Энергетические характеристики параметрического профилографа донных осадочных структур
В статье приведен расчет энергетических характеристик параметрического профилографа – устройства для изучения строения донных отложений. Построены графики зависимости акустической мощности от частоты при различных параметрах донных отложений, проведен анализ результатов. У статті наведено розрах...
Saved in:
| Published in: | Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Науково-технічний центр панорамних акустичних систем НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60947 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Энергетические характеристики параметрического профилографа донных осадочных структур / А.И.Гончар, С.Г.Федосеенков, А.И. Шундель // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану): Зб. наук. пр. — Запоріжжя: НТЦ ПАС НАН України, 2012. — № 9. — С. 103-107. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859639611833188352 |
|---|---|
| author | Гончар, А.И. Федосеенков, С.Г. Шундель, А.И. |
| author_facet | Гончар, А.И. Федосеенков, С.Г. Шундель, А.И. |
| citation_txt | Энергетические характеристики параметрического профилографа донных осадочных структур / А.И.Гончар, С.Г.Федосеенков, А.И. Шундель // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану): Зб. наук. пр. — Запоріжжя: НТЦ ПАС НАН України, 2012. — № 9. — С. 103-107. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) |
| description | В статье приведен расчет энергетических характеристик параметрического профилографа – устройства
для изучения строения донных отложений. Построены графики зависимости акустической мощности от
частоты при различных параметрах донных отложений, проведен анализ результатов.
У статті наведено розрахунок енергетичних характеристик параметричного профілографа -
засобу для вивчення будови донних відкладів. Побудовані графіки залежності акустичної потужності
від частоти при різних параметрах донних відкладів, проведено аналіз результатів.
The paper presents a calculation of the energy characteristics of the parametric profiler - a device for
studying the structure of sediments. Plot the acoustic output of the frequency at different parameters of
sediments, analysis of the results.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:20:12Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1815-8277. Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану). 2012. №9
103
УДК 621.39.96
© А.И. Гончар, чл.-корр. НАН Украины, д.т.н., с.н.с., директор;
С.Г. Федосеенков, младший научный сотрудник; А.И. Шундель, научный сотрудник
Научно-технический центр панорамных акустических систем НАН Украины, г. Запорожье (Украина)
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО
ПРОФИЛОГРАФА ДОННЫХ ОСАДОЧНЫХ СТРУКТУР
В статье приведен расчет энергетических характеристик параметрического профилографа – устройства
для изучения строения донных отложений. Построены графики зависимости акустической мощности от
частоты при различных параметрах донных отложений, проведен анализ результатов.
ЭХОЛОТ, ПРОФИЛОГРАФ, АЛГОРИТМЫ, ПРОФИЛОГРАММА, УРАВНЕНИЕ
ГИДРОЛОКАЦИИ, АКУСТИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ
Параметрический профилограф (рис. 1), принцип работы которого построен на
взаимодействии двух высокочастотных волн накачки в водной среде, позволяет решать
задачи эхолотирования дна и профилирования донных отложений, то есть записи
непрерывного вертикального разреза донного грунта с высокой разрешающей способностью
[1, 2].
Рис. 1 – Состав аппаратуры параметрического профилографа ПГ-100
ЦБВИ.365181.002
При проектировании и расчете профилографа весьма существенной составляющей
является энергетическая дальность действия. Задача расчета сводится к определению
необходимой акустической мощности при выбранной оптимальной частоте для достижения
заданной дальности действия до дна и донных отложений.
Основой для расчета энергетических параметров является уравнение гидролокации
[3]:
ISSN 1815-8277. Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану). 2012. №9
104
CP Pδ Π= , (1)
где CP – звуковое давление эхо-сигнала в точке приема;
PΠ – звуковое давление помех;
δ – коэффициент распознавания, определяющий отношение сигнал/помеха на входе
тракта обработки.
Для определения энергетических характеристик профилографа при локации
придонных слоев необходимо учесть коэффициенты отражения и прохождения для каждого
слоя грунта и затухание в грунте.
Математическое выражение для вычисления акустической мощности по каждой из
частот накачки, необходимой для регистрации слоя донных осадков, залегающего на глубине
H , в присутствии шумовой помехи имеет вид [3]:
3/ 0.05 0.13 2
2
3 0
2 10 10
2 ( , )
x L x
no D
a
D np i
P He I
W
Q Hc F L I B y z
β βδ
τ α γ τ γ
Γ+⋅=
⋅ ⋅ ⋅
,
(2)
где Q – общий коэффициент, учитывающий ослабление сигнала при отражении и
прохождении в слоистом дне;
npγ , 3iγ – коэффициенты осевой концентрации приемной и излучающей антенны;
noP – эффективное значение акустического давления помехи;
( , )I B y – интеграл, описывающий пространственное распределение акустического
поля разностной частоты;
0z – импеданс воды;
F – рабочая частота;
τ – длительность излучаемого импульса;
βΓ – коэффициент затухания в грунте;
DI – длина зоны дифракции волны накачки;
DL – длина зоны дифракции волны разностной частоты;
α – параметр нелинейности среды.
Выражение (2) позволяет рассчитать мощность по каждой из частот накачки,
необходимую для стратификации донных осадков при заданном отношении сигнал/помеха.
Используя формулу (2) и данные об акустических свойствах донного грунта,
проведем расчет частотных зависимостей акустической мощности, необходимой для
регистрации двухслойной донной структуры [4] (табл. 1, 2):
Таблица 1 – Модель дна №1
№ слоя Тип грунта Толщина слоя, м Плотность, кг/м3
Скорость звука, м/с
0 вода 100 1000 1500
1 песок 5,10,15 1560 1550
2 глина 5 1420 1520
ISSN 1815-8277. Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану). 2012. №9
105
Таблица 2 – Модель дна №2
№ слоя Тип грунта Толщина слоя, м Плотность, кг/м3
Скорость звука,
м/с
0 вода 50 1000 1500
1 песок 5,10,15 1560 1550
2 глина 5 1420 1520
При этом расчеты проведем для диапазона разностных частот от 3 кГц до 28 кГц,
нижней частоты накачки 105 кГц, длительности зондирующего импульса 4 мс. Ширина
характеристики направленности в режиме излучения равна 3iθ = � , в режиме приема 10pθ = � .
Импеданс воды 0 1500000z = кг/м2
с. Коэффициент осевой концентрации излучающей
антенны равен 4000.
Графики 1, 2, 3 (рис. 2) построены по данным табл. 1 соответственно при толщине
первого слоя 5, 10, 15 м. Графики 4, 5, 6 (рис. 2) построены по данным табл. 2
соответственно при толщине первого слоя 5, 10, 15 м.
Рис. 2 – Частотные зависимости акустической мощности,
необходимой для регистрации донных осадочных слоев
Анализ графиков показывает, что с увеличением мощности слоев необходима и
большая акустическая мощность для обнаружения границ донных отложений, что в свою
очередь не противоречит физическому смыслу задачи.
По графикам можно определить оптимальную частоту при минимальной
акустической мощности. Это обусловлено тем, что форма кривых удовлетворяет двум
ISSN 1815-8277. Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану). 2012. №9
106
принципам: справа кривые возрастают за счет большей проникающей способности низких
частот в грунт, слева спадают за счет снижения разрешающей способности со снижением
разностной частоты.
То есть, существует оптимальная область частот, в которой требуемая акустическая
мощность по частотам накачки имеет минимальное значение. Причем, в зависимости от
глубины залегания донного слоя, она находится в различном диапазоне частот. Чем больше
глубина залегания слоя, тем на более низких частотах обеспечивается наиболее эффективное
обнаружение.
Проведем аналогичные расчеты для регистрации двухслойной донной структуры
(табл. 3):
Таблица 3 – Модель дна №3
№ слоя Тип грунта Толщина слоя, м Плотность, кг/м3
Скорость звука, м/с
0 вода 50 1000 1500
1 ил 50,100 1100 1450
2 глина 5 1420 1520
Графики 7, 8 (рис. 2) построены по данным табл. 3 соответственно при толщине
первого слоя 50, 100 м.
Анализируя графики, можно сделать вывод, что глубина места существенно не влияет
на необходимую акустическую мощность в силу малого коэффициента затухания в воде, а
слой ила хорошо «пробивает» волна с относительно невысокой акустической мощностью, в
свою очередь, слой песка вносит существенное влияние на требуемую акустическую
мощность профилографа.
Построим частотные зависимости акустической мощности, необходимой для
регистрации донных осадочных слоев, по данным табл. 1 при значениях ширины
характеристики направленности в режиме излучения равных 6� и 10� . При этом
коэффициент осевой концентрации излучающей антенны будет соответственно равен 1400 и
360.
На рис. 3 графики 1, 2, 3 соответствуют ранее проделанным расчетам (рис. 2) при
3θ = � . Графики 9, 10, 11 (рис. 3) построены по данным табл. 1 при 6θ = � . Графики 12, 13, 14
(рис. 3) построены по данным табл. 1 при 10θ = � .
Анализ графиков показывает, что с увеличением ширины характеристики
направленности в режиме излучения увеличивается необходимая акустическая мощность для
обнаружения границ донных отложений.
Таким образом, данная методика позволяет прогнозировать потенциальные
возможности профилографа, оценить диапазон частот, необходимый для работы в
конкретных ситуациях, выбрать энергетический потенциал в зависимости от параметров
зондирующего сигнала, помеховой обстановки и акустических свойств донного грунта,
определить необходимую разрешающую способность.
ISSN 1815-8277. Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану). 2012. №9
107
Рис. 3 – Частотные зависимости акустической мощности,
необходимой для регистрации донных осадочных слоев
Литература
1. Гидроакустические методы и средства исследования дна Мирового Океана. / [Гончар А.И., Голод О.С.,
Должиков А.К., Шлычек Л.И.] под ред. А.И. Гончара. – Запорожье: НТЦ ПАС НАН Украины, 2002. – 222 с.
2. Гончар А.И. Аспекты технологии автоматизированной дистанционной профильной грунтовой
съемки морского дна / А.И. Гончар, С.Г. Федосеенков, А.И. Шундель // Гидроакустический журнал
(Проблемы, методы и средства изучения Мирового океана). – 2011. - №8. – С. 63-67
3. Воронин В.А. Гидроакустические параметрические системы / В.А. Воронин, С.П. Тарасов,
В.И. Тимошенко // Ростов н/Д: Ростиздат, 2004. – 400 с.
4. Гончар А.И. Создание структурно-акустических моделей морского дна / А.И. Гончар, Л.И. Шлычек,
А.И. Шундель, И.Н. Писанко. // Гидроакустический журнал (Проблемы, методы и средства изучения
Мирового океана). – 2004. - №1. – С. 13-21
Стаття надійшла до редакції 11 вересня 2012 р. російською мовою
© А.І. Гончар, С.Г. Федосеєнков, А.І. Шундель
ЕНЕРГЕТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРАМЕТРИЧНОГО ПРОФІЛОГРАФА
ДОННИХ ОСАДОВИХ СТРУКТУР
У статті наведено розрахунок енергетичних характеристик параметричного профілографа -
засобу для вивчення будови донних відкладів. Побудовані графіки залежності акустичної потужності
від частоти при різних параметрах донних відкладів, проведено аналіз результатів.
© Anatoly I. Gonchar, Sergey G. Fedoseenkov, Alexey I. Shundel
ENERGY CHARACTERISTICS OF PARAMETRIC PROFILERS
BOTTOM SEDIMENTARY STRUCTURES
The paper presents a calculation of the energy characteristics of the parametric profiler - a device for
studying the structure of sediments. Plot the acoustic output of the frequency at different parameters of
sediments, analysis of the results.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60947 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1815-8277 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:20:12Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Науково-технічний центр панорамних акустичних систем НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гончар, А.И. Федосеенков, С.Г. Шундель, А.И. 2014-04-22T20:01:33Z 2014-04-22T20:01:33Z 2012 Энергетические характеристики параметрического профилографа донных осадочных структур / А.И.Гончар, С.Г.Федосеенков, А.И. Шундель // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану): Зб. наук. пр. — Запоріжжя: НТЦ ПАС НАН України, 2012. — № 9. — С. 103-107. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1815-8277 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60947 621.39.96 В статье приведен расчет энергетических характеристик параметрического профилографа – устройства для изучения строения донных отложений. Построены графики зависимости акустической мощности от частоты при различных параметрах донных отложений, проведен анализ результатов. У статті наведено розрахунок енергетичних характеристик параметричного профілографа - засобу для вивчення будови донних відкладів. Побудовані графіки залежності акустичної потужності від частоти при різних параметрах донних відкладів, проведено аналіз результатів. The paper presents a calculation of the energy characteristics of the parametric profiler - a device for studying the structure of sediments. Plot the acoustic output of the frequency at different parameters of sediments, analysis of the results. ru Науково-технічний центр панорамних акустичних систем НАН України Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) Энергетические характеристики параметрического профилографа донных осадочных структур Енергетичні характеристики параметричного профілографа донних осадових структур Energy characteristics of parametric profilers bottom sedimentary structures Article published earlier |
| spellingShingle | Энергетические характеристики параметрического профилографа донных осадочных структур Гончар, А.И. Федосеенков, С.Г. Шундель, А.И. |
| title | Энергетические характеристики параметрического профилографа донных осадочных структур |
| title_alt | Енергетичні характеристики параметричного профілографа донних осадових структур Energy characteristics of parametric profilers bottom sedimentary structures |
| title_full | Энергетические характеристики параметрического профилографа донных осадочных структур |
| title_fullStr | Энергетические характеристики параметрического профилографа донных осадочных структур |
| title_full_unstemmed | Энергетические характеристики параметрического профилографа донных осадочных структур |
| title_short | Энергетические характеристики параметрического профилографа донных осадочных структур |
| title_sort | энергетические характеристики параметрического профилографа донных осадочных структур |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60947 |
| work_keys_str_mv | AT gončarai énergetičeskieharakteristikiparametričeskogoprofilografadonnyhosadočnyhstruktur AT fedoseenkovsg énergetičeskieharakteristikiparametričeskogoprofilografadonnyhosadočnyhstruktur AT šundelʹai énergetičeskieharakteristikiparametričeskogoprofilografadonnyhosadočnyhstruktur AT gončarai energetičníharakteristikiparametričnogoprofílografadonnihosadovihstruktur AT fedoseenkovsg energetičníharakteristikiparametričnogoprofílografadonnihosadovihstruktur AT šundelʹai energetičníharakteristikiparametričnogoprofílografadonnihosadovihstruktur AT gončarai energycharacteristicsofparametricprofilersbottomsedimentarystructures AT fedoseenkovsg energycharacteristicsofparametricprofilersbottomsedimentarystructures AT šundelʹai energycharacteristicsofparametricprofilersbottomsedimentarystructures |