Синхронное измерение поверхностных волн подводным акустическим волнографом и струнным волнографом в натурном эксперименте

22 августа 2019 года на океанографической платформе вблизи поселка Кацивели на Черном море был установлен подводный акустический волнограф. Волнограф был установлен на глубине 26 м на расстоянии около 600 метров от берега. Волнограф оснащен импульсным и доплеровским гидролокаторами. Приемо-передающая антенна импульсного гидролокатора ориентирована вертикально вверх, на морскую поверхность, антенна допплеровского гидролокатора отклонена на 5 градусов от направления в зенит. Угол наклона прибора в двух плоскостях измеряет встроенный инклинометр. В непрерывном режиме волнограф излучает гармонический сигнал с частотой 200 кГц (длина волны 7.5 мм) и измеряет доплеровский спектр (ДС) сигнала, отраженного водной поверхностью. Небольшой наклон от надира позволяет обеспечить ненулевое смещение допплеровского спектра, оставаясь в рамках действия приближения Кирхгофа, что позволяет увеличить число восстанавливаемых параметров поверхности. Раскрыв диаграммы направленности приемо-передающей антенны составляет 15х15 градусов. Импульсный гидролокатор излучает импульсы длиной от 5 до 40 мкс с частотой повторений от 15 до 100 Гц. По форме отраженного от водной поверхности импульса можно оценить уровень воды и высоту значительного волнения [1]. Также прибор оснащен датчиком давления, который позволяет оценить изменение уровня воды и высоту значительного волнения. Для проверки работоспособности алгоритмов восстановления использовался однострунный волнограф, постоянно установленный на океанографической платформе, измеряющий ненаправленный спектр волнения (частоты до 0.5 Гц). Импульсный гидролокатор позволяет прописать зависимость высоты волнения от времени, по времени задержки импульса до максимального отражения. Преобразовав эту запись, также можно получить спектр волнения. Измерение давления также позволяет восстановить зависимость высоты волнения от времени, соответственно, спектр волнения. Приборы работали совместно более месяца. Спектр волнения, измеренный струнным волнографом, отличается от спектра волнения, измеренного импульсным гидролокатором акустического волнографа, поскольку струнный волнограф осуществляет измерение волнения в точке, в то время как на измерения акустического волнографа влияет волнение, занимающее определенную площадку. Однако высота значительного волнения, положение пика спектра совпадает для обоих спектров. Акустический волнограф можно использовать для измерения спектра волнения, для валидации спутниковых измерений (например, измерений крупномасштабного волнения спутником SWIM совместной французско-китайской миссии CFOSat).
Исследование выполнено за счет грантов Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 18-35-20057 мол_а_вед, проекты 17-05-00939 А, 19-05-00547).