Экспериментальное исследование когерентности низкочастотных звуковых импульсов на томографических трассах большой протяженности в мелком море

2. Митько А.В., Митько В.Б. Гидрофизическая аттестация в информационном обеспечении комплексного управления прибрежной зоной //Тезисы докл. межд. конф. «Региональная информатика РИ-2000». - СПб., 2000. - С.129.

3. Митько А.В., Митько В.Б. Объектно-ориентированный подход к разработке модели обеспечения навигации в прибрежной зоне //Тезисы докладов конференции «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии» («НО-2001»). -СПб., 2001. - С. 56 - 61.

4. Погребов В.Б., Шилин М.Б. Экологический мониторинг прибрежной зоны Арктических морей. - СПб.: -Гидрометеоиздат, 2001. - 95 с.

5. Митько А.В. Гидроакустические системы позиционирования на Арктическом шельфе // Труды межд. научно- практ. конф. «Наука и технологии для устойчивого развития северных регионов». - СПб., 2003. - С.190 - 192.

6. Митько А.В. Модель мелководного канала в задачах комплексного управления

прибрежной зоной // Труды межд. конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» («ГА-2006»). - СПб., 2006. - С.416 - 421.

7. Mit’ko A., Mit’ko V., Hvostov A. Application of Marine Hydrographic Information Systems For Resource and Ecological Problems Solution. Proceed. Intern. Conf. On Informatics and Control (ICIC’97). - SPb., 1997.- Р.1198, - 2002.

В.Н. Кравченко, А.И. Хилько

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОГЕРЕНТНОСТИ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ЗВУКОВЫХ ИМПУЛЬСОВ НА ТОМОГРАФИЧЕСКИХ ТРАССАХ БОЛЬШОЙ ПРОТЯЖЕННОСТИ

В МЕЛКОМ МОРЕ

Используемый при натурных экспериментах по низкочастотной томографии [1 - 3] излучающий комплекс представляет собой вертикальную антенную решетку из 16 излучающих модулей, каждый из которых включает излучатель электромагнитного типа с номинальной акустической мощностью порядка 70 вт при КПД = 70 % с одинаковыми резонансными частотами (разброс частот составляет 1,5 %), цифровой блок управления и возбуждения колебаний.

Управление излучением и контроль его качества обеспечивался общим для излучающей решетки управляющим процессорным блоком с библиотекой программ, соответствующих различным амплитудно-фазовым распределениям на апертуре антенной решетки и различным типам излучаемых сигналов (тональные, тонально-импульсные, гиперболочески частотно-модулированные (ГЧМ) импульсы, фазоманипулированные импульсы, модулированные псевдослучайными м-последовательностями и др.). При проведении экспериментов на сверхдальних трассах в мелком море были реализованы режимы излучения, соответствующие однородному амплитудно-фазовому распределению, а также первым трем собственным модам акустического волновода. Используемые при измерениях приемные антенны представляли собой донные линейные решетки из 16 эквидистантно расположенных на дне приемных гидрофонов. Приемные решетки были снабжены контейнерами с аппаратурой питания, обработки и регистрации принимаемых сигналов.

С помощью указанной аппаратуры были осуществлены исследования возбуждения распространения и рассеяния неоднородностями гидроакустического канала в мелком море. Как следует из экспериментальных данных, прием одиночным

гидрофоном согласованных со средой маломодовых тональных, ГЧМ и модулированных импульсов позволяет обеспечить уровень поля подсветки, превышающий шумы моря на величину от 30 до 50 дБ на удалениях от 150 до 350 км (рис.1). При этом установлено, что уровень акустического поля подсветки существенно зависит от строения и глубины волновода вдоль трассы распространения. Наблюдаемые в описываемых экспериментах высокие значения когерентности принимаемых сигналов позволили реализовать когерентное накопление импульсных сигналов за счет пространственной селекции и согласованной фильтрации на 20 -25 дБ (рис.2).

Рис.1. Структура принимаемых импульсов (слева) и их спектры (справа) для тональных (верхние рисунки), ГЧМ (средние рисунки) и фазоманипулиро-ванных м-последовательностью импульсов (нижние рисунки) при приеме на один гидрофон горизонтальной решетки, расположенной на расстоянии 150 км от источника излучения

Большое превышение над уровнем шумов моря реверберационных маломодовых импульсов было использовано для осуществления реконструкции пространственного распределения рассеивающих зондирующие сигналы подводных возвышенностей и береговых зон. Полученные экспериментальные результаты продемонстрировали возможность наблюдения неоднородностей мелкого моря методом маломодовой томографии. На основе анализа экспериментальных данных показано, что при возбуждении волновода вертикально развитой излучающей антенной общей мощностью порядка 1 квт при длинах трасс 150 - 350 км принятые гидроакустические сигналы превышают уровень шумов моря при четырехбалльном волнении на 30 - 50 дБ и сохраняют свою когерентность в пределах длины зондирующего импульса (10 с). В результате проведенных натурных измерений впервые было экспериментально показано, что использование согласованного с волноводом возбуждения маломодовых акустических сигналов вертикально разви -той излучающей решеткой позволяет обеспечить возбуждение мощных и стабильных сигналов подсветки повышенной когерентности, а также уменьшить их зату-

хание при распространении на мелководных трассах сверхбольшой протяженности (до 350 км).

амплитуда автокорреляции

Рис. 2. Угловая зависимость сигнала с выхода горизонтальной приемной решетки (слева) и результаты сжатия принимаемых импульсов с выхода одного гидрофона (справа) для приемной решетки, расположенной на расстоянии 150 км

Проведенные эксперименты показали, что за счет наблюдаемой в экспериментах высокой когерентности принимаемых сигналов реализуется когерентное накопление импульсных сигналов за счет пространственной селекции и согласованной фильтрации на 20 - 25 дБ (рис. 3).

73.2049 град.

2А7Ш Гц

'"агІЛ -д-4 ЙІ

і 1 \ ¡1 | ; 1

І Т ”Г

1 і . і9-"“

150 -100 -50 0 50 100 150

Ш Ъ(7 Ж 248 № 249 Ж

Рис. 3. Направление прихода дифрагированного сигнала (а) и доплеровское смещение дифрагированных импульсов (б) с выхода горизонтальной приемной решетки, расположенной на расстоянии 150 км

По измеренным с существенным превышением над уровнем шумов моря ди -фрагированным и реверберационным маломодовым импульсам осуществлена ре -конструкция пространственного распределения рассеивающих зондирующие сигналы неоднородностей и возвышенностей береговых зон. Полученные экспериментальные результаты продемонстрировали возможность наблюдения методом маломодовой низкочастотной импульсной акустической томографии неоднородно -стей в пределах протяженных трасс мелкого моря.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лучинин А.Г., Хилько А.И., Бурдуковская В.Г. Маломодовая импульсная томография мелкого моря // Сб. докладов X школы-семинара акад. Л.М. Бреховских «Акустика океана», совм. с XIV сессией РАО. - М., 2004. - С. 210 - 216.

2. Лучинин А.Г., Хилько А.И., Стромков А.А. и др. Экспериментальное исследование формирования маломодовых акустических импульсов в мелком море // Сб. докладов X школы-семинара акад. Л.М. Бреховских «Акустика океана», совм. с XIV сессией РАО. - М., 2004. - С. 216 - 220.

3.Гринюк А.В. Демкин В.П., Кравченко В.Н., Лучинин А.Г., Хилько А.И., Стромков А.А., Леонов И.И., Кошкин А.Г. Исследование когерентности низкочастотных маломодовых звуковых импульсов при их дальнем распространении в мелком море // Сб. докладов Нижегородской акустической научной сессии 16-17 мая 2005 г. ННГУ им. Н.И. Лобачевского. 2005 г. - Н.Новгород, 2005. - С. 124 - 126.

Н.Н. Свинобоев, С.П. Тарасов, В. Л. Чулков

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ БАССЕЙНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

Водные ресурсы являются основой как жизни и деятельности человека, обеспечивая его социальное и экономическое благополучие, так и всего животного и растительного мира. Резкое обострение проблемы обеспечения населения питьевой водой связано, прежде всего, с огромным возрастающим техногенным воздействием на окружающую и природную среду, включая атмосферу, литосферу и гидросферу. Обеспеченность человека водой - это не разовая или временная проблема, а одна из главных задач человечества, решение которой будет с каждым годом обостряться и усложняться.

Серьезная проблема в использовании поверхностных вод для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения связана с их загрязнением. Мы не столько используем питьевую воду, сколько выводим её из пользования. Загрязнение идёт как за счёт очень распространённых химических элементов (хлор, азот, фосфор, сера), так и за счёт более редких (фтор, тяжёлые металлы, ртуть, кадмий и др.). Известно, что природная вода, загрязнённая отбросами промышленного и коммунального хозяйства, может стать причиной возникновения различных инфекционных заболеваний. Этот важный фактор заставляет принимать весьма серьезные меры по очищению бытовых и промышленных сточных вод. В результате сброса загрязняющих веществ со сточными водами, аварийных ситуаций на нефтепроводах, шламонакопителях и очистных сооружениях вода подавляющего большинства внутренних водоёмов требует обязательного обеззараживания и водоподготов-ки перед подачей населению, что делает её достаточно дорогим товаром.

Ещё одной проблемой является техногенное вмешательство в водную экосистему. Так, функционирование морских и речных портов невозможно без ведения дноуглубительных работ. При сбросе грунта изменяется рельеф дна, физикохимические свойства воды и донных отложений, возрастает содержание загрязняющих веществ.

В море и других внутренних водоёмах интенсивно проходит комплекс процессов самоочищения в придонном слое, куда выпадают осадки. Моллюски профильтровывают воду, очищая её.

Однако без вмешательства человека экосистема не справится со всеми происходящими в море процессами загрязнения. Поэтому, прежде всего, необходимо