Исследование характеристик поля параметрической антенны в донных осадках при формирование в них продольных и сдвиговых волн разностной частоты
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
Исследование Мирового океана – одно из ведущих направлений современной науки, составной частью которой является изучение дна океанов, морей, рек и озер.
В соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 7 июля 2011 года № 899 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации», такие исследования, проводимые с помощью новых гидроакустических методов и разрабатываемых на их основе приборов и комплексов, относятся к приоритетным направлениям развития науки в части создания информационно-телекоммуникационных систем и специальной техники.
Кроме того, разрабатываемая при этом аппаратура относится к перечню критических технологий в части технологий информационных, управляющих, навигационных систем; технологий мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения; технологий поиска, разведки и
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….. 5
1 ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ГИДРОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ОСОБЕННОСТИ ИХ РАБОТЫ ПРИ ЗОНДИРОВАНИИ ДОННЫХ ОСАДКОВ…………………………..13
1.1 Основные акустические параметры донных осадков и особенности распространения волн возбуждаемых в них………………………………13
1.2 Обзор работ по проникновению высоконаправленных звуковых пучков, формируемых параметрической антенной, при работе в донных осадках……………………………………23
1.3 Обзор разработанных параметрических гидролокационных систем применяемых для зондирования донных осадков и промышленно выпускаемых параметрических профилографов………………………31
1.4 Выводы………………………………………………………………… 39
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОМ ПАДЕНИИ ВЫСОКОНАПРАВЛЕНЫХ ЗВУКОВЫХ ПУЧКОВ НА ГРАНИЦУ РАЗДЕЛА, ФОРМИРУЮЩИХ В ДОННЫХ ОСАДКАХ ПРОДОЛЬНЫЕ ВОЛНЫ РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ……40
2.1 Физическое представление и математическое описание поля параметрической антенны формирующего в донных осадках продольные волны разностной частоты при вертикальном падении высоконаправленных звуковых пучков на границу раздела………………………………………………………………40
2.2 Расчет основных характеристик поля параметрической антенны при вертикальном падении высоконаправленных звуковых пучков на границу раздела, формирующих в донных осадках продольные волны разностной частоты………………………………………………………..49
2.3 Выводы………………………………………………………………… 70
3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ ПРИ ПАДЕНИИ ВЫСОКОНАПРАВЛЕННЫХ ЗВУКОВЫХ ПУЧКОВ НА ГРАНИЦУ РАЗДЕЛА ПОД УГЛАМИ БЛИЗКИМИ К КРИТИЧЕСКИМ, ФОРМИРУЮЩИХ В ДОННЫХ ОСАДКАХ СДВИГОВЫЕ ВОЛНЫ РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ………………………………………………………72
3.1 Физическое представление и математическое описание поля параметрической антенны при падении высоконаправленных звуковых пучков на границу раздела под углами близкими к критическим, формирующих в донных осадках сдвиговые волны разностной частоты……………………………………………………………72
3.2 Расчет основных характеристик поля параметрической антенны при падении высоконаправленных звуковых пучков на границу раздела под углами близкими к критическим и формирующими в донных осадках сдвиговые волны разностной частоты……………………………………..80
3.3 Выводы………………………………………………………………… 98
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ, ФОРМИРОВАНИИ И РАСПРОСТРАНЕНИИ В ДОННЫХ ОСАДКАХ ПРОДОЛЬНЫХ И СДВИГОВЫХ ВОЛН РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ………………….………………………………………100
4.1 Основные задачи экспериментальных исследований………………… 100
4.2 Структурная схема установки для экспериментальных исследований, проведенных в специализированном гидроакустическом бассейне……………………………………………101
4.3 Методика проведения экспериментальных исследований в специализированном гидроакустическом бассейне ……………………104
4.4 Калибровка измерительных гидрофонов, предназначенных для исследований, проведенных в гидроакустическом измерительном бассейне…………………………………………108
4.5 Экспериментальные исследования основных характеристик поля продольных волн разностной частоты, сформированных в донных осадках при вертикальном падении на границу раздела высоконаправленных звуковых пучков……………………………………112
4.6 Экспериментальные исследования основных характеристик поля сдвиговых волн разностной частоты, сформированных в донных осадках при падении высоконаправленных звуковых пучков на границу раздела под углами близкими к критическим………………………………………………………………121
4.7 Выводы………………………………………………………………… 137
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………. 143
Список сокращений………………………………………………………… 147
Список использованной литературы……………………… 148
Список использованной литературы
1 Барник В., Вендт Г., Каблов Г.П., Яковлев А.Н. Гидролокационные системы вертикального зондирования дна. – Новосибирск: НЭИ, 1992 – 217 с.
2 Рыбачек М.С. Исследование взаимодействия акустических волн и разработка параметрического излучателя звука // Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук, ЛЭТИ, 1978.
3 Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. – Л.: Судостроение, 1981. – 264 с.
4 Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. – Л.: Судостроение, 1986. – 272 с.
5 Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. – Л.: Судостроение, 1990. – 256 с.
6 Воронин В.А., Кузнецов В.П., Мордвинов Б.Г., Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Нелинейные и параметрические процессы в акустике океана. – Ростов-на-Дону: Ростиздат, 2007. – 448 с.
7 Житковский Ю.Ю. // В кн.: Акустика морских осадков / под ред. Л. Хэмптона. – М.: Мир, 1977. – С. 5–6.
8 Ховем Е.М. Поглощение звука в морских осадках // В кн.: Акустика дна океана / под ред. У. Купермана, Ф. Енсена. – М.: Мир, 1984. – С. 9–19.
9 Доддc Д. Дж. Оценка поглощения по разрезам дна, полученным профилографом с высоким разрешением // В кн.: Акустика дна океана / под ред. У. Купермана, Ф. Енсена. – М.: Мир, 1984. – С. 131–147.
10 Эйкал Т. Влияние морского дна на распространение звука в мелкой воде // В кн.: Акустика дна океана / под ред. У. Купермана, Ф. Енсена. – М.: Мир, 1984 – С. 366–383.
11 Столл Р.Д. Акустические волны в водонасыщенных осадках // В кн.: Акустика морских осадков / под ред. Л. Хэмптона. – М.: Мир, 1977. – С. 28–46.
12 Некси В.А., Ванг М.К. Галлахер Дж. Влияние анизотропии и структуры грунта на характеристики упругости осадков // В кн.: Акустика морских осадков / под ред. Л. Хэмптона. – М.: Мир, 1977. – С. 66–88.
13 Мейнард Дж.Л., Саттон Дж.Х., Хассонг Д.М., Кронке Л.У. Изучение скоростного разреза морских осадков ме
Поведение отраженного от свободной границы сигнала зависит от характеристик исходного излучателя, среды, расстояния до границы раздела.
По аналогии, взяв за основу решение уравнения ХЗК, можно представить математическую модель, описывающую характеристики поля, формируемого ПА в ДО при нормальном падении на границу раздела [81–88, 103].
Для выяснения характера совместного воздействия границы раздела «вода ДО» и дифракционных эффектов при вертикальном зондировании, вначале можно рассмотреть упрощенный случай, когда дифракция учитывается только для ВРЧ, а взаимодействующие пучки считаются недифрагирующими.
Для упрощения расчетов предполагается, что ось пучка перпендикулярна границе раздела и поперечное распределение амплитуды волн накачки имеет гауссов закон распределения. При этом сохраняется осевая симметрия.
После прохождения высоконаправленного звукового пучка через границу раздела, амплитуда звукового давления ВРЧ уменьшается