Читать онлайн «Интерференция звуковых волн в океане»

Автор Орлов Е.Ф.

Е. Ф. Орлов, Г. А. Шаронов ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ЗВУКОВЫХ ВОЛН В ОКЕАНЕ Глава 1 Интерференция звука в слоистом волноводе /. /. Поле точечного широкополосного источника в слоистом волноводе ассмотрим гидроакустический канал. Пусть p(t,r,z,z,) - сигнал в точке наблюдения r,z, создаваемый источником, расположенным в точке o,z,. Для сигнала в точке приема можно записать, используя формализм теории фильтров [1]: g(t,r,z)z1) = p(t,r,z,z,) + e(t) = JfCt-'OhCT. isz. z^dT + eCt), (1-1) где f(t) - излучаемый сигнал, hfor. ZjZ,) - отклик среды на 8 - импульс, e(t) - аддитивная помеха. На спектральном языке gJco. r. z. Zj) = pjco. r. z, z,) + em(co) = f(|)(co)h(i)(co>r,z,z1) + (1. 2) + e», где g(u(cor,z,z1)= Jg(t,r,z,Zi)exp(-icot)dt, f
3) комплексная передаточная функция среды. Изменения параметров передаточной функции среды - гидроакустического канала - носят закономерный динамический характер в соответствии с изменениями величин co,r,z и флюктуационный характер, обусловленный случайными временными изменениями отклика среды в соответствии с изменениями условий распространения волн в среде с течением времени. Ниже будут рассматриваться возможности исследования закономерных динамических зависимостей передаточной функции среды. Для слоистых сред с постоянными во времени параметрами существующая теория [2] дает необходимые основы для расчета передаточных функций, т. е. для расчета спектральных характеристик поля широкополосных сосредоточенных источников. Математическая задача сводится к решению волнового уравнения, которое в случае, если скорость звука зависит от одной координаты z и канал однороден по трассе, можно представить в виде произведения радиальной функции R(r) и функции, зависящей от поперечной координаты z-Z(z). рт(со,г,г,г;) = 11(ш,г)2(со,г,г;), где R(r,co) и Z(z, со) удовлетворяют следующим уравнениям: 32Z AR + ae2R = 0 ^-r + Y^^0- ' dz Здесь у и ге - вертикальная и горизонтальная проекции волнового вектора, связанные соотношением у2+*2 = к2=со2/с2, С1-4) с - скорость звука в среде. Решение Z(z) представимо в виде суммы нормальных волн - мод Zm(ym,z), где у (т = 1,2 ... ) - дискретный ряд соб- ственных значений соответствующего характеристического уравнения. Собственные значения ут определяют согласно (1. 4) дискретный ряд значений горизонтальной проекции волнового вектора km. Для сосредоточенного гармонического источника решение на достаточных удалениях г >> 2л/к можно представить в виде [3]: N pm(co,r,z,z, =fm(co)^Am(co,r,z,z1)exp[-i(smr-cot)]> m=l где Am(co,r,z,z,) = - 2nip / \l/2 f 2л Л JpZ^(z)d2 жт(со)г Zm(z)Zm(zl)eXp . К iT-amr амплитуда моды m в точке приема, ат- коэффициент затухания m-й моды, fQ(co) - спектральная амплитуда сигнала источника, р - плотность среды, Zm - собственные функции волновода. Квадрат амплитуды давления поля гармонического сосредоточенного источника на значительных удалениях будет иметь вид Ipjco, г, z, z, )|2 = Р(со, г, z, z,) = F(co)H(co, r, z, z,), где F(co) = |fm(co)|2, N N H(co,r,z,z1) = £A^(co,r,z,z1)+ ^Am(... )An(... )cosaempn(co)r) (1 5) m=l £mn((o)=sm(u))-jEn((o) - пространственная частота интерференции мод номеров тип.