Физические основы наблюдения пространственно локализованных неоднородностей с помощью частично-когерентных полей в плоскослоистых волноводах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ФИЗЙЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАБЛЮДЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО ЛОКАЛИЗОВАННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ ЧАСТИЧНО-КОГЕРЕНТНЫХ ПОЛЕЙ В ПЛОСКОСЛОИСТЫХ ВОЛНОВОДАХ

01.04.03 - радиофизика 01.04.06 - акустика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Нижний Новгород - 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении Высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Научный консультант: доктор физико-математических наук,

профессор Н. С. Степанов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор, А. А. Мальцев доктор физико-математических наук, профессор В. А. Буров доктор физико-математических наук, профессор К. П. Гайкович

Ведущая организация: Институт океанологии РАН

Защита диссертации состоится «22» ноября 2006 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.212.166.07 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского по адресу: 603950, Нижний Новгород, ГСП-20, пр. Гагарина, 23, корпус 1, радиофизический факультет, аудит. 420.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Нижегородского государственного университета

Автореферат разослан «_»_2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

к.ф.-м.н., доцент В.В. Черепенников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время большие усилия исследователей, как в нашей стране, так и за рубежом, направлены на развитие наукоемких технологий, способствующих эффективному освоению ресурсов морского шельфа и окраинных морей, что обуславливает практическую актуальность развития низкочастотных акустических методов и средств дистанционной диагностики и наблюдения в таких районах. Подобного рода системы могут использоваться при поиске и исследовании полезных ископаемых морского дна, при разведке и контроле биоресурсов, контроле несанкционированного присутствия и деятельности в районах расположения нефтегазодобывающих платформ и прибрежных морских сооружений, подводной навигации и наблюдении при проведении подводных инженерных работ, а также при сборе океанической и синоптической информации.

Решение задачи акустического наблюдения в шельфовых зонах представляет большой научный интерес. Такая задача относится к классу проблем построения изображений рассматриваемых в радиофизике. В отличие от традиционных задач построения изображений в случае оптического и акустического видения, при гидроакустическом наблюдении среда является существенно неоднородной. В частности, в мелководных горизонтально неоднородных волноводах морского шельфа дно оказывает большое влияние на структуру низкочастотного акустического поля, что проявляется в большом затухании волноводных мод и особенностях формирования структуры ревербе-рационных сигналов. Указанные и другие особенности распространения акустического поля в шельфовых морских зонах должны учитываться при решении задачи наблюдения. Из-за недостаточного развития физических моделей формирования акустического поля в мелком море, а также необходимых для работы в мелком море излучающих и приемных средств к настоящему времени не разработаны акустические системы, которые бы обеспечили наблюдение в пределах протяженных (более 104 кв. км) зон морского шельфа и мелководных окраинных морей.

Математический анализ работы акустических систем подводной диагностики и наблюдения в мелком море сводится к решению обратной задачи построения изображений в неоднородных средах в присутствии различного рода шумов и помех. В диссертации рассматривается решение такой задачи при использовании априорной информации, включающей в себя особенности строения среды, структуру и статистику сигналов и шумов в конкретных условиях наблюдения. В частности предложено для наблюдения использовать акустические сигналы, а также алгоритмы наблюдения согласованные как со структурой гидроакустического волновода, так и с шумами и помехами. Раз-

витие указанных методов решения такой задачи является новой актуальной областью исследований.

Для разработки оптимальных, адаптированных к строению и параметрам гидроакустических волноводов методов наблюдения важно разработать компьютерную имитационную модель наблюдения в виде совокупности физических моделей, учитывающих особенности распространения, рассеяния и обработки, низкочастотных частично-когерентных волновых полей в конкретных условиях. Это позволит до проведения дорогостоящих экспериментов разработать структуру согласованной со средой системы наблюдения, апробировать оптимальные алгоритмы её работы, разработать облик приспособленных к конкретным районам морского шельфа систем для излучения и прием низкочастотных акустических сигналов, а также разработать методики экспериментов по апробированию системы наблюдения в натурных морских условиях.

Целью работы является развитие эффективных методов и средств акустического наблюдения в мелком море, в частности:

1) разработка физических и численных моделей томографического наблюдения неоднородностей в случайно неоднородных плоско слоистых волноводах (ПСВ);

2) разработка методики и средств для экспериментальных исследований возбуждения, распространения и рассеяния сигналов, согласованных с волноводом, а также проверки возможностей томографического наблюдения;

3) исследование возможностей низкочастотного гидроакустического наблюдения путем численных расчетов, измерений с помощью физического моделирования в лабораторных условиях, а также осуществление натурных экспериментов по проверке возможностей наблюдения в мелком море.

Научная новизна

В работе развито новое направление - согласованная с волноводом мало-модовая импульсная низкочастотная акустическая томография океанических волноводов, которая основана на возбуждении хорошо распространяющихся мод волновода, и приеме всех мод, дифрагированных наблюдаемыми неод-нородностями в волноводе. В работе впервые:

1. Теоретически и экспериментально показано, что путем использования согласованных с волноводом частично-когерентных импульсных сигналов достигаются существенные ослабление уровня интерференционных помех, а также увеличение пространственного разрешения и чувствительности системы наблюдения. Сформулированы необходимые для реализации указанных эффектов условия оптимального возбуждения и приема согласованных с волноводом маломодовых импульсных сигналов в мелководных океанических волноводах.

2. Изучена пространственно-временная и частотная структура маломо-довых импульсных сигналов при дифракции на импедансных телах, упругой оболочке конечных размеров, а также на поверхностных неоднородностях в плоскослоистых волноводах.

3. Предложен метод согласованной с волноводом маломодовой импульсной томографии (МИТ) плоскослоистых случайно неоднородных волноводов. Создана имитационная компьютерная модель МИТ шельфовых зон мелкого моря.

4. Экспериментально показана возможность возбуждения и приема согласованных с волноводом маломодовых импульсных сигналов, измерены характеристики реверберации, а также измерены дифрагированные маломо-довые сигналы на сверхдальних расстояниях в мелком море.

5. Разработаны алгоритмы и технологические средства для построения системы томографического наблюдения в мелком море, использующей согласованные с волноводом маломодовые импульсные сигналы.

Практическая значимость работы

Материалы диссертации использованы при разработке метода согласованной с волноводом низкочастотной маломодовой импульсной акустической томографии мелкого моря, осуществляемой в ИПФ РАН, НИЦ РЭВ, п/я К-175. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы:

• для построения акустической системы томографического наблюдения в шельфовых зонах океана для решения задач подводной навигации, контроля несанкционированного присутствия в районах расположения морских сооружений, мониторинга биоресурсов, сбора океанологической информации и т.д.;

• при разработке систем звуковидения в морских средах для проведения подводных инженерных работ;

• для создания компьютерных имитационных систем диагностики плавно-неоднородных сред различной природы со случайными неоднородно-стями, таких как атмосферные волноводы;

• при решении задач распознавания сложнопостроенных объектов.

Апробация результатов работы

Результаты работы неоднократно докладывались на российских и международных совещаниях, конференциях и симпозиумах, в частности: на 2-й Всесоюзной школе по оптической обработке информации (Горький, 1978), на Всесоюзной конференции "Вибросейсмические методы" (Новосибирск, 1981), на Всесоюзном совещании "Состояние исследований и разработок по созданию единой автоматизированной системы "Цунами"", (Обнинск, 1985), на IV и V Всесоюзных симпозиумах по вычислительной томографии, (Ташкент, 1989 и Москва, 1991), на Всесоюзной конференции "Волны и дифрак-

ция-90" (Винница, 1990), на XI Всесоюзной акустической конференции (Москва, 1991), на международной школе-семинаре "Динамические и стохастические волновые явления" (Нижний Новгород, 1992 и 1994), на 1-й сессии Российского акустического общества (Москва, 1992), на Международном симпозиуме SPIE (Орландо, США, 1993 и 1994), на Международном симпозиуме GRETSY (Жуан-лес-Пинс, Франция, 1993), на 2-й и 3-й Европейских конференциях по подводной акустике (Копенгаген, Дания, 1994 и Гераклион, Греция, 1996), на 2-й рабочей группе "Анализ возможностей совместных исследований" (Орландо, США, 1994), на 3-й Французской конференции по акустике (Тулуза, Франция, 1994), на 131-й 135-й Сессиях американского акустического общества (Остин, США, 1994 и Сиэтл, США, 1998), на Международной конференции OCEANS'95 (Сан-Диего, США, 1995), на 16-м Международном конгрессе акустиков (Сиэтл, США, 1998), на Международной конференции по вычислительной акустике (Триест, Италия, 1999), на 3-й, 4-й, 5-й 6-й, 7-й и 8-й научных конференциях по радиофизике (Нижний Новгород, 2000, 2001, 2003, 2004, 2005, 2006), на Нижегородской сессии Российского акустического общества (Нижний Новгород, 2002), на X и XI школах-семинарах JI.M. Бреховских, и XIV и XVI сессиях РАО (Москва, 2004, 2006), на семинарах ИПФ РАН, ИО РАН, ИОФ РАН, АКИН, а так же на семинарах кафедр общей физики и акустики радиофизического факультета Нижегородского университета.

Работы, результаты которых частично вошли в диссертацию, были поддержаны инициативными проектами РФФИ: гранты 94-02-17034, 97-0217072, 00-02-17157, 03-02-17556, 06-02-17691; Международным научным фондом: грант N0300 и программой Фундаментальных исследований ОФН РАН «Когерентные акустические поля и сигналы» в 2003-2005 гг.

Публикации

Всего по теме диссертации автором сделаны 203 публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в двух коллективных монографиях, 51 статье в рецензированных журналах, в 16 препринтах, трех авторских свидетельствах на изобретения и 17 научных сборниках и трудах научных конференций.

Личный вклад автора

Основные идеи использования частично-когерентных, в том числе импульсных маломодовых, сигналов для диагностики неоднородностей в мелком море сформулированы автором совместно с В.А. Зверевым, А.Г. Нечаевым, В.И. Талановым, А.Г. Лучининым и A.B. Гапоновым-Греховым. При этом автор лично провел теоретические исследования возбуждения и дифракции частично-когерентного поля на телах, и проанализировал возможности построения их изображений в случайно-неоднородных плоскослоистых волноводах, а также осуществил связанные с этими вопросами экспе-

рименты. Исследования по оптимизации возбуждения и приема маломодо-вых частично-когерентных сигналов в плоскослоистых волноводах осуществлялись совместно с И.П. Смирновым. При этом автор участвовал в постановке задач, выводе основных соотношений и анализе и формулировке результатов. Исследования влияния многократного рассеяния на дифракцию акустического поля телами в плоскослоистых волноводах, формирование реверберационных и шумовых помех, а также модовой тени осуществлялись совместно с А.Г. Сазонтовым и М.А. Раевским. В указанных работах автор осуществлял формулировку задач, участвовал в проведении вычислений и интерпретации результатов исследований. Компьютерные эксперименты по исследованию работы систем маломодовой импульсной томографии были выполнены совместно с В.Г. Бурдуковской, В.Г. Яхно и A.A. Стромковым. В этих исследованиях автор осуществлял постановку задачи, участвовал в разработке методов и алгоритмов, проведении численных экспериментов и осуществил интерпретацию полученных результатов. Эксперименты в акустическом бассейне были выполнены совместно с С.Н. Гурбатовым, С.М. Горским, В.В. Куриным и Н.В. Прончатовым-Рубцовым. В этих экспериментах автор участвовал в модернизации узлов экспериментальной установки, проведении измерений, а также осуществлял обработку и интерпретацию результатов. Разработка излучающей и приемной аппаратуры для натурных измерений в мелком море осуществлялись совместно с Л.А. Рыбенковым, Б.Н. Боголюбовым, П.А. Капустиным, В.Ю. Калистратовым, С.Ю. Смирновым, П.И. Коро-тиным и A.C. Чащиным. Автор лично участвовал в формулировке технических требований, разработке структуры излучающего и приемного комплексов, осуществлял координацию и руководство при их создании, а также лично участвовал в апробировании их работы в лабораторных и натурных условиях. Натурные измерения в Балтийском и Баренцевом морях осуществлялись совместно с А.Г. Лучининым, Б.Н. Боголюбовым, П. И. Коротиным, A.A. Стромковым, В.Н. Кравченко и A.B. Гринюком. Автор диссертации являлся заместителем научного руководителя экспедиций и лично участвовал в организации и проведении морских измерений, обработке данных и интерпретации результатов.

Структура и объем работы , -'■ '

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем работы - 316 страницы, включая 291 страниц основного текста, 111 рисунков, трех таблиц и списка литературы из 306 наименований на 13 страницах.

Положения, выносимые на защиту:

1. Наблюдение пространственно ограниченных неоднородностей в мелком море на сверхдальних дистанциях обеспечивается использованием узкополосных низкочастотных импульсных акустических сигналов, соответст-

вующих узкому спектру волноводных мод низких номеров. Для оптимального возбуждения и приема таких сигналов необходимо использование вертикально развитых решеток излучателей и приемных гидрофонов с согласованными с волноводом частотным диапазоном, конфигурацией и апертурными множителями. Высокая чувствительность и точность наблюдения в мелком море достигается при использовании набора пространственно разнесенных вертикально ориентированных излучающих и приемных решеток.

2. Полученные в коротковолновом приближении матрицы рассеяния волноводных мод при дифракции когерентных и частично-когерентных полей на импедансных телах и упругих конечной длины оболочках обеспечивают оценку уровней определяемых такими матрицами дифрагированных гидроакустических полей в зависимости от формы и положения тел, а, для упругих оболочек, от резонансного возбуждения форм её колебаний. При этом ослабление заданных интерференционных компонент дифрагированного поля, достигается соответствующим выбором размеров и ширины спектра частично когерентных источников поля подсветки.

3. Учет модуляции резонансных пространственных гармоник локального спектра волнения, возникающей за счет влияния его низкочастотных компонент обеспечивает оценку уровней реверберационных помех от ветрового волнения при наблюдении с помощью маломодовых акустических импульсов в мелком море.

4. Разработанная имитационная модель акустического наблюдения в мелком море позволяет осуществить выбор оптимальной структуры системы акустического наблюдения, а также оптимальных алгоритмов обработки сигналов при наблюдении с помощью согласованных с волноводом сигналов в конкретных условиях. Имитационная модель акустического наблюдения включает в себя физические модели возбуждения распространения и дифракции маломодовых импульсов в плоскослоистом волноводе, строение которого определяется характеристиками конкретного района мелкого моря. Зависимость структуры поля зрения, разрешения и точности оценки параметров от характеристик океанических волноводов и условий наблюдения определяется с помощью имитационной модели.

5. Методика, специальное оборудование и элементы схемы МИТ в мелком море апробированы в ходе модельных и натурных экспериментов. Метод МИТ имеет высокую эффективность и может быть реализован в морских условиях.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении кратко освещается современное состояние исследований по теме диссертации и обоснована её актуальность, сформулированы цели работы её научная новизна и прикладная значимость, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основе используемых в радиофизике и акустике понятий и принципов рассматриваются особенности решения задачи наблюдения пространственно локализованных неоднородностей в плоскослоистых волноводах (ПСВ) природного происхождения.

В п. 1.1 осуществлен анализ типичных океанологических условий при наблюдении пространственно локализованных неоднородностей в плоскослоистых волноводах природного происхождения на примере мелкого моря. В частности, на основе анализа известных в литературе данных, а также данных, полученных автором в ходе экспериментальных исследований, приведена классификация неоднородностей встречающихся в таких волноводах. В краткой форме рассмотрены известные модели, используемые для описания пространственно локализованных неоднородностей. В разделе автором сформулирована стохастическая задача наблюдения в ПСВ с использованием функции Грина среды в виде интегрального уравнения наблюдения. Рассмотрены особенности и проанализированы известные методы решения такой обратной задачи.

Как показывает анализ, решение задачи наблюдения в ПСВ океанического типа встречает ряд трудностей. В частности, из-за формирования многочисленных областей деструктивной интерференции мод в ПСВ, ядро уравнения наблюдения для многих значений параметров наблюдаемой неоднородности является плохо обусловленным, становясь малым по величине. При этом в присутствии шумов решение обратной задачи является некорректным. Для сохранения устойчивости при решении задачи наблюдения в таких интервалах параметров необходимо осуществлять операцию регуляризации, что требует априорного знания комплексных амплитуд нормальных волн в ПСВ для каждого из значений параметров наблюдаемого объекта. С учетом пространственных и временных вариаций характеристик ПСВ природного происхождения реализовать алгоритмы такого когерентного наблюдения практически не представляется возможным.

Другим, затрудняющим решение задачи наблюдения фактором, является рассеяние зондирующих и дифрагированных наблюдаемыми неоднородно-стями полей, случайно распределенными неоднородностями. При этом случайно распределенные неоднородности маскирует наблюдаемый объект, и часть информации о наблюдаемом объекте может теряться при распространении к приемной системе.

Анализу возможностей дифракционной импульсной томографии наблюдения пространственно-локализованных и случайно распределенных неоднородностей в ПСВ океанического типа посвящен п. 1.2. На примере случаев малоугловой дифракции (просветной схемы наблюдения) и дифракции под большими углами (моностатической локации), показано, что наблюдение пространственно локализованных неоднородностей, во многих случаях, становится невозможным из-за маскирующего действия конкурирующих рас-

сеивателей в виде поверхностного волнения и зыби, турбулентных пульсаций, случайного поля внутренних волн.

Для преодоления этих и других трудностей наблюдения в ПСВ океанологического типа в диссертации предложено использование ряда методов. В частности, как видно из приведенной в разделе классификации, встречающиеся в реальных условиях в ПСВ океанического типа объекты наблюдения и случайно распределенные неоднородности, существенно отличаются по своей структуре. Это позволяет, при наличии достаточного пространственно-частотного разрешения системы наблюдения, достичь ослабления помех путем их фильтрации при использовании мультистатической схемы наблюдения и использовании доплеровскую фильтрацию маскирующих помех. Кроме того, автором сформулирован метод ослабления помех, связанных с характерной для ПСВ деструктивной интерференцией, заключающийся в использовании для наблюдения отдельных волноводных мод с последующим некогерентным накоплением результатов наблюдения модовых проекций. Такого рода частично-когерентный метод наблюдения приводит к повышению устойчивости решений обратной задачи наблюдения в ПСВ. Для селекции волноводных мод предложено использование вертикально распределенные решетки с оптимально подобранными согласованными с волноводом параметрами, определяемыми исходя из априорного знания структуры волновода.

Из результатов проведенного в разделе анализа следует, что ослабление влияние шумов и помех при решении обратной задачи наблюдения в ПСВ может быть основано на использовании априорной информации в виде моделей объектов наблюдения, помех, среды и структуры системы наблюдения, которые объединяется в имитационную модель наблюдения. При использовании модели наблюдения в ПСВ определение параметров наблюдаемого объекта сводится к перебору многопараметрических гипотез, при этом модель наблюдения выступает в качестве генератора базисных функций (гипотез), приобретая процессорные функции. Для сокращения объема вычислений необходимо осуществлять оптимальный перебор параметров гипотез.

Таким образом, в качестве эффективного метода решения задачи наблюдения в ПСВ предложен метод, основанный на согласовании используемых импульсных волновых структур с параметрами ПСВ и адаптации параметров таких сигналов к изменениям характеристик среды и условий наблюдения, основанные на априорной информации.

В п. 1.3 в краткой форме обсуждаются результаты проведенного в первой главе анализа возможностей решения задачи наблюдения пространственно локализованных неоднородностей в мелком море.

Вторая глава посвящена разработке метода маломодовой импульсной томографии в ПСВ океанического типа. Для реализации метода низкочастотной мультистатической импульсной локации мелкого моря, предложено использование набора вертикально развитых излучающих решеток, возбуждающих соответствующие хорошо распространяющейся моде импульсные сигналы с

достаточно узкой функцией неопределенности в плоскости параметров «частота-время» и приеме с помощью набора вертикально развитых приемных решеток всех распространяющихся в волноводе мод, рассеянных наблюдаемой неоднородностью. Для каждой из селектируемых при приеме мод осуществляется согласованная фильтрация импульсов с перебором задержек и доплеров-ских смещений частоты. В результате совместной обработки всех пространственных модовых и частотных томографических проекций определяются пространственные и временные параметры наблюдаемых неоднородностей. Алгоритм определения параметров наблюдаемой пространственно локализованной неоднородности состоит в переборе гипотез, генерируемых моделью наблюдения, которая включает в себя модель возбуждения распространения и дифракции объектами наблюдения маломодовых импульсов, а также модель формирования шумов и реверберационных помех.

В п. 2.1 анализируется особенности селективного возбуждения низкочастотных маломодовых акустических полей вертикальной решеткой в мелком море при различных гидрологических условиях и параметрах решеток. В разделе показано, что поскольку реальные решетки имеют конечную длину, выделение отдельных мод может быть реализовано с эффективностью, которая зависит от распределения скорости звука от глубины, от размеров и положения решетки и комплексных апертурных множителей. Параметры решетки, при которых необходимая мода выделяется на фоне остальных наилучшим образом, являются решением оптимизационной задачи. В диссертации для решения такой задачи автором использован критерий максимизации энергии возбуждаемой моды при минимизации возбуждения всех остальных мод. Как показывает предпринятый в разделе анализ, оптимизация характеристик решеток приводит к уменьшению потерь, связанных с излучением поля в дно, а также уменьшению уровня помех при приеме сигналов, что позволяет осуществлять наблюдение в мелком море при ограниченной мощности источника звука на сверхдальних дистанциях. Для типичных условий мелкого моря, при использовании антенных решеток с одинаковой суммарной мощностью и различным числом элементов выигрыш в уровне сигналов относительно одиночного источника на дистанции 100 км для 3-элементной антенны составляет - 5 дБ, для 15-элементной антенны - 7 дБ, а для 25-элементной антенны ~ 9 дБ. При этом при фиксированной мощности источника и использовании 16 элементной излучающей и 32-элементной приемной решеток отношение сигнала к шуму может вырасти на 15-20 дБ по сравнению с вариантом одиночных источника и приемника.

Исследование влияния возникающих из-за подводных течений отклонений излучающих и приемных решеток от вертикали, на возбуждение и прием маломодовых акустических сигналов в мелком море осуществлено в п. 2.2. Показано, что отклонение решеток от вертикали приводит к формированию диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. В разделе исследуются как длинные, перекрывающие весь волновод, решетки, так и решетки

ограниченной протяженности, которые использовались в экспериментах по возбуждению маломодовых импульсных сигналов в мелком море. При характерных для условий мелкого моря параметрах подводных течений уровень маломодовых сигналов в различных направлениях за счет наклона решеток может оказаться различным. В частности, это вызывает уменьшение области чувствительности в направлениях, совпадающих с углами, в направлении которых наклоняются решетки. На примере мелководного океанического волновода показано, что на дистанциях 100 — 200 км для придонного канала горизонтальная направленность излучающей 24-х элементной антенной решетки с отклонением 10 м при амплитудно-фазовом распределении, согласованном с первой модой, составляет величину порядка 3-6 дБ. Для используемой при натурных экспериментах 16-ти элементной излучающей антенной решетки влияние подводного течения существенно меньше и горизонтальная направленность составляет величину 1-2 дБ.

Суммарное действие излучающей и приемной вертикально ориентированных решеток при МИТ в присутствие подводных течений исследовано п. 2.3 с помощью передаточных (трансляционных) характеристик на примере наблюдения маломодовых акустических сигналов, дифрагированных локализованными неоднородностями на фоне шумов в мелководных океанических волноводах. При этом установлено, что изменение формы решеток и их наклон приводят к уменьшению поля зрения. Для компенсации указанного эффекта предложен метод фазирования антенных решеток в выбранных направлениях. На примере мелководного океанического волновода с типичным подводным течением показано, что при фазировании решеток в направлении на неоднородность уменьшения размеров зоны наблюдения удается компенсировать на 6-^9% при отклонении решетки 30 м и на 1.5% при отклонении 10 м. В п. 2.4 в краткой форме сформулированы результаты проведенных во второй главе исследований.

Необходимые для решения обратной задачи наблюдения модели дифракции модовых сигналов неоднородностями в ПСВ получили развитие в главе 3. В частности, в п. 3.1 исследована модель коротковолновой дифракции акустических полей на импедансных телах в плоскослоистых волноводах океанического типа. В приближении коротковолновой дифракции для мно-гомодовых волноводов океанического типа получены выражения для матрицы рассеяния мод волновода импедансными телами, с помощью которых оценена пространственно-частотная структура низкочастотного дифрагированного акустического поля в океанических волноводах. Сформулированы условия разделения спектров пространственно-временных вариаций поля за счет дифракции каждой из мод и за счет их интерференции. Показано, что при дифракции в слоистонеоднородном многомодовом волноводе по глубине наблюдается характерная для замкнутого волновода и определяющаяся его свойствами трансформация модового спектра. В горизонтальной плоскости дифракция поля отдельных мод подобна дифракции в свободном пространст-

ве. Показано, что при перемещении тела относительно источника и приемника, возникающая при интерференции поля источника и дифрагированного поля модуляция характеризуется отдельными "всплесками", соответствующими дифракционным структурам отдельных мод.

Модель дифракции акустических сигналов на упругих телах в многомодо-вых слоистонеоднородных волноводах исследована в п, 3.2. Показано, что при выполнении некоторых условий упругое тело в волноводе под действием стороннего поля может колебаться. Установлено, что матрица рассеяния волно- * водных мод для упругого тела в виде конечной длины упругой оболочкой зависит как от свойств волновода и положения оболочки, так и от упругих свойств и формы оболочки. Сформулированы условия, при которых влияние собственных колебаний оболочки на величину рассеянного поля будет максимальным. Показано, что для этого необходимо выполнение условий частотного резонанса, а также пространственного синхронизма для волноводных мод, и форм продольных и радиальных колебаний оболочки.

Особенности дифракции акустических сигналов на случайно распределенных неоднородностях в ПСВ проанализированы в п. 3.3. В частности, развита модель рассеяния маломодовых акустических импульсных сигналов случайными объемными и поверхностными неоднородностями в океане, в том числе, с учетом модуляции доплеровского спектра рассеянных сигналов за счет перемещения резонансных компонент спектра низкочастотными составляющими ветрового волнения при различных направлениях ветра для мультистатических схем наблюдения в горизонтально неоднородных океанических волноводах. Показано, что интенсивностью акустического поля рассеянного случайными неоднородностями в ПСВ зависит от взаимного расположения источника и приемника и определяется суперпозицией большого числа дифрагированных структур, каждая из которых формируется распределенными в пространстве импульсных объемов компонентами локального спектра неоднородностей, для которых удовлетворяются условия пространственного синхронизма. Показано, что в мелководных океанических каналах наиболее существенный вклад в результирующую величину рассеянного сигнала вносит ветровое волнение, а наименьший — тонкая структура спектра флуктуаций скорости звука. Отношение вкладов различных типов неоднородностей в результирующий реверберационный сигнал зависит от частотного интервала, номеров используемых мод, а также от зависимости скорости звука от глубины. Показано, что в случае, когда длина зондирующего модо-вого импульсного сигнала сравнима, либо больше времени когерентности флуктуаций неоднородностей, случайная реализация частотного спектра дифрагированного поля будет определяться сверткой квадрата функции неопределенности зондирующих импульсов со спектром поверхностных неоднородностей. При этом частотный спектр отклика согласованного фильтра сигналов поверхностной реверберации в ПСВ океанического типа формируется в виде суперпозиции спектров с набором несущих частот, определяющихся

условиями пространственного синхронизма и дисперсионным соотношением для поверхностных волн.

у 1/»

100 м

о

-1

а

б

Рис. 1. Структура импульсных объемов в плоскости волновых чисел на фоне спектра ветрового волнения ЮИЗХУАР (яркостное распределение) (а) и отклик поверхностной реверберации при бистатической схеме наблюдения для придонного волновода в мелком море (б) в случае, когда угол между линией источник — приемник и направлением ветра составлял 30 градусов.

В отличие от случая свободного пространства, импульсные объемы низких номеров в ПСВ не охватывают источник и приемник, что является следствием межмодовой дисперсии. Для бистатических томографических проекций в ПСВ резонансные спектральные компоненты, соответствующие первому импульсному объему в горизонтальной плоскости в плоскости волновых чисел располагаются в соответствующем импульсном объеме, имеющем форму кольца с центром в точке (кх= 1; ку-0) (рис. 1, а). По мере увеличения номера, импульсный объем охватывает в горизонтальной плоскости источник и приемник, а соответствующий импульсный объем в плоскости волновых чисел трансформируется в гантелю с фокусами в точках ку=0) и (£*=1;

Ау=0). При дальнейшем росте номера импульсного объема его форма в обеих плоскостях приближается к круговому кольцу (такие импульсные объемы присущи случаю моностатического наблюдения). Ориентация фокусов импульсных объемов в плоскости волновых чисел определяется ориентацией линии между источником и приемником. Внутри кольца, ограничивающего первый импульсный объем в плоскости волновых чисел находятся пространственные гармоники, которые не участвуют в формировании бистатической реверберации. Изменения гидрологии, частоты, номеров рассматриваемых мод, формы зондирующих импульсов обуславливают трансформацию структуры импульсных объемов, не меняя общей закономерности их формирования. Показано, что когда ветер дует под углом к акустической трассе, отклик поверхностной реверберации по оси доплеровских частот становится несим-

метричным (рис. 1,6), при этом отличия в уровнях могут достигать 10-20 дБ в зависимости от направления и скорости ветра, а также от структуры волновода. Установлено, что поверхностные волны на свободной границе ПСВ океанического типа вызывают существенные объемные возмущения, имеющие в случае умеренного и сильного ветра толщину порядка нескольких десятков метров и более. При этом объемные эффекты рассеяния звука на ветровом волнении для волноводов с приповерхностным слоем скачка скорости звука становятся сопоставимыми с эффектами рассеяния на нерегулярной поверхности океана.

В п. 3.4 исследованы особенности коротковолновой дифракции поля шумовых источников в многомодовом слоистонеоднородном волноводе. Получено выражение для матрицы рассеяния волноводных мод при коротковолновой дифракции формируемых протяженными пространственно некогерентными й точечными шумовыми источниками частично-когерентных полей на телах в многомодовых слоистонеоднородных волноводах. Показано, что при таком поле подсветки матрица рассеяния волноводных мод зависит от когерентности поля источника в плоскости тела. Сформулированы условия, при которых частично когерентный источник поля подсветки в ПСВ можно считать либо когерентным, либо некогерентным для различных, зависящих от индексов мод, масштабов наблюдаемых дифракционных структур. Показано, что для выполнения условий когерентной дифракции пространственная когерентность многомодового частично-когерентного акустического поля в ПСВ должна превышать размеры тела, а при измерении модуляции, возникающей при интерференции поля подсветки и дифрагированного поля, масштабы пространственных задержек. В противоположном предельном случае некогерентного источника, пространственная когерентность поля подсветки в плоскости должна быть меньше масштабов усреднения системы наблюдения. Получено выражение для частотно-контрастной характеристики приемной антенной решетки при наблюдении частично-когерентного дифрагированного поля в многомодовом ПСВ. С помощью этого выражения показано, что эффективность пространственной фильтрации и фокусировки, а также степень подавления помех от случайно распределенных неоднородно-стей, определяются величиной масштабов когерентности поля подсветки и дифрагированного поля по отношению к расстояниям между приемными элементами и размерам решетки.

При перемещении пространственно локализованной неоднородности в ПСВ за счет интерференции поля подсветки и дифрагированного поля возникает модуляция наблюдаемых сигналов, уровень и структура которой зависит от взаимной когерентности указанных компонент поля. В п. 3.5 исследована модуляция интенсивности дифрагированного частично-когерентного поля точечного узкополосного шумового источника при изменении положения пространственно локализованной неоднородности в ПСВ. В отличие от случая дифракции поля протяженного дельта-коррелированного источника, ко-

гда по мере удаления от источника, модуляция становится близкой к наблюдаемой при когерентном источнике подсветки, при точечном узкополосном источнике взаимная когерентность определяется только длиной когерентности поля и глубина модуляция по мере удаления тела от источника не увеличивается. Когерентность поля подсветки разрушается и из-за влияния случайно распределенных в ПСВ неоднородностей. Как и в случае подсветки ПСВ с помощью частично-когерентных источников, в случайно неоднородном волноводе формируемые пространственно локализованными неоднород-ностями вторичные источники в общем случае следует считать частично-когерентными (п. 3.6). В пределах трассы между источником и локализованной неоднородностью когерентность поля уменьшается за счет рассеяния на случайных неоднородностях, так, что падающее на неоднородность поле оказывается частично-когерентным. При этом, если размеры неоднородности сравнимы либо больше масштабов когерентности поля подсветки, дифрагированное поле будет формироваться частично-когерентным распределением вторичных источников. На трассе между неоднородностью и приемной системой также когерентность дифрагированного поля также будет разрушаться. Таким образом, результирующая когерентность дифрагированного поля будет зависеть от величины и структуры случайных неоднородностей, характеристик плоскослоистого волновода, а также от положения и формы пространственно ограниченной неоднородности, что отображается в матрице рассеяния волноводных мод, полученной при учете многократного рассеяния, учитываемого в рамках малоуглового приближения. Как показали расчеты, осуществленные для типичных условий мелкого моря, влиянием разрушения когерентности дифрагированного поля за счет рассеяния на случайных неоднородностях можно пренебречь в случаях, когда дистанции наблюдения дифрагированных сигналов в частотном интервале до 300 Гц, не превышают 100-150 км, при скоростях ветра порядка 5 м/с.

На основании проведенных исследований сформулированы выводы (п. 3.7) о том, что уровень дифрагированного поля в ПСВ, а также связанная с ним величина силы цели наблюдаемого объекта при низкочастотном зондирующем поле могут изменяться на 30-40 дБ в зависимости от условий подсветки, частоты, структуры волновода и других параметров. Поэтому исходные данные при формулировке методики проведения экспериментов, так и задачи акустического проектирования томографической системы наблюдения в ПСВ, должны основываться на использовании многопараметрической модели силы цели. Такая модель должна формироваться исходя из модели дифракции в ПСВ в виде параметризованной базы чисел, например, в виде матрицы значений силы цели от углов подсветки и углов наблюдения для различных частот поля подсветки. Очевидно, что такое задание силы цели содержит в себе модель наблюдаемой неоднородности. Кроме того, должен быть спрогнозирован и уровень реверберационных помех. Для этого необходимо использовать модели спектров случайных неоднородностей, а также

модели формирования реверберационных помех в ПСВ, • учитывающих структуру матрицы рассеяния волноводных мод на случайно распределенных неоднородностях, весовое суммирование реверберационных откликов с учетом их зависимостей от параметров волновода, условия наблюдения и конструкцию системы наблюдения.

Анализу результатов численного имитационного моделирования томографической реконструкции параметров пространственно локализованных неоднородностей с использованием маломодовых акустических сигналов посвящена глава 4. В частности, исследованы особенности построения многоракурсных изображений неоднородностей при использовании одномодо-вых звуковых сигналов (п. 4.1). Как следует из анализа полученных френе-левских изображений (распределений невязок при проверке гипотез о положении неоднородностей), в случае одноракурсной и бинокулярной схем наблюдения в типичных условиях мелкого моря, двумерная фильтрация пространственного спектра поля источника, позволяет выделять изображение пространственно ограниченной неоднородности, уровень сигнала от которой меньше поля подсветки на 10-^15 дБ. Кроме того, методом численного моделирования томографического наблюдения, установлено, что при когерентном сложении парциальных изображений формируются интерференционные помехи. Для ослабления таких помех предложен метод частично-когерентного обработки измеряемых данных. Метод заключается в когерентной пространственной и частотной фильтрации сигналов с помощью горизонтальных и вертикальных решеток для отдельной томографической проекции и совместной некогерентной обработки всей совокупности проекций. Показано, что в случае построения парциального томографического изображения решеткой при подсветке частично-когерентным полем эффективность пространственной фильтрации помех падает по мере уменьшения масштабов когерентности по сравнению с размерами решетки. Установлено, что соответствующие отдельным томографическим проекциям френелевские изображения имеют ярко выраженную неизопланатичность. При многоракурсном наблюдении неизопланатич-ность ослабляется, при этом наилучшее разрешение имеет место для областей, расположенных в центре поля зрения.

В п. 4.2 рассмотрены особенности оценки параметров изменяющих свое положение в поле зрения системы наблюдения пространственно локализованных неоднородностей, для случая совместной обработки томографических проекций формирующихся при зондировании на различных частотах. Как показали результаты численного моделирования, оптимальная траектория поиска глобального экстремума в многопараметрическом пространстве невязок между измеренными данными и гипотезами, может быть найдена с помощью совокупности параметрических моделей среды, шумов и помех. Показано, что структуру невязки необходимо выбирать с учетом статистики сигналов и помех. Установлено, что для равномерно распределенного шума при оценке параметров неоднородности для одной томографической проек-

ции дисперсия оценки параметров для корреляционного метода стала ровна среднему в случае увеличения уровня шума на 30 дБ. При тех же условиях дисперсия оценки параметров неоднородности, полученная с помощью ней-роноподобной сверткой, не превышает 1/20 от среднего значения. Показано, что такая точность может быть достигнута лишь в области истинных значений параметров, то есть, может быть реализована лишь при наличии априорной информации. Для других значений параметров, достоверность значений невязки может оказаться малой, что затрудняет поиск решения.

Для оценки эффективности адаптивной к изменениям условий наблюдения маломодовой импульсной томографии мелкого моря в п. 4.3 разработана имитационная модель наблюдения (ИН-модель), включающая эмпирическую геоинформационную океанологическую модель района наблюдений и совокупность физических моделей формирования НЧ акустических сигналов и помех в районе наблюдения. ИН-модель включает в себя модель распространения гидроакустических полей в плоскослоистых рефракционных горизонтально неоднородных волноводах, модель дифракции гидроакустических (ГА) полей, наблюдаемыми неоднородностями, модель рассеяния ГА-сигналов случайно распределенными неоднородностями океанической среды, модель формирования гидроакустических НЧ-шумов, и модель возбуждения маломодовых ГА-сигналов совокупностью вертикально распределенных излучателей. Оценка значений параметров наблюдаемых неоднородно-стей обеспечивается статистической проверкой гипотез, формируемых ИН-моделью. При этом априорное исследование ИН-модели позволяет оптимизировать траектории поиска решений.

Рассмотрена модель работы системы МИТ мелкого моря из трех расположенных в вершинах равнобедренного треугольника НЧ трансиверов в составе вертикально развитых излучающих и приемных решеток, позволяющих осуществлять наблюдение объекта (айсберга) с использованием девяти пространственных и набора модовых проекций (п. 4.3.1). Для типичных условий наблюдения в мелком море, показано, что площадь областей приемлемых значений вероятностей принятия гипотезы о координатах айсберга, определяющих поле зрения рассматриваемой системы МИТ достигает (1-г2)-104 км2 и зависит от структуры океанического волновода, характеристик решеток и зондирующих импульсов, параметров перемещения айсберга, направления и скорости ветра, уровня аддитивных шумов, а также способа сложения томографических проекций. Установлено, что чаще всего внешняя граница поля зрения определяется аддитивными шумами, в то время как реверберационная помеха от случайных неоднородностей волновода обуславливает неоднородность поля зрения, формируя внутри него области плохой видимости (рис. 2, а). Показано, что поле зрения рассмотренной системы наблюдения неизопла-натично (рис. 2, б). В центральной части поля зрения пространственное разрешение составило величину порядка 1-104 м2 , а на краях поля зрения разрешение падает в два-три раза.

Рис. 2. Структура поля зрения в горизонтальной плоскости при возбуждении первой и приеме третьей моды для случая суммарной обработки моностатичсской и двух бистатических проекций томографического наблюдения (а), а также распределение элементов пространственного разрешения в результирующем поле зрения при суммировании 90 томографических проекций (б). Расчеты осуществлялись для мелкого моря при скорости ветра 5 м/с, скорости движения айсберга 1.5 м/с при уровне аддитивных шумов 70 дБ и мощности источников подсветки, равной 200 Вт.

Показано, что для обеспечения высокой эффективности наблюдения (в частности, большого поля зрения и высокого пространственного разрешения), необходимо осуществлять адаптивную подстройку параметров зондирующих маломодовых импульсных сигналов и алгоритмов обработки к изменяющимся во времени параметрам волновода, помех и шумов. Для адаптации к уровню и структуре поверхностных реверберационных помех при наблюдении с помощью МИТ предложен метод реконструкции скорости и направления ветра (п. 4.3.2), основанный на измерении интегральных параметров откликов маломодовых импульсных сигналов.

При формулировке выводов (п. 4.4) показано, что проведенные в главе исследования позволили обосновать облик системы измерения для экспериментального апробирования возможностей МИТ мелкого моря. В частности, сформулированы требования к месту и условиям проведения измерений, определены необходимые параметры излучающей и приемной решеток, структура зондирующих импульсов, разработаны схема и методика проведения натурных измерений и требования к судовому обеспечению и необходимым для проведения морских работ корабельным механизмам.

Глава 5 посвящена экспериментальным исследованиям возможностей МИТ. В разделе представлены результаты экспериментальной проверки работоспособности и эффективности алгоритмов наблюдения неоднородностей в ПСВ в условиях физического моделирования, а также в натурных морских волноводах. Для проведения экспериментов были построены оригинальные экспериментальные установки, а также разработано уникальное оборудование для измерений в океане. В частности, были разработаны оптическая сис-

тема для исследования особенностей фильтрации частично-когерентных изображений и ультразвуковая экспериментальная установка, позволяющая исследовать особенности распространения и рассеяния дифрагированных акустических сигналов в плоскослоистых волноводах, являющихся масштабными моделями мелкого моря. Впервые был разработан комплект экспериментального оборудования, включающего многоэлементные решетки для излучения и приема маломодовых низкочастотных акустических импульсов в мелководных океанических волноводах. С помощью перечисленного выше оборудования были осуществлены многочисленные морские измерения.

Для оптического моделирования (п. 5.1) в качестве частично-когерентного источника использовался комбинированный источник в составе протяженного теплового источника и пространственного и частотного фильтров, а также лазера с вращающимся матовым стеклом. Для измерения частотно-контрастных характеристик изображающей системы в качестве генератора пространственных гармоник и при их анализе в выходном изображении использовались муаровые структуры. В результате экспериментов показано, что частично-когерентная освещенность обеспечивает заметное снижение спекл-шума, возможность ослабления мешающего фона подсветки, а также пониженную по сравнению со случаем некогерентной подсветки чувствительность системы построения изображений к расфокусировке. В частности, экспериментально показано, что эффективность подавления освещенности снижается примерно на одну треть, когда когерентность освещения во входной апертуре сокращается в два раза. Показано, что в осуществленных экспериментах глубина расфокусировки без потери контрастности составляла ± 20% от значения расстояния соответствующего сопряженной плоскости при подавлении поля освещенности на 10 дБ относительно максимальной величины. Указанные эффекты наблюдались для интервалов пространственных частот в середине частотной полосы объектива. По измерениям интенсивности компонент пространственного спектра с точностью 30% измерены размеры частично-когерентного источника подсветки. Результаты экспериментов подтвердили выводы теоретического и численного исследований особенностей построения частично-когерентных изображений, формируемых каждой томографической маломодовой проекцией в ПСВ.

Для проверки работоспособности и эффективности алгоритмов томографического наблюдения неоднородностей в ПСВ в условиях физического моделирования была разработана ультразвуковая экспериментальная установка. В установке использовались протяженный пьезокерамический излучатель, возбуждающий маломодовые зондирующие .квазигармонические, ЛЧМ и другие импульсные сигналы в частотном интервале от 102 до 103 кГц и пре-цизионно перемещающийся по трем координатам приемный гидрофон (п. 5.2, 5.2.1), Проведенные с помощью ультразвуковой установки измерения показали, что вариации акустического поля за телом, достаточно хорошо совпадают с результатами численного моделирования, выполненного в рам-

ках развитой работе модели коротковолновой дифракции поля на телах в плоскослоистых волноводах, что продемонстрировало эффективность такой модели.

В многомодовом плоскослоистом волноводе проведено экспериментальное исследование влияния многомодовости, а также реверберационных помех на структуру дифрагированных под различными углами ультразвуковых гидроакустических ЛЧМ импульсов (п. 5.2.2). Экспериментально показано, что поскольку поле подсветки находится в противофазе с дифрагированным, постоянная составляющая сигнала подавлена в интервале, лежащем вблизи нулевых частот в интервале смещений тела по горизонтали на ±5 см. Измеренные дифрагированные телом сигналы проявляется в виде модуляции и хорошо разрешается по оси частот на фоне поля прямой засветки на фоне помех в виде неподвижных рассеивателей больших размеров.

Разработанная ультразвуковая экспериментальная установка, позволяющая исследовать распространение и рассеяние акустических сигналов в плоскослоистых волноводах, была использована и для проверки работоспособности и эффективности алгоритмов реконструкции гидроакустических изображений с использованием синтезированных горизонтальных приемных решеток. Измерения показали, что построенные решеткой после пространственной фильтрации поля подсветки френелевские изображения позволяют определить положение наблюдаемого цилиндра с точностью до размеров элемента разрешения френелевского изображения. Элементы разрешения определяются волновыми размерами приемной решетки, а также их положением в поле зрения. Для условий проведения измерений размеры элементов разрешения при построении изображения неоднородности составляли по оси у величину порядка 1 см, и по оси х — порядка 4 см. Как показали измерения, при удалении цилиндра от решетки, начиная с расстояний 100 см положение цилиндра по оси л: определить было невозможно. Было продемонстрировано экспериментально подавление помех, связанных с изображением источника подсветки.

Для осуществления томографического наблюдения была предложена уникальная методика, заключающаяся в том, что объект наблюдения вращался вокруг своей оси, что позволило осуществлять измерения дифрагированных полей под различными углами. Показано, что для результирующего томографического изображения трех цилиндров, полученного при подавлении изображения источника в каждом из парциальных изображений и когерентном сложении 32 парциальных изображений положение и размеры цилиндров удалось восстановить, с точностью порядка 2 см. Показано, что точность реконструкции ограничивалось неизопланатичностью поля зрения как для каждого из парциальных изображений, так и для суммарного изображения, влиянием интерференционных эффектов как за счет многомодовости поля подсветки и дифрагированного поля, так и за счет влияния эффектов многократного рассеяния.

Проверка возможностей селективного возбуждения и приема волновод-ных мод в морских условиях в соответствие с методикой измерений, разработанной в главе 4, были проведена экспериментально с использованием уникального гидроакустического оборудования состоящего из вертикальной решетки высокоэффективных низкочастотных излучателей, а также набора многоэлементных решеток приемников с высоким динамическим диапазоном (п, 5.3). При измерениях решетка из 16 излучателей опускалась с борта корабля, закрепленного в стационарном положении с помощью рейдового оборудования. Многоэлементные приемные антенные решетки работали в автономном режиме. Измерения осуществлялись в мелком море в районах с глубиной 80-Н250 м.

Впервые в условиях морского эксперимента в мелком море при компенсации взаимного влияния отдельных излучателей и согласовании апертурных множителей решетки с характеристиками волновода в месте постановки решетки осуществлено возбуждение НЧ акустических маломодовых импульсных сигналов в частотном диапазоне 235-255 Гц. Показано (п. 5.3.1), что при селективном возбуждении первой моды волновода уровень паразитного возбуждения мод других номеров составил величину порядка -15 дБ. Измерения показали, что при приеме с помощью вертикальной приемной решетки уровень возбуждаемых мод по отношению к паразитным модам высоких номеров (глубина модовой тени) был на 15ч-25 дБ выше, что соответствует оценкам, полученным на основании модели формирования модовой тени, рассмотренной в разделе 2. Результирующая эффективность селекции волновод-ных мод, в экспериментах падала за счет неточности фазировки излучателей, а также из-за отклонений излучающей антенной решетки от вертикали и её колебаний, возникающих из-за движения НИС. Установлено, что обусловленные локальными малой величины течениями короткопериодные временные вариации положения излучателей в решетке малы и могут не учитываться. Экспериментально показано, что временные вариации времен прихода маломодовых импульсных сигналов с характерными периодами порядка 6н-8 мин при постановке стационарной постановке НИС (на якорях, либо с помощью рейдового оборудования) являются следствием действующих на НИС и излучающую решетку внутренних волн.

На основании проведенных экспериментов показано (рис. 3, а), что уровень поля захваченного волноводом при использовании излучающей антенной решетки из 16 излучателей примерно на 7-г9 дБ эффективнее одиночного излучателя той же суммарной мощность, что хорошо совпадает с теоретическими оценками, полученными в разделе 2. Впервые экспериментально для звуковых сигналов с частотами от 235 до 255 Гц в условиях мелкого моря с глубиной порядка 130 м с квазиизоскоростной гидрологией оценены значения использующихся в инженерных расчетах переходных расстояний для одиночного излучателя и для антенной решетки из 16 излучателей, которые составили соответственно 100 и 20 м. В осуществленных в ходе эксперимен-

тов измерениях с использованием излучающей решетки получена оценка среднего декремента затухания мод с номерами ниже четвертой, который, для условий проведения измерений, составил 0.075 дБ/км.

Рис. 3. Зависимость уровня сигнала от дистанции (а) для излучающей 16-ти элементной решетки (сверху) и монополя (снизу) одинаковой суммарной мощности. Сплошной линией показан сферический закон спадания уровня сигнала, разница уровней при измерениях составляла порядка 7 дБ и ослабление уровня поверхностной реверберации (б) при тех же условиях.

Впервые экспериментально показано, что уровень откликов согласованного фильтра поверхностной реверберации в интервале частот 235-Н255 Гц в мелком море, при излучении маломодовых импульсных сигналов с помощью вертикально распределенной решетки из 16 излучателей на 10 дБ ниже, чем при излучении точечным источником, мощность которого равна суммарной мощности решетки излучателей (рис. 3). Показано, что уровень откликов согласованного фильтра, соответствующих донной реверберации для значений доплеровских частот больше 0.7 Гц и задержках больших 0.4 секунды более чем на 50 дБ меньше уровня реверберационного сигнала на нулевой частоте.

Впервые осуществлена экспериментальная демонстрация принципиальных возможностей мультистатической схемы наблюдения с помощью низкочастотных маломодовых акустических импульсов и набора, пространственно разнесенных источников и приемников (маломодовая импульсная томография), в мелком море в условиях летней гидрологии (п. 5.3.2). Эксперименты осуществлялись с помощью излучающего комплекса, включающего в себя антенную решетку из 16 излучающих модулей. Каждый из них представлял собой излучатель электромагнитного типа с номинальной акустической мощностью порядка 70 Вт при КПД=70% с одинаковыми резонансными частотами (разброс частот составляет 1.5%), снабженный собственным цифровым блоком управления и возбуждения колебаний. Управление излучением и контроль его качества обеспечивался общим для излучающей решетки

190

0

а

б

управляющим процессорным блоком с библиотекой программ, соответствующих различным амплитудно-фазовым распределениям на апертуре антенной решетки и различным типам излучаемых сигналов (тональные, тонально-импульсные, ГЧМ-импульсы, импульсы, модулированные псевдослучайными последовательностями и др.). Измерение дифрагированных неодно-родностями импульсов осуществлялось набором горизонтально и вертикально распределенных многоэлементных приемных решеток. При проведении экспериментов на сверхдальних трассах (150-250 км) в мелком море были реализованы режимы излучения, соответствующие однородному амплитудно-фазовому распределению по апертуре излучающей решетки. Используемые при измерениях горизонтальные приемные антенные решетки, включали в себя 16 эквидистантно расположенных на дне приемных гидрофонов. При демонстрационных экспериментах было показано, что для акустических трасс длительностью 150 км отношение сигнала к шуму составило величину порядка 30 дБ. Возбуждение поля акустической подсветки в виде согласованных с волноводом маломодовых тональных, ГЧМ и модулированных м-последовательностью импульсов при приеме горизонтальной решеткой из 16-ти гидрофонов позволило обеспечить измерение дифрагированных на неровностях дна сигналов с превышением над шумами моря на 10-25 дБ на удалениях от 150 до 250 км. Наблюдаемая в экспериментах высокая когерентность принимаемых сигналов позволила за счет пространственной селекции и согласованной фильтрации реализовать когерентное накопление импульсных сигналов на 15^-20 дБ, впервые оценить пространственное распределение рассеивающих зондирующие импульсные сигналы подводных неоднородностей и возвышенностей береговых зон. В п. 5.4 в краткой форме сформулированы выводы к главе 5.

В Заключении приведены формулировки основных результатов диссертационной работы.

В приложении 1 изложены результаты анализа условий применимости преобразований Фурье и Френеля для решения уравнения наблюдения.

Приложение 2 посвящено анализу возможностей решения уравнения наблюдения для плавных неоднородностей при использовании ВЧ приближения. Показано, что при условии выделения отдельных лучевых структур может быть сформулирована как задача построения томографического изображения.

В приложении 3 рассмотрены методы оптимальной настройки вертикально развитых приемной и излучающей антенных решеток.

Основные результаты работы

1. Получена структура матрицы рассеяния мод при дифракции когерентных и частично-когерентных полей на импедансных телах, упругих конечной длины оболочках, а также на случайно распределенных неоднородно-стях в плоскослоистых рефракционных волноводах. На этой основе оценены

пространственно-временные и частотные характеристики дифрагированных маломодовых импульсных гидроакустических сигналов.

2. Для плоскослоистых волноводов со случайными неоднородностями сформулированы условия возбуждения и приема оптимальных согласованных с волноводом маломодовых импульсных сигналов, с большой интенсивностью и когерентностью при низком уровне реверберационных помех.

3. Развита модель рассеяния маломодовых акустических импульсов случайными поверхностными неоднородностями в океане с учетом уширения доплеровского спектра рассеянных сигналов за счет перемещения резонансных компонент спектра низкочастотными составляющими ветрового волнения при различных направлениях ветра для мультистатических схем наблюдения в океанических волноводах.

4. Предложен метод согласованной с волноводом маломодовой импульсной томографии плоскослоистых рефракционных случайно-неоднородных волноводов.

5. На основе совместного использования моделей возбуждения распространения и рассеяния маломодовых импульсных сигналов в горизонтально-неоднородных волноводах разработана численная имитационная модель акустического наблюдения на основе согласованной со средой томографии океана. С помощью этой модели исследованы структура поля зрения, пространственное разрешение и точность оценки параметров наблюдаемых неоднород-ностей в зависимости от условий наблюдения. Предложена методика проведения натурных морских экспериментов и сформулированы требования к структуре и параметрам излучающих и приемных элементов.

6. Впервые экспериментально в условиях мелкого моря подтверждена высокая эффективность возбуждения гидроакустического волновода решеткой низкочастотных (в полосе частот 235-245 Гц) излучателей. Показано, что при возбуждении такой решеткой излучателей маломодовых импульсных сигналов уровень реверберации и уровень флуктуаций поля в дальней зоне уменьшаются на 10 дБ по сравнению со случаем монопольного источника. Получены экспериментальные оценки коэффициентов ослабления волновод-ных мод низких номеров, средние значения которых для условий района измерения составили величину 0.04 дБ/км.

7. Впервые в морских условиях показано, что при возбуждении волновода вертикально развитой излучающей антенной общей мощностью порядка 1 кВт уровни принятых низкочастотных маломодовых импульсных сигналов при длинах трасс 150-г250 км превышают на 30-г50 дБ уровень шумов моря при четырех бальном волнении. При этом принятые маломодовые сигналы сохраняют свою когерентность в пределах длины зондирующего импульса (10 с). Это позволило измерить сигналы дифрагированные неоднородностями мелкого моря в виде неровностей дна, оценить их положение таких неодно-родностей, и таким образом продемонстрировать возможность практической реализации маломодовой импульсной томографии океана.

Список работ по теме диссертации

1. Нечаев А.Г., Хилько А.И. Дифференциальная акустическая диагностика

случайных неоднородностей океана // Акустический журнал. 1988. Т. 34. № 2. С. 128-136.

2. Нечаев А.Г., Хилько А.И. Определение локальных характеристик распре-

деленных вдоль акустической трассы океанических неоднородностей // Акустический журнал. 1988. Т. 34, № 4. С. 234-242.

3. Нечаев А.Г., Хилько А.И. Акустическая дифракционная томография океа-

на // Известия вузов. Радиофизика. 1993, Т.36, N 8, С. 738-751.

4. Гончаров В.В., Зайцев В.Ю., Куртепов В.М., Нечаев А.Г., Хилько А.И.

Акустическая томография океана. Н. Новгород: ИПФ РАН. 1997. 254 с.

5. Alexander I. Khil'ko, Jerald W. Caruthers and Natalia A. Sidorovskaia. Ocean

Acoustic Tomography: A Review Emphasis on the Russian Approach. Nizhniy Novgorod: IAP RAS, 1998. 202 p.

6. Зверев В.А., Хилько А.И., Шишарин A.B. К вопросу об использовании источников некогерентного белого света в схемах пространственной фильтрации изображений // Автометрия. 1978. № 2. С. 108-118.

7. С.И.Зайцев, А.И. Хилько. Исследование частотной характеристики опти-

ческой системы //Экспериментальная радиооптика / Ред. Зверев В.А. и Степанов Н.С. М: Наука, 1979. С.99-108.

8. Менсов С.Н., Хилько А.И. Интерферометр для измерения пространствен-

ной функции когерентного оптического излучения // Авт. свид. № 797314, 1980.

9. Менсов С.Н., Хилько А.И. Способ контроля качества поверхности фоку-

сирующих систем // Авт. свид. № 1196688, 1985.

10.Кнафель А.Н., Матвеев A.JI., Салин Б.М., Турчин В.И, Хилько А.И. Об одном интерференционном методе выделения квазистационарного сигнала на фоне шума // Известия вузов. Радиофизика, 1989, т.32, №10, с. 1250-1258.

11. Горская Н.В., Горский С.М., Зверев В.А., Николаев Г.Н., Курин В.В., Хилько А.И. Коротковолновая дифракция в многомодовом слоистом волноводе // Акустический журнал. 1988. Т. 34, № 1. С.55-59.

12. Нечаев А.Г., Хилько А.И. Диагностика неоднородностей волновода по огибающей интенсивности импульсного сигнала // Известия вузов. Радиофизика. 1991, т.ЗЗ, № 1, С.65-71.

13. Каретникова И.Р., Нечаев А.Г., Хилько А.И. Рассеяние на меняющихся во времени неоднородностях импульсных сигналов // Известия вузов. Радиофизика. 1990. Т. 13, №12.С. 1370-1379.

14. Горская Н.В., Зверев В.А., Хилько А.И. и др. Исследование возможности применения частотно-модулированных волн для изучения рассеяния в неоднородных волноводах // Акустический журнал. 1991. Т.37, №5 C.9I4-921.

15. Gorsky S.M., Khil'ko A.I., Zverev V.A. Diffraction of Acoustical Waves by Spatially Localized Inhomogeneitites in Oceanic Waveguides // J AS A. V.16, N5. pt. 2. 1994. P. 3346.

16. S.M.Gorsky, A.I.Khil'ko, V.A.Zverev. Sound Scattering by Spatial-Localized Inhomogeneities in Oceanic Waveguides: Calculation and Measurements Methods / Proc. of SPIE Symposium, 1994, Orlando, FL, V.1968, P. 561570.

П.Белов B.E., Горский C.M., Зиновьев А.Ю., Хилько A.M. Применение метода интегральных уравнений к задаче о дифракции акустических волн на упругих телах в слое жидкости // Акустический журнал. 1994. Т.40, N4. С.548-560.

18.Хилько А.И., Широков В.Н. Структура звукового поля в волноводе с упругими стенками И Вестник КПИ. Электроакустика и звукотехника. №.15. 1991. С. 45-49.

19. Хилько А.И. Дифракция частично-когерентных полей в многомодовых слоисто-неоднородных волноводах // Вестник КПИ. Электроакустика и звукотехника. 1993. Т.17, С.б-11.

20. Лебедев А.В., Хилько А.И. Рассеяние звука упругими тонкостенными цилиндрами ограниченной длины II Акустический журнал. 1992. Т.38, №6. С. 1057-1066.

21. Khil'ko A.I., Lebedev A.V. Total Scattering Cross Section of Two Acoustically Coupling Balls // JASA. 1995. V.98, N5. P. 2912.

22.Вдовичева H.K., Сазонтов А.Г., Хилько A.M. Дифракция акустического поля на рассеивателе в случайно-неоднородном океане // Акустический журнал. Т. 44, №1. 1998. С. 49-59.

23. Вдовичева Н.К., Сазонтов А.Г., Хилько А.И. Коротковолновая дифракция акустического поля на жестком рассеивателе в волноводе со взволнованной поверхностью // Акустический журнал. 1998. Т.44, №4. С. 328335.

24.Бородина Е.Л., Хилько А.И., Широков В.Н. Особенности возбуждения мелководного волновода из воздуха // Акустический журнал. 1992. Т.38, N4. С. 603-615.

25. Зорин А.Ю., Смирнов И.П., Хилько А.И. Энергетические характеристики каналов связи точек неоднородной среды // Известия вузов. Радиофизика, 1993. Т.36, №5. С.443-455.

26. Зорин А.Ю., Смирнов И.П., Хилько А.И. Характеристики энергетической связи точек неоднородной среды // Известия вузов. Радиофизика. 1993. Т. 36, N8. С. 767-771.

21. Зорин А.Ю., Смирнов И.П., Хилько А.И. Временные характеристики каналов связи источника и приемника в неоднородной среде // Известия вузов. Радиофизика. 1994. Т. 37, №11. С. 1373-1387.

2%. A.I.Khil'ko, I.P.Smirnov, A.Y.Zorin. The Spatial-Temporal Characteristics of Connecting Channels in the Inhomogeneous Refractive Waveguides // Proc. of SPIE Symposium. 1994. Orlando. FL. V. 1968. P. 1910-1918.

29. Семериков A.A., Хилько А.И. Статистические свойства акустических полей движущегося источника в случайно-неоднородной среде в присутствии шероховатой границы // Известия вузов. Радиофизика. 1992. Т.35, N2. С.161-170.

30. Хилько А.И. О пространственной когерентности сейсмических источников // Исследование Земли новыми геофизическими методами. Новосибирск: Изд-во ВЦ СО АНСССР. 1982. С. 36 - 42.

31 .Конюхов Б.А., Конюхова И.Д., Хилько А.И. Оценка пространственной локализации источников акустической эмиссии в среде с дисперсией // Акустический журнал. 1988. Т. 34, № 3. С. 234-238.

32.Khil'ko A.I. Partially-Coherent Image Reconstruction / Proc. of the International Symposium SPIE, Orlando, 2-4 April. 1993. FL. V 1967. P. 381-411.

33. Khil'ko A.I. Spatial Filtrating of the Partially Coherence acoustical Images // Acoustical Imaging.V.21, 1994. P. 357-363.

34. Бородина E.JI., Горский C.M., Зверев B.A., Хилько А.И. и др. Пространственная фильтрация изображений при ультразвуковой визуализации больших неоднородностей // Акустический журнал. 1992. Т. 38, №6. С. 1004-1013.

35 .Бородина Е.Л., Горская Н.В., Хилько А.И. и др. Многоракурсное видение в океанических волноводах // Акустический журнал. 1995. Т. 41, №2. С. 185-193.

36. Borodina E.L, Gorsky S.M., Khil'ko A.I. at all. Multi-View Imaging in Oceanic Waveguides by Dark Field Method // Acoustical Imaging. V. 21. 1994. P. 733-738.

37. Werby M., Sidorovskaia N. and Khil'ko A.I. Tame-Domain Propagation of Signals in a Strongly Refractive Shallow-Water Waveguide and the Extraction of Ocean Properties // JASA. V. 16, N5. pt. 2. 1994. P. 33-54.

38. Сидоровская H.A., Хилько А.И. Частично-когерентные акустические изображения в слоистых рефракционных волноводах // Известия вузов. Радиофизика. Т. 38. №1-2. 1995. С. 127-133.

39. Caruthers J., A.I.Khil'ko, Smirnov I.P. Tomographical Reconstruction of Ocean Inhomogeneities. Part 1: Forming Partially Coherent Acoustic Wave Structures in the Ocean with Spatially Localized Noise Sources / Proc. OCEANS'95, San Diego, October, 1995. P. 123-129.

40.Abrosimov D.I., Caruthers J., Khil'ko A.I.. Tomographical Reconstruction of Ocean Inhomogeneities. Part 2: Applications of Partially Coherent Acoustic Wave Structures to Fresnel Diffraction and Differential Tomograthy t Proc. OCEANS'95, San Diego, October, 1995. P. 129-138.

41. Горский C.M., Курзенин Э.Б., Хилько А.И., Яхно В.Г. Исследование помехоустойчивости нейроноподобных алгоритмов при обработке акусти-

ческих изображений // Известия вузов. Радиофизика. 1994. Т. 37, N 9. С. 1214-1223.

42.Яхно В.Г., Нуйдель И.В., Тельных А.А., Бондарепко Б.Н., Сборщиков А.В., Хилько А.И. «Способ адаптивного распознавания информационных образов и система для его осуществления». Российский патент на изобретение №2160467 от 10.12.2000 г.

43. Smirriov LP., Caruthers J.W., Khil'ko A.I. Prospects for Medium-Scale Diffraction Tomography on the Shelf // Journal of Computational Acoustics. V. 9, N2. 2001. P. 395-411.

44. Раевский M.A., Хилько А.И. Эффективность согласованной пространственной фильтрации мод в мелководном звуковом канале // Известия вузов. Радиофизика. Т. 57, №7. 2004. С. 534-548.

45. Раевский М.А., Лучинин А.Г., Бурдуковская В.Г., Хилько А.И. О роли объемного рассеяния при формировании поверхностной реверберации в океане // Известия вузов. Радиофизика. Т. 46 , № 12, 2003. С. 210-221.

46. Раевский М.А., Хилько А.И. Влияние случайного сноса резонансных гармоник на частотный спектр поверхностной акустической реверберации в океане // Известия вузов. Радиофизика. T. XLIX, №5. 2006. С. 554-562.

47.Раевский М.А., Хилько А.И. Теоретическая модель низкочастотных динамических шумов в мелком море // Известия вузов. Радиофизика. 2006. T. XLIX, №3. С. 199-205.

48.Лучинин А.Г., Хилько А.И. Низкочастотная акустическая томография мелкого моря с использованием маломодовых импульсов II Акустический журнал. 2005. Т. 51, №2. С. 124-145.

49.Кержаков Б.В., Кулинич В.В., Кошкин А.Г., Хилько А.И. Особенности возбуждения маломодового низкочастотного акустического поля вертикальной антенной решеткой в мелком море. // Известия вузов. Радиофизика. T. XLIX, №4. 2006. С. 224-232.

50. Кержаков Б.В., Кулинич В.В., Кошкин А.Г., Хилько А.И. Возбуждение маломодовых акустических сигналов вертикальной решеткой в мелком море в присутствие подводных течений // Известия вузов. Радиофизика. T. XLIX, №5. 2006. С. 331-342.

51. Зверев В.А., Стромков А.А., Хилько А.И. Выделение мод в мелком море с помощью вертикальной антенной решетки II Акустический журнал. 2006. Т. 52, №4. С. 442-454.

Оглавление диссертации

Введение 4

1. Формулировка проблемы наблюдения пространственно локализованных неоднородностей в плоскослоистых волноводах 14

1.1. Анализ основных понятий и типичных условий 14

1.2. Томографический метод наблюдения в ПСВ 55

1.3. Выводы к разделу 1. 73

2. Маломодовая импульсная томография в ПСВ океанического типа 76

2.1. Эффективность селективного возбуждения низкочастотных ма-ломодовых акустических полей вертикальной решеткой в мелком море 82

2.2. Влияние подводных течений при возбуждении маломодовых акустических сигналов вертикальной решеткой в мелком море 90

2.3. Структура трансляционных характеристик при маломодовой импульсной томографии (МИТ) и возможности оптимальной селекции маломодовых гидроакустических сигналов 97

2.4. Выводы к разделу 2. 107

3. Развитие моделей дифракции модовых сигналов неоднородно-стямивПСВ 110

3.1. Коротковолновая дифракция акустических полей на телах в

ПСВ 113

3.2. Развитие физической модели дифракции акустических сигналов на упругих телах в многомодовых слоистонеоднородных волноводах 126

3.3. Особенности дифракции акустических сигналов на случайно распределенных неоднородностях в ПСВ 138

3.4. Коротковолновая дифракция поля протяженного шумового источника в многомодовом слоистонеоднородном волноводе 154

3.5. Модуляция интенсивности частично-когерентного поля точечного узкополосного шумового источника при изменении положения пространственно локализованной неоднородности в ПСВ 168

3.6. Структура дифрагированного частично-когерентного поля в многомодовом ПСВ со случайными неоднородностями 177

3.7. Выводы к разделу 3. 181

4. Численные имитационные эксперименты по томографической реконструкции параметров пространственно локализованных неоднородностей с использованием маломодовых акустических сигналов 185

4.1. Построение многоракурсных изображений неоднородностей при

использовании одномодовых звуковых сигналов 185

4.2. Реконструкция параметров неоднородностей в ПСВ 194

4.3. Исследование возможностей МИТ в океанических волноводах с помощью имитационной компьютерной модели 209

4.3.1. Наблюдение пространственно локализованных неоднородностей 221

4.3.2. Восстановление параметров ветрового волнения 227

4.4. Выводы к разделу 4. 230

5. Экспериментальные исследования возможностей МИТ 233

5.1. Исследование пространственной фильтрации частично-когерентных изображений с помощью оптической установки 233

5.2. Анализ возможностей томографического наблюдения в океанических волноводах в условиях физического моделирования

250

5.2.1. Измерение структуры пространственно-временных вариаций сигналов при малоугловой дифракции на телах в плоскослоистых волноводах 250

5.2.2. Эксперименты по томографическому наблюдению сложных объектов в изоскоростном волноводе 262

5.3. Апробация возможностей МИТ в мелком море 266

5.3.1. Возбуждение низкочастотных маломодовых звуковых импульсных сигналов 266

5.3.2. Измерения низкочастотных маломодовых акустических импульсных сигналов на сверхдальних трассах 283

5.4. Выводы к разделу 5. 285 Заключение 289 Литература 292 Приложение 1. Приближенное решение уравнения наблюдения с помощью преобразований Фурье и Френеля 306 Приложение 2. Формирование ВЧ томографического изображения при наблюдении плавных неоднородностей 311 Приложение 3. Оптимальная настройка вертикально развитых приемной и излучающей антенных решеток 314

Хилько Александр Иванович

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАБЛЮДЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО ЛОКАЛИЗОВАННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ ЧАСТИЧНО-КОГЕРЕНТНЫХ ПОЛЕЙ В ПЛОСКОСЛОИСТЫХ ВОЛНОВОДАХ

Автореферат

Подписано к печати 19.09.2006 г. Формат 60 х 90 '/|6. Бумага писчая № 1. Усл. печ. л. 2.0. Тираж 100 экз. Заказ № 109 (2006)

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН, 603950 Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

Введение

1. Формулировка проблемы наблюдения пространственно локализованных неоднородностей в плоскослоистых волноводах

1.1. Анализ основных понятий и типичных условий

1.2. Томографический метод наблюдения в ПСВ

1.3. Выводы к разделу 1.

2. Маломодовая импульсная томография в ПСВ океанического типа

2.1. Эффективность селективного возбуждения низкочастотных маломодовых акустических полей вертикальной решеткой в мелком море

2.2. Влияние подводных течений при возбуждении маломодовых акустических сигналов вертикальной решеткой в мелком море

2.3. Структура трансляционных характеристик при маломодовой импульсной томографии (МИТ) и возможности оптимальной селекции маломодовых гидроакустических сигналов

2.4. Выводы к разделу 2.

3. Развитие моделей дифракции модовых сигналов неоднородностями в ПСВ

3.1. Коротковолновая дифракция акустических полей на телах в ПСВ

3.2. Развитие физической модели дифракции акустических сигналов на упругих телах в многомодовых слоистонеоднородных волноводах

3.3. Особенности дифракции акустических сигналов на случайно распределенных неоднородностях в ПСВ

3.4. Коротковолновая дифракция поля протяженного шумового источника в многомодовом слоистонеоднородном волноводе

3.5. Модуляция интенсивности частично-когерентного поля точечного узкополосного шумового источника при изменении положения пространственно локализованной неоднородности в ПСВ

3.6. Структура дифрагированного частично-когерентного поля в многомодовом ПСВ со случайными неоднородностями

3.7. Выводы к разделу 3.

4. Численные имитационные эксперименты по томографической реконструкции параметров пространственно локализованных неоднородностей с использованием маломодовых акустических сигналов

4.1. Построение многоракурсных изображений неоднородностей при использовании одномодовых звуковых сигналов

4.2. Реконструкция параметров неоднородностей в ПСВ

4.3. Исследование возможностей МИТ в океанических волноводах с помощью имитационной компьютерной модели

4.3.1. Наблюдение пространственно локализованных неоднородностей

4.3.2. Восстановление параметров ветрового волнения

4.4. Выводы к разделу 4. 230 5. Экспериментальные исследования возможностей МИТ

5.1. Исследование пространственной фильтрации частично-когерентных изображений с помощью оптической установки

5.2. Анализ возможностей томографического наблюдения в океанических волноводах в условиях физического моделирования

5.2.1. Измерение структуры пространственно-временных вариаций сигналов при малоугловой дифракции на телах в плоскослоистых волноводах

5.2.2. Эксперименты по томографическому наблюдению сложных объектов в изоскоростном волноводе

5.3. Апробация возможностей МИТ в мелком море

5.3.1. Возбуждение низкочастотных мапомодовых звуковых импульсных сигналов

5.3.2. Измерения низкочастотных мапомодовых акустических импульсных сигналов на сверхдальних трассах

5.4. Выводы к разделу 5. 285 Заключение 289 Литература 292 Приложение 1. Приближенное решение уравнения наблюдения с помощью преобразований Фурье и Френеля 306 Приложение 2. Формирование ВЧ томографического изображения при наблюдении плавных неоднородностей 11 Приложение 3. Оптимальная настройка вертикально развитых приемной и излучающей антенных решеток

Актуальность прикладных проблем связанных с наблюдением пространственно локализованных неоднородностей в сложно-построенных слоистонеодиородных средах.

Дистанционное наблюдение неоднородностей в протяженных зонах естественных слоисто неоднородных сред природного происхождения часто основывается на использовании волновых полей, которые хорошо распространяются в таких средах. В атмосфере чаще всего используются электромагнитные, а в океане, акустические волны [1-4]. Такие волны, взаимодействуя с неоднородностями (объектами наблюдения), несут информацию о неоднородностях, которая выделяется при обработке зарегистрированных приемной системой сигналов. На основе такого подхода в настоящее время построены различные радио и гидроакустические локационные системы [2-6, 19, 22, 23, 34, 39, 43, 50]. Использование зондирования среды волновыми полями лежит в основе решения конкретных задач навигации, метеорологии, рыболовства, наблюдения за глобальными природными изменениями и т.д. Аналогичными методами могут быть решены и различные технические задачи, например, в дефектоскопии, неразрушающем контроле конструкций и сооружений, мониторинге технологических процессов в неоднородных средах и др. [4, 7, 19, 29, 30]. К перечисленным проблемам можно так же отнести и некоторые задачи диагностики в медицине [7, 20, 21]. Во многих случаях для решения указанных практических задач наблюдения неоднородностей в сложно-построенных плоскослоистых средах необходимо определить пространственное распределение интересующих неоднородностей в пределах некоторой области обзора [1-3, 19, 4а-7а]. По аналогии со зрением, такую задачу можно-назвать видением [4а, 21, 35, 36, 38]. Кроме того, часто представляет интерес получить более детальную информацию о специфических параметрах, характеризующих структуру конкретных наблюдаемых неоднородностей. Эту стадию наблюдения связывают с распознаванием наблюдаемых неоднородностей [20, 35, 47-49, 111, 112, 124, 125, 158, 184196]. Часто необходимо осуществлять наблюдение в ситуации, когда параметры неоднородностей, а также среды, в которой осуществляется наблюдение, изменяются во времени. В этом случае необходимо обеспечить адаптивное наблюдение за неоднородностями с учетом информации об изменениях условий наблюдения. Перечисленные задачи можно рассматривать как этапы решения общей задачи наблюдения, которая с математической точки зрения относится к классу обратных задач [7, 4а, 5а, 20, 38, 124, 125,160,161].

Существующие методы решения задачи наблюдения.

Радиолокация. Чаще всего радиолокационные системы определяют положение и скорость лоцируемых неоднородностей (обычно это пространственно ограниченные (ПО) объекты), путем оценки времени запаздывания и доплеровского смещения частоты отраженного от объекта импульсного сигнала и угла его прихода [14, 32, 33] с помощью протяженных антенн, излучающих импульсные сигналы в предположении однородности среды. В ряде задач, связанных с радиолокационным зондированием протяженных и достаточно плавных крупномасштабных неоднородностей атмосферы и ионосферы на больших расстояниях, учитывается волноводный характер распространения сигналов [34]. Аналогичные явления играют существенную роль и при зондировании неоднородностей в приводных или приземных атмосферных волноводах [34, 43]. Для увеличения точности измерений применяются сложные импульсные посылки с последующей их обработкой с помощью согласованных фильтров [32, 33, 11, 112]. Разработаны и просветные радиолокационные системы, которые позволяют судить о факте пересечения линии между источником и приемником по интерференционной модуляции принятого сигнала.

Высокочастотная акустическая импульсная локация в океане. Идея импульсной локации получили развитие и в высокочастотной (ВЧ) (от десятков до нескольких сотен килогерц) гидроакустике [9, 16]. Этот метод является основным средством подводной навигации кораблей и подводных лодок. Однако его использование связано с рядом трудностей, вызываемых существенным поглощением сигналов, сложностью строения морской среды [9, 13, 16, 19], а также флуктуациями сигналов как за счет случайных вариаций положения приемно-излучающих гидроакустических систем и шумов обтекания при движении корабля, так и за счет случайных флуктуаций параметров морской среды [161,170-173].

Наблюдение температурного тренда в океане с помощью акустической томографии. Мониторинг температурного тренда океана в целях обнаружения эффектов глобального потепления Земли может быть осуществлен по измерениям малых вариаций времен распространения низкочастотных (НЧ) акустических импульсов, пересекающих океан вдоль протяженных трасс между различными источниками и приемниками [1-3, 19, 4а, 5а]. При такой постановке задачи, объектом наблюдения является изменение параметров океанического волновода в целом. Все неоднородности океана в этом случае являются помехами. В частности, из-за случайных вариаций океанической среды при таких измерениях наблюдается большой уровень помех, для ослабления которых зондирующие импульсы необходимо излучать достаточно часто.

Наблюдение мезо-масштабных неоднородностей в океане. Акустический мониторинг мезо-масштабных неоднородностей связан с исследованием динамических процессов, происходящих в толще океана, проявляющихся в виде изменяющихся во времени вихрей, течений, полей внутренних волн, океанических фронтов и т.д. [11, 19]. Характерные масштабы изменчивости такого рода неоднородностей могут составлять сотни километров и десятки часов [19, 4а, 5а, 25, 26, 83-85]. Для решения задачи о реконструкции пространственного распределения мезо-масштабных неоднородностей также предполагается использовать метод акустической томографии [19, 4а]. Каждая из томографических трасс, просвечивающих неоднородности под разными углами, позволяет измерить лишь некоторые интегральные характеристики, определяющиеся всеми неоднородностями, расположенными вдоль акустической трассы. Для получения дифференциальных характеристик необходима совместная обработка результатов измерений набора трасс. Реконструкция дифференциальных характеристик по набору интегральных проекций (томография) впервые была предложена Радоном (см. ссылки в [4а, 21]), а в применении к задаче о наблюдении крупномасштабных неоднородностей океана была сформулирована в работе [19]. В дальнейшем в этом направлении было сделано большое количество исследований, результаты которых, в частности, анализируются в [4а, 5а]. Как и в случае зондирования неоднородностей атмосферных волноводов, в задачах о реконструкции мезо-масштабных неоднородностей толщи океана, характерные размеры неоднородностей лишь немного меньше типичных дистанций наблюдения, так что при приближенной оценке характеристик пространственного распределения параметров неоднородностей можно было бы ограничиться относительно небольшим числом элементов пространственного разрешения.

Наблюдение источников шума. Важной задачей акустической диагностики в океане, является наблюдение различных удаленных ПО акустических источников в океане -землетрясений, взрывов, буровых механизмов, кораблей, живых организмов и т.д. Например, долгое время, в связи с испытаниями ядерных зарядов, была актуальной задача диагностики взрывов по гидроакустическим, атмосферным и сейсмическим волнам [9-11]. Близкой задачей, которая не утратила актуальности и в настоящее время, является задача диагностики очагов цунамигенных землетрясений по измерениям низкочастотных акустических и сейсмических волн [48а-54а]. Эти, а также близкие по постановке задачи о реконструкции параметров шумящих кораблей в океане [9, 15], также являются задачами эмиссионной акустической томографии в океане.

Наблюдение пространственно локализованных неоднородностей на средних дистанциях в мелком море. В последнее время большую актуальность приобрели задачи, связанные с более детальной реконструкцией пространственного распределения ПО неоднородностей в плоскослоистых волноводах (ПСВ) океанического типа, на средних дистанциях наблюдения, протяженностью порядка сотни километров. Прежде всего, это задачи возникают при освоении ресурсов океанического шельфа, в частности, добычи нефти и газа на морском дне и их транспортировке под водой [9, 19, 4а, 5а]. В этих условиях важно обеспечить эффективную подводную навигацию, наблюдение за работой подводных и донных аппаратов, экологический мониторинг окружающей среды, а также контроль несанкционированного присутствия в пределах морских районов, протяженностью несколько сотен километров. Научные исследования, связанные с разработкой систем подводного видения на средних дистанциях, вызывают большой интерес [15, 19, 4а, 5а]. При решении такого рода задач был развит подход, основанный на локации с использованием зондирующих низкочастотных акустических импульсных сигналов и двумерной приемной системой располагавшейся вблизи излучателя в районе глубоководного свала. Такая близкая к моностатической схема наблюдения обеспечила хорошую чувствительность для условий глубоководного распространения. Как показали эксперименты, указанный метод оказался малоэффективен в условиях мелкого моря из-за потери когерентности сигналов и высокого уровня реверберационных помех, возникающих вследствие влияния поверхности и сложно построенного дна.

Возможности повышения эффективности акустического наблюдения в ПСВ.

Для увеличения чувствительности и точности наблюдения в ПСВ при использовании источников зондирующего поля ограниченной мощности необходимо использовать томографическую систему наблюдения, характеристики которой должны быть приспособлены к условиям распространения сигналов таким образом, чтобы возбудить зондирующие волны с минимальными потерями, уменьшить их ослабление при распространении, подавить помехи и максимально накопить полезные сигналы. Будем в дальнейшем при решении такой задачи говорить о согласовании используемых волновых полей с параметрами ПСВ, которое необходимо адаптировать к изменениям характеристик среды и условий наблюдения на основе использования априорной информации в виде физико-математических моделей среды и объектов наблюдения. В число таких моделей необходимо включить: модель распространения импульсных сигналов в ПСВ, модель дифракции и рассеяния таких сигналов на ПО, а также случайно-распределенных (CP) неоднородностях, модели шумов и объектов наблюдения, а также модели приемных и излучающих элементов системы наблюдения, которые в совокупности определяют особенности решения обратной задачи наблюдения (оценки параметров наблюдаемых неоднородностей) в конкретных условиях. Основываясь на совокупности физических моделей перечисленных явлений необходимо построить обобщенную физическую модель наблюдения в ПСВ. Результатом исследований такой модели могут быть рекомендации по оптимальному построению системы наблюдения, а также алгоритмов ее работы. Для ослабления характерных для ПСВ интерференционных помех следует обеспечить селекцию парциальных волн и осуществлять наблюдение для каждой из них в отдельности. При наличии набора парциальных волн можно предусмотреть в последующем их совместную согласованную обработку. При использовании модели наблюдения в ПСВ определение параметров наблюдаемого объекта заключается в переборе многопараметрических гипотез, при этом модель наблюдения выступает в качестве генератора базисных функций (гипотез), выполняя при этом процессорные функции. Оптимальный перебор параметров гипотез может быть осуществлен при использовании априорной информации. Для оптимального выделения полезных сигналов на фоне шумов и помех необходимо учитывать их когерентность, которая определяется как строением среды, так и параметрами случайных неоднородностей.

Целью работы является разработка эффективных методов и средств акустического наблюдения в мелком море, в частности: а) разработка физических и численных моделей томографического наблюдения неоднородностей в случайно неоднородных плоско-слоистых волноводах (ПСВ); б) разработка методики и средств для экспериментального исследования возбуждения, распространения и рассеяния, согласованных со средой сигналов и проверки возможностей томографического наблюдения; в) исследование возможностей низкочастотного гидроакустического наблюдения путем численных расчетов, измерения с помощью физического моделирования в лабораторных условиях, а также осуществление натурных экспериментов по проверке возможностей наблюдения в мелком море.

Методы исследования

Для решения поставленных задач используются методы акустики, статистической радиофизики и радиооптики. В частности для анализа исследования распространения и дифракции импульсных сигналов и частично-когерентных волн использовалось модовое представление полей в волноводах, теория возмущений, приближение однократного рассеяния, адиабатическая теория нормальных волн и др. Исследование статистической структуры согласованных со средой импульсных сигналов осуществляется также методами численного моделирования. Имитационные компьютерные модели выполнялись с использованием алгоритмических языков Фортран, С++, а также других вычислительных средств. При проведении экспериментальных исследований применялись методы физического и оптического моделирования, при этом использовались оригинальные экспериментальные установки. Натурные эксперименты в мелком море осуществлялись с помощью уникальных излучающих и приемных комплексов и методов экспериментальной гидроакустики.

Научная новизна

В работе развито новое направление - согласованная с волноводом маломодовая импульсная низкочастотная акустическая томография океанических волноводов, которая основана на возбуждении хорошо распространяющихся мод волновода, и приеме всех мод, дифрагированных наблюдаемыми неоднородностями в волноводе. В работе впервые:

1. Теоретически и экспериментально показано, что путем использования согласованных с волноводом частично-когерентных импульсных сигналов достигаются существенные ослабление уровня интерференционных помех, а также увеличение пространственного разрешения и чувствительности системы наблюдения. Сформулированы необходимые для реализации указанных эффектов условия оптимального возбуждения и приема согласованных с волноводом маломодовых импульсных сигналов в мелководных океанических волноводах.

2. Изучена пространственно-временная и частотная структура маломодовых импульсных сигналов при дифракции на импедансных телах, упругой оболочке конечных размеров, а также на поверхностных неоднородностях в плоскослоистых волноводах.

3. Предложен метод согласованной с волноводом маломодовой импульсной томографии (МИТ) плоскослоистых случайно неоднородных волноводов. Создана имитационная компьютерная модель МИТ шельфовых зон мелкого моря.

4. Экспериментально показана возможность возбуждения и приема согласованных с волноводом маломодовых импульсных сигналов, измерены характеристики реверберации, а также измерены дифрагированные маломодовые сигналы на сверхдальних расстояниях в мелком море.

5. Разработаны алгоритмы и технологические средства для построения системы томографического наблюдения в мелком море, использующей согласованные с волноводом маломодовые импульсные сигналы.

Практическая значимость работы

Материалы диссертации использованы при разработке метода согласованной с волноводом низкочастотной маломодовой импульсной акустической томографии мелкого моря, осуществляемой в ИПФ РАН, НИЦ РЭВ, п/я К-175. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы:

• для построения акустической системы томографического наблюдения в шельфовых зонах океана для решения задач подводной навигации, контроля несанкционированного присутствия в районах расположения морских сооружений, мониторинга биоресурсов, сбора океанологической информации и т.д.;

• при разработке систем звуковидения в морских средах для проведения подводных инженерных работ;

• для создания компьютерных имитационных систем диагностики плавно-неоднородных сред различной природы со случайными неоднородностями, таких как атмосферные волноводы; при решении задач распознавания сложнопостроенных объектов.

Апробация результатов работы

Результаты работы неоднократно докладывались на российских и международных совещаниях, конференциях и симпозиумах, в частности: на 2-й Всесоюзной школе по оптической обработке информации (Горький, 1978), на IV-ом и V-om Всесоюзных симпозиумах по вычислительной томографии (Новосибирск, 1989 и Москва, 1991), на Всесоюзной конференции "Волны и дифракция-90" (Винница, 1990), на XI-ой Всесоюзной акустической конференции (Москва, 1991), на 1-й сессии Российского акустического общества (Москва, 1992), на Международном симпозиуме SPIE (Орландо, США, 1993 и 1994), на Международном симпозиуме GRETSY (Жуан-лес-Пинс, Франция, 1993), на 2-й и 3-й Европейских конференциях по подводной акустике (Копенгаген, Дания, 1994 и Гераклион, Греция, 1996), на 3-й Французской конференции по акустике (Тулуза, Франция, 1994), на 131-й 135-й Сессиях американского акустического общества (Остин, США, 1994 и Сиэтл, США, 1998), на Международной конференции OCEANS'95 (Сан-Диего, США, 1995), на 16-м Международном конгрессе акустиков (Сиэтл, США, 1998), на Международной конференции по Вычислительной акустике (Триест, Италия, 1999), на конференциях по Радиофизике (Нижний Новгород, 2000 2001, 2003, 2004, 2005 и 2006), на Нижегородской сессии Российского акустического общества (Нижний Новгород, 2002), на X и XI школах-семинарах J1.M. Бреховских, и XIV и XVI сессиях РАО (Москва, 2004, 2006), на научных семинарах ИПФ РАН, ИО РАН, ИОФ РАН, АКИН, МГУ, а так же на семинарах кафедр общей физики и акустики Радиофизического факультета Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.

Работы, результаты которых частично вошли в диссертацию, были поддержаны инициативными проектами РФФИ: гранты 94-02-17034, 97-02-17072, 00-02-17157, 03-0217556, 06-02-17691; Международным научным фондом: грант N0300 и программой Фундаментальных исследований ОФН РАН «Когерентные акустические поля и сигналы» в 2003-2005 гг.

Личный вклад автора

Основные идеи использования частично-когерентных, в том числе импульсных маломодовых, сигналов для диагностики неоднородностей в мелком море сформулированы автором совместно с В.А. Зверевым, А.Г. Нечаевым, В.И. Талановым, А.Г. Лучининым и А.В. Гапоновым-Греховым. При этом автор лично провел теоретические исследования возбуждения и дифракции частично-когерентного поля на телах, и проанализировал возможности построения их изображений в случайно-неоднородных плоскослоистых волноводах, а также осуществил связанные с этими вопросами эксперименты. Исследования по оптимизации возбуждения и приема маломодовых частично-когерентных сигналов в плоскослоистых волноводах осуществлялись совместно с И.П. Смирновым. При этом автор участвовал в постановке задач, выводе основных соотношений и анализе и формулировке результатов. Исследования влияния многократного рассеяния на дифракцию акустического поля телами в плоскослоистых волноводах, формирование реверберационных и шумовых помех, а также модовой тени осуществлялись совместно с А.Г. Сазонтовым и М.А. Раевским. В указанных работах автор осуществлял формулировку задач, участвовал в проведении вычислений и интерпретации результатов исследований. Компьютерные эксперименты по исследованию работы систем маломодовой импульсной томографии были выполнены совместно с В.Г. Бурдуковской, В.Г. Яхно и А.А. Стромковым. В этих исследованиях автор осуществлял постановку задачи, участвовал в разработке методов и алгоритмов, проведении численных экспериментов и осуществил интерпретацию полученных результатов. Эксперименты в акустическом бассейне были выполнены совместно с С.Н. Гурбатовым, С.М. Горским, В.В. Куриным и Н.В. Прончатовым-Рубцовым. В этих экспериментах автор участвовал в модернизации узлов экспериментальной установки, проведении измерений, а также осуществлял обработку и интерпретацию результатов. Разработка излучающей и приемной аппаратуры для натурных измерений в мелком море осуществлялись совместно с JI.A. Рыбенковым, Б.Н. Боголюбовым, П.А. Капустиным, В. Ю. Калистратовым, С.Ю. Смирновым, П.И. Коротиным и А.С. Чащиным. Автор лично участвовал в формулировке технических требований, разработке структуры излучающего и приемного комплексов, осуществлял координацию и руководство при их создании, а также лично участвовал в апробировании их работы в лабораторных и натурных условиях. Натурные измерения в Балтийском и Баренцевом морях осуществлялись совместно с А.Г. Лучининым, Б.Н. Боголюбовым, П. И. Коротиным, А.А. Стромковым, В.Н. Кравченко и А.В. Гринюком. Автор диссертации являлся заместителем научного руководителя экспедиций и лично участвовал в организации и проведении морских измерений, обработке данных и интерпретации результатов.

Публикации

Всего по теме диссертации автором сделаны 203 публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в двух коллективных монографиях, 51 статьях в рецензированных журналах, в 16 препринтах, трех авторских свидетельствах на изобретения и 17 научных сборниках и трудах научных конференций.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем работы -316 страницы, включая 291 страниц основного текста, 111 рисунков, трех таблиц и списка литературы из 306 наименований на 13 страницах.

Основные результаты работы:

1. Получена структура матрицы рассеяния мод при дифракции когерентных и частично-когерентных полей на импедансных телах, упругих конечной длины оболочках, а также случайно распределенных неоднородностях в плоскослоистых рефракционных волноводах. На этой основе оценены пространственно-временные и частотные характеристики дифрагированных импульсных гидроакустических сигналов.

2. Для плоскослоистых волноводов со случайными неоднородностями сформулированы условия возбуждения и приема согласованных с волноводом маломодовых импульсных сигналов, имеющих максимальные интенсивность когерентность и низкий уровень реверберационных помех при заданных мощности источника и дистанциях измерений.

3. Развита модель рассеяния маломодовых акустических импульсов случайными поверхностными неоднородностями в океане с учетом модуляции доплеровского спектра рассеянных сигналов за счет перемещения резонансных компонент спектра низкочастотными составляющими ветрового волнения при различных направлениях ветра для мультистатических схем наблюдения в океанических волноводах.

4. Теоретически и при помощи физического моделирования обоснована томография плоскослоистых рефракционных волноводов с использованием частично-когерентных источников и полей.

5. Предложен метод согласованной с волноводом маломодовой импульсной томографии плоскослоистых рефракционных случайно-неоднородных волноводов.

6. На основе совместного использования моделей распространения и рассеяния импульсных сигналов в горизонтально-неоднородных волноводах разработана численная имитационная модель акустического наблюдения на основе согласованной со средой томографии океана. С её помощью показано, что структура поля зрения, пространственное разрешение и точность оценки параметров наблюдаемых неоднородностей определяются параметрами океанических волноводов, скоростью и направлением ветра, структурой и интенсивностью шумов океана, положением и параметрами излучающих и приемных антенных решеток. На основе таких исследований предложена методика проведения натурных морских экспериментов и сформулированы требования к структуре и параметрам излучающих и приемных элементов.

7. Разработаны уникальные излучающие и приемные комплексы с вертикально развитыми решетками излучателей и приемников, предназначенные для согласованного со средой возбуждения и приема маломодовых импульсов в океанических волноводах.

8. Впервые экспериментально в условиях мелководного канала показано, что при согласованном с волноводом возбуждении низкочастотных импульсных акустических сигналов с помощью вертикально развитой решетки излучателей с заполненной аппретурой уровень сигналов при фиксированной мощности решетки нарастет пропорционально квадрату числа излучателей.

9. Натурными морскими экспериментами в мелком море показано, что уровень поверхностной реверберации от ветрового волнения при согласованном с волноводом возбуждении низкочастотных импульсных сигналов с помощью 16-ти элементной решетки излучателей на 10 дБ меньше уровня поверхностной реверберации при возбуждении поля одиночным излучателем эквивалентной суммарной мощности.

10. Впервые в морских условиях для сверхдальних (150+250 км) дистанций в мелком море измерены низкочастотные маломодовые импульсные акустические сигналы дифрагированные неоднородностями мелкого моря в виде неровностей дна и получены оценки положения таких неоднородностей, и таким образом продемонстрировать возможность практической реализации маломодовой импульсной томографии океана.

Работы по развитию маломодовой томографии океана и другим аспектам проблемы наблюдения в неоднородных, и в частности, плоскослоистых средах продолжались много лет.

При этом для решения различных задач, связанных с выполнением такой работы потребовалось творческое взаимодействие с широким кругом научных сотрудников, инженеров и конструкторов Нижнего Новгорода, сотрудников научных и отраслевых организаций России, а также зарубежных ученых. Выражаю глубокую признательность за их помощь и участие.

Важнейшую роль при постановке решаемой в работе проблемы наблюдения в океанической среде, а также при обсуждении многочисленных аспектов задач, связанных с видением с помощью частично-когерентной подсветки сыграл В.А. Зверев, за что выражаю ему глубокую благодарность.

Основные цели диссертации и используемые при их достижении методы были сформулированы в ходе многочисленных обсуждений с А.В. Гапоновым-Греховым, В.И. Талановым, А.Г. Лучининым и В.В. Коваленко, за что автор искренне им признателен.

С благодарностью отмечаю, что многие важные идеи, использованные при разработке маломодовой импульсной томографии океана, были развиты при участии с И.П. Смирнова,

A.И. Белова, Б.В. Кержакова, В.В. Кулинича, Ю.В.Петухова, М.А. Раевского, А.Г. Сазонтова, Л.С. Долина, А.В. Лебедева, С.Н. Гурбатова, В.Г. Петникова и В.В. Бородина.

Выражаю большую благодарность за важный вклад в разработку экспериментальной аппаратуры Л.А. Рыбенкову, А.В. Шишарину, В.В. Курину, Н.В. Прончатов-Рубцову.

Особую признательность выражаю А.А. Стромкову, Б.Н. Боголюбову, П.И. Коротину, Ю.А. Дубовому, В.Ю. Калистратову, С.Ю. Смирнову, В.И. Рылову, В.Н. Лобанову, А.Ф. Комиссарову, В.Б. Быстранову, В.Н. Сахарову, А.С. Чащину, А.Я. Балалаеву, В.Н. Кондрашову, В.А. Тютину, Е.Н. Мухину, О.Р. Фаизову, В.Г. Бурдуковской, И.И. Леонову,

B.Н. Уварову, В.Н. Кравченко, А.Н. Гринюку, принимавшим непосредственное участие в разработке морского оборудования, проведении натурных измерений и обработке полученных данных.

Неоценимый вклад в организацию морских экспедиций, а также анализ полученных практических результатов внесли: В.А. Сборщиков, В.А. Кондрашов, И.И. Микушин, А.В. Соков и O.K. Щербина, за что автор их благодарит.

Особую благодарность автор выражает Н.С. Степанову, оказавшему большую помощь при формулировке целей и задач работы, обсуждении её результатов, а также написании диссертации.

Заключение

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты теоретического, численного и экспериментального исследований структуры согласованных с волноводом сложных импульсных сигналов в случайно-неоднородных плоскослоистых рефракционных волноводах.

2. Структура матрицы рассеяния волноводных мод при дифракции когерентных и частично-когерентных полей на импедансных телах, упругих конечной длины оболочках в плоскослоистых волноводах.

1. Comuelle В., Wunsch С. et al. Tomographic Maps of the Ocean Mesoscale. Part 1: Pure Acoustics//Journal of Phys. Oceanography. 1985. V. 15. P. 133-152.

2. Kerr R.A. Acoustic Tomography of the Ocean // Science. 1982. V. 217. № 4553. P. 38.

3. Behringer D. and set. A Demonstration of Ocean Acoustic Tomography // Nature. 1982. V. 299, № 5878. P. 121-125.

4. Николаев А.В. Изучение Земли невзрывными сейсмическими источниками. М.: Наука. 1981. С. 5-27.

5. Maguer P., Gelly J.F., Maerfeld С., Grail G. An underwater focused acoustic imaging system // Acoustical Imaging. N.Y.: Plenum Press. V.10. 1967. P. 607-617.

6. Goodman J. W. Film Grain, Noise in Wave front - Reconstruction Imaging // JOS A. 1967. V. 57. P. 493.

7. Mueller R.K., Kaveh M., Wade G. Reconstructive tomography and applications to ultrasonics // Proc. IEEE. 1979. V. 67, № 4. P. 567-587.

8. Morita N., Kumagai N. Scattering and mode conversion of guided modes by a spherical object in an optical fiber // IEEE Trans. On Microwave Theory. 1980. V. MTT-28, № 2. P. 137-141.

9. Урик P.Д. Основы гидроакустики. JI.: Судостроение. 1978. 444 с.

10. Распространение волн и подводная акустика / Под ред. Келлера Д.Б. и Пападакиса Д.С. М.: Мир. 1980.-229 с.

11. Бреховских Л.М., Лысанов ЮЛ. Теоретические основы акустики океана. Л.: Гидрометиздат. 1982. 264 с.

12. Пекерис К. Теория распространения звука взрыва в мелкой воде / Распространение звука в океане. М.:ИЛ. 1951. С. 48- 157.

13. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука. 1973. 503 с.

14. Рытое С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. М.: Наука. 1978. Т. 2. С. 463.

15. Каценельсон Б.Г., Летников В.Г. Акустике мелкого моря. М.: Наука. 1997. 191с.

16. Толстой И., Клей КС. Акустика океана. М.: Мир. 1969. 301 с.

17. Kornhauser Е.Т., Raney W.P. Theory of propagation of acoustic signals in shallow water waveguide // JASA. 1955. V. 27. P. 689.

18. Гамильтон Э.Л. Геоакустические модели морского дна // В кн.: Акустика морских осадков / Ред. Л. Хемптон. М.: Мир. 1977.

19. Munk W., Worcester P., and Wunsch С. Ocean Acoustic Tomography. Cambridge University Press. 1995. 433p.

20. Грегуш П. Звуковидение. M.: Мир, 1982.232 с.

21. MacovskiA. Ultrasonic imaging using arrays // Proc. IEEE. 1979.V. 67. P. 484 495.

22. Бурлакова И.Б., Дубовой Ю.А., Зейгман А.Л., Нечаев А.Г., Словинский М.М., Смирнов Н.М. О возможности акустической томографии взволнованной поверхности океана // Акустический журнал. 1988. Т.34, №2. С.232-240.

23. Munk W., Wunch С. Ocean Acoustic Tomography a Scheme for Large Scale Monitoring. // Deep Sea Research. 1979. V. 26A. P. 123 161.

24. Зверев B.A. Радиооптика. M.: Сов. радио. 1975. 302 с.

25. Зайцев В.Ю., Нечаев А.Г., Островский Л.А. Об алгоритме трехмерной модовой томографии океана // Акустический журнал. 1987. Т. 33, № 6. С. 456-462

26. Куртепов В.М. Влияние внутренних волн Россби, мезомасштабных вихрей и течений на распространение звука в океане / В кн.: Акустика океана. Современное состояние. М.: Наука. 1982. С. 36-52.

27. Свешников А.Г. К обоснованию метода расчета распространения электромагнитных колебаний в нерегуляных волноводах // ЖВМ и МФ. 1963. Т. 3, № 2. С. 314 326.

28. Ильинский А.С. Распространение электромагнитных волн в нерегулярных волноводах переменного сечения. М.: Изд-во МГУ. 1970.254 с.

29. Фразем А., Леей У., Силберберг Я. Параллельная передача изображений по одиночному оптическому волокну // ТИИЭР. 1983. Т. 71, № 2. С. 21 36.

30. Moslehi В., Goodman J.W., Tur M., Show H.T. Fiberoptic Lattice Signal Processing // Proc. IEEE, 1984. V. 72, № 7. P. 909 903.

31. Нефедов Е.И. Дифракция электромагнитных волн на диэлектрических структурах. М.: Наука. 1979. 272 с.

32. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. М.: Радио и связь. 1983. 536 с.

33. Кондратьев КГ. Рассеяние электромагнитных волн на гладких идеально отражающих объектах, расположенных в плавнонеоднородной среде // Изв. Вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20, № 12. С. 118-125.

34. Борисов Н.Д. Волновой подход к рассеянию коротких радиоволн в нерегулярных ионосферных волноводах / В сб.: Дифракция и распространение волн. Л.: Изд-во Ленинградского университета. Выпуск 5.1966. С. 122-126.

35. Де Велис Дж., Рейнольде Дж. Голография. М.: Военное издательство Мин. Обр. СССР. 1970. 247 с.

36. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука. 1973. С. 415-416.

37. Морс Ф.М., Фешбах Г. Методы теоретической физики. М.: Изд-во Иностранной литературы. 1958. Т. 1. С. 930; 1960. Т. 2. С. 886.

38. Зверев В. А. Физические основы формирования изображений волновыми полями. Нижний Новгород: ИПФ РАН. 1998. 252 с.

39. Швингер Ю. Неоднородности в волноводах // Зарубежная радиоэлектроника. 1970. № 3. С. 3-110.

40. Левин Л. Современная теория волноводов. М.: Изд-во иностранной литературы. 1953. 215 с.

41. Миттра Р., Ли С. Аналитические методы теории волноводов. М.: Мир. 1974. 328 с.

42. Вайнштейн Л.А. Теория дифракции и метод факторизации. М.: Сов. Радио. 1966. 431 с.

43. Каценеленбаум Б.З. Теория нерегулярных волноводов с медленно меняющимися параметрами. М.: Изд-во АН СССР. 1961. 216 с.

44. Хеш X., Мауэ А., Вестпфаль К. Теория дифракции. М.: Мир. 1964.428 с.

45. Фок В.А. Проблемы дифракции и распространения электромагнитных волн. М.: Сов. радио. 1970.517 с.

46. Юу Ф.Т.С. Введение в теорию дифракции, обработку информации и голографию. М.: Сов. радио. 1979. 302 с.

47. Сороко Л.М. Основы голографии и когерентной оптики. М.: Наука. 1971. 616 с.

48. ПапулисА. Теория систем и преобразований в оптике. М.: Мир. 1971.495 с.

49. ГудменДж. Введение в фурье-оптику. М.: Мир. 1970. 364 с.

50. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука. 1978. 543 с.

51. Бондаренко Н.Г., Еремин КВ., Таланов В.И. Фазовая структура выходного луча рубинового лазера. // ЖЭТФ.1964. Т. 46. С. 1500 1502.

52. Апанасенко В.А. О временных соотношениях между импульсами, распространяющимися в подводном звуковом канале //Акустический журнал. 1964. Т. 11, № 3. С. 221-230.

53. Апанасенко В.А., Крышний В.И. Исследование временной структуры тонально-импульсного излучения в районе берегового шельфа / В кн.: Дальневосточный акустический сборник. Владивосток: Изд-во Дальневостоного университета. 1975. № 1. С. 121-123.

54. Апанасенко В.А., Шаромов И.П. Исследование стационарности акутического поля в мелком море / В кн.: Дальневосточный акустический сборник. Владивосток: Изд-во Дальневостоного университета. 1977. № 3. С. 32-38.

55. Бункин Ф.В., Вавилин А.В. и др. Исследование придонного распространения звуковых сигналов с высокостабильной частотой // Акустический журнал. 1986. Т. 41. №.1 С. 2329.

56. Фурдуев А.В. Шумы океана // Акустика океана. М.: Наука, 1974. С. 615.

57. Курьянов Б.Ф. Низкочастотные акустические шумы океана // Труды 10-й Всесоюзной конференции: Пленарные доклады. М.: Наука, 1983. С. 42.

58. Васильев Л.А. Теневые методы. М.: Наука. 1968.238 с.

59. Малюжинец Г.Д. Развитие представлений о явлениях дифракции // УФН. 1959. Т. 69, № 2. С. 321.

60. Uzunoguli N.K., Fikioris J.G. Scattering from an inhomogeneity inside a dielectric-sled waveguide // J. Opt. Soc. Amer. 1982. V.72, №5. p.628-637.

61. Никольский B.B. Вариационные методы для внутренних задач электродинамики // М.: Наука. 1967.380 с.

62. Кравцов Ю.А., Кузькин В.М., Петников ВТ. Приближенный подход к задаче о дифракции волн в многомодовых волноводах с плавно меняющимися параметрами // Известия Вузов. Радиофизика. 1983. Т. 26, № 4. С. 440 446.

63. Кравцов Ю.А., Кузькин В.М., Петников В.Г. Дифракция волн на регулярных рассеивателях в многомодовых волноводах // Акустический журнал. Т. 30, № 3. С. 339 -343.

64. Немцова В.Н., Федорюк М.В. Дифракция звуковых волн на тонком теле вращения в двуслойной жидкости //Акустический журнал. 1896. Т. 32, № 1. С. 131 134.

65. Галишникова Т.Н., Ильинский А.С. Численные методы в задачах дифракции. М.: Изд-во МГУ. 1987.208 с.

66. Никольский В.В. Вариационные методы для задач дифракции // Известия Вузов. Радиофизика. 1977 Т.20 № 1. С. 5 -45.

67. Численные методы теории дифракции: Сб. статей «Математика. Новое в зарубежной науке». Выпуск 29. М.: Мир. 1982. 200 с.

68. Шестопалов В.П. Метод задачи Римана Гильберта в теории дифракции и распространения электромагнитных волн. Харьков: Изд-во Харьковского университета. 1971.400 с.

69. Шестопалов В.П., Кириленко А.А., Масалов С.А. Матричные уравнения типа свертки в теории дифракции. Киев: Наукова думка. 1984. 293 с.

70. Лепендин Л.Ф. Акустика. М.: Высшая школа. 1978.445 с.

71. Шендеров Е.Л. Волновые задачи гидроакустики. Л.: Судостроение. 1972. 346 с.

72. Клещев А.А. Рассеяние звука сфероидальным телом, находящимся у границы раздела сред // Акустический журнал. 1979. Т. 25, № 1. С. 143 145.

73. Crence R., Granger S. The scattering of Sound from a Prolate Spheroid // JASA. 1951. V. 23, №6. P. 701 -706.

74. Бойко А.И. Рассеяние плоских волн тонким телом вращения // Акустический журнал. 1983. Т. 29. № 1.С. 321 -325.

75. Федорюк М.В. Рассеяние звуковых волн тонким телом вращения // Акустический журнал. 1983. Т. 29. № 1. С. 131 134.

76. Кузькин В.М. Об отражающей способности тела в океаническом волноводе // Формирование акустических полей в океанических волноводах / Ред. В.А. Зверева. Н.Новгород: ИПФ РАН, 1991. С. 130-139.

77. Григорьев В.А., Кузькин В.М. Дифракция акустических волн на жестком вытянутом сфероиде в подводном звуковом канале // Акустический журнал. 1995. Т.41, №3. С.410-414.

78. Агеева Н.С., Крупин В.Д. Структура звукового поля в мелком море // Акустический журнал. 1979. Т. 25, № 3. С. 28 36.

79. Бархатов А.Н. Моделирование распространения звука в океане. Л.: Гидрометеоиздат. 1982.340 с.

80. Белякова Л.И., Горская Н.В., Курин В.В., Морозова Н.И., Николаев Н.Н. Экспериментальное исследование структуры звукового поля в мелком море на физической модели // Акустический журнал. 1986. Т. 32, № 1. С. 107.

81. Mitchell S.K., Focke К.С. The Role of the Sea-bottom Attenuation Profile in Shallow Water Acoustic Propagation // JASA. 1983. V. 73, № 2. P. 465 474.

82. Швачко Р.Ф. Флуктуация звука на неоднородностях толщи океана / В кн.: Акустика океана. М.: Наука. 1982. С. 132 140.

83. Clark J.G., Kronengold М. Long Period Fluctuations of CW Signals in Deep and Shallow Water // JASA. 1974. V. 56, № 4. P. 1071 1081.

84. De Ferrary H.A., Lenny R. Spectrum of Phase Fluctuation Cansed by Multipath Interference // JASA. 1975. V. 58, №3. p. 604-607.

85. Robertson G.H., Wagner R.L. Low-frequensy CW Coherence Measurements for Long Underwater Paths // JASA. 1980. V. 68, № 3. P. 941 951.

86. Лямшев Jl.M. Дифракция звука на тонкой ограниченной упругой цилиндрической оболочке // ДАНСССР. 1957. Т. 115, № 2. С. 271 273.

87. Лямшев JI.M. Отражение звука тонкими пластинками и оболочками в жидкости. М.: Изд-во АН СССР. 1957.-73 с.

88. Лямшев Л.М. Рассеяние звука упругими цилиндрами // Акустический журнал. 1959. Т. 5, № 1.С. 58-63.

89. Лямшев Л.М. Дифракция звука на тонкой безграничной упругой цилиндрической оболочке // Акустический журнал. 1958. Т. 4, № 2. С. 34-42.

90. Шендоров Е.Л. Прохождение звуковой волны через упругую цилиндрическую оболочку. // Акустический журнал. 1963. Т. 9. № 2. С. 201 206.

91. Faran I. Sound Scattering by Solid Cylinder and Spheres // JASA. 1951. V. 23, № 4. P. 1120 -1125.

92. Junger M.C. Sound Scattering by a Thin Elastic Shells // JASA. 1952. V. 24, № 4. P. 631 -638.

93. Waterman P.C. New Formulation of Acoustic Scattering // JASA. 1969. V. 45, № 6. P. 1417 -1429.

94. Bostrom A. Scattering of Stationary Acoustic Waves by an Obstacle Immersed in Afluid. // JASA. 1980. V. 67, № 2. P. 390 399.

95. Ugincius P., Uberall H. Greeping-wave Analysis in Acoustic Scattering by Elastic Cylindrical Shells // JASA. V. 43, № 5. P. 1025 1035.

96. Нигул У.К, Метсавээр Я.А., Векслер Н.Д., Кутсер М.Э. Эхосигналы от упругих объектов. Таллин: Б. И. 1974. Т. 2. 345 с.

97. Подстригая Я.С., Поддубняк А.П. Рассеяние звуковых пучков на упругих телах сферической и цилиндрической формы. Киев: Наукова думка. 1986. 264 с.

98. Музыченко В.В., Рыбак С.А. Амплитуда резонансного рассеяния звука ограниченной цилиндрической оболочкой в жидкости // Акустический журнал. 1986. Т. 32, № 1. С. 129 -131.

99. Музыченко В.В., Рыбак С.А. Некоторые особенности рассеяния звука ограниченными цилиндрическими оболочками // Акустический журнал. 1986. Т. 32, № 5. С. 699 701.

100. Bostrom A. Transmission and reflection of acoustic waves by an obstacle in waveguide // Wave motion. 1984. V.2. P.167-184.m.Ingenito F. Scattering from an object in a stratified medium // JASA. 1987. V.82, №6. P.2051-2059.

101. Hackmann R.H., Sammelmann G.S. Multiple-scattering analysis for a target in an oceanic waveguide // JASA. 1988. V.84, №4. P.1813-1823.

102. Квятковский С.О. Дифракция звуковых волн на рассеивателе в волноводе // Акустический журнал. 1988. Т.34, №4. С.743-745.10e.Sarkissian A. Method of superposition applied to scattering from a target in shallow water // JASA. 1994. V.95, №5. P.2340-2345.

103. Кравцов Ю.А., Кузькин B.M. О работе линейной вертикальной антенны в многомодовом рефракционном волноводе // Акустический журнал. 1987. Т. 33, № 1. С. 49.

104. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для работников и инженеров. М.: Наука. 1984. 762 с.

105. Иванов Е.А. Дифракция электромагнитных волн на двух телах. Минск: Наука и техника. 1968. 583 с.

106. Андреева И.Б. Рассеяние звука поверхностью и приповерхностным слоем океана / В кн.: Акустика океана. М.: Наука. 1982. С. 118 132.111 .Лезин Ю.С. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов. М.: Сов. радио. 1969. С.

107. Шестов Н.С. Выделение оптических сигналов на фоне случайных помех. М.: Сов. радио. 1967. 432 с.

108. Hawker К.Е. A Normal Mode of Acoustic Doppler Effects in the Oceanic Waveguide // JASA. 1979. V. 65, №3. P. 675-681.

109. Уидроу А., Мантей Я, Гуд Д. Адаптивные антенные решетки // ТИИЭР. 1967. Т. 55. С. 78- 103.

110. Распространение звука во флуктуирующем океане / Под ред. С. Флатте. М.: Мир. 1982. 334 с.

111. Басс Ф.Г., Фукс И.М. Рассеяние волн на статически неровной поверхности. М.: Наука. 1972.426 с.

112. Кряжев Ф.И., Кудряиюв В.М. Влияние рассеяния на границе на звуковое поле в волноводе // Проблемы акустики океана / Под ред. JI.M. Бреховских и И.Б. Андреевой. М.: Наука. 1984. С. 57-69.

113. Сазонтов А.Г., Фарфель В.А. Об однократном рассеянии акустического сигнала на внутренних волнах в подводном звуковом канале // Акустический журнал. 1986. Т. 32, № 5. С. 635 642.

114. МонинА.С., Озмидов Р.В. Океаническая турбулентность. Л.: Гидрометиздат. 1981. 320 с.

115. Pierson W.J., Moskovitz Н. Aproposed Spectal from for Fullydeveloped Wind Sea Based on the Somilarity Theory of S.A. Kitaigorodsky // J. Geoph. Res. 1964. V. 69, № 24. P 5181 -5190.

116. Браунинг ДД., Фон Винкль У.А. Уровни собственных шумов океана // В кн.: Подводная акустика и обработка сигналов / Ред. JI. Бьёрнё. М.: Мир. 1985. С. 79 82.

117. Wenz G.M. Acoustic Ambient Noise in the Ocean: Spectra and Sourses // JASA. 1962. V. 34, №4. P. 1936.

118. Carey W.M. Measurement of Down-Slope Sound Propagation from a Shallow Sourse to a Deep Ocean Receiver // JASA. 1986. V. 19, №1. P. 46-54

119. Построение изображений в астрономии по функциям когерентности / Ред. К. Ван Схонвелд. М.: Мир. 1982. 318 с.

120. Обратные задачи в оптике / Ред. Г.П. Болте. М.: Машиностроение. 1984.184 с.

121. ПеринаЯ. Когерентность света. М.: Мир. 1974. 367 с.

122. Клаудер Д.,. Сударшан Э. Основы квантовой оптики. М.: Мир. 1970.452 с.

123. Шифрин Я.С. Вопросы статистической теории антенн. М.: Сов. радио. 1970. 320 с.

124. Hopkins Н.Н. On the Diffraction Theory of Optical Images // Proc. Roy. Soc. V. A210. P. 408 -432.

125. Фурдуев A.B. Спектры шумов океана и псевдозвуковые помехи звукоприему // Вопросы судостроения. Сер. Акустика. 1978. № 10. С. 45 51.131 .Куръянов Б.Ф. Подводные шумы океана // В кн.: Акустика океана. М.: Наука. 1982. С. 164-175.

126. Ъ5.Лысанов Ю.П. Рассеяние звука неровными поверхностями // В кн.: Акустика океана. 1974. М.: Наука. С. 231 -330.

127. Абросимов Д.И., Долин Л.С. О поверхностной реверберации при волноводном распространении звука в океане // Акустический журнал. 1981. Т. 27. № 6. С. 808 816.

128. Андреева И.Б., Гончаров В.И. Методы расчета многолучевой реверберации и контрольные сравнения с экспериментом / Ред. JI.M. Бреховских и И.Б. Андреева. М.: Наука. 1984. С. 69-77.

129. Carpenter D.J., Pask С. Optical Fiber Excitation by Partially Coherent Sources // Opt. and Quant. Elec. 1976. V. 8. P. 545 556.

130. Цейтлин H.M. Апертурный синтез в радиоастрономии // Радиотехника и электроника. 1970. Т. 15, №3. С. 427.

131. A6.Murata К. Instruments for the Measuring of Optical Transfer Functions // Progress in Optics /

132. Ed. E. Wolf. 1966. V. 5. P. 199-245. \А1.Шишарин A.B. Синтез оптических фильтров // В кн.: Экспериментальная радиооптика.

133. М.: Наука. 1979. С. 165- 184. 148.Зверев В.А., Орлов Е.Ф. Оптические анализаторы. М.: Сов. радио. 1971. 290 с.

134. Копыл Е.А. Интенсивность звука, отраженного и рассеянного поверхностью океана. // Проблемы акустики океана. М.: Наука. 1974. С. 143-153.

135. Фукс ИМ. О ширине спектра сигналов, рассеянных на взволнованной поверхности моря //Акустический журнал. 1974, Т.20, № 3. С. 458-467.151 .Давидам И.Н., Лопатухин Л.Н, Рожков В.А. Ветровое волнение в Мировом океане. JL:

136. Акустический журнал. 1995. Т. 41, № 3. С. 364-369. 154.7?. N. Miller. Doppler Shift of Sonar Backscatter from Sea Surface // JASA. 1964. V. 36, № 7. PP. 1395-1396.

137. Розенберг АД., Островский И.Е., Калмыков А.И. Сдвиг частоты при рассеянии радиоизлучения взволнованной поверхностью моря // Известия Вузов. Радиофизика. 1966. Т. 9, №2. С. 234-240.

138. Фукс ИМ. К теории рассеяния радиоволн на взволнованной поверхности моря // Известия Вузов. Радиофизика. 1966. Т.9, № 5. С. 876-877.

139. Image Reconstruction from Projections / Ed. G.T. Herman. N.Y.: Springer Verlag 1979. 284p.

140. Лобанов В.Н., Петухов Ю.Н. Особенности пространственно-частотного распределения интенсивности широкополосного звука в мелководном океаническом волноводе. Н. Новгород: препринт НИРФИ № 321. 1991.49с.

141. Агеева Н.С. Распространение звука в мелком море // сб. Акустика океана. Современное состояние. М.: Наука, 1982, С.107-117.

142. Буров В.А., Сергеев О.Н., Сергиевская Н.П. Акустическая томография океана по данным с вертикальной модовой антенны, произвольно искривленной подводными течениями // Акустический журнал. 1992. Т. 38, № 2. С. 350-353.

143. Yang Т.С., Yoo К., Yates Т. Matched-beam processing: Range tracking with vertical array in mismatched environments//JASA. 1998. V. 104, № 4. P. 2174-2188.

144. Dasso S.E., Sotirin B.J. Optimal array localization // JASA. 1999. V. 106, № 6 P. 3445-3459.

145. Елисеевнин B.A., Тужилкин Ю.И. Направленность излучающей линейной антенны в волноводе при ее слабом отклонении от вертикали // Акустический журнал. 2002. Т. 48, № 5. С. 627-632.

146. Егоров В.И. Буксируемые системы. JL: Судостроение, 1981.321с.

147. En-Chen Lo, Ti-Xin Zhou, Er-Chang. Normal Mode Filtering in Shallow Water // JASA. 1983.V.74, N 6. P.1883.

148. Yang Т.С. Effectiveness of mode filtering: A comparison of matched-field and matched-mode processing // JASA. 1990. V. 87, N 5. PP. 2072-2084.

149. Пб.Фрайман А.А. Дифракция флуктуирующего излучения // Известия Вузов. Радиофизика, 1972. Т. 15, №9. С.1362-1366.

150. Сазонтов А.Г. Квазиклассическое решение уравнения переноса излучения в рассеивающей среде с регулярной рефракцией // Акустический журнал. 1996. Т.42, №4. С.551-559.

151. Dozier L.B., Tappert F.D. Statistics of normal-mode amplitudes in a random ocean. I. Theory, and II. Computations//JASA. 1978. V.63, №2. P.353-365 and 1978. V.64, №2. P.533-547.

152. П9.Абдуллаев C.C., Ниязов Б.А. Пространственная когерентность и распределение интенсивности поля в подводном звуковом канале // Акустический журнал. 1985. Т.31, №4. С.417-422.

153. Моисеев А.А. О расчете функции когерентности поля в случайно-неоднородном волноводе //Докл. АН СССР. 1984. Т.279, №6. С.1339-1383.

154. Кудряшов В.М. К расчету акустических полей в волноводах со статистически неровной поверхностью // В кн.: Математические проблемы геофизики. 1973. №4. С.256-272.

155. Нечаев А.Г. Затухание интерференционной структуры звукового поля в океане со случайными неоднородностями // Акустический журнал. 1987. Т.ЗЗ, №3. С.312-314.

156. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. М.:Мир. 1976. 434с.

157. Позин Н. В. Моделирование нейронных структур. М.: Наука. 1970.264 с.

158. Соколов Е.Н., Шмелев JI.A. Нейробионика. М.: Наука. 1983.234 с.

159. Соколов Е.Н., Вайткявичюс Г.Г. Нейроинтеллект: от нейрона к нейрокомпьютору. М.: Наука. 1989.238 с.

160. Васильев В.К, Гусев Ю.М., Ефанов В.Н., Крымский В.Г., Рутковский В.Ю. Многоуровневое управление динамическими объектами М.: Наука. 1987.- 309 с. ИНТ ВИНИТИ. Серия «Физические и математические модели нейронных сетей». Т. 1. Часть 1. 1990.

161. AT. Hasselman, Т.P. Barnet, Е. Bouwes at all. Measurements of wind-waves growth and swell decay during the Joint North Sea Wane Project (JONS WAP). Dt. Hydrogr. Z., Reihe, A(8), 12, 95 p.

162. Горюнов А.А., Сосковец A.B. Обратные задачи рассеяния в акустике. М.: МГУ. 1989. 150с.

163. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука. 1979.285с.

164. Стронгин Р.Г. Численные методы в многоэкстремальных задачах. М.: Наука, 1978.188с.

165. Смирнов И.П. Об оптимальном управлении динамической системой со случайными параметрами при неполной информации // Прикладная математика и механика. 1979. Т.43, №4:СС.621—628.

166. Ekblom G., Henricsson S. Lp-C riteria for the Estimation of Location Parameters I I SI AM J. Appl. Math. V.17, N6. 1969. P. 344-356.

167. Кендал M., Стъюарт А. Статистические выводы и связи. М.: Наука. 1973. 565с.