по ряду причин геометрическим методам, а также техническими особенностями реализации.
В случае согласованной обработки, являющейся в настоящее время вполне стандартной, используется модель акустического распространения полного поля для предсказания значений поля давления на датчиках как функции дальности источника и его глубины. Общий подход включает в себя коррелирование распределения поля давления на приемных элементах антенны с полем, вычисленным для них на основе принятой модели среды. Высокая степень корреляции между принятым полем давления и рассчитанным для определенных дальности и глубины служит для оценки координат источника. В стратифицированном океане, где отклики на сигналы моделируются не плоскими волнами, а решениями волнового уравнения,' описывающего акустическое поле в океане на всех елементах антенны для всех возможных местоположений источника, согласованная обработка поля является обобщением обычной задачи для плоской волны.
Частой ситуацией, однако, является отсутствие полной инфор-
- г -
мации о параметрах трассы распространения гидроакустического сигнала, что делает однозначную согласованную обработку невозможной, так как большинство подобных алгоритмов весьма чувствительно к малейшему рассогласованию. Из этого следует необходимость развития методов, позволяющих параллельно оценивать параметры трассы. В случае модового представления эту оценку можно провести, например, путем восстановления фазовых скоростей отдельных мод.
Необходимо также отметить, что использование вертикальной антенны осложнено неизбежными искривлениями ее формы под' воздействием морских течений. Следовательно, возникают задачи оценки влияния океанических течений на профиль антенны, ее пространственную направленность и устранения или компенсации этого влияния.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что актуальным на настоящем этапе является создание эффективных алгоритмов обработки сигналов, принятых модовыми антеннами, в условиях реального океана, то есть с учетом рассогласования модельных представлений о распространении акустического поля с истинными условиями, а также с учетом неопределенности в положении приемных элементов антенны, вызванной искривлением ее профиля, с целью их "применения к конкретным задачам исследования Мирового океана. При этом принципиальным является адаптация к работе в различных регионах Мирового океана, учет возможностей современной вычислительной техники и других факторов, влияющих на работоспособность конкретных решений. В диссертации предпринята попытка разработать механизм обработки сигналов, отвечающий поставленным выше условиям.
Таким образом, ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является теоретическое развитие методов обработки гидроакустичесих сигналов, принятых линейными вертикальными модовыми антеннами большой протяженности, в' целях томографического изучения океанических структур и задач локализации источников, создание работоспособных
практических алгоритмов, а также численное моделирование их работы, разработка томографических схем. При этом основной упор делался на сохранение работоспособности предложенных алгоритмов в реальных условиях эксперимента, что привело к созданию принципиально новой схемы обработки принимаемых сигналов, компенсирующей неигустные искривления формы антенны. Все численные результаты получены на основе вычисления звукового поля по модам, причем в качестве модели океана рассматривались пленарные волноводы, где волноводный режим обеспечивался как за счет рефракционных свойств среды, так и из-за наличия явно выраженных границ.
В связи с этим ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ работы состояли в следующем:
-
Развитие методов обработки сигналов в гидроакустических системах с линейными модовыми антеннами, осуществляющих восстановление параметров источника и трассы распространения.
-
Оценка влияния океанического течения на профиль вертикальной антенны и последствий искривления последнего.
-
Постановка и решение задачи алгоритмической компенсации искривления антенного профиля.
-
Создание томографических схем на основе предложенных алгоритмов, адаптация их к различным регионам Мирового океана.
-
Численное моделирование работы предложенных схем.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в разработке пригодных к внедрению в практику акустической томографии океана новых алгоритмов, учитывающих реальные условия эксперимента и свободных от ряда недостатков, присущих другим известным в настоящее время методам (таких как необходимость высокоточной информации о положении и форме протяженных антенн).
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается в подтверждении на реалистических численных моделях возможности решения задачи акус-
тической томографии океана на основе нового класса алгоритмов обработки гидроакустических сигналов, учитывающих реальные условия развертывания и работы вертикальных антенн.
АПРОБАЦИЯ ДИССЕРТАЦИИ. Материалы диссертации докладывались на научных семинарах кафедры акустики1 физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, на 6 Всесоюзной школе-семинаре "Акустика океана" (1990 г.), Всесоюзном совещании по .томографии океана в институте океанологии (1991 г.).
ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты работы опубликованы в 5 научных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 135 страницы текста, 27 рисунков, 4 таблицы. Библиография включает в себя 132 наименования. Каждая глава диссертации имеет следующую структуру. В начале каждой главы дается краткий литературный обзор, далее следует изложение материала, выносимого на защиту, завершают главу краткие вывода.
Похожие диссертации на Обработка сигналов в гидроакустических системах с линейными антеннами, искривленными подводными течениями
