Лучевые методы в задачах вычисления акустических полей в нерегулярных волноводах
![Диссертация: Лучевые методы в задачах вычисления акустических полей в нерегулярных волноводах](https://westud.ru/work/4993084/cover.png)
Диссертация
Проанализирован подход к решению уравнения Гельмгольца для двумерно-неоднородного океанического волновода в асимптотическом приближении Гауссовых пучков. Выведены аналитические формулы для решения лучевых динамических уравнений для среды с показателем преломления, квадрат которого описывается двумерной линейной зависимостью. Выведены два вида преобразования динамических переменных на слабых… Читать ещё >
Содержание
- 1. Моделирование звуковых полей в нерегулярных волноводах. Обзор литературы
- 2. Основные уравнения лучевого метода
- 2. 1. Системы координат
- 2. 2. Уравнения лучевого метода
- 2. 2. 1. Уравнение эйконала. Разложение Дебая
- 2. 2. 2. Уравнение эйконала. Принцип Ферма
- 2. 2. 3. Уравнение переноса
- 2. 3. Уравнения лучевой динамики
- 2. 3. 1. Уравнения Гамильтона-Якоби и геометрическая расходимость
- 2. 3. 2. Гауссовы пучки
- 2. 4. Поле в окрестности точки на луче
- 2. 5. Взаимодействие лучей с границей
- 2. 5. 1. Преобразование амплитуды и эйконала
- 2. 5. 2. Преобразование динамических переменных р ид
- 2. 6. Решение лучевых уравнений в среде с линейным законом для квадрата показателя преломления
- 2. 6. 1. Лучевые уравнения
- 2. 6. 2. Динамические уравнения
- 2. 6. 3. Преобразование величин р ид
- 3. 1. Описание алгоритма
- 3. 2. Тестовые задачи
- 3. 3. Термометрические задачи
- 3. 4. Моделирование нерегулярного волновода
Список литературы
- Babich V.M., Popov M.M. Propagation of concentrated sound beams in a three-dimentional inhomogeneous medium // Phys. Acoust., 1982. V.27(6), P. 459−462.
- Popov M.M. A new method of computation of wave: fields using Gaussian beams // Wave Motion, 1982. V. 4, P. 85−97.
- Попов M.M. Новый метод расчета звуковых полей в высокочастотном приближении // Зап. научн. семин. ЛОМИ, 1981. Т. 104. С. 195−216.
- Cerveny V., Popov M.M., Psencik. Computation of wave fields in inhomogeneous media — Gaussian beam approach // Geophys. J.R. Astron. Soc., 1982. V. 70. P. 109−128.
- Grikurov V.E., Popov M.M. Summation of Gaussian beams in a surface waveguide // Wave Motion, 1983, V. 5. P. 225−233.
- Cerveny V., Psencik. Gaussian beams in two-dimensional elastic inhomogeneous media // Geophys. J.R. Astron. Soc., 1983. V. 72. P. 417−433.
- Cerveny V., Psencik. Gaussian beams in elastic two-dimensional laterally varying layered structures // Geophys. J.R. Astron. Soc., 1984, V.78, P. 65−91.
- Madariaga R. Gaussian beam synthetic seismogram in a vertically varying medium // Geophys. J.R. Astron. Soc., 1984. V. 79. P. 589−612.
- Porter M.B., Bucker H.P. Gaussian beam tracing for computing ocean acoustic fields // J. Acoust. Soc. Am., 1987. V. 82. № 4, P. 1349−1359.
- Jensen F.B., Kuperman W.A., Porter M.B., Schmidt H. Computational Ocean Acoustics. NY: American Institute of Phisics, Woodbury, 1993.
- Бреховских JJ.M. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. С. 275.
- Акустика океана / Под ред. J1.M.Бреховских. М.: Наука, 1974. С. 695.
- Бреховских Л.М., Лысанов Ю. П. Теоретические основы акустики океана. JL: Ги-дрометеоиздат, 1982. С. 264.
- Бабич В.М., Булдырев B.C. Асимптотические методы в задачах дифракции коротких волн. М. Наука, 1972. С. 500.
- Stallworth L.A., Jacobson M.J. Acoustic propagation in a uniformly moving ocean witn depth-dependent sound speed // J. Acoust. Soc. Am., 1972. V. 52. № 1. pt. 2. P. 344−355.
- Stallworth L.A., Jacobson M.J. Sound transmission in an isospeed ocean channel witn depth-dependent current // J. Acoust. Soc. Am., 1972. V.51, № 5, pt. 2. P. 1738−1750.
- Franchi E.R., Jacobson M.J. Ray propagation in a channel with depth-variable sound speed and current // J. Acoust. Soc. Am., 1972. V. 52. № 1, pt. 2. P. 310−331.
- Weinberg N.L., Dunderdale T. Shallow water ray tracing with nonlinear velocity profiles // J. Acoust. Soc. Am., 1972. V. 52. № 3. pt. 2. P.' 1000−1010.
- Avila G.S.S., Keller J.B. The high-frequency asymptotic field of a point source in an inhomogeneous medium // SIAM J. Appl. Math., 1963. V. 16, P. 363−381.
- Blatstein I.K., Newman A.V., Uberall H. A comparison of ray theory, modified ray theory, and normal-mode theory for a deep-ocean arbitrary-velocity profile //J. Acoust. Soc. Am., 1974. V. 55, № 6, P. 1336−1338.
- Murphy E.L., Davis J. A. Modified ray theory for bounded media //J. Acoust. Soc. Am., 1974. V. 56, № 6, P. 1747−1760.
- Weinberg H. Application of ray theory to acoustic propagation in horizontally stratified oceans // J. Acoust. Soc. Am., 1975. V. 58, № 1, P. 97−109.
- Вагин A.B. Расчет лучевых картин, суммарного звукового поля в точке, его угловой, временной, фазовой и энергетической структуры в двумерно-неоднородной среде. Отчет гос. per. № 1 278 440. Акустич. ин-т, М., 1976. С. 113.
- Полянская В.А. Расчет искажений, вносимых в лучевою структуру звукового поля в океане внутренними волнами // Вопросы судостроения. Сер. Акустика. 1977, вып. 9, С. 15−24.
- Мальцев U.M. Лучевые уравнения в барицентрических координатах // Акустический журнал. 1983. Т. 29., С. 661−665.
- Мальцев Н.Е. Вычисление волновых фронтов, создаваемых точечным источником звука в трехмерно-неоднородном океане // Акустический журнал. 1987. Т. 33. С. 516−522.
- Барридж Р., Вейнберг Г. Горизонтальные лучи и вертикальные моды //В кн.: Распространение волн и подводная акустика / Под ред. Дж. Б. Келлера и Дж. С. Пападакиса. М.: Мир, 1980, С. 76−125.
- Кравцов Ю. А, Орлов Ю. И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М.: Наука. 1980. С. 304.
- Munk W.H., Forbes A.M.G. Global ocean warming: an acoustic measure? // J. Phis. Oceanogr. 1989. V. 19. P. 1765−1777.
- Munk W.H. The Heard Island Experiment // Naval Research Review. 1991. V. 43, P. 2−22.
- Акустические и гидрологические исследования в Японском и Филиппинском морях. Отчет об экспедиционных работах в рейсе № 25 НИС «Академик М. А. Лаврентьев» с 4 октября по 6 ноября 1995 года. Владивосток, ИПМТ ДВО РАН 1996. С. 125.
- Соловьев A.A. Об одной задаче в томографии океана //В сб.: Морские технологии / Под ред. акад. М. Д. Агеева. Вып.1. Владивосток: Дальнаука, 1996. С. 294−304.
- Соловьев А.А. О решении динамической системы лучевых уравнений // В сб.: Информатика в океанологии. Владивосток: Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН, 1996. С. 187−200.
- Соловьев А.А. Об особенности метода Гауссовых пучков на слабых границах // В сб.: Морские технологии / Под ред. акад. М. Д. Агеева. Вып.2. Владивосток: Дальнаука, 1998. С. 111−123.
- V.A.Akulichev and A.A.Solovyev. Acoustic Thermometry in the North Pacific Ocean and in the Sea of Japan // In: Proc. of The Fifth Western Pacific Regional Acoustic Conference. Seoul: The Acoustical Soc. of Korea, 1994. P. 409−414.
- V.A.Akulichev, L.K. Bugaeva, A.A. Solovyev. Modelling of global acoustic thermometry in the ocean // In: Proc. of The 15th Intern. Congress on Acoustics, Trondheim, Norway, 1995, V. 4. P. 325−328.
- Pedersen M.A., Gordon D.F. Normal-mode and ra, y theory applied to underwater acoustic conditions of extreme downward refraction //J. Acoust. Soc. Am. 1972. V. 51. P. 323−368.
- Munk W.H. Sound channel in an exponentially stratified ocean with application to SOFAR //J. Acoust. Soc. Am. 1974. V. 55, P. 220−226.
- Отчет об экспедиционных работах в рейсе № 6 НИС «Академик Александр Виноградов» с 26 июля по 22 декабря 1985 года. Том II. Таблицы океанологических наблюдений в северно-западной части Тихого океана. Владивосток. ТОЙ ДВО РАН. 1985, С, 341.
- H.W.Kutschale Rapid computation by wave theory of propagation loss in the arctic ocean. Lamont-Doherty Geophys. Observ. 1973. Columbia U. Tech. Rep. CU-8−73.
- R.H. Zhang, Y. He and H. Liu The WKBZ mode approach to sound propagation in range-independent ocean channel // Chinese Journ. of Acoust. 1994, V. 13 № 1. P. 1−12
- R.H. Zhang, Y. He, H. Liu and V.A. Akulichev Application of the WKBZ adiabatic mode approach to sound propagation in the Philippine Sea // Journal of Sound and Vibration, 1995. V. 184 № 3. P. 439−451.
- J.F.Miller, S.N. Wolf Modal Acoustic Transmission Loss (MOATL): A Transmission-Loss Computer Program Using a Normal-Mode Model of the Acoustic Field in the Ocean. NRL Report 8429, 1980. P. 86.
- G.H.Knightly, D. Lee, D.F.Mary. Higher-order parabolic wave equation // J. Acoust. Soc. Am. 1987. V. 82 № 2. P. 580−587.
- Vastano A.C., Olson D.B. Vastano J.A. The acoustic environment of ring BOB // J. Acoust. Soc. Am., 1981, V. 70, № 6, P. 1728−1735.
- Vastano A.C., Owens G.E. On the acoustic characteristics of a Gulf Stream cyclonic ring // J. Phys. Oceanogrr. 1973. V. 3, № 4, P. 470−478.
- Munk W.H. Horizontal deflection on acoustic paths by mesoscale eddies // J. Phys. Oceanogr. 1980. V. 10. № 4, P. 596−604.
- Baer R.N. Propagation through a three-dimentional eddy including effects on an array // J. Acoust. Soc. Am. 1981. V. 69, № 1, P. 70−75.
- Weiberg N.L., Zabalgogeazcoa X. Coherent ray propagation through a Gulf Stream ring // J. Acoust. Soc. Am. 1977. V. 62 № 4. P. 888−894.
- Де Санто Дж.А. Теоретические методы в акустике океана //В кн.: Акустика океана / Под ред. Дж.А. Де Санто. М.: Мир, 1982, С. 16−90.
- Распространение волн и подводная акустика / Под ред. Дж. Б. Келлера и Дж. С. Пападакиса. М.:Мир, 1980, С. 232.
- Ди Наполи Ф. Р., Дейвенпорт Р. Л. Численные модели подводного распространения звука // В кн. Акустика океана / Под ред. Дж.А. Де Санто. М.: Мир. 1982. С. 91 176.
- Боровиков В.А., Кинбер Б. Е., Кравцов Ю. А. Попов A.B. Уфимцев П. Я. Волны и лучи в нерегулярных волноводах. Препринт ИЗМИРАН СССР № 13(212). М.: 1978.
- Каценеленбаум Б.З. Теория нерегулярных волноводов с медленно меняющимися параметрами. М.: Изд-во АН СССР. 1961. С. 216.
- Боровиков В.А. Поля в плавнонерегулярных волноводах и задача о вариации адиабатического инварианта. Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша АН СССР. 1978. № 99.
- Боровиков В.А. Высшие типы волн в плавнонерегулярных волноводах // Радиотехника и электроника. 1978. Т. 23. № 7. С. 1365−1376.
- Боровиков В.А. Поля в сужающихся многомодовых волноводах и собственные функции открытых резонаторов. Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша АН СССР. М.: 1978 № 107.
- Nagl A., Uberall Н., Haug A.J., Zarur G.L. Adiabatic mode theory of underwater sound propagation in a range-dependent environment //J. Acoust. Soc. Am. 1978. V. 63, № 3, P. 739−749.
- Milder D.M. Ray and wave invariants for SOFAR channel propagation // J. Acoust. Soc. Am. 1969. V. 46. № 5. Pt. 2. P. 1259−1263.
- Кинбер Б.Е. О преобразовании волн в плавном волноводном переходе // Радиотехника и электроника, 1976. Т. 21. № 6. С. .1314 1317.
- Кинбер Б.Е., Кравцов Ю. А. Лучевая теория преобразования волн в многомодовых нерегулярных волноводах // Радиотехника и электроника, 1977. Т. 22, № 12. С. 2470 2479.
- Кинбер Б.Е., Комиссарова H.H., Кравцов Е. А. Лучевая теория распространения волн в неоднородных рефракционных волноводах: трансформация мод и раскачка ширины волновых каналов // Радиофизика, 1979. Т. 22. № 4. С. 414 424.
- Попов А.В. Коротковолновая асимптотика нормальных волн нерегулярного волновода // Радиотехника и электроника, 1977. Т. 22. № 8. С. 1577−1582.
- Попов А.В. Нормальные волны плавно-нерегулярного волновода //В кн.: Теория дифракции и распространение волн. М.: Изд-во АН СССР. 1977. С. 163 166.
- Тапперт Ф.Д. Метод параболического уравнения //В кн.: Распространение волн и подводная акустика / Под ред. Дж.Б.Келлера и Дж.С.Пападакиса. М.: Мир. 1980.1. С. 180−226.
- Полянский Э.А. Расчет волновых полей в неоднородных средах методом поперечной диффузии (метод коррекции решения параболического уравнения в плоском неоднородном волноводе). Дис. на соиск. учен, степени канд.физ.-мат.наук. Москва 1981. С. 143.
- DeSanto J.A. Relation between the solution of the Helmholtz and parabolic equations for sound propagation // J. Acoust. Soc. Am. 1977. V. 62, P. 295−297.
- Fitzgerald R.M. Helmholtz equation as an initial value problem with application to acoustic propagation // J. Acoust. Soc. Am. 1975. V. 57. № 4, P. 839−842.
- McDaniel S.T. Propagation of normal mode in the parabolic approximation // j. Acoust. Soc. Am. 1975. V. 57, № 2, P. 307−311
- Brock H.K., Buchal R.H., Spojjord C.W. Modifying the sound speed profile to improve the accuracy of the parabolic-equation technique // J. Acoust. Soc. Am. 1977. V. 62. № 3, P. 543−552.
- Уфимцев П.Я., Яковлева Г. Д. Параксиальные пучки волн в регулярных и нерегулярных волноводах // Радиотехника и электроника, 1977. Т. 22, № 3, С. 451−465.
- DeSanto J.A., Perkins J.S., Baer R.N. A correction to the parabolic approximation // J. Acoust. Soc. Am. 1978. V. 64. № 6. P. 1664−1666.
- Siegmann W.L., Kriegsmann G.A., Lee D. A wide-angle three-dimensional parabolic wave equation // J. Acoust. Soc. Am. 1985. V. 78, № 2, P. 659−664.
- Авилов K.B. Вычисление гармонических волновых полей в волноводах в уточненном широкоугольном параболическом приближении // Тр. IX Всесоюзн. симп. по дифракции и распространению волн. Т.2. Тбилиси: Изд-во ТГУ, 1985.
- Мальцев Н.Е. Машинные методы прогноза акустических полей в океане. Отчет гос. per. № 8 404 162. Акустич. ин-т. М. 1979. С. 24.
- Масло в В. П. Теория возмущений и асимптотические методы. М.: Изд.-во МГУ, 1965. С. 215
- Крюковский A.C., Лукин Д. С., Палкин Е. А. Равномерные асимптотики интегралов от быстроосциллирующих функций с вырожденными седловыми точками: Препр. ИРЭ АН СССР № 413. М., 1984. С. 75
- Крюковский A.C., Лукин Д. С., Палкин Е. А. Специальные функции волновых катастроф: Препр. ИРЭ АН СССР № 415. М., 1984. С. 75
- О разрывах функции Грина смешанной задачи для волнового уравнения с переменным коэффициентом // Поблемы математической физики. JL: Изд.-во ЛГУ, 1973. Вып. 6. С. 9−27
- Толстой И., Клей К. Акустика океана. М.: Мир, 1969. С. 301.
- Pierce A.D. Parametric solution of the dispersion relation for guided sound propagation in shallow water // J. Acoust. Soc. Am. 1966. V. 39. № 6, P. 1139−1141.
- Pedersen M.A., Gordon D.F. Theoretical investigation of a double family of normal modes in an underwater acoustic surface duct //J. Acoust. Soc. Am. 1970. V. 47. № 1 (part 2), P. 304−326.
- Завадский В.Ю., Крупин В. Д. Применение численных методов для расчета звуковых полей в волноводах // Акустический журнал, 1975. Т. 21. Вып. 3. С. 484−485.
- Вагин A.B., Мальцев Н. Е. Расчеты низкочастотных звуковых полей в слоистом океане // Вопросы судостроения. Сер. Акустика. 1977. Вып. 9. С. 61−80.
- Кудряшов В.М. Расчет акустических полей в волноводе // Вопросы судостроения. Сер. Акустика. 1977, Вып. 9, С. 25−38.
- Кряжев Ф.И., Кудряшов В. М., Петров H.A. Распространение звуковых волн низких частот в волноводе с неровными границами // Акустический журнал. 1976. Т. 22. Вып. 3. С. 377−384.
- Di Napoli F.R. A fast field program for multilayered media. Tech. Rpt. 4103. Naval underwater systems center. New London. Conn. 1971.
- Завадский В.Ю. Вычисление волновых полей в открытых областях и волноводах. М.: Наука, 1972. С. 560.
- Завадский В.Ю. Метод конечных разностей в волновых задачах акустики. М.: Наука, 1982. С. 272.
- Данилов A.A., Завадский В. Ю. Применение метода конечных разностей к расчету звуковых полей в волноводном слое, сопряженном с клином // Вопросы судостроения. Сер. Акустика. 1982. Вып. 15. С. 42−52.
- Данилов A.A. Применение метода конечных разностей для вычисления акустических полей в нерегулярных волноводах. Диссертация на соиск. ученой степени канд. физ.-мат. наук. М.: 198. С. 167.
- Свешников А, Г., Боголюбов А. Н. Расчет плоского волноводного трансформатора конечноразностым методом // В сб.: Вычислит, методы и программир. 1978. Вып. 28. М.: Изд-во МГУ. С. 118−132.
- McDaniel S.Т. Parabolic approximations for underwater sound propagation // J. Acoust. Soc. Am. 1975. V. 58. № 6. P. 1178−1185.
- Lee D., Botseas G., Papadakis J.S. Finit-difference solution to the parabolic wave equation // J. Acoust. Soc. Am. 1981. V. 70. № 3. P. 795−800.
- McDaniel S.T., Lee D. A finit-difference treatment of interface conditions for the parabolic wave equation: the horizontal interface //J. Acoust. Soc. Am. 1982. V. 71. № 4. P. 855−858.
- Lee D., McDaniel S.T. A finit-difference treatment of interface conditions for the parabolic equation: the irregular interface //J. Acoust. Soc. Am. 1983. V. 73. № 5. P. 1441−1447.
- Gribble J. deG. Extending the finit difference treatment of interfaces when using the parabolic wave equation // J. Acoust. Soc. Am. 1984. V. 76. № 1. P. 217−221.
- Дебай П. Полярные молекулы. М.-Л.: ГНТИ. 1931. С. 183.
- Камке.Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука, 1976. С. 576.
- Матвеев Н.Е. Методы интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Высшая школа, 1967. С. 564.
- Попов М.М. Об одном методе вычисления геометрического расхождения в неоднородной среде, содержащей границы раздела // Докл. АН СССР, 1977, Т. 237. № 5. С 1059—1062.
- Рашевский П.К. Курс дифференциальной геометрии. М.: ГИТТЛ, 1950. С. 428.
- Смирнов В.И. Курс высшей математики. М.: Наука, 1974. Т. 4. Ч. 2, С. 552.
- Фихтенголъц Г. М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. М.: Наука, 1969.
- Ландау Л. Д. Лифшиц Е.М. Механика. М.: Наука, 1965. С. 204.