The asymptotic solution for broadband pulse in hydroacoustic waveguide shallow sea with an losses bottom
UDC
534.231EDN
UMGWIVAbstract
The calculation of the response of the waveguide on a pulse signal is one of the challenges of acoustics shallow sea. In the case of a waveguide with an losses bottom the character of dispersion of the group velocity of normal modes becomes more complicated compared to the waveguide without lossless bottom. In the article the impulse responses of individual modes in a hydroacoustic Pekeris waveguide with an losses bottom are calculated by the method of stationary phase. The impulse response of the normal mode are represented as the inverse Fourier transform from the separate mode acoustic field calculated in a broadband frequencies. Dispersion relation is solved numerically by the method of Newton-Raphson. The inverse Fourier integral is calculated using the method of stationary phase. As a result, temporal implementation of a pulsed field is represented as a sum of three waves - ground wave, water wave and Airy wave. When calculating the Airy wave corresponding to the frequency dependence extremum of the group velocity of mode uses the decomposition to the fourth term of the series. The conditions for the applicability of the method of stationary phase for the waveguide with an absorbing bottom are specified. It is shown that the use of the method of stationary phase to compute an impulse response of the waveguide requires the application of additional condition of the waves coupling to getting unbroken and smooth implementation of the signal. It is shown that the conditions for the application of the method of stationary phase is improved by increasing the distance between the source and the receiver.
Keywords:
hydroacoustic waveguide, normal mode, wavenumber, impulse responseReferences
- Katsnelson B., Petnikov V., Lynch J. Fundamentals of shallow water acoustics. Springer, 2012. 540 p.
- Гринюк А.В., Кравченко В.Н., Лазарев В.А., Малеханов А.И., Петухов Ю.В., Романова В.И., Хилько А.И. Реконструкция параметров осадочных слоев морского дна мелкого моря с использованием широкополосных сейсмоакустических источников // Акуст. журн. 2013. Т. 59, № 3. C. 354-362. [Grinyuk A.V., Kravchenko V.N., Lazarev V.A., Malekhanov A.I., Petuhov Yu.V., Romanova V.I., Hilko A.I. Reconstructing parameters of sediment layers of a shallow sea bottom using broadband seismoacoustic sources. Acoustical physics, 2013, vol. 59, no 3, pp. 312-318.]
- Bonnel J., Dosso S.E., Chapman N.R. Bayesian geoacoustic inversion of single hydrophone light bulb data using warping dispersion analysis // J. Acoust. Soc. Am. 2013. Vol. 134, No. 1. P. 120-130.
- Pekeris C.L. Theory of propagation of explosive sound in shallow water // Geol. Soc. Am. Mem. 1948. P. 1-117. (имеется перевод: Пекерис К. Теория распространения звука взрыва в мелкой воде. В сб.: Распространение звука в океане. М.: Изд-во иностр. лит., 1951. С. 48-156.)
- Зверев В.А., Салин Б.М., Стромков А.А. Определение модового состава акустического поля в мелком море при одноточечном приеме сигнала // Акуст. журн. 2005. Т. 51, № 2. С. 221-227.
- Ластовенко О.Р., Лисютин В.А., Ярошенко А.А. Особенности частотных характеристик нормальных волн в трехслойном гидроакустическом волноводе с поглощением // Вісник Донецького національного університету. Сер. А: Природничі науки. 2010. Вип. 1. С. 68-74. [Lastovenko O.R., Lisyutin V.A., Yaroshenko A.A. Osobennosti chastotnykh kharakteristik normal'nykh voln v trekhsloynom gidroakusticheskom volnovode s pogloshcheniem [Features of the frequency characteristics of normal waves in a three-layer hydro-acoustic waveguide with absorption]. Visnik Donetskogo natsional'nogo universitetu [Bulletin of Donetsk national University]. 2010, no. 4, pp. 68-74. (In Russian)]
- Ластовенко О.Р., Лисютин В.А., Ярошенко А.А. Моделирование импульсных характеристик волноводов мелкого моря. В сб.: Акустика океана. Доклады XII-ой школы-семинара акад. Л.М. Бреховских, совмещенной с XХI сессией РАО. М.: ГЕОС, 2009. С. 99-103. [Lastovenko O.R., Lisyutin V.A., Yaroshenko A.A. Modelirovanie impul'snykh kharakteristik volnovodov melkogo moray [Modeling impulse responses waveguides shallow sea]. In Akustika okeana. Doklady XII shkoly-seminara akad. L.M. Brekhovskikh, sovmeshchennoy s XXI sessiey RAO [Ocean acoustics. Proceedings of 12$^text{th}$ Brekhovskikh's Conference]. Moscow, 2011, pp. 99-103. (In Russian)]
- Ластовенко О.Р., Лисютин В.А., Ярошенко А.А. Исследование импульсных характеристик рефракционных волноводов мелкого моря. В сб.: Акустика океана. Доклады XIII-ой школы-семинара акад. Л.М. Бреховских, совмещенной с XХII сессией РАО. М.: ГЕОС, 2011. С. 99-103. [Lastovenko O.R., Lisyutin V.A., Yaroshenko A.A. Issledovanie impul'snykh kharakteristik refraktsionnykh volnovodov melkogo moray [Investigation of impulse responses refractive waveguide shallow sea]. In Akustika okeana. Doklady XIII shkoly-seminara akad. L.M. Brekhovskikh, sovmeshchennoy s XXII sessiey RAO [Ocean acoustics. Proc. of 13$^text{th}$ Brekhovskikh's Conference]. Moscow, 2011, pp. 99-103. (In Russian)]
- Ди Наполи Ф.Р., Поттер Д., Херстейн П. Акустические волны, взаимодействующие с дном: модель и эксперимент. В сб.: Акустика дна океана / Под ред. У. Купермана, Ф. Енсена. М.: Мир, 1984. С. 174-185. [Di Napoli F.R., Potter D., Khersteyn P. Akusticheskie volny, vzaimodeystvuyushchie s dnom: model' i eksperiment [Acoustic waves interacting with the bottom: model and experiment]. In Akustika dna okeana [The acoustics of the ocean floor]. Moscow, Mir Publ., 1984, pp. 174-185. (In Russian)]
- Ластовенко О.Р., Лисютин В.А., Ярошенко А.А. Моделирование передаточных и импульсных характеристик гидроакустических волноводов. Волновод с абсолютно отражающими границами // Акустичн. вісник. 2007. Т. 10, № 4. С. 59-69. [Lastovenko O.R., Lisyutin V.A., Yaroshenko A.A. Modelirovanie peredatochnykh i impul'snykh kharakteristik gidroakusticheskikh volnovodov. Volnovod s absolyutno otrazhayushchimi granitsami [Modeling transfer and impulse response of hydroacoustic waveguides. Waveguide with perfectly reflecting boundaries]. Akusticheskiy vestnik [Acoustic bulletin]. Kyiv, 2007, vol. 10, no. 4, pp. 59-69. (In Russian)]
- Ластовенко О.Р., Лисютин В.А., Ярошенко А.А. Моделирование распространения сигналов в рефракционных волноводах мелкого моря. В сб.: Акустика океана. Доклады XIII-ой школы-семинара акад. Л.М. Бреховских, совмещенной с XXIII сессией РАО. М.: ГЕОС, 2011. С. 74-77. [Lastovenko O.R., Lisyutin V.A., Yaroshenko A.A. Modelirovanie rasprostraneniya signalov v refraktsionnykh volnovodakh melkogo moray [Modeling of signal propagation in waveguide shallow water]. In Akustika okeana. Doklady XIII shkoly-seminara akad. L.M. Brekhovskikh, sovmeshchennoy s XXIII sessiey RAO [Ocean acoustics. Proc. of 13th Brekhovskikh's Conference]. Moscow, 2011, pp. 74-77. (In Russian)]
- Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 343 с. [Brekhovskikh L.M. Volny v sloistykh sredakh [Waves in layered media]. Moscow, Nauka Publ., 1973, 343 p. (In Russian)]
- Толстой И. Акустика океана. Теория и эксперимент в подводной акустике. М.: Мир, 1969. 301 с. [Tolstoy I., Clay K.S. Akustika okeana. Teoriya i eksperiment v podvodnoy akustik [Ocean acoustics. Theory and experiment in underwater acoustics]. Moscow, Mir Publ., 1969, 301 p. (In Russian)]
- Buckingham M.J. Giddens E.M. On the acoustic field in a Pekeris waveguide with attenuation in the bottom half-space // J. Acoust. Soc. Am. 2006. Vol. 119. No. 1. P. 123-147.
- Рыжиков Ю.И. Вычислительные методы. СПб.: БХВ, 2007. 400 с. [Ryzhikov Yu. I. Vychislitel'nye metody [Computational Methods]. St. Petersburg, BHV Publ., 2007, 400 p. (In Russian)]
Downloads
Downloads
Dates
Submitted
Accepted
Published
How to Cite
License
Copyright (c) 2015 Ластовенко О.Р., Лисютин В.А., Маленко Ж.В., Ярошенко А.А.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
