КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 22-72-10121

НазваниеДистанционное акустическое зондирование сосредоточенных неоднородностей в мелководных волноводах с использованием широкополосных сигналов и модовой фильтрации

РуководительЛуньков Андрей Александрович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, г Москва

КонкурсКонкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на разработку физических основ для дистанционного акустического мониторинга сосредоточенных неоднородностей в мелководных волноводах. Основной упор будет сделан на решение задачи локализации и идентификации таких неоднородностей на акустической трассе. Развитие технологий мониторинга подводной среды актуально в свете активного изучения и освоения шельфовых зон Мирового океана и отвечает одной из критических технологий Российской Федерации. Большинство разработанных к настоящему времени методов дистанционного акустического мониторинга ориентированы на оценку интегральных характеристик подводной среды и не могут быть обобщены на случай сосредоточенных неоднородностей, поэтому обозначенная выше проблема является новой с научной точки зрения. Отметим, что томографические схемы, которые в теории позволяют решить эту задачу, пока ещё чрезвычайно затратны и требуют доработки для учёта резких изменений параметров волновода. Под сосредоточенными неоднородностями понимаются неоднородности, горизонтальный размер которых много меньше длины акустической трассы, т.е. расстояния между источником и приёмником звука. В качестве таких неоднородностей будут рассмотрены локальное изменение толщины водного слоя, локальное изменение структуры верхнего слоя донных осадков, солитоноподобная внутренняя волна, ледяной подводный киль при наличии сплошного ледового покрова, а также искусственный подводный объект, пересекающий трассу. Предполагается, что сосредоточенная неоднородность будет вызывать характерное взаимодействие между нормальными волнами (модами) на участке трассы, где она расположена. При этом в частотной зависимости амплитуд мод, выделенных на приёмной системе, будет проявляться соответствующая модуляция, характер которой определяется расстоянием между источником звука и неоднородностью, а также размерами неоднородности. Анализ поведения модальных амплитуд для мод различных номеров позволит идентифицировать эту неоднородность. Основными задачами проекта являются: 1. изучение модовой структуры звукового поля в широкой полосе частот (до 1 кГц) в мелководном волноводе при наличии сосредоточенных неоднородностей; 2. определение новых диагностических признаков для мониторинга таких неоднородностей на акустических трассах; 3. оценка эффективности выделения модальных амплитуд в широкой полосе частот при помощи приёмных систем различных конфигураций (вертикальная приёмная антенна, одиночный гидрофон, одиночный векторно-скалярный приёмник). 4. оценка помехоустойчивости предлагаемого подхода к мониторингу, в том числе при наличии нескольких неоднородностей на акустической трассе (например, цуг солитонов внутренних волн), фонового возмущения (например, фоновые внутренние волны) и различных типов дна (акустически мягкое или акустически твёрдое). 5. изучение возможности повышения чувствительности предлагаемого подхода к мониторингу за счёт использования фокусировки звука временным обращением волн с помощью одиночного приёмно-излучающего элемента. 6. верификация предлагаемого подхода к мониторингу на основе имеющихся в распоряжении коллектива экспериментальных данных (Shallow Water 2006, ASIAEX 2001) и/или в собственном натурном эксперименте (на шельфе Чёрного или Японского моря) при возможности его организации.

Ожидаемые результаты
1. Аналитическое описание изменчивости звукового поля на акустической трассе в широкой полосе частот в присутствии сосредоточенных неоднородностей в рамках модового подхода. 2. Данные прямого численного моделирования звукового поля при наличии различных типов сосредоточенных неоднородностей, в том числе при использовании фокусировки звука временным обращением волн. 3. Новые диагностические признаки для мониторинга сосредоточенных неоднородностей, выявленные при аналитическом рассмотрении и численном моделировании (пункт 1 и 2). 4. Методика локализации и идентификации сосредоточенных неоднородностей, базирующаяся на результатах пункта 3. 5. Оценки помехоустойчивости и границ применимости указанной методики при использовании различных типов приёмных систем. 6. Результаты верификации методики на основе данных натурных экспериментов. Указанные результаты будут являться новыми и соответствовать текущему мировому уровню развития данной области науки. Предполагается, что разрабатываемая методика диагностики сосредоточенных неоднородностей будет носить универсальный характер и сможет применяться как при работе на стационарных акустических трассах, так и при использовании автономных подводных аппаратов и донных станций. Она позволит не только выявлять наличие сосредоточенной неоднородности на трассе, но и определять её местоположение относительно источника звука, а также проводить её идентификацию. Ожидается, что при наличии горизонтально разнесённых приёмных элементов данная методика позволит определять пространственную структуру неоднородности. Можно ожидать, что результаты работы будут использоваться при создании новых технологий мониторинга подводной среды, целью которого является контроль безопасности в заданных акваториях.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ