Введение к работе
Актуальность работы.
Большой интерес для человека представляет поиск заглублённых в грунт объектов и изучение акустических свойств донных грунтов для создания быстрых, дистантных и достоверных методов определения стратификации донных отложений и классификации их характера.
Решение выше перечисленных задач может быть осуществлено совершенствованием гидроакустических средств поиска и создания новых методов улучшения их технических характеристик, а также разработки методик расчёта основных акустических параметров среды по известным характеристикам составных частей сложных многокомпонентных донных сред естественных водоёмов.
Наиболее перспективным направлением в решении задач прецизионного зондирования донного грунта является развитие гидроакустических методов вертикального профилирования. До настоящего времени приёмные тракты профилографов строились исходя из согласования их характеристик с зондирующими сигналами без учёта частотных искажений эхосигналов, вызванных затуханием звука. В подобных гидроакустических приборах излучаемый акустический сигнал изменяет свою структуру после отражения, и по анализу этих изменений в сигнале судят о физических свойствах исследуемых донных осадков. Известно, что поглощение акустических волн в осадках резко возрастает с частотой, следовательно, эхосигналы, приходящие с разных глубин, будут иметь различный спектральный состав. Это говорит о том, что выполнение акустических исследований без предварительного расчета и анализа акустических параметров донных грунтов может привести не только к отсутствию верного результата акустического профилирования дна, но и дать ложные сведения об исследуемой среде, что чревато в ряде случаев серьезными последствиями. Поэтому одной из приоритетных задач при создании гидроакустической аппаратуры такого класса является задача исследования взаимодействия зондирующего сигнала с границей вода-грунт и изучение изменений сигнала при прохождении им сквозь водонасыщенный грунт. Профилографы с узкой характеристикой направленности позволят повысить точность классификации донного грунта.
Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию акустических параметров пористых водонасыщенных грунтов и созданию математического аппарата для расчёта этих свойств в водонасыщенных средах по известным характеристикам компонент среды, а также исследованию зависимости энергетических характеристик параметрических гидролокационных систем от различных условии распространения звуковых волн в донных структурах.
Целью диссертационной работы является исследование влияния физических характеристик и свойств донных сред на их акустические параметры, для повышения эффективности лоцирования донных отложений дистантными методами с помощью параметр^^с^х^^^^^^а^ионных систем зондирования.
OS ЯЮ^мп/Pj]
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
Проанализировать теоретические модели физических процессов, происходящих в пористых водонасыщенных средах при распространении в них акустических волн.
Провести выбор и оптимизацию расчётной модели, способной решить задачу математического моделирования процессов, происходящих в пористой водонасыщенной среде при прохождении сквозь неё акустических волн.
Исследовать зависимость основных акустических параметров среды от характеристик компонент пористой водонасыщенной среды.
Исследовать зависимости основных акустических параметров среды от характеристик зондирующего акустического сигнала.
Исследовать энергетические характеристики параметрических гидролокационных средств при лоцировании пористых водонасыщенных сред.
Провести экспериментальное подтверждение полученных расчётных характеристик.
Внедрить методы расчёта параметров пористых водонасыщенных сред для гидроакустических средств классификации донных грунтов
Научные положения выносимые на зашиту:
Физическая модель процесса распространения акустических волн в пористых водонасыщенных средах.
Методика расчёта акустических параметров пористых водонасыщенных сред, с различным составом компонент.
Методика расчёта зависимостей акустических параметров пористых водонасыщенных сред, от характеристик зондирующего акустического сигнала.
Результаты исследований зависимостей основных акустических параметров пористых водонасыщенных сред от различных характеристик зондируемой среды и параметров акустического поля.
Методика расчёта энергетических характеристик параметрических антенн на основе расчетных акустических параметров донных осадков.
Результаты экспериментальных исследований акустических параметров донных осадков на основе спектрограммы отраженных сигналов.
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:
l.Ha основе модели Био разработана физическая модель процессов, происходящих в пористых водонасыщенных средах при распространении в них акустических волн.
Проведены теоретические исследования акустических параметров пористых водонасыщенных сред в зависимости от их компонент на основе различных моделей расчёта параметров пористых сред.
Получены аналитические выражения, позволяющие анализировать зависимость акустических параметров пористых водонасыщенных сред от характеристик компонент донных осадков и компонент акустического поля.
Показана возможность использования полученных расчетных выражений для повышения эффективности определения энергетических характеристик параметрических антенн при лоцировании донных осадков по отраженному
акустическому сигналу, на основе расчёта акустических параметров пористых водонасыщенных сред.
Практическая ценность результатов, полученных в диссертационной работе, состоит в следующем:
получены новые знания о процессах взаимодействия акустического сигнала с пористыми водонасыщенными средами донных грунтов;
разработан алгоритм расчёта основных акустических параметров пористых водонасыщенных донных структур на основе теории Био;
показаны пути повышения информационности и качества акустического сигнала, получаемого на основе стандартного гидроакустического оборудования;
предложена оптимальная структурная схема для решении задач донного профилирования.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации модели, методы и полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в научно-исследовательских работах кафедры ЭГА и МТ ТРТУ. Научные и практические результаты, полученные в диссертации, внедрены на предприятиях и в организациях: НПП «НЕЛАКС» (г.Таганрог), НОЦ ММЭС (г.Таганрог), а также используются в учебном процессе при подготовке студентов в Таганрогском государственном радиотехническом университете.
Апробация. Основные научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 45-й, 46-й, 47-й студенческих научных конференциях. (ТРТУ, Таганрог, 1998, 1999, 2000 гг.); Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы — Биомедсистемы-99». (Рязань: РГТА, 1999); шестой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». (Москва: МЭИ, 2000); V Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления - КРЭС 2000». (Таганрог: ТРТУ, 2000); шестой международной научно-технической конференции - «Актуальные проблемы твёрдотельной электроники и микроэлектроники — ПЭМ-99». (Таганрог: ТРТУ, 2000); научных конференциях с международным участием «Экология 2000 - море и человек». (Таганрог ТРТУ, 2000, 2002); научно-технической конференции «Медицинские информационные системы — МИС-2000». (Таганрог ТРТУ, 2000); научно-технической конференции «Нелинейные акустические системы «НЕЛАКС - 2003». (Таганрог, ТРТУ, 2003); На XLK научно-технической и научно-методической конференций профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТРТУ. (Таганрог, ТРТУ, 2004).
Публикации. По результатам исследований, проведённых в рамках темы диссертационной работы, опубликовано 12 работ. Автор принимал участие в выполнении 3 научно-исследовательских работ по разработке и исследованию методов математического моделирования физических процессов, происходящих в пористых водонасыщенных средах при прохождении в них акустических волн.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка используемой литературы и приложения. Содержание диссертации изложено на 214 страницах и включает 95 рисунков и 126 наименований отечественной и зарубежной литературы.
