Использование дисперсии волны Рэлея для локализации ее источника

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассматривается возможность использования дисперсии волны Рэлея для локализации источника сейсмоакустического излучения. Компенсация дисперсионных искажений составляет суть хорошо известных методов обращения волнового фронта или методов обращения времени. Особенностью представленного решения является использование измеренной в процессе регистрации сейсмоакустического сигнала дисперсионной зависимости с последующей обработкой полученных данных. Представлен пример такой обработки для экспериментальных данных, полученных в натурных условиях. Результаты указывают на перспективность развития предложенного метода интерпретации данных для решения задач сейсмоакустической дистанционной диагностики природных сред, например, для поиска и локализации различного рода включений.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Лебедев

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: swan@ipfran.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова 46

С. А. Манаков

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Email: manakovsergej@mail.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова 46

Д. В. Дубовой

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Email: manakovsergej@mail.ru
Россия, 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова 46

Список литературы

  1. Fink M. Time reversed acoustics // Phys. Today. 1997. V. 3. P. 34–40.
  2. Зельдович Б.Я., Пилипецкий Н.Ф., Шкунов В.В. Обращение волнового фронта. М.: Наука, 1985. 240 с.
  3. Czenszak S.P., Krolik J.L. Robust wideband matched-field processing with a short vertical array // J. Acoust. Soc. Am. 1997. V. 101. № 2. P. 749–759.
  4. Prada C., Manneville S., Spoliansky D., Fink M. Decomposition of the time reversal operator: Detection and selective focusing on two scatterers // J. Acoust. Soc. Am. 1996. V. 99. № 4. P. 2067–2076.
  5. Mordant N., Prada C., Fink M. Highly resolved detection and selective focusing in a waveguide using the D.O.R.T. method // J. Acoust. Soc. Am. 1999. V. 105. № 5. P. 2634–2642.
  6. Lingevitch J.F., Song H.C., Kuperman W.A. Time reversed reverberation focusing in a waveguide // J. Acoust. Soc. Am. 2002. V. 111. № 6. P. 2609–2614.
  7. Sutin A.M., TenCate J.A., Johnson P.A. Single-channel time reversal in elastic solids // J. Acoust. Soc. Am. 2004. V. 116. № 5. P. 2779–2784.
  8. Зверев В.А. Принцип акустического обращения волн и голография // Акуст. журн. 2004. Т. 50. № 6. С. 792–801.
  9. Зверев В.А. Обращение волн при импульсной локации на просвет // Акуст. журн. 2005. Т. 51. № 4. С. 477–482.
  10. Зверев В.А., Коротин П.И., Стромков А.А. Численное временное обращение волн // Акуст. журн. 2008. Т. 54. № 1. С. 69–76.
  11. Зверев В.А., Коротин П.И., Стромков А.А. Пространственная протяженность области акустического обращения волн // Акуст. журн. 2008. Т. 54. № 5. С. 823–830.
  12. Зверев В.А., Коротин П.И., Стромков А.А. Модовое обращение волн для мелкого моря // Акуст. журн. 2009. Т. 55. № 1. С. 62–73.
  13. Синельников Е.Д., Сутин А.М., Сарвазян А.П. Обращение времени в фокусирующих излучателях и приемниках ультразвука // Акуст. журн. 2010. Т. 56. № 2. С. 206–217.
  14. Еремин А.А., Глушков Е.В., Глушкова Н.В., Ламмеринг Р. Локализация неоднородностей в упругой пластине методом обращения волн // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 5. С. 523–531.
  15. Вировлянский А.Л., Казарова А.Ю., Любавин Л.Я. Фокусировка звуковых импульсов методом обращения времени на стокилометровых трассах в глубоком море // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 6. С. 723–732.
  16. Steiner B., Saenger E.H., Schmalholz S.M. Time reverse modeling of low-frequency microtremors: Application to hydrocarbon reservoir localization // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35. L03307(1–7).
  17. Годин О.А., Кацнельсон Б.Г., Qin J., Brown М.G., Заботин Н.А., Zang X. Использование обращения волнового фронта для пассивного акустического зондирования океана // Акуст. журн. 2017. Т. 63. № 3. С. 283–295.
  18. Бородина Е.Л., Митюгов В.В., Муякшин С.И., Турко А.Н. Обращение волнового фронта в акустическом волноводе // Акуст. журн. 2006. Т. 52. № 4. С. 437–447.
  19. Бредихин В.В., Лебедев А.В. Реконструкция функции Грина в задачах резонансной акустической спектроскопии // Акуст. журн. 2009. Т. 55. № 3. С. 283–291.
  20. Kazakov V.V., Sutin A.M., Johnson P.A. Sensitive imaging of an elastic nonlinear wave-scattering source in a solid // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 81. P. 646–648.
  21. Van Den Abeele K., Johnson P.A., Sutin A.M. Non-linear Elastic Wave Spectroscopy (NEWS) techniques to discern material damage. Part I: Non-linear Wave Modulation Spectroscopy // Res. Nondestr. Eval. 2000. V. 12. № 1. P. 17–30.
  22. Van Den Abeele K., Sutin A.M., Carmeliet J., Johnson P.A. Micro-damage diagnostics using nonlinear elastic wave spectroscopy (NEWS) // NDT&E International. 2001. V. 34. P. 239–248.
  23. Лебедев А.В., Островский Л.А., Сутин А.М. Нелинейная акустическая спектроскопия локальных дефектов в геоматериалах // Акуст. журн. 2005. Т. 51. Приложение. С. 103–117.
  24. Azimi-Sadjadi M.R., Srinivasan S.K., Ahmadinia S. Acoustic localization of vehicular sources using distributed sensors // J. Acoust. Soc. Am. 2019. V. 146. № 6. P. 4913–4925.
  25. Dubrovinskaya E., Casari P., Diamant R. Bathymetry-aided underwater acoustic localization using a single passive receiver // J. Acoust. Soc. Am. 2019. V. 146. № 6. P. 4774–4789.
  26. Dagallier A., Cheinet S., Cosnefroy M., Rickert W., Weßling T., Wey P., Juve D. Long-range acoustic localization of artillery shots using distributed synchronous acoustic sensors // J. Acoust. Soc. Am. 2019. V. 146. № 6. P. 4860–4872.
  27. Ferguson B.G. Defense applications of acoustic signal processing // Acoustics Today. 2019. Spring. P. 10–18.
  28. Ferguson E.L., Williams S.B., Jin C.T. Convolutional neural network for single-sensor acoustic localization of a transiting broadband source in very shallow water // J. Acoust. Soc. Am. 2019. V. 146. 6. P. 4687–4698.
  29. Yangzhou J., Ma Z., Huang X. A deep neural network approach to acoustic source localization in a shallow water tank experiment // J. Acoust. Soc. Am. 2019. V. 146. № 6. P. 4802–4811.
  30. Yang T.C. Source localization in range-dependent and time-varying shallow water: The Shallow Water 2006 experimental results // J. Acoust. Soc. Am. 2019. V. 146. № 6. P. 4740–4753.
  31. Yariv A., Fekete D., Pepper D.M. Compensation for channel dispersion by nonlinear optical phase conjugation // Opt. Lett. 1979. V. 4. № 2. P. 52–54.
  32. Кустов Л.М., Назаров В.Е., Сутин А.М. Обращение волнового фронта акустической волны на пузырьковом слое // Акуст. журн. 1985. Т. 31. № 6. С. 837–839.
  33. Nazarian S., Stokoe K.H., Hudson W.R. Use of spectral analysis of surface waves method for determination of moduli and thicknesses of pavement systems // Transp. Res. Rec. 1983. V. 930. P. 38–45.
  34. Miller R., Xia J., Park C.B., Ivanov J.M. The history of MASW // The Leading Edge. 2008. April. P. 568.
  35. Лебедев А.В., Манаков С.А. Точность оценки параметров слоистой среды при использовании когерентного векторного приема поверхностной волны Рэлея // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 1. С. 68–82.
  36. Miller G.F., Pursey H. The field and radiation impedance of mechanical radiators on the free surface of a semi-infinite isotropic solid // Proc. of the Royal Soc. (London). 1954. V. A223. P. 521–541.
  37. Авербах В.С., Лебедев А.В., Манаков С.А., Таланов В.И. Фазовый метод межскважинного профилирования на когерентных SH-волнах // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 5. С. 649–655.
  38. Лебедев А.В. Анализ поверхностных волн в упругой среде с пористым насыщенным слоем // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 2019. Т. 62. № 6. С. 469–489.
  39. Хаттон Л., Уэрдингтон М., Мейкин Дж. Обработка сейсмических данных, теория и практика. М.: Мир, 1989. 216 с.
  40. Турчин В.И. Введение в современную теорию оценки параметров сигналов. Нижний Новгород: Институт прикладной физики РАН, 2005. 116 с.
  41. Лебедев А.В., Манаков С.А., Дубовой Д.В. Рассеяние волны Рэлея на приповерхностном включении в упругом полупространстве // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 2023. Т. 69. № 5-6. С. 483–504.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дисперсия фазовой скорости волны Рэлея для рассматриваемой модельной задачи.

Скачать (162KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Иллюстрация дисперсионного размывания импульсного отклика волны Рэлея в модельной среде.

Скачать (111KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость длительности огибающей импульсного отклика от пробного значения расстояния. Штриховой линией показано значение, отвечающее полосе излучаемых частот.

Скачать (72KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема расстановки сейсмических приемников относительно импульсного источника в эксперименте 2011 г.

Скачать (41KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Измеренная дисперсия скорости волны Рэлея. Штриховая линия отвечает модельной зависимости (рис. 1)

Скачать (73KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Результат вычисления функции по формуле (8). Символ на графике показывает истинное местоположение источника.

Скачать (102KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025