The Influence of Random Internal Waves on the Characteristics of a Horizontal Antenna in a Shallow Sea


Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The effect of random internal waves on the gain and pattern of a horizontal antenna array in a shallow sea has been investigated. An algorithm for calculating the correlation matrix of the point source field at the grating aperture is proposed. The antenna gain is analyzed for different spatial processing methods: the beam forming method, the optimal linear processing method, and the optimal quadratic processing method. The effect of internal waves on the directivity pattern is described by the dispersion of the angular response of the grating. Numerical simulation results are presented for a model summer-type waveguide and an exponential Brunt–Väisälä frequency profile. The empirical internal wave spectrum proposed earlier from the SWARM95 experiment is used. The dependences of the antenna array characteristics on the number of its elements, orientation with respect to the source, radiation frequency, and the acoustic characteristics of the bottom are analyzed.

About the authors

M. A. Raevskii

Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences, 603950, Nizhny Novgorod, Russia

Email: bvg@appl.sci-nnov.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

V. G. Burdukovskaya

Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences, 603950, Nizhny Novgorod, Russia

Author for correspondence.
Email: bvg@appl.sci-nnov.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

References

  1. Katsnelson B., Petnikov V., Lynch J. Fundamentals of shallow water acoustics. New York, Dordrecht, Heildelberg. London: Springer, 2012.
  2. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1986. 448 с.
  3. Baker C.R. Optimum quadratic detection of a random vector in Gaussian noise // IEEE Trans. Commun. VOL.COM-14. 1966. № 6. P. 802–805.
  4. Morgan D.R., Smith T.M. Coherence effects on the detection performance of quadratic array processors, with applications to large-array matched-field // J. Acoust. Soc. Am. 1990. V. 87. № 2. P. 737–747.
  5. Малеханов А.И., Таланов В.И. Об оптимальном приеме сигналов в многомодовых волноводах // Акуст. журн. 1990. Т. 36. № 5. С. 891–897.
  6. Завольский Н.А., Малеханов А.И., Раевский М.А., Смирнов А.В. Влияние ветрового волнения на характеристики горизонтальной антенны в условиях мелкого моря // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 5. С. 501–512.
  7. Завольский Н.А., Малеханов А.И., Раевский М.А. Сравнительный анализ методов пространственной обработки сигналов, принимаемых горизонтальной антенной решеткой в канале мелкого моря со взволнованной поверхностью // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 5. С. 608–618.
  8. Бурдуковская В.Г., Малеханов А.И., Раевский М.А. Влияние анизотропного ветрового волнения на эффективность пространственной обработки акустических сигналов в мелком море // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 6. С. 617–625.
  9. Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. Влияние межмодовых корреляций на эффективность пространственной обработки акустических сигналов в океаническом волноводе со взволнованной поверхностью // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 6. С. 625–637.
  10. Распространение звука во флуктуирующем океане. Под ред. Флатте С. Пер. с англ. М.: Мир, 1982. 336 с.
  11. Dossot G.A., Smith K.B., Badiey M., Miller J., Potty G.R. Underwater acoustic energy fluctustions during strong internal wave activity using a three-dimensional parabolic equation model // J. Acoust. Soc. Am. 2019. V. 146. P. 1875.
  12. Katsnelson B., Grigorev V., Badiey M., Lynch J. Temporal sound field fluctuations in the presence of internal solitary waves in shallow water // J. Acoust. Soc. Am. 2009. V. 126. № 1. P. EL41.
  13. Katsnelson B., Grigorev V., Lynch J. Intensity fluctuations of midfrequency sound signals passing through moving nonlinear internal waves // J. Acoust. Soc. Am. 2008. V. 124. № 3. P. EL78.
  14. Wan L., Zhou J.-X., Rogers P.H., Knobles D.P. Spatial coherence measurements from two L-shape arrays in shallow water // Acoust. Phys. 2009. V. 55. № 3. P. 383–392.
  15. Кузькин B.M., Лаврова О.Ю., Пересёлков C.A., Петников В.Г., Сабинин К.Д. Анизотропное поле фоновых внутренних волн на морском шельфе и его влияние на распространение низкочастотного звука // Акуст. журн. 2006. Т. 52. № I. С. 74–86.
  16. Луньков А.А., Петников В.Г. Когерентность низкочастотного звука в мелком море при наличии внутренних волн // Акуст. журн. 2014. Т. 60. № 1. С. 65–75.
  17. Lynch J., Jin G., Pawlowicz R., Ray D., Plueddemann A.J. Acoustic travel-time perturbations due to shallow-water internal waves and internal tides in the Barents sea polar front: theory and experiment // J. Acoust. Soc. Am. 1996. V. 99. № 2. P. 803.
  18. Yang T.C., Yoo K. Internal wave spectrum in shallow water; measurement and comparison with the Garrett-Munk model // IEEE J. Oceanic Engineering. 1999. V. 24. № 3. P. 333.
  19. Colosi J.A., Duda T.F., Lin Y.T., Lynch J.F., Newhall A.E., Cornuelle B.D. Observations of sound-speed fluctuations on the New-Jersey continental shelf in the summer of 2006 // J. Acoust. Soc. Am. 2012. V. 131. № 2. P. 1733.
  20. Вировлянский А.Л., Костерин А.Г. Метод плавных возмущений для описания полей в многомодовых волноводах // Акуст. журн. 1987. Т. 33. № 4. С. 599–605.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (28KB)
Indexing metadata
3.

Download (525KB)
Indexing metadata
4.

Download (495KB)
Indexing metadata
5.

Download (472KB)
Indexing metadata
6.

Download (555KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 М.А. Раевский, В.Г. Бурдуковская