Создание структурно-акустических моделей морского дна
Разработана совокупность аналитико-численных методов математического моделирования структуры и пространственного распределения акустических свойств морского дна, учитывающих слоистость, флюидо- и газонасыщенность донных отложений, наличие в грунтах полостей и включений разной формы и свойств....
Збережено в:
| Дата: | 2004 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Науково-технічний центр панорамних акустичних систем НАН України
2004
|
| Назва видання: | Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19098 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Создание структурно-акустических моделей морского дна / А.И. Гончар, Л.И. Шлычек, А.И. Шундель, И.Н. Писанко, О.С. Голод // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану): Зб. наук. пр. — Запоріжжя: НТЦ ПАС НАН України, 2004. — № 1. — С. 13-21. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-19098 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-190982011-04-20T12:04:24Z Создание структурно-акустических моделей морского дна Гончар, А.И. Шлычек, Л.И. Шундель, А.И. Писанко, И.Н. Голод, О.С. Разработана совокупность аналитико-численных методов математического моделирования структуры и пространственного распределения акустических свойств морского дна, учитывающих слоистость, флюидо- и газонасыщенность донных отложений, наличие в грунтах полостей и включений разной формы и свойств. Розроблено сукупність аналітико-численних методів математичного моделювання структури та просторового розподілу акустичних властивостей морського дна, які враховують шаруватість, флюїдо- та газонасиченість донних відкладів, наявність в ґрунтах порожнин та включень різної форми та властивостей. The system of analytic numerical methods of mathematical simulation of sea bottom structure and spatial distribution of acoustic properties is developed, taking into account layering, fluid and gas saturation of bottom sediments, the presence of loculi or other different kind of forms and characteristics enclosures. 2004 Article Создание структурно-акустических моделей морского дна / А.И. Гончар, Л.И. Шлычек, А.И. Шундель, И.Н. Писанко, О.С. Голод // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану): Зб. наук. пр. — Запоріжжя: НТЦ ПАС НАН України, 2004. — № 1. — С. 13-21. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1815-8277 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19098 551.462, 551.46.072 ru Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) Науково-технічний центр панорамних акустичних систем НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Разработана совокупность аналитико-численных методов математического моделирования структуры и пространственного распределения акустических свойств морского дна, учитывающих слоистость, флюидо- и газонасыщенность донных отложений, наличие в грунтах полостей и включений разной формы и свойств. |
| format |
Article |
| author |
Гончар, А.И. Шлычек, Л.И. Шундель, А.И. Писанко, И.Н. Голод, О.С. |
| spellingShingle |
Гончар, А.И. Шлычек, Л.И. Шундель, А.И. Писанко, И.Н. Голод, О.С. Создание структурно-акустических моделей морского дна Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) |
| author_facet |
Гончар, А.И. Шлычек, Л.И. Шундель, А.И. Писанко, И.Н. Голод, О.С. |
| author_sort |
Гончар, А.И. |
| title |
Создание структурно-акустических моделей морского дна |
| title_short |
Создание структурно-акустических моделей морского дна |
| title_full |
Создание структурно-акустических моделей морского дна |
| title_fullStr |
Создание структурно-акустических моделей морского дна |
| title_full_unstemmed |
Создание структурно-акустических моделей морского дна |
| title_sort |
создание структурно-акустических моделей морского дна |
| publisher |
Науково-технічний центр панорамних акустичних систем НАН України |
| publishDate |
2004 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19098 |
| citation_txt |
Создание структурно-акустических моделей морского дна / А.И. Гончар, Л.И. Шлычек, А.И. Шундель, И.Н. Писанко, О.С. Голод // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану): Зб. наук. пр. — Запоріжжя: НТЦ ПАС НАН України, 2004. — № 1. — С. 13-21. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) |
| work_keys_str_mv |
AT gončarai sozdaniestrukturnoakustičeskihmodelejmorskogodna AT šlyčekli sozdaniestrukturnoakustičeskihmodelejmorskogodna AT šundelʹai sozdaniestrukturnoakustičeskihmodelejmorskogodna AT pisankoin sozdaniestrukturnoakustičeskihmodelejmorskogodna AT golodos sozdaniestrukturnoakustičeskihmodelejmorskogodna |
| first_indexed |
2025-07-02T20:02:14Z |
| last_indexed |
2025-07-02T20:02:14Z |
| _version_ |
1836566744604344320 |
| fulltext |
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2004 (№1)
13
УДК 551.462, 551.46.072
СОЗДАНИЕ СТРУКТУРНО-АКУСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
МОРСКОГО ДНА
© А.И. Гончар, Л.И. Шлычек, А.И. Шундель, И.Н. Писанко, О.С. Голод, 2004
Научно-технический центр панорамных акустических систем НАН Украины, г. Запорожье
Государственный Северо-Западный технический университет, г. Санкт-Петербург
Розроблено сукупність аналітико-численних методів математичного моделювання структури та
просторового розподілу акустичних властивостей морського дна, які враховують шаруватість, флюїдо- та
газонасиченість донних відкладів, наявність в ґрунтах порожнин та включень різної форми та властивостей.
Разработана совокупность аналитико-численных методов математического моделирования структуры и
пространственного распределения акустических свойств морского дна, учитывающих слоистость, флюидо- и
газонасыщенность донных отложений, наличие в грунтах полостей и включений разной формы и свойств.
The system of analytic numerical methods of mathematical simulation of sea bottom structure and spatial dis-
tribution of acoustic properties is developed, taking into account layering, fluid and gas saturation of bottom sediments,
the presence of loculi or other different kind of forms and characteristics enclosures.
Задача изучения структуры верхней толщи морского дна (первые десятки и сотни
метров донных отложений) решается с применением современных цифровых систем профи-
лирования и стратификации [1, 2]. Постановка ряда новых проблем, связанных с освоением
сырьевых ресурсов шельфа и мониторингом сейсмогенерирующих структур, требует при-
влечения новейших средств математического моделирования неоднородных донных струк-
тур, а также средств системного анализа [3]. Эти средства в процессе разработки систем
профилирования позволяют решать задачи:
- повышения эффективности систем профилирования (увеличение эффективной глу-
бины профилирования и повышение разрешающей способности за счет использования
сложных зондирующих импульсов и т.п.);
- развития алгоритмов реконструкции внутренней структуры дна по особенностям его
отклика на заданное внешнее воздействие;
- развития аппаратно-программных реализаций систем профилирования (приемо-
передающих трактов, алгоритмов управления и обработки поступающей информации).
При этом определение особенностей поля отклика модельной донной структуры и со-
отнесение с этими особенностями отдельных ее элементов (слоев, полостей, включений) яв-
ляется первоочередной и актуальнейшей задачей. Решение этой задачи требует создания раз-
витых структурно-акустических моделей дна, учитывающих слоистость, флюидо- и газона-
сыщенность грунтов, наличие в грунтах пор, полостей, включений различной формы и
свойств.
Для дна как сложной физической системы строится и исследуется идеализированная
модель, адекватно отражающая основные особенности его структуры и динамики. Объясня-
ется это тем, что моделирование (как замена сложных реальных особенностей системы при-
ближенными идеальными) позволяет значительно упростить теоретический анализ. Созда-
ваемые модели должны допускать возможность своей модификации без существенной пере-
стройки аналитической основы. Необходимость учета все более тонких физических эффек-
тов (в том числе резонансных), присущих природным системам, требует от моделей доста-
точной гибкости, позволяющей вводить новые структурные элементы, среды и объекты, из-
менять топологию и размерность моделей.
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2004 (№1)
14
Акустические свойства и конфигурация реальных донных структур могут быть весьма
разнообразны. Форма и размеры локализованных или распределенных структурных элемен-
тов, топология и природа донных слоев, расположение компактных локализованных неодно-
родностей относительно границ раздела сред, - все это существенно влияет на сложность со-
ответствующих моделей и определяет характерные приемы их анализа. Дополнительные
трудности вызывает необходимость пространственной постановки задачи, учета стохастиче-
ского характера естественных сред (вариации свойств донных грунтов), а также анизотроп-
ный (направленность приемо-передающих антенн) и импульсный (нестационарная постанов-
ка задачи) характер акустического поля возбуждения.
Модели, для которых необходимы постановка и решение прямой и обратной задач
гидроакустики, дают возможность оценивать точность реконструкции структуры профили-
руемой среды. Как правило, эти модели требуют аналитико-численного определения акусти-
ческого поля в системе «антенна профилографа - водная толща - дно», для чего необходимо:
иметь детальное математическое представление о структуре сред (структурные модели),
знать особенности формирования и распространения полей (гидроакустические модели), их
регистрации и обработки (системные модели).
Построение структурной модели, отражающей батиметрические и литологические
особенности дна, а также специфику водной толщи, является первым этапом моделирования
процесса профилирования. Для оценки характеристик сред и оценки эхо-сигналов границ
между ними необходимо иметь аналитическое описание условий, накладываемых на акусти-
ческое поле, что требует построения взаимно адекватных структурной и акустической моде-
лей водной и осадочной толщи.
Реальные донные структуры характеризуются развитой в большей или меньшей сте-
пени слоистостью, морфологией, а также случайными (флуктуации свойств) и относительно
детерминированными (включения, полости) неоднородностями. Однородность как инвари-
антность свойств среды при переходе от одной ее точки к другой математически может быть
выражена симметрией среды относительно координатных преобразований. Нарушение этой
симметрии ассоциируется с присущими среде неоднородностями. Анализ неоднородностей
при таком подходе состоит в том, чтобы связать параметры неоднородностей среды с на-
блюдаемыми аномалиями акустического поля. Для этого могут быть построены уравнения
поля, в которые в качестве параметров среды входят параметры нарушения симметрии.
В целом можно выделить два класса модельных представлений о структурированной
среде. В первом случае среда представляется системой границ между областями с заданными
характеристиками (дискретная модель). Во втором, более общем случае, распределение
свойств среды представляется произвольной функцией координат в исследуемом объеме
среды (непрерывная модель). Изменчивую структуру реального дна сложно единообразно
описать в рамках какой-либо одной модели, поэтому при анализе используются локальные
структурные модели, характеризующие отдельные участки дна.
Естественная слоистая структура донных грунтов обычно моделируется компланарным
пакетом сред с плоскими границами раздела. Дно в целом можно представлять импедансным,
упругим или гетерогенным (модель Био) многослойным полупространством, а водную толщу
– импедансным полупространством. Простые локализованные неоднородности можно считать
внутренне однородными импедансными образованиями (включениями либо полостями) дон-
ной структуры. Эти объекты могут быть заглублены в подстилающее полупространство или
находиться в одном из слоев донных грунтов. Ситуация значительно усложняется, если по-
верхность локализованной неоднородности пересекает границы раздела сред, или когда про-
тяженный объект заглублен неравномерно. Рассмотрение сложных и более близких к реаль-
ным средам моделей дает возможность учесть при анализе те физические явления, которые
определяют тонкую структуру донных эхо-сигналов. От выбора модели существенно зависит
математическая сложность методов анализа моделируемой системы, а также трудоемкость и
точность численных оценок. Отметим, что детальное акустическое моделирование дна с объ-
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2004 (№1)
15
ектом, учитывающее вязкоупругие свойства, а в отдельных случаях – гетерогенный и глубоко
стохастический характер дна, для практических целей может оказаться избыточным.
Данные профилирования и эхолотных промеров могут быть использованы для созда-
ния стратиграфических и батиметрических моделей обследованных участков дна. Достаточ-
но плотное множество экспериментальных данных позволяет восстановить рельеф участка и
определить его внутреннюю структуру, однако для этого необходимо знать особенности
формирования и распространения акустических полей в неоднородных средах, т.е. вводить и
использовать соответствующие гидроакустические модели.
При изучении сложно структурированной среды с помощью акустических полей ре-
альные эхо-сигналы отражают обобщенную волновую картину, в которой влияние отдель-
ных структурных особенностей сложным образом объединено, вследствие чего трудно дать
однозначную интерпретацию экспериментальных данных без привлечения физико-
математических моделей сред и теоретических методов их анализа. Поэтому второй, наибо-
лее сложный этап моделирования процесса профилирования заключается в создании модели,
описывающей пространственно-временные особенности формирования и распространения
акустического поля в средах с заданной структурой, и аналитико-численном определении
отклика сред на внешнее воздействие.
Обычно ставится плоская (реже – пространственная) задача определения поля откли-
ка (т.е. эхо-сигнала) смоделированной донной структуры на заданное внешнее воздействие.
Часто вначале решают стационарную задачу, когда акустическое поле возбуждения пред-
ставляется установившимися гармоническими колебаниями. Переход к нестационарной за-
даче, в которой учитывается импульсный характер зондирования дна, осуществляется без
принципиальных трудностей хорошо известными методами гармонического анализа. Иссле-
дование тонкой структуры полей отклика, например, формы импульсов, резонансного харак-
тера амплитудно-частотных характеристик сред, может быть средством определения свойств
донных структур и локализованных в них неоднородностей.
Строгая задача определения поля отклика дна с объектом математически формулиру-
ется следующим образом: найти решение волнового уравнения (уравнения Гельмгольца,
уравнений Ламе), удовлетворяющее заданным в модели краевым условиям. Сложность ре-
шения соответствующей краевой задачи состоит в том, что границы сред обычно либо явля-
ются координатными поверхностями в разных системах координат, либо вообще не являют-
ся каноническими поверхностями. Существует целый ряд достаточно разработанных мето-
дов решения таких краевых задач: метод сведения к бесконечным системам линейных алгеб-
раических уравнений, асимптотические методы, методы граничных и конечных элементов и
другие. Выбор метода решения конкретной краевой задачи зависит от целого ряда факторов,
таких как: простота построения решения в аналитическом виде, степень сходимости процес-
са и точность решения, простота физической интерпретации решения, возможность построе-
ния решения для пространственной постановки задачи и для моделей со сложными и, воз-
можно, пересекающимися границами раздела сред. Существующие методы имеют, вообще
говоря, пересекающиеся границы областей эффективного использования, что позволяет
строить решение модельных краевых задач в довольно широком диапазоне частот и для
практически любых соотношений параметров.
Исходным при теоретическом описании распространения акустического поля являет-
ся гиперболическое волновое уравнение. При решении прямой задачи определяется удовле-
творяющее волновому уравнению и заданным начальным и граничным условиям поле дав-
ления, создаваемое движущейся антенной-источником. В зависимости от специфики решае-
мой задачи дно рассматривается как импедансная, вязкоупругая (уравнения Ламе) или гете-
рогенная (модель Био) среда. Решение для случая произвольных нестационарных (импульс-
ных) воздействий на линейную среду синтезируется из решений уравнения Гельмгольца ме-
тодами преобразований Фурье.
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2004 (№1)
16
Многие методы решения волнового уравнения основываются на фундаментальных
теоремах суперпозиции частных решений. Метод суперпозиции адекватно выбранной после-
довательности основных функций дает возможность получать решения, удовлетворяющие
заданным краевым и начальным условиям, а также получать решения неоднородных уравне-
ний. Разложения по собственным функциям и методы интегральных преобразований пред-
ставляют систематические схемы для конструирования таких решений. Методы функций
Грина являются суперпозиционными схемами, которые сводят решение соответствующих
задач к задачам с простыми функциями источников или краевыми условиями. Кроме усло-
вий на границах, для определения поля необходимо использовать условие излучения, исклю-
чающее влияние бесконечно удаленных источников поля.
Строгий теоретический расчет отклика донной структуры, содержащей акустически
взаимосвязанные разномасштабные неоднородности, требует больших аналитических уси-
лий. Даже малые вариации акустико-структурных параметров реальных систем от модель-
ных значений приводят к значительным отклонениям наблюдаемых откликов от расчетных.
Это оправдывает приближенные методы расчета полей отклика в упрощенных моделях, ис-
пользующих ряд основных характеристик объектов и сред и особенностей наведенных по-
лей. Приближенные решения часто оказываются простыми и практически столь же точными,
как и математически строгие решения. Такие подходы целесообразно использовать в задачах,
если необходимо охватить проблему в целом и представить наглядно структуру и характерные
особенности акустических полей в модельной среде [4, 5].
Ряд развитых аналитико-численных методов позволяют учесть особенности влияния
неоднородности структурированной среды на распространение волновых полей. Если неод-
нородность слабо выражена и свойства среды мало изменяются на расстоянии, сравнимом с
длиной волны, эффективной является лучевая теория, позволяющая описать рефракционные
искажения акустического поля при распространении. Если линейные размеры объема, в ко-
тором происходит рассеяние акустических волн, не очень велики по сравнению с длиной
волны, то используются метод конечных разностей и метод конечных элементов. Метод воз-
мущений применим к средам со слабой неоднородностью при определенных величинах ха-
рактерного размера неоднородности, длины волны и пути волны в неоднородной среде. В
отдельных случаях требуется использование статистических методов. При этом неоднород-
ность среды может быть описана, например, с помощью изотропной и стационарной про-
странственной флуктуации скорости звука в среде с нормированной функцией автокорреля-
ции, зависящей от характерного размера неоднородности (радиуса корреляции). Следует от-
метить, что пока не существует метода, позволяющего решать поставленные краевые задачи
единообразно для всего диапазона значений параметров моделируемых сред.
Для описания анизотропного поля антенны-источника используется измеренная либо
рассчитанная теоретически характеристика направленности антенны. Полная математиче-
ская модель процесса профилирования дна содержит описание особенностей затухания поля
источника при распространении в водной и осадочной толще, его рефракционных искаже-
ний, а также изменений положения точки излучения-приема вследствие произвольного дви-
жения носителя.
Особенности цифровой регистрации и обработки профилограмм, включая привязку к
навигационным данным и томографическую реконструкцию донной структуры, описывают-
ся системными моделями конкретных аппаратно-программных реализаций систем профили-
рования.
Таким образом, для эффективного решения задач профилирования с использованием
указанных аналитических подходов необходимо разработать:
1) ряд структурных моделей, отражающих стратиграфические и литологические осо-
бенности дна в достаточном для практики диапазоне значений;
2) ряд гидроакустических моделей, позволяющих как сугубо аналитическими, так и
численными методами проследить специфику формирования, рассеяния и распространения
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2004 (№1)
17
акустических полей в сложно структурированных средах, содержащих движущийся источ-
ник поля (антенну профилографа);
3) ряд системных моделей, отражающих особенности аналоговой обработки принятых
эхо-сигналов в приемных трактах, их регистрации и последующей алгоритмической обра-
ботки вплоть до стадии включения результатов обработки в базы данных.
Необходимо отметить, что сформированные структурные модели могут быть много-
кратно использованы в качестве «виртуальных полигонов» для разрабатываемых систем
профилирования.
Идеализированные модели системы «антенна профилографа - водная толща - дно»
отражают лишь основные особенности структуры дна и его динамического поведения. Рас-
смотрение сложных и более близких к реальным средам моделей дает возможность учесть
при анализе те физические явления, которые определяют тонкую структуру эхо-сигналов.
Исследование особенностей полей отклика (формы импульсов, резонансов амплитуд-
но-частотных характеристик сред и др.) может быть эффективным средством выявления
структуры дна и обнаружения локализованных акустических неоднородностей.
Обычно при моделировании используется стратегия постепенного усложнения и
дифференциации изначально простой и общей структурно-акустической модели дна. Такой
подход дает возможность рассмотреть большинство аспектов проблемы обнаружения неод-
нородностей донной структуры гидролокационными методами.
Основной целью анализа развиваемых моделей является построение простых, содер-
жательных и эффективных в прикладном отношении физических интерпретаций найденных
решений. Это позволяет использовать результаты моделирования при разработке систем
профилирования, обеспечивающих получение качественных стратиграфических картин дна.
Математическое моделирование процесса профилирования дает возможность детально про-
анализировать многие важные аспекты обследования структуры дна.
Изменчивую структуру реального дна сложно единообразно описать и учесть в рам-
ках какой-либо одной структурно-акустической модели, поэтому при анализе обычно ис-
пользуются локальные и упрощенные структурные модели, характеризующие отдельные
участки дна.
Моделирование структуры дна, при котором непосредственно задаются значения меха-
нико-акустических характеристик в каждом элементарном объеме пространства, примени-
тельно к большим объемам сложно структурированной среды трудоемко и весьма неэффек-
тивно. Поэтому практически всегда созданию таких моделей предшествует формализованное в
большей или меньшей степени описание структурных особенностей среды. Эти модели, в
свою очередь, не обладают достаточной гибкостью, поскольку в них отсутствует формализо-
ванная процедура выделения структурных особенностей среды и не определены критерии та-
кого выделения. Моделирование, основанное на выделении структурных особенностей среды
согласно определенным (в том числе с использованием экспериментальных данных) критери-
ям является обобщением более простых структурных моделей.
В работе реализовывались алгоритмы моделирования реальных донных структур, ха-
рактеризуемых в большей или меньшей степени слоистостью, морфологией, а также случай-
ными флуктуациями свойств и локализованными неоднородностями (полостями и включе-
ниями).
Можно выделить два класса модельных представлений о структурированной среде. В
первом случае среда представляется системой границ между областями с заданными харак-
теристиками. Во втором, более общем случае, распределение свойств среды представляется
произвольной функцией координат в исследуемом объеме среды. Такие модели можно опре-
делить как дискретные и непрерывные соответственно. По этим направлениям были разра-
ботаны две группы соответствующих алгоритмов.
Синтез моделей проводился в среде Matlab с помощью специализированных script-
функций и GUI-оболочки. Для последующего использования синтезированных моделей со-
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2004 (№1)
18
хранялись либо пространственные спектры их структурных элементов, либо так называемые
каркасы структур. Во всех вариантах использования модели, использующие каркасы, требова-
ли существенно меньших затрат памяти и процессорных мощностей. Реконструкция таких мо-
делей по их каркасам может оказаться оптимальной для выполнения системами параллельных
вычислений (кластерами ПЭВМ). Для полного решения вопроса оптимизации необходимы
масштабные численные эксперименты и доводка алгоритмов синтеза пространственных рас-
пределений акустических свойств элементов моделируемых сред.
Разработанные алгоритмы построения структурно-акустических моделей (рис. 1, 2, 3)
неоднородного слоистого дна могут быть использованы для анализа отдельных прикладных
задач гидроакустики. Алгоритмы синтеза структурно-акустических моделей позволяют соз-
давать так называемые «виртуальные полигоны», которые применимы в задачах моделиро-
вания процессов профилирования и стратификации дна, гидролокационной съемки дна, ин-
терферометрической съемки донного рельефа. Одним из наиболее иллюстративных приме-
ров является синтез неоднородного дна с целью определения рельефа донной поверхности
по результатам анализа интерферометрического изображения дна. Интерферометрические
системы позволяют производить оценку неровностей рельефа дна, обнаруживать пологие
впадины и выступы, не дающие гидроакустической тени, различать участки дна с отрица-
тельными и положительными уклонами.
Наиболее проблемной задачей анализа интерферометрических изображений является
создание алгоритмов устойчивого выделения линий интерференционных максимумов и уст-
ранения неоднозначности определения их номеров. Для устойчивого выделения линий ин-
терференционных максимумов был разработан корреляционный метод обработки, прошедший
апробацию на синтезированных интерферограммах виртуальных полигонов и показавший
свою высокую эффективность. Суть метода состоит в построении и оценке двумерных функ-
ций взаимной корреляции между каждой из реализаций интерферограммы и последовательно-
стью опорных сигналов. Задача устранения неоднозначности определения номеров линий ин-
терференционных максимумов сводится к исключению ложных сигналов, не попадающих на
линии, и к устранению областей разрывов линий, соответствующих зонам тени. Для решения
этой задачи был разработан алгоритм, основанный на минимизации оценки функций, описы-
вающих линии интерференционных максимумов. Алгоритмы выделения и идентификация
линий интерференционных максимумов, как показывают численные оценки, могут успешно
использоваться при решении задачи анализа сложных интерферометрических изображений.
В этом примере виртуальные полигоны, синтезируемые с помощью разработанных
алгоритмов структурно-акустического моделирования, играют роль массивов исходных дан-
ных для задачи интерферометрии. Другая область применения структурно-акустических мо-
делей дна – синтез и анализ профилограмм – требует детального знания методов расчета
акустических полей в неоднородных средах.
Литература
1. Гончар А.И. и др. Гидроакустические методы и средства исследования дна Мирового Океана. НТЦ
ПАС НАНУ, Запорожье, 2002, 222 с.
2. Справочник по гидроакустике / А.П. Евтютов, А.Е. Колесников, А.П.Ляликов. – Л.: Судостроение,
1982. 344 с.
3. Гончар А.И. и др. Использование математических моделей при разработке панорамных гидроакустиче-
ских систем // Труды конф. НО-2004, СПб, 2004.
4. Собисевич Л.Е, Собисевич А.Л. Волновые процессы и резонансы в геофизике. – М.:ОИФЗ РАН, ГНИЦ
ПГК (МФ) при Куб ГУ Минобразования России, 2001. – 299 с.
5. Ляпин А.А, Селезнев М.Г., Собисевич Л.Е. Механико-математические модели в задачах активной
сейсмологии. Под общей редакцией Собисевича Л.Е. – М.: ГНИЦ ПГК (МФ) при Куб ГУ Минобразо-
вания России, 1999. – 294 с.
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2004 (№1)
19
а)
б)
Рис. 1. Структурно-акустическая модель III типа, синтезированная в кубе 100х100х100 м
(дискретизация 1х1х0,5 м) по каркасу из 13 источников, относящихся к 4 состояниям:
а) пространственное распределение )r(
rΨ структурных элементов модели;
б) относительное содержание модельных состояний %),(ΨΘ на оси плотностей ρ, кг/м3
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2004 (№1)
20
а)
б)
Рис. 2. Смешанная структурно-акустическая модель II типа, синтезированная в области
100х100х100 м (дискретизация 1х1х0,2 м); содержит многочисленные мелкие полости:
а) распределение плотностей )z,y,x(ρ элементов модели и рельеф )y,x(Z ;
б) относительное содержание модельных состояний %),(ΨΘ на оси плотностей ρ, кг/м3
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2004 (№1)
21
а)
б)
Рис. 3. Смешанная структурно-акустическая модель II типа, синтезированная в области
50х50х100 м (дискретизация 1х1х0,2 м):
а) распределение плотностей )z,y,x(ρ элементов модели и рельеф )y,x(Z ;
б) относительное содержание модельных состояний %),(ΨΘ на оси плотностей ρ, кг/м3
|