hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-790Research ArticleГИДРОАКУСТИКАHYDROACOUSTICSИнфразвуковые интерференционные поля направленных источников в мелком мореInfrasonic Interference Field of the Directed Sources in Shallow SeaКузнецовГ. Н.КuznetsovG. N.

Москва

Moscow

skbmortex@mail.ruСтепановА. Н.StepanovA. N.Научный центр волновых исследований Института общей физики им. А. М. Прохорова РАНРоссияWave Research Center, Prokhorov General Physics Institute of RASRussian FederationСамарский государственный университетРоссияSamara State UniversityRussian Federation201516112022823646Copyright © Кузнецов Г.Н., Степанов А.Н., 20222022Кузнецов Г.Н., Степанов А.Н.Кuznetsov G.N., Stepanov A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/790

Выполнено численное исследование интерференционной структуры низкочастотных гидроакустических полей в мелком море, возбуждаемых сосредоточенными направленными источниками сигналов. Исследование выполнено в предположении, что амплитудно-фазовые распределения в вертикальной и горизонтальной плоскости, формируемые в волноводе протяженными объемными реальными источниками, могут быть образованы системой локальных источников в виде суперпозиции сосредоточенных в одной точке монополя и различным образом ориентированных трех диполей и пяти квадруполей. Расчеты выполнены для анализа гидроакустических полей в ближней и дальней зоне, для различных частот, глубин расположения источников и приемников. Установлено, что структура полей на расстояниях менее и более 1–2 глубин волновода существенно различается. Показано, что снижение интенсивности полей, образованных монополем, горизонтальными диполями и горизонтально ориентированными квадруполями происходит заметно медленнее при увеличении расстояния, чем снижение сигналов от вертикальных диполей или вертикально ориентированных квадруполей. Показано также, что сигналы от источников или принятые приемниками, расположенными на малых глубинах или в придонной области, убывают существенно быстрее, чем интенсивности полей в случае расположения приемников и излучателей вблизи эквивалентной середины волновода. Рекомендуется выполнять измерения характеристик полей от малошумных источников векторно-скалярными приемниками или антеннами в зонах интерференционных максимумов сигналов и в серединной части волновода. Рекомендуется при прогнозе приведенных значений шумности и обработке экспериментальных данных учитывать передаточные функции волновода, полученные в результате акустической калибровки моделей грунта в районе работ. 

The numerical study of interferential structure of the low-frequency hydroacoustic fields in shallow sea excited by the concentrated directed sources of signals is made. The study is executed with the assumption that the amplitudephase distributions in the vertical and horizontal plane formed in a wave guide by extended volume real sources can be formed by system of local sources as superposition of a monopole and various image of the focused three dipoles and five quadrupoles concentrated in one point. The calculations are performed for the analysis of hydroacoustic fields in the near- and far-field, for different frequencies and depth of the source and receiver locations. It is found that the structure of the fields at distances of less or more than 1–2 depths of the waveguide is substantially different. It is shown that the intensity decrease of fields generated by a monopole, horizontal dipoles and horizontally oriented quadrupoles goes noticeably slower at the distance increase than the decrease of signals from vertical dipoles or vertically oriented quadrupoles. It is also shown that the signals from the sources or got by a receiver located at shallow depths or bottom area decrease significantly faster than the intensity of the fields in case if the receivers and sources are located close to the equivalent middle of waveguide. It is recommended to measure the characteristics of the fields of low-noise sources by vector-scalar receivers or antennas in the areas of signal interference maxima and in the middle of waveguide. When predicting the given noise values and processing the experimental data it is recommended to take into account the transfer functions of the waveguide, resulting from acoustic calibration of soil models in the study area.

приведенная шумностьинфразвуковые направленные источникиинтерференционная структуравлияние глубины расположения источников и приемниковмелкое мореshallow seareduced noiseaimed infrasound sourcesinterference structurethe influence of the depth of the source and receiverReferencesУрик Р. Дж. Основы гидроакустики / Пер. с англ. Л.: Судостроение, 1978. 445 с.Urick R. J. Principles of underwater sound. N.Y., McGraw-Hill, 1975.Бpеховских Л. М., Лысанов Ю. П. Теоретические основы акустики океана. М.: Наука, 2007. 369 с.Brekhovskikh L. M., Lysanov Yu. P. Theoretical foundations of ocean acoustics. Moscow, Nedra, 2007. 369 p. (in Russian).Кацнельсон Б. Г., Петников В. Г. Акустика мелкого моря. М.: Наука, 1997. 181 с.Katsnel’son B. G., Petnikov V. G. Acoustics shallow sea. Moscow, Nauka, 1997. 181 p. (in Russian).Jensen F. B., Kuperman W. A., Porter M. B., Schmidt H. Computational ocean acoustics. American Institute of Physics: AIP Press, 1994.Jensen F. B., Kuperman W. A., Porter M. B., Schmidt H. Computational ocean acoustics. American Institute of Physics, AIP Press, 1994.Грачев Г. А., Кузнецов Г. Н. О средней скорости изменения фазы акустического поля вдоль плоского волновода // Акуст. журн. 1985. Т. 31, № 2. С. 266–268.Grachev G. A., Kuznetsov G. N. On average rate of change of the phase of the acoustic field along a planar waveguide. Akust. zh. 1985, 31(2), 266—268 (in Russian).Кузнецов Г. Н., Лебедев О. В. О возможности применения модели эквивалентной плоской волны для повышения точности пеленгования низкочастотных сигналов в мелком море // Акуст. журн. 2012. Т. 58, № 3. С. 1–11.Kuznetsov G. N., Lebedev O. V. The possibility of using the equivalent plane wave model to increase the efficiency of taking bearings of low-frequency signals in shallow water. Acoust. Phys. 2012, 58(5), 575—585.Быковцев Г. И., Кузнецов Г. Н., Степанов А. Н. Акустическое поле направленного источника в океанических волноводах // ДАН СССР. 1985. Т. 280, № 1. С. 57–59.Bykovtsev G. I., Kuznetsov G. N., Stepanov A. N. Acoustic field toward the source in oceanic waveguides. DAN SSSR. 1985, 280(1), 57—59 (in Russian).Кузнецов Г. Н., Степанов А. Н. Поле эквивалентного мультипольного составного излучателя в волноводе // Акуст. журн. 2007. Т. 53, № 3. С. 377–385.Kuznetsov G. N., Stepanov A. N. The field of an equivalent multipole composite radiator in a waveguide. Acoust. Phys. 2007, 53 (3), 326—334.Никифоров С. Л., Попов В. А., Попов О. Е., Селезнев И. А. Концепция создания единой базы геоакустических данных морского дна и технологии геоакустического моделирования // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2010. № 3(9). С. 49–61.Nikiforov S. L., Popov V. A., Popov O. E., Seleznev I. A. The concept of creating a single data base geo-acoustic seabed technology and geo-acoustic modeling. Fundam. prikl. gidrofiz. 2010, 3(9), 49—61 (in Russian).Волженский М. Н., Родионов А. А., Семенов Е. В., Филатов Н. Н., Зимин А. В., Булатов М. Б. Опыт верификации оперативной модели для мониторинга гидрофизических полей Белого моря в 2004—2008 гг. // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2009. T. 3, № 5. С. 33–41.Volzhenskii M. N., Rodionov A. A., Semenov E. V., Filatov N. N., Zimin A. V., Bulatov M. B. Experience Verification of operational models for the monitoring of hydrophysical fields of the white sea in 2004–2008. Fundam. prikl. gidrofiz. 2009, 3(5), 33—41 (in Russian).Пархоменко В. Н., Пархоменко В. В. Снижение шумности отечественных атомных подводных лодок в период с 1965 по 1995 год // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 2. С. 52–58.Parkhomenko V. N., Parkhomenko V. V. Noise reduction of domestic nuclear submarines in the period from 1965 to 1995. Fundam. prikl. gidrofiz. 2012, 5(2), 52—58 (in Russian).Родионов А. А., Семенов Е. В., Зимин А. В. Развитие системы мониторинга и прогноза гидрофизических полей морской сред в интересах обеспечения скрытности и защиты кораблей ВМФ // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 2. С. 89–109.Rodionov A. A., Semenov E. V., Zimin A. V. Development of monitoring and forecasting of hydrophysical fields of the marine environment in the interests of secrecy and protection of Navy ships. Fundam. prikl. gidrofiz. 2012, 5(2), 89—109 (in Russian).Калью В. А., Таровик В. И., Чижов В. Ю. Уменьшение подводной шумности коммерческих судов — актуальная задача судовой акустики // Сб. тр. XXIV сес. РАО. Саратов, 2011. Т. 2. С. 218–222.Kal’yu V. A., Torovik V. I., Chizhov V. Yu. Reduction of underwater noise commercial vessels — an urgent task in ship acoustics. Sbornik trudov XXIY sessii RAO, Saratov. 2011, 2, 218—222 (in Russian).Грачев Г. А. Особенности затухания сигналов в мелком море // Акуст. журн. 1983. Т. 29, № 2. С. 275–277.Grachev G. A. Features attenuation of signals in shallow water. Akust. Zh. 1983, 29(2), 275—277 (in Russian).Гиндлер И. В., Петников В. Г. Затухание звука в многолучевом волноводе при различных горизонтах излучения и приема // Акуст. журн. 1987. Т. 33, № 2. С. 355–356.Gindler I. V., Petnikov V. G. Sound attenuation in multipath waveguide at different levels of emission and reception. Akust. Zh. 1987, 33(2), 355—356 (in Russian).Белов А. И., Кузнецов Г. Н. Экспериментальное исследование законов спада и интерференционной структуры скалярных и векторных полей в мелком море // XIII школа-семинар акад. Л. М. Бреховских «Акустика океана». XXIII сес. РАО. М.: ГЕОС, 2011. С. 13–16.Belov A. I., Kuznetsov G. N. Experimental study of the laws of the recession and the interference structure of scalar and vector fields in shallow water. XIII shkola-seminar akad. L. M. Brekhovskikh «Akustika okeana». XXIII sessiya RАО. Moscow, Geos. 2011, 13—16 (in Russian).Грачев Г. А., Кузнецов Г. Н. Ослабление интерференционных максимумов акустического поля в мелком море // Акуст. журн. 1985. Т. 31, № 5. С. 675–678.Grachev G.A., Kuznetsov G. N. The weakening of the interference maxima of the acoustic field in a shallow sea. Akust. Zh. 1985, 31(5), 675—678 (in Russian).Baggeroer A. B., Kuperman W. A. Matched field processing in ocean acoustics // Acoustic signal processing for ocean exploration / Ed. J.M.F. Moura, I.M.G. Lourtie. Dordrecht; Boston; London: Kluwer Academic Publishers, 1992. P. 79–114.Baggeroer A. B., Kuperman W. A. Matched field processing in ocean acoustics. Acoustic signal processing for ocean exploration / Ed. J.M.F. Moura, I.M.G. Lourtie. Dordrecht, Boston, London, Kluwer Academic Publishers, 1992. P. 79—114.Glebova G. M., Kuznetsov G. N. Estimating parameters of signal sources and characteristics of noise field by using spatially separated vector-scalar modules // The Formation of Acoustical Fields in Oceanic Waveguides, Reconstruction of Inhomogeneities in Shallow Water. Nizhny Novgorod: Inst. Appl. Phys., 1998. V. 1. Р. 109–118.Glebova G. M., Kuznetsov G. N. Estimating parameters of signal sources and characteristics of noise field by using spatially separated vector-scalar modules. The Formation of Acoustical Fields in Oceanic Waveguides, Reconstruction of Inhomogeneities in Shallow Water. Nizhny Novgorod, Inst. Appl. Phys. 1998, 1, 109—118.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.