Низкочастотная акустика океана

Понимание того, что низкочастотная (НЧ) гидроакустика является уникальным инструментом для дистанционного исследования протекающих в океане процессов и может быть эффективно применена в различных, в том числе оборонных, целях, пришло уже достаточно давно. Было хорошо известно, в частности, что НЧ звук распространяется в океане практически без затухания благодаря формированию в верхнем слое океана подводного звукового канала (ПЗК) – акустического волновода рефракционного типа. Именно благодаря этой особенности океана как среды распространения звука НЧ акустика имеет очевидное преимущество в решении широкого круга задач диагностики океана на акваториях, линейные размеры превышают сотни и даже тысячи километров. Однако, для практического воплощения этого преимущества необходимо было исследовать целый ряд принципиальных и заранее неочевидных проблем формирования акустических полей в океанических волноводах в условиях дальнего распространения на такие дистанции. Среди них – влияние сложной интерференционной структуры и пространственно-временной когерентности многомодовых сигналов, возможность эффективной генерации и управления звуковым полем, возможность выделения НЧ сигналов на фоне реверберации и помех естественного происхождения.

С момента образования ИПФ РАН и до сегодняшнего дня экспериментальные и теоретические исследования низкочастотных (от десятков до сотен герц) звуковых полей в океане остаются одним из основных направлений научных исследований института. Главные цели этих работ состоят в решении комплекса задач, включающих:

• построение физических и математических моделей звуковых полей в глубоком и мелком море, адекватно учитывающих условия дальнего распространения акустических сигналов в ПЗК различного типа
• использование полученных результатов при проектировании излучающих и приемных гидроакустических систем, анализе и оптимизации их характеристик в условиях реального океана; разработка и создание излучающих и приемных систем , обеспечивающих выполнение натурных экспериментов;
• развитие специальных методов и алгоритмов обработки данных и разработка на этой основе методов решения обратных задач НЧ акустики океана – акустической томографии океана, включая задачи акустического мониторинга неоднородностей водной толщи, структуры дна и параметров поверхностного волнения.

Важнейшей частью исследований ИПФ РАН в области НЧ акустики океана являются многочисленные натурные эксперименты, проведенные в разные годы на акваториях всех четырех океанов в сотрудничестве с коллегами из ИО РАН, ИОФ РАН, АКИН и ряда других институтов. В этих экспериментах измерения выполнялись в ПЗК различного типа: от приповерхностных каналов в северо-западной части Тихого океана и Арктике до глубоководных каналов, типичных для умеренных и низких широт. Большинство измерений выполнено с использованием научно-исследовательских судов, буксирующих излучающую и приемную аппаратуру. Наряду с корабельными экспериментами, большую практическую важность имеют долговременные наблюдения за изменчивостью звуковых сигналов на стационарных акустических трассах (между стационарно установленными излучателями и приемными антенными решетками). В дополнение к натурным экспериментам, на оз. Санхар (Владимирская обл.) выполнен обширный цикл работ по масштабному физическому моделированию распространения звука в мелком море и развитию методов гидроакустических измерений.