The combined effect of internal waves and wind waves on the gain of a vertical array in a shallow sea

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The paper presents the results of a theoretical study of the effect of random internal waves and wind waves on the gain of a vertical antenna array (AR) in shallow seas. An algorithm is proposed for calculating the correlation matrix of the signal at the AR aperture under the conditions of the combined effect of the background of internal waves and surface waves, using the separation of fluctuations of acoustic modes into high-frequency and low-frequency components. This takes into account intermode correlations, that is, the interference structure of the acoustic field in the waveguide. For a waveguide with summer hydrology, a numerical simulation of the vertical function of signal coherence and the gain of the antenna array depending on its distance from the source has been performed. At the same time, for comparison, various methods of spatial signal processing are used: the PHAR method and optimal algorithms (linear and quadratic). The influence of the background of internal waves on the gain coefficient of the AR depending on the acoustic parameters of the bottom soil is discussed. The results of numerical modeling of the gain of a vertical antenna under the combined influence of the background of internal waves and wind waves are also analyzed.

About the authors

M. A. Raevski

Institute of Applied Physics RAS

Nizhny Novgorod, Russia,

V. G. Burdukovskaya

Institute of Applied Physics RAS

Email: bvg@appl.sci-nnov.ru
Nizhny Novgorod, Russia

References

  1. Buckingham M.J. Array gain of a broadside vertical line array in shallow water // J. Acoust. Soc. Am. 1979. V. 65. N 1. P. 148–161.
  2. Clay C.S. Comments on “Array gain of a broad side vertical array in shallow water” // J. Acoust. Soc. Am. 1979. V. 66. N 5. P. 1548–1551.
  3. HamsonR.M. The theoretical gain limitations of a passive vertical line array in shallow water // J. Acoust. Soc. Am. 1980. V. 68. N 1. P. 156–164.
  4. Елисеевнин В.А. О работе горизонтальной линейной антенны в мелком море // Акуст. журн. 1983. Т. 29. № 1. С. 44–49.
  5. Елисеевнин В.А. Усредненный отклик горизонтальной линейной антенны в мелком море // Акуст. журн. 2004. Т. 50. № 2. С. 193–197.
  6. Городецкая Е.Ю., Малеханов А.И., Сазонтов А.Г., Фарфель В.А. Влияние эффектов дальнего распространения звука в случайно-неоднородном океане на потери усиления горизонтальной антенной решетки // Акуст. журн. 1996. Т. 42. № 5. С. 615–622.
  7. Carey W.M. The determination of signal coherence length based on signal coherence and gain measurements in deep and shallow water // J. Acoust. Soc. Am. 1998. V. 104. N 2. P. 831–837.
  8. Carey W.M., Lynch J.F., Siegmann W.L., Rozenfild I., Sperry B.J. Sound transmission and spatial coherence in selected shallow-water areas: measurements and theory // J. Computational Acoustics. 2006. V. 14. N 2. P. 265–298.
  9. Завольский Н.А., Малеханов А.И., Раевский М.А. Сравнительный анализ методов пространственной обработки сигналов, принимаемых горизонтальной антенной решеткой в канале мелкого моря со взволнованной поверхностью // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 5. С. 608–618.
  10. Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. Влияние межмодовых корреляций на эффективность пространственной обработки акустических сигналов в океаническом волноводе со взволнованной поверхностью // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 6. С. 625–637.
  11. Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. Пространственная обработка акустических сигналов в океанических волноводах на фоне шумов ветрового происхождения // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 1. С. 73–83.
  12. Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. Влияние случайных внутренних волн на характеристики горизонтальной антенны в мелком море // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 5. С. 584–594.
  13. Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. Модели распространения акустических сигналов и шумов в океанических волноводах с взволнованной поверхностью и эффективность пространственной обработки // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 2023. Т. 66. № 12. С. 1068–1093.
  14. Малеханов А.И., Смирнов А.В. Квазиоптимальные методы пространственной обработки частично когерентных сигналов в многомодовых волноводах // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 2024. Т. 67. № 10. С. 847–872.
  15. Вдовичева Н.К., Городецкая Е.Ю., Малеханов А.И., Сазонтов А.Г. Коэффициент усиления вертикальной антенны в случайно-неоднородном океаническом волноводе // Акуст. журн. 1997. Т. 43. № 6. С. 769–776.
  16. Labutina M.S., Malekhanov A.I. and Smirnov A.V. Estimation of efficiency of vertical antenna arrays in underwater sound channels // Phys. Wave Phenom. 2016. V. 24. N 2. P. 161–167.
  17. Smirnov A.V., Malekhanov A.I. and Labutina M.S. Vertical array gain in a randomly inhomogeneous underwater sound channels: Effect of the array arrangement // POMA. 2021. V. 44.
  18. Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. Моделирование коэффициента усиления вертикальной антенны в мелководном волноводе со взволнованной поверхностью // Акуст. журн. 2024. Т. 70. № 2. С. 232–243.
  19. Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. Совместное влияние ветрового волнения и внутренних волн на когерентность низкочастотных акустических сигналов и эффективность их пространственной обработки в мелком море // Акуст. журн. 2024. Т. 70. № 4. С. 592–607.
  20. Артельный В.В., Раевский М.А. О статистических характеристиках нормальных волн в волноводе с объемными неоднородностями // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1984. Т. 27. № 9. С. 1142–1150.
  21. Горская Н.С., Раевский М.А. О многократном рассеянии низкочастотных акустических волн на поверхностном волнении // Акуст. журн. 1986. Т. 32. № 2. С. 165–171.
  22. Вировлянский А.Л., Костерин А.Г. Метод плавных возмущений для описания полей в многомодовых волноводах // Акуст. журн. 1987. Т. 33. № 4. С. 599–605.
  23. Давидан И.Н., Лопатухин Л.И., Рожков В.А. Ветровое волнение в Мировом океане. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 256 с.
  24. Распространение звука во флуктуирующем океане. Под ред. Флатте С. / Пер. с англ. М.: Мир, 1982. 336 с.
  25. Yang T.C., Yoo K. Internal wave spectrum in shallow water; measurement and comparison with the Garrett-Munk model // IEEE J. Oceanic Engineering. 1999. V. 24. № 3. P. 333.
  26. Colosi J. et al. Observations of sound-speed fluctuations on the New-Jersey continental shelf in the summer of 2006 // J. Acoust. Soc. Am. 2012. V. 131. N 2. P. 1733.
  27. Урик Р.Дж. Основы гидроакустики. Л.: Судостроение, 1978. 445 с.
  28. Morgan D.R., Smith T.M. Coherence effects on the detection performance of quadratic array processors, with applications to large-array matched-field // J. Acoust. Soc. Am. 1990. V. 87. N 2. P. 737–747.
  29. Кацнельсон Б.Г., Петников В.Г. Акустика мелкого моря. М.: Наука, 1997. 193 с.
  30. Малеханов А.И., Смирнов А.В. Влияние априорной неопределенности модели звукового канала мелкого моря на коэффициент усиления вертикальной антенной решетки // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 5. С. 542–558.

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).