Способ зондирования водной среды Советский патент 1989 года по МПК G01V1/38 

1

Изобретение относится к геофизике, океанологии, гидроакустике и может быть использовано при изучении акустических характеристик водной толщи.

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.

Способ работает по одному из трех основных вариантов следующим образом.

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 t до автономного приемного устройства акустических сигналов (гидрофона), установленного в заданной точке и расположенного на глубине 10-100 М.

4

О СО 4

31

3. Вместо автономного приемного устройства по варианту 2 используют неподвижное или двюкущееся судно, оснащенное многоканальным приемным устройством.

Основные характеристики источника: используемая частота fy и энергия F(K.), передаваемая i - нормальной моде за период, которая определяется конструктивными .особенностями источника и его скоростью в ходе эксперимента. К;. - волновое число, i - 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 15- 20 длин волн, а аплитуда должна быть до.статочна для регистрации колебаний на максимальном расстоянии от источника, которое используется в ходе эксперимента;

f Ci з-и - ;

А

н

Т5-20 де Crt - априорно известная скорость

звука в жидкости, - длина волны.

Для повышения точности восстановения верхней части разреза выше первого волновода необходимо увеличение используемой частоты исходя из формулы: f J 8-10f.

Оптимальная- частота определяется путем математического моделирования эксперимента по априорным данным, затем уточняется в ходе эксперимента по апостериорным данным.

Минимальная длина приемного уст- poйctвa по варианту 1 или минимальное изменение расстояния между источником и приемным устройством по вариантах 2 и 3 L определяется необхо- димостью разделения нормальных мод, возбуждаемых источником на частоте f.. , и получения a mлитyд и волновых чисел этих нормальных мод согласно приближенной формуле;

где V, - фазовая скорость i-ой нормальной моды, вычисляемая при математическом моделировании.

Максимальный шаг по расстоянию от источника ЛЬ, с которым выполняются

10

15

измерения акустического поля на частоте fy,- шаг дискретизации:

л т - -М1 /3L - „,, ,

где С |„цц минимальная скоробть звука в жидкости.

Измерения акустического поля выполняются при движении источника вдоль профиля с постоянной скоростью и через равные интервалы времени:

20

25

30

35

40

45

UL

-и .

Наименьшая длительность регистрации в этих точках:

С - -2- fa

что позволяет вычислить амплитуду и фазу монохроматического колебания на

частоте f.

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 fn сигналов источника и приемной системы, определение фазы и амплитуды монохроматического колебания, построение функции Ф(г) зависимости фазы и амплитуды монохроматического колебания частоты f от г; вычисление прес бразования Фурье - Бесселя от Ф(г); определение 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 .Штурма-Лиувилля Р 2KiAi - F(K,)

определение зависиомости скорости звука С от координаты глубины х по формуле

U

d2

W1 2/- lnldetW(x)J ,

СЧх)

dx2

где W(x) - квадратная матрица с эле50 ментами:

2sh((.lx) (,)

L

X

к s + К

55

2sh((Ks-K,)x) л (2х- К,Ср

Кг волновые числа S- нормальной моды, cTgr- символ Кронекера.

гвключающей пегвьш волновод и ниже расположенные слои, где С - скорость звука в водной среде, И - толщина I всего исследуемого интервала, а затем по формуле fv,.i (150-200)С/И для части разреза над nepBbt волноводом регистрируют акустическое поле на базе, длина которой определяется фор- Формула изобретения ю мулой

Вычисление по приведенным формулам производят с помощью специального алгоритма.

Способ позволяет повысить эффективность изучения распределения скорости звука в толще мирового океана.

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.

Способ зондирования водной среды, L - включающий излучение и измерение акустического поля у поверхности водной среды и обработку полученных данных 15 с определением зависимости скорости звука от глубины, отличаю-- щ и и с -я тем, что, с целью расширения области применения способа за счет его использования в средах с 20 волноводами и повышения производительности зондирования при повышении помехоустойчивости за счет накопления стационарного сигнала и подавле 2 макс

U 1,7. .

Vj + j Vi

где V- - фазовая скорость 1-й нормальной моды, проводят узкополосную фильтрацию на частотах f w i,z определяют зависимость фазы и амплитуды отфильтрованного синусоидального сигнала от расстояния по горизонтали между источником и при- емником, рассчитывают преобразование Фурье-Бесселя от полученной зависимости, определяют волновые числа нормальньгх мод К,, при которых

ния нестационарных шумов, акустичес-25 достигаются максимумы модуля преобра- кое поле создают с помощью монохро- зования Фурье-Бесселя, и приведенные матического источника, частота кото- к источнику амплитуды этих нормаль- рого выбирается сначала по формуле ньос мод, после чего определяют зави(1-, (15-20)С/Н для части разреза.

41

симость скорости эвука от глубины.

2 макс

U 1,7. .

Vj + j Vi

L -

где V- - фазовая скорость 1-й нормальной моды, проводят узкополосную фильтрацию на частотах f w i,z определяют зависимость фазы и амплитуды отфильтрованного синусоидального сигнала от расстояния по горизонтали между источником и при- емником, рассчитывают преобразование Фурье-Бесселя от полученной зависимости, определяют волновые числа нормальньгх мод К,, при которых

достигаются максимумы модуля преобра- зования Фурье-Бесселя, и приведенные к источнику амплитуды этих нормаль- ньос мод, после чего определяют завидостигаются максимумы модуля преобр зования Фурье-Бесселя, и приведенны к источнику амплитуды этих нормаль- ньос мод, после чего определяют зави

симость скорости эвука от глубины.