Передача информации через случайно-неоднородную океаническую среду

Рассмотрены физико-математические принципы формирования голограммы в океанической среде на фоне интенсивных внутренних волн, вызывающих взаимодействие мод. В основе представленного исследования лежит анализ частотно-временной интерференционной картины (интерферограммы), формируемой широкополосным источником звука и ее двумерное фурье-преобразование (голограмма). В работе получена связь структуры интерферограммы и голограммы с характеристиками невозмущенного и рассеянного полей. Спектральная плотность голограммы концентрируется в двух непересекающихся областях, соответствующих рассеянному и невозмущенному полям. Фильтрация этих областей дает возможность передавать неискаженную информацию через неоднородную океаническую среду. Представлены и проанализированы результаты численного моделирования интерферограмм и голограмм в присутствии интенсивных внутренних волн. Оценена относительная ошибка восстановления интерферограммы невозмущенного поля. Предложен подход адаптации полученных результатов к задаче передачи неискаженной информации на фоне океанических неоднородностей.

1. Кузнецов Г.Н., Кузькин В.М., Пересёлков С.А. Спектрограмма и локализация источника звука в мелком море // Акуст. журн. 2017. Т. 63, № 4. С. 406–418. doi: 10.7868/S0320791917040086

2. Казначеев И.В., Кузнецов Г.Н., Кузькин В.М., Пересёлков С.А. Интерферометрический метод обнаружения движущегося источника звука векторно-скалярным приемником // Акуст. журн. 2018. Т. 64, № 1. С. 33–45. doi: 10.7868/S0320791918010100

3. Бади М., Кузькин В.М., Пересёлков С.А. Интерферометрия гидродинамики океанического шельфа, вызванной интенсивными внутренними волнами // Фундам. прикл. гидрофиз. 2020. Т. 13, № 1. С. 45–55. doi: 10.7868/S2073667320010050

4. Чупров С.Д. Интерференционная структура звукового поля в слоистом океане // Акустика океана. Современное состояние. М.: Наука, 1982. С. 71–82.

5. Кузькин В.М., Пересёлков С.А. Интерферометрическая диагностика гидродинамических возмущений мелкого моря. М.: Ленанд, 2019. 200 с.

6. Dosso S.E., Wilmut M.J. Maximum-likelihood and other processors for incoherent and coherent matched-field localization // J. Acoust. Soc. Am. 2012. V. 132(4). P. 2273–2285. doi: 10.1121/1.4730978

7. Сазонтов А.Г., Малеханов А.И. Согласованная пространственная обработка сигналов в подводных звуковых каналах (Обзор) // Акуст. журн. 2015. Т. 61, № 2. С. 233–253. doi: 10.7X68/S0320791915020124

8. Kaznacheeva E.S., Kuznetsov G.N., Kuz’kin V.M., Lyakhov G.A., Pereselkov S.A. Measurement capability of the interferometric method of sound source localization in the absence of data on the waveguide transfer function // Phys. Wave Phenom. 2019. 27. P. 73–78. doi: 10.3103/S1541308X19010126

9. Kaznacheeva E.S., Kuz’kin V.M., Lyakhov G.A., Pereselkov S.A., Tkachenko S.A. Adaptive interferometric processing algorithms // Phys. Wave Phenom. 2020. 28. P. 267–273. doi: 10.3103/S1541308X20030103

10. Kuz’kin V.M., Kuznetsov G.N., Pereselkov S.A., Grigor’ev V.A. Resolving power of the interferometric method of source localization // Phys. Wave Phenom. 2018. 26. P. 150–159. doi: 10.3103/S1541308X18020097

11. Apel J.R., Badiey M., Chiu C.-S., Finette S., Headrick R.H., Kemp J., Lynch J.F., Newhall A.E., Orr M.H., Pasewark B.H., Tielburger D., Turgut A., von der Heydt K., Wolf S.N. An overview of the SWARM 1995 shallow-water internal wave acoustic scattering experiment // IEEE J. Ocean. Eng. 1997. 22. P. 465–500.

12. Frank S.D., Badiey M., Lynch J., Siegmann W.L. Analysis and modeling of broadband airgum data influenced by nonlinear internal waves // J. Acoust. Soc. Am. 2004. 116(6). P. 3404–3422. doi: 10.1121/1.1819499

13. Буров В.А., Сергеев С.Н. Современные методы теории возмущения при расчете гидроакустических полей // Вестн. МГУ. Серия 3. Физика. Астрономия. 1992. Т. 33, № 2. С. 49–56.

14. Распространение звука во флуктуирующем океане / Под ред. С. Флатте. Пер. с англ. М.: Мир, 1982. 336 с.

15. Коняев К.В., Сабинин К.Д. Волны внутри океана. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 271 с.

16. Кузькин В.М., Луньков А.А., Пересёлков С.А. Частотные смещения максимумов звукового поля, вызванные интенсивными внутренними волнами // Акуст. журн. 2012. Т. 58, № 3. С. 342–349.

17. Kuz’kin V.M., Kutsov M.V., Pereselkov S.A. Frequency shifts of sound field maxima in few-mode propagation, which are initiated by internal wave solitons // Phys. Wave Phenom. 2013. 21. P. 139–151. doi: 10.3103/S1541308X13020064

18. Бреховских Л.М., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. М.: Наука, 2007. 374 с.

19. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976. 928 с.