А.В. Вагин1

1 Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет «ЛЭТИ» (Санкт-Петербург, Россия)
1 av.vagin@bk.ru

Постановка проблемы. Поисково-обследовательские и инженерно-геологические работы предполагают выполнение грунтовой съемки донного грунта. На малых глубинах грунтовая съемка выполняется с помощью линейного однолучевого акустического профилографа и не вызывает существенных трудностей и эксплуатационных ограничений. На больших глубинах грунтовая съемка должна проводиться с такой же глубиной профилирования и разрешающей способностью, как для малых глубин. Для обеспечения профилирования донного грунта на больших глубинах требуется низкая рабочая частота (1–3 кГц), при этом возрастают массогабаритные характеристики, в связи с чем возникают эксплуатационные ограничения. Указанные недостатки устраняются применением параметрического режима излучения, позволяющего существенно уменьшить массогабаритные характеристики излучающей антенны, при приемлемых технических характеристиках.

Цель. Рассмотреть физические принципы акустического профилирования донного грунта с использованием параметрической технологии.

Результаты. Приведены основы параметрического излучения для стратификации слоев осадочной структуры донного грунта. Рассмотрены способы формирования параметрического излучения, представлен двухканальный вариант построения параметрической системы профилирования донного грунта. Выполнены расчет частот накачки для достижения разрешающей способности до 10 см при максимальной глубине места до 3000 м, а также расчет отношения «сигнал/помеха» для различных типов донного грунта по методу волновых фронтов. Проведенный расчет сопоставлен с полученными экспериментальными результатами. В натурных условиях выполнено измерение фазовой задержки механических колебаний двух подрешеток параметрического излучателя. Построены диаграммы направленности на частотах накачки и разностной частоте, а также графические зависимости отношения «сигнал/помеха» от глубины профилирования.

Практическая значимость. Использование параметрического режима работы акустического профилографа донного грунта позволит отказаться от традиционных линейных акустических систем профилирования, что существенно повысит эксплуатационные характеристики и производительность грунтовой съемки, даст возможность выполнять грунтовую съемку в глубоководных районах Мирового океана.

Вагин А.В. Профилирование донного грунта с использованием параметрического излучения // Нелинейный мир. 2025. Т. 23. № 4. С. 69–78. DOI: https://doi.org/10.181 27/j20700970-202504-08

1. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. СПб.: Наука. 2004. 409 с.
2. Вагин А.В., Войтов А.А. Волкова А.А. и др. Информационная гидроакустика: методы информационного обеспечения гидроакустическими средствами / под общ. ред. А.Д. Консона. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2023. 368 с.
3. Барник В., Вендт Г., Каблов Г.П., Яковлев А.Н. Гидролокационные системы вертикального зондирования дна. Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос. ун-та, 1992. 217 с.
4. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. Л.: Судостроение. 1981. 264 с.
5. Зверев В.А., Калачев А.И. Измерение рассеяния звука звуком при наложении параллельных пучков // Акустический журнал. 1968. Т.14. № 2. С. 214–220.
6. Westervelt P.J. Parametric acoustic array. J. Acoust. Soc. Am. 1963. V. 35. № 4. Р. 535–537.
7. Железный В.Б. Параметрическое взаимодействие на сферических и цилиндрических волнах // Прикладная акустика. 1985. Вып. 11. Таганрог. C. 23–26.
8. Железный В.Б. Применение метода Зверева – Калачева для определения давления параметрического излучения звука в области сферического расхождения волн накачки // Гидроакустика. 2020. Вып. 44(4). С. 52–65.
9. Kongsberg Discovery Seafloor mapping TOPAS: https://www.kongsberg.com/discovery/seafloor-mapping/topas/ (дата обращения: 25.02.2025).
10. Atlas Hydrographic: https://epic.awi.de/id/eprint/26733/7/ATLAS_PARASOUND_2015-02.pdf (дата обращения: 25.02.2025).
11. Богородский А.В., Островский Д.Б. Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2009. 244 с.
12. Остриянский Е.А. Двухканальный линейно-параметрический гидроакустический профилограф. Сравнительный анализ натурных испытаний // Труды IX Всерос. конф. «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука. 2008. С. 116–120.
13. Урик Р.Дж. Основы гидроакустики. Л.: Судостроение. 1978. 448 с.
14. Остриянский Е.А., Войтов А.А., Свечников А.И. Классификация грунтов с помощью первого отечественного ЛЧМ-профилографа высокого разрешения // Навигация и гидрография. 2000. № 10. С. 108–113.
15. Евтютов А.П., Митько В.Б. Инженерные расчеты в гидроакустике. Л.: Судостроение. 1988. 288 с.
16. Карабанов И.В., Миронов А.С. Алгоритмы обработки гидроакустических сигналов. Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та. 2018. 140 с.
17. Железный В.Б. Об описании параметрических излучающих антенн на основе модели волновых фронтов // Гидроакустика. 2019. Вып. 40(4). С. 5–12.
18. Новиков Б. К., Тимошенко В. И. Параметрические антенны в гидролокации. Л.: Судостроение. 1990. 256 с.