Способ определения характерных размеров неоднородностей в водной среде

сОюз сОВет скихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 789945 А 19)(51)5 6 01 5 7/5 ГОСУДАРСТВЕННОВЕДОМСТВО ССГОСПАТЕНТ СС ПАТЕНТНО ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ СВИ ЛЬСТВ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРНЫХ РАЗМЕРОВ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В ВОДНОЙ СРЕДЕ(57) Изобретение относится к области дистанционного исследования океана, Цельк) изобретения является повышение достоверности определения характерных разме. ров неоднородностей, что достигается измерением одновременно со звуковым давлением амплитуд двух взаимно ортого-; нальнцх проекций колебательной скорости Изобретение относится к области дистанционного исследования океана и может быть использовано при изучении влияния случайных нводнорадностей в водной среде на стабильность акустических параметров сигналов, распространяющихся вдоль протяженных трасс,Известен способ определения характерных размеров неоднородностей в океане, основанный на измерении температуры водной массы по глубине, температурных разрезов водной массы вдоль трассы распространения сигнала, определении флюктуации температуры и расчете интегрального размера неоднородностей. 2на горизонтальную плоскость и разности фаз между ними и звуковым давлением и расчете характерного размера неоднородностей по формуле а " 2 Б (,иг/, где (,и- дисперсия относительных флюк 2туаций скорости звука,- дисперсия направления переноса энергии звуковой волны, р = агст 9(р (т)Чх (тсаз(Р, Чх)2/ /(Р(т)ЧУсов(Р ЧУ)2/2, - измеренные значения звукового давления и проекций колебательной скорости на взаимно ортогональные в горизонтальной плоскости направления х и у, сов (р,Ч 1) - косинус разности фаз между давлением и компонентами колебательной скорости Ч 1 ( - х,у), : символозначает усреднение за время т, которое больше периода колебаний в волне, г - горизонтальное расстояние между точками излучения и приема; Данный Способ весьма трудоемок и требует больших временных затрат и сложной последующей отработки трехмерной информации о температурных разрезах. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения характерных неоднородностей в водной среде, включающий излучение тонального звукового сигнала в одной тачке среды и прием сигнала, прошедшего через среду, в другой точке, измерение амплитуды звукового давления и флюктуаций скорости звука в точке приема.и расчет характерных размеров неоднородностей.= агс дисперсия угла р может бытьтандартным образом.женный способ реализуется слеразом. Опускают на заданнуюучатель тонального сигнала часывая, что затухание звука в водес повышением частоты, целесобирать частоту 1 в диапазоне отГц. Ниже 50 Гц часто возникаютвязанные с увеличением уровняродинамического происхождеистрации сигнала, На расстоя 2 ла- у - размещают приемную После этого вычислена сПредло дующим об глубину изл тотой 1. Учит возрастает образно вы 50 Гцдо 1 к трудности,с шумов гид ния при рег нии г систему, .Характерный размер неоднородностей а в океане находится в пределах от нескольких метров до сотен метров. Дисперсия р будет тем больше, чем больше расстояние г, поэтому приемную систему и излучатель следует разнести на большое расстояние, Для океана при его характерных значениях а оно составляет десятки километров,Глубину погружения приемной системы и излучателя выбирают такой, чтобы величина ,и ) была бы по возможности наибольшей. Этому условию, как правило, отвечают глубины непосредственно под те моклином т.е. 4 от 20 до 100.150 м, гдеи ) 10 10 . Наиболее вероятные значения кусая ) на глубинах 1 км и более равны 10 10 . Акустическая часть приемной системы включает в себя размещенные выражения правую часть в формуле(4) можно переписать в виде1 т 1Р(т)Ч(т)с 3 = - РЧ соя(Р, Ч);2где Р и Ч - соответственно амплитуды поля звукового давления и 1-ой проекции колебательной скорости,Соответственно, для среднего значения р, входящего в выражение для углового распределения ЧЧ( р), имеем:45 50 Выполняя быстрое преобразование Фурье над величиной флюктуаций пеленга, можно косвенно производить классификацию причин возникновения таких флюктуаций.Например, наличие в спектре о (т) частот порядка 10 Гц свидетельствует, как правило, о взаимодействии с взволнованной поверхностью, частоты порядка 10 10 Гц характерны для рассеяния на неоднородностях, вызванных короткопериодными внутренними волнами. в непосредственной близости друг от друга(или в одном корпусе) гидрофон и векторныйприемник, внутри которого может бытьвмонтирован компас для компенсации не 5 больших нестабильностей пространственной ориентации каналов векторногоприемника.Для повышения отношения сигнал/помеха причимаемые сигналы пропускаются10 через узкополосный фильтр, настроенныйна частоту 1, задается интервал времени т;кратный периоду Т = 1/1, организуются выборки из измеренных значений сигналов иразностей фаз между Р, Чх и Чу, усреднен 15 ных за время т, и затем определяютсязначения о(т),Направление на источник звука не зависит от наличия флюктуаций амплитуды и фазы распространяющегося сигнала.20 Следовательно, предлагаемый способ автоматически исключает влияние многолучевости и взаимных интерференционныхэффектов в вертикальной плоскости, повышает достоверность определения характер 25 ных размеров неоднородностей,Если считать, что точность определенияотносительных изменений с учетом показания компаса составляет 0,5,1 О, то для характерных для океана значений30 104 получаем верхний предел размеровнеоднородностей в зависимости от расстояния г:а 4 10 г.В проведенных экспериментах в океане35 по оценке характерных размеров неоднородностей расстояние между точками излучения и приема составляло 35 км, ахарактерный размер неоднородностей былблизок к 15 м.401789945 Составитель В, Телятников,Техред М.Моргентал Корректор О. Густи Редактор Г. Бельская Заказ 348 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 формула изобретения Способ определения характерных размеров неоднородностей в водной среде, включающий излучение тонального звукового сигнала в одной точке среды и прием сигнала, прошедшего через среду, в другой точке, измерение звукового давления и флюктуаций скорости звука в точке приема и расчет характерных размеров неоднородностей, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности определения характерных размеров неоднородностей, дополнительно измеряют одновременно со звуковым давлением амплитуды двух взаимно ортогональных проекций колебательной скорости на горизонтальную плоскость и разности фаз между ними и звуковым давлением, а характерный размер неоднородностей рассчитывают по формуле а=2 Й р- ,г гугде р- дисперсия относительныхфлюктуаций скорости звука;у -дисперсия направления переносаэнергии звуковой волной;/ Р (т)Ч(т)сов(р, Ч)у/,Р(т), Чф), Ч 4 с) - измеренные значения звукового давления и проекций колебательнойскорости на взаимно ортогональные в горизонтальной плоскости направления Х и У;соз(Р Ч) - косинус разности фаз междудавлением Р и компонентом колебательнойскорости Ч ( Х, т);символ- усреднение за время т,которое больше периода колебаний в волне;г - горизонтальное расстояние междуточками излучения и приема.