CC BY
146
ского давления, скорости звука и температуры // 5 Международная конференция и выставка по морским интеллектуальным технологиям «Моринтех 2003»: Материалы конференции. - Санкт-Петербург. 2003. - С.316 - 320.
3. Del Grosso V.A. New eguation for tne speed of sound in natural waters (with comparisons to the oth eguations). J.Acoust. Soc. Amer., 1974. V.56. N4. P.1084 - 1091.
4. Белогольский BA., Певцов В.И., Саморукова Л.М., Секоян С.С., Стефанов С.Р. ГСССД 202-02. Морская вода. Скорость звука при соленостях 0...40 %% температурах 0...40 0С и избыточных давлениях 0.60 МПа. Свидетельство № 202 от 10.12.02 г. Москва. Госстандарт России. 2002. 31 с.
5. Мамаев ОМ. T,S - анализ вод Мирового океана. - Л.:Гидрометеоиздат, 1970. -364 .
6. Степ анов В.Н. Миров ой океан. - М.: Знание, 1974. - 255 с.
СТАЦИОНАРНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА И.И. Микушин, Г.Н. Серавин, С Л. Тарасов
Для измерения от дна до поверхности вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) во внутренних водоемах и относительно мелководных прибрежных морских районах весьма перспективной является стационарная дистанционная аку-
,
, , сигналов и решении обратной гидроакустической задачи - восстановления искомого ВРСЗ по параметрам излучаемого и принятых сигналов.
Такая аппаратура с искусственными отражателями, установленными по вертикали на тросе, впервые была предложена в СССР [1], изготовлена и испытана в море [2]. Однако в водной среде трос с отражателями и грузом или поплавком на конце не устанавливается строго вертикально. При изменении скорости течения и температуры воды форма и длина троса изменяется, что приводит к неконтролируемому изменению положения по глубине отражателей и в конечном итоге к недопустимым погрешностям восстановления искомого ВРСЗ.
Эти недостатки исключены при использовании дистанционного акустического способа измерения ВРСЗ и стационарной аппаратуры для его реализации, предложенных в авторском свидетельстве [3].
Аппаратура (рис. 1) имеет трос 1, закрепленный одним концом на дне. На
2, -ные акустические сферические отражатели 3. У основания троса размещен акустиче-4 5. 6 7
установлены на дне в одну линию, один приемник - у излучателя, а два других - на фиксированных расстояниях ai и а2 по разные стороны от него. Передатчик 5 и уси-
7 -
8, 9.
Излученный акустический сигнал распространяется от излучателя 4 до /'-го отражателя и обратно к акустическим приемникам 6 с временами 7Ц, T2i> T3i и углами фн Ч>2, <P3i прихода к ним. Индексы 1, 2, 3 соответствуют номерам приемников (1 и 2 - крайние приемники, 3 - приемник у излучателя).
В вычислительном устройстве искомое ВРСЗ восстанавливалось по алгоритму, предложенному в работе [4], который справедлив для прямоугольной схемы зондирования, т.е. когда отражатели располагаются в водной среде строго по верти:
О, = ! + С _Э__
C[Z(ф)] ё дф
/ • л2
ътф
1 + ф
[т (ф) - Т,(
(1)
где С0 - скорость звука на горизонте расположения акустических излучателя и приемника;
СЩу)] - ВРСЗ;
ё - расстояние между излучателем и приемником;
Т(<р) и <р - время и угол прихода акустического сигнала к приемнику;
2((р)=й Т0=й (1+$1щ)/Со свщ.
Рис.1
Чтобы воспользоваться выражением (1), в предлагаемой аппаратуре необходимо по временам прихода акустических сигналов Ти, Т2, Т^ вычислить соответствующие углы прихода <р1 р<р2,<рз! и сделать переход к приведенным для прямоугольной схемы зондирования значениям времен Т. и углов (р( прихода акустических сиг.
В [3] была сделана попытка найти необходимые приближенные соотношения. По результатам последующих исследований были получены для ё1~ ё2 более приемлемые по точности формулы
ф. = 2ат^ (ЛБР)1/2,
фф = 2агс^ (ЛЧБР)1/2, (2)
ф3. = 2ат^ (ЛБР ч)1/2,
Л = 1 -(Тц -Т,)/То 1 + (Ти - Т21)/ То,
Б = 1 - Т - Т.)/То2 1 + (Ти - Т.)/ Т02’
Р = 1 - (Тц - Тг1)/Ти 1 + (Ти - Т.)/То/
Здесь То = Т01 + Т,2; То, = ё,/Со; Т02 = ёг1С
т. (ф) = т; = о,5(Ти + Т2.^ (3)
ф = аг^[2(^ф1;. + с?Яф;)-1 ]. (4)
[4] -
лению реальных для океана ВРСЗ с использованием алгоритма при точных значениях углов прихода и при наличии случайных погрешностей во времена прихода акустических сигналов. Был сделан вывод, что для d=75 м при случайных погрешностях
времен прихода ДП<10-4 с (равномерный закон распределения) восстановленные ВРСЗ до глубины 200 м в основном правильно отображают вид кривых искомых .
Исходные номинальные значения времен прихода Т1 для данного искомого ВРСЗ, заданных d и ф1 находились по результатам решения прямой гидроакустической задачи. В каждое значение Т1 добавлялось случайное значение погрешности ±ДТ1. Полученные значения Т1 ±ДТ1 перед использованием в алгоритме (1) подвергались процедуре сглаживания сплайн-функцией.
Нами также проводились аналогичные по методике численные эксперименты для предлагаемой стационарной аппаратуры по [3] с учетом выражений (2) - (4) при d1 = d2=50 м. Результаты экспериментов в основном совпадают с работой [4], но при ДТК10-5 с. В данном случае на точность восстановления искомых ВРСЗ по ал-(1) (2) временам прихода с введенными погрешностями и погрешности определения по (3) и
(4) .
Позднее в статье [5] был предложен более универсальный алгоритм восстановления искомого ВРСЗ, не требующий операций приведения времен и углов прихода акустических сигналов:
С (7) = Сс
1 - 0,5 д1 <2 >
Э2
(5)
где
I(2) = 2 ™2фзш2 ф*1п(ф + ф) С0(Т -то),
(созф + созф2)(1 - соз(ф +ф2))
2 = 2 + + 8щ3 ф созф с ^ -Т )
0 (созф + созф2)(1 - соз(ф +ф2))2 0 20 = ф s1n ф2 / 81п(ф + ф2 )],
Т0 = [ ^1пф + з1пф2)/з1п(ф1 +ф2)]/С0.
Для предлагаемой по [3] аппаратуры ё= ё1+ ё2, Т= Т1;+ Т^- Т3;.
1 2 (2).
Численные эксперименты по восстановлению искомых ВРСЗ с использова-
(5) ,
(1) (2). , реальных ВРСЗ до глубины 200 м с погрешностью по скорости звука менее ±1 м/с необходимо уметь измерять времена прихода акустических сигналов с погрешностью 10-5 . , , -
нение отражателей практически снимает проблему требуемых для этого отношений принятых сигналов к шуму.
,
возможность создания стационарной дистанционной акустической аппаратуры для
200 .
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. . ., . ., . ., . . -ля скорости звука в жидкой среде. Авторское свидетельство СССР №958868, 1982, БИ №34.
2. . ., . ., . .
измерителя профиля скорости звука. Депонированная рукопись, ВИНИТИ №685583 , 9 .
3. . ., . .
в жидкой среде. Авторское свидетельство СССР №146019, 1989, БИ №37.
4. . ., . . -
стых сред // Геология и геофизика. 1981. №7. С.81- 88.
5. . .
//
Известия АН СССР. Физика океана и атмосферы. Т.20. 1984. №2. С.199 - 203.
СПОСОБЫ АКУСТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДОННЫХ ГРУНТОВ И ОСАДКОВ В.Н. Максимов
Изучение структуры дна морей, особенно в прибрежной и шельфовой зонах позволяет определять степень их покрытия илами и наносами, консистенцию отло-
,
полной экологической картины состояния водных бассейнов.
В настоящее время при исследовании донных осадков широко используют методы акустического зондирования [1,2], основанные на способности акустических сигналов отражаться и преломляться на границах раздела сред с различными акусти-
.
При этом используют в большинстве случаев обычные гидроакустические , . получить информацию о характере грунта (скадьный, илистый) и частично о толщи. -, .
В работе [3] показано, что расширить частотный диапазон измерений традиционных гидролокаторов можно, используя высшие гармоники излучаемого акусти-, . получать информацию не только о модуле, но и о фазе коэффициента отражения . -
, , .
Аналогичную информацию можно получить и при использовании локатора, описанного в работе [4], в котором для получения информации о характере грунта используют два низкочастотных разностных сигнала с частотами ^ и 2К
Данным устройствам присущи, однако, недостатки, связанные с тем, что в них используют сигналы, отличающиеся по частоте в два раза. Условия распространения таких сигналов различны, что приводит к уменьшению дальности лоцирования и надежности получаемых результатов.
В работе [5] приведено описание локатора, в котором используют фазосвязанные сигналы, частоты которых относятся не как 1/2, а как п /(п+1), где п может быть равно 2, 3, 4...
На рис. 1 представлена функциональная схема локатора, на рис. 2 - эпюры напряжений, а на рис. 3 - спектрограммы сигналов в различных точках локатора.
