Modeling the Gain of a Vertical Antenna in a Shallow Waveguide with a Wovled Surface

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The influence of developed wind waves on the gain of a vertical antenna in shallow ocean waveguides is studied analytically and numerically. An algorithm is proposed for calculating the model correlation matrix of the signal at the aperture of a vertical antenna array, taking into account the interference structure of the acoustic field in the sound channel. The antenna gain is analyzed for three spatial processing methods: standard phased array antenna method, optimal linear processing method and optimal quadratic processing method. The results of numerical modeling for the hydrological conditions of the Barents Sea in winter are presented. The main attention is paid to the dependence of the antenna array gain values, “smoothed” on the scale of the interference structure of the acoustic field in the waveguide, on the wind speed and characteristics of the bottom soil. The influence of intermodal correlations on the results of gain modeling for various signal processing methods is analyzed in detail. It is shown that ignoring intermodal correlations in the case of a vertical antenna leads to fundamentally erroneous results with optimal processing methods.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. A. Raevski

Applied Physics Institute, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: bvg@appl.sci-nnov.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod

V. G. Burdukovskaya

Applied Physics Institute, Russian Academy of Sciences

Email: bvg@appl.sci-nnov.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. Кацнельсон Б.Г., Петников В.Г. Акустика мелкого моря. М.: Наука, 1997. 193 с.
  2. Buckingham M.J. Array gain of a broadside vertical line array in shallow water // J. Acoust. Soc. Am. 1979. V. 65. № 1. P. 148–161.
  3. Clay C.S. Comments on “Array gain of a broad side vertical array in shallow water” // J. Acoust. Soc. Am. 1979. V. 66. № 5. P. 1548–1551.
  4. Hamson R.M. The theoretical gain limitations of a passive vertical line array in shallow water // J. Acoust. Soc. Am. 1980. V. 68. № 1. P. 156–164.
  5. Елисеевнин В.А. О работе горизонтальной линейной антенны в мелком море // Акуст. журн. 1983. Т. 29. № 1. С. 44–49.
  6. Елисеевнин В.А. Диаграмма направленности компенсированной излучающей горизонтальной линейной антенны в волноводе // Акуст. журн. 1989. Т. 35. № 3. С. 468–472.
  7. Елисеевнин В.А. Усредненный отклик горизонтальной линейной антенны в мелком море // Акуст. журн. 2004. Т. 50. № 2. С. 193–197.
  8. 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. T. 65. № 5. С. 608–618.
  9. 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. T. 67. № 6. С. 617–625.
  10. Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. Пространственная обработка акустических сигналов в океанических волноводах на фоне шумов ветрового происхождения // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 1. 73–83.
  11. Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. Влияние межмодовых корреляций на эффективность пространственной обработки акустических сигналов в океаническом волноводе со взволнованной поверхностью // Акуст. журн. 2022. T. 68. № 6. С. 625–637.
  12. 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. T. 63. № 5. С. 501–512.
  13. Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. Влияние случайных внутренних волн на характеристики горизонтальной антенны в мелком море // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 5. С. 584–594.
  14. Labutina M.S., Malekhanov A.I. and Smirnov A.V. Estimation of efficiency of vertical antenna arrays in underwater sound channels // Phys. Wave Phenom. 2016. V. 24. № 2. P. 161–167.
  15. Smirnov A.V., Malekhanov A.I. and Labutina M.S. Vertical array gain in a randomly inhomogeneous underwater sound channels: Effect of the array arrangement // POMA. 2021. V. 44.
  16. Горская Н.С., Раевский М.А. О многократном рассеянии низкочастотных акустических волн на поверхностном волнении // Акуст. журн. 1986. Т. 32. № 2. С. 165–171.
  17. Нечаев А.Г. Затухание интерференционной структуры акустического поля в океане со случайными неоднородностями // Акуст. журн. 1987. Т. 33. № 3. С. 535–538.
  18. Давидан И.Н., Лопатухин Л.И., Рожков В.А. Ветровое волнение в Мировом океане. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 256 с.
  19. Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. Многократное рассеяние океанического шума на ветровом волнении в мелком море // Акуст. журн. 2021. T. 67. № 5. С. 514–520.
  20. Kuperman W.A., Ingenito F. Spatial correlation of surface generated noise in a stratified ocean // J. Acoust. Soc. Am. 1980. V. 67. P. 1988–1996.
  21. Монзиго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию / Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1986. 448 с.
  22. Baker C.R. Optimum quadratic detection of a random vector in Gaussian noise // IEEE Trans. Commun. VOL.COM-14. 1966. № 6. P. 802–805.
  23. 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.
  24. Малеханов А.И., Таланов В.И. Об оптимальном приеме сигналов в многомодовых волноводах // Акуст. журн. 1990. Т. 36. № 5. С. 891–897.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences