|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Активный и пассивный акустический мониторинг мелких и предельно мелких морей и природных водоемовНИР
- Руководитель НИР: Сергеев С.Н.
- Участники НИР: Дмитриев К.В., Шуруп А.С.
- Подразделение: Кафедра акустики
- Срок исполнения: 1 января 2015 г. - 31 декабря 2017 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): РФФИ 15-05-01183
- Номер ЦИТИС: 115021640064
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Рациональное природопользование
- ПН России: Рациональное природопользование
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.37.27 Акустика природных сред
-
Ключевые слова:
водоем, арктика, океан, море, антенна
-
Описание:
Проект направлен на разработку научных основ создания акустических методов и средств для мониторинга обширных мелководных акваторий в целях: научных, экономических и других. Актуальность темы обуславливается ростом интереса к освоению морского шельфа у берегов РФ, прежде всего в Арктике, необходимостью мониторинга состояния пресноводных водоёмов. В проекте предполагается построение теории восстановления параметров мелкого моря, изучение сопутствующих физических и математических аспектов, и, в конечном итоге, разработка схемы акустического мониторинга томографического типа с минимальными требованиями на технику и стоимость эксперимента, а также проведение самого эксперимента.
-
Abstract:
The project is aimed to the development of the basis for the acoustical methods for huge sea regions monitoring in purposes: scientific, economic and other. The investigation is actual due to the increasing interest to shallow water, especially in Arctic region, also in monitoring of the internal water recourses. The project study contains the theory for the shallow sea parameters reconstruction, investigation of corresponding physical and math aspects, and as a result – the construction of the acoustic tomography scheme with reduced requirements to the both equipment and price of the experiment.
-
Планируемые результаты:
1. Полностью разработанная схема акустического мониторинга мелководных водоёмов в активном и пассивном режиме, удовлетворяющая задекларированным в проекте целям, с исследованием оптимальных параметров её реализации. 2. Инверсия параметров среды по модовым сигналам. 3. Эксперимент томографического плана на перекрёстных трассах в мелководном водоёме и, по возможности, на морском полигоне. 4. Эксперимент в мелководном водоёме вдоль однолучевой трассы, направленный на выявление модовой структуры, определение расстояния и других параметров по переходу от непрерывного спектра к дискретным модам. 5. Эксперимент по изучению распространения звука в мелком водоёме при наличии ледового покрытия. Обработка и интерпретация данных, в том числе данных эксперимента 2016 года (требуется проведение дополнительного эксперимента).
-
Научный задел:
Ключевые результаты авторов, на основе которых планируется выполнение проекта: 1. Авторами разработана теоретически и промоделирована численно пассивная схема томографии океана, использующая собственные шумы океана в качестве источника сигнала. Метод, использованный авторами, «переоткрыт» в акустике, однако широко используется в квантовой теории поля. В настоящее время его пытаются использовать в гидроакустических целях разные авторы (W. Kuperman, О. Годин). Однако все известные работы используют корреляции принятых полей, в то время как авторами проекта разработан и апробирован численно и экспериментально подход, основанный на корреляции мод. Этот результат является оригинальным и позволяет сократить время накопления сигнала до величины, меньшей характерных времен изменчивости океанической среды, что и позволит, в итоге, построить схему томографии океана. 2. Авторами разработаны, созданы и испытаны вертикальные антенны переменной длины (для мелких водоёмов) и многоканальная система сбора данных на современной элементной базе, что позволит провести натурный эксперимент в естественных водоемах. Данный эксперимент является совершенно необходимым для апробации метода и определения путей его дальнейшего теоретического развития. Оригинальным является радиоэлектронная схема антенны, позволившая радикально снизить стоимость ее изготовления. 3. Авторами показана теоретически и промоделирована численно возможность одновременного восстановления методами акустической томографии параметров мелкого моря в условиях влияния дна. Авторам неизвестны аналогичные работы.
-
Основные результаты:
1. Полностью разработанная схема акустического мониторинга мелководных водоёмов в активном и пассивном режиме, удовлетворяющая задекларированным в проекте целям, с исследованием оптимальных параметров её реализации. 2. Инверсия параметров среды по модовым сигналам. 3. Эксперимент томографического плана на перекрёстных трассах в мелководном водоёме. 4. Эксперимент в мелководном водоёме вдоль однолучевой трассы, направленный на выявление модовой структуры. 5. Эксперимент по изучению распространения звука в мелком водоёме при наличии ледового покрытия. Обработка и интерпретация данных, в том числе данных эксперимента 2016 года.
- Добавил в систему: Сергеев Сергей Николаевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Активный и пассивный акустический мониторинг мелких и предельно мелких морей и природных водоемов |
| Результаты этапа: 1. Для условий мелкого водоема (до 200м) определить частотные полосы принимаемого шумового сигнала для нахождения времен распространения отдельных мод. Мелководный волновод обладает большой как межмодовой дисперсией, что позволяет сепарировать отдельные моды, выбирая частотный диапазон вблизи их критических частот, так и внутримодовой, что приводит к необходимости сужения частотного окна для каждой моды и, следовательно, к увеличению времени накопления сигнала. Этот вопрос решается путем выбора частотного окна вблизи минимума групповой скорости, где образуется стационарная точка скорости распространения данной моды. 2. Определить время накопления шумового сигнала. Данный вопрос является ключевым для практического применения акустической томографии. Ранее авторами была получена теоретическая оценка для случая глубокого океана. Случай мелкого моря нуждается в аналогичной оценке. Следует подчеркнуть, что развиваемый подход использует корреляцию мод (то есть двумерных объектов в представлении «вертикальные моды – горизонтальные лучи»), что предопределяет необходимость расчета времени накопления с учетом данной специфики. Полученные теоретические оценки предполагается сравнить с результатами натурных экспериментов, имеющихся в распоряжении авторов. 3. На основании данных эксперимента в Баренцевом море изучить зависимость отношения сигнал/шум от различных параметров: при изменении расстояния между приёмниками, при включении большего числа мод, формирующих принимаемое шумовое поле, при смещении центральной частоты используемого диапазона частот. Теоретически оценить связь отношения сигнал/шум со временем накопления шумового сигнала, результат сравнить с оценками, полученными из экспериментальных данных. 4. Разработать теорию восстановления неоднородностей в томографической схеме. В разрабатываемом подходе входными данными томографической схемы являются времена распространения отдельных мод. Для исследуемого региона строится двумерная карта распространения мод, обращение которой, например, с использованием МНК, позволит восстановить неоднородности моря (возмущение рефракции, течения и вихри) и некоторые параметры дна (рельеф, импеданс) на фоне некоторых, например, среднесезонных значений. В дальнейшем представляет интерес развить предлагаемый подход на динамические неоднородности, например, внутренние волны. 5. Изучить влияние на разработанную схему регулярных временных нестационарностей (приливы). По результатам – принять решение о компенсации или усреднении этого влияния. Для решения этого вопроса авторы проанализируют имеющиеся в их распоряжении данные натурного эксперимента в Баренцевом море методом скользящего временного окна. Наличие смещения пиков корреляций прихода мод с характерным для приливных явлений периодом означало бы наличие влияния, которое прид?тся компенсировать, например, «подкручивая» фазу распространяющихся мод. Необходимая величина может быть получена по данным с близкорасположенных гидрофонов. 6. Провести начальный натурный эксперимент на изготовленном оборудовании. На данный момент авторами проекта изготовлены и испытаны системы излучения приема, записи и обработки гидроакустических сигналов в широкой полосе частот, причем приемные элементы позволяют собирать вертикальные антенны с переменным шагом расположения гидрофонов. На первом этапе предполагается провести первоначальные эксперименты, ставящие своей целью отработать механизмы развертывания, позиционирования и записи данных в полевых условиях. С этой целью первоначальный эксперимент будет проведен на мелководье в озере «Карьер Сима» в лесном районе Московской области (ширина озера 300 на 50 м, глубина 2-3 метра, дно жесткое, в некоторых частях заиленное, в некоторых частях с сильным отрицательным температурным градиентом, что позволяет организовать разные трассы). Выбор озера обуславливается его удобными для начального эксперимента гидрографическими характеристиками, небольшой глубиной, позволяющей легко решать технические проблемы с развертыванием систем, труднодоступностью для отдыхающих и наличием в двух километрах от озера базы – пансионата МГУ. На данный момент были осуществлены пробные излучения активного сигнала и его запись. В результате планируемого эксперимента ожидается возбуждение модовой структуры на соответствующих частотах, накопление сигнала и попытка выделения времен распространения мод в пассивной двухточечной схеме с переменным расстоянием между антеннами. По результатам эксперимента будет принято решение о размещении антенн по периметру (то есть переходу к томографической схеме) и его возможном продолжении на полигоне на Клязьминском водохранилище (глубины порядка 10м). Таким образом, основные задачи первого года выполнения проекта – получить теоретические оценки для работы схемы в различных условиях, получить первые экспериментальные подтверждения разработанной схемы и оценки различных параметров работы этой схемы. | ||
| 2 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Активный и пассивный акустический мониторинг мелких и предельно мелких морей и природных водоемов |
| Результаты этапа: | ||
| 3 | 1 января 2017 г.-31 января 2017 г. | Активный и пассивный акустический мониторинг мелких и предельно мелких морей и природных водоемов |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".