|
Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://acoustics.phys.msu.su/teachers/gordienko_files/gordienko07.htm
Дата изменения: Fri Oct 12 13:08:17 2007 Дата индексирования: Mon Oct 1 20:28:12 2012 Кодировка: Windows-1251 |
<< Векторно-фазовые методы в акустике
Первые 10 лет, до переезда в новое здание в 1953 г., кафедра акустики размещалась в небольшом подвальном помещении старого здания на Моховой улице, построенного еще при участии Н.А. Умова. Штат состоял из профессора С.Н. Ржевкина, двух доцентов, трех ассистентов и лаборанта.
С.Н. Ржевкин понимал, что развитие гидроакустики - это прежде всего, успехи теоретических изысканий и разработки измерительных средств, позволяющих более глубоко взглянуть на физическую природу акустических полей. Возможности реализации тех или иных алгоритмов для решения задач акустики в многом определяются качеством и возможностями используемых измерительных средств.
В большинстве работ, а также сконструированных гидроакустических приборов, основной упор делался на измерения поля звукового давления (хотя в воздушной акустике уже использовался ленточный микрофон, чувствительный к градиенту звукового давления в волне). В водной среде только акустические волны являются в определенной мере универсальными в связи с их относительно малым поглощением в воде. Однако наличие природных волноводов, связанных с неоднородностями среды, в частности ее слоистостью, обеспечивает канализацию акустической энергии на большие расстояния, но вместе с тем, значительно усложняет математическое описание и физическое моделирование характеристик реальных волновых полей.
Другой аспект данной задачи - определение по измерениям поля излучения в ближней зоне акустических характеристик низкочастотных источников звука, для которых как правило, не представляется возможность обеспечить проведение таких измерений в дальней зоне или хотя бы в условиях приближающихся к свободному пространству.
И здесь решающим является получение любой дополнительной информации о поле при заданных пространственно-временных объемах выборок. Из общей теории звука (и в определенной мере, из гидродинамики, если рассматривать акустические волны, особенно низкочастотные, как ее частный случай) следует, что полное описание поля требует одновременного задания поля давления и поля колебательных скоростей в волне.
Как было показано и обосновано в более поздних работах (см., например [1, 2]), такой подход является предпочтительнее для низкочастотных сигналов или в сложных акустических полях, когда связь между давлением и колебательной скоростью частиц среды априори может быть не известна.
Имея достаточно хороший кругозор и накопленный опыт работ в низкочастотной воздушной акустике, где эти проблемы возникали в первую очередь для закрытых помещений, а так же в области гидроакустики (в частности, гидроакустические работы оборонного назначения в годы войны), С.Н. Ржевкин понимал, что требуются достаточно решительные шаги в развитии акустических средств, которые могли бы перевести гидроакустические измерения (особенно слабых низкочастотных сигналов) на принципиально новый уровень. Поэтому с конца 40-х годов работы кафедры акустики в области гидроакустики сосредотачиваются, помимо решения прикладных задач, на развитии средств и методов приема гидроакустических сигналов.
Он обращается к разработке и созданию приемника для измерения векторных характеристик акустического поля.
Первым, кто достаточно обоснованно указал на возможности измерений иной характеристики звука - колебательной скорости частиц среды, - по-видимому, следует считать Рэлея (1882 г.). Он же сконструировал первый прибор для количественных измерений колебательной скорости в воздушной среде, получивший название диска Рэлея.
Об определенных преимуществах звукоприемника, регистрирующего векторные характеристики поля отмечал и К.В. Дросуэл в упоминавшейся выше переведенной на русский язык С.Н. Ржевкиным статье.
Первые попытки использования приемника градиента звукового давления (ПГД) в гидроакустике за рубежом относятся к 30-м годам (работы лаборатории Конрада Тампа и Эрвина Майера в Германии).
Прямое измерение градиента давления стало возможным лишь с появлением ленточного микрофона в 1931 г. Тогда же Х. Олсоном были предприняты попытки синтеза сложных характеристик направленности и определения энергетических характеристик поля с использованием приемников звукового давления (ПД) и градиента давления (см.[1]). В 1941 г. был создан прибор для измерения потока звуковой энергии на базе ПГД. В книге Р. Боббера [3] есть упоминание о том, что первый приемник градиента давления был сделан в 1942 г. в США в лаборатории фирмы "Белл Телефон" для ВМС (см. в [3] библиографию на стр. 318). Однако вначале возникли трудности из-за отсутствия стабильно работающих в воде датчиков-преобразователей для ПГД, обладающих при малых по сравнению с длиной волны размерах, достаточно низкими пороговыми уровнями. Поэтому сначала эти приемники не нашли практического применения.
На рубеже 40-50-х годов на кафедре акустики при участии В.А. Добросклонского и аспиранта С.Н. Ржевкина В.В. Филипкова был изготовлен звукоприемник, который представлял собой полую сферическую оболочку с гибкой пластиной, на которую были наклеены кристаллы сегнетовой соли (рис.1). Уже первые экспериментальные результаты по регистрации в море инфразвуковых волн (с частотами порядка нескольких герц), вызванных штормом на расстоянии сотен километров с помощью приемников нового типа, полученные в 1951 г. В.В. Филипковым, свидетельствовали о перспективности использования этих звукоприемников для практической гидроакустики. Однако возникла необходимость в строгом теоретическом обосновании работы приемника в различных гидроакустических ситуациях.
В начале 50-х годов, понимая важность создания гидроакустических приемников нового типа, названных впоследствии векторными, С.Н. Ржевкин, исходя из решения Релея для дифракции плоской волны на сфере рассмотрел вопрос о колебании малой по сравнению с длиной волны сферы, и показал, что размещая внутри оболочки устройство типа сейсмометра, можно определить колебательную скорость частиц среды в акустической волне. Работа была опубликована в 1956 г. в акустическом журнале [4]. Впоследствии С.Н. Ржевкин развил далее теорию колебаний сферы в звуковой волне на случай ее размеров, сравнимых с длиной волны с учетом дифракции на ней звуковой волны. Однако работа[4] явилась первой, доступной широкому кругу специалистов публикацией, обосновывающей возможные принципы регистрации векторных характеристики поля, в частности, колебательной скорости.
Рис.1. Внешний вид первого векторного приемника, изготовленного на кафедре акустики МГУ.
Практически с этого момента начались планомерные работы по созданию приемников градиента давления на кафедре. В эти годы под непосредственным руководством С.Н. Ржевкина в работе приняли активное участие В.С. Нестеров, Л.Н. Захаров, Ф.В. Рожин, О.С. Тонаканов, А.В. Болотников, Ф.А.Топоровский и др.
В том же 1956 г. появилась работа С. Лесли и Дж. Кендалла [5], в которой были описаны возможные конструкции приемника колебательной скорости на этом же принципе.
Анализируя отечественные и зарубежные работы и публикации по этому вопросу, С.Н. Ржевкин неоднократно отмечал, что в начале 50-х годов сотрудники кафедры акустики хорошо понимали глубину проблемы и открывающиеся перспективы развития гидроакустических средств и примерно на 10 лет опережали зарубежных специалистов.
Однако Министерство Обороны США активно начало финансировать работы по созданию новых типов звукоприемников. Быстро был пройден этап подготовительных и исследовательских работ. В результате в середине 50-х годов в США для нужд ВМС был разработан выпускаемый впоследствии серийно, приемник 1А, модернизированный вариант которого стал основой при создании радиогидроакустического буя (РГБ) AN/ SSQ-53 и двух его модификаций, работающих соответственно в диапазонах частот 10...500 Гц и 8...2000 Гц .
Тем не менее, только в 60-х годах американским специалистам удалось разработать простую и достаточно технологичную конструкцию приемника градиента давления с неподвижным корпусом и датчиком-преобразователем на базе пьезокерамики, сравнимую по акустическим характеристикам с звукоприемниками, разработанными на кафедре акустики в начале 50-х годов. В период 1962-69 гг. конгрессом США только на проведение НИР в этом направлении было выделено несколько сотен миллионов долларов. В 1968 г. началось серийное изготовление для ВМС США принципиально новых радиогидроакустических буев, использующих векторно-фазовые методы. Дальнейшее развитие технологии изготовления пьезопреобразователей позволило сконструировать в Японии [6] двухканальный ПГД с биморфными датчиками-преобразователями, на основе которого в 1974 г. выполнена конструкция комбинированного приемника (т.е. одновременно измеряющего звуковое давление и две ортогональные составляющие градиента звукового давления в волне), с 1977 г. используемого ВМС США в качестве акустической системы РГБ AN/SSQ-53а с рабочим диапазоном от 10 до 2500 Гц.
В нашей стране серийный выпуск качественных векторных приемников до сих пор не налажен.
Начальные шаги кафедры, пришедшиеся на военные и первые послевоенные годы были сопряжены с большими трудностями. Полного расцвета кафедра акустики достигла после переезда в новое здание на Ленинских горах осенью 1953 г. Переезд в новое здание особенно способствовал активному развертыванию работ по гидроакустике.
С.Н. Ржевкин, назначенный председателем Комиссии по строительству нового здания физического факультета, старался полностью использовать открывшуюся уникальную возможность для того, чтобы обеспечить будущие работы на высочайшем экспериментальном уровне. Для нового здания физического факультета были спроектированы и построены специальные помещения, хорошо приспособленные для самых разнообразных акустических измерений.
Была разработана конструкция реверберационной камеры, в которой полностью отсутствуют параллельные друг другу стены. Но прежде всего, следует отметить большую звукомерную камеру площадью около 100 м2, представляющую огромную железобетонную конструкцию, установленную в целях звукоизоляции и развязки от внешних вибраций на специальные "рессоры" и облицованную специальными звукопоглотителями. Это была первая в стране звукозоглушенная акустическая камера, которая впоследствии сыграла важную роль при разработке новых типов звукоприемников и отработке различных гидроакустических методик в контролируемых модельных условиях, предшествующих натурным испытаниям на море.
Для проведения гидроакустических исследований в цокольном этаже здания физического факультета был сооружен специальный гидробассейн площадью 40 м2 и глубиной 4 м. Под Москвой, на Клязьминском водохранилище, был организован гидроакустический полигон (позже перенесенный на Пироговское водохранилище), который дал возможность проводить гидроакустические исследования, максимально приближенные к натурным в море, но тем не менее, с контролируемыми условиями (рис.2).
Рис.2. Зимние работы на Полигоне кафедры акустики на Пироговском водохранилище.
Создание собственной экспериментальной базы с высоким материально-техническим обеспечением позволило активно привлекать студентов старших курсов, дипломников, аспирантов не только к работам теоретического плана, но к непосредственному участию в натурных экспериментах. Не случайно результаты многих студенческих работ по гидроакустике систематически печатались в центральных научных журналах.
В результате с начала 1960 г. под руководством С.Н. Ржевкина и Л.Н. Захарова сформировалось новое направление - векторно-фазовые методы в акустике.
Использование векторных приемников по-новому ставило вопрос о подходе к исследованиям акустических полей. В частности, позволило на принципиально новой основе ставить и решать различные актуальные задачи акустики и гидроакустики.
Преимущества комбинированных приемных систем по сравнению с традиционными, построенными на базе приемников давления, проявляются, прежде всего, при существенном ограничении области пространства для размещения их в среде. В случае одиночной КПМ имеет место качественный скачок, который заключается в появлении нового "качества" у точечной приемной системы - возможности определения местоположения источника звука.
Другая особенность точечной комбинированной приемной системы, в которой используется векторный приемник (приемник проекций градиента звукового давления или колебательной скорости) - возможность прямого измерения потока акустической энергии (мощности), т.е. выделения той ее части, которая обусловлена анизотропией поля или наличием в среде детерминированных источников.
Кроме того, одновременная регистрация нескольких компонентов поля без амплитудно-фазовых искажений позволяет анализировать характер движения частиц среды в волне (поляризационный анализ) с целью их дальнейшей классификации. Последнее особенно актуально при размещении векторных приемников вблизи фронтальных зон, в дне водоемов или земной коре (использование векторных приемников в качестве геофонов).
Таким образом, выделяются два основных направления:
Сотрудники кафедры акустики развернули широким фронтом работы по обоим направлениям.
Проведенный на основе векторных приемников цикл работ послужил основой для формулировки концепции векторно-фазовых методов акустики (С.Н. Ржевкин и Л.Н. Захаров, 1971 - 1974 гг.). Основные результаты работ в этом направлении были подытожены в диссертации Л.Н. Захарова, представленной в 1980 г. на соискание ученой степени доктора физико-математических наук.
В середине 50-х годов по инициативе ряда организаций ВМФ и промышленности, работы по гидроакустике в нашей стране значительно расширились. Были проведены пионерские работы по исследованию флуктуаций сигналов при распространении звука в море, по исследованию акустических свойств морского грунта и их влиянию на распространение звука в море.
В это же время на кафедре акустики развернулись работы по созданию новых способов измерения волновых и колебательных процессов, в ходе которых были усовершенствованы и получили новое конструктивное развитие векторные приемники. В результате появилась возможность более детального, чем ранее, исследования структуры сложных звуковых полей, а также возможности решения ряда обратных задач физики акустическими методами.
Использование этой концепции позволило создать принципиально новые способы и устройства для получения информации о свойствах среды, ее границ и тел, погруженных в толщу среды.
Отработка методик осуществлялась на гидроакустическом полигоне кафедры акустики, который со временем превратился в уникальное метрологическое устройство, на котором проводились работы по моделированию акустических процессов в океане. В течении многолетних работ акватория полигона была детально исследована. Определены ее гидрологические характеристики в различные времена года, изучены глубины и акустические параметры грунта по всей акватории на расстоянии нескольких километров от участка полигона.
Следует отметить, что проводимые работы никогда не носили чисто академического характера. С.Н. Ржевкин стремился довести все исследования до практического использования. поэтому на протяжении всего времени кафедра осуществляла непосредственные прямые контакты со многими ведущими в области гидроакустики организациями, осуществлявшими внедрение новых средств и методов в практику.
Эти традиции на кафедре сохранились и после смерти Сергея Николаевича.
В 50-х годах Ю.М. Сухаревский создает Сухумскую научную станцию Акустического института АН СССР. Здесь под его руководством и при непосредственном участии проводятся исследования распространения звука в море, рассеяния и излучения звука оболочками и др. И уже в 1958 совместно с сотрудниками Сухумской научной станции активно работают сотрудники кафедры акустики, разработавшие и подготовившие для экспериментов комплекс аппаратуры на базе векторных приемников.
В Сухуми состоялось практическое знакомство С.Н. Ржевкина и Л.Н.Захарова с В.И. Ильичевым, будущим директором Тихоокеанского океанологического института АН СССР, который впоследствии сыграл важную роль в развитии векторно-фазовых методов.
В 1959-60 гг. натурные эксперименты были продолжены на Ладожском озере на полигоне ЦНИИ Гидроприбор. Эти работы послужили толчком к развитию аппаратных комплексов на базе векторных приемников в этой организации.
Важным этапом натурных исследований с использованием векторных приемников явились работы, проводившиеся в период 1961-67 гг. в Крыму под Феодосией. Здесь впервые в натурных условиях векторный приемник был использован для измерения уровней гидродинамических шумов обтекания. Как известно, в поле таких шумов информация, полученная только с помощью гидрофонов не дает истинного представления об уровне шумности и механизмах генерации шумов обтекания, вызванных движением тела конечных размеров в воде. Необходимость разработки методов снижения шумов обтекания требовала выявления характера и структуры этих помех, а также причин их генерации по измерениям в ближнем поле.
Для решения этой задачи на кафедре акустики был разработан не только специальный приемник, но и устройство для аналоговой записи информации. Это был первый в нашей стране магнитофон не уступающий по электроакустическим параметрам выпускаемому вплоть до настоящего времени 4-х канальному аналоговому магнитофону фирмы 'Брюль и Къер'. С особой тщательностью была отработана защита узлов магнитофона от внешних вибраций, так как магнитофон размещался непосредственно внутри объекта, гидродинамические шумы обтекания которого исследовались.
В 1969-70 гг. аналогичные работы были продолжены на Черноморском гидроакустическом полигоне вблизи г. Гагры.
В 70-х годах в совместные с кафедрой акустики физического факультета МГУ работы по использованию векторных приемников для решения задач гидроакустики активно включился Всесоюзный НИИ физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ, пос. Менделеево Московской обл.). Работы проводились в акватории Балтийского моря вблизи населенного пункта Лахденпохья. Одной из задач, стоявших перед сотрудниками кафедры акустики, была проверка разработанных и испытанных во время многочисленных экспериментов на полигоне кафедры на Пироговском водохранилище, методик определения акустических характеристик грунта с целью дальнейших исследований влияния этих параметров на распространение звука в относительно мелком Балтийском море. Обобщение этих работ нашло достаточно полное отражение в диссертации ныне старшего научного сотрудника кафедры акустики Б.И. Гончаренко. Более поздние достижения в этой области отражены в работах [1,2,7].
Научные работы кафедры акустики по векторно-фазовым методам привлекли внимание ряда ведущих организаций. В 1972 г. кафедру посетил председатель Совета по гидрофизике при президиуме АН СССР академик А.П. Александров (будущий президент АН СССР, который впоследствии неоднократно оказывал содействие в проведении работ по данной тематике). В 1975 г. кафедру посетили ректор университета, академик Р.В. Хохлов и заместитель Главкома ВМФ адмирал флота Н.И. Смирнов, которые одобрили проводимые кафедрой работы в области векторно-фазовых методов и приняли совместное решение об организации при кафедре акустики проблемной лаборатории векторно-фазовых методов со штатом 25 человек и расширении подготовки специалистов на базе лаборатории. Однако этим планам С.Н. Ржевкина очередной раз не суждено было осуществиться.
В 1975 г. С.Н. Ржевкина освобождают от должности зав. кафедрой акустики. После этого центр тяжести работ по векторно-фазовой тематике переносится на кафедру моря и вод суши геофизического отделения физического факультета МГУ (зав. кафедрой профессор В.М. Гусев). Здесь по приказу ректора МГУ создается лаборатория акустики и гидроакустики, которую вплоть до своей смерти в 1981 г., возглавляет С.Н. Ржевкин. С 1981 г. руководство лабораторией осуществляет один из учеников и ближайших помощников Сергея Николаевича на физическом факультете МГУ, доктор физико-математических наук Л.Н. Захаров. Только в 1987 уже после кончины Л.Н. Захарова, сотрудники лаборатории акустики и гидроакустики вновь возвратились на кафедру акустики. С этого периода работы по векторно-фазовой тематике возглавил ныне доктор физико-математических наук В.А. Гордиенко.
В конце 70-х годов основные натурные работы перемещаются на Дальний Восток. Здесь, во Владивостоке, при Тихоокеанском океанологическом институте Дальневосточного отделения АН СССР (ТОИ), при активном содействии директора ТОИ, член-корреспондента АН СССР В.И. Ильичева (впоследствии академика, Председателя Президиума ДВО АН СССР и вице-президента АН СССР), организовывается лаборатория векторно-фазовых методов (зав. лабораторией кандидат физико-математических наук В.А. Щуров), на базе которой сотрудники МГУ получают возможность активно включиться в исследования по отработке векторно-фазовых методов регистрации акустических полей в условиях реального глубоководного океана.
В середине 80-х годов происходит важное событие. Заведующий лабораторией акустики и гидроакустики физического факультета МГУ Л.Н. Захаров одновременно становится начальником вновь организованного при активном его участии отдела в Акустическом институте им. Н.Н. Андреева, основная задача которого - развитие векторно-фазовых методов применительно к актуальным задачам гидроакустики.
В 1986 г. состоялась совместная экспедиция сотрудников физического факультета и акустического института на Черное море. В рамках этих работ отрабатывались методики настройки и калибровки антенн на базе векторных приемников в реальных морских условиях.
Работы проводились на научно-экспериментальной базе НПО КВАНТ в Геленджике. Совместными усилиями сотрудников МГУ и вновь созданного отдела Акустического института в прибрежной акватории была установлена 6-ти элементная комбинированная антенна (усовершенствованный вариант дрейфующих 3-х и 5-ти элементных антенны, с которыми сотрудники МГУ работали в Тихом океане во время экспедиционного рейса НИС 'Академик Лаврентьев' в 1995 г.
Следует отметить, что к тому времени антенна на базе векторных приемников уже была изготовлена и в НПО 'Квант'. В основу разработки были положены разработанные в этом же институте электрокинетические приемники градиента звукового давления (рис.4) (фото любезно предоставлено сотрудником НПО "Квант" Дмитриевым В.Г.).
От НПО 'Квант' работы возглавлял В.Г. Дмитриев.
Рис.4. Донная 12-ти элементная комбинированная приемная антенна, разработанная и изготовленная в НПО 'Квант' (1985 г.).
В результате активного сотрудничества сотрудников кафедры акустики с ведущими организациями страны и активной пропаганды новых средств и методов, подтвержденной результатами корректных экспериментов, в ряде научно исследовательских организаций (ЦНИИ Гидроприбор, КНИИ Гидроприборов, КБ 'Шторм' при Киевском политехническом институте, ВНИИФТРИ, ЦНИИ им. Акад. Крылова и др.) на этих базе совместных работ были заложены новые научные и практические направления, организовано создание специальных измерительных комплексов и изготовление новой специальной аппаратуры. Работы по обнаружению и пеленгации звука были доведены до стадии внедрения в изделия, выпускаемые промышленностью.
На основе проведения цикла этих работ на кафедре сложился коллектив, способный решать сложные. Комплексные задачи современной гидроакустики, как в теоретическом, так и в экспериментальном плане.
Накопленный сотрудниками факультета огромный опыт работы с приемными устройствами на базе векторных приемников, а так же возможности использования экспериментальных баз ведущих в гидроакустике организаций страны, и прежде всего потенциал ТОИ ДВО АН СССР, позволил перейти к решению одной из важнейших проблем - исследование фундаментальных закономерностей, связывающих скалярные, векторные и фазовые (разностно-фазовые) характеристики полей детерминированных и шумовых источников в реальном океане, позволяющих высказать определенные суждения об адекватности совместных измерений полей различными типами звукоприемников. Последнее не очевидно, так как конкретные соотношения между скалярными и векторными параметрами акустического поля существенно зависят от механизмов и условий его формирования.
Эти же работы параллельно позволили выявить факторы, определяющие потенциальные возможности акустических систем на базе приемников градиента давления в плане расширения их функциональных возможностей, повышения помехоустойчивости и точностных характеристик.
Существенным является то, что исследование акустических полей источников с позиций задач метрологии, осложняется неизбежным присутствием полей акустических помех (окружающего шума) и полей рассеяния на неоднородностях среды. Наличие помех требует для обеспечения задаваемой метрологической точности измерений необходимости увеличения объема акустической информации, а так же применения специальных помехоустойчивых методов ее приема для последующей обработки. Эффективность последней естественно зависит от характеристик полей помех, изучение которых также входит в необходимый круг метрологических задач. Именно знание фундаментальных закономерностей влияния океана на формируемое акустическое поле позволяет расширить потенциальные возможности используемых средств и методов. Некоторые относительно последние результаты работ в этом направлении опубликованы в работах [2, 8, 9, 10].
Важным этапом в понимании многих проблем, связанных с использованием векторных приемников в гидроакустических комплексах и выявления взаимосвязи векторных и скалярных характеристик акустических полей явились работы по изучению полей шумов водоемов, проведенные на полигоне кафедры акустики на Пироговском водохранилище в период 1967-1971 гг. В течении длительного времени была накоплена статистика измерений в частотной области 2-10000 Гц при различных погодных условиях (дождь, град, снег, штиль, штиль с туманом ветер от 2 до 15 м/с и т.д.). Были выполнены измерения шумности подо льдом в ночное время зимой. При этом удалось найти относительно простой оптимальный алгоритм сопоставления данных по динамическим шумам, измеренным приемниками различного типа. Поскольку акустические характеристики дна данного полигона были хорошо известны, водоем с большой достоверностью можно было описывать в рамках модели плоского водного слоя, судоходство отсутствовало, а в береговой зоне практически не было источников дополнительных шумов, многие наиболее важные моменты были смоделированы и рассчитаны на ЭВМ. Эти результаты составили основу кандидатской диссертационной работы Е.Л. Гордиенко, выполненной совместно с НПО ВНИИФТРИ. Насколько нам известно, это было первое обобщение результатов измерения векторно-фазовой структуры поле шумов, генерируемых динамическими процессами в воде.
Именно пионерская работа Е.Л. Гордиенко позволила сформировать программу дальнейших работ по исследованию фундаментальных закономерностей формирования векторно-фазовой структуры полей детерминированных и шумовых источников в океане. Этот цикл работ был проведен под руководством и при непосредственном участии Л.Н.Захарова и В.А.Гордиенко и уже после кончины Л.Н. Захарова нашел отражение в работах [1, 2].
Весьма существенно, что статистика набиралась в различных акваториях Тихого, Индийского и Атлантического океанов, Черного и Средиземного морей. Чтобы избежать влияния шума судна-постановщика приемной системы В один из совместных с ТОИ ДВО АН СССР рейсов на борт судна была взята яхта, с которой собственно и производились измерения шумов океана в тихом и индийском океанах (рис.5). Аппаратура записи и обработки была разработана и изготовлена таким образом, чтобы иметь малое потребление тока и питаться от стандартных аккумуляторных батарей 12 В или 24 в без подзарядки в течение нескольких суток.
Рис. 5. Измерения шумов в Индийском океане с борта яхты (1983 г.)
На протяжении всего времени сотрудники кафедры акустики активно работали над усовершенствованием конструкций векторных приемников, позволяющих реализовать различные прикладные задачи. Ими получено более десятка авторских свидетельств и Патентов на наиболее перспективные варианты.
Не углубляясь в детали конструкций отметим лишь, что одна из первых конструкций ВП (которую можно считать в определенном смысле базовой) была заявлена группой сотрудников, включавшей С.Н. Ржевкина, Л.Н. Захарова, О.С. Тонаканова. Конструкция наиболее распространенного варианта, используемого в работах МГУ, ТОИ ДВО АН СССР, НИЦ 'Кристалл', 3-го и 14-го институтов МО, и ряде других организация запатентован в 1988 г. [11]. Для измерений в области частот до 12...15 кГц был разработан специальный высокочастотный трехкомпонентный ВП (рис. 6). Совместно с Акустическим институтом им Н.Н. Андреева была разработана конструкция двухкомпонентного приемника цилиндрического типа (рис. 7), а совместно с 3-им НИИ МО - двухкомпонентного комбинированного пластинчатого (подробно описанных в работах [1, 2]). Были разработаны конструкции приемников с достаточно низким пороговым уровнем в области низких частот [12, 13].
Рис. 6. Высокочастотные трехкомпонентные векторные приемники, изготовленные на кафедре акустики МГУ
Рис. 7. Двухкомпонентный цилиндрический приемник градиента давления, изготовленный в содружестве с Акустическим институтом.
Введение в практику акустических измерений приемников градиента давления позволило расширить или упростить методически круг решаемых задач за счет использования результатов измерения скалярно-векторных параметров акустического поля в ограниченной области пространства.
Одной из важнейших, решенных сотрудниками кафедры акустики совместно с лабораторией векторно-фазовых методов ТОИ ДВО АН СССР, является задача определения направления на сосредоточенный источник по результатам измерения поля в точке, в том числе при малых соотношениях сигнал/помеха.
В 1987-88 гг. в бухте витязь на экспериментальной экспедиционной базе ТОИ был установлен комплекс, состоящий из трех разнесенных в пространстве донных станций, включающих по два трехкомпонентных векторных приемника конструкции МГУ с системой уплотнения передачи информации на берег, разработанной КНИИ Гидроприборов. Довольно простые алгоритмы, реализованные на базе ЭВМ типа ДВК позволяли не только определять пеленг на проходящие суда, но и методом триангуляции локализовать положение источников в горизонтальной плоскости.
Следует также перечислить круг других прикладных задач, решенных за последнее время на кафедре акустики физического факультета МГУ и базирующиеся на векторно-фазовых методах (см. также [1, 2]):
Практически сразу же с использованием векторных приемников для измерения акустических полей, возникла необходимость в строгом теоретическом обосновании работы таких звукоприемников в различных гидроакустических ситуациях и метрологического обеспечения характеристик изготавливаемых звукоприемников. Уже первые исследования (результаты которых частично вошли в диссертации Л.Н. Захарова и О.С. Тонаканова) обнаружили определенные трудности на этом пути [19, 20]. Тем не менее удалось разработать методики и создать установки для калибровки векторных приемников, разрабатываемых как на кафедре, так и в других организациях. Обзор разработанных методов содержится в монографии [1]. Последние достижения в этой области включены в работу [2].
Отметим, что вплоть до настоящего времени отсутствуют какие-либо специальные стандарты, касающиеся приемников градиента давления. В нашей стране при использовании в качестве измерительного устройства ПГД, опираются на МИ 1620-87 и ГОСТ 8.179-76. Однако до сих пор остается нерегламентированным пересчет данных к истинным значениям акустических характеристик поля в воде или в воздухе.
Работы по метрологическому обеспечению измерений, выполненные сотрудниками кафедры акустики, на наш взгляд сняли эту проблему и в настоящее время вопрос в основном сводится к разработке соответствующих нормативных документов.
©2003 Кафедра акустики