Разработка и исследование методов повышения эффективности акустической разведки железомарганцевых конкреций

Клюев, Михаил Сергеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Разработка и исследование методов повышения эффективности акустической разведки железомарганцевых конкреций
ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование методов повышения эффективности акустической разведки железомарганцевых конкреций"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ им. П. П. ШИРШОВА

На правах рукописи УДК 551.463.21

РГБ ОД

КЛЮЕВ МИХАИЛ СЕРГЕЕВИЧ

2 2 МАЙ 2010

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АКУСТИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЬК КОНКРЕЦИЙ.

Специальность 11.00.08 — Окгаполопга.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учеяой степени кандидата физико-математических паук

МОСКВА — 2000

Работа выполнена в Институте океанологии им. П.ПШиршова РАН.

Научные руководители: академик РАЕН, доктор тех. наук, профессор Ястребов B.C.; кандидат фю.-мгт. наук Красиобородысо В.В.

Официальные оппоненты: доктор reoip. наук, профессор Айбулатов H.A. (ИОРАН); кандидат фю.-мат. наук Некрасов А.Н. (АКЙН).

Ведущая организация - ГН1Ш «СЕВМОРГЕО» (г.Санкт-Петербург).

Защита состоится «_»_2000 г. в_часов на заседании

диссертационного совета К 002.86.02 в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН по адресу: Москва, Нахимовский проспект, д.36.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН.

Автореферат разослан «_»_2000 г.

Ученый секретарь

специализированного совета, Панфилова С.Г.

кандидат географических наук

Актуальность темы. Всестороннее исследование минеральных ресурсов дна Мирового океана является одной из актуальных задач современной океанологии. Одной из разновидностью этих ресурсов являются железомартаицевые конкреции (ЖМК), которые занимают около 30% дна Мирового океана. Конкреции представляют собой дискретные округлые твердые рудные образования размером в несколько сантиметров с повышенным содержанием марганца, железа, меди, никеля и кобальта, расположенные на допной поверхности.

Приоритетная и ведущая роль в фундаментальных исследованиях же-лезомарганцевых конкреций принадлежит Институту океанологии РАН им. П.ИШиршова (Безруков П.Л., Мурдмаа И.О. и др.). К настоящему времени проведены многочисленные исследования физических, химических и геологических свойств конкреций, изучены процессы переизлучения звука конкрециями, разработаны методы их обнаружения и разведки и т.п.. Однако, несмотря на это, некоторые вопросы остаются не вполне решенными, в частности, задача повышения эффективности и достоверности разведки полей железомарганцевых конкреций.

Обнаружение и оценка параметров конкреций, расположенных на огромных донных площадях глубокого океана, является весьма сложной задачей. Наиболее производительными методами ее решения зарекомендовали себя дистанционные гидроакустические методы обнаружения и оценки параметров конкреций. Эти методы основаны на анализе усредненных энергетических и корреляционных характеристик переизлученного конкрециями звукового поля и реализуются с помощью гидролокатора бокового обзора, многочасшгаого эхолота, многоэлемешной антенны и т.п. (Жиг-ковский Ю.Ю., Бунчук A.B. и др.). Однако, точностные характеристики этих методов на практике остаются не вполне удовлетворительными.

Для повышения эффективности и достоверности акустических методов

обнаружения и разведай конкреций следует детально зкать различные свойства конкреций и их влияние на процессы переизлучения звука. Однако, несмотря на обширные и всесторонние исследования конкреций, некоторые их свойства до сих пор остаются недостаточно изученными. К ним относятся статистические закономерности взаиморасположения конкреций, влияние этих закономерностей на процессы нереизлучения звука конкрециями, адекватная акустическая модель конкреции, условия применимости приближения однократного рассеяния и т.п. Изучение этих вопросов позволит в итоге усовершенствовать существующие методы обнаружения и разведки железомарганцевых конкреций, а также разработать новые.

Наряду с гидроакустическими по-прежнему остаются актуальными контактные методы исследования конкреций, которые обеспечивают непосредственную информацию об их параметрах. Для повышения достоверности этих методов, а также натурных исследований конкреций следует, в частности, увеличивать точность позиционирования морских носителей (научно-исследовательских судов НЙС и подводных аппаратов ПА) относительно дна глубокого океана Одними из распространенных методов позиционирования НИС и ПА также являются гидроакустические, однако, их точностные характеристики не вполне удовлетворительны для ряда задач.

Для устранения этого недостатка был разработан высокоточный метод гидроакустического позиционирования с помощью многоэлементной антенны (Бреховских Л.М., Краснобородько В.В. и др.), пригодный, однако, лишь для поступательного движения судна Для практического использования этого метода следует обобщить его на случай произвольного движения, когда наряду с поступательным движением присутствует и вращательное. Усовершенствованный метод позволит повысить точность определения местоположения конкретных полей конкреций, что в итоге существенно увеличит достоверность океанологических исследований конкреций.

Целью работы является разработка и исследование методов повышения эффективности акустической разведки полей конкреций путем использование особенностей переизлучения ими звука, обусловленных закономерностями 1« взаиморасположения, доработки акустической модели коп-креции и усовершенствования методов позиционирования НИС и ПА.

Задачи исследования в соответствии с целыо рабош подразделяются на:

1. Исследование статистических закономерностей взаимного расположения конкреций на дне океана.

2. Изучите влияния этих закономерностей на энергетические и корреляционные характеристики переизлученного конкрециями звукового поля.

3. Усовершенствование акустической модели конкреции и определение условий применимости приближения однократного рассеяния.

4. Усовершенствование метода позиционирования НИС и ПА с помощью многоэлементной антенны для обеспечения исследований конкреций.

Научная новизна. В работе получены следующие новые результаты

1. Усовершенствованы способы получения оценок радиальной функции распределения конкреций по фотографиям их взаиморасположения.

2. Подтверждено наличие ближнего порядка во взаиморасположении кон-крелий и изучены новые количественные характеристики радиальной функции распределения конкреций.

3. Предложена статистическая модель взаимного расположения конкреций на дне океана, учитывающая ближний порядок.

4. Полу чено адекватное аналитическое приближение радиальной функции конкреций и пространственного спектра вариаций их концентрации с учетом ближнего порядка.

5. Получены выражения для коэффициентов рассеяния и отражения, горизонтальной и вертикальной пространственно-частотной корреляции переизлученного конкрециями звукового поля с учетом ближнего.

6. Усовершенствована акустическая модель конкреции, проведено ее сопоставление с экспериментальными данными, установлена ее адекватность и неадекватность альтернативных моделей.

7. Определены условия применимости приближения однократного рассеяния звука на конкрециях с учетом ее акустической модели.

8. Проведено численное компьютерное моделирование переизлучения звука конкрециями с учетом ближнего порядка и акустической модели конкреции и получено соответствие модельных и теоретических зависимостей.

9. Выявлены и проанализированы особенности энергетических и корреляционных характеристик переизлученного конкрециями поля, обусловленные ближним порядком, определены условия их проявления и проведено их сопоставление с экспериментальными данными.

Ю.Усовершенствован гидроакустический мегод высокоточного позиционирования НИС и ПА с помощью многоэлементной антенны для адекватного определения их угла поворота, вектора смещения и траектории движения, а также оценены его точностные характеристики.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы могут

использоваться для:

1. Адекватной статистической обработки фотографий расположения конкреций на дне океана;

2. Более детального понимания закономерностей взаиморасположения конкреций на дне океана;

3. Моделирования перегалучешя звука конкрециями с учетом ближнего порядка и акустической модели конкреции;

4. Более адекватной интерпретации экспериментальных особенностей переизлучения звука конкрециями;

5. Определения справедливости приближения однократного рассеяния звука конкрециями в реальных ситуациях;

6. Более адекватной интерпретации информации гидролокатора бокового обзора, многолучевого эхолота и других приборов при изучении конкреций;

7. Усовершенствования существующих падроахуспшеских методов дистанционного обнаружения и оценки параметров конкреций и разработки новых;

8. Разработки высокоточной гидроакустической системы позиционирования НИС и ПА в глубоком океане для обеспечения исследования конкреций;

9. В результате повышены эффективности и достоверности акустических методов обнаружения и разведки железошрганцевых конкреций.

Фактический материал. Фактические материалы получены в результате компьютерной обработки фотографий расположения конкреций, численного моделирования на компьютере взаиморасположения конкреций и переизлучения ими звука, экспедиционных исследований конкреций в 11 рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» (ИОРАН) и 2 рейсе НИС «Академик Борис Константинов» (АКИН), а также привлечения экспериментальных данных отечественных и зарубежных авторов.

Личный вклад автора. Все результаты диссертационной работы получены автором лично или в соавторстве. Автор провел сбор, обработку и анализ данных, создал алгоритмы обработки информации, разработал теоретические модели, провел теоретические расчеты, выполнял численное компьютерное моделирование, провел сопоставление теоретических расчетов с экспериментальными данными, проанализировал полученные результаты и подготовил научные публикация

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались на семинарах лабораторий гидролокации дна, распространения акустических волн и телеуправляемых подводных аппаратов и роботов ИОРАН, семинарах Акустического института (АКИН), а также докладывались на XI Всесоюзной акустической конференции (1991г.) и IV Международной научно-технической конференции «Современные ме-

тоды и средства океанологических исследований» МСОИ-98 (1998г.).

Публикации. По теме диссертации и смежным вопросам опублшеояано 20 работ, в том числе 9 статей в журнале Океанологии и Акустическом журнале, 4 доклада на конференциях и 7 отчетов по научно-исследовательским работам.

Структура а объем работы. Работа состоит из введения, трех глав, включающих в себя 12 параграфов, заключения, приложения и списка литературы. От содержит страниц текста, рисунков и наименований литературы.

Основные защищаемые положения диссертационной работы заклю-чшотся в следующем:

1. Статистические закономерности и модели взаиморасположения железо-марганцевых конкреций на дне океана.

2. Особенности энергетических и корреляционных характеристик переизлученного конкрециями звукового поля, обусловленные ближним порядком.

3. Усовершенствованная акустическая модель конкреции и условия применимости приближения однократного рассеяния звука на конкрециях.

4. Усовершенствованный гидроакустический метод позиционирования НИС и ПА с помощью многоэлеменгкой антенны для изучения конкреций.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Введение.

Во введении рассмотрены агсгуальность темы диссертационной работы, ее цель и задачи, научная новизна, практическая ценность, фактический материал, личный вклад ав тора, апробация работы, ее структура и объем, а также кратко изложено содержание глав работы.

Глава 1.

В главе 1 рассмотрен метод статистического описания пространственного расположения конкреций со средним диаметром 3 и коэффициентом упаковки е посредством радиальной функции распределения и корреляционной функции флуктуации концентрации (е равен отношению покрываемой конкрециями площади к общей площади их расположения). Радиальная функция £>(*) пропорциональна плотности вероятности нахождения одной конкреции на некотором расстоянии от другой и характеризует отклонение взаиморасположения двух конкреций от статистически независимого.

В результате теоретического анализа усовершенствованы способы получения оценок радиальной функции посредством компьютерной обработки фотографий расположения конкреций. Получены оценки радиальной функции конкреций П,{х) (х=р/3) по фотографиям их расположения (Рис.1), проанализированы га свойства и оценены зависимости их характеристик от различных параметров. Показано, что для конкреций ОДл) при О < л: <0.5 близка к нулю, при 0.5 < х < 1 возрастает до единичных значений, при х ~ 1 имеет превышающий единицу главный максимум, возрастающий с увеличением е и отсутствующий при малых е, при \.5< х<Ъ имеет спадающие осцилляции при больших е, а при х>3 близка единице. Подтверждено наличие ближнего порядка во взаиморасположении конкреций (Бипс&гё! К.Е. и др.) и подробно проанализированы его свойства.

Ближним порядком называется корреляция положений двух конкреций с пространственным масштабом порядка среднего диаметра конкреций, обусловленная невозможностью чрезмерного их сближения из-за конечности размеров, который описывается радиальной функцией. По сравнению с гипотетическим независимым расположением конкреций ближний порядок приводит к вытеспепию конкреций с расстояний, меньших их среднего

1.5

»,(*) 2

0.5

8 Я 0.5

-V.

2 х

Рис.! Эмпирические оценки радиальной функции конкреций при малых (а, £-«0.1+0.2) и больших (б, е «0.5) коэффициентах упаковки.

диаметра от произвольной, и частичному группированию в пары размера

Предложена статистическая модель взаиморасположения конкреций в виде совокупности шаров на плоскости с характерных! для конкреций разбросом размеров, каждые два из которых в отсутствии остальных располагается равновероятно без пересечений. Разработан алгоритм реализации этой модели на компьютере. Показало, что радиальная функция такой системы шаров /)д,(х) качественно и количественно сходна с конкреционной. Установлено, что предложенная модель адекватно описывает ближний порядок взаиморасположения конкреций. Рассмотрена альтернативная статистическая модель расположения конкреций и показана ее неадекватность.

На основе предложенной модели взаиморасположения конкреций получено аналитическое приближение их радиальной функции и пространственного спектра вариаций концентрации с учетом ближнего порядка Аналитическое приближение радиальной функции конкреций для коэффициентов упаковки 05 £ <0.6 имеет вид (Рис.2а):

порядка среднего диаметра конкреций (Рис.1).

1-ехр[-0.675х4]+

1—2А,е+4А2с2 1-2А,е+4А4е2 Щб)* 1-е2

ад»

+ й,(£){еХр[-^.х4 ]-ехр[-0.675*<]}-»00

.... . 0.675 41 г 0.675 4„ ' - А2 (г) {ехр[—— дП-ехр!--—— *4 ]} + 16 г{е)

.... г 0.675 4, г 0675 411 +Л,(г) {ехрЕ--^-*' ]-ехр[——х' ]}

-1

(1)

\1 + Щ£)+4-И2(е)-1.76-)1,(б)+1{Е)/4е

1(е)=*{\+4е-

1-(ЗА,+А3)-£+2(2А1А,+4А2)-с2-4(А,А4+ЗАгА})-е3+16А2А4е (1-2А1£+4А,егУ

где А, =0.196703, А2 ^0.006519, Л3 = 0.978703, А, =0.239465 - константы, х=р/1, р- пространственный аргумент, д - средний диаметр конкреций. Аналитическое приближение пространственного спектра вариаций концентрации конкреций с учетом ближнего порядка, соответствующее радиальной функции (1), имеет вид:

09Я г — Я.г "*?

я (а) 1.08 I

(2)

М(д) = 4е-

У(у)=^1е-х>Мул)хск,

-h2Ш4■V{2q)-l1(e)■V{I(e)q)] + , +11,(6) • [ 5.76 2Лд ) - 4 • Г(2 д) ]

где а - модуль волнового вектора, а функция У(д) при различных е представлена на Рис.2б.

Проведено качественное и количественное сопоставление аналитического приближения радиальной функции конкреций с ее эмпирическими оценками и получено их хорошее соответствие. Приближения радиальной функции и пространственного спектра вариаций концентрации конкреций позволяют определить энергетические- и корреляционные характеристики переизлученного ими звукового поля.

Делается вывод, подтверждающий существование ближнего порядка во взаиморасположении конкреций, а также об адекватности его статистической модели и возможности ее использования для моделирования переизлучения звука конкрециями с целью изучения влияния ближнего порядка на характеристики переизлученного поля. Высказывается предположение о возможности использования ближнего порядка для повышения эффективности и достоверности акустической разведки конкреций.

Г л й в а 2.

В главе 2 рассмотрена теория однократного рассеяния звука на дискретных рассеивателях (типа конкреций) с учетом ближнего порядка их взаиморасположения в зонах Фраунгофера и Френеля переизлученного поля (Рытов С.М., Кравцов Ю.А. в др.). С учетом ближнего порядка получены аналитические выражения для коэффициента рассеяния, эффективного коэффициента отражения, горизонтальной и вертикальной пространственно-частотной корреляции, а также временной корреляции переизлученного конкрециями звукового поля.

Предложена и подтверждена экспериментально акустическая модель конкреции в виде абсолютно твердого закрепленного шара, радиус которого составляет »?-ук> часть (0<»;<1) от се эффективного геометрического. Определены условия применимости приближения однократного рассеяния звука на конкрециях с учетом их акустической модели, котсрые имеют вид 0.7г)3£х«1 (0^в<75")и т)хг/6«1, где х-цка.

С учетом ближнего порядка и акустической модели конкреции выражения для некоторых энергетических и корреляционных характеристик пе-реизлучеююго конкрециями звукового поля имеют вид: коэффициент обратногорассеяния:

(3)

эффективный коэффициент отражения:

У =

2*1 (8аV«/,(т)Щ• 1 + -1-+2 |ехр{-[<гх]2}[£>(х)-1]*& , (4)

1 + 3.7г—

шт 1

Мпка)\а2

/,(т]ка)[а:

горизонтальная корреляционная функция:

~+2 • sxp {-[О- Д ]2} J ехр {-[ст JC]2} • /0 (2сг2 Д х) • [¿>(.с) -\}-xdx

вертикальная корреляционная функция:

Я.(А') Ч**А{Ч-■ЙО'вфРЛг А'/^л} •{ —+

^ S J I. 1-ri-cr-A

.(6)

частотная корреляционная функция:

В{ёк)

ifs • ехр (4/5к Щ • /, (ij • кЗ)

-ш-i

[ \-ifiSk

+ 3.7,-42

. 1 — 1 и/ж

f^rj'ka) \а2 \~ifx3c

(7)

где /><, - давление излученного поля, R - глубина места, а - полуширина диаграммы направленности, в- угол падения, е- коэффициент упаковки конкреций, а,Л - средние радиус и диаметр конкреций, 7- параметр акустической модели конкреции, D(x)- радиальная фушсция конкреций, /, и /2-функции обратного рассеяния конкреции при энергетическом и фазовом учете флуктуации ее размера (Ивакин А.Н.), а остальные величины равны соответственно a = kdtga, x-p!d, A = A/d, А' = (A/d)tga, ft = 2Rtg2a. k- волновое число.

РиеЗ Графики функций /,, /3, /2 / /х для акустической модели конкреции в виде абсолютно твердого закрепленного шара =ц -Ш).

Рассчитаны функции /, и /2 обратного рассеяния конкреции при энергетическом и фазовом учете флуетуаций ее размера для предложенной акустической модели конкреции (Рис.3) и оценены их величнпы для альтернативных моделей при небольших значениях волнового параметра

Проведено сопоставление акустической модели конкреции с экспериментальными данными по вшгчине силы Ю^от обратного рассеяния звука конкреций и получено, что параметр ц составляют около 0.6 (Рис.4, эксперимент - Бунчук А.В.). Рассмотрены альтернативные акустические модели конкреции и покачано их несоответствие экспериментальным данным.

Выявлены и проанализированы особенности коэффициента обратного рассеяния, эффективного коэффициента отражения и пространственно-частотшй корреляции переизлучегаюго конкрециями звукового поля, обусловленные ближним порядком. Определены условия, при которых акустические эффекты ближнего порядка существенны: 0<г/-Ш<2.5 и е>0.2.

Установлено, что ближний порядок по сравнению с гипотетическим независимым расположением конкреций приводит, в частности:

для коэффициента обратного рассеяния - к его уменьшению при малых углах падения 0 до 4+6 дБ и интерференционному рассеянию звука на парах конкреций, в которые они частично группируются вследствие ближнего порядка, с образованием минимума при = агс5т(0.Шо) с величиной до -8дБ и максимума ири 9т = агсзт((Ш/а) с величиной до 1 дБ;

для эффективного коэффициента отражения - к его уменьшению до 20% (до 2дБ)]

для коэффициента пространственно-частотной корреляции - к увеличению значений при больших аргументах для а<4 и возникновению осцилляции при ст ~ 2 4 с величиной до ~ 0.1 и масштабом &,„ ~ 23 для горизонтальной, Дв0 ~ 43/tga для вертикальной и <Яг0 - для частотной корреляции.

I0ig(sn), дБ 2

4 / f S / t Л |............. 1

S* ■•MJ 3

J/ 7

7 f, кГц

О 5 10 15 20

Рис.4 Частотная зависимость силы обратного рассеяния 1О10и(/): эксперимент (кружки), теория при 17=0.6 (1) и альтернативные модели (2,3).

Рис.5 Угловая зависимость коэффициента обратного рассеяния т{в): смоделированная (кружки) и теоретическая с учетом ближнего порядка (1с доверительным интервалом 2) и без (3).

Проведено численное моделирование на компьютере процессов переизлучения звука конкрециями с учетом ближнего порядка и акустической модели конкреции, получены частотно-угловые зависимости оценок коэффициента обратного рассеяния и установлено соответствие модельных зависимостей теоретическим (Рис.5). (е=0.5, ка=1.88,11= 1).

Выявлены экспериментальные особенности переизлучения звука конкрециями и интерпретированы как интерференционное рассеяние на парах конхреций, обусловленных ближним порядком (Рис.6, эксперимент - \Vey-йеЛ М.). Объяснены некоторые другие экспериментальные эффекты иере-голучения звука конкрециями. (На Рис.6 е=0.7, а=2.7см, г|=0.6).

Делается вывод о существенном влиянии ближнего порядка на энергетические и корреляционные характеристики переизлученпого конкрециями звукового поля, справедливости усовершенствованной ак>'стической модели конкреции, адекватности условий применимости приближения одпо-кратного рассеяния звука конкрециями и необходимости учета этих особенностей при интерпретации экспериментальных данных, что в итоге повышает эффективность и достоверность акустической разведки конкреций.

Глава 3.

В главе 3 рассматривается и усовершенствуется метод высокоточного гидроакустического позиционирования НИС и ПА с помощью многоэлементной антенны, который может использоваться для обеспечения океанологических исследований железомарганцевых конкреций.

Известно, что акустическое поле, переизлученное дном океана при нормальном падении, обладает стабильной пространственной интерференционной структурой, горизонтальный масштаб которой зависит от дайны

Рис.6 Угловая (а) и частотная (б) закисзшости коэффициента обратного рассеяния: эксперимент (кррада) и теория с учетом ближнего порядка (1) и без (2).

звуковой волн и параметров неровностей и неоднородиестей дна (Лысанов Ю.П., Dickey F.R. и др.). При горизонтальном смещении излучателя и плоской горизонтальной мкогоэлементной антенны эта структура смещается как единое целое по поверхности антенны на величину, противоположную полусумме абсолютных смещений излучателя и антенны.

Было предложено (Бреховских Л.М., Краснобородько В.В., Dickey F.R. и др.) использосать это свойство перегаяучетшго поля для измерения вектора малого абсолютного смещения судна гидроакустическим методом. В этом методе с помощью горизонтальной мкогоэлементной антешш регистрируются поля амплитуды, образованные нормально переизлученным дном тональным сигналом, в двух последовательных ее положениях в пространстве и вычисляется их пространственный коэффициент взаимной корреляции (KBК). При поступательном движении судна вектор положения максимума КВК, получаемый в результате процедуры вычисления KB К, противоположен удвоенному смещению судна относительно дна Предложенный метод был реализован в реальных условиях глу бокого океана и подтвердил свою работоспособность.

Однако, в случае произвольного горизонтального движения судна, когда наряду с поступательным присутствует и вращательное движение в горизонтальной плоскости, этот метод не позволяет найти точное смещение судна, определить угол его поворота и построить траекторию движения. Кроме того, в условиях глубокого океана может быть существенно запаздывание принятого сигнала относительно излученного, обусловленное распространением звука до дна и обратно, которое также не учитывалось в этом методе.

В настоящей главе рассматриваемый метод обобщается на случай произвольного горизонтального движения судна с учетом запаздывания принятого сигнала относительно излученного. Это осуществляется посред-

ством использования двух пространственно разнесенных излучателей И1 и И2, работающих на разных частотах, и одновременной независимой регистрации их нормально нереизлученных дном сигналов с помощью многоэлементной горизонтальной антенны А (Рис.7). При этом угол поворота антенны в горизонтальной плоскости за время (» - <„)+(< - »„ + А»), где г0 - время распространения звука до дна и обратно, ¿а - вргмя между последовательными регистрациями переизлученного сигнала, определяется по формулам:

(8)

где Дй(0,Дй'(0 - результаты измерения смещения с помощью первого и второго излучателей, S(t\S'(t)- положения первого и второго излучателей, г- знак угла поворота ç(i-t0), п- единичный вертикальный вектор. Горизонтальное смещение центра антенны определяется по формулам:

(9)

При симметричном расположении излучателей относительно центра антенны, когда §'(()=-5(0, эти формулы упрощаются и принимают ввд:

|p(f-f0)|»2

\AR(t)-AR'(t)\

г == sgnMz-iJ} = -sgn{[n x r(t)]-c(t)} ,

COS0 = -z • [n X r(t )] • c(t)

sin e=z-r(t)-c(t)

Рис.7 Геометрия произвольного гсргоонгального движения приемо-излучающей системы.

Разработана методика построения траектории движения судна, оценены систематические, случайные и суммарные погрешности рассмотренных методов позиционирования, а также разработаны способы повышения точности позиционирования.

При реализации усовершенствованного метода осуществляется одновременное излучение тональных сигналов двумя пространственно разнесенными излучателями на разных частотах, в результате чего образуется два поля амплитуды отраженного дном сигнала. Они регистрируется с помощью плоской горизонтальной приемной антенны одновременно на двух частотах для двух последовательных положений антенны в пространстве. По результатам измерений рассчитываются пространственные коэффициенты авто- и взаимной корреляции последовательно зарегистрированных полей амплитуды для каждой из частот и определяются координаты 2ДК(/), 2Дй'(0 взаимокорреляционных максимумов на этих частотах. Используя эти значения, по формулам (8) рассчитывается угол поворота антенны, а по формулам (9) или (10) - смещение антенны. Затем эта процедура многократно повторяется и по совокупности последовательных измерений угла -----поворота и смещения антенны по специальной мс годике проговодаггся построение траектории движения судна и оцениваются суммарные погрешности измерений.

Делается вывод о том, что усовершенствованный метод гидроакустического позиционирования НЙС и ПА с помощью многоэлеменгиой антенны позволяет определять все параметры произвольного горизонтального движения - угол поворота, смещение и траекторию движения, что существенно повышает точностные характеристики метода и позволяет создат ь на его основе высокоточную систему морского позиционирования, которую можно использовать для повышения эффективности и достоверности океанологических исследований конкреций.

Приложение.

В приложении приводятся определения, свойства и методы расчета специальных математических функций, используемых в теоретических расчетах и выражениях диссертационной работы. Кратко описывается пакет компьютерных программ дня вычисления этих специальных функций.

За ключей и е.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы, приведен список научных трудов, опубликованных по ее теме и смежным вопросам, а также выражаются благодарности специалистам, содействовавшим выполнению работы.

Основные результаты работы.

1. Усовершенствованы метод статистического описания пространственного расположения конкреций с помощью радиальной функции распределения и корреляционной функции флуктуаций концентрации и способы получения оценок этих функций по фотографиям расположения конкреций.

2. Получены оценки радиальной функции распределения конкреций путем компьютерной обработки фотографий, оценены зависимости их характеристик от различных параметров и подтверждено наличие ближнего порядка во взаиморасположении конкреций.

3. Предложена статистическая модель взаиморасположения конкреций, адекватно учитывающая ближний порядок и разброс конкреций по размерам, радиальная функция которой соответствует эмпирической.

4. Получены адекватные аналитические приближения радиальной функции конкреций и пространственного спектра вариаций концентрации с учетом ближнего порядка и разброса размеров конкреций.

5. Получены аналитические выражения для коэффициента рассеяния, эффективного коэффициента отражения, горизонтальной и вертикальной пространственно-частотной корреляции и временной корреляции переизлученного конкрециями звукового поля с учетом ближнего порядка

6. Усовершенствована акустическая модель конкреции, проведено ее сопоставление с экспериментальными данными и установлено их соответствие, а также определены условия применимости приближения однократного рассеяния звука на конкрециях с учетом этой модели.

7. Рассчитаны функщш обратного рассеяния конкреции при энергетическом и фазовом учете флуктуаций ее размера для предложенной акустической модели конкреции.

8. Проведено численное моделирование на компьютере процессов переизлучения звука конкрециями с учетом ближнего порядка и получены частотно-угловые зависимости оценок коэффициента обратного рассеяния.

___9. Выявлени и прдшгалтировшм особенности коэффициента обратного

рассеяния, эффективного коэффициента отражения и пространственно-частотной корреляции переизлученного конкрециями звукового поля, обусловленные ближним порядком, проведено их сопоставление с модельными и экспериментальными данными и получено соответствие.

10. Усовершенствован гидроакустический метод высокоточного позиционирования НИС и ПА с помощью шюгоэлементной антенны. Разработаны способы определения угла поворота, вектора смещения и построения траектории движения НИС к ПА в горизонтальной плоскости.

11.Оценены систематические, случайные и суммарные погрешности рассмотренных методов познцпоцнрования НИС и ПА, а также разработаны

способы повышения точности позиционирования.

12.В результате повышена эффективность и достоверность акустической разведки железомарганцевых конкреций.

Основные результаты диссертации изложены б следующих работах:

1. Бунчук А.В, Клюев М.С. Две модели локального расположения железо-марганцевых конкреций на дне океана // Океанология, 1989, Т.29, №6, С. 987-991.

2. Воловов В.И., Клюев М.С. Влияние поворота приемной антенны на точность измерения малого смещения судна акустическим методом И Акуст. журн., 1994, Том 40, №4, С.571-574.

3. Воловов В.И., Клюев М.С. Определение параметров горизонтального движения судна акустическим методом // Океанология, 1994, Т. 34, №2, С.299-302.

4. Воловов В.И., Клюев М.С. Точность измерения малого смещения судна и отслеживания его траектории акустическим методом // Акуст. журн., 1995, Том 41, №1, С.72-76.

5. Воловов В.И., Говоров А.И., Клюев М.С. Применение ЧМ-сигналов при решении некоторых навигационных задач акустическими методами // Акуст. журн., 1996, Том 42, №6, С.765-768.

6. Клюев М.С. Особенности обратного рассеяния звука железомарганце-выми конкрециями, обусловленные ближним порядком их расположения. //Акуст. Журн., 1997, Т.43, № 2, С.194-202.

7. Накша М.М., Дарвиш X., Клюев М.С., Сычев В.А. Модификации гидролокатора бокового обзора для исследования дна на мелководье // Океанология, 1998, Т.38, №2, С.309-314.

8. Клюев М.С., Краснобородько В.В., Селиванов В.Г, Сычев В.А. Новый акустический метод измерения уровня ЖНП. // Акуст. Жура, 1998, Т.44, № 4, С. 480-485.

9. Клюев М.С., Краснобородько В.В., Кяюез С.П. О погрешностях акустического измерения уровня жидкости и методах их снижения. // Акуст. Жура, 1999, №6, С.825-831.

Ю.Кшоев М.С. Особенности рассеяния звука на ЖМК, обусловленные ближним порядком в их расположении. // Доклады XI Всесоюзной акустической конференции. Секция Д. М.: АКИН, 1991, С. 55-57.

П.Воловов В.И., Клюев М.С. Модификации гидроакустического корреляционного лага и их точность // Доклады XI Всесоюзной акустической конференции. Секция Т. М.: АКИН, 1991. С.73-75.

12.Клюев М.С., Краснобородько В.В. Мониторинг уровня моря акустическими методами. Материалы IV Международной научно-технической конференции «Современные методы и средства океанологических исследований» (МСОИ-98). Том «Техника». М.: ИОРАН, 1998, С.86.

13.Клюев М.С., Краснобородько В.В. О потенциальной точности акустиче-

—ского мониторшга уровня моря и путях ее повышен!«!. Материалы IV

Международной научно-технической конференции «Современные методы и средства океанологических исследований» (МСОИ-98). Том «Техника». М.: ИОРАН, 1998, С. 87.

14.Юпоев МС. Оценка рассеяния звука совокупностью железомарганцевых конкреций с учетом их некоторых реальных характеристик. Н ДР. М., АКИН, 1986,70с.

15.Воловов В.И., Говоров А.И., Клюев М.С. и др. Исследование эффективности трехчастотного гидроакустического эхолота с многоэлементной приемной антенной для глубин моря до 6000м. // Отчет по НИР. М., АКИН, 1987.

1 б.Бунчук A.B., Ивакин А.Н., Клюев М.С. и др. Разработка физических алгоритмов и методик обработки информации от эхолота «Гранат» для определения и оценки полей ЖМК. // Отчет по НИР. М., АКИН, 1988, 213с.

17.Воловов В.И., Говоров А.И., Клюев М.С. и др. Разработка методов и алгоритмов решения задачи навигации судна на основе информации от системы «Гранат». // Отчет по НИР. М., АКИН, 1990,179с.

18.Воловоз В.Й., Лысанов Ю.П., Клюев М.С. и др. Разработка гидроакустических методов определения перемещения медленно движущихся и дрейфующих судоз и платформ. // Отчет по НИР. М., АКИН, 1993, 160с.

19.Воловов В.И., Говоров А.И., Клюев М.С. и др. Исследование и разработка методов и судовых гидроакустических средств профилирования морского дна и определения структуры осадочных пород для обеспечения морских технологий. // Отчет по НИР. М., АКИН, 1995.

20.Клюев М.С., Краснобородько В.В. Разработка и исследование высокоразрешающей многоканальной системы акустического мониторинга уровня жидкости. // Отчет по НИР. М., ИОРАН, 1998,74с.

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Клюев, Михаил Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ

ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ КОНКРЕЦИЙ

НА ДНЕ ОКЕАНА.

§1Л Методы статистического анализа взаиморасположения конкреций.

§1.2 Оценки радиальной функции конкреций по фотографии и их свойства.

§1.3 Статистические модели взаимного расположения конкреций.

§1.4 Аналитическое приближение радиальной функции конкреций.

Выводы Главы 1.

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕИЗЛУЧЕНИЯ ЗВУКА КОНКРЕЦИЯМИ, УЛУЧШАЮЩИЕ ОЦЕНКУ ИХ ПАРАМЕТРОВ.

§2.1 Теоретическая модель однократного рассеяния звука на конкрециях.

§2.2 Пространственно-частотная корреляция переизлученного конкрециями звукового поля.

§2.3 Акустическая модель конкреции и условия применимости приближения однократного рассеяния.

§2.4 Особенности переизлучения звука конкрециями, обусловленные ближним порядком их взаиморасположения.

Выводы Главы 2.

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

С ПОМОЩЬЮ МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ АНТЕННЫ ПРИ ИЗУЧЕНИИ КОНКРЕЦИЙ.

§3.1 Теоретические аспекты позиционирования с помощью многоэлементной антенны.

§3.2 Погрешности позиционирования с использованием многоэлементной антенны.

§3.3 Влияние поворота многоэлементной антенны на точность позиционирования.

§3.4 Определение параметров движения с помощью двух излучателей и многоэлементной антенны.

Выводы Главы 3.

Введение Диссертация по географии, на тему "Разработка и исследование методов повышения эффективности акустической разведки железомарганцевых конкреций"

Актуальность темы. Всестороннее исследование минеральных ресурсов дна Мирового океана является одной из актуальных задач современной океанологии. Одной из разновидностью этих ресурсов являются железомарганцевые конкреции (ЖМК), которые занимают около 30% дна Мирового океана. Конкреции представляют собой дискретные округлые твердые рудные образования размером в несколько сантиметров с повышенным содержанием марганца, железа, меди, никеля и кобальта, расположенные на донной поверхности.

Приоритетная и ведущая роль в фундаментальных исследованиях же-лезомарганцевых конкреций принадлежит Институту океанологии РАН им. П.П.Ширшова [1-3]. К настоящему времени проведены многочисленные исследования физических, химических и геологических свойств конкреций, изучены процессы переизлучения звука конкрециями, разработаны методы их обнаружения и разведки и т.п. Однако, несмотря на это, некоторые вопросы остаются не вполне решенными, в частности, задача повышения эффективности и достоверности разведки полей железомарганцевых конкреций.

Обнаружение и оценка параметров конкреций, расположенных на огромных донных площадях глубокого океана, является весьма сложной задачей. Наиболее производительными методами ее решения зарекомендовали себя дистанционные гидроакустические методы обнаружения и оценки параметров конкреций на частотах 3-20 кГц [4-6]. Эти методы основаны на анализе усредненных энергетических и корреляционных характеристик переизлученного конкрециями звукового поля, которые определяются с помощью гидролокатора бокового обзора, многочастотного эхолота, многоэлементной антенны и других гидроакустических приборов.

Для интерпретации экспериментальных гидроакустических данных была разработана теоретическая модель переизлучения звука конкрециями [4-6]. Согласно этой модели, коэффициент обратного рассеяния конкреций прямо пропорционален их концентрации (на частотах выше 2-4 кГц), не имеет выраженной угловой зависимости при углах падения больше 30°, а его частотная зависимость соответствует закону Рэлея с параметром в виде их среднего размера. Эффективный коэффициент нормального отражения конкреций прямо пропорционален их концентрации (при узких диаграммах направленности), а его частотная зависимость имеет выраженный максимум, положение которого определяется средним размером конкреций. Однако, из-за несовершенства этой модели, оценки средних параметров конкреций (концентрации и среднего размера) могут существенно отличаться от истинных значений.

Для дальнейшего совершенствования теоретической модели переизлучения звука конкрециями следует детально знать различные свойства конкреций и учитывать их влияние на процессы переизлучения звука. Однако, несмотря на обширные и всесторонние исследования конкреций, некоторые их свойства до сих пор остаются недостаточно изученными и учтенными. К ним относятся статистические закономерности взаиморасположения конкреций, влияние этих закономерностей на процессы переизлучения звука конкрециями, адекватная акустическая модель конкреции, условия применимости приближения однократного рассеяния и т.п. Изучение этих вопросов позволит в итоге усовершенствовать существующие методы обнаружения и разведки железомарганцевых конкреций, а также разработать новые.

Наряду с гидроакустическими по-прежнему остаются актуальными контактные методы исследования конкреций, которые обеспечивают непосредственную информацию об их параметрах. Для повышения достоверности этих методов, а также натурных исследований конкреций следует, в частности, увеличивать точность позиционирования морских носителей (научно-исследовательских судов НИС и подводных аппаратов ПА) относительно дна глубокого океана. Одними из распространенных методов позиционирования НИС и ПА также являются гидроакустические, однако, их точностные характеристики не вполне удовлетворительны для ряда задач.

Для устранения этого недостатка был разработан высокоточный метод гидроакустического позиционирования с помощью многоэлементной антенны [7], пригодный, однако, лишь для поступательного движения судна. Для практического использования этого метода следует обобщить его на случай произвольного движения, когда наряду с поступательным движением присутствует и вращательное. Усовершенствованный метод позволит повысить точность определения местоположения конкретных полей конкреций, что в итоге существенно увеличит достоверность океанологических исследований конкреций.

Целью работы является разработка и исследование методов повышения эффективности акустической разведки полей конкреций путем использования особенностей переизлучения ими звука, обусловленных закономерностями их взаиморасположения, доработки акустической модели конкреции и усовершенствования методов позиционирования НИС и ПА.

Задачи исследования в соответствии с целью работы подразделяются на:

1. Исследование статистических закономерностей взаимного расположения конкреций на дне океана.

2. Изучение влияния этих закономерностей на энергетические и корреляционные характеристики переизлученного конкрециями звукового поля.

Научная новизна. В работе получены следующие новые результаты:

2. Подтверждено наличие ближнего порядка во взаиморасположении конкреций и изучены новые количественные характеристики радиальной функции распределения конкреций.

4. Получено адекватное аналитическое приближение радиальной функции конкреций и пространственного спектра вариаций их концентрации с учетом ближнего порядка.

5. Получены выражения для коэффициентов рассеяния и отражения, горизонтальной и вертикальной пространственно-частотной корреляции переизлученного. конкрециями звукового поля с учетом ближнего.

10.У совершенствован гидроакустический метод высокоточного позиционирования НИС и ПА с помощью многоэлементной антенны для адекватного определения их угла поворота, вектора смещения и траектории движения, а также оценены его точностные характеристики.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы могут использоваться для:

1. Адекватной статистической обработки фотографий расположения конкреций на дне океана;

2. Более детального понимания закономерностей взаиморасположения конкреций на дне океана;

3. Моделирования переизлучения звука конкрециями с учетом ближнего порядка и акустической модели конкреции;

4. Более адекватной интерпретации экспериментальных особенностей переизлучения звука конкрециями;

5. Определения справедливости приближения однократного рассеяния звука конкрециями в реальных ситуациях;

7. Усовершенствования существующих гидроакустических методов дистанционного обнаружения и оценки параметров конкреций и разработки новых;

9. В результате повышены эффективности и достоверности акустических методов обнаружения и разведки железомарганцевых конкреций.

Фактический материал. Фактические материалы получены в результате компьютерной обработки фотографий расположения конкреций, численного моделирования на компьютере взаиморасположения конкреций и переизлучения ими звука, экспедиционных исследований конкреций в 11 рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» (И ОРАН) и 2 рейсе НИС «Академик Борис Константинов» (АКИН), а также привлечения экспериментальных данных отечественных и зарубежных авторов.

Личный вклад автора. Все результаты диссертационной работы получены автором лично или в соавторстве. Автор провел сбор, обработку и анализ данных, создал алгоритмы обработки информации, разработал теоретические модели, провел теоретические расчеты, выполнил численное компьютерное моделирование, провел сопоставление теоретических расчетов с экспериментальными данными, проанализировал полученные результаты и подготовил научные публикации.

Публикации. По теме диссертации и смежным вопросам опубликовано 20 работ, в том числе 9 статей в журнале Океанология и Акустическом журнале, 4 доклада на конференциях и 7 отчетов по научно-исследовательским работам.

Основные защищаемые положения диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Статистические закономерности и модели взаиморасположения железо-марганцевых конкреций на дне океана.

4. Усовершенствованный гидроакустический метод позиционирования НИС и ПА с помощью многоэлементной антенны для изучения конкреций.

Структура работы. Работа состоит из введения, трех глав, включающих в себя 12 параграфов, заключения, приложения и списка литературы. Она содержит 212 страниц текста, 44 рисунка и 87 ссылок.

В первой главе подтверждается и исследуется ближний порядок взаиморасположения конкреций, характеризуемый радиальной функцией, предлагается его адекватная статистическая модель и разрабатываются аналитические приближения радиальной функции и пространственного спектра вариаций концентрации конкреций.

Во второй главе исследуются особенности переизлучения звука конкрециями, обусловленные ближним порядком, совершенствуется акустическая модель конкреции и определяются условия применимости приближения однократного рассеяния звука на конкрециях. Анализируются полученные результаты, проводится их сопоставление с модельными и экспериментальными данными и устанавливается их хорошее соответствие.

В третьей главе совершенствуется метод высокоточного гидроакустического позиционирования научно-исследовательских судов и подводных аппаратов с помощью многоэлементной гидроакустической антенны, позволяющий определять угол поворота, вектор смещения и траекторию движения, и оцениваются его точностные характеристики.

В приложении приводятся определения, свойства и методы расчета специальных математических функций, используемых в работе, и описываются компьютерные программы их вычисления.

В заключении приводятся основные результаты диссертационной работы и делается вывод о возможности использования выявленных эффектов и разработанных методов для повышения эффективности, достоверности и точности гидроакустической оценки средних параметров конкреций.

Замечания об оформлении работы. Список литературы составлен в порядке цитирования. Нумерация ссылок - сквозная по всей работе. Нумерация формул и рисунков - поглавная.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Клюев, Михаил Сергеевич

Основные результаты работы.

1. Усовершенствованы метод статистического описания пространственного расположения конкреций с помощью радиальной функции распределения и корреляционной функции флуктуации концентрации и способы получения оценок этих функций по фотографиям расположения конкреций.

7. Рассчитаны функции обратного рассеяния конкреции при энергетическом и фазовом учете флуктуаций ее размера для предложенной акустической модели конкреции.

9. Выявлены и проанализированы особенности коэффициента обратного рассеяния, эффективного коэффициента отражения и пространственно-частотной корреляции переизлученного конкрециями звукового поля, обусловленные ближним порядком, проведено их сопоставление с модельными и экспериментальными данными и получено соответствие.

10.Усовершенствован гидроакустический метод высокоточного позиционирования НИС и ПА с помощью многоэлементной антенны. Разработаны способы определения утла поворота, вектора смещения и построения траектории движения НИС и ПА в горизонтальной плоскости.

11. Оценены систематические, случайные и суммарные погрешности рассмотренных методов позиционирования НИС и ПА, а также разработаны способы повышения точности позиционирования.

12.В результате повышены эффективность, достоверность и точность оценки средних параметров железомарганцевых конкреций дистанционными гидроакустическими методами и заложены теоретические основы для разработки новых методов.

По теме диссертации опубликованы работы: Статьи.

1. Бунчук А.В, Клюев М.С. Две модели локального расположения железо-марганцевых конкреций на дне океана. // Океанологии, 1989, Т.29, №6, С. 987-991.

2. Воловов В.И., Клюев М.С. Влияние поворота приемной антенны на точность измерения малого смещения судна акустическим методом // Акуст. журн., 1994, Том 40, №4, С.571-574.

7. Нашла М.М., Дарвиш X., Клюев М.С., Сычев В. А. Модификации гидролокатора бокового обзора для исследования дна на мелководье // Океанология, 1998, Т.38, №2, С.309-314.

8. Клюев М.С., Краснобородько В.В., Селиванов В.Г, Сычев В.А. Новый акустический метод измерения уровня ЖНП. // Акуст. Журн., 1998, Т.44, №4, С. 480-485.

9. Клюев М.С., Краенобородько В.В., Клюев С.П. О погрешностях акустического измерения уровня жидкости и методах их снижения. // Акуст. Журн., 1999, №6, С.825-831.

Доклады.

1. Клюев М.С. Особенности рассеяния звука на ЖМК, обусловленные ближним порядком в их расположении. // Доклады XI Всесоюзной акустической конференции. Секция Д. М.: АКИН, 1991, С. 55-57.

2. Воловов В.И., Клюев М.С. Модификации гидроакустического корреляционного лага и их точность // Доклады XI Всесоюзной акустической конференции. Секция Т. М.: АКИН, 1991. С.73-75.

3. Клюев М.С., Краенобородько В.В. Мониторинг уровня моря акустическими методами. Материалы IV Международной научно-технической конференции «Современные методы и средства океанологических исследований» (МСОИ-98). Том «Техника». М.: ИОРАН, 1998, С.86.

4. Клюев М.С., Краенобородько В.В. О потенциальной точности акустического мониторинга уровня моря и путях ее повышения. Материалы IV Международной научно-технической конференции «Современные методы и средства океанологических исследований» (МСОИ-98). Том «Техника». М.: ИОРАН, 1998, С.87.

Отчеты.

1. Клюев М.С. Оценка рассеяния звука совокупностью железомарганцевых конкреций с учетом их некоторых реальных характеристик. Отчет о ДР Акустического института. М., 1986, 70с.

2. Воловов В.И., Говоров А.И., Клюев М.С. и др. Исследование эффективности трехчастотного гидроакустического эхолота с многоэлементной приемной антенной для глубин моря до 6000м. Отчет о НИР Акустического института. М., 1987.

3. Бунчук A.B., Ивакин А.Н., Клюев М.С. и др. Разработка физических алгоритмов и методик обработки информации от эхолота «Гранат» для определения и оценки полей ЖМК. Отчет о НИР Акустического института. М., 1988,213с.

4. Воловов В.И., Говоров А.И., Клюев М.С. и др. Разработка методов и алгоритмов решения задачи навигации судна на основе информации от системы «Гранат». Отчет о НИР Акустического института. М., 1990, 179с.

5. Воловов В.И., Лысанов Ю.П., Клюев М.С. и др. Разработка гидроакустических методов определения перемещения медленно движущихся и дрейфующих судов и платформ. Отчет о НИР Акустического института. М„ 1993, 160с.

6. Воловов В.И., Говоров А.И., Клюев М.С. и др. Исследование и разработка методов и судовых гидроакустических средств профилирования морского дна и определения структуры осадочных пород для обеспечения морских технологий. Отчет о НИР Акустического института. М., 1995.

7. Клюев М.С., Краснобородько В.В. Разработка и исследование высокоразрешающей многоканальной системы акустического мониторинга уровня жидкости. Отчет о НИР Института океанологии. М., 1998, 74с.

193

В заключении выражаю глубокую благодарность моим научным руководителям академику РАЕН, д.т.н., профессору В.С.Ястребову и ст.н.с., к.ф.-м.н. В.В.Краснобородько за постоянную поддержку и помощь в выполнении диссертационной работы. Выражаю огромную признательность академику РАН, директору Акустического института, д.ф.-м.н., профессору Н.А.Дубровскому за содействие в проведении этой работы. Чрезвычайно благодарен заведующему лаборатории гидролокации дна ИОРАН к.т.н. H.A. Римскому-Корсакову, ст.н.с., к.т.н. В.А.Сычеву, а также всем сотрудникам лаборатории за обеспечение условий выполнения работы и плодотворное обсуждение ее результатов. Глубоко признателен зав.лаб., д.ф.-м.н. А.Н.Парамонову за критические замечания и полезные обсуждения диссертационной работы. Бесконечно благодарен заместителю начальника отдела №3 Акустического института В.Я.Толкачеву за огромную моральную поддержку. От всей души благодарен заведующей аспирантурой С.С.Михаль-ченко за превосходное профессиональное обеспечение процесса подготовки аспирантов ИОРАН.

194

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Разработанные в диссертации методы повышают эффективность, достоверность и точность дистанционной гидроакустической оценки средних параметров конкреций на практике. В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы, приведен список научных трудов, опубликованных по ее теме и смежным вопросам, а также выражаются благодарности специалистам, содействовавшим выполнению работы.

Библиография Диссертация по географии, кандидата физико-математических наук, Клюев, Михаил Сергеевич, Москва

1. Железомаргандевые конкреции Тихого океана / Под ред. Безруков П.Л. М.: Наука, 1976, 302с.

2. Железомарганцевые конкреции Центральной части Тихого океана / Под ред. МурдмааИ.О., Скорняковой Н.С. М.: Наука, 1986, 344с.

3. Железомарганцевые конкреции Центральной котловины Индийского океана / Скорнякова Н.С., Свальнов В.Н., Мурдмаа И.О. и др. М.: Наука, 1989, 223с.

4. Бунчук A.B., Ивакин А.Н., Клюев М.С. и др. Разработка физических алгоритмов и методик обработки информации от эхолота «Гранат» для определения и оценки полей ЖМК. Отчет по НИР. М.: АКИН, 1988, 213с.

5. Бунчук A.B., Ивакин А.Н. Энергетические характеристики эхосигнала от дискретных рассеивателей дна океана. // Акуст. Журн,, 1989, Т.35, №1, С. 8-18.

6. Бунчук A.B. Отражение и рассеяние звука дном в конкреционных районах океана. Диссертация на соискание ученой степени д.ф.-м.н. М.: АКИН, 1992, 283с.

7. Бреховских Л.М., Воловов В.И., Краснобородько В.В., Лысанов Ю.П. Об акустических методах в морской навигации // Акуст. журн., 1989, Том 35, №3, С.413-419.

8. Условия образования и закономерности размещения железомарганцевых конкреций Мирового океана. / Под ред. О.Д. Корсакова. Л.: Недра, 1987, 259 с.

9. Зенкевич H Л. Атлас фотографий дна Тихого океана. М.: Наука, 1970, 207с.

10. Sundkvist K.E. Spacing Statistics of Manganese Nodules on the Ocean Floor. // Marine Mining, Volume 4, № 2-3, 1983, P. 255-264.

11. Sundkvist K.E. Size Distribution of Manganese Nodules. // Marine Mining, Volume 4, № 2-3, 1983, P. 305-316.

12. Клюев M.C. Оценка рассеяния звука совокупностью железомарганцевых конкреций с учетом некоторых их реальных характеристик. Дипломная работа МФТИ. М.: АКИН, 1986, 70с.

13. Бунчук А.В, Клюев М.С. Две модели локального расположения железо-марганцевых конкреций на дне океана. // Океанология, 1989, Т.29, №6, С. 987-991.

14. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Часть 2. Случайные поля. М.: Наука, 1978, 464 с.

15. Бреховских JI.M., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1982, 264 с.

16. Акустика океана. / Под ред. Л.М. Бреховских. М.: Наука, 1974, 694 с.19.3айман Дж. Модели беспорядка. Теоретическая физика однородно неупорядоченных систем. / Пер с англ. М.: Мир, 1982, 592 с.

17. Балеску Р. Равновесная и неравновесная статистическая механика. Том 1. / Пер. с англ. М.: Мир, 1978, 405 с.

18. Крокстон К. Физика жидкого состояния. Статистическое введение. / Пер. с англ. М.: Мир, 1978, 400 с.

19. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Часть 1. М.: Наука, 1976,584 с.

20. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М.: Наука, 1973, 504 с.

21. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. / Пер. с англ. -М: Мир, 1989, 540с.

22. Джеймс Р. Оптические принципы дифракции рентгеновских лучей. М.: ИЛ, 1950,426с.

23. Клюев М.С. Особенности обратного рассеяния звука железомарганце-выми конкрециями, обусловленные ближним порядком их расположения. // Акуст. Журн., 1997, Т.43, № 2, С. 194-202.

24. Клюев М.С. Особенности рассеяния звука на ЖМК, обусловленные ближним порядком в их расположении. // Доклады XI Всесоюзной акустической конференции. Секция Д. М.: АКИН, 1991, С. 55-57.

25. Лойко В.А., Иванов А.И., Дик В.П. Применение радиальной функции распределения к анализу рассеяния света в дисперсной среде. // Журнал прикладной спектроскопии, 1985, Т.42, №5, С. 828-834.

26. Hong K.M. Multiple Scattering of Electromagnetic Waves by a. Crowded Monolayer of Spheres: Application to Migration Imaging Films. // Journal of the Optical Society of America, 1980, Vol. 70 (7), P. 821-826.

27. Бунчук A.B. Учет коллективного рассеяния звука железомарганцевыми конкрециями. //Акуст. Журн., 1991, Т.37, №3, С. 575-577.

28. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: ГИТТЛ, 1954, 608с.

29. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1968, 720с.

30. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: ГИФМЛ, 1963, 1100с.

31. Житковский Ю.Ю. Введение в акустику океана: Учебное пособие / МФТИ. М., 1995, 124с.

32. Сидоров Ю.В., Федорюк М.В., Шабунин М.И. Лекции по теории функций комплексного переменного. М.: Наука, 1982, 488с.

33. Зб.Курьянов Б.Ф. Пространственная корреляция полей, излученных случайными источниками на плоскости.//Акуст.Журн.,1963,Т.9,№4,С. 441-448.

34. Эрдейи А. Асимптотические разложения. Пер. с англ. М. :ГИФМЛ,1962.

35. Железомарганцевые конкреции Мирового океана /Под ред. Ю.Б.КазминаЛ.: Наука, 1984, 175с.

36. Атлас морфологических типов железомарганцевых конкреций Тихого океана / Под ред. Б.Х.Егиазарова, В.Зыка. Брно, 1985, 214с.

37. Бунчук А.В., Вовк А.Е., Есипов И.Б., Мазурова Е.К. Определение акустических параметров железомарганцевых корок и конкреций. // Океанология, 1995, Т.35, №1, С. 151-154.

38. Faran J.J. Sound Scattering by Solid Cylinders and Spheres. // JASA, 1951, V.23, N.4, P.405-418.

39. Anderson V.C. Sound Scattering from a Fluid Sphere. // JASA, 1950, V.22, N.4, P.426-431.

40. Hickling R. Analysis of Echoes from a Solid Elastic Sphere in Water. // JASA, 1962, V.34, N.10, P.1582-1592.

41. Морз Ф. Колебания и звук. Пер. с англ. М.: ГИТТЛ, 1949, 496с.

42. Скучик Е. Основы акустики. Том 1. Пер. с нем. М.: Изд. ИЛ, 1958, 618с.

43. Шендеров ЕЛ. Волновые задачи гидроакустики. Л.: Судостроение, 1972, 348с.

44. Справочник по специальным функциям / Под ред. М.Абрамовица и И.Стиган. Пер. с англ. М.: Наука, 1979, 832с.

45. Бунчук А.В. Влияние дна океана на процесс отражения и рассеяния звука железомарганцевыми конкрециями. // Океанология, 1992, Т.32, Вып.2, С.228-233.

46. Weydert М.М.Р. Measurements of the acoustic backscatter of selected areas of the deep seafloor and some implications for the assessment of manganese nodule resources //JASA, 1990, July, V.88, N.l, P.350-366.

47. Weydert M. Design of a system to assess manganese nodule resources acoustically//Ultrasonics, 1991, March, Y.29, N.2, P. 150-158.

48. Ильин A.B. Геоморфология полей железо-марганцевых конкреций западного фланга восточно-тихоокеанского поднятия. // Доклады АН СССР, 1990, Т.311, №3, С.697-702.

49. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. М.: Наука, 1980, 752с.

50. Дмитревский H.H., Житковский Ю.Ю., Куликов A.B. Экспериментальные исследования рассеяния звука на слое сферических тел. // Акуст. журн., 1986, Т.32, №3, С.329-333.

51. Воловов В.И., Житковский Ю.Ю. Отражение и рассеяние звука дном океана. / В кн.: Акустика океана. Под ред. Л.М.Бреховских. М.: Наука, 1974, С.395-489.

52. Ильин A.B. Горизонтальные размеры и пространственная изменчивость геологических неоднородностей дна океана. // Докл. АН СССР, 1989, Т.307, №3, С.665-669.

53. Житковский Ю.Ю., Зотов А.И., Савельев В.В., Фокин A.B. Особенности рассеяния звука дном океана, содержащим железомарганцевые конкреции. //Акуст. журн., 1987, Т.ЗЗ, №5, С.884-888.

54. Moustier Ch. Beyond bathimetry: mapping acoustic backscattering from the deep seafloor with Sea Beam //JASA, 1986,V.79, N.2, P.316-331.

55. Ольшевский B.B. Статистические свойства морской реверберации. М.: Наука, 1966, 202с.

56. Бунчук A.B., Халилуллов Ш.Ш. Экспериментальное исследование отражения звука дном в конкреционных районах океана. // Акуст. журн., 1994, Т.40, №1, С.35-40.

57. Житковский Ю.Ю., Захлестан А.Ю., Зотов А.И., Каевицер В.И., Петров В.И., Скнаря A.B. Дистанционное акустическое зондирование железо-марганцевых конкреций. // Докл. АН СССР, 1986, Т.25, №3, С.697-699.

58. Букатый В.М., Дмитриев В.И. Гидроакустические лаги. М.: Пищевая промышленность, 1980, 176с.

59. Хребтов A.A. Судовые измерители скорости. М.: Судостроение, 1978, 288с.

60. Милн Г1.Х. Гидроакустические системы позиционирования / Пер. с англ. Л.: Судостроение, 1989, 232с.

61. Воловов В.И., Клюев М.С. Определение параметров горизонтального движения судна акустическим методом // Океанология, 1994, Т. 34, №2, С.299-302.

62. Воловов В.И., Клюев М.С. Точность измерения малого смещения судна и отслеживания его траектории акустическим методом // Акуст. журн., 1995, Том 41, №1, С.72-76.

63. Воловов В.И., Клюев М.С. Влияние поворота приемной антенны на точность измерения малого смещения судна акустическим методом // Акуст. журн., 1994, Том 40, №4, С.571-574.

64. Воловов В.И., Говоров А.И., Клюев М.С. Применение ЧМ-сигналов при решении некоторых навигационных задач акустическими методами // Акуст. журн., 1996, Том 42, №6, С.765-768.

65. Воловов В.И., Клюев М.С. Модификации гидроакустического корреляционного лага и их точность // Доклады XI Всесоюзной акустической конференции. Секция Т. М.: АКИН, 1991. С.73-75.

66. Воловов В.И., Говоров А.И., Клюев М.С. и др. Исследование эффективности трехчастотного гидроакустического эхолота с многоэлементной приемной антенной для глубин моря до 6000м. Отчет о НИР Акустического института. М., 1987.

67. Воловов В.И., Говоров А.И., Клюев М.С. и др. Разработка методов и алгоритмов решения задачи навигации судна на основе информации от системы «Гранат». Отчет о НИР Акустического института. М., 1990,179с.

68. Воловов В.И., Лысанов Ю.П., Клюев М.С. и др. Разработка гидроакустических методов определения перемещения медленно движущихся и дрейфующих судов и платформ. Отчет о НИР Акустического института. М., 1993, 160с.

69. Dickey F.R., Edward I.A. Velocity measurement using correlation sonar // IEEE Plans. Position Location and Navigation Symposium Record. San Diego, Calif., 1978. pp. 255-271.

70. Лысанов Ю.П., Воловов В.И. Исследование флуктуаций звуковых сигналов при рассеянии их на дне океана // Морское приборостроение, Серия «Акустика», 1972, №2, С.25-43.

71. Воловов В.И. Отражение звука от дна океана. М.: Наука, 1993, 270с.

72. Гулин Э.П. О корреляции шумоподобного излучения, отраженного от статистически неровной поверхности // Акуст. журн., 1972, Том 18, №2, С.219-227.

73. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Советское радио, 1974, 552с.

74. Клюев М.С., Краснобородько В.В., Селиванов В.Г, Сычев В.А. Новый акустический метод измерения уровня ЖН. // Акуст. Журн., 1998, Т.44, № 4, С. 480-485.

75. Клюев М.С., Краснобородько В.В., Клюев С.П. О погрешностях акустического измерения уровня жидкости и методах их снижения. // Акуст. Журн., 1999, №6, С.825-831.

76. Клюев М.С., Краснобородько В.В. Разработка и исследование высокоразрешающей многоканальной системы акустического мониторинга уровня жидкости. Отчет о НИР Института океанологии. М., 1998, 74с.

77. Накша М.М., Дарвиш X., Клюев М.С., Сычев В.А. Модификации гидролокатора бокового обзора для исследования дна на мелководье // Океанология, 1998, Т.38, №2, С.309-314.

78. Антоколъский JI.M., Воловов В.И., Говоров А.И., Халилуллов Ш.Ш. Многоэлементная приемная система для исследования отражения звука от дна океана // Судостроительная промышленность, Сер.Акустика, 1988, Вып.З, С.27-32.

79. Селиванов В.Г. Многоканальная система для гидроакустических исследований// Океанология, 1987, Вып.6, С.1014-1016.

80. Айзерман М.А. Классическая механика. М.: Наука, 1980. 368с.

81. Таблицы сферических функций Бесселя. Том 1. Пер. с англ. М.: ВЦ АН СССР, 1963, 377с.

Информация о работе

Клюев, Михаил Сергеевич
кандидата физико-математических наук
Москва, 2000
ВАК 11.00.08

Диссертация

Разработка и исследование методов повышения эффективности акустической разведки железомарганцевых конкреций - тема диссертации по географии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы