SU1469486A1

SU1469486A1 - Способ зондировани водной среды

Info

Publication number: SU1469486A1
Application number: SU864171755A
Authority: SU
Inventors: Владимир Михайлович Маркушевич; Лазарь Иоханинович Коган; Владимир Евгеньевич Федоров; Наталия Николаевна Новикова
Original assignee: Институт физики Земли им.О.Ю.Шмидта; Южное отделение Института океанологии им.П.П.Ширшова
Priority date: 1986-12-04
Filing date: 1986-12-04
Publication date: 1989-03-30

Abstract

Изобретение относитс к геофизике и может быть использовано при .изучении скоростного разреза водной ТОЛЕ5И океанов. Целью изобретени вл етс расширение области применени способа за счет его использовани в средах с зонами пониженной скорости (волноводами) и повышение производительности зондировани при его помехоустойчивости за счет накоплени стационарного сигнала и подавлени нестационарных шумов. В качестве источника монохроматических колебаний используют звук вращени винта судна или вертолета. В различных вариантах реализации способа непрерывно измен ют рассто ние между источником и приемной системой, расположенной в приповерхностном слое, или судно-источник буксирует в приповерхностном слое многоканальную при-емную систему. Путем последующего анализа стационарного волнового пол , наблюдаемого на различных рассто ни х от источника , восстанавливают распределение скорости звука в воде по вертикали.

Description

1

Изобретение относитс к геофизике, океанологии, гидроакустике и может быть использовано при изучении акустических характеристик водной толщи.

Целью изобретени вл етс расширение области применени способа за счет его использовани в средах с зонами пониженной скорости (волноводами ) и повышение производительности зондировани при его помехоустойчивости за счет накоплени стационарного сигнала и подавлени нестационарных шумов.

Способ работает по одному из трех основных вариантов следующим образом.

1.Монохроматический источник (например , вертолет или судно, звук вращени винта которого используетс дл создани стационарного акустического пол ) движетс вдоль профил с посто нной скоростью (0,5-20 узлов), буксиру в приповерхностном слое многоканальное приемное устройство - косу.

2.Источник движетс так, что мен етс рассто ние t до автономного приемного устройства акустических сигналов (гидрофона), установленного в заданной точке и расположенного на глубине 10-100 М.

4

О СО 4

31

3. Вместо автономного приемного устройства по варианту 2 используют неподвижное или двюкущеес судно, оснащенное многоканальным приемным устройством.

Основные характеристики источника: используема частота fy и энерги F(K.), передаваема i - нормальной моде за период, котора определ етс конструктивными .особенност ми источника и его скоростью в ходе эксперимента . К;. - волновое число, i - нормальной .моды.

Частота монохроматического источника подбираетс исход из требуемой детальности восстановлени скоростного разреза и глубины исследовани так,, чтобы на изучаемом интервале глубин Н укладывалось не менее 15- 20 длин волн, а аплитуда должна быть до.статочна дл регистрации колебаний на максимальном рассто нии от источника , которое используетс в ходе эксперимента;

f Ci з-и - ;

А

н

Т5-20 де Crt - априорно известна скорость

звука в жидкости, - длина волны.

Дл повышени точности восстановени верхней части разреза выше первого волновода необходимо увеличение используемой частоты исход из формулы: f J 8-10f.

Оптимальна - частота определ етс путем математического моделировани эксперимента по априорным данным, затем уточн етс в ходе эксперимента по апостериорным данным.

Минимальна длина приемного уст- poйctвa по варианту 1 или минимальное изменение рассто ни между источником и приемным устройством по вариантах 2 и 3 L определ етс необхо- димостью разделени нормальных мод, возбуждаемых источником на частоте f.. , и получени a mлитyд и волновых чисел этих нормальных мод согласно приближенной формуле;

где V, - фазова скорость i-ой нормальной моды, вычисл ема при математическом моделировании.

Максимальный шаг по рассто нию от источника ЛЬ, с которым выполн ютс

10

15

измерени акустического пол на частоте fy,- шаг дискретизации:

л т - -М1 /3L - „,, ,

где С |„цц минимальна скоробть звука в жидкости.

Измерени акустического пол выполн ютс при движении источника вдоль профил с посто нной скоростью и через равные интервалы времени:

20

25

30

35

40

45

UL

-и .

Наименьша длительность регистрации в этих точках:

С - -2- fa

что позвол ет вычислить амплитуду и фазу монохроматического колебани на

частоте f.

Первична информаци кодируетс в формате обрабатывающей ЭВМ и консервируетс на магнитном носителе, одновременно она обрабатываетс на ЭВМ в реальном времени.

Обработка включает выполнение следующих операций: полосова фильтраци на частоте источника fn сигналов источника и приемной системы, определение фазы и амплитуды монохроматического колебани , построение функции Ф(г) зависимости фазы и амплитуды монохроматического колебани частоты f от г; вычисление прес бразовани Фурье - Бессел от Ф(г); определение волновых чисел К., при которых дости- - гаютс максимумы преобразовани от Ф(г) и величин этих максимумов А-.

Кроме того, определение скачков . спектральной функции С ; дл краевой задачи .Штурма-Лиувилл Р 2KiAi - F(K,)

определение зависиомости скорости звука С от координаты глубины х по формуле

U

d2

W1 2/- lnldetW(x)J ,

СЧх)

dx2

где W(x) - квадратна матрица с эле50 ментами:

2sh((.lx) (,)

L

X

к s + К

55

2sh((Ks-K,)x) л (2х- К,Ср

Кг волновые числа S- нормальной моды, cTgr- символ Кронекера.

Claims

гвключающей пегвьш волновод и ниже расположенные слои, где С - скорость звука в водной среде, И - толщина I всего исследуемого интервала, а затем по формуле fv,.i (150-200)С/И дл части разреза над nepBbt волноводом регистрируют акустическое поле на базе , длина которой определ етс фор- Формула изобретени ю мулой

Вычисление по приведенным формулам производ т с помощью специального алгоритма .

Способ позвол ет повысить эффективность изучени распределени скорости звука в толще мирового океана.

Способ зондировани водной среды, L - включающий излучение и измерение акустического пол у поверхности водной среды и обработку полученных данных 15 с определением зависимости скорости звука от глубины, отличаю-- щ и и с - тем, что, с целью расширени области применени способа за счет его использовани в средах с 20 волноводами и повышени производительности зондировани при повышении помехоустойчивости за счет накоплени стационарного сигнала и подавле 2 макс

U 1,7. .

Vj + j Vi

где V- - фазова скорость 1-й нормальной моды, провод т узкополосную фильтрацию на частотах f w i,z определ ют зависимость фазы и амплитуды отфильтрованного синусоидального сигнала от рассто ни по горизонтали между источником и при- емником, рассчитывают преобразование Фурье-Бессел от полученной зависимости, определ ют волновые числа нормальньгх мод К,, при которых

ни нестационарных шумов, акустичес-25 достигаютс максимумы модул преобра- кое поле создают с помощью монохро- зовани Фурье-Бессел , и приведенные матического источника, частота кото- к источнику амплитуды этих нормаль- рого выбираетс сначала по формуле ньос мод, после чего определ ют зави (1-, (15-20)С/Н дл части разреза.

41

симость скорости эвука от глубины.

2 макс

U 1,7. .

Vj + j Vi

L -

где V- - фазова скорость 1-й нормальной моды, провод т узкополосную фильтрацию на частотах f w i,z определ ют зависимость фазы и амплитуды отфильтрованного синусоидального сигнала от рассто ни по горизонтали между источником и при- емником, рассчитывают преобразование Фурье-Бессел от полученной зависимости, определ ют волновые числа нормальньгх мод К,, при которых

достигаютс максимумы модул преобра- зовани Фурье-Бессел , и приведенные к источнику амплитуды этих нормаль- ньос мод, после чего определ ют завидостигаютс максимумы модул преобр зовани Фурье-Бессел , и приведенны к источнику амплитуды этих нормаль- ньос мод, после чего определ ют зави

симость скорости эвука от глубины.