Численная модель для модового описания донной реверберации в мелком море

Впервые исследованы основные характеристики низкочастотной донной реверберации в мелком море, в том числе ее модовый состав и его изменение во времени при импульсном облучении среды. Предложена численная модель для модового описания донной реверберации, находящаяся в хорошем соответствии с экспериментальными данными. Полученные результаты могут служить основой для дистанционного моностатического определения параметров донных осадков.

Аннотация:
Выполненные исследования, позволили определить устойчивые количественные характеристики реверберации и их связь с параметрами окружающей среды. Для акватории, в которой были проведены исследования установлено, что:

– уровень реверберации достаточно слабо зависит от типа источника и инвариантен по отношению к энергии «закаченной» в волновод (рис. 4);

Рис. 4.

– степенной закон спадания уровня реверберации от дистанции (запаздывания) сохраняется на значительных дистанциях (до 250 км );

– законы спадания реверберации при различных дистанциях между источником и приемником ( 2.56 км – квазимоностатика и 23.9 км – бистатика) на большей части задержек удовлетворяют степенному закону, причем на большей части задержек эти законы близки. Регрессионная оценка степени дает значения порядка 2?2.5 и более (рис. 5);

– законы спадания уровня реверберации практически не зависят от типа сигнала.

Рис. 5.

Разработана и апробирована на экспериментальных данных численная модель донной реверберации. Структура численной модели донной реверберации построена на основе связанной цепи простых физических процессов и включает в себя следующие элементы:

– учет типа источника и характера взаимодействия его поля со средой;

– численный расчет распространения звука как от источника до неоднородности, так и до приемника после неё;

– учет влияния конкретной батиметрии, влияющей на распространение, преобразование и рассеяние поля разными участками (преобразование мод);

– некогерентное суммирование сигналов, рассеянных участками дна с различными характеристиками рассеяния звука и преобразования модового состава, захватываемыми одним импульсным объемом;

– учет частотных зависимостей рассеяния и дисперсного распространения сигналов в мелком море для импульсных и сложных сигналов.

На рис. 6 приведено сравнение степенных показателей уменьшения во времени уровней различных мод реверберационного сигнала, полученных экспериментально и рассчитанных для двух моделей с соответствующими эксперименту гидролого-акустическими характеристиками водного слоя и двумя типами осадков, для одного из которых (ил) имеется наилучшее совпадение с экспериментом. Именно этот тип осадочного слоя и характерен для района проведения измерений.

 

Рис. 6.

Авторы: А. Г. Лучинин, А. А. Стромков, А. И. Хилько (ИПФ РАН)