Electronic Journal Technical Acoustics ISSN 1819-2408

D.V. Makarov, L.E. Kon’kov

Angular structure of acoustic pulses in a horizontally-inhomogeneous underwater sound channel

language: Russian

received 08.06.2016, published 15.08.2016

Download article (PDF, 282 kb, ZIP), use browser command "Save Target As..."
To read this document you need Adobe Acrobat © Reader software, which is simple to use and available at no cost. Use version 4.0 or higher. You can download software from Adobe site (http://www.adobe.com/).

ABSTRACT

Long-range sound propagation in the deep ocean is considered. New method for estimation of angular spectrum of pulsed signals is presented. The method is based on the Husimi transform of a wavefield and can be realized with a short vertical array of nondirectional hydrophones. As a result, a diagram of the arrival pattern in the time-angle plane is obtained. The method is applied to a model of the underwater sound channel in the Sea of Japan. Special attention is paid to sound scattering on a cold synoptic eddy along the waveguide. It is shown that the synoptic eddy leads to splitting of individual ray arrivals into clusters with close angles and times.

Key words: sound propagation, Husimi transform, synoptic eddy, underwater sound channel

8 pages, 2 figures

Сitation: D.V. Makarov, L.E. Kon’kov. Angular structure of acoustic pulses in a horizontally-inhomogeneous underwater sound channel. Electronic Journal “Technical Acoustics”, http://www.ejta.org, 2016, 3.

REFERENCES

1. Акуличев В.А. и др. Термометрия шельфовых зон океана акустическими методами // ДАН. 2006. Т. 409. № 4. С. 543-546.
2. Безответных В.В., Буренин А.В., Каменев С.И., Моргунов Ю.Н. Система звукоподводной связи с использованием сложных фазоманипулированных сигналов и обращения времени // Подводные исследования и робототехника. 2014. Т. 18. № 2. С. 58-63.
3. Азаров А.А., Голов А.А., Лебедев М.С., Моргунов Ю.Н. Методы акустической томографии в задачах подводной навигации // Подводные исследования и робототехника. 2012. Т. 13. № 1. С. 52-56.
4. Моргунов Ю.Н., Голов А.А., Лебедев М.С. Исследование влияния вариаций поля температур на точность измерения дистанций до подводных объектов // Акуст. Ж. 2014. Т. 60. № 1. С. 56-64.
5. Aulanier F., Nicolas B., Roux P., Mars J.I. Time-angle sensitivity kernels for sound-speed perturbations in a shallow ocean // J. Acoust. Soc. Am. 2013. V. 134. № 1. P. 88-96.
6. Захаров Л.Н., Ржевкин С.Н. Векторно-фазовые измерения в акустических полях // Акуст. Ж. 1974. Т. 20. № 3. С. 393-401.
7. Дзюба В.П. Скалярно-векторные методы в теоретической акустике. Владивосток: Дальнаука, 2006. 195 с.
8. Вировлянский А.Л., Макаров Д.В., Пранц С.В. Лучевой и волновой хаос в подводных акустических волноводах // УФН. 2012. Т. 182, № 1. С. 19-48.
9. Oregi I. and Arranz F.J. Distribution of zeros of the Husimi function in systems with degeneracy // Phys. Rev. E. 2014. V. 89. № 2. 022909.
10. Вировлянский А.Л., Окомелькова И.А. Лучевой подход для расчета сглаженного по угловым и пространственным масштабам локального спектра поля в волноводе // Изв. ВУЗ Радиофиз. 1997. Т. 40. № 12. С. 1542-1554.
11. Sundaram B., Zaslavsky G.M. Wave analysis of ray chaos in underwater acoustics // Chaos. 1999. V. 9. № 2. P. 483-492.
12. Virovlyansky A.L., Zaslavsky G.M. Evaluation of the smoothed interference pattern under conditions of ray chaos // Chaos. 2000. V. 10. № 1. P. 211-223.
13. Smirnov I.P., Virovlyansky A.L., Zaslavsky G.M. Wave chaos and mode--medium resonances at long-range sound propagation in the ocean // Chaos. 2004. V. 14. № 2. P. 317-332.
14. Smirnov I.P., Virovlyansky A.L., Edelman M., Zaslavsky G.M. Chaos-induced intensification of wave scattering // Phys. Rev. E. 2005. V. 72. № 2. 026206.
15. Kon'kov L.E., Makarov D.V., Sosedko E.V., Uleysky M.Yu. Recovery of ordered periodic orbits with increasing wavelength for sound propagation in a range-dependent waveguide // Phys. Rev. E. 2007. V. 76. № 5. 056212.
16. Makarov D.V., Kon'kov L.E., Uleysky M.Yu. Wave chaos in underwater acoustics // Журн. СФУ. Сер. Матем. и Физ. 2010. V. 3. № 3. С. 336-348.
17. Макаров Д.В., Коньков Л.Е., Петров П.С. Влияние океанических синоптических вихрей на длительность модовых акустических импульсов // Изв. ВУЗ Радиофиз. (принято в печать).
18. Makarov D.V., Kon'kov L.E., Uleysky M.Yu., Petrov P.S. Wave chaos in a randomly inhomogeneous waveguide: spectral analysis of the finite-range evolution operator // Phys. Rev. E. 2013. V. 87. № 1. 012911.
19. Вировлянский А.Л., Казарова А.Ю., Любавин Л.Я. О возможности использования вертикальной антенны для оценки задержек звуковых импульсов на тысячекилометровых трассах // Акуст. Ж. 2008. Т. 54. № 4. С. 565-574.
20. Вировлянский А.Л., Казарова А.Ю., Любавин Л.Я. Оценка искажений звукового поля при распространении через мезомасштабные неоднородности // Акуст. Ж. 2010. Т. 56. № 3. С. 352-363.
21. Godin O., Zavorotny V., Voronovich A., Concharov V.V. Refraction of sound in a horizontally inhomogeneous, time-dependent ocean // IEEE Journ. Ocean. Engin. 2006. V. 31. P. 384-401.
22. Океанография и состояние морской среды Дальневосточного региона России (руководитель проекта Ростов И. Д.), http://www.pacificinfo.ru.
23. Егорченков Р.А., Кравцов Ю.А. Описание дифракции супергауссовских пучков на основе комплексной геометрической оптики // Изв. ВУЗ Радиофиз. 2000. Т. 43. № 10. С. 888-894.

		Denis Makarov - Dr. Sci. in Physics and Mathematics, leading researcher in V.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute of the Far-Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, Vladivostok. Current research interests are concerned with ocean acoustics, quantum and wave chaos, quantum optics and Bose-Einstein condensates. E-mail: makarov(at)poi.dvo.ru
		Leonid Kon'kov is a researcher in V.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute of the Far-Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, expert on numerical modeling of wave and quantum phenomena in the presence of dynamical chaos.