Methods and Results of Acoustic Calibration of Shallow Sea Local Zones

The estimation of the waveguide transfer function is required to measure the mentioned noise level of marine objects with a given accuracy and to perform matched filtering of the received signals for assessment of the depth and distance to the object in passive mode. The paper analyzes and discusses the methodology developed by the use of various technical means for acoustic calibration of local zones of shallow water and getting adequate models of ground with parameter estimation in the areas of the receiving antenna, in the area of traffic or towing of the source, as well as along the path of signals propagation. The information received, together with an evaluation of the vertical distribution of sound velocity allows us to give an analytical description of the waveguide transfer function according to the distance, the operating frequency, the depth of the transmitter and receiver. The results of comparison of different methods and of experimental estimation of the model parameters of the ground in homogeneous and inhomogeneous waveguides are presented. The advantage of applying the Wigner method to estimate the parameters of normal waves is proved. A comparison of different models is performed, their adequacy is estimated by calculating the correlation ratio between the experimental and theoretical dependences of sound field, as well as by assessing the noise with absolutely calibrated source noise which was known. Practical recommendations are given, the methods of the interference field structure prediction and of providing the consistent estimates of the noise of the source are justified.

1. Урик Р.Дж. Основы гидроакустики / Пер. с англ. Л.: Судостроение, 1978. 445 с.

2. Кацнельсон Б. Г., Петников В. Г. Акустика мелкого моря. М.: Наука, 1997. 181 с.

3. Tolstoy A., Diachok O., Frazer L. N. Acoustic tomography via matched field processing // J. Acoust. Soc. Amer. 1991. V. 89. P. 1119–1127

4. Baggeroer A. B., Kuperman W. A. Matched field processing in ocean acoustics // Acoustic signal processing for ocean exploration / Eds. by J. M. F. Moura, I. M. G. Lourtie. Dordrecht, Boston, London: Kluwer Academic Publishers, 1992. P. 79–114.

5. Белов А. И., Комаров А. Г. Построение акустической модели морского дна мелководного района на основе данных геолого-геофизических исследований и экспериментов по распространению звука // Акуст. журн. 1998. Т. 44, № 3. С. 312–317.

6. Белов А. И. К возможности определения акустических параметров донных отложений по характеристикам нормальных волн в водном слое // Океанология. 1995. Т. 35, № 4. С. 629–631.

7. Волженский М. Н. и др. 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.

8. 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.

9. Коваленко В. В., Корчак В. Ю., Чулков В. Л. Концепция и ключевые технологии подводного наблюдения в условиях сетецентрических войн // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2011. Т. 4, № 3. С. 49–64.

10. Хаттон Л., Уэрдингтон М., Мейкин Дж. Обработка сейсмических данных / Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 216 с.

11. Сейсморазведка: Справочник геофизика. М.: Недра, 1990. 336 с.

12. Gardner G. H. F., Gardner L. W., Gregory A. R. Formation velocity and density — the diagnostic basics stratigraphic traps // Geophysics. 1974. V. 39. P. 770–780.

13. Бpеховских Л. М., Лысанов Ю. П. Теоретические основы акустики океана. М.: Наука, 2007. 369 с.

14. Белов А. И., Кузнецов Г. Н. Исследование локальных акустических характеристик дна мелкого моря // Сб. тр. XIII сессии РАО. М.: Геос, 2003. Т. 4. С. 40–43.

15. Белов А. И., Кузнецов Г. Н. Методы и результаты идентификации акустических моделей районов установки приемных систем, трасс распространения сигналов и зон расположения излучателей // Сб. тр. XXIY сессии РАО и Сессии Научного совета РАН по акустике. Саратов. М.: Геос, 2011. Т. 2. С. 319–326.

16. 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.

17. Агеев М. Д., Касаткин Б. А., Киселёв Л. В. и др. Автоматические подводные аппараты. Л.: Судостроение, 1981. 223 с.

18. Бородин В. В., Кузнецов Г. Н. Реконструкция параметров многослойного дна мелкого моря // Сб. тр. школы-семинара акад. Л. М. Бреховских. М.: Геос, 1998. С. 91–96.

19. Гончаров В. В., Куртепов В. М., Хилько А. И. и др. Акустическая томография океана. ИПФ РАН. Нижний Новгород, 1997. 256 с.

20. Belov A. I., Kuznetsov G. N. Characteristics of normal waves exited by vertical arrays in shallow sea // Physics of Wave Phenomena. 2006. V. 14, N 3. P. 66–74.

21. Poletti M. A. Linearly Swept Measurents, Time-Delay Spectrometry, and Wigner Distribution // J. Audio Enj. Soc. 1988. V. 36, № 6. P. 457–468.

22. Nelder J. A., Mead R. A simplex method for function minimization // Computer J. 1965. V. 7. P. 308–313.

23. Агеева Н. С., Крупин В. Д., Перелыгин В. П., Студеничник Н. В. Построение геоакустической модели дна в мелком море // Акуст. журн. 1994. Т. 40, № 2. С. 181–188.

24. Kirkpatrick S., Gelatt C. D., Vecchi M. Optimization by simulated annealing // Science. 1983. V. 220. P. 671–680.