Способ дистанционного определения вертикальных перемещений стратифицированной среды

)енюк В. Н. Измеконтактной алек- "Океанология",раОПРЕ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОВ ЕТЕЧИй И ОТНРЦТИЙ ОПИСАНИ(46) 07.11.83, Бюл, Ж 41,(72) В, П, Шевцов и А. С. Саломатин (71) Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного научного центра АН СССР(56) Шауб Ю, БДемранив .внутренних волнтрической установкой.1978, 18, Я 1.2. Андреева И. БМакштас Я. П. Колебания глубин звукорассеиваюших Ълоев и внутренние волны, "Океанология", 1976, 16, В 3, с. 436-440 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГОДЕЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕШЕНИЙ СТРАТИФИЦИРОВАННОЙ ,СРЕДЫ, заключаюшийся в том, что периодически излучают в среду импульсные,сигналы, регистрируют сигналы обратногорассеяния и по вариациям во времениинформативного параметра сигналовразличных посылок судят о перемещениисреды, отличающийся тем,что, с целью повьппения достоверности, и точности измерений, принимаемыйсигнал обратного рассеяния многокраъно стробируют путем деления его навременные подынтервалы, для каждоговременного подынтервала определяютзначения среднего уровня сигнала и гдиента, а в качестве информативного параметравыбирают их отношение,2 О срэдъе на необходимое количество слоев1052Изобретение относится к гипроакустическим и акустическим измерениям и может быть использовано пля измерения параметроВ Внутренних волн В Водоемах и атмосфере, а также при разработке и конструировании гидрофизических и метеорологических приборов,Известен способ дистанционного Опреед йеления вертикальных перемещений стратифицированной среды, заключающийся В том, что измеряют вариацию некоторой физической характеристики срецы, на пример электропровопности или температуры, с помощью системы распределенных по глубине цатчиков и по измеренным Вариациям и известному Вертикальному грапиенту соответствующего параметра вычисляют амплитуду внутренних волн, харектеризуюшуеовертикальные перемещения стратифипированной срецы 1 Е .Непостаток известного способа состоит в его сложности н малой точности. Например, пля измерения многомодовых внутренних волн в открытом оке ане необходима измерительная сила, соцержешая больедое количество датчиков и многоканальную кабельную линию пе-.редачи информации. Поставленная цель цостигается тем,что согласно способу пистанционногоопределения вертикальных перемещений стретифеецированной срзаье., зее 1 лачееошемуся В том, что периодически;:.злучеют в среду импульсные сигналы, регис.трируют сигналы обратного рассеяния и по,вариациям Времени информативного пара= метра сигналов различных посылок супят о перемещении срепы, принимаемый сигнал обратного рассеяния многократно стробируюг путем деления его не Временные поцынтервалы для. каждого временного попынтервале опрепег.,ю значения среднего уровня сигне: - и градиента, а в качестве информативн-: э па ртетра выбирают их отношение.Стробирование сеегнала по времени позволяет разбить озвученнуес толщу с заданной толщиной, определяемойоднозначно цлительностью стробируеошегоимпульсе и скоростью респросеренения звука в средеКежпъей выделенный участок сигнала соответствует определенному слою. Б вертикально стратифицированной среце кажпый такой слой имеетсвои акустические характеристики, чтообусловливает вариации уровеи принятого сигнала в пделах соответствующихНаиболее близким по техническойсущности и постигаемому результатук предлагаемому является способ дистан.ционного опрзделения вертпкельных перемешений стратифипированной среды, заключающийся в том, что периодическиизлучают в среду импульсные сигналы,регистрируют сигналы обратного рассеяния и по Вариапиям ВО Времени информативного параметре сигналов различныхпосылок супят о перемещении средьВ качестве информативного параметра выбирают интервал времени между посылкой сигнала и регистрацией обратногорассеяния2 ,Указанный способ имеет ограниченное применение, тек как позволяет плеер деееять вертикальные перемещения срэды лиеееь тогда, когда в среце имеются достаточно хорошо выраженные звукооассеиве юшие слои, например, обусловленные скоплением каких-либо материальных объектов. Так как в большинстве случаев границы звукорессеиваюших слоев размытыспособ имеет невысокую точность и достовер 55ность,Иель изобретения - повышение достоверности и точности измерений. участков сигнале. Величина этих вариаций прямо пропорциональна вертикальному градиенту рассеивающих свойств ивеличине перемещений, Таким образом,определяя значения среднего уровня впределах каждого поцынтервепе н егоградиента и выбирая в качестве информативного параметра их отношение судятО перемещении среды, По вариецияминформативного параметра опрецеляемыхпо всей совокупности сигналов измеренияопрэделяеот параметры вертикального перемешенеея стретифицированной среды,например частоту и амплитуду вертикальных колебаний среды, происходящихпоп пействи 8 м поля тяж 8 сти 88 мли, етакеке скоро:ть распространения возникающей при этом волны и ее частоту(таК НаЗЫВЕ 8 МаЯ ВЧУТР 8 ННЯЯ ВОЛЕа),Поскольку внутренние волны характеризуются крайне низкими частотами колебаний, с целью определения их вертикальной структуры обработку осуществляют в информативной полосе частот спектра сигналов путем их частотной фильтрации. При этом, с целью повышения точности определения параметров колебаний Вну тренних ВОлн к их мод оВОй5 О 55 структуры, Выпнсляют функпю Взамной корреляции между вариациямНнформативнОГО ца раме т:я.Предлагаемый способ был использ- ван пля измеренк;- параметров вчутрэнних Волн В океане, 1 Спсльзсеался штат ный судовой эхсг,от, В Водную среду в вертикалном Направлении периодически излуали акстические импульсы длительностью 10. мс с перкопом повтс- Ю рякя 1,1 с. Так как средняя величина скорости звука в морской воде равна 1500 м," то указанный период повторенк импульсов излучения позволяэт проводить наблюдения в слое от повсрхпостк 1 до глубин:-. 825 м. Для того, чтобы исключить просачивание сигналов 1:."у чения очередного импульса в кзмерктел 1-,- ный канал, прием сигналов обратного рассеяния произво-.,и-ся В течение . с после окончания излучения, т.е. прицпмалрсь сцгналы, рассеянные В слсе 7,5: 757,5 м, Слой выше 7,5 м, сигнал рассеяния от которого приходит к приемнику во, время, когда излу чение еше не закончилось, из наблюпения исключался, Его толщина определяется длительностью импульса излу=-. чения и при длительности 10 мсек равна 7,5 м, Принятые сигналы обратного рассеяния усиливались и петектировались, При этом путем использования автоматической времязависимой по линейному закону регулировки усиления (начиная с момента излучения каждого импульса)35 производили корректировку уровня скгнала с целью устранения влияния на него сферического расхождения. Прсдетектированные сигналы длительностью 1 с пля каждого импульса излучения через4 аналого-цифровой преобразователь, имев- ший частоту квантования 2 кГц, подавались на ЭВМ, Здесь кажпый сигнал разбивался по времени на 25 равных попынтервалов длительностью 40 мс4 (80 отсчетов), Таким образом, весь слой наблюдения тол ной 750 м разделялся на 25 слоев толшиной по 30 м,Для каждого из вьшеленных слоев определяли средний уровень сигнала рассеяния и его вертикальный градиег";, При этом пля вычисления вертикальнс -о градиента весь сигнал длительностьк 1 с сначала сглаживался цифровым коси-;усфильтром с масштабом сглаживани 1, равным половине толщины слоя. Величину градиента вычисляли как отношечие разности отсчетов сигнала рассеяния на верх.Ней и нижней границах каждого слоя к толщине слоя; Далее определяли информатк 1 й параметр и.полученные его знац, .я заносили вс внешнюю память ЭВМ. Указанные операции повторяли пля каждого кз 10 тыс. импульсов излучения в - ;чецце 3 ч. После этого проводили обработку накопленных р-.зультатов наблюдени" с целью определения вертикальной структуры внутренних волн и оценки их параметров, Для этого ряды значений нормиоованного среднего уровня сигнала рассеяния пля каждого слоя фильтро Вали ццфровым способом В информативной полосе частот 3 10 ф - 2 10 2 Гц. Вразут ьтате определяли амплитуду Вертикаль ных колебанкй среды, обусловленных кине.а ".г:.е".:м з,".у"1 эктом внутренних волн ука ,. в .энне:.о дкапазсна частот, Для оценки вк-.па волк разлк;цых частот фильтрсвац 11;.- э ряды значецкй для кажпого слоя подвергали спектральному анализу. Для всех слоев функция спектральной плотности имела максимум на частоте 9,8 10 Ъ 1, что с цпетельствует о преобладающей роли волн этой частоты во всей озвученной толще водной срэпы.Для выявления вертикальной структуры волн вычислялк коэффициент взаимной коррэляццц между. значениями инафформатквцого параметра в разных слоях. При этом значения коэффициента корре ляцкц с увеличение: расстояния между слсямц медленно;-.;ецьшилось, но нигде не псстигалк нуля, Следовательно, в данном случае имели место вертикальные колебания одчой цкзшэй моды.В другом варкэу 1 те реализации способа все операции выполнялись с помощью аналоговых электроннь 1 х средств, в состав которых входили интеграторы, фильт ры низких частот, электронные ключи и другие устройства. Иа выходе формировались электрцческце сигналы, вариации которых по напряжению отображали вертккальиые колебания среды В разных слоях, Эти сигналы подаВались на само писцы либо многоканальную систему циф ровой регистрации типа К/2, Дальнейшуюс обработку по анализу колебаний (спектрально-коррзляционную) выполняли на ЭВМ.Применение способа позволяет повысить достоверность и точность измере ний, так как при этом исключается операция измерения гипрофизических параметров контактными датчиками, а также отпапает необходимость наличия на требуе мых глубинах хорошо выраженных звуко рассеивающих слоев.