Взаимодействие потоков энергии акустических полей в океаническом волноводе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева

На правах рукописи

Щуров Владимир Александрович

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В ОКЕАНИЧЕСКОМ ВОЛНОВОДЕ

Специальность 01.04.06 - акустика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Владивосток, 2003 г.

Работа выполнена в Тихоокеанском океанологическом институте им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук.

Официальные оппоненты:

_я.ф.-м.н.. проф. Касаткин Б.А.Г_

_л-фг-м.н.. проф. Юдин В.В._

_Д.ф.-м.и.. проф. Короченнев В.И._

Ведущая организация _

Акустический институт, г. Москва

Защита состоится 28 ноября 2003 г. в 14 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д005.017.01 в Тихоокеанском океанологическом институте им. В.И. Ильичева ДВО РАН по адресу: 690041 г. Владивосток, ул. Балтийская, 43

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН.

Автореферат разослан «Л? » 0<3 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

ОО

Т

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации рассматриваются физические явления, обусловленные векторным характером акустической интенсивности, обнаруженные в открытых районах Тихого и Индийского океанов и их окраинных морях - Охотском, Японском, Южно-Китайском, Филиппинском, Тасмановом, а также в прибрежных зонах Охотского и Японского морей и Курило-Камчатской гряды.

Актуальность научного направления

В диссертационной работе развивается научное направление современной подводной физической акустики - векторная акустика океана. Основа становления нового научного направления в современной подводной физической акустике обусловлена векторной природой акустической интенсивности. При описании акустического поля (например, поля подводного окружающего шума), связанном с использованием только акустического давления (на основе скалярной интенсивности), приводит к утрате тех свойств акустического поля, которые могут вытекать из векторной природы акустической интенсивности.

Известно, что для полного описания акустического поля необходимо знание четырех величин: трех ортогональных компонент вектора колебательной скорости частиц среды и акустического давления. При измерениях четырех компонент акустического поля существует возможность исследовать не только вектор интенсивности, но и ряд других характеристик акустического поля, например плотности кинетической и потенциальной энергий, разно-стно-фазовые соотношения. За рубежом такие исследования получили название метода измерения акустической интенсивности. В отечественной научной литературе эта область исследований называется векторно-фазовым методом, что отражает только технологическую направленность исследований.

I {'ОС. национальная]

БИБЛИОТЕКА I 3 С.Петерву#г г-/ * I

' РЭ ТОУ глу/ ОЛ^

Логично данное направление физической акустики называть векторной акустикой.

Экспериментальные работы, выполненные до 1980 г. в области векторной акустики (С.Н. Ржевкин, JI.H. Захаров, В.А. Киршов), проводились в основном в мелких пресноводных водохранилищах с илистым дном. Ранние образцы комбинированной измерительной техники, которые позволили проводить исследования в глубоком открытом океане и прибрежных зонах, были созданы диссертантом в 1978-1980 г.

Актуальность диссертационной работы заключается прежде всего в том, что при исследовании векторных свойств подводного окружающего шума в океане были обнаружены акустические явления, обусловленные векторным характером акустической интенсивности и ранее не известные, например компенсация интенсивности встречных потоков энергии окружающего шума и сигнала, горизонтальный поток энергии динамического шума и его связь с поверхностным волнением и т. д. Появляются новые возможности для создания более эффективных инфразвуковых и низкочастотных помехоустойчивых систем для акустического мониторинга океана на основе обнаруженных явлений. Таким образом, оказалось, что там, где для исследований требуются длинные гидрофонные антенны, можно обойтись одиночным точечным приемником, который способен также указать направление на источник звука.

Исследование процессов локализации и движения акустической энергии в реальном океаническом волноводе с помощью вектора интенсивности является более оптимальным и достоверным по сравнению с исследованиями скалярной интенсивности. Необходимо отметить, что современный прогресс в области векторной акустики непосредственно был достигнут также благодаря развитию цифровых методов обработки многоканальной акустической информации.

Актуальность и необходимость появления данной работы заключается также в том, что в ней собрано диссертантом с 1978 по 2002 г. значительное

количество информации о векторных свойствах акустических полей окружающего подводного шума, ранее не обсуждавшихся в научной литературе.

Общеизвестно, что исследования в области векторной акустики в настоящее время мало распространены. Результаты исследований, приведенные в настоящей диссертации, их актуальность, несомненно, обратят большее внимание современных исследователей к данной области подводной акустики.

Цели и задачи исследований

Целью исследований является выяснение (путем натурных измерений) механизма взаимодействия потоков энергии акустических полей различных источников, выяснение связей между акустическим давлением и компонентами колебательной скорости в акустических полях сигнала и окружающего подводного шума и связь этих параметров с процессами локализации и переноса акустической энергии в океаническом волноводе.

Задачи, которые были решены при проведении исследований в 19782002 гг., могут быть положены в основу нового направления в современной подводной физической акустике - векторная акустика океана.

Выполненные задачи формулируются в виде проведенных законченных исследований:

1. Установление фундаментальных свойств связей между акустическим давлением и компонентами колебательной скорости частиц среды в акустических полях: подводного окружающего шума, шума и тонального сигнала, шума и тонального импульсного сигнала.

2. Определение роли процессов перерассеяния первичного шумового поля на взволнованной поверхности океана в формировании переноса энергии динамического шума в океаническом волноводе.

3. Описание механизма взаимодействия пересекающихся потоков энергии акустических полей в океаническом волноводе.

4. Постановка проблемы определения характеристик поверхностного волнения по статистическим характеристикам потоков энергии, сформированных рассеянными на взволнованной поверхности акустическими полями динамического шума или непрерывного тонального сигнала либо тонального импульса.

5. Построение теории помехоустойчивости одиночного комбинированного приемника в диффузных и когерентных шумовых полях при мультипликативной обработке на основе натурных данных.

6. Создание техники и методологии комбинированных акустических измерений в диапазоне инфра- и низкого звука на основе донных измерительных систем и свободнодрейфующих телеметрических автономных комбинированных измерительных систем как для районов прибрежных зон, так и для районов глубокого открытого океана.

Научная новизна

Полученные в натурных исследованиях результаты в своем большинстве являются оригинальными; экспериментально доказано существование новых ранее неизвестных процессов, протекающих в акустических полях, проведено их теоретическое описание; разработанные в период с 1978 по 1988 г. и использовавшиеся в 1978-2002 гг. измерительные свободнодрей-фующие телеметрические комбинированные системы также являются оригинальными и не имеют аналогов по настоящее время; в результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований сформирован круг задач, представляющих собой новое направление в современной подводной акустике.

Экспериментально обнаружены и теоретически объяснены следующие ранее не обсуждавшиеся в научной литературе фундаментальные физические явления:

■ горизонтальный поток энергии подводного окружающего динамического шума; исследованы его характеристики и их связь с характери-

стиками ветрового поверхностного волнения; теоретически описаны механизм образования горизонтальной компоненты динамического шума и его связь с генеральным направлением распространения поверхностного волнения;

■ явление компенсации пересекающихся потоков энергии: шум-шум; сигнал-шум; сигнал-сигнал;

■ расщепление плотности энергии акустического поля окружающего шума на когерентную и диффузную компоненты; создан его алгоритм на основе универсального свойства - равенства нулю вектора плотности потока энергии диффузного поля, исследованы в отдельности свойства этих компонент при различных состояниях морской поверхности в различных районах Тихого и Индийского океанов;

■ явление немонотонной зависимости вертикальной компоненты плотности потока энергии динамического шума от скорости ветра.

При исследовании конкретных проблем, интенсивно обсуждавшихся в научной литературе в последние годы, получены следующие новые результаты:

■ теоретические соотношения для отношения сигнал-шум одиночного комбинированного приемника для случая преобладающей диффузной или когерентной компонент шума;

■ введено понятие коэффициента усиления комбинированного приемника через функции обычной одноточечной когерентности сигнала и шума;

" экспериментально (на основе данных натурных измерений) получена оценка для максимального выигрыша отношения сигнал-шум комбинированного приемника, которая может достигать 15-16 дБ для горизонтальных и 30 дБ для вертикального каналов;

■ экспериментально доказано, что для достижения достоверной оценки отношения сигнал-шум при мультипликативной обработке сигналов комбинированного приемника необходимое время усреднения должно

7

быть в 12-24 раза больше, чем для квадратичного детектора акустического давления;

■ экспериментально обнаружены «окна» в угловых спектрах плотности потока энергии подводного окружающего шума, в направлении которых отсутствует перенос энергии окружающего шума;

■ разработана и создана новая техника комбинированных акустических измерений для диапазона частот 6-1000 Гц и глубин до 1000 м, включающих в себя донные кабельные и телеметрические системы для прибрежных зон и свободнодрейфующие телеметрические автономные системы для глубокого открытого океана и позволяет проводить исследования подводного окружающего шума при скорости приводного ветра до-18 м/с.

Достоверность и практическая ценность

Достоверность полученных результатов подтверждается повторяемостью явлений, обнаруженных в многочисленных натурных исследованиях, а также исследованиями других авторов. Результаты обсуждались на всесоюзных и международных конгрессах и конференциях, научных семинарах, изложены в статьях, авторских свидетельствах, рационализаторских предложениях.

Полученные результаты открывают новые свойства процессов взаимодействия акустических полей сигнала и шума. Это позволяет развивать новые представления о свойствах акустического поля в океаническом волноводе и использовать данные представления в прикладных задачах современной подводной акустики, например, создание низкочастотных помехоустойчивых комбинированных систем, основанных на явлении компенсации встречных потоков энергии сигнала и когерентного шума; определение статистических свойств поверхностного волнения из подводного положения по характеристикам потоков энергии динамического шума и т. д.

Полученные результаты использовались при выполнении НИР и ОКР, выполняемых в АН СССР и РАН.

Разработанные в течение 1978-1998 гг. и используемые в натурных экспериментах свободнодрейфующие телеметрические комбинированные автономные измерительные системы могут стать основой гидроакустической техники нового поколения для акустического мониторинга глубокого открытого океана.

Апробация работы

Научные результаты представлялись на международных, всесоюзных и всероссийских симпозиумах и конференциях, а также известных научных семинарах и встречах, в том числе:

1) Второй Всесоюзный съезд океанологов. Севастополь. 1982;

2) Десятая всесоюзная акустическая конференция. Москва. 1983;

3) «Акустические статистические модели океана» АСМО-5. Москва. 1984;

4) Четвертая школа-семинар «Акустика океана». Москва. 1986

5) Четырнадцатая всесоюзная школа-семинар по статистической гидроакустике. Москва. 1986;

6) Третий съезд советских океанологов. Ленинград. 1987;

7) Второй всесоюзный акустический семинар «МАПР-2». Ленинград. 1988;

8) Natural Physical Sources of Underwater Sound. University of Cambridge. Cambridge. England. 1990;

9) First International Meeting on Global Acoustic Monitoring of Ocean. LaJolla.-California.USA. 1992;

10) 14th International Congress on Acoustic. Beijing. China. 1992;

11) International Conference on Underwater Acoustic Communication, . Navigation and Positioning. England. 1993;

12) Troisième Congres Français D'Acoustique. Université Toulouse - Le Mirail. Toulouse. France. 1994;

13) Fifth Western Pacific Regional Acoustics Conference. Seoul. Korea. 1994;

14) Acoustic Velocity Sensor, Focused Workshop. New London. USA. 1995;

15) International Conference «Arrays and Beamforming in Sonar». University of Bristol. UK. 1996;

16) International Workshop on Underwater Acoust. Eng. and Technology. Harbin. China. 1997;

17) International Conference on Natural Physical Processes Related to Sea Surface Sound. University of Southampton, UK. 1997;

18) Report on the Office of Naval Research International Workshop on Shallow Water Acoustics. San Francisco, CA, USA. 1998;

19) 16-th International Congress on Acoustics and 135-th Meeting Acoustical Society of America. USA. 1998;

20) Euronoise 98. Munchen. Germany. 1998;

21) IWAET'99, Harbin. China. 1999;

22) WESTPRAC VII. Kumamoto. Japan. 2000;

23) Spring Conference 2002. Institute of Acoustics. University of Salford. England. 2002;

24) IX научная школа-семинар акад. JI.M. Бреховских «Акустика океана», совмещенная с XII сессией Российского акустического общества. Москва. 2002.

Публикации

Полный список научных работ диссертанта составляет 107 наименований, в который входят научные отчеты по НИР, ОКР, статьи в реферируемых научных журналах, книгах, всесоюзных и международных конференциях и конгрессах.

Список основных публикаций по теме диссертации включает 63 научные работы, из них: 1 монография, 4 препринта (один препринт издан на английском языке), 2 Авторских свидетельства, 56 научных статей.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Обнаруженные в процессе исследований фундаментальные свойства акустических полей сигнала и окружающего подводного шума, обусловленные векторной природой акустической интенсивности:

• горизонтальный поток энергии подводного акустического окружающего динамического шума, появляющийся при скорости приводного ветра более 2 м/с, и теоретическое описание механизма генерации горизонтального потока энергии динамического шума как результата перерассеяния первичного поля динамического шума на взволнованной поверхности;

■ явление компенсации в пересекающихся потоках акустической энергии и теоретическое описание его механизма;

■ свойство немонотонной зависимости вертикального потока энергии динамического шума от величины скорости приводного ветра и описание его возможного происхождения связанного с механизмом неустойчивости Кельвина-Гельмгольца.

2. Создание алгоритма расщепления плотности энергии полного поля окружающего шума на диффузную и когерентную компоненты.

3. Экспериментальное определение величины выигрыша комбинированного приемника по сравнению с квадратичным детектором на основе гидрофона и теоретическое описание помехоустойчивости комбинированного приемника в диффузных и когерентных шумовых полях.

4. -Создание техники и методологии комбинированных акустических измерений, включающих в себя донные кабельные и телеметрические систе-

мы, свободнодрейфующие телеметрические автономные системы для проведения исследований в реальных условиях глубокого открытого океана и прибрежной зоны в диапазоне частот 6-1000 Гц на глубинах до 1000 м при скорости приводного ветра до 18 м/с.

Личный вклад автора в совместных публикациях

Все научные работы по теме диссертации написаны самим диссертантом или при его непосредственном участии. В совместных работах (19781984 гг.) диссертанта с д.ф.-м.н. Захаровым Л.Н. (Московский государственный университет, кафедра акустики) д.ф.-м.н. Захарову Л.Н. принадлежит постановка задачи, диссертанту - выполнение эксперимента, обработка данных и участие в написании научных отчетов и статей. Во всех последующих экспериментальных исследованиях диссертант осуществлял руководство в постановке и формулировке исследований; непосредственно руководил проведением всех натурных экспериментов; руководил и принимал непосредственное участие в обработке экспериментальных данных или сам ее проводил; интерпретировал полученные экспериментальные результаты с позиции теоретических представлений, развитых самим диссертантом.

Идея создания комбинированной автономной свободнодрейфующей четырех(восьми) канальной телеметрической системы и ее оригинальные технические решения полностью принадлежат диссертанту. При создании комбинированных приемных систем диссертант использовал векторные приемники изготовленные и прошедшие калибровку в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова (кафедра акустики физического факультета, Гордиенко В.А.), в Акустическом институте, г. Москва (Сизов В.И., Галутин В.З.), а также в КБ «Шторм» Киевского политехнического института (Буромский A.B.). Сотрудники лаборатории акустических шумов океана ТОЙ ДВО РАН аспирант Дзюба В.П., с.н.с. Кулешов В.П., н.с. Тка-ченко Е.С., с.н.с. Хворостов Ю.А., н.с. Шиков Л.Ф. принимали непосредственное участие в создании измерительных акустических систем, натурных

экспериментах в океане и обработке результатов экспериментов и являются соавторами диссертанта в научных отчетах и статьях.

Диссертант руководил и лично принимал участие в многочисленных натурных исследованиях. В общей сложности диссертант провел исследования в 7 океанических (Тихий и Индийский океаны и их окраинные моря) и 15 прибрежных экспедициях (Японское, Охотское моря и Курило-Камчатская гряда).

Объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка научных трудов автора по теме диссертации и списка цитируемой литературы.

Общий объем диссертации 294 е., 115 рисунков и 18 таблиц. Общий список цитируемой литературы содержит 105 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во «Введении» обосновываются актуальность, новизна и практическая ценность работы; формулируются цель и задачи исследований, излагаются основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Взаимный корреляционный и спектральный анализ скалярных и векторных величин акустического поля», состоящей из б разделов, приведены основные определения и перечень основных функций, используемых в векторной акустике. Для анализа акустического поля используются функции когерентности между акустическим давлением и тремя ортогональными компонентами колебательной скорости, которые в данной работе называются обычными одноточечными функциями когерентности:

где SpV.(f), S 2(/)> Sy2 (/) - соответственно взаимный спектр акустического давления р и i-компоненты колебательной скорости Vit автоспектры р и V,(i=x,y,z).

Спектры ортогональных компонент вектора плотности потока энергии и соответствующие им функции когерентности являются, по существу, направленными пространственно-энергетическими характеристиками акустического поля. Построенные на их основе частотно-угловые спектры дают полную пространственно-энергетическую характеристику акустического поля.

Основные внводм первой главы

Основываясь на свойствах четырех компонент акустического поля: акустического давления p(t) и трех ортогональных компонент вектора колебательной скорости V (t){Vx(t), V/t), V2(t)}, которые считаем гауссовыми, однородными, стационарными, эргодичными и центрированными случайными функциями времени, производим оценку кореляционных соотношений и на основе БПФ автоспектральных и взаимоспектральных характеристик четырех компонент акустического поля. Взаимоспектральные оценки являются, по существу, направленными энергетическими характеристиками акустического поля. На основе этих характеристик возможно для любого ортогонального направления x,y,z построить частотно-угловой энергетический спектр, который дает полную пространственно-энергетическую характеристику акустическому полю окружающих шумов и сигналов.

Основными векторными свойствами окружающего шума являются:

■ равенство плотности потока энергии акустического поля взаимокорреляционной функции для акустического давления и вектора колебательной скорости при временном сдвиге, равном нулю;

■ универсальное равенство нулю плотности потока энергии диффузного поля.

Данные векторные свойства акустического поля могут быть использованы для создания новых перспективных методов оценки спектрально-энергетических характеристик окружающего шума и обеспечения наилучшего обнаружения сигнала в шуме.

Во второй главе «Методология и техника комбинированных подводных акустических измерений», состоящей из 9 разделов, излагаются принципы одновременного измерения в одной точке пространства четырех компонент акустического поля: акустического давления и трех ортогональных компонент колебательной скорости - и описана техника комбинированных измерительных систем для исследований в глубоком открытом океане и в прибрежной зоне.

Комбинированный приемник, включающий в себя приемник давления (скалярный приемник) и трехкомпонентный приемник колебательной скорости (векторный приемник), являясь по существу точечным приемником, открыл новые возможности для изучения инфразвукового диапазона и диапазона низких звуковых частот. В исследованиях использовался векторный приемник инерционного типа (приемник градиента давления) и электродинамический приемник колебательной скорости. Приемник градиента давления использовался в исследованиях на частотах выше 50 Гц; приемник колебательной скорости - на частотах ниже 100 Гц.

Техника и методология векторных измерений в реальном океане отрабатывались диссертантом в течение более 20 лет. В результате были созданы телеметрические свободнодрейфующие автономные комбинированные измерительные системы, способные проводить измерения на глубинах до 1 ООО м в диапазоне частот 6-1000 Гц в штормовых условиях при скорости ветра до 18 м/с. Измерительный модуль, обладающий нейтральной плавучестью, внутри которого находится комбинированный приемник, сконструирован таким образом, чтобы обеспечить защиту этого приемника от внешних воздействий неакустического происхождения (шумов обтекания, вибрации, подергивания и т. д.) и, тем самым, создать условия для его надежной работы в оп-

ределенном интервале частот, скоростей приводного ветра и степени поверхностного волнения (рис.1,2; таблица).

восьмиканальной приемной системы (а) и схема подвески векторного приемника в приемном модуле (Ь). Обозначения: а. 1 - контейнер с электронной аппаратурой; 2 - радиопередатчик; 3 - кабельная линия; 4 - плавучесть; 5 - кабельные соединительные коробки; 6 - комбинированные приемные модули; 7 - груз. Ь. 1 - сферический корпус из сферолластика; 2 - электроакустические преобразователи по осям хиг

Рис. 2. Комбинированный акустический приемный модуль. 1 - трехкомпонентный приемник колебательной скорости; 2 - резиновые лонжи; 3 - ограничитель подвески; 4 -гидрофоны; 5 - крепления положительной плавучести; 6 - положительная плавучесть; 7 - регулятор дифферента; 9 - кабель; 13 - обтекатель

Число каналов 8(4)

Метод разделения каналов Временное разделение с частотно-импульсной модуляцией

Рабочий диапазон частот 1,0-800 (1000) Гц (-3 дБ)

Неидентичность каналов по амплитуде по фазе не более ±0,2 дБ не более ±5°

Динамический диапазон каналов 36 дБ

Затухание между каналами 38 дБ

Частотный диапазон радиоканала 170-200 МГц

Мощность радиопередатчика 1 Вт

Дальность приема 6-8 км для судна, 40 км для самолета

Глубина измерения 20-1000 м

Автономность До7сут

Рабочее состояние морской поверхности Скорость ветра не более 18 м/с, высота волны не более 7,5 м

Вес системы на воздухе 200 кг

Основные выводы второй главы

Одновременные измерения в одной точке пространства океанического волновода акустического давления и трех ортогональных компонент вектора колебательной скорости частиц в акустической волне проводились с помощью комбинированного приемника, состоящего из трехкомпонентного векторного приемника и шести гидрофонов, расположенных по осям х, у, г векторного приемник^ симметрично относительно его центра. Достоинство такой конструкции состоит в том, что фазовый центр приемной системы находится в геометрическом центре сферы векторного приемника и «набег» фазы в таком приемнике отсутствует.

Разработка и усовершенствование донных и свободнодрейфующих систем, описанных в данной главе, продолжались в течение 1978-1999 гг. За это время были созданы комбинированные системы, способные измерять уровни окружающего шума в диапазоне частот 6-1000 Гц при состоянии по-

верхностного волнения от полного штиля до штормовых условий (при скорости приводного ветра до 18 м/с). Достоверность и надежность данных, полученных с помощью разработанных приемных комбинированных систем, позволили обнаружить такие свойства окружающего шума, как горизонтальный поток энергии динамического шума, явление компенсации встречных потоков энергии, рассмотреть проблему обнаружения слабого сигнала в шуме, используя свойства вектора плотности потоков энергии шума и сигнала, и т. д., т. е. весь тот материал, который изложен в гл. 3-6 диссертации.

В третьей главе «Спектрально-энергетические характеристики акустического подводного окружающего шума», состоящей из двух разделов, приведены результаты исследования структуры реальных подводных акустических шумов: вычислены соотношения когерентных и диффузных долей в окружающем шуме в зависимости от состояния морской поверхности; исследованы зависимость этих компонент от глубины измерения и направленные свойства окружающего шума; обсуждается немонотонная зависимость уровня спектральной плотности вертикальной компоненты вектора плотности потока энергии динамического шума от скорости ветра (рис. 3. 4).

Алгоритм разделения спектральной плотности энергии полного поля ^шф окружающего шума и сигнала на спектральную плотность энергии Эаиф, связанную с когерентным полем окружающего шума и сигнала, и спектральную плотность энергии Б^/ф, связанную с диффузным полем окружающего шума, основан на том, что средняя плотность потока энергии диффузного поля шума равна нулю. Отсюда следует, что

=5,0,

где 5в(/) = 5,,2(0+5,!(0 есть спектральная плотность энергии полного поля, и 5^(0 - спектральная плотность потенциальной и кинетической энергий акустического поля окружающего шума и сигнала;

Зсоиф ~ г% ф$ф ~ спектральная плотность энергии когерентного поля окружающего шума и сигнала; rn(.l') = \Srv(itf/sfЛ(f)■Svl(f) - обычная одното-

чечная функция когерентности акустического давления и колебательной скорости частиц среды. Физический смысл функции когерентности - это нормированное значение квадрата взаимной спектральной плотности двух процессов, аналогичное квадрату коэффициента корреляции для данной частоты;

^л/ф - спектральная плотность энергии диффузного акустического поля окружающего шума (рис. 3).

Рис. 3. Спектры окружающего шума в диапазоне частот инфразвука и низкого звука 6-200 Гц. Открытый глубокий район Японского моря. Глубина измерения находится вблизи оси подводного звукового канала и равна 150 м; глубина места 2000 м; ветер -10 м/с; до ближайшего, идущего со скоростью 10 узлов, судна расстояние -20 миль. Обозначения: 1 - спектр полного поля 5мф, 2 -

0 50 150 ^ 200 спектр когерентного поля 5сокф.

Спектры <рф азимутального и вф полярного углов вектора плотности потока энергии в точке измерения. Время усреднения спектров 60 с. Усреднение экспоненциальное

С Гц 200

" -1-1-1-1-1-1—П—I

1 10 >. Скорость ветра, м/с

Рис. 4. Зависимость спектральной плотности окружающего динамического шума на частоте 500 Гц от скорости приводного ветра. Обозначения: Ш - <р2>, □ -<RepVz>-, 1 - аппроксимирующая прямая <р2>\ 2 - аппроксимирующая кривая <RepVz>. Время усреднения 120 с. Глубина измерения 520 м. Место измерения - Тасманово море

Основные выводы третьей главы

В данной главе приводятся результаты экспериментальных натурных исследований, проведенных в различных районах Мирового океана с помощью комбинированных телеметрических дрейфующих и донных телеметрических и кабельных измерительных систем. Измерения проводились как в глубоком открытом океане, так и в прибрежной зоне. Для того чтобы полученные результаты можно было сопоставить с результатами других авторов, приводятся автоспектры акустического давления окружающего шума, регистрируемого приемником давления, входящим в состав комбинированного приемника.

Основные результаты исследований статистических характеристик подводного окружающего шума, представленные в данной главе:

1) обнаружен горизонтальный поток энергии динамического шума;

2) создан алгоритм расщепления спектральной плотности энергии полного поля на диффузную и когерентную компоненты, что позволило на основе натурного эксперимента оценить вклады в полное поле окружающего шума плотности энергии когерентной и диффузной компонент;

3) обнаружена немонотонная зависимость вертикальной компоненты плотности потока энергии динамического шума от скорости приводного ветра и дано ее возможное происхождение, связанное с механизмом неустойчивости Кельвина-Гельмгольца.

Обнаруженные свойства окружающего динамического шума представляют широкие возможности в исследовании процесса зарождения и развития поверхностного волнения от величины скорости приводного ветра и механизма передачи энергии ветра ветровым волнам.

Представленные в данной главе результаты ограничены диапазоном частот 6-1000 Гц.

В четвертой главе «Взаимодействие пересекающихся потоков энергии (Явление компенсации интенсивности встречных потоков энергии)», состоящей из 10 разделов, рассматриваются эффекты, возникающие при взаимодействии пересекающихся потоков энергии (шума и шума, шума и сигнала, сигнала и сигнала). Для случая двух встречных статистически независимых случайных волновых процессов явление компенсации потоков энергии является «чистым» векторным свойством акустического поля. Если плотности энергии встречных волн суммируются, то встречные компоненты векторов плотности потока энергии волн вычитаются, что может привести к «обнулению» результирующей плотности потока энергии взаимодействующих волн. Одни из примеров компенсации приведен на рис. 5. Тональный сигнал с частотой 402 Гц превышает уровень окружающего шума в автоспектре Бр2 (/), но во взаимном спектре 5/.^ (/) и соответствующей ему функции

когерентности урУ (/) наблюдается «провал», являющийся следствием

компенсации. Это явление впервые было обнаружено диссертантом в середине 1980-х гг. при наблюдении в натурном эксперименте в реальном времени взаимодействия потоков энергии динамического шума и тонального сигнала в глубоком открытом районе Тихого океана. Компенсация встречных потоков энергии может быть перспективной при решении задач обнаружения слабых сигналов в окружающем шуме.

1.0

0.1

„ 0,6 V*- 0,4

ОД

0,0

200

600

Г, Гц <00

-

г 11 1

0 200 400 600 с Гц Ю0

Рис. 5. Компенсация интенсивности вертикальной компоненты плотности потока энергии окружающего динамического шума и тонального сигнала на частоте 402 Гц. Глубина измерения 500м. ^^(Г) - спектральная плотность акустического давления; 5„((/) = г«,( О 5^(0 - когерентная мощность (взаимный спектр) вертикальной компоненты плотности потока энергии окружающего шума; гп.О) - функция когерентности. Полоса анализа 1 Гц, время усреднения 60 с, усреднение экспоненциальное

о

|,С

50 100 150 200 230 300 350 400 450 500

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

1.С

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

. Г :

1Г. 5 ' \ И! ' Ч!-', I «•'I' ■ ■'

-Ц:"".....V

*I. 'и, !.. „«¿а I 1 ' I к

, . .;■,[ !., Ж!!::« * '

Г :! 1 . гЧП 1Ш!Г и

М'1 М( ! I Г''"' Ш1

100

200

300

400

Ь

500

«00 700 С Гц 800

; '! ¡1-; И.': I ■■ЛИ..' > иА. I 1 I ? Л «

, и'КГМИД.? 1'. •? УПГ.'Ьг1 1П ШИ1: I 1''

ШУИ ? " !И:Н:1!;1ЧШ №*' ? ■

1 I Г ли -.1; 'Ш. ;

400 С

«00 700 с Гц 800

; ■ ^; ' .и?: и- •

I >! ! I ' 1 -Л ;' -0 ■' 1 • ; I ; ■ • Г!" : , '

,..!■■■ ■■ ■;• !.•■>, ■.■ : ■

• '' ' •I1;'.- . :\ , ■'•.■■ - > - ■

0.9 0.8 0.7 0,6 0,5 0,4 0.3 0.2 0.1

0.9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0.3 0.2 0.1

0,9 0,8 0,7 0.6 0,5 0,4 0.3 0.2 0.1

300 <00 700 Г, Гц 800

Рис. 6. Сонограммы широкополосного движущегося источника: а - гЬ.С.П, Ь -0. с - Время усреднения 30 с, полоса анализа 1,2 Гц, усреднение экспонен-

циальное

Особый интерес представляют периодические структуры функций когерентности и разностно-фазовых спектров при взаимодействии широкополосного поверхностного или заглубленного источников с окружающим подводным шумом. Сонограммы функций когерентности и фазовых спектров в координатах частота-время представляют собой «портреты» движущегося широкополосного источника на «экране» окружающего подводного шума (рис. 6).

Основные выводы четвертой главы

1. Измерения вектора интенсивности и его характеристик в реальных условиях глубокого открытого океана и прибрежных зон позволило наблюдать явление компенсации интенсивности встречных потоков энергии. Необходимо отметить, что при использовании измерительных систем, построенных на основе гидрофонов, данное явление до настоящего времени не наблюдалось.

2. Встречными взаимодействующими потоками энергии могут быть:

■ окружающие шумы от различных случайных статистически независимых источников;

■ окружающий шум - тональный или широкополосный сигнал от локального источника;

■ сигналы или шумоподобные сигналы от одного источника, но приходящие в точку измерения по разным путям;

" тональные сигналы или шумоподобные сигналы от различных независимых источников.

В любом случае, где встречаются противоположно направленные волновые процессы, независимо от того когерентны они или статистически независимы, если они соизмеримы по мощности и одной частоты, возможно наблюдать «гашение» одного потока акустической энергии другим на данной частоте. Обнаруженное явление возможно использовать для исследования пространственно-энергетических свойств акустических полей, а также при

решении различных прикладных задач подводной акустики. Явление компенсации возможно наблюдать и в аэроакустике.

В пятой главе «Влияние поверхностного волнения на перенос энергии подводного динамического шума», состоящей из четырех разделов, исследовано влияние степени поверхностного волнения и его направления распространения на перенос энергии окружающего подводного динамического шума в океаническом волноводе выше оси подводного звукового канала. Экспериментально доказано и обосновано теоретически существование в горизонтальной плоскости потока энергии динамического шума, направление распространения которого в среднем соответствует генеральному распространению поверхностного волнения. Показано, что механизм образования горизонтального потока энергии динамического шума обусловлен несимметричностью поверхностных ветровых волн относительно их вершин. Несимметричность профиля'ветровой волны приводит к тому, что перерассеяние первичного поля шума на взволнованной поверхности океана «вперед» (т. е. по направлению движения ветровой волны) и «назад» (т. е. против направления распространения ветровой поверхностной волны) неэквивалентно (анизотропно). Анизотропность процесса перерассеянния поля приводит к тому, что величина горизонтальной компоненты потока энергии перерассеянного поля «вперед» больше, чем величина потока энергии перерассеянного поля «назад». Это свойство перерассеянного поля может быть использовано для исследования спектров поверхностного волнения. Действительно, при рассмотрении флуктуаций огибающих рассеянного тонального сигнала и динамического шума установлено, что спектры флуктуаций огибающих горизонтальных и вертикальных компонент плотности потока энергии тонального сигнала и динамического шума тесно связаны со спектром поверхностного волнения.

Полученная информация о подводных динамических шумах позволяет перейти к решению обратных задач о дистанционном неконтактном пассивном мониторинге свойств океанической среды, ее дна и поверхности. Припо-

верхностный шумящий слой, соответствующий однородному поверхностному волнению, покрывающий значительную часть поверхности океана, является протяженным излучающим слоем (естественным излучателем) с достаточно стабильными характеристиками, «освещающим» своим излучением глубины и поверхность океана. Свойства этого слоя могут быть использованы при пассивном мониторинге океанической среды.

Рассмотренные явления могут быть положены в основу создания гидроакустических систем определения из подводного положения характеристик поверхностного волнения по характеристикам окружающего динамического шума. Измерения характеристик поверхностного волнения контактным методом чрезвычайно сложны, поэтому бесконтактные методы измерения поверхностного волнения могут быть перспективны.

Физическую связь между гидрометеорологическими процессами, протекающими на взволнованной поверхности, и процессами переноса энергии динамического шума в океаническом волноводе возможно в краткой форме изложить в следующем виде.

Если следовать изложенной выше модели, то горизонтальные потоки энергии динамического шума есть «отклик» перерассеяния на элементарных поверхностных волнах энергии первичных акустических шумовых источников. После компенсации встречных рассеянных потоков энергии шума с длинами волн Л,- значения азимутального угла <ср,> усредненного результирующего потока энергии динамического шума связаны с направлением распространения поверхностной волны, на которой происходит перерассеяние звуковой волны длиной Л,. При перерассеянии звук определенной длины волны «выбирает» свою группу поверхностных волн, которая, согласно критерию Релея, обеспечивает максимальный «отклик». Отраженная и рассеянная на различных элементарных ветровых волнах энергия шумового поля порождает флуктуирующий подводный шум, спектр огибающей которого, как следует из данных исследований, дискретен, что указывает на дискретность спектра поверхностного волнения. В одном из рассматриваемых натурных экспе-

риментов направления потоков энергии, соответствующих частотным полосам 4/} = 400-450 Гц и 4/« = 650-700 Гц, отличаются на 20° (при времени усреднения 60 с). Это означает, что направления распространения двух групп ветровых волн, на которых происходит перерассеяние шума с длинами волн Л/&4 м и Ав»2 м, также отличаются на 20°. Существует группа поверхностных волн, движущихся в направлении близком к направлению ветра, и группа поверхностных волн, как бы отстающих от направления ветра. Каждая группа элементарных волн имеет свой сектор направления распространения, в который попадает и генеральное направление распространения этой группы волн. Из наших исследований можно сделать вывод, что при времени усреднения 7о=1 с среднеквадратичное значение ср, a(<pj»80° для всех частотных полос шума Af¡ (/=1-6) в диапазоне частот 400-700 Гц, при этом угол раствора сектора, в котором распространяется энергия динамического шума Интуитивно ясно, что и генеральное направление распространения поверхностных волн также содержится в этом секторе углов. При увеличении времени усреднения Т0 до 60 с раствор сектора стягивается до 20°, что можно объяснить выделением наиболее вероятных направлений распространения энергии поверхностных волн. Эволюция ветра во времени такова, что его направление медленно изменяется во времени, и направление поверхностных волн развитого поверхностного волнения как бы отстает от направления ветра. Существуют также поверхностные волны, направление которых противоположно генеральному направлению ветра.

В вертикальной плоскости «отклик» от поверхностных волн также разделен по полярному углу 9. Разность в вертикальном «отклике» /10 «7° равна среднеквадратичной величине разности углов наклона у различных ветровых поверхностных волн.

Проведенный анализ показывает, что перенос энергии динамического шума в диапазоне частот 400-700 Гц в океаническом волноводе определяется направлением и степенью поверхностного волнения.

Спектры огибающих компонент 1/1), 1У(1), 1/0 вектора плотности потока энергии тонального сигнала с частотой 404 Гц совпадают со спектрами поверхностного волнения, измеренными контактными методами другими авторами. Однако спектры огибающих компонент 1/1), 1У(1), 1/0 для динамического шума в полосе 650-700 Гц имеют линейчатые спектры, из чего можно предположить, что реальный спектр поверхностного волнения является линейчатым.

Основные выврды пятой главы

Вопросу генерации и распространения динамического шума посвящено значительное число теоретических и экспериментальных исследований. Следует отметить, что только в экспериментальной работе Рудника с соавторами (Яиёшск гХ а1., 1963) и теоретической работе Курьянова (1963) рассматривался вопрос о горизонтальной направленности динамического шума. В первой работе сделаны неверные выводы о направлении переноса энергии шума в горизонтальной плоскости. Во второй работе показано, что при определенных условиях угловая плотность энергии %(9,(р) шумящих источников на плоскости может быть перенесена без изменения на поле этих источников на параллельные плоскости (0,<р - полярный и азимутальный углы в сферической системе координат).

Таким образом, по угловому распределению плотности энергии шума возможно выявить распределение источников на плоскости. Представив угловое распределение в виде g(9,<p) -g|(фg2(r) 11 определив из эксперимента ё/в) VI g2((p), возможно решить обратную задачу расположения источников, что согласуется с нашими выводами об определении характеристик поверхностного волнения из характеристик акустического поля динамического шума.

К настоящему времени результаты натурных исследований анизотропии динамического шума, проведенных с помощью гидрофонных антенн, противоречивы и на их основе невозможно построить адекватную модель направленности динамического шума в горизонтальной плоскости. Исследо-

вания, описанные в данной работе, не только непосредственно доказывают существование анизотропии в горизонтальной плоскости, но и показывают ее структуру, т. е. частотно-пространственное разделение потоков энергии динамического шума в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Результаты натурных исследований направленности подводного окружающего шума, полученные в глубоком открытом океане в диапазоне частот 6-800 Гц с помощью комбинированных векторных систем, кратко сформулируем следующим образом.

1. Исследована зависимость переноса энергии динамического шума от состояния взволнованной поверхности океана в диапазоне частот 400-700 Гц при скорости ветра изменяющейся от б до 15 м/с.

2. Обнаружены горизонтальные потоки энергии динамического шума, направления распрЬстранения которых связаны с направлением распространения ветровых поверхностных волн и зыби.

3. Построена физическая модель формирования горизонтального и вертикального потоков энергии динамического шума на основе перерассеяния первичного шумового поля при нескользящем падении звука на взволнованную поверхность .океана. Окончательное формирование потоков энергии шума происходит в результате (после перерассеяния) компенсации встречных потоков энергии шума. Как следует из данной модели, диффузные и когерентные поля динамического шума являются результатом взаимодействия первичного поля динамического шума с взволнованной поверхностью. Существование непосредственной физической связи между состоянием поверхности океана (силой и направлением ветра, направлением распространения поверхностного волнения и его качеством (развитостью волнения)) и статистическими характеристиками динамического шума говорит о том, что анизотропия поверхностного волнения порождает анизотропию динамического шума - «подобное рождает подобное». Время жизни горизонтальной и вертикальной компонент потока энергии динамического шума (т. е. сохранения

постоянными их величины и направления) определяется временем стабильности гидрометеорологических характеристик данной акватории.

4. Возникает возможность решить обратную задачу - из статистических характеристик динамического шума восстановить динамику поверхностного волнения. Таким образом, существует возможность определять состояние гидрометеорологических условий над взволнованной поверхностью по анализу подводного окружающего шума, что может быть определено как новый метод пассивной локации взволнованной поверхности из подводного положения.

Результаты данной работы являются пионерскими в области изучения влияния поверхностного волнения на перенос энергии динамического шума в горизонтальной плоскости.

В шестой главе «Помехоустойчивость комбинированного приемника в диффузных и когерентных шумовых полях», состоящей из девяти разделов, исследуется помехоустойчивость комбинированного приемника в реальном поле подводного окружающего шума при мультипликативной обработке.

Сигнал и шум считаются стационарными гауссовскими процессами с нулевыми средними значениями и статистически независимыми. Теоретически получено соотношение сигнал/шум 8Ш(РУ) для частотного спектра в виде:

где В0 — полоса частотного анализа, То — время усреднения, Spy,s(fo) и Spy,n(fo) - действительные части взаимных спектров сигнала и шума на частоте f0. Далее выражение SNR(PV) представляем в виде:

(/о)

2

где /ру^о) - функции обычной одноточечной когерентности сиг-

нала и шума; 5р2 ^ 5р2 ц (Та) ~ спектральные плотности мощности сигнала и шума.

Выражение 10 —— х —^- есть ЯШСР2) на выходе гидрофона

2

комбинированного приемника; выражение

Угул^Л) Угу.И С/о)

эквивалентное выражению усиления антенной решетки 101^ (где N - число элементов в антенной решетке), назовем коэффициентом усиления комбинированного приемника. Следовательно, усиление комбинированного приемника зависит от отношения функций когерентности сигнала и шума для давления и колебательной скорости частиц среды в акустическом поле. В случае гидрофонной антенны коэффициент усиления антенны показывает, в какой степени антенна подавляет изотропный шум. Эта способность антенны определяется числом элементов N в антенной решетке и корреляционными свойствами сигнала и шума в пределах апертуры данной антенны, т. е. антенна подавляет все плоские волны, приходящие с направлений, не попадающих в апертуру антенны. Известно, что комбинированный приемник обладает сферической характеристикой направленности и подавляет диффузную компоненту во всем телесном угле 4тс. Таким образом, одиночный комбинированный приемник может быть приравнен к гидрофонной антенне с числом элементов #->оо, т. е. эффективность подавления изотропной компоненты шума у реального комбинированного приемника значительно выше любой реальной гидрофонной антенны с конечным числом элементов N.

Оценим предельное теоретическое значение полученного выше коэффициента усиления комбинированного приемника. При полностью когерентном сигнале (/ру^в)-* 1) и полностью диффузном шуме {'/ру.ыШ -» 0) он стремится к бесконечности. Реальное акустическое поле окружающего шума есть

суперпозиция когерентного и диффузного полей, поэтому функция когерент-

частоты. В реальных динамических шумах глубокого открытого океана (диапазон частот 200 - 1000 Гц) она может достигать минимальных значений 0,01-5-0,001. Таким образом, коэффициент усиления одиночного комбинированного приемника зависит от когерентных свойств сигнала и шума и при полностью когерентном сигнале и диффузном шуме может достигать значений 20-30 дБ.

В случае, если сигнал является широкополосным, то соотношения БШ(РУ) и к должны быть записаны в виде:

где ¡2 -// - ширина полосы частот занимаемая широкополосным сигналом.

Показано также, что явление компенсации может быть использовано для обнаружения сигнала в когерентном шумовом поле. Естественно, что наиболее интересным случаем является компенсация двух встречных слабых потоков плотности энергии сигнала и шума. Рассмотрим компенсацию интенсивности между вертикальной компонентой потока энергии сигнала, отраженного от дна, и встречным вертикальным потоком энергии окружающего шума, переносящим энергию шумов динамического происхождения от поверхности ко дну океана.

Введем обозначения: Зт.лгб'У - компонента спектральной плотности потока энергии шума, идущего в направлении Бруг,^а) - компонента спектральной плотности потока энергии сигнала, идущего в направлении -г. Ось г направлена вертикально от поверхности ко дну. Сформулируем следующим образом. Выражение Бру^цф^-^руг^Фа) равно результирующему потоку вдоль оси г, отнесем его к уровню шума т.е.

ности реального окружающего шума отлична от нуля и зависит от

=ЮЫ^-/^ /гитПя „(/у/

В идеальном предельном случае полной компенсации 1, тогда £Л-<». При отсутствии сигнала, т.е. ЗруХ£<Та)=0 и SNR(PУг)=0. Таким образом, при компенсации встречных потоков энергии всегда ЗШ(РУг)<0. Для широкополосного сигнала в полосе/2-/1 запишем 8ИК(РУ2) в следующем виде

Направленные свойства подводного окружающего шума, выраженные через распределение плотности потока энергии шума от угла (угловой спектр), определяются только той частью энергии шума, которая переносится в пространстве. В тех угловых направлениях, в которых энергия шума не переносится (в среднем), в угловом спектре плотности потока энергии образуются «окна» с равным нулю осредненным потоком плотности энергии шума. Порог обнаружения сигнала в подобных «окнах» может быть существенно снижен. В случае источника с линейчатым или широкополосным спектрами при определении пеленга на источник происходит суммирование плотности потока энергии по всему спектру, что может значительно улучшить БШ. для слабошумящих источников. Рассмотренный алгоритм обработки по сравнению с алгоритмом квадратичного детекторования на основе гидрофона имеет новые ранее не использованные в подводной акустике возможности. Основные выводы шестой главы

Получены теоретические соотношения для БЫЩРУ) одиночного комбинированного приемника и введено понятие коэффициента усиления комбинированного приемника при мультипликативной обработке для узкой и широкой полос частот.

Проведена экспериментальная оценка 8Ш(РУ)), для случая преобладающей Диффузной компоненты в шуме, и ЗИЩРУг), для случая когерентно-

БЫЯ{РУг) = 101в

го шума, при наблюдении флуктуирующего тонального сигнала на фоне подводных динамических шумов глубокого открытого океана.

Согласно экспериментальным оценкам, максимальный выигрыш в отношении сигнал/шум для комбинированного приемника, измеряющего плотность потока энергии, перед гидрофоном, измеряющим плотность потенциальной энергии, составляет 15-16 дБ для горизонтального канала и до -30 дБ для вертикального канала комбинированного приемника в случае компенсации встречных потоков энергии сигнала и шума.

22

20

и

' 16

ч 14 вi £ 12

10

1 6 4

2

24 22 20

11

$ 16 ОС* £ »

12 10

F-ШГи _______

• •

/ • <SNR(PV,)> ♦ <SNR(Vj)> x <SNR(I»)> — Л

j

к

j

>1.1.4; 2 5,15,30; 4 ; 60; 64,75 ». 100; 111 ; 150; 192; ¿0; 250,300 120i

f' i 1 1 1

1

I F-622TU ------

j f 1 * • •

L/ • <SNRI TV.»

f ♦ <SNRf^)> * <SNR(M> --

1 — Л

I

f' ' 1

•IT-I.I.4.2. S. 15.30; 4: ; 60; 64.75. »,100; 110 I50-.I92.2 0; 250,300 320 c

Рис. 7. Зависимость < SNR(P3)>, <SNR(V*<SNR(PV)> от вре-25о зоо мени усреднения То. Глубина измерения: а - 150 м, b - 300 м. Пунктир - аппроксимирующая кривая (а + bJr ), Во=1 Гц

50 100 130 200 2S0 300

Т. с

Из статистической обработки экспериментальных данных следует, что среднеквадратичное отклонение плотности потока энергии динамического шума убывает при усреднении как 1/7Т (В0 = 1 Гц) до некоторого времени усреднения Т=ТГ.

Для получения достоверной оценки величины ЗИЯ(РУу) время усреднения Т„ должно быть в 12-24 раза больше, чем при получении достоверных оценок величин для плотностей потенциальной и кинетической

энергий, соответственно (рис. 7).

Показано, что в угловых спектрах плотности потока энергии шума, в отличие от их угловых спектров плотности энергии, наблюдаются «окна», в которых отсутствует перенос энергии шумового поля, т. е. в направлении «окон» поле шума является диффузным полем.

В «Заключении» формулируются основные научные результаты полученные в натурных условиях при исследовании взаимодействия потоков энергии акустических полей подводного окружающего шума и сигнала.

Развитие комбинированной акустической измерительной техники с внедрением в нее цифровых методов обработки информации в реальном времени открывает широкие возможности для развития акустического мониторинга океана на основе исследования векторных свойств акустической интенсивности. Как известно, развитие гидроакустических средств наблюдения на основе измерения только давления требует увеличения числа точек измерения, что проводит к гигантскому увеличению измерительных систем. Комбинированные измерительные системы компактны. Линейные размеры отдельного комбинированного приемника должны быть много меньше длины волны на верхней частоте измеряемого диапазона. Чрезвычайно важно, что комбинированный приемник есть широкополосное измерительное устройство. Гидроакустические комбинированные исследования особенно перспективны в инфразвуковом и низкочастотном диапазонах частот. В данной диссертационной работе приводятся результаты натурных исследований взаимодействия потоков энергии акустических полей в океаническом волноводе в

диапазоне частот 6-1000 Гц на глубинах до 1000 м и при состоянии поверхности океана от штилевой до штормовой погоды, т. е. при Увс^- 0-18 м/с. В диссертации приведены оригинальные результаты многочисленных исследований, проведенные с 1978 по 2002 г.

Основные результаты работы распределены по следующим разделам:

1. Методология и техника комбинированных подводных акустических измерений.

Созданные измерительные комбинированные системы являются оригинальными, не имеют аналогов и могут служить прототипом создания гидроакустических систем нового поколения.

2. Спектрально-энергетические характеристики акустического подводного окружающего шума:

■ обнаружен горизонтальный поток энергии динамического шума;

■ обнаружена немонотонная зависимость вертикальной компоненты плотности потока энергии динамического шума от скорости приводного ветра;

■ создан алгоритм расщепления спектральной плотности энергии полного поля на диффузную и когерентную компоненты и на основе натурного эксперимента оценены вклады в полное поле окружающего шума данных компонент.

3. Компенсация интенсивности встречных потоков энергии:

■ описана теория компенсации пересекающихся потоков энергии;

■ проведены экспериментальные исследования компенсации интенсивности в частотной и временной областях для узкополосного и широкополосного сигналов и окружающего шума глубокого открытого океана;

■ экспериментально обнаружены и теоретически объяснены периодические структуры в координатах частота-время для функций коге-

рентности и фазовых спектров в условиях встречных потоков энергии широкополосного поверхностного источника и динамического окружающего шума.

4. Влияние поверхностного волнения на перенос энергии подводного динамического шума в океаническом волноводе:

■ установлено, что частотно-угловой спектр подводного окружающего шума в частотном диапазоне 6-800 Гц зависит от состояния морской поверхности;

■ предложена теоретическая модель генерации горизонтального потока энергии динамического шума;

■ статистический анализ характеристик вертикальной и горизонтальной компонент потока энергии динамического шума показал, что возможно' по статистическим характеристикам динамического шума определять статистические характеристики поверхностного волнения.

5. Помехоустойчивость комбинированного приемника в диффузных и когерентных шумовых полях:

■ введено понятие коэффициента усиления комбинированного приемника;

■ согласно экспериментальным оценкам, максимальный выигрыш в отношении сигнал/шум для комбинированного приемника, измеряющего "плотность потока энергии, перед гидрофоном (квадратичным детектором), измеряющим плотность потенциальной энергии, составляет 15-16 дБ для горизонтального потока плотности энергии;

■ в случае, когда поле шума когерентно, возможно оценивать помехоустойчивость по компенсации встречных потоков энергии сигнала и шума. Оценка показывает, что помехоустойчивость при этом может достигать 30 дБ;

■ яз статистической обработки экспериментальных данных следует, что среднеквадратичное отклонение горизонтальной компоненты

плотности потока энергии динамического шума убывает при усреднении как 1/7т;

■ для получения достоверной оценки величины 5АШ^У^) время усреднения Тк должно быть в 12-24 раза больше, чем при получении достоверных оценок величин для плотностей потенциальной и кинетической энергий соответственно;

■ в угловых направлениях (относительно точки наблюдения), в которых энергия шума не переносится (в среднем), в угловом спектре плотности потока энергии образуются «окна» с равным нулю осред-ненным потоком плотности энергии шума. Порог обнаружения сигнала в подобных «окнах» может быть существенно снижен. «Время жизни окон» определяется динамикой судоходства и поверхностного волнения.

В диссертационной работе изложены обнаруженные в натурном эксперименте фундаментальные свойства поля подводного окружающего шума, являющиеся следствием разностно-фазовых соотношений между акустическим давлением и компонентами вектора колебательной скорости. Поле подводного окружающего шума, являясь частично-когерентным полем, взаимодействует с полем тонального или шумоподобного сигнала. Данное взаимодействие возможно наблюдать только с помощью комбинированных измерений. Обнаруженные векторные свойства акустического поля могут быть полезными как с теоретической, так и прикладной точек зрения при мониторинге реального океана.

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Захаров Л.Н., Щуров В.А. Исследование шумов океана векторно-фазовыми методами: Отчет по НИР «Метрология», фонды ТОЙ ДВО РАН. Владивосток, 1980.101 с.

2. Гордиенко E.JI., Захаров JJ.H., Ильин С.А., Ильичев В.И., Пенкин Ю.В., Щуров В.А. Исследование анизотропии шумового поля океана // Акустические средства и методы освоения океана: Межвед. сб. Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1981. С. 122-125.

3. Ильичев В.И., Захаров H.H., Щуров В.А., Ильин С.А. Результаты исследования поля шумов в прибрежной зоне океана // Тезисы Второго всесоюзного съезда океанологов. Севастополь, 1982. Вып. 4, ч. 1. С. 16.

4. Ильичев В.И, Щуров В.А., Шиков Л.Ф. Исследование шумового поля океана горизонтально разнесенными приемниками // Тезисы Второго всесоюзного съезда океанологов. Севастополь, 1982. Вып. 4, ч. 1. С. 32.

5. Ильичев В.И., Захаров JI.H., Щуров В.А., Гордиенко E.J1., Гордиенко В.А. Применение векторно-фазовых методов в акустических измерениях // Тезисы Второго всесоюзного съезда океанологов. Севастополь, 1982. Вып.4, ч.1. С.ЗЗ.

6. Захаров Л.Н., Ильичев В.И., Щуров В.А., Пенкин Ю.В. Изучение спектральных характеристик шумов мелкого моря // 3-я ДВ акуст. конф. «Человек и океан». Владивосток, 1982. С. 144-146.

7. Захаров Л.Н., Ильичев В.И., Щуров В.А. и др. Устройство для измерения параметров источников шума: А. с. 953468. 1982. Бюл. № 31.

8. Захаров Л.Н., Ильин С.А., Ильичев В.И., Ткаченко Е.С., Щуров В.А. Характеристики потока акустической мощности поля шумов в прибрежной зоне // X Всесоюзная акустическая конференция. М., 1983. Секция Д. С. 56-58.

9. Гордиенко Е.Л., Захаров Л.Н., Ильичев В.И., Ильин С.А., Пенкин Ю.В., Щуров В.А. Шумовое поле в мелких водоемах // X Всесоюзная акустическая конференция. М., 1983. Секция Д. С. 59-62.

10. Щуров В.А. Исследование статистических характеристик шумового поля океана и связи их с гидрометеоусловиями: Отчет по НИР «Мальта». Гос. per. № 26781, фонды ТОЙ ДВО РАН. Владивосток, 1983. 50 с.

11. Захаров Л.Н., Ильин С.А., Ильичев В.И., Ткаченко Е.С., Щуров В.А. Свойства потока мощности поля шумов прибрежной зоны // Акустические статистические модели океана: Тез. пятого семинара Акуст. ин-та. М., 1984.

12. Щуров В.А. Результаты экспериментальных исследований акустических и сейсмических шумов океана и кавитационной прочности: Отчет по НИР «Высота», фонды ТОЙ ДВО РАН. Гос. per. № 27015. Владивосток, 1984. 101с.

13. Захаров JI.H., Ильичев В.И., Ильин С.А., Щуров В.А. Векторно-фазовые измерения в акустике океана // Проблемы акустики океана. М.: Наука, 1984. С. 192-204.

14. Дзюба В.П., Ильичев В.И, Щуров В.А. Исследование высокочастотных шумов океана: Отчет по проектам «Акустика», «Дюманд», фонды ТОЙ ДВО РАН. Гос. per. № 81067366. Владивосток, 1986. 100 с.

15. Щуров В.А. Статистические свойства поля шумов океана // Труды Всесоюзной школы-семинара по статистической гидроакустике (СГ-14). М., 1986. С. 32-36.

16. Дзюба В.П., Ильичев В.И., Щуров В.А. Статистические свойства поля акустического шума океана // ДАН СССР. 1986. Т. 291, № 4. С. 982-984.

П. Дзюба В.П., Пенкин Ю.В., Хворостов Ю.А., Щуров В.А. Ветровая зависимость шумов прибрежной зоны в диапазоне 0,5-50 кГц // 4-я ДВ конференция. Владивосток, 1986. С. 17-19.

18. Хворостов Ю.А., Шиков Л.Ф., Щуров В.А. Глубоководная телеметрическая вертикальная система // Труды всесоюзного семинара-совещания «Глубоководные системы и компоненты». Черкассы, 1986. С. 85-87.

19. Ильичев В.И., Щуров В.А., Дзюба В.П., Пенкин Ю.А., Хворостов Ю.А. Спектрально-энергетические характеристики высокочастотных шумов океана // Тезисы докладов всесоюзного совещания «Перспективы осуществления проекта "Дюманд" в Тихом океане». Владивосток, 1987. С. 37-38.

20. Ильичев В.И., Митник JI.M., Щуров В.А. Оценка спектра динамических шумов океана по данным спутниковых радиофизических измерений // III Всесоюзный съезд океанологов: Тез. докл. Секция «Физика и химия океана. Акустика и оптика». М., 1987. С. 64-66.

21. Дзюба В.П., Ильичев B.K, Кулешов В.П., Хворостов Ю.А., Щуров В.А. Спектрально-энергетические свойства анизотропной и изотропной компонент подводного акустического шума океана // Тезисы Второго всесоюзного акустического семинара «МАПР». М., 1988. С. 33.

22. Дзюба В.П., Кулешов В.П., Хворостов Ю.А., Шиков Л.Ф., Щуров В.А. Статистические свойства подводного акустического шума на различных глубинах // Тезисы Второго всесоюзного акустического семинара. М., 1988. С. 135.

23. Щуров В.А., Хворостов Ю.А., Кулешов В.И. Свойства функции когерентности акустических шумов открытого океана // Тезисы XV Всесоюзной школы-семинара по статистической гидроакустике. Владивосток, 1989. С. 85-86.

24. Щуров В.А., Дзюба В.П., Кулешов В.П. Исследование поля акустического шума океана векторно-фазовыми методами // Применение векторно-фазового метода в акустике океана. Владивосток, 1989. С. 5-48.

25. Дзюба В.П., Ильичев В.И, Щуров В.А. Векторно-фазовое моделирование анизотропного подводного акустического поля шумов океана // Применение векторно-фазового метода в акустике океана. Владивосток, 1989. С. 48-61.

26. Ильичев В.И., Щуров В.А., Дзюба В.П. Исследование поля акустических шумов океана векторно-фазовыми методами // Акустика океанической среды / Под ред. JI.M. Бреховских. М.: Наука, 1989. С. 144-152.

27. Гончаренко Б.И., Гордиенко В.А., Буромский A.B., Хворостов Ю.А., Ильичев В.И., Щуров В.А. А. с. 321205. 1990 (приор. 10.04.89).

28 .Дзюба В.П., Ильичев В.И., Щуров В.А. Двухполевая структура подводного акустического шума океана // Модели и алгоритмы построения систем и комплексов обработки акустической информации / Под ред. В.И. Ильичева, А.П. Лукошкина. Л., 1990. С. 45-53.

29. Ильичев В.И., Щуров В.А., Кулешов В.П., Куянова М.В. Взаимодействие потоков акустической энергии окружающих шумов и локальных источников в океаническом волноводе. Препринт / ТОЙ ДВО АН СССР. Владивосток: ДВО АН СССР, 1990. 23 с.

30. Дзюба В.П., Ткаченко Е.С., Щуров В.А. Статистические характеристики вектора плотности потока мощности в прибрежной зоне / ТОЙ ДВО РАН. Владивосток, 1990. 10 с. Деп. в ВИНИТИ № 5267-В90.

31. Ilyichev V.I., Shchurov V.A. Properties of vertical and horyzontal flows of power of underwater ambient noise // Conference Abstracts «Natural physical sources of underwater sound». University of Cambridge. UK, 1990. P. 41.

32. Ильичев В.И., Кулешов В.И., Куянова M.B., Щуров В.А. Взаимодействие потоков мощности подводных окружающих шумов и локального источника // Акуст. журн. 199UT. 37, № 1. С. 99-103.

33. Shchurov V.A. Ambient noise energy motion in the near-surface ocean layer // Proc. of the Institute of Acoustics. UK. 1991. V. 13, pt 3. P. 250-256.

34. Shchurov V.A. Coherent and diffusive fields of underwater acoustic ambient noise // J. Acoust. Soc. Am. 1991. V. 90 (2), pt 1. P. 991-1001.

35. Shchurov V.A., Ilyichev V.I., Kuleshov V.P., Kuyanova M.V. The interaction of energy flows of underwater ambient noise and local source // J. Acoust. Soc. Am. 1991. V. 90 (2), pt 1. P. 1002-1004.

36. Shchurov V.A., Ilyichev V.I. Ambient noise anisotropy in a horizontal plane // Abstracts 14th International Congress on Acoustic. Beijing, China, 1992.

37. Shchurov V.A. Vector-phase receiving system for global acoustic monitoring of the ocean // Abstracts First International meeting on Global acoustic monitoring of the ocean. June, 8-10. La Jolla, California. USA, 1992. P. 54.

38. Shchurov V.A., Ilyichev VI. Ambient noise anisotropy in horizontal plane // Proceedings 14th International Congress on Acoustics. Beijing, China, 1992. V. 2C, D, E, El-10.

39. Shchurov V.A., Ilyichev V.I. The properties of the vertical and horizontal power flows of the underwater ambient noise // Natural Physical Sources of Underwater Sound / Ed. Kerman B.R. Kluwer Academic Publishers Printed in Netherlands, 1993. P. 93-109.

40. Shchurov V.A. The ambient noise energy motion in the near surface ocean layer // Conference on Underwater Acoustic Communication, Navigation and Positioning: Abstract, 1993.

41. Ильичев В.И, Щуров В.А., Дзюба В.П., Хворостов Ю.А. Анизотропные свойства подводных динамических шумов // Океаническая акустика / Под ред. Л.М. Бреховских. М.: Наука, 1993. С. 182-189.

42. Shchurov V.A., Ilyichev V.I., Kuleshov V.P. The Ambient Noise Energy Motion in Near-Surface Layer Ocean Wave-guide // Jornal de Physique IV, Collogue C5, Supplement an Jorrial de Physique HI. 1994. France. V. 4. 1994. C. 5. P. 12731276.

43. Shchurov V.A., Ilyichev V.I. The ambient noise energy motion in the near-surface ocean layer// Technical papers. 5th Western Pacific Regional Acoustic Conference, Seoul, Korea, 1994. V. l.P. 342-353.

44. Shchurov V.A., Dzyuba V.P., Kuyanova M.V., Shchurov A.V. A possible Mechanism of Dynamic Ambient Ocean Noise Horizontal Energy Flow 45 Forming // Proc. I.O.A. Arrays and Beamforming in Sonar. University of Bristol, UK. 1996.V. 18,pt5.P. 121-127.

45. Shchurov V.A. et al. Peculiarities of forming of underwater combined acoustic receiver noise immunity // Proc. of International Workshop on Underwater Acoust. Eng. and Technology. Harbin, China, 1997. P. 225-231.

46. Щуров B.A. и др. Особенности формирования отношения сигнал/шум для комбинированного акустического приемника в поле динамических шумов океана // Веста. ДВО РАН. 1997. № 4. С. 62-74.

47. Shchurov V.A. et al. Peculiarities of forming of underwater combined acoustic receiver noise immunity/ZProc. of International Conf. on Natural Physical Processes Related to Sea Surface Sound. University of Southampton, UK, 1997. P. 2835.

48. Shchurov V.A. Proposals to a joint project of shallon water investigation // Report on the Office of Naval Research International Workshop on Shallow Water Acoustics. San Francisco, CA, USA, 1998. P. 17.

49. Shchurov V.A. Up-to-Date State and Outlook for the Intensity Measurement Method in Underwater Acoustics // Proceedings 16-th International Congress on Acoustics and 135-th Meeting Acoustical Society of America. 2a UW21. 1998. P. 989-990.

50. Shchurov VA. Use of Acoustic Intensity Measurement Method in Underwater Acoustics (Modern Achievements and Prospects) // Proc. euronoise 98. Munchen, Germany, 1998. V. 2. P. 859-864.

51. Щуров B.A. Современное состояние и перспективы измерения акустической интенсивности в подводной акустике. Препринт / ТОЙ ДВО РАН. Владивосток, 1998.47 с.

52. Shchurov V.A. Modem state and prospects for use of underwater acoustic intensity measurement. Preprint / POI FEB RAS. Vladivostok, 1998.47 p.

53. Shchurov V.A., Kuyanova M.V. Surface Waves Influence on Underwater Dynamic Noise Energy Transport // IWAET'99. Harbin, China, 1999. P. 105-122.

54. Shchurov V.A., Kuyanova M.V. Use of Acoustic Intensity Measurement Method in Underwater Acoustics (Modern Achievements and Prospects) // Chinese Journal of Acoustics. 1999. V. 18, N 4. 1999. P. 315-326.

55. Shchurov V.A., Shchurov A. V., Shi-e Yang. Statistical properties of the phase shift between acoustic pressure and particle velocity // WESTPRAC VII. Kuma-moto. Japan, 2000. P. 030-1-030-4.

56. Щуров B.A., Щуров A.B., Кулешов В.П., Куянова М.В. Влияние поверхностного волнения на перенос энергии подводного динамического шума. Препринт / ТОЙ ДВО РАН. Владивосток: Дальнаука, 2000. 60 с.

57. Shchurov V.A., Shchurov А. V. Combined sensor noise-immunity // Chinese Journal of Acoustics. 2000. V. 20, N 1. P. 101-112.

58. Щуров B.A., Щуров A.B. Помехоустойчивость гидроакустического комбинированного приемника // Акуст. журн. 2002. Т. 48, № 1. С. 110-119.

Shchurov V.A., Shchurov А. V. Noise Immunity of a Combined Hydroacous-tic Receiver // Acoust. Phys. 2002. V. 48, N 1. P. 94-98.

59. Shchurov V.A. Statistical properties of the phase shift between acoustic pressure and particle velocity // Spring Conference Institute of Acoustics. University of Salford, 2002. Электронная версия. File://C:\SPRING % 202002\files\index.htm/.

60. Shchurov V.A., Kuleshov V.P., Kuyanova M. V. Surface roughness effect on underwater dynamic noise energy transport // Spring Conference Institute of Acoustics. University of Salford, 2002. Электронная версия. File://C:\SPRING % 202002\files\index.htm/.

61. Щуров В.А. Статистические свойства разности фаз акустического давления и колебательной скорости // Доклады IX научной школы-семинара акад. JI.M. Бреховских «Акустика океана», совмещенной с XII сессией Российского акустического общества. М.: ГЕОС, 2002. С. 266-269.

62. Щуров В.А., Кулешов В.П., Куянова М.В. Влияние поверхностного волнения на перенос энергии подводного динамического шума // Доклады IX научной школы-семинара акад. JI.M. Бреховских «Акустика океана», совмещенной с XII сессией Российского акустического общества. М.: ГЕОС, 2002. С.270-273.

63. Щуров В.А. Векторная акустика океана. Владивосток: Дальнаука, 2003. 307 с.

Владимир Александрович Щуров

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В ОКЕАНИЧЕСКОМ ВОЛНОВОДЕ

АВТОРЕФЕРАТ

Отпечатано в ОНТИ ТОЙ ДВО РАН 6900041 Владивосток, ул. Балтийская,43

Подписано к печати 15.07.2003 г. Формат 60x84/16

Заказ 173 Тираж 100 экз.

^ооН ¥ 1 4 0 4 9

ВВЕДЕНИЕ

В двадцатом столетии, особенно во второй его половине, акустика океана развивалась чрезвычайно интенсивно, о чем говорят многочисленные публикации и научные конференции по данной тематике. Необходимо отметить две фундаментальные коллективные монографии, имеющие одинаковые названия «Акустика океана», которые характеризуют уровень современной подводной физической акустики. Первая ~ «Акустика океана» написана ведущими советскими учеными, выпущенная издательством «Наука» в 1974 г. под редакцией JI.M. Бреховских. Вторая - «Ocean Acoustics» (Edited by J.A. De Santo) написана группой ведущих американских специалистов (русский перевод: «Акустика океана», издательство «Мир», 1982 г., под редакцией проф. Кравцова Ю.А.). Как отечественная, так и переводная «Акустика океана» до настоящего времени не утратили своей актуальности и определяют уровень современной подводной акустики, основанной на измерении скалярной величины акустического давления.

В данной диссертации излагаются обнаруженные автором в глубоком открытом океане и его прибрежных зонах физические явления, связанные с векторным характером акустической интенсивности. Естественно, что подобные явления не обсуждаются ни в отечественной «Акустике океана», ни в переводной «Ocean Acoustics».

Следует отметить также две значительные отечественные монографии в области векторной акустики. Первая - «Векторно-фазовые методы в акустике» (Гордиенко В.А., Захарова JI.H., Ильичева В.И. издательство «Наука», 1989 г.); вторая - «Комбинированные гидроакустические приемники» (Скребнев Г.К., издательство «Элмор», 1997). В работе «Векторно-фазовые методы в акустике» обсуждаются общие принципы векторно-фазового метода и ранние исследования в данной области. Книга «Комбинированные гидроакустические приемники» является уникальным пособием по расчету и конструированию комбинированных приемников. В зарубежной научной литературе подобных изданий не существует.

К настоящему времени проведено значительное число как экспериментальных, так и теоретических исследований по векторным характеристикам акустического поля океана, но они разбросаны по различным изданиям и не систематизированы. В данной диссертации приведена часть результатов многолетних исследований автора. Полностью они изложены в монографии «Векторная акустика океана». По мере необходимости результаты исследований других авторов также будут обсуждаться в данной диссертации, в первую очередь это относится к работам В.А. Киршова и G.L. D'Spain et al.

Актуальность научного направления

В диссертационной работе развивается направление подводной физической акустики - векторная акустика океана. Основа становления нового научного направления в современной подводной физической акустике обусловлена векторной природой акустической интенсивности. Описание акустического поля (например, поля подводного окружающего шума), связанное с использованием только акустического давления (на основе скалярной интенсивности), неполно, поскольку не учитывает тех свойств акустического поля, которые могут вытекать, из векторной природы акустической интенсивности. s Известно, что для полного описания движение жидкости необходимо знание следующих величин: трех компонент вектора скорости жидкости и каких-либо ее двух термодинамических величин, например давления и плотности (Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. «Гидродинамика», 1986 г.). В случае акустики достаточно знание четырех физических величин: трех ортогональных компонент вектора колебательной скорости частиц среды и акустического давления. При измерениях четырех компонент акустического поля существует возможность исследовать не только вектор интенсивности, но и ряд других характеристик акустического поля, например плотности кинетической и потенциальной энергий, диффузные и когерентные свойства поля, разностно-фазовые соотношения, поляризацию вектора колебательной скорости, определять направление на источники звука из одной точки наблюдения и т. д. За рубежом такие исследования получили название метода измерения акустиче-ф ской интенсивности. В отечественной научной литературе эта область исследований называется векторно-фазовым методом, что отражает только технологическую направленность исследований. Логично данное направление физической акустики называть векторной^укустикой, что и предлагает диссертант.

Экспериментальные работы, выполненные до 1980 г. в области векторной акустики (Ржевкин С.Н., Захаров JI.H., Киршов В.А.), проводились в основном в мелких пресноводных водохранилищах с илистым дном. Ранние образцы комбинированной измерительной техники были созданы диссертан-• том в 1978-1980 гг. Они позволили проводить исследования в глубоком открытом океане и прибрежных зонах.

I требуются длинные гидрофонные антенны, можно обойтись одиночным точечным приемником, который способен, кроме того, указать направление на источник звука.

Исследование процессов локализации и движения акустической энергии (например подводного окружающего шума) в океаническом волноводе с помощью вектора интенсивности является более оптимальным и достоверным по сравнению с исследованиями скалярной интенсивности.

Необходимо отметить, что современный прогресс в области векторной акустики непосредственно был достигнут также благодаря развитию цифровых методов обработки многоканальной акустической информации.

Актуальность и необходимость появления данной работы заключается также в том, что в ней собрано диссертантом с 1978 по 2002 г.^значительное^ количество информации о векторных свойствах акустических лолей окружающего подводного шума, ранее не обсуждавшихся в научной литературе.

Общеизвестно, что исследования в области векторной акустики в настоящее время мало распространены. Результаты, приведенные в данной диссертации, их актуальность, несомненно, обратят большее внимание современных исследователей к данной области подводной акустики.

Цели и задачи исследований

Целью исследований является выяснение механизма взаимодействия потоков энергии акустических полей различных источников, выяснение связей между акустическим давлением и компонентами колебательной скорости в акустических полях сигнала и окружающего подводного шума и связь этих параметров с процессами локализации и переноса акустической энергии в океаническом волноводе.

Задачи, которые были решены при проведении исследований в 19782002 гг. в Тихом и Индийском океанах и их окраинных морях, могут быть положены в основу нового направления в современной подводной физической акустике - векторную акустику океана.

Выполненные задачи формулируются в виде проведенных законченных исследований:

1. Установление фундаментальных связей между акустическим давлением и компонентами колебательной скорости частиц среды в акустических полях для следующих случаев: подводного окружающего шума, шума и тонального сигнала, шума и тонального импульсного сигнала.

2. Определение роли процессов перерассеяния первичного шумового поля на взволнованной поверхности океана в формировании потоков энергии динамического шума в океаническом волноводе.

3. Описание механизма взаимодействия пересекающихся потоков энергии акустических полей в океаническом волноводе.

4. Постановка проблемы определения характеристик поверхностного волнения по статистическим характеристикам потоков энергии, сформированных рассеянными на взволнованной поверхности акустическими полями динамического шума, или непрерывного тонального сигнала, или тонального импульса.

5. Построение теории помехоустойчивости одиночного комбинированного приемника в диффузных или когерентных шумовых полях при мультипликативной обработке на основе натурных данных.

6. Создание техники и методологии комбинированных акустических измерений в диапазонах инфра- и низкого звука на основе донных измерительных систем и свободнодрейфующих телеметрических автономных комбинированных измерительных систем как для районов прибрежных зон, так

1 и для районов глубокого открытого океана.

Научная новизна

Полученные в научных исследованиях результаты в своем большинстве являются оригинальными; экспериментально доказано существование новых ранее неизвестных процессов, протекающих в акустических полях, проведено их теоретическое объяснение; разработанные в период с 1978 по 1988 г. и используемые в 1978-2002 гг. в натурных исследованиях измерительные свободнодрейфующие телеметрические комбинированные системы также являются оригинальными и не имеют аналогов по настоящее время; в результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований сформирован круг задач, представляющих собой новое направление в современной подводной акустике.

Экспериментально обнаружены и теоретически объяснены следующие ранее не обсуждавшиеся в научной литературе фундаментальные физические явления: горизонтальный поток энергии подводного окружающего динамического шума; исследованы его характеристики и их связь с характеристиками ветрового поверхностного волнения; теоретически описан механизм образования горизонтальной компоненты динамического шума и его связь с генеральным направлением распространения поверхностного волнения; явление компенсации пересекающихся потоков энергии: шум-шум, сигнал-шум, сигнал-сигнал; расщепление плотности энергии акустического поля окружающего шума на когерентную и диффузную компоненты; создан его алгоритм на основе универсального свойства — равенства нулю вектора плотности потока энергии диффузного поля^ и исследованы в отдельности их свойства этих компонент при различных состояниях морской поверхности в различных районах Тихого и Индийского океанов; явление немонотонной зависимости вертикальной компоненты плотности потока энергии динамического шума от скорости ветра.

При исследовании конкретных проблем, интенсивно обсуждавшихся в научной литературе последние годы, получены следующие новые результаты: теоретические соотношения для отношения сигнал-шум одиночного комбинированного приемника для случая преобладающей диффузной и когерентной компонент шума; введено понятие коэффициента усиления комбинированного приемника через функции обычной одноточечной когерентности сигнала и шума;

1 экспериментально (на основе данных натурных измерений) получена оценка для максимального выигрыша отношения сигнал-шум комбинированного приемника, которая может достигать 15-16 дБ для горизонтальных и до 30 дБ для вертикального каналов; ■ экспериментально доказано, что для достижения достоверной оценки отношения сигнал-шум при мультипликативной обработке сигналов комбинированного приемника необходимое время усреднения должно быть в, 12-24 раза больше, чем для квадратичного детектора акустического давления; г экспериментально обнаружены «окна» в угловых спектрах плотности потока энергии подводного окружающего шума, в направлении которых отсутствует перенос энергии окружающего шума; ■< разработана и создана новая техника комбинированных акустических „ измерений для диапазона^ частот 6-1000 Гц и для глубин измерения до 1000 м, позволяющая проводить исследования* подводного окружающего шума при скорости приводного ветра до ~18 м/с.

Достоверность и практическая ценность Достоверность полученных результатов подтверждается повторяемостью явлений, обнаруженных в многочисленных натурных исследованиях в Тихом и Индийском океанах и их окраинных морях в период с 1978 по 1998 г., а также исследованиями других авторов. Результаты исследований обсуждались на всесоюзных и международных конгрессах и конференциях, научных семинарах, изложены в статьях, авторских свидетельствах, рационализаторских предложениях.

Полученные результаты открывают новые свойства взаимодействия акустических полей сигнала и шума, что позволяет развивать новые представления о свойствах акустического поля в океаническом волноводе и использовать данные представления в прикладных задачах современной подводной акустики. Например, создание низкочастотных помехоустойчивых 8 комбинированных систем, основанных на явлении компенсации встречных потоков энергии сигнала и когерентного шума; определение статистических свойств поверхностного волнения из подводного положения по характеристикам потоков энергии динамического шума и т. д.

Полученные результаты использовались при4 выполнении различных НИР и ОКР, выполняемых в АН СССР и РАН.

Разработанные в течение 1978-1998 гг. и используемые в натурных экспериментах диссертантом свободнодрейфующие телеметрические комбинированные автономные измерительные системы могут стать основой гидроакустической техники нового поколения для акустического мониторинга глубокого открытого океана.

Апробация работы

Научные результаты представлялись на международных, всесоюзных и всероссийских симпозиумах и конференциях, а также известных научных семинарах и встречах, в том числе:

1) Второй Всесоюзный съезд океанологов. Севастополь. 1982;

2) Десятая всесоюзная акустическая конференция. Москва. 1983;

3) «Акустические статистические модели океана» АСМО-5. Москва. 1984;

4) Четвертая школа-семинар «Акустика океана». Москва. 1986

5) Четырнадцатая всесоюзная школа-семинар по статистической гидроакустике. Москва. 1986;

6) Третий съезд советских океанологов. Ленинград. 1987;

7) Второй всесоюзный акустический семинар «МАПР-2». Ленинград. 1988;

8) Natural Physical Sources of Underwater Sound. University of Cambridge. Cambridge. England. 1990;

9) First International Meeting on Global Acoustic Monitoring of Ocean. La Jolla. California. USA. 1992;

10) 14th International Congress on Acoustic. Beijing. China. 1992;

11) International Conference on Underwater Acoustic Communication, Navigation and Positioning. England. 1993;

12) Troisieme Congres Francais D'Acoustique. Universite Toulouse - Le Mirail. Toulouse. France. 1994;

13) Fifth Western Pacific Regional Acoustics Conference. Seoul. Korea. 1994;

14) Acoustic Velocity Sensor, Focused Workshop. New London. USA. 1995;

15) International Conference «Arrays and Beamforming in Sonar». University of Bristol. UK. 1996;

16) International Workshop on Underwater Acoustical. Engineering, and Technology. Harbin. China. 1997;

17) International Conference on Natural Physical Processes Related to Sea Surface Sound. University of Southampton, UK. 1997;

18) Report on the Office of Naval Research International Workshop on Shallow Water Acoustics. San Francisco, CA, USA. 1998;

19) 16-th International Congress on Acoustics and 135-th Meeting Acoustical Society of America. USA. 1998;

20) Euronoise 98. Munchen. Germany. 1998;

21) IWAET'99, Harbin. China. 1999;

22) WESTPRAC VII. Kumamoto. Japan. 2000;

23) Spring Conference 2002. Institute of Acoustics. University of Salford. England. 2002;

24) IX научная школа-семинар акад. JI.M. Бреховских «Акустика океана», совмещенная с XII сессией Российского акустического общества. Москва. 2002.

Публикации

Полный список научных работ диссертанта составляет 107 наименований, в который входят научные отчеты по НИР, ОКР, статьи в реферируемых научных журналах, книгах, всесоюзных и международных конференциях и конгрессах.

Список основных публикаций по теме диссертации включает 63 научные работы, из них: 1 монография, 4 препринта (1 препринт издан на английском языке), 2 авторских свидетельства, 56 научных статей.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Обнаруженные в процессе исследований фундаментальные свойства акустических полей сигнала и окружающего подводного шума, обусловленные векторной природой акустической интенсивности: горизонтальный поток энергии подводного акустического окружающего динамического шума, появляющейся при скорости приводного ветра более 2 м/с, и теоретическое описание механизма генерации горизонтального потока энергии динамического шума как результата перерассеяния первичного поля динамического шума на взволнованной поверхности; явление компенсации встречных потоков акустической энергии и теоретическое описание его механизма; свойство немонотонной зависимости вертикального потока энергии динамического шума от величины скорости приводного ветра и описание его возможного происхождения, связанного с механизмом неустойчивости Кельвина-Гельмгольца; 2. Создание алгоритма расщепления плотности энергии полного поля окружающего шума на диффузную и когерентную компоненты.

3. Экспериментальное определение величины выигрыша комбинированного приемника по сравнению с квадратичным детектором на основе гидрофона и теоретическое описание помехоустойчивости комбинированного приемника в диффузных и когерентных шумовых полях.

4. Создание техники и методологии комбинированных акустических измерений, включающих в себя донные кабельные и телеметрические системы, свободнодрейфующие телеметрические автономные системы для проведения, исследований в реальных условиях глубокого открытого океана и прибрежной зоны в диапазоне частот 6-1000 Гц на глубинах до 1000 м и скорости приводного ветра до 18 м/с.

Личный вклад автора в совместных публикациях

Все научные работы по теме диссертации написаны самим диссертантом или при его непосредственном участии. В совместных работах (19781984 гг.) диссертанта с д.ф.-м.н. Захаровым Л.Н. (Московский государственный университет, кафедра акустики) д.ф.-м.н. Захарову Л.Н. принадлежит постановка задачи, диссертанту - выполнение эксперимента, обработка данных и участие в написании научных отчетов и статей. Во всех последующих экспериментальных исследованиях диссертант осуществлял руководство в постановке и формулировке исследований; непосредственно руководил проведением всех натурных экспериментов; руководил и принимал непосредственное участие в обработке экспериментальных данных или сам ее проводил; интерпретировал полученные экспериментальные результаты с позиции теоретических представлений, развитых самим диссертантом.

Идея создания комбинированной автономной свободнодрейфующей четырех(восьми) канальной телеметрической системы и ее оригинальные технические решения полностью принадлежат диссертанту. При создании комбинированных приемных систем диссертант использовал векторные приемники изготовленные и прошедшие калибровку в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова (кафедра акустики физического факультета, Гордиенко В.А.), в Акустическом институте, г. Москва (Сизов В.И., Галутин В.З.), а также в КБ «Шторм» Киевского политехнического инстатута (Буромский А.В.). Сотрудники лаборатории акустических шумов океана ТОЙ ДВО РАН аспирант Дзюба В.П., с.н.с. Кулешов В.П., н.с. Тка-ченко Е.С., с.н.с. Хворостов Ю.А., н.с. Шиков Л.Ф. принимали частичное участие в создании измерительных акустических систем, натурных экспериментах в океане и обработке результатов экспериментов и являются соавторами диссертанта в научных отчетах и статьях.

Диссертант руководил и лично принимал участие в многочисленных натурных исследованиях. В общей сложности диссертант провел исследования в 7 океанических (Тихий и Индийский океаны и их окраинные моря) и 15 прибрежных экспедициях (Японское, Охотское моря и Курило-Камчатская гряда).

Объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка научных трудов автора по теме диссертации и списка цитируемой литературы.

Основные результаты работы

1. Методология и техника комбинированных подводных акустических измерений.

Созданные свободнодрейфующие телеметрические автономные измерительные комбинированные системы являются оригинальными, не имеют аналогов и могут служить прототипом создания гидроакустических систем нового поколения.

2. Спектрально-энергетические характеристики акустического подводного окружающего шума: обнаружен горизонтальный поток энергии динамического шума; обнаружена немонотонная зависимость вертикальной компоненты плотности потока энергии динамического шума от скорости приводного ветра; создан алгоритм расщепления спектральной плотности энергии полного поля на диффузную и когерентную компоненты и на основе натурного эксперимента оценены вклады в полное поле окружающего шума данных компонент.

3. Компенсация интенсивности встречных потоков энергии: описана теория компенсации пересекающихся потоков энергии; проведены экспериментальные исследования компенсации интенсивности в частотной и временной областях для узкополосного и широкополосного сигналов и окружающего шума глубокого открытого океана и прибрежной зоны; экспериментально обнаружены и теоретически объяснены периодические структуры на сонограммах в координатах частота-время для функций когерентности и фазовых спектров в условиях встречных потоков энергии широкополосного поверхностного источника и динамического окружающего шума.

4. Влияние поверхностного волнения на перенос энергии подводного динамического шума в океаническом волноводе:

9 получен частотно-угловой спектр плотности потока энергии подводного окружающего шума в частотном диапазоне 6-800 Гц в зависимости от состояния морской поверхности; описаны статистические характеристики вертикальной и горизонтальной компонент потока энергии динамического шума; дан теоретический анализ механизма генерации горизонтального потока энергии динамического шума.

5. Помехоустойчивость комбинированного приемника в диффузных и когерентных шумовых полях: введено понятие коэффициента усиления комбинированного приемника; согласно экспериментальным оценкам, максимальный выигрыш в отношении сигнал/шум для комбинированного приемника, измеряющего плотность потока энергии, по сравнению с гидрофоном (квадратичным детектором), измеряющим плотность потенциальной энергии, составляет 15-16 дБ для горизонтального потока плотности энергии; в случае, когда поле шума когерентно, возможно помехоустойчивость оценивать по компенсации встречных потоков энергии сигнала и шума. Оценка показывает, что помехоустойчивость при этом может достигать -30 дБ; из статистической обработки экспериментальных данных следует, что среднеквадратичное отклонение горизонтальной компоненты плотности потока энергии динамического шума убывает при усреднении по времени как 1/л/т; для получения достоверной оценки величины SNR(PVy) время усреднения Тк должно быть в 12-24 раза больше, чем при получении достоверных оценок величин SNR(P2) и SNR(V2y) для плотностей потенциальной и кинетической энергий соответственно; р "в угловых направлениях (относительно точки наблюдения), в которых энергия шума не переносится (в среднем), в угловом спектре плотности потока энергии образуются «окна» с равным нулю осредненным потоком плотности энергии шума. Порог обнаружения сигнала в подобных «окнах» может быть существенно снижен. «Время жизни окон» определяется динамикой судоходства и поверхностного волнения.

Обнаруженные в натурном эксперименте фундаментальные свойства поля подводного окружающего шума есть следствие разностно-фазовых свя-^ зей между акустическим давлением и компонентами вектора колебательной скорости. Поле подводного окружающего шума, являясь частично-когерентным полем, взаимодействует с полем тонального или шумоподобного сигнала. Обнаруженные векторные свойства акустического поля могут быть полезными как с теоретической, так и прикладной точек зрения при мониторинге реального океана.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе приводятся результаты натурных исследований взаимодействия потоков энергии акустических полей в океаническом волноводе в диапазоне частот 6-1000 Гц на глубинах до 1000 м и при состоянии поверхности океана от штилевой до штормовой погоды, т. е. при vBCTpa~ 0-18 м/с. Со второй по шестую главы работы приведены результаты исследований, проведенные в Тихом и Индийском океанах, их окраинных морях (Охотском, Японском, Южно-Китайском, Филиппинском и Тасмановом), а также в прибрежных районах Охотского и Японского морей и Курило-Камчатской гряды. Все полученные результаты являются оригинальными и в комплексе могут быть положены в основу нового направления - векторная акустика.

Векторная акустика океана - самостоятельное успешно развивающееся новое направление в современной подводной физической акустике. Развитие векторной акустической измерительной многоканальной техники, с внедрением в нее цифровых методов обработки информации в реальном времени, открывает перед данным направлением широкие возможности для развития акустического мониторинга океана. Как известно, развитие гидроакустических средств наблюдения на основе измерения только давления требует увеличения числа точек измерения, что проводит (особенно на низких частотах) к гигантскому увеличению измерительных систем (антенн). Комбинированные измерительные системы компактны. Линейные размеры отдельного комбинированного приемника должны быть много меньше длины волны на верхней частоте изхмеряемого диапазона частот. Чрезвычайно важно, что комбинированный приемник есть широкополосное измерительное устройство.

Для дальнейшего внедрения в практику гидроакустических измерений комбинированных методов исследования необходимо не только развитие технических средств, но и знание векторных свойств акустических полей сигналов и шумов в океаническом волноводе, в особенности в инфразвуко-вом и низкочастотном диапазонах.

1.БендатДж., ПирсолА. М.: Мир, 1983. 321 с.

2. Бреховских JI.M. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1957. 501 с.

3. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970. 855 с.

4. Гордиенко В.А., Ильичев В.И., Захаров JI.H. Векторно-фазовые методы в акустике. М.: Наука, 1989. 223 с.

5. Исакович М.А. Общая акустика. М.: Наука, 1973. 495 с.

6. Кей С.М., Марпл C.JI. Современные методы спектрального анализа: Обзор // ТИИЭР. 1981. Т. 69, № 11. С. 5-51.

7. Ландау Л.Д., Лифшиц ЕМ. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.

8. Макклеллан Дж.Х. Многомерный спектральный анализ // ТИИЭР. 1982. Т. 70, №9. С. 139-152.

9. Мальцев Н.Е. Акустика океанической среды / Под ред. Л.М. Бреховских. М.: Наука, 1989. С. 4-10.

10. Рытое С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.Н. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 2. М.: Наука, 1978. 463 с.

11. Умов Н.А. О движении энергии в телах: Дис. Одесса, 1873.

12. Birkhoff G. Computational ocean acoustics: The invited lectures from workshop held at Yale university, Aug. 1-3, 1984 // Comput. and Math. Appl. 1985. V. 7/8. 89lp.

13. Cron В., Sherman Ch. Spatial-correlation functions for noise models // J. Acoust. Soc. Am. 1962. V. 34, N 11. P. 1732-1736.

14. Pisarenko V.F. On the Estimation of Spectra by Means of Nonlinear Functions on the Covariance Matrix I I Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1972. V. 28. P. 511-531.

15. БлохинцевД.Н. Акустика неоднородной движущейся среды. М.: Наука, 1981.206 с.л

16. Боббер JI. Гидроакустические измерения. М.: Мир, 1974. 362 с.

17. Жуков А.Н., Иванников А.Н., Исаев В.В., Нюнин Б.Н., Тонаканов О.С., Ширяев А.В. Датчик для акустических измерений // X Всесоюзная акустическая конференция. ППу-1-5. М., 1983. С. 59-61.

18. Захаров JI.H., Ржевкин С.Н. Векторно-фазовые измерения в акустических полях // Акуст. журн. 1974. Т. 20, вып. 3. С. 393-401.

19. Захаров JI.H., Щуров В.А. Исследование шумов океана векторно-фазовыми методами: Отчет по НИР "Метрология". Фонды ТОЙ ДВО РАН. Владивосток, 1980. 101 с.

20. Захаров JI.H. Векторно-фазовые измерения в акустике // Труды Седьмой всесоюзной конференции по информационной акустике. М.: АКИН, Ми-РЭА, 1982. С. 31-51.

21. Захаров JI.H., Ильичев В.И., Ильин С.А., Щуров В.А. Векторно-фазовые измерения в акустике океана // Проблемы акустики океана / Под ред. Брехов-ских Л.М., Андреевой И.Б. М.: Наука, 1984. С. 192-204.

22. Иванов В.Е. Анализ влияния подвески векторного приемника на его характеристики // Акуст. журн. 1988. Т. 34, вып. 1. С. 95-101.

23. Ильичев В.И., Щуров В.А., Дзюба В.П. Исследование поля акустических шумов океана веьсгорно-фазовыми методами // Акустика океанической среды. М.: Наука, 1989. С. 144-152.

24. Ржевкин С.Н. Курс лекций по теории звука. М.: Изд-во МГУ, 1960.336 с.

25. Ржевкин С.Н. О колебаниях тел, погруженных в жидкость, под действием звуковой волны//Вестн. МГУ. 1971. № 1. С. 52-61.

26. Скребнев Г.К. Комбинированные гидроакустические приемники. СПб.: Элмор, 1997. 200 с.

27. УрикР.Д. Основы гидроакустики. Л.: Судостроение, 1978. 433 с.

28. Фурдуев А.В. Шумы океана // Акустика океана / Под ред. Бреховских Л.М. М.: Наука, 1974. С. 615-692.

29. Фурдуев А.В. Спектры шумов океана и псевдозвуковые помехи звуко-Ш приему // Вопросы судостроения. Акустика. ЦНИИ "Румб". 1978. Вып. 10.1. С. 45-51.

30. Харкевич А.А. Теория преобразователей. М.: Госэнергоиздат, 1948.191 с.

31. Хортон Д.У. Основы гидролокации. Л.: Судостроение, 1961. 484 с.

32. Щуров В.А. и др. Устройство для измерения параметров источников шума// АС СССР № 953468, бюллетень № 31.1982.

33. Щуров В.А. и др. Глубоководная телеметрическая вертикальная система // Труды Всесоюзного семинара-совещания "Глубоководные системы и компоненты". Черкассы, 1986. С. 85-87.

34. Щуров В.А. Научно-технический отчет о работах в 9-м рейсе НИС "Акад. М.А. Лаврентьев". Фонды ТОЙ ДВО РАН. Владивосток, 1988. 192 с.

35. Щуров В.А., Дзюба В.П., Кулешов В.П. Исследование поля акустического шума океана векторно-фазовыми методами // Применение векторно-фазового метода в акустике океана. Владивосток: ДВО АН СССР, 1989. С. 5-48.

36. Щуров В.А. Научно-технический отчет о работах в 14-м рейсе НИС "Акад. А. Виноградов". Фонды ТОЙ ДВО РАН. Владивосток, 1989. 251 с.

37. D ^Spain G.L., Hodgkiss W.S., Edmonds G.L. The simultaneous measurement of infrasonic acoustic particle velocity and acoustic pressure in the ocean by freely drifting Swallow floats // IEEE J. Oceanic. Eng. 1991. V. 16 (2). P. 195-207.

38. Gade S. Sound Intensity // Bruel and Kjaer. Technical Review. 1982. N 4. m P.3-25.

39. Lewandowski L.M. Acoustic Transducing System. United States Patent. 1978. N 930, 829.

40. Shchurov V.A. Coherent and diffusive fields of underwater acoustic ambient noise //J. Acoust. Soc. Am. 1991. V. 90 (2), pt 1. P. 991-1001.

41. Shchurov V.A. Modern State and prospects for use of underwater acoustic intensity measurement. Preprint / POI FEB RAS. Vladivostok, 1998. 47 p.

42. Аредов A.A., Дронов Г.М., Фурдуев A.B. Влияние ветра и внутренних волн на параметры шумов океана//Акуст. журн. 1990. Т. 36, вып. 4. С. 581-585.

43. Биркгоф Г. Гидродинамика. М.: Изд-во иностр. лит., 1963. 201 с.

44. Ильичев В.И., Щуров В.А., Кулешов В.П., КуяноваМ.В. Взаимодействие потоков акустической энергии окружающих шумов и локальных источников в океаническом волноводе. Препринт / Тихоокеан. океанол. ин-т ДВО РАН. Владивосток, 1990. 22 с.

45. Курьянов Б.Ф. Подводные шумы океана // Акустика океана М.: Наука, 1982. С. 164-174.

46. Курьянов Б. Ф. Развитие представлений о низкочастотных шумах океана за 50 лет // Акустика океана: Сб. тр. школы-семинара акад. JI.M. Бреховских. М.: ГЕОС, 1998. 360 с.

47. Монин А.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. М.: Наука, 1965. 640 с.

48. Фурдуев А.В., Аредов А.А., Охрименко Н.Н. Влияние шквалов и ветровых порывов на флуктуации уровней подводного шума // Акуст. журн. 1998. Т. 44, №3. С. 412-^18.

49. Щуров В.А. и др. Взаимодействие потоков мощности подводных окружающих шумов и локального источника // Акуст. журн. 1991. Т. 37, вып. 1. С. 99-103.

50. Щуров В.А. и др. Особенности формирования отношения сигнал/шум для комбинированного акустического приема в поле динамических шумов океана // Вестн. ДВО РАН. 1997. № 4. С. 62-74.

51. Burgess A.S., Kewley D.J. Wind-generated surface noise source levels indeep water east of Australia // J. Acoust. Soc. Am. 1983. V. 73 (1). P. 201-210.

52. Cotaras F.D., Fraser LA., Merklinger H.M. Near-surface ocean ambient noise measurements at very low frequencies // J. Acoust. Soc. Am. 1988. V. 83 (4). P. 1345-1359.

53. D 'Spain G.L., Hodgriss W.S., Edmonds G.L. Energetics of the deep ocean's infrasonic sound field // J. Acoust. Soc. Am. 1991. N 89(3). P. 1134-1158.

54. Perrone A.J. Deep-ocean ambient noise spectra in the northwest atlantic // J. Acoust. Soc. Am. 1962. V. 46, N 3 (pt 2). P. 762-770.

55. Shchurov V.A. et al. The interaction of energy flows of underwater noise and a local source //J. Acoust. Soc. Am. 1991. V. 90 (2). P. 1002-1004.

56. Shchurov V.A. Ambient noise energy motion in the near-surface ocean layer // Recent Advances in Underwater Acoustics, Proc. I.O.A. 1991. V. 13, pt 3. Weymouth, UK. P. 250-256.

57. Shchurov V.A., Ilyichev V.I., Khvorostov Y.A. Ambient noise anisotropy in horizontal plane // Proc. ICA-14, El-10. Beijing, China, 1992.

58. Shchurov V.A., Ilyichev V.I. The Properties of the vertical and horizontal Power Flows of the underwater ambient noise // Natural Physical Sources of Underwater Sound. Kluwer Academic Publishers. 1993. P. 93-109.

59. Shchurov V.A. et. al. The ambient noise energy motion in the near-surface in ocean wake-guide // Journal de Physique IV, Colloque C5, Supplement au Journal de

60. Ш Physique III. France. 1994. V. 4. C. 5. P. 1273-1276.

61. Shchurov V.A. et al. A possible mechanism of dynamic ambient ocean noise horizontal energy flow forming // Proc. I.O.A. Arrays and Beamforming in Sonar. University of Bristol. UK. 1996. P. 121-127.

62. Shchurov V.A. et al. Peculiarities of forming underwater combined acoustic receiver noise immunity // Natural Physical Processes Associated with Sea Surface Sound. University of Southampton, UK. 1997. P. 28-35.

63. Shchurov V.A. Up-to-Date State and Outlook for the Intensity Measurement Method in Underwater Acoustics // Proc. 16-th Intern. Congr. on Acoust / 2aUW21, USA. 1998. P. 989-990.

64. Shchurov V.A. A Use of Acoustics Intensity Measurement Method in Underwater Acoustics (Modern Achievements and Prospects) // Proc. Euro-Noise 98. Munchen, Germany, 1998. V. 11. P. 859-864.

65. Ильичев В.И., Кулешов В.П., Куянова M.B., Щуров В.А. Взаимодействие потоков мощности подводных окружающих шумов и локального источника // Акуст. журн. 1991. Т. 37, № 1. С. 99-103.

66. ФурдуевВ.В. Электроакустика. М.; Л.: ГИТТЛ, 1948. 515 с.

67. Аредов А.А., Охрименко Н.Н., Фурдуев А.В. Анизотропия шумового поля в океане // Акуст. журн. 1988. Т. 34, № 2. С. 215-221.

68. Аредов А.А., Дронов Г.М., Охрименко Н.Н., Фурдуев А.В. Исследование пространственно-временной и частотной однородности флуктуаций шумов океана//Акуст. журн. 1996. Т. 42, № 2. С. 155-164.

69. Бреховских Л.М., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 264 с.

70. Давидам И.Н., Лопатухин Л.И., Рожков В.А. Ветровое волнение как вероятностный гидродинамический процесс. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 286 с.

71. Загородников А.А. Радиолокационная съемка морского волнения с летательных аппаратов. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 239 с.

72. Копыл Е.А. Интенсивность звука, отраженного и рассеянного поверхностью океана//Проблемы акустики океана. М.: Наука, 1984. С. 143-152.

73. Куръянов Б.Ф. Пространственная корреляция полей, излученных случайными источниками на плоскости // Акуст. журн. 1963. Т. 9, № 4. С. 441-448.277

74. Филлипс О.М. Динамика верхнего слоя океана. М.: Мир, 1969. 267 с.

75. Чупров С Д. О связи спектра сигнала, отраженного от взволнованной поверхности океана и спектра волнения в случае малых неровностей // Акуст. журн. 1978. Т. 24, вып. 1. С. 116-124.

76. Щуров В.А. Современное состояние и перспективы измерения акустической интенсивности в подводной акустике // Тихоокеан. океанол. ин-т ДВО РАН. Владивосток, 1998. 44 с.

77. Axelrod Е., Schoomer В., Von Winkle W. Vertical Directionality of Ambient Noise in the Deep Ocean at a Site near Bermuda // J. Acoust. Soc. Am. 1965. V. 37, N l.P. 77-83.

78. Cox C.S., Munk W.H. Measurements of the roughness of the sea surface from photographs of the sun s glitter//J. Acoust. Soc. Am. 1954. V. 44. P. 838-850.

79. Crawford G.B., Farmer D.M. On The Distribution of Ocean Bubbles // J. Geophysic. Res. 1987. V. 92, N C8. P. 8231-8243.

80. Fox G. Ambient noise directivity measurements //J. Acoust. Soc. Am. 1968. V. 36, N8. P. 1537-1540.

81. Heidsman Т., Smith R., Arneson A. Effect of upon underwater noise levels // J. Acoust. Soc. Am. V. 27. P. 378-379.

82. Holford R.L. Scattering of sound waves at the ocean surface: A diffraction theory // J. Acoust. Soc. Am. 1981. V. 70. P. 1103-1115.

83. Jensen F., Kuperman W., Porter M, Schmidt H. Computational ocean acoustics, AIP Press, 1994.

84. Kuperman W„ Ingenito F. Spatial correlation of surface generated noise in a stratified ocean // J. Acoust. Soc. Am. 1980. V. 67 (6). P. 1988-1996.

85. Markis N.C., Ingenito F., Kuperman W.A. Detection of submerged object in-sonified by surface noise in an ocean waveguide// J. Acoust. Soc. Am. 1994. V. 96 (3) P. 1703-1724.

86. Nystuen J. Rainfall measurements using underwater ambient noise // J. Acoust. Soc. Am. 1986. V. 79 (4). P. 972-982.

87. Nystuen J., Farmer D. The influence of wind on the underwater sound generated by light rain // J. Acoust. Soc. Am. 1987. V. 82 (1). P. 270-274.

88. Parkins B.E. Reflection and Scattering from a Time Varying Rough Surface - the Nearly Complete Lloyd's Mirror Effect // J. Acoust. Soc. Am. 1971. V. 49 (5), N2. P. 1484-1490.

89. Rosenberg A.P. A new rough surface parabolic equation program for computing low frequency acoustic forward scattering from the ocean surface // J. Acoust. Soc. Am. 1999. V. 105 (1). P. 144-152.

90. Rudnick P., Anderson V.C., Becken B.A. Directional distribution of ambient sea noise // J. Radio Electronic Eng. 1963. V. 25 (5). P. 441-444.

91. ScrimgerJ., Evans D., McBean G., Farmer D., Kerman B. Underwater noise due to rain, hail and snow // J. Acoust. Soc. Am. 1987. V. 81 (1). P. 79-86.

92. Talham R. Noise correlation functions for anisotropic noise fields // J. Acoust. Soc. Am. 1981. V. 69 (1). P. 213-215.

93. Williams R.G. Estimating ocean wind wave spectra by means of undrewater sound // J. Acoust. Soc. Am. 1973. V. 53 (3). P. 910-920.

94. Отнес Р., Эноксон Л. Прикладной анализ временных рядов. М.: Мир, 1990.428 с.

95. Смарышев М.Д., Шендров E.JI. Помехоустойчивость плоских антенн в анизотропном поле помех // Акуст. журн. 1985. Т. 31, № 4. С. 502-506.

96. Смарышев М.Д. Справочник по гидроакустике. Л.: Судостроение, 1988. 549 с.

97. Burdic W.S. Underwater Acoustic System Analysis. Prentice-Hall, INC. N.Y. 07632, 1984. 391 p.

98. Cray B.A., Nuttall A.H. Directivity factors for linear arrays of velocity sensors // J. Acoust. Soc. Am. 2001. V. 110, N 1. P. 324-331.

99. D ^Spain G.L. et al. Initial Analysis of the Data from the Vertical DIFAR Array // IEEE, Reprinted from Proc. of Mastering the Oceans through Technology. Newport, 1992. P. 346-351.

100. D ^Spain G.L. Polarization of Acoustic Particle Motion in the Ocean and its Relation to Vector Acoustic Intensity // 2-nd Inter. Workshop on Acoust. Engin. and Technology. Harbin, China, 1999. P. 143-164.

101. Kevin J. В., Gerald C. Lanchll Development of a velocity gradient underwater acoustic intensity sensor // J. Acoust. Soc. Am. 1999. V. 106 (6). P. 3178-3188.

102. Щуров В.А. Векторная акустика океана. Владивосток: Дальнаука. 2003. 307 с.

103. Коренбаум В.И. Защита акустических устройств от ближних полей собственных помех. Диссертация. ТОЙ ДВО РАН. Владивосток. 1999. 322 с.

104. Ламб Г. Гидродинамика. М.-Л: ОГИЗ, 1947. 928 с.