Akulichev, Victor Anatolievich;Bezotvetnykh, Vladimir Victorovich;Morgunov, Yury Nikolaevich;Polovinka, Yury Alexandrovich;Strobykin, Dmitry Sergeevich
Ocean and Polar Research
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v.31
no.1
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pp.1-9
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2009
When evaluating acoustic methods for measuring physical parameters in the ocean, economical and technical considerations are paramount. As an indirect method of estimating ocean dynamics, acoustic tomography has advantages over more conventional approaches. It allows the reconstruction of temperature and flow fields from the acoustic impulse time-of-flight measured along the rays propagating from the source to the receiver. However, many problems require complicated and expensive systems. To use the acoustic tomography method to best effect, developing hardware systems with sources and receivers mounted permanently on the sea bottom is crucial. Akulichev et al. presented some experimental results from shallow zones of the World Ocean that served as a motive for developing a multifunction system with acoustic hardware and software. Here we present technical features and the sea test results of the system.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.4
no.3
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pp.161-169
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1999
In order to investigate the validity of acoustic tomography for current measurement, an experiment of reciprocal sound transmission was conducted in April, 1997 in the southern water of Koje island. This experiment was attempted as a preliminary field study on coastal ocean acoustic tomography for construction of real-time current observation system. Examining the physical oceanography environments, the current data obtained by travel time difference of reciprocal sound wave was compared with the data of Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). The result shows the correlation coefficient of 0.943, very good relation between the two data, and therefore the ocean acoustic tomography could be a useful method for current measurement in the coastal area.
In ocean acoustic tomography (OAT), the pulse compression techniques using M-sequences are employed in the many studies for investigating the ocean structures. M-sequences can provide the good time and Doppler resolution in the process of demodulation using matched-filter. The signal-to-noise (SNR) performance at the output of receiver may be improved by manipulating received signal, i. e. coherently averaging. The processing time can be significantly reduced by using fast hadarmard transform (FHT) or fast Fourier transform (FFT). In this paper, we estimate the multipath arrival structures and delay times using the East Korean Sea experiment data and explore the compensation method for the detrimental effects on performance due to sampling rate error. We also analyze the characteristics of the ocean acoustic channels through scattering function, delay power profile, and time dispersions.
This paper presents a revised beamforming inversion method for ocean acoustic tomography. In the proposed inversion method, the relation between group velocity and phase velocity that are the characteristics of the waveguide is used for the inversion of perturbed sound speed profile. The group velocity and phase velocity can be expressed as a function of the travel time and arrival angle of the received signals that are analyzed by the beamforming signal processing. This paper illustrates the simulated results of inversion for the fluctuated sound speed profile of the East Korea Sea and we found the applicability of revised beamforming inversion method to range independent ocean.
Akulichev, Victor A.;Bezotvetnykh, Vladimir V.;Burenin, Alexander V.;Voytenko, Evgeny A.;Kamenev, Sergey I.;Morgunov, Yury N.;Polovinka, Yury A.;Strobykin, Dmitry S.
Ocean Science Journal
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v.41
no.2
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pp.105-111
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2006
In this paper, the lines of investigation on a problem of the development of remote acoustic sensing methods in oceanology are formulated. This paper summarizes the results of investigations into the possibilities for monitoring temperature and flow fields in shallow seas. In the discussed experiments, the instrumentation being constituents of the complex for long-duration remote monitoring of marine medium climatic variability and that of the acoustic tomography of shallow sea dynamic processes is used. The acoustic instruments were located on the POI FEB RAS acousto-hydrophysical polygon (Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences) near the Gamov Peninsula. Acoustic receiving and transmitting systems operating with multiplex phase-manipulated signals (of M-codes) at frequency range 250-2500 Hz form the basis for this complex.
Numerical experiments of OAT (Ocean Acoustic Tomography) are carried out in the East Sea of Korea where the canonical ocean has been perturbed by a mesoscale warm eddy and a thermal front. In order to estimate the horizontal and vertical structure of water temperature of the perturbed ocean, the experimental area is divided into 16 cells with 8 pairs of sources and receivers for a horizontal slice and the water column is divided into 8 layers for a vertical slice. The inversely estimated temperature field by using SVD (Singular Value Decomposition) method reveals the eddy and frontal structure clearly. The rms errors of the two horizontal slices are less than $0.4^{\circ}C$ and $1.7^{\circ}C$ at 400 m and 200 m depths, respectively, while the error in the vertical slice is less than $1.0^{\circ}C.$ For better estimation of temperature by OAT method, particularly for the East Sea, a range-dependent ray model should be used to solve the forward problem. At the same time, improvement in computing the refracted ray path between vertical layers is required to obtain more accurate travel time information. The results of the present experiment give rise to a possibility of application of OAT in remote sensing of the ocean thermal structure.
In this paper, we propose a wavelet-based detection method to identify efficiently the time-delay or multipath channel of ocean acoustic signals due to complex ocean medium and boundary layers. Our proposed method employs wavelet packet transform to analyze the received broadband acoustic signals and applies the matched filter to determine the time region of interest. Also, we present numerical testing that results on both the simulated and real data revealed the efficiency of this method in time-delay estimation and moreover its capability in estimating the time-delay of individual path in multipath channel, in which the arrival patterns are too close to be separated by the matched filter method.
To measure temporal variability of long- range transmission in northern part of the East Sea of Korea, low frequency acoustic sources were deployed on the continental shelf 0.4km south of Cape Shultz near the port of Vladivostok during October 1999. The transmissions of the phase modulated signals were recorded by VLA moored on the northern slope of Ulleung-do. The measured signals were processed for the acoustic arrivals and their variability in time. The temporal signal processing involves pulse compression of the phase-encoded signal, time spread and temporal coherence processing. Variability of the ocean sound speed field in time scales of short period seems to be dominated by random fluctuations caused by sound speed perturbation due to the vertical displacements associated with internal waves.
Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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1998.06c
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pp.491-494
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1998
해양음향 토모그래피는 해수중을 전파하는 음파의 전파시간을 측정하여 이것으로부터 수온 및 유속의 분포를 구하는 새로운 관측기법이다. 해양음향 토모그래피에 의한 실시간 유속측정 시스템을 구축하기 위한 기초실험으로서 해양음향 토모그래피의 유속측정 유효성을 검증하기 위하여 쌍방향 음파전파의 해양음향 토모그래피 실험을 1997년 4월중에 거제도 남쪽해역에서 실시하였다. 실험시의 해양물리 환경을 고찰하고 토모그래피에 의한 유속측정 결과를 초음파 유속계(ADCP)에 의한 유속측정 결과와 비교 분석하였다. 그 결과 토모그래피에 의한 유속측정은 매우 양호하게 나타나, 향후 유속측정법으로 활용성이 크리라 기대되었다.
Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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1996.06a
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pp.41-43
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1996
동해의 경우 강한 극전선이 존재하여 복부해역과 남부해역의 음속구조는 커다란 차이를 보이고 있다. 이러한 해역에서 평균음속구조를 구하여 표준해양을 설정할 경우 음파 전파경로의 차이가 커지게 된다. 따라서 이러나 해역에서 해양음향 토모그래피를 이용한 해양탐사를 수행하기 위해서는 해역별로 다른 음속구조를 가지는 표준해양의 설정이 필요하며 이를 근거로 음파의 전파경로 및 음속구조를 표준해양으로 설정하여 수온 및 수중음속의 변동량을 역추정하는 방법을 이용하고 있다. 본 연구에서는 인위적인 극전선을 설정하고 해역별 특징을 갖는 표준해양을 설정하여 음파 도달시간의 기준을 설정하고 음속구조의 역추정을 수행하여 기존의 해양음향 토모그래피에 의한 해양탐사 방법과 비교하였다. 그 결과 기존의 해양음향 토모그래피를 이용한 역추정에서는 전선의 형태를 재현하기 위해서 여러 개의 음원과 수신기가 필요하였으나 거리종속 표준해양을 이용할 경우 그 수가 줄어도 가능하고 평균오차고 작아지는 결과를 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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