Способ зондирования водной среды
Изобретение относится к геофизике и может быть использовано при .изучении скоростного разреза водной ТОЛЕ5И океанов. Целью изобретения является расширение области применения способа за счет его использования в средах с зонами пониженной скорости (волноводами) и повышение производительности зондирования при его помехоустойчивости за счет накопления стационарного сигнала и подавления нестационарных шумов. В качестве источника монохроматических колебаний используют звук вращения винта судна или вертолета. В различных вариантах реализации способа непрерывно изменяют расстояние между источником и приемной системой, расположенной в приповерхностном слое, или судно-источник буксирует в приповерхностном слое многоканальную при-емную систему. Путем последующего анализа стационарного волнового поля, наблюдаемого на различных расстояниях от источника , восстанавливают распределение скорости звука в воде по вертикали.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н Д BTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4171755/24-25 (22) 04.12.86 (46) 30.03.89. Бюл. ¹ 12 (71) Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта и Южное отделение
Института океанологии им. П.П.1диршова (72) В.М.Маркушевич, Л,И.Коган, В.Е.Федоров и Н.Н.Новикова (53) 550.83(088.8) (56) Морские геофизические исследования. М.: Недра, 1977, с. 70-73, 75-81.
Вайхарт Г.Ф. Применение геофизических методов и оборудования в исследованиях морского дна. В кн. Акустика дна океана. M.: Мир, 1984, с..47-49, 54-57. (54) СПОСОБ ЗОНДИРОВАНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ (57) Изобретение относится к геофизике и может быть использовано при .изучении скоростного разреза водной толпищ океанов. Целью изобретения явl
Изобретейие относится к геофизике, океанологии, гидроакустике и может быть использовано при изучении акустических характеристик водной толщи.
Целью изобретения является расширение области применения способа эа счет его использования в средах с зонами пониженной скорости (волноводами) и повышение производительности зондирования при его помехоустойчивости за счет накопления стационарного сигнала и подавления нестационарных шумов.
Способ работает по одному из трех основных вариантов следующим образом.
„„SU, 1469486 дц 4 G 01 V 1/38 ляется расширение области применения способа эа счет его использования в средах с зонами пониженной скорости (волноводами) и повышение производительности зондирования при его помехоустойчивости за счет накопления стационарного сигнала и подавления нестационарных шумов, В качестве источника монохроматических колебаний и пользуют звук вращения винта судна или вертолета. В различных вариантах реализации способа непрерывно изменяют расстояние между источником и приемной системой, расположенной в приповерхностном слое, или судно-источник буксирует в приповерхностном слое многоканальную приемную систему.
Путем последующего анализа стационарного волнового поля, наблюдаемого на различных расстояниях от источника, восстанавливают распределение скорости звука в воде по вертикали.
1. Монохроматический источник (например, вертолет или судно, звук вращения винта которого используется для создания стационарного акустического поля) движется вдоль профиля с постоянной скоростью (0,5-20 узлов), буксируя в приповерхностном слое многоканальное приемное устройство косу.
2. Источник движется так, что Меняется расстояние г до автономного приемного устройства акустических сигналов (гидрофона), установленного в заданной точке и расположенного на глубине 10-100 м.
1469486
15
30
40
3. Вместо автономного приемного устройства по варианту 2 используют неподвижное или движущееся судно, оснащенное многоканальным приемным устройством.
Основные характеристики источника: используемая частота f. и энери гия F(K,), передаваемая т — нормальной моде за период, которая определяется конструктивными .особенностями источника и его скоростью в ходе эксперимента. К;. — волновое число, нормальной .моды.
Частота монохроматического источника подбирается исходя из требуемой детальности восстановления скоростного разреза и глубины исследования так,,чтобы на изучаемом интервале глубин Н укладывалось не менее 1520 длин волн, а аплитуда должна быть достаточна для регистрации колебаний на максимальном расстоянии от источника, которое используется в ходе эксперимента:
Сц Н
f Л
Л 15-20 где ф— априорно известная скорость звука в жидкости, — длина волны.
Для повышения точности восстановления верхней части разреза выше первого волновода необходимо увеличение используемой частоты исходя из формулы: f = 8-10f .
Оптимальная. частота определяется путем математического моделирования эксперимента по априорным данным, за- тем уточняется в ходе эксперимента по апостериорным данным.
Минимальная длина приемного устройся ва по варианту 1 или минимальное изменение расстояния между источником и приемным устройством IIo вариантах 2 и 3 L определяется необходимостью разделения нормальных мод, возбуждаемых источником на частоте
Й1, и получения амплитуд и волновых чисел этих нормальных мод согласно приближенной формуле. 50измерения акустического поля на частоте f»- шаг дискретизации:
С мнн
3L
2Еи где С м„н — минимальная скорость звука в жидкости.
Измерения акустического поля выполняются при движении источника вдоль профиля с постоянной скоростью и через равные интервалы времени:
dL
Ll t
U I
Наименьшая длительность регистрации в этих точках:
I
fu что позволяет вычислить амплитуду и фазу монохроматического колебания на частоте
Первичная информация кодируется в формате обрабатывающей ЭВМ и консервируется на магнитном носителе, одновременно она обрабатывается на
ЭВМ в реальном времени.
Обработка включает выполнение следующих операций: полосовая фильтрация на частоте источника f сигналов источника и приемной системы, определение фазы и амплитуды монохроматического колебания, построение функции
Ф(г) зависимости фазы и амплитуды
1 монохроматического колебания частоты
f > от r; вычисление преобразования
Фур ье — Бесселя от Ф (г); опр еделение волновых чисел К., при которых дости-гаются максимумы преобразования от
Ф(г) и величин этих максимумов А;.
Кроме того, определение скачков спектральной функции С для краевой задачи 111турма-Лиувилля
2К; А„
С г(к.) определение зависиомости скорости звука С от координаты глубины х по
Г формуле г у
2- — 1njdetW(x)), С (х) Дхг где W(x) — квадратная матрица с элементами:
2 -1 ;+, — макс
4 I V) - + где V 1 — фазовая скорость i-ой нормальной моды, вычисляемая при математическом моделировании.
Максимальный шаг по расстоянию от источника BL с которым выполняются
2sh((K s + К,2х)
5 " К
2зЬ((Кз Кt)х) к — к
5r
s г (1 — ds,.) х
4Кг
Ks, К, — волновые числа S .и гноркальиой моды, sr символ Кронекера
2 макс 1 +1
М 11,7.
20
Составитель С.Шапиро
Техред N.яндык Корректор М.Васильева
Редактор Н.Горват
Заказ 1358/53 Тираж 483 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям ири ГKHT СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., л. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент, r.ужг роц, i.i. .,i: рина,101
5 1469
Вычисление по приведенным формулам производят с помощью специального алгоритма, 5
Способ. позволяет повысить эффективность изучения распределения скорости звука в толще мирового океана.
Формула из обретения 10
Способ зондирования водной среды, включающий излучение и измерение акустического поля у поверхности водной среды и обработку полученных данных с определением зависимости скорости звука от глубины, о т л и ч а ю —— шийся тем, что, с целью расширения области применения способа за счет его использования в средах с волноводами и повышения производительности зондирования при повышении помехоустойчивости за счет накопления стационарного сигнала и подавления нестационарных шумов, акустическое поле создают с помощью монохроматического источника, частота которого выбирается сначала по формуле — (15-20)С/Н для части разреза, 486 6 включающей первый волновод и ниже расположенные слои, где С вЂ” скс рость звука в водной среде, Н - толщина всего исследуемого интервала, а затем по формуле f „. = (150-200)С/П для части разреза над первым волноводом регистрируют акустическое поле на базе, длина которой определяется формулой где V — фаэовая скорость -й нор1 мальной моды, проводят узкополосную фильтрацию на частотах f ... определяют зависимость фазы и амплитуды отфильтрованного синусоидального сигнала от расстояния по горизонтали между источником и приемником, рассчитывают преобразование Фурье-Бесселя от полученной зависимости, определяют волновые числа нормальных мод К., при которых
1 У достигаются максимумы модуля преобразования Фурье-Бесселя, и приведенные к источнику амплитуды этих нормальных мод, после чего определяют зависимость скорости звука от глубины.
