STUDY OF ARRIVAL TIMES OF PULSE SIGNALS IN THE CASE OF SHALLOW-TO-DEEP PROPAGATION IN WAVEGUIDES OF THE SEA OF JAPAN

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper presents a description of the results of a full-scale experiment conducted in August 2023 in the Sea of Japan on the transmission and reception of pulsed acoustic signals for the “shallow-to deep” scenario. A feature of the experimental waveguide is its division into shallow and deep-water parts, approximately equal in length. The results of mathematical modeling of the propagation of pulsed acoustic signals from the shelf zone to the deep sea for this track are discussed. The modal structure of the field in the waveguide is described, theoretical estimates of the arrival times of the modal components of the acoustic signal are obtained. The formation of a dense group of modal components of small numbers, which is not typical for this class of problems, is discovered and theoretically explained. This phenomenon is associated with both the configuration of the waveguide, divided in approximately equal parts into deep-water and shallow-water parts, and with the orientation of the acoustic path at an acute angle relative to the depth gradient, which creates conditions for the occurrence of the phenomenon of horizontal refraction. A comparison of the experimental impulse responses of the waveguide and the estimates of the arrival times gives reason to believe that a distinctive feature of acoustic paths of this type is the formation of two maxima of the impulse response function.

About the authors

M. A Sorokin

Federal State Budgetary Institution of Science Pacific Oceanological Institute named after. V.I. Ilyicheva Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences; Federal State Autonomous Institution of Higher Education Far Eastern Federal University

Email: sorokin.ma@poi.dvo.ru
Vladivostok, Russia; Vladivostok, Russia

A. A Golov

Federal State Budgetary Institution of Science Pacific Oceanological Institute named after. V.I. Ilyicheva Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Vladivostok, Russia

S. S Shkramada

Federal State Budgetary Institution of Science Pacific Oceanological Institute named after. V.I. Ilyicheva Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Vladivostok, Russia

A. C Guzovskaya

Federal State Autonomous Institution of Higher Education Far Eastern Federal University

Vladivostok, Russia

P. D Tkachenko

Federal State Budgetary Institution of Science Pacific Oceanological Institute named after. V.I. Ilyicheva Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences; Federal State Autonomous Institution of Higher Education Far Eastern Federal University

Vladivostok, Russia; Vladivostok, Russia

D. V Sokirkina

Federal State Autonomous Institution of Higher Education Far Eastern Federal University

Vladivostok, Russia

Yu. N Morgunov

Federal State Budgetary Institution of Science Pacific Oceanological Institute named after. V.I. Ilyicheva Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Vladivostok, Russia

P. S Petrov

Federal State Budgetary Institution of Science Pacific Oceanological Institute named after. V.I. Ilyicheva Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences; Instituto de Matemа́tica Pura e Aplicada

Email: pavel.petrov@impa.br
Vladivostok, Russia; Rio de Janeiro, Brazil

References

  1. Mikhalevsky P.N., Sperry B.J., Woolfe K.F., Dzieciuch M.A., Worcester P.F. Deep ocean long range underwater navigation // J. Acoust. Soc. Am. 2020. V. 147(4). P. 2365–2382
  2. Wu M., Barmin M.P., Andrew R.K., Weichman P.B., White A.W., Lavely E.M., Dzieciuch M.A., Mercer J.A., Worcester P.F., Ritzwoller M.H. Deep water acoustic range estimation based on an ocean general circulation model: Application to PhilSea10 data // J. Acoust. Soc. Am. 2019. V. 146(6). P. 4754–4773.
  3. Моргунов Ю.Н., Голов А.А., Каменев С.И., Матвиенко Ю.В. Средства и методы гидролого-акустического обеспечения высокоточного позиционирования подводных объектов на больших дальностях // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 6. С. 793–798.
  4. Munk W.H. Sound channel in an exponentially stratified ocean with applications to SOFAR // J. Acoust. Soc. Am. 1974. V. 55. P. 220–226.
  5. Моргунов Ю.Н., Голов А.А., Буренин А.В., Петров П.С. Исследования пространственно-временной структуры акустического поля, формируемого в глубоком море источником широкополосных импульсных сигналов, расположенным на шельфе Японского моря // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 5. С. 641–649.
  6. Jensen F.B., Kuperman W.A., Porter M.B., Schmidt H. Computational Ocean Acoustics. New-York: Springer, 2012. 794 p.
  7. Бреховских Л.М., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. М.: Наука, 2007. 370 с.
  8. Сорокин М.А., Петров П.С., Каплуненко Д.Д., Голов А.А., Моргунов Ю.Н. К вопросу о теоретических и экспериментальных оценках групповых скоростей модальных компонент импульсных акустических сигналов на протяженных трассах с использованием моделей циркуляции океана // Подводные исследования и робототехника. 2022. № 2(40). С. 54–64.
  9. Сорокин М.А., Петров П.С., Каплуненко Д.Д., Голов А.А., Моргунов Ю.Н. Прогноз эффективной скорости распространения акустических сигналов на основе модели циркуляции океана // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 5. С. 521–532.
  10. Моргунов Ю.Н., Буренин А.В., Голов А.А. Исследование времен прихода импульсных сигналов при распространении из мелкого моря в глубокий океан в волноводах Японского моря // Акуст. журн. 2025. Т. 71. № 5. С. 678–684.
  11. Collins M.D. A split-step Padé solution for the parabolic equation method // J. Acoust. Soc. Am. 1993. V. 93(4). P. 1736–1742.
  12. Петров П.С., Голов А.А.,. Безответных В.В., Буренин А.В., Козицкий С.Б., Сорокин М.А., Моргунов Ю.Н. Экспериментальное и теоретическое исследование времен прихода и эффективных скоростей при дальнем распространения импульсных акустических сигналов вдоль кромки шельфа в мелком море // Акуст. журн. 2020. Т. 66. № 1. С. 20–33.
  13. Tappert F.D., Spiesberger J.L., Wolfson M.A. The mud-slide effect // J. Acoust. Soc. Am. 2001. V. 110 (5_Supplement). P. 2718.
  14. Программный комплекс ac_modes. URL: https://github.com/kaustikos/ac_modes/ (дата обращения: 27.04.2025 г.)
  15. Katsnelson B., Petnikov V., Lynch J. Fundamentals of shallow water acoustics. Springer Science & Business Media, 2012. 540 p.
  16. Baer R.N. Propagation through a three-dimensional eddy including effects on an array // J. Acoust. Soc. Am. 1981. V. 69. P. 70–75.
  17. Макаров Д.В., Коньков Л.Е., Петров П.С. Влияние океанических синоптических вихрей на длительность модовых акустических импульсов // Изв. высших учебных заведений. Радиофизика. 2016. Т. 59. № 7. С. 638–654.
  18. Вировлянский А.Л., Казарова А.Ю., Любавин Л.Я. О возможности использования вертикальной антенны для оценки задержек звуковых импульсов на тысячекилометровых трассах // Акуст. журн. 2007. Т. 54. № 4. С. 565–574.
  19. Голов А.А., Лебедев М.С., Безответных В.В., Стробыкин Д.С., Сорокин М.А., Будянский М.В. Гидролого-акустическое исследование на сверхдальних дистанциях в Японском море // Подводные исследования и робототехника. 2023. № 2(44). С. 83–92.
  20. Тыщенко А.Г., Заикин О.С., Сорокин М.А., Петров П.С. Комплекс программ для расчета акустических полей в мелком море на основе метода широкоугольных модовых параболических уравнений // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 5. С. 533–541.
  21. Sorokin M.A., Petrov P.S., Budyanskiy M.V., Faiman P.A., Didov A.A., Golov A.A., Morgunov Yu.N. On the Effect of Horizontal Refraction Caused by an Anticyclonic Eddy in the Case of Long-Range Sound Propagation in the Sea of Japan // J. Marine Science and Engineering. 2023. V. 11. No 9. P. 1737.
  22. Sorokin M., Gudimenko A., Luchin V., Tyschenko A., Petrov P. The Parameterization of the Sound Speed Profile in the Sea of Japan and Its Perturbation Caused by a Synoptic Eddy // J. Marine Science and Engineering. 2024. V. 12. No 12. P. 2207.
  23. Макаров Д.В., Коньков Л.Е., Улейский М.Ю. Соответствие между лучевой и волновой картинами и подавление хаоса при дальнем распространении звука в океане // Акуст. журн. 2008. Т. 54. № 3. С. 439-450.
  24. Петухов Ю.В., Бородина Е.Л. Влияние слаборасходящегося акустического пучка на формирование пространственно-временной структуры импульсных сигналов в подводном звуковом канале // Акуст. журн. 2024. Т. 70. № 2. С. 225–231.
  25. Сидоров Д.Д., Петников В.Г., Луньков А.А. Широкополосное звуковое поле в мелководном волноводе с неоднородным дном // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 5. С. 608–619.
  26. Lunkov A., Sidorov D., Petnikov V. Horizontal refraction of acoustic waves in shallow-water waveguides due to an inhomogeneous bottom structure // J. Marine Science and Engineering. 2021. V. 9. № 11. P. 1269.
  27. Lunkov A.A., Shermeneva M.A. Application of warping transform for the analysis of the acoustic mode coupling due to a local inhomogeneity in shallow water // Physics of Wave Phenomena. 2023. V. 31. № 6. P. 396–405.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).