ACUSTICA OCEANULUI. ^^^^^^^^^^ GIDROACISTICS
TOMOGRAFIA ACUSTICĂ PASIVĂ A OCEANULUI UTILIZÂND ANTENE DE FORMĂ NECUNOSCATĂ
Recent, sa stabilit că tomografia acustică a oceanului pentru timpul de propagare a razelor poate fi efectuată fără utilizarea unor surse de sunet controlate, prin corelarea zgomotului oceanic înregistrat pe două antene poziționate. Spre deosebire de tomografia activă, cantitatea de informații utile obținute prin interferometria zgomotului este proporțională cu produsul numărului de receptoare pe două antene. La lucrările care utilizează experimente numerice bidimensionale și tridimensionale, se investighează ipoteza posibilității de implementare simultană a tomografiei cu fascicul pasiv și poziționarea pasivă a antenei pe baza corelării zgomotului oceanic. Experimentele numerice se desfășoară în condiții apropiate de condițiile experimentului pe scară largă privind tomografia pasivă a oceanului. Se arată că prin utilizarea antenelor de 20-40 de elemente, profilul vitezei sunetului și forma antenei pot fi determinate din corelațiile de zgomot cu o precizie suficientă pentru aplicațiile oceanologice și acustice.
Cuvinte cheie: tomografie pasivă a oceanului, experiment numeric, antene, corelație, profilul vitezelor sonore, interferometria zgomotului.
Vasele cu undă difuză create de sursele aleatoare distribuite în spațiu mențin corelația la distanțe mari în comparație cu dimensiunile surselor și lungimea de undă [1-3]. Măsurarea funcțiilor de corelare în două puncte ale zgomotului acustic face posibilă măsurarea timpilor determiniști ai propagării sunetului între punctele în care sunt localizate receptoarele și extragerea informațiilor despre câmpul de viteză a sunetului în mediu [4-12]. Această abordare a teledetecției este deseori numită interferometrie de interferență. Informațiile utile despre mediu sunt cuprinse în principal în faza spectrului funcției de corelare, în timp ce amplitudinea spectrului este sensibilă la distribuția surselor aleatoare în spațiu și la anizotropia zgomotului [7, 11, 12].
În comparație cu aplicațiile seismice, biomedicale și alte tipuri de interferometrie a zgomotului, utilizarea zgomotului ocean pentru măsurarea parametrilor fizici ai coloanei de apă întâmpină o serie de obstacole specifice [13]. Principalele dificultăți sunt legate de necesitatea
În experimentul BAE, poziția fiecărui hidrofon a fost monitorizată folosind o rețea de transpondere situată pe podeaua oceanului și era cunoscută într-o fracțiune din lungimea undei acustice. Avantajele tomografiei pasive în comparație cu tomografia activă tradițională a oceanului [17-22] constau într-o scădere drastică a costului sistemului de măsurare și eliminarea restricțiilor datorate posibilelor
influența radiatoarelor acustice puternice asupra faunei mării. Complexitatea și costul experimentelor pe teren țintă imagistica pasivă a scăzut semnificativ, iar atractivitatea metodei pentru aplicațiile oceanografici a crescut semnificativ în cazul în care nu este nevoie de a utiliza scumpe sisteme de poziționare activă antene acustice. In aceasta lucrare, folosind experimente numerice investigat posibilitatea imagisticii simultane a poziționării radiale pasivă și antene pasive bazate pe corelarea zgomotului ocean. Experimentele numerice sunt efectuate în condiții apropiate de condițiile experimentului câmp BAE. Presupunem că, pentru timpul necesar pentru zgomot interferometrică acumulare [9, 23], viteza câmpului de sunet și poziția receptoarelor variază ușor. Mediul este considerat imobil. Probleme similare au fost abordate anterior din alte considerente cu privire la modelarea Tomografia modal [10, 24] și [25, 26], în care interferometry zgomot a fost utilizat pentru a diagnostica si determina forma antenelor si sincronizarea elementelor lor în experimente de teren.
Următorul raționament simplu este baza acestei lucrări. Lăsați în oceanul adânc la o distanță de câțiva kilometri una de cealaltă să existe două antene de recepție verticale cu hidrofoane N și M; 4
In experiment, patru 20-BAE element de antenă liniar vertical (VLA1-4) au fost instalate în adâncimea oceanului de aproximativ 1800 m, la distanțe de 1,1 (VLA4) până la 3,5 km (VLA1) 40 Element VLA5. Hidrofoanele VLA1-4 au fost amplasate la adâncimi de la 400 la 1100 m, iar pe VLA5 - de la 200 la 1600 m [15, 16]. Antenele s-au abătut de la verticală sub acțiunea curenților.
În experimentul de calcul, se ia în considerare inversarea timpilor de propagare a sunetului între elementele ALA4 și ULA5 (figura 1). Se presupune că mediul este stratificat, iar toate hidrofoanele sunt în același plan vertical, în timp ce ULA4 este considerat strict vertical. Persoanele necunoscute se bazează pe viteza sunetului la 16 orizonturi, 40 de abateri în poziția de hidrofoane VLA5 în profunzime și 40 de la distanță. În modelarea variației adâncimii elementelor, VLA5 a fost calculat din starea de menținere a distanței dintre hidrofoanele vecine ale antenei.
Sistemul rezultat de b = 800 ecuații algebrice liniare ("ray") are forma:
unde = A este matricea coeficienților acestor ecuații, calculată pentru profilul de viteză de referință al vitezei sunetului (PSZ) și poziția neperturbată a elementelor ambelor antene; = = <^ — — вариации времен распространения звука. Неизвестные Ду = соответствуют вариациям ПСЗ Дск (к = = 1—16), вариациям горизонтального Дхк (к = 17— 56) и вертикального Дгк (к = 57—96) смещений гидрофонов ВЛА5. Также для опорного ПСЗ и вертикальных антенн рассчитывались времена прихода лучей Времена ^ рассчитывались для следующих 3-х случаев возмущений:
1) perturba PSS și antene verticale (restaurare DSC);
2) PSB de referință și DLA5 perturbed (restaurare Dxk și D1k)
3) PSS deranjat și BHA5 perturbat (restaurarea lui Dk, Dxk și Dzk).
Soluția sistemului de ecuații de raze (1) a fost realizată conform schemei obișnuite [18] de minimizare a discrepanței medii pătrate cu regularizarea atunci când se ia în considerare o eroare de "măsurare" posibilă (aleatoare) a timpului At:
(AT A + b ¿o3) DN = Am (M + 81), (2), unde E - matricea identitate, limitând posibilele variații și O3 - matrice tridiagonal variații diferență de delimitare între punctele învecinate (cu corecție corespunzătoare la joncțiunile diferite variații). Stabilitatea soluției sistemului (2) a fost investigată pentru diferite valori ale erorii în "măsurarea" timpilor de propagare a sunetului.
148014851490149515001505 1108 1112 1116 Viteza sunetului, m / s Distanța, m
Variații de adâncime, m
Fig. 1. Condițiile experimentului numeric. (a) Profilul vitezei sonore, linia subțire - referință, linia îndrăzneață - adevărată, poziția antenelor WLAN4 și ULA5, reflexiile de apă și de suprafață pentru unele perechi de hidrofoane. Punctele arată orizonturile pe care este setată viteza sunetului, asteriscurile - adâncimile amplasării hidrofoanelor. Poziția perturbată a deplasărilor orizontale ULA5 (b), (c) verticală. Linile cu puncte reflectă valorile suportului (neperturbate) ale unor cantități diferite, fără puncte - adevărate.
În toate cele trei cazuri pentru s ^ 0, 1 (1-3 rânduri) din eroarea de recuperare (Avk - Avkv) = bvk = (8sk, 8hk, 81k), inclusiv
rms (ac, st " <з7 ) = ^((ДVк -АVкв>2)
au fost destul de acceptabile pentru aplicațiile oceanologice și acustice. Odată cu introducerea erorii aleatorii 8 ^ (max (\ 8 // \ = 0,3 ms), în primele două cazuri, o recuperare separată sau COR sau compensate antene când sunt administrate parametrul de regularizare gv = 0,18 * (valoare optimă) a rezultatului rămâne bun de recuperare (a se vedea. Figurile 2 și 4-5 din tabelul 1).
Creșterea erorilor de reconstrucție Asc în straturile inferioare și superioare ale ghidului de undă este aparent legată de
Pentru citirea ulterioară a articolului, trebuie să achiziționați textul integral. Articolele sunt trimise în format PDF la poșta specificată la plată. Timpul de livrare este mai mic de 10 minute. Costul unui articol este de 150 de ruble.
Alte lucrări științifice pe tema "Fizică"
Trimiteți-le prietenilor: