CC BY
39
2. Burns D. R., Queen C.B., Chivers R.C. 1985. An ultrasonic signal processor for use in
underwater acoustics. Ultrasonics 23, P.189 - 191.
3. Burns D. R., Queen C.B., Chivers R.C. 1985. Ground and fish discrimination in underwa-
ter acoustics. In Proc.Ultrasonics International 85, pp. 49-54, Butterworths Scientific, Guildford.
4. Burns D.R., Queen C.B., Sisk H., Mullarkey W., Chivers R.C. Rapid and convinient acoustic sea-bed discrimination for fisheries applications. Proc.of the Institute of Acoustics, vol.11, part 3 (1989). P.169 - 177.
5. Collins W.T., McConnaughey R.A. Acoustic Classification of the Sea Floor to Address Essential Fish Habitat and Marine Protected Area Requirements. Canadian Hydrografic Conference 98, CHS, Victoria, Canada.
6. Collins W.T., Rhinas K.P. Acoustic Seabed Classification using Echo Sounders: Operational Considerations and Strategies. Canadian Hydrografic Conference 98, CHS, Victoria, Canada.
7. Collins W.T., Ninson J. M., Kiesling R. W. 2004. Acoustic Seabed Classification for the Identification of Sensitive Very Shallow Water Habitat. Hydro International, April 2004.
8. Galloway J. Acoustic seabed classification: Integration into hydrographic survey programmes. Hydro International, April 2004.
9. Galloway J., Collins W.T, Eng P., Geo P. Dual Frequency Acoustic Classification of Seafloor Habitat using QTC VIEW. Ocean 98, Nice, France.
10. Humborstad O.B., NottestadL., Lokkeborg S., Rapp H.T. RoxAnn bottom classification system, side-scan sonar and video-sledge:spatial resolution and their use in assessing trawling impacts. ICES Journal of Marine Science, 61: 53-63, 2004.
11. Preston J.M., Christney A.C., Bloomer S.F., Beauder I.L. Seabed Classification of Multibeam Sonar Images. Ocean 2001, Honolulu, Hawaii, November 5-8, 2001.
12. Preston J.M., Collins W. T. Bottom Classification in very Shallow Water by High-Speed Data Acquisition. 2000. In Proc. Oceans, Newport.
13. Tuck I., Hall S., Reid D., Amstrong E. Identification jf benthic disturbance by fishing gear using RoxAnn. ICES Int. Symp. on Fisheries and Plankton Acoustics, 1995.
К ВОПРОСУ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНОЙ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ДОННЫХ ОСАДКОВ
АЛ. Куценко
Экологическое состояние водной среды внутренних водоемов в значительной мере определяется состоянием и структурой дна, а также составом донных осад, -ятий. Поэтому изучение состава донных отложений является важной задачей эколо-.
В настоящее время существуют два основных метода изучения структуры морского дна с помощью гидроакустической техники, основанных на использовании свойств акустической неоднородности осадочных пород. Это метод отраженных волн и метод преломленных волн. Первый метод применяют в тех случаях, когда требуется детально и точно определить структуру дна, измерить толщину осадочных пород. Второй способ позволяет проникать в глубь осадочных и коренных пород, определять их тип, находить глубину залегания слоев и т.п. В каждом из этих методов используется своя аппаратура.
Широкое применение нашли специализированные эхолоты, называемые , (
) , -, , -
тых структур и другие сведения, представляющие интерес как для геофизики, геологии, так и гидроакустики. В последнее время все больший интерес представляет изучение структуры донных осадков, что может быть реализовано путем измерения частотной зависимости акустических параметров донных отложений. Одним из таких параметров является коэффициент отражения акустических волн от дна. Этот комплексный параметр позволяет судить о таких величинах донных отложений, как: скорость звука, плотность, затухание и т.д.
Рассмотрим влияние частотной зависимости коэффициента отражения на поле параметрической антенны. Проведем исследование степени влияния частотной зависимости коэффициента поглощения и дисперсии на частотную зависимость ко. -
эффициента отражения [1 - 4]:
V _ m cosd-yl n2 - sin2 в (1)
V _ I 2 • "2— ’
m cose + Vn - sin в
где в - угол падения волны на границы раздела; m _ р/р - отношение плотностей сред; n _ k2/k1 - комплексный показатель преломления границы; индексы 1 и 2
означают принадлежность соответствующей величины к первой (из которой падает волна) и ко второй (на которую падает волна) средам.
При учете поглощения волновое число k _ 2nf¡c является комплексным
k, и для него выражение имеет вид [2, 4]
2 • п • f
k _ k + i •p_ f + i •fi. (2)
c
(2)
записывать в виде
k (f) _ k (f)+i • e(f) _ + i • ) ■ (3)
c\f)
Исследуем влияние частотно-зависимого коэффициента отражения на пространственные характеристики ПИ. Для этого разделим влияние процессов поглощения и дисперсии на коэффициент отражения. Если в среде не учитывать поглощение, то коэффициент отражения является вещественной величиной. При наличии в среде поглощения коэффициент отражения является комплексной величиной, т.е. имеет модуль и фазу.
Рассмотрим идеализированную среду, в которой частотные зависимости поглощения и дисперсии заданы гауссовым распределением:
\2"
c(f) = c + Ac • exp
e(f ) = Лі +AP^ exP
f - fo
V Af y
J
(4)
АГ
где c0 и в0 - начальные значения скорости звука и поглощения в среде; Дc и -относительные изменения соответственно скорости звука и поглощения; f - центральная частота; Д[ - ширина частотной кривой.
Существует пять основных вариантов относительного расположения в частотной области частоты ВРЧ, частоты центральной волны накачки, резонансной частоты и области низких частот, где наблюдается статическое увеличение значений модуля и фазы коэффициента отражения. Эти пять вариантов взаимного расположе-
ния в частотной области частоты ВРЧ, частоты центральной накачки, резонансной частоты и области низких частот представлены на рис. 2.
Коэффициент отражения в области резонанса будет изменять фазу (рис. 1). Это, в свою очередь, влияет на характер поля звукового давления ВРЧ ПИ после отражения от границы раздела.
На рис. 3 представлены кривые осевых распределений звукового давления ВРЧ ПИ после границы раздела, расположенной на расстоянии 0,14Л от излучателя накачки. Кривая 1 соответствует случаю 1 взаимного расположения частот (см. рис.2), кривая 2 - для случая 2 на рис. 2, кривая 3 - для случая 3, кривая 4 - для случая 4, кривая 5 - для случая 5, кривая 6 - для случая, когда в области взаимодействия волн накачки находится граница раздела с коэффициентом отражения, не зависящим от частоты. Видно, что в случаях, когда центральная частота накачки находится , -вышает амплитуду звукового давления ВРЧ первого ПИ. Это видно по характеру поведения кривых 2 и 3 на рис. 3. В остальных случаях (мучай 1, 4, 5 по рис. 2) поведение кривых осевого распределения звукового давления ВРЧ ПИ в большей степени определяется характером поведения осевого распределения звукового давления ВРЧ первого ПИ. Следует заметить, что дополнительный сдвиг фазы в районе резо, , к значительному увеличению амплитуды звукового давления ВРЧ ПИ в случае, если центральная частота накачки находилась вблизи резонансной. Этот фазовый сдвиг будет таким же образом влиять на поле звукового давления ПИ ВРЧ и на больших .
Рис. 1. Частотные зависимости модуля а) и фазы б) коэффициента отражения при учете в среде частотных зависимостей поглощения и дисперсии
Рис. 2. Частотная зависимость модуля коэффициента отражения и возможные положения на ней центральной частоты волн накачки / и частоты разностной
волны Е
На рис. 4 приведены кривые осевого распределения звукового давления ВРЧ ПИ после отражения от границы раздела, расположенной на расстоянии 14д от излучателя накачки. Здесь предполагалось, что во второй среде учитывается частотная зависимость поглощения и дисперсия, т.е. частотная зависимость коэффициента отражения имеет вид представленный на рисунке 1. Здесь кривая 1 соответствует случаю 1 взаимного расположения частот (см. рис. 2), кривая 2 - для случая 2 на рис. 2, кривая 3 - для случая 3, кривая 4 - для случая 4, кривая 5 - для случая 5, кривая 6 -,
с коэффициентом отражения, не зависящим от частоты.
2.0
1.5
1.0
0.5
Г' , __ / ••••• 4
/ / ( —.. 5 б
1 / /
1 1
О
0.5
1
1.5
2.5
3.5 (г-1,)/1а
Рис. 3. Осевые распределения звукового давления ВРЧ ПИ после отражения от границы раздела с коэффициентом отражения, учитывающим частотную зависимость поглощения и дисперсию. Расстояние до границы раздела равно 0,1-1ц
\РН\
1.6
1.2
О. Я
0.4
Л' „-Г-“ - — — 1 2 3 - 4
/ //' // . // / 5 б
V /\ ( \
! \ к \ >
ч
'"'"'»ЛТЛТЛТ.-.1
■ ЧТЯТЯТЯТЯ*ЯТЯ г.*. т.*. тятя тя »я ч
О 0.5 I 1.5 2 2.5 3 3.5 (г-И)/1а
Рис. 4. Кривые осевого распределения звукового давления ВРЧ ПИ после , , зависимость поглощения и дисперсию. Расстояние до границы раздела равно 14Д
Из рис. 4 видно, что если центральная частота накачки находится вблизи от , , , распределения звукового давления ВРЧ ПИ будет определяться поведением про-
( . 2, 3
. 4). , -
, , -вого давления ВРЧ ПИ в большей степени определяется характером поведения осевого распределения звукового давления ВРЧ первого ПИ.
,
давления ВРЧ ПИ после отражения от границы раздела, расположенной на малых расстояниях от излучателя накачки, для которой коэффициент отражения является частотно-зависимой величиной, в большей степени будут влиять резонансы, наблюдаемые на частотах, близких к центральной частоте накачки. В остальных случаях взаимного расположения частот поле звукового давления ВРЧ ПИ будет незначительно изменяться относительно поля звукового давления ВРЧ при наличии в области взаимодействия волн накачки, границы раздела с коэффициентом отражения, не зависящим от частоты. Это справедливо для случая учета во второй среде только дисперсии и случая учета во второй среде частотной зависимости поглощения и дисперсии. При больших расстояниях от излучателя накачки до границы раздела (больше 1 -1д) о наличии частотной зависимости поглощения можно судить по характеру пространственного распределения звукового давления ВРЧ при изменении центральной частоты накачки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лепендин Л.Ф. Акустика: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. школа, 1978. - 448
.
2. БреховскихЛ.М.,ЛысановЮ.П. Теоретические основы акустики океана. - Гид-рометеоиздат, Л. 1982. - 264 с. ил.
3. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах - М.: Издат. Акад. Наук СССР, 1957. -
502 .
4. Гидролокационные системы вертикального зондирования дна / Браник В., Вендт Г., Каблов Г.П,, Яковлев АЛ. / Под ред. АЛ. Яковлева. - Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1992. -218 с.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОЛОКАТОРА БОКОВОГО ОБЗОРА СО СЛОЖНЫМ СИГНАЛОМ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ДНА И ИНЖЕНЕРНЫХ ПОДВОДНЫХ СООРУЖЕНИЙ
В.А. Воронин, А.В. Ходотов, А.В. Скнаря,
С Л. Тарасов, В.Т. Трусилов
В последнее время большое внимание уделяется экологии морского дна в , -, , , -ний и их остатки, затопленные плавсредства и отходы промышленных предприятий. Состояние этих сооружений в процессе эксплуатации изменяется, так, зарытые в грунт коллекторы вымываются течениями и разрываются при работе, отдельные объ-, . за профилем и глубиной судоходных каналов и за выносами промышленных предприятий. Следить за положением и состоянием таких инженерных сооружений возможно с помощью гидроакустических средств. Наиболее перспективным гидроаку-
