Разработка новых методов и средств исследования и освоения морских акваторий. Развитие методов диагностики и повышения эффективности функционирования сложных акустических систем

Объект исследования – акустические поля, технологии, технические средства и методы акустической диагностики сложных систем, вихревые структуры интерференционного поля в волноводе мелкого моря, разработка векторно-фазовых методов и средств. Цель работы – Теоретические и экспериментальные исследования методов и средств передачи и приема навигационной и связной информации в шельфовых зонах в открытом океане в интересах создания перспективны систем навигации и управления подводными объектами различного назначения. Исследование особенностей распространения гидроакустических сигналов для систем позиционирования и звукоподводной связи в акваториях Японского моря с целью обеспечения эффективного функционирования подводных объектов. Создание фундаментальных основ акустического зондирования структурных неоднородностей деятельного слоя океана с применением акустики высокого пространственного разрешения. Изучение закономерностей генерации дыхательных шумов и распространения естественных и искусственных акустических сигналов в дыхательной системе человека в интересах развития методов акустической диагностики. Разработка технических решений и методов применения пассивных акустических средств, в том числе векторно-скалярных, для контроля подводных пловцов и технических объектов. Разработка векторно-скалярных приемников повышенной эффективности. При выполнении этапа НИР 2022 года: Проведены теоретические исследования и морские экспериментальные работы в интересах обеспечения эффективного функционирования автономных необитаемых подводных аппаратов в шельфовых зонах, открытом океане и переходной зоне «шельф-открытый океан» на основе разработанных технологий, методов и средств излучения, приёма и обработки гидроакустических навигационных и связных сигналов. В частности, проведён теоретический анализ скорости распространения модальных компонент широкополосных фазоманипулированных импульсных акустических сигналов вдоль трасс протяженностью около 500 км. Разработана методика применения данных моделирования циркуляции океана, по которым строится трехмерное поле скорости звука, для определения эффективной усредненной по трассе групповой скорости. Численное моделирование и данные натурных экспериментов по распространению широкополосных фазоманипулированных акустических сигналов показали, что амплитудно-временная структура импульсной характеристики волновода (ИХВ) Охотского моря характеризуется большим практически в ~3 раза временем затягивания сигнала, чем ИХВ Японского моря . Показано, что чем «шире» канал, тем короче ИХВ. Но в обоих случаях фиксируется факт последних приходов акустической энергии вблизи оси подводного звукового канала (ПЗК) с углами скольжения, близкими к нулевым. Получены результаты численных экспериментов по исследованию зависимости формирования эффекта «оползня» от характеристик ПЗК и углов наклона дна в шельфовых зонах акустических трасс. Показано, что принципиальным является разность глубин между свалом и осью ПЗК. Эта разность должна быть минимальна. На экспериментальной выборке здоровых лиц обоего пола впервые исследованы взаимосвязи между полуавтоматически определяемыми спектральными характеристиками и вычисляемыми программными средствами полосовыми 200-герцовыми параметрами трахеальных механо-акустических сигнатур (свисты, шумы) форсированного выдоха. Выявленные закономерности позволили построить адекватную, приемлемого качества (скорректированный коэффициент детерминации R2 составил 0.72) предсказательную регрессионную модель зависимости интенсивности (пиковая амплитуда) среднечастотных свистов форсированного выдоха от средней мощности шумов в полосе 400-600 Гц (A/t400-600). Установлены значимые взаимосвязи между спектральными характеристиками свистов ФВ, недавно разработанными нами 200-герцовыми полосовыми акустическими параметрами в частотном диапазоне 200-2000 Гц трахеальных шумов ФВ и физиологическими детерминантами (пол, рост, масса тела, окружность грудной клетки, возраст). Эти связи предположительно опосредованы влиянием пола и антропометрических факторов на размеры крупных проводящих дыхательных путей, легких, и, соответственно, на биомеханику форсированного выдоха. Получены новые результаты, показывающие фундаментальность механизмов нестационарного рассеяния акустических импульсов в микронеоднородной среде и показана возможность их применения для оценки размерного состава микронеоднородностей и распределения их в толще моря. Получены новые результаты по акустической спектроскопии пузырьков в морской воде, а также по распределению планктона с высоким пространственным разрешением в Японском море вдоль протяженных трасс. Разработаны теоретические модели, проведено математическое моделирование и выявлены типичные физические механизмы взаимодействия звука с мелкомасштабными неоднородностями морской среды: с пузырьковыми облаками и с планктонными сообществами в море. Показано, что наличие в верхнем слое моря при большой силе ветра пузырькового слоя приводит как к существенному изменению в законах среднего спада акустического поля вдоль трасс распространения звука, так и к перестройке пространственной структуры поля в целом. Показано, что применение нелинейного и нестационарного рассеяния звука позволит проводить спектроскопию пузырьков, оценку аномалий гидрофизических характеристик и газосодержания в морской воде. Результаты исследований соответствуют мировому уровню новизны.