Теоретический анализ влияния слаборасходящихся пучков на формирование пространственно-временной структуры импульсных сигналов в Японском море

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Численным моделированием с использованием модовой теории и геометроакустического приближения установлено, что наряду с присутствующими типичными четверками импульсов в пространственно-временной структуре акустического поля появление с малыми задержками по отношению к ним дополнительных сигналов обусловлено формированием в подводном звуковом канале Японского моря слаборасходящихся многомодовых пучков, которым соответствуют гладкие экстремумы у зависимостей пространственного периода интерференции соседних мод и их групповой скорости от номера моды. На примере одной из двух характерных для Японского моря стратификаций скорости звука показано, что при относительно высоких частотах излучения возможна регистрация двух групп дополнительных сигналов, которым соответствуют слаборасходящиеся пучки, сформированные модами сравнительно низких и высоких номеров.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. В. Петухов

Институт прикладной физики РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: yuvpetukhov@yandex.ru
Россия, ул. Ульянова 46, Нижний Новгород, 603950

Е. Л. Бородина

Институт прикладной физики РАН

Email: borodina@appl.sci-nnov.ru
Россия, ул. Ульянова 46, Нижний Новгород, 603950

Список литературы

  1. Петухов Ю.В., Бородина Е.Л. Влияние слаборасходящегося акустического пучка на формирование пространственно-временной структуры импульсных сигналов в подводном звуковом канале // Акуст. журн. 2024. Т. 70. № 2. С. 225–231.
  2. Jensen F.B., Kuperman W.A., Porter M.B., Schmidt H. Computational ocean acoustics. New York: Springer, 2011. 794 с.
  3. Вадов Р.А. Временная изменчивость тонкой структуры сигнала в океане // Акуст. журн. 1996. Т. 42. № 4. С. 489–495.
  4. Вадов Р.А. Региональные различия временной структуры звуковых полей точечного источника, формируемой в подводном канале // Акуст. журн. 2006. Т. 52. № 5. С. 624–635.
  5. Вадов Р.А. Открытие подводного звукового канала, экспериментальные исследования, региональные различия // Акуст. журн. 2007. Т. 53. № 3. С. 313–328.
  6. Вадов Р.А. Поле точечного источника в подводном звуковом канале Японского моря // Акуст. журн. 1998. Т. 44. № 5. С. 601–609.
  7. Петухов Ю.В. Лучевые и дифракционные слаборасходящиеся пучки в океанических волноводах // Акуст. журн. 2011. Т. 57. № 3. С. 409–419.
  8. Petukhov Yu.V. Conditions for forming weakly diverging acoustic bundles in ocean waveguides // Acoust. Phys. 2009. V. 55. № 6. P. 785–793.
  9. Вадов Р.А. О временах затягивания сигнала в различных районах океана // Акуст. журн. 1994. Т. 40. № 6. С. 930–934.
  10. Петухов Ю.В., Абросимов Д.И., Бородина Е.Л. Каустики и слаборасходящиеся пучки лучей в океанических волноводах // Акуст. журн. 2006. Т. 52. № 3. С. 367–374.
  11. Абросимов Д.И., Петухов Ю.В. Влияние дифракционных эффектов на формирование слаборасходящихся пучков в подводном звуковом канале // Акуст. журн. 1997. Т. 43. № 4. С. 437–447.
  12. Моргунов Ю.Н., Голов А.А., Буренин А.В., Петров П.С. Исследования пространственно-временной структуры акустического поля, формируемого в глубоком море источником широкополосных импульсных сигналов, расположенным на шельфе Японского моря // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 5. С. 641–649.
  13. Моргунов Ю.Н., Безответных В.В., Голов А.А., Буренин А.В., Лебедев М.С., Петров П.С. Экспериментальное исследование импульсной характеристики волновода Японского моря с использованием псевдослучайных последовательностей в приложении к навигации удаленных объектов // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 3. С. 291–297.
  14. Буренин А.В., Лебедев М.С., Разживин В.В., Шкрамада С.С., Моргунов Ю.Н. Экспериментальное тестирование вычислительной программы “RAY” для решения задач акустической дальнометрии на протяженных трассах, включающих шельф и глубокое море // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 5. С. 509–514.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимости скорости звука c(z) от глубины z для двух районов Японского моря: штриховая линия соответствует [6], сплошная — [9].

Скачать (55KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Соответствующие стратификации c(z) в [6] (см. рис. 1) зависимости от номера моды l (а) — пространственного периода интерференции соседних мод Rl,l+1(l) (1) и (б) — их групповой скорости vl(l) (2) при различных частотах излучения: f = 400 Гц (кривая 1), f = 700 Гц (кривая 2), f = 103 Гц (кривая 3).

Скачать (96KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Соответствующая стратификации c(z) в [6] (см. рис. 1) зависимость от глубины z относительного времени распространения τ(z) (3) акустических сигналов по лучам, выходящим из расположенного на оси канала источника zs = z0 = 150 м в диапазоне углов −4° ≤ χs ≤ 4°: (а) — полная τ − z диаграмма и (б, в) — характерные ее фрагменты, демонстрирующие приходы дополнительных сигналов на горизонтальном расстоянии r = 200 км.

Скачать (424KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость нормированного коэффициента возбуждения мод Al(l) (4) от их номера l при частоте излучения f = 103 Гц источника, расположенного на оси zs = z0 = 150 м канала [6] (см. рис. 1).

Скачать (55KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Представленное в плотностной записи пространственное (по горизонтальному расстоянию r и глубине z) распределение нормированной на цилиндрическое расхождение волнового фронта интенсивности J0(r, z) акустического поля, полученнное (а) — при некогерентном суммировании вкладов всех рефрагированных лучей с углами выхода из источника при zs = z0 = 150 м в диапазоне −14° ≤ χs ≤ 14° и (б) — с использованием модовой теории при частоте излучения f = 103 Гц –для канала в [6] (см. рис. 1).

Скачать (390KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Соответствующие стратификации c(z) в [9] (см. рис. 1) зависимости от номера моды l (а) — пространственного периода интерференции соседних мод Rl,l+1(l) (1) и (б) — их групповой скорости vl(l) (2) при различных частотах излучения: f = 400 Гц (кривая 1), f = 700 Гц (кривая 2), f = 103 Гц (кривая 3).

Скачать (95KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Соответствующая стратификации c(z) в [9] (см. рис. 1) зависимость от глубины z относительного времени распространения τ(z) (3) акустических сигналов по лучам, выходящим в диапазоне углов −4° ≤ χs ≤ 4° из расположенного на оси канала zs = z0 = 148 м источника: (а) — полная τ − z диаграмма и (б, в) — характерные ее фрагменты на горизонтальном расстоянии r = 200 км.

Скачать (400KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость нормированного коэффициента возбуждения мод Al(l) (4) от их номера l при частоте излучения f = 103 Гц источника, расположенного на оси zs = z0 = 148 м канала [9] (см. рис. 1).

Скачать (54KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Представленное в плотностной записи пространственное (по горизонтальному расстоянию r и глубине z) распределение нормированной на цилиндрическое расхождение волнового фронта интенсивности J0(r, z) акустического поля, полученнное (а) — при некогерентном суммировании вкладов всех рефрагированных лучей с углами выхода из источника при zs = z0 = 148 м в диапазоне −16° ≤ χs ≤ 16° и (б) — с использованием модовой теории при частоте излучения f = 103 Гц для канала в [9] (см. рис. 1).

Скачать (356KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025