Компьютерное моделирование пространственных характеристик параметрической антенны

в присутствии в ближней зоне параметрической излучающей антенны гидродинамического потока, были определены значения временного интервала корреляции т0 и пространственного радиуса корреляции рг. При создании в области нелинейного взаимодействия компактного неоднородного гидродинамического потока (и=1м/с, Ь=0,4 1С, 1=0,03 м) [2] значение рг составило 5,1 м. Это позволяет сделать вывод о том, что пространственный радиус корреляции рг много больше длины волн, участвующих в процессе нелинейного взаимодействия, и соизмерим с размером ближней зоны параметрической излучающей антенны, а, следовательно, добавка к суммарному полю ВРЧ за счет присутствия потока когерентна.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Акустика океана/Под ред. Л. М. Бреховских. М.: Наука, 1974. 694 с.

2. Воронин В.А., Кириченко И.А. Исследование параметрических акустических антенн для проведения экологического мониторинга водной экосистемы // Известия ТРТУ. 2001. №2. С.100-104.

3. Кириченко И. А. Параметрическая антенна в задачах экологического мониторинга водной экосистемы мелкого моря. // Х1 Сессия РАО. Школа-семинар «Акустика океана». М., 2002. С.217-220.

4. Кириченко И.А., Старченко И. Б., Тимошенко В. И. Модель параметрической антенны с учетом нелинейного взаимодействия первичных волн в гидродинамическом потоке/ VI сессия Российского акустического общества. М., 1997. С.67-70.

5. Зайцев В.Ю., Раевский М.А. Параметрическое излучение звука в среде со случайными неоднородностями // Акуст. журнал. Т. 36. № 2. 1974. С. 288-295.

6. Брэдшоу П. Введение в турбулентность и ее измерение. М.: Мир,1974. 278 с.

В.В. Салов

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ

Имитационное моделирование предполагает исследование поведения сложной системы "антенна - водная среда" на ее модели. Модельные исследования имеют ряд преимуществ перед натурными: возможность вариации параметрами систем, внешними условиями и выбором модели. Преимущество имитационного подхода состоит в том, что возможно моделирование ситуаций, которые трудно воспроизводимы в натурных и лабораторных условиях со сложными начальными условиями.

Параметрические антенны (ПА) нашли свою сферу применения в изучении Мирового океана. В большинстве случаев выбор в пользу ПА основан на ее уникальных свойствах, таких как узкая частотно независимая диаграмма направленности, широкий диапазон рабочих частот и других.

Рассмотрение работы ПА в реальных условиях необходимо проводить с учетом вероятностных характеристик акустических сигналов. Как известно, существует ряд моделей, уравнения которых описывают распространение сигналов ПА. При этом разные модели учитывают разные явления, влияющие на распространение сигналов, или учитывают существование этих явлений по-разному. Так, например, известные модели ПА, построенные на решении уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецова, используют в качестве первичных сигналов гармонические - идеализированные.

В процессе создания имитационной системы для всестороннего анализа различных явлений и процессов проведена систематизация известных моделей распространения сигналов ПА и моделей акустических сигналов.

При построении концептуальной модели имитационной моделирующей системы распространения сигналов ПА, как это видно в верхней части графа на рис.1, был отобран ряд физических явлений: поле скорости звука, поток жидкости или движение среды распространения волн; звукорассеивающие слои, нелинейное взаимодействие акустических волн и др.

Некоторые из явлений возможно разложить на ряд аддитивных процессов (например, явление 2). При этом часть процессов могут оказаться зависимыми друг от друга, а другая часть не оказывает такого влияния на другие процессы. Каждое из перечисленных выше явлений или процессов возможно описать одним или несколькими известными уравнениями (моделями).

В ходе анализа и систематизации этих моделей, сравнения результатов расчетов для различных моделей при одинаковых параметрах, проверка адекватности теоретических решений практически (экспериментально) создана концептуальная модель для программной реализации.

Как уже упоминалось, модель основана на статистическом подходе, так как возникающие в среде различного рода неоднородности имеют случайный характер [2]. В данной работе предлагается использование различных моделей акустических сигналов: каноническая и параметрическая неоднородная среда распространения; аддитивно-мультипликативная в условиях рассеивания, комплексное представление для всестороннего анализа. Свойства среды распространения будут учитываться случайными функциями с помощью задания специальных параметров, определяющих искажающие факторы (см. рис.1). Преимущество имитационного подхода состоит в том, что возможно моделирование ситуаций, которые не воспроизводимы на практике со сложными начальными условиями и даже в принципе не возможны. Но именно в процессе таких модельных экспериментов иногда возможно прогнозирование ситуаций.

Компьютерная имитационная статистическая система для моделирования распространения сигналов ПА реализована в интегрированной среде для автоматизированных расчетов EXCEL с применением в качестве элементов управления имитационной системой и визуализации информации модулей, созданных в среде объектно ориентированного программирования Visual Basic. На рис. 2 представлен интерфейс программного комплекса.

В дальнейшем планируется разделение программной модели на два модуля: 1 - Разработчика, 2 - Пользователя. Модуль Разработчика будет содержать дополнительные функции для подготовки к публикации результатов моделирования в модуле Пользователя. Модуль Пользователя планируется реализовать в HTML-формате для размещения в INTERNET и доступа к нему при помощи стандартных программ браузеров Internet Explorer или Netscape Navigator.

Рис. 1

ХдПЛКТЙПИГТИК Ы ЯКГЙННЫ

Частота накачки (центр) 1 150 кГц т]

Диапазон разн частот 1 20 кГц т]

И злуч мощность I 2000 Вт т]

Длительность импул 1 МС

Снижение по частоте ю Н

П Спец параметры 1 Г" Спец параметры 2 |

Хдпдктяпыгтыкм гпелк І'пгіт-.рктяі

Г Скорость звука 1500 м/с і

Т емпература 20-С

^ Плотность 1000 кг/мЗ -

Глчбина 100 м —

Г Гилвостат давление 10 атм —

Г Соленость 25%. 2

Г Г руппа неодн 1 ГГ руппа неодн 2

Г Грцппа неодн 3 [

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. Л.: Судо-

строение, 1980. 254 с.

2. Ольшевский В.В. Статистические методы в гидролокации. Л.: Судостроение, 1973.

184 с.

3. ГарнаевА. Excel, VBA, Internet. СПб: БХВ-Петербург, 2001.816 с.: ил.

2. Салов В.В., Старченко И.Б. Модельный подход к исследованию акустических сигналов в биологических объектах. //Известия ТРТУ. Медицинские информационные системы / Материалы научно-технической конференции: Медицинские информационные системы - МИС-2000. Таганрог: ТРТУ, 2000. Тематический выпуск. № 4(18). С. 163-164.

А.М. Гаврилов

СВОЙСТВА ОГИБАЮЩЕЙ ТРЕХЧАСТОТНОЙ ВОЛНЫ В ГАУССОВОМ ПУЧКЕ

Огибающая волны с амплитудной модуляцией помимо традиционного использования для передачи информации представляет интерес в качестве информативного параметра при изучении дисперсии скорости звука [1], измерениях расстояний [2], дистанционных измерениях параметров неровностей [3] и классификации по акустической жесткости [4, 5] отражающих поверхностей.

Разрабатываемые в последнее время информационно измерительные системы на базе нелинейных акустических излучателей (НАИ) [6, 7] зачастую связаны с использованием огибающей накачки, в качестве которой всегда выступает модулированная по амплитуде волна. Рассмотрение амплитудно-модулированных (АМ) волн при описании работы различных технических устройств ограничивается, как правило, моделями одномерных волн [1 - 7]. Это может быть причиной низкой достоверности получаемой информации, поскольку одновременное проявление в пучках дифракционных и диссипативных процессов способно оказать существенное влияние на параметры огибающей даже в случае достаточно узкополосных сигналов из-за пространственного накопления вносимых ими искажений.

Вопросам поведения амплитудных и фазовых характеристик огибающей АМ волн в дифрагирующих пучках до настоящего времени, насколько нам известно, не уделялось внимания.

В основу рассмотрения проблемы положим анализ поведения компонент квадрата огибающей, что равносильно наблюдению за принятым сигналом в произвольной точке пространства, прошедшим через квадратичный детектор. Такой подход к изучению огибающей заслуживает внимания по той причине, что частотный спектр нелинейно генерируемой волны разностной частоты (ВРЧ) НАИ совпадает со спектром квадрата огибающей. Это позволяет использовать в параметрических системах [6, 7] огибающую совместно с ВРЧ, где первая выполняет роль опорного сигнала при проведении фазовых измерений.

Идентичность частотных спектров ВРЧ и квадрата огибающей накачки обусловлена квадратичным характером нелинейности среды распространения НАИ [8].

Изучение огибающей представляет интерес также и для уточнения физической модели НАИ, поскольку зачастую она рассматривается как генератор «сторонних источников», приводящих к образованию ВРЧ в среде распространения [9]. От того, как распределена в пространстве производительность этих источников и насколько сфазированы они с разностной волной, зависят ответы на вопросы, что считать областью формирования НАИ и насколько эффективно идет нелинейный процесс перекачки энергии накачки в ВРЧ.