Введение к работе
Актуальность темы. Использование протяженных приемных
стационарных гидроакустических систем при проведении
гидроакустических измерений характеристик низкочастотных звуковыл сигналов порождает потребность в разработке методов калибровки гидроакустических систем большой апертуры (составной частью которых являются методы определения параметров волновода) непосредственно в районах их установки. Это обусловлено следующими основными причинами:
-во-первых, большими линейными размерами низкочастотных гидроакустических систем и необходимостью фазировать различные антенные модули гидроакустических систем;
во-вторых, тем, что геометрическая форма протяженной гидроакустической системы после ее установки в море отличается от заданной. Из-за отклонения реальной формы антенны от запланированной компенсации фазового набега приходящей волны не происходит, что приводит к систематической ошибке в отклике антенны;
в-третьих, изменениями чувствительности отдельных гидрофонов, атак же амплитудно-фазовыми искажениями в передающих цепях приемного тракта антенны, которые могут возникнуть как в процессе установки стационарной гидроакустической системы, так и в процессе ее длительной эксплуатации из-за нарушения герметичности гидрофонов под воздействием течений, гидростатического давления, солености и др.;
-в-четвертых, необходимостью использования согласованной с условиями распространения в океанической среде антенной обработки
регистрируемых звуковых сигналов. Это особенно важно в условиях "мелкого моря" в диапазоне низких частот излучения, где гидроакустический канал, образованный поверхностью и дном моря, и приемную антенну следует рассматривать как две составные части единого измерительного средства. Поэтому калибровка стационарной гидроакус^ тической системы, установленной в морской акватории, должна включать в себя определение гидроакустических параметров водного слоя и морского дна, влияющих на распространение звуковых сигналов.
Основної! целью работы является выявление в диапазоне низких частот устойчивых к случайным флуктуациям параметров среды характеристик гидроакустических сигналов, распространяющихся в мелком море, разработка методов измерения этих характеристик и определения по ним параметров волновода, моделирующего натурные условия распространения звуковых волн в водной толще.
Научная новизна работы состоит в обосновании необходимости разработки и в разработке методов определения гидроакустических параметров волновода непосредственно в районах установки стационарных приемных гидроакустических антенн. Для этого проведены исследования особенностей распространения непрерывных и импульсных звуковых сигналов в мелком море и разработаны на их основе методы определения параметров модели волновода, позволяющие определять как структуры локальных участков мелкого моря в районе установки стационарной системы, так и гидроакустические параметры протяженных трасс распространения звуковых сигналов в мелком море. При проведении исследований получены следующие новые результаты:
- получены упрощенные аналитические выражения для лучевого представления звукового поля вблизи дна и поверхности мелкого моря при расположении источника как в глубине водного слоя, так и у его
s границ, позволяющие в четыре раза сократить объем вычислений по сравнению "с общими выражениями лучевого метода;
- на основе полученных выражений дана лучевая трактовка
особенности ослабления звуковых, сигналов при их распространении в
мелком морена различных горизонтах излучения и приема.
- Разработан метод определения гидроакустических параметров и
структуры локальных, участков мелкого моря в районе установки ста
ционарной системы при буксировке тонального излучателя вдоль
апертуры антенны. С помощью разработанного алгоритма выполнена
цифровая обработка данных натурного эксперимента, полученных в
одном из районов Белого моря при буксировке излучателя вдоль
апертуры стационарной горизонтальной антенны. Найденные гидроа
кустические параметры волновода, моделирующего условия распрост
ранения звука в районе установки антенны, позволили на большой
апертуре согласовать амплитуды экспериментального и теоретического
звуковых полей с погрешностью, порядка 0.5 дб.
- Разработан метод определения гидроакустических параметров
протяженных трасс распространения звуковых сигналов в мелком море
по измерениям фазовых скоростей мод, полученных в натурном
эксперименте. Разработанный метод апробирован на данных натурного
эксперимента и позволил определить структуру и гидроакустические
параметры волновода, моделирующего условия распространения звука
в одном из районов Черного моря.
- Разработан метод определения скорости звука и толщины
грунтового слоя на локальных участках мелкого моря в районе
установки стационарной системы при одновременном контроле
горизонтального расстояния между донным гидрофоном и
б расположенным на малой глубине источником с помощью того же зондирующего полигармонического сигнала.
- Доказано постоянство скорости перемещения "центра масс" зву
кового импульса при его распространении на больших расстояниях в
плоскослоистом волноводе на заданном горизонте.
- Получена формула для определения минимальной скорости
переноса звуковой энергии в волноводе Пекериса.
На основе выполненных исследований предложен экспресс-метод оценки показателя преломления вода/дно по измерениям времени прихода в точку регистрации переднего и заднего фронтов звукового импульса и его длительности.
Разработаны основы метода узкополосной фильтрации импульса, адаптивного к основным гидроакустическим параметрам волновода, получена функциональная зависимость ширины полосы фильтрации от центральной частоты, обеспечивающая оптимальное .разделение во времени модовых составляющих звукового импульса в волноводе. Практическая значимость. Материалы диссертационной работы использованы при проведении следующих научно-исследовательских и оиытно-конструкторских работ:
- ГМЦГИ при ВНИИФТРИ использовал материалы диссертации
при проведении НИР " Метрология - 35 ",
- НИИ "АТОЛЛ" использовал материалы диссертации при
проведении ОКР" Север".
Использование результатов диссертационной работы подтверждено актами внедрения, которые приводятся в приложениях.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международной конференции " Fourth Int. Congress on Sound and Vibration ", в Санкт-Петербурге в 1996 г., на многочисленных Все-
союзных, Всероссийских и отраслевых конференциях. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ. Структура работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 79 наименований, и двух приложений. Работа изложена на 166 страницах: 119 машинописных страниц основного текста, 39 страниц рисунков и таблиц, 6 страниц списка ліггературьі, 2 страницы приложений.
