Введение к работе
Актуальность. В последнее время исследование явления реверберации звука в океане шло по двум главным направлениям: во-первых — изучение свойств реверберации как основной помехи для работы активных гидроакустических систем, от которой нельзя избавиться простым повышением излучаемой мощности, и во-вторых — использование реверберационного сигнала для дистанционной диагностики характеристик морской среды и мезомасштабных неоднородностей (циклонические вихри, течения, и т. п.). К настоящему моменту разработан ряд математических моделей реверберации, созданы алгоритмы и программы, предназначенные для численного моделирования этого явления на ЭВМ и выполнения прогнозных расчетов характеристик рассеянного сигнала в конкретных гидрологических условиях, проведено весьма большое число натурных экспериментальных исследований реверберации звука в океане, позволивших установить эмпирические зависимости для характеристик рассеивателей различной природы и подтвердить корректность существующих теоретических моделей. Однако, сказанное отнюдь не означает, что исследования реверберации звука в океане могут быть признаны завершенными и больше не представляют интереса. Актуальность подобных исследований в наши дни объясняется рядом причин. Перечислим основные из них.
1. Разработанные сравнительно недавно мощные низко
частотные излучатели позволяют использовать в гидроакустике
звук низких частот (сотни Герц), испытывающий значительно
меньшее поглощение в морской среде и распространяющийся
вплоть, до расстояний в тысячи километров. В связи с этим
возникает потребность в теоретических и экспериментальных
исследованиях особенностей реверберационного отклика, прихо
дящего с таких расстояний. В частности, необходима разработка
методов описания многолучевой реверберации, непосредственно
связанных с задачами волноводного распространения звука в
океане.
2. Существующие программные средства имеют срав
нительно узкие рамки применимости и предназначены для
моделирования либо распространения, либо реверберации звука
в океане. До сих пор не было создано ни одной универсальной
программы, объединяющей в себе возможности моделирования
обоих этих явлений и способной адекватно учитывать все разнообразие гидрологоакустических условий, встречающихся в природе.
3. Проведенные экспериментальные исследования реверберации звука в океане нельзя признать абсолютно полными. В частности, ощущается недостаток экспериментальных данных в низкочастотном диапазоне (сотни Герц). Натурные исследования в зимних гидрологических условиях, когда существенную роль должна играть поверхностная реверберация, практически не проводились.
Все выше перечисленные вопросы в той или иной степени определили цели и задачи, поставленные перед автором при проведении комплексных научных исследований явления дальней реверберации низкочастотного звука в океане, которые были выполнены в период с 1980 по 1995 гг. В результате этих исследований были получены следующие результаты, обладающие научной новизной и выносимые на защиту в качестве основных положений работы:
-
Развита математическая модель дальней реверберации низкочастотного звука в океане, на основе которой исследованы свойства реверберации в случае, когда распространение звука имеет существенно волноводный характер.
-
Разработан траекторно-лучевой метод расчета распределения интенсивности звука и уровней реверберации в двухмерно неоднородном океане, на основе которого создан универсальный программный комплекс ОКЕАН.
-
Проведены натурные экспериментальные исследования частотно-временных энергетических характеристик дальней реверберации низкочастотного звука в пяти районах Мирового океана с различными гидрологоакустическими свойствами. Впервые в зимних гидрологических условиях зарегистрированы и исследованы сигналы поверхностной реверберации, приходящей с расстояний до 600 км. Выполнено сравнение расчетных и экспериментальных зависимостей уровня реверберации от времени, в результате которого доказана высокая эффективность применения разработанных программных средств для прогнозирования энергетических характеристик реверберации звука в условиях открытого океана.
. Практическая ценность проведенных исследований состоит в том, что полученные автором результаты и разработанные программные средства могут быть использованы для:
— интерпретации экспериментальных результатов исследо-
вания дальней реверберации звука в океане;
проведения прогнозных расчетов интенсивности зондирующего звукового поля и реверберации в конкретных гидрологических условиях;
решения обратной задачи гидроакустики - определение характеристик морской среды по данным акустического зондирования;
планирования натурных гидроакустических экспериментов.
расчетов характеристик реверберационной помехи при разработке гидроакустических систем;
Натурные исследования реверберации звука в океане были выполнены в ходе 3-х морских экспедиций в различных районах Мирового океана в период с 1984 по 1989 гг. В одной из экспедиций автор выполнял функции начальника отряда и непосредственно осуществлял планирование и руководство проведением эксперимента.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 2-й Европейской конференции по подводной акустике (Копенгаген, 1994 г.), 2-м Всесоюзном съезде океанологов (Ялта, 1982 г.), на научных семинарах в Акустическом институте им. Н. Н. Андреева, Институте прикладной физики РАН, и опубликованы в 8 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения, списка использованной литературы и Приложения. Общий объем — 96 страниц, включая 31 рисунок. Список литературы состоит из 51 наименования.
