ИСТИНА

Проект направлен на создание полной схемы акустического мониторинга больших (сотни и тысячи километров) регионов океанов и мелких морей, пресноводных водоёмов. Такой мониторинг необходим для оценки параметров различных типов неоднородностей (рефракционных, обеспечиваемых преимущественно неоднородностью температурных полей, кинетических - течений и синоптических образований) и их динамики в целях наблюдения за климатом, в мелком море - также для освещения подводной обстановки в народнохозяйственных и оборонных целях. В настоящее время такая информация собирается, преимущественно, локально - стационарными станциями и датчиками автономных подводных аппаратов, что не может отражать всей полноты картины и её изменения в реальном времени. Акустическое излучение - единственное, способное распространяться под водой на такие расстояния, однако дороговизна и сложности, как инженерного характера (необходимость установки и обслуживания громоздких низкочастотных излучателей, контроля позиций гидрофонов распределённых антенных систем) и обработки данных при решении как прямой задачи распространения звука, так и обратной задачи восстановления значений оцениваемых параметров) не позволила схемам акустического мониторинга выйти за рамки отдельных экспериментов. Ситуация кардинально изменилась в последние годы, после того как (в том числе в работах автора проекта) были получены фундаментальные результаты, позволившие теоретически решить упомянутые проблемы и использовать естественные шумы моря вместо активных источников и неконтролируемые антенные системы или даже одиночные приёмники. К настоящему времени доказана теоретически и экспериментально принципиальная возможность выделения в таких упрощённых подходах отдельных лучей и мод океанического и мелководного водоёма, их чувствительность к вариации оцениваемых параметров. В результате выполнения предлагаемого проекта будет построена схема оценки параметров водной среды и изучена возможность оценки некоторых параметров дна мелководного водоёма по этим вариациям мод и лучей, найдены оптимальные условия работы схемы мониторинга в различных условиях, в том числе в условиях ледового покрова. Также будут получены новые результаты по изучению распространения акустических полей в сложных условиях нестационарных во времени и пространстве мелководных водоёмов, и подходы к решению задач инверсии.

The project is aimed to develop the complete scheme for acoustic monitoring of large (hundreds and thousands of kilometers) regions of the oceans and shallow seas, also freshwater lakes. Such monitoring is necessary to estimate the parameters of different types of the inhomogeneities (refractive, provided mainly by inhomogeneity of temperature fields, kinetic - currents and synoptic formations) and their dynamics for observing the climate, in the shallow sea also for illuminating the underwater environment in economic and defense purposes. Nowadays such information is collected, mainly, in local points, by stationary stations and sensors of autonomous underwater vehicles, that doesn’t allow to have all the fullness of the picture and its change in real time. Acoustic radiation is the only one that capable to propagate under water for such distances, however, both high cost and complexities - engineering complexity (the need for installation and maintenance of cumbersome low-frequency radiators, monitoring the hydrophones position of distributed antenna systems) and processing data complexity in the solving process of the direct problem of sound propagation, and in the solving process of the inverse problem of restoring the values of the estimated parameters) did not allow the acoustic monitoring schemes to go beyond the experiment stage. The situation has changed in recent years, after fundamental results were obtained (also due to the works of this project authors) that allowed to solve theoretically the above problems and use natural sea noise instead of active sources and uncontrolled antenna systems or even use the single receivers. To date, it has been theoretically and experimentally the principle possibility, to separate rays and modes of both the ocean and shallow sea in such simplified approaches, also their sensitivity to the variation of the estimated parameters. In proposed project a scheme for estimating the parameters of the underwater environment will be developed and the possibility of estimating some parameters of the shallow sea bottom from these modes and rays variations to be studied. Optimal conditions for the operation of the monitoring scheme in various conditions, including ice cover conditions to be find out. Also new results will be received on the study of the acoustic fields propagation in the complex conditions of shallow water that are unsteady in both time and space, new approaches to solving inversion problems to be developed.

1. Экспериментально получена картина распространения акустических волн в мелком водоёме. 2. Восстановлена модовая структура мелкого водоёма, изучена её изменчивость по временам года. 3. Методами теории возмущений проведено решение обратной задачи восстановления неоднородностей водного слоя в пассивной схеме с использованием одиночных гидрофонов. 4. Изучена возможность восстановления параметров дна в той же схеме. 5. Изготовлено новое гидроакустическое оборудование в целях обеспечения работоспособности разрабатываемой схемы и поставлена серия экспериментов в условиях полигона.

1. Авторами разработана теоретически и промоделирована численно пассивная схема томографии океана. 2. Авторами обработаны результаты экспериментов в Баренцевом море и Флоридском проливе, в результате которых удалось выделить отдельные моды и лучи. 2. Авторами разработаны, созданы и испытаны вертикальные антенны переменной длины (для мелких водоёмов) и многоканальная система сбора данных. 3. Авторами показана теоретически и промоделирована численно возможность одновременного восстановления методами акустической томографии параметров мелкого моря в условиях влияния дна. 4. Авторами получены в результате эксперимента первые данные, говорящие о возможности в условиях мелкого волновода восстанавливать импедансные параметров дна, используя моды, возбуждённые на околокритических частотах.

Целью проекта является построение полной схемы акустического мониторинга как глубокого моря, так и мелких морей и пресноводных водоёмов при минимальных требованиях на аппаратную часть, а именно: восстановление неоднородностей рефракционного поля, динамических неоднородностей разных временных масштабов, параметров дна мелкого моря. Основные задачи проекта. 1. Развить теорию распространения модовых сигналов применительно к условиям мелководного водоёма, в том числе в условиях ледовой поверхности, в целях решения прямой задачи. Необходимо для расчёта фоновых значений поля. 2. Для использования методов шумовой интерферометрии решить теоретически задачу выделения мод в схеме шумовой интерферометрии в условиях наличия неизотропных источников. Необходимо для использования разработанной схемы в регионов интенсивного судоходства. 3. Исследовать вопросы выделения старших мод из корреляций принятого шумового сигнала, используя информацию о фазовых характеристиках корреляционного сигнала. 4. Используя методы теории возмущений разработать теоретически метод восстановления неоднородностей водной среды и, в случае мелкого моря, дна по выделенным модам из корреляций шумовых сигналов. 5. Изучить вопрос о возможности восстановления геопараметров по выделенным модам на околокритических частотах. 6. Развить разработанные ранее методы восстановления неоднородностей в лучевом подходе. Сравнить модовый и лучевой подход в аспекте рассматриваемой задачи. 7. Разработать системы акустических антенн и сбора данных, максимально адаптированных под указанную задачу. 8. Провести натурный эксперимент для адаптации разработанной схеме в условиях полигона, в том числе на перекрёстных трассах.