Модельное исследование эффективности использования АР-оценивания угловых спектров для определения области локализации ограниченных источников в малоразмерных объектах

Abstract

Исследованы особенности структуры угловых спектров акустической мощности полей ограниченных источников в малоразмерных объектах, сравнимых с длиной волны. Изучена возможность использования этой информации для определения области локализации источников. Задача решена на основе разработанной процедуры авторегрессионного оценивания угловых спектров мощности. В качестве информативной характеристики использованы данные о взаимной спектральной плотности мощности сигналов, регистрируемых в пространственно разнесенных точках на поверхности объекта. Численный анализ выполнен для модели объекта в виде конечной цилиндрической трубы. Рассмотрены поверхностные и объемные источники, определена структура акустического поля. Исследованы два варианта расположения двухэлементной антенны на трубе и соответствующие схемы перемещения антенны по ее поверхности. Представлены структуры рельефов авторегрессионных оценок угловых спектров мощности источников для разных вариантов их расположения вдоль оси трубы. Показано, что на основе анализа этих структур можно оценить область локализации источников. Определены факторы, влияющие на точность этой процедуры. Исследована возможность оценивания глубины расположения источника и определены наиболее эффективные схемы измерений.

Досліджені особливості структури кутових спектрів акустичної потужності поля обмежених джерел у малорозмірних об'єктах, порівнянних з довжиною хвилі. Вивчено можливість використання цієї інформації для визначення області локалізації джерел. Задачу розв'язано на основі розробленої процедури авторегресійного оцінювання кутових спектрів потужності. За інформативну характеристику правили дані про взаємну спектральну щільність потужності сигналів, які реєструвались у просторово рознесених точках на поверхні об'єкта. Числовий аналіз виконано для моделі об'єкта у вигляді скінченної циліндричної труби. Розглянуто поверхневі й об'ємні джерела, визначено структуру акустичного поля. Досліджено два варіанти розташування двохелементної антени на поверхні труби та відповідні схеми переміщення антени по її поверхні. Представлені структури рельєфів авторегресійних оцінок кутових спектрів потужності джерел для різних варіантів їхнього розташування уздовж осі труби. Показано, що на основі аналізу цих структур можна оцінити область локалізації джерел. Визначено чинники, які впливають на точність цієї процедури. Досліджено можливість оцінювання глибини розташування джерела й визначені найбільш ефективні схеми вимірювань.

The paper deals with studying the structural features of angular power spectra of the acoustic field from the finite sources in small-sized objects comparable with wave length. The possibility of use of this information for determining the localization area of these sources is investigated. The problem is solved on the basis of the developed procedure of autoregressive evaluation of angular power spectra. The data on mutual spectral power density of the signals recorded in spatially distributed points of the object's surface are chosen as the informative parameter. The numerical analysis is preformed for model object in the form of finite cylindrical pipe. The surface and volume sources are considered, the structure of acoustic field is determined. Two variants of location of the two-element antenna are considered along with its displacement across the pipe's surface. The structures of reliefs of autoregressive estimations of angular power spectra of the sources are presented for different variants of their position along the pipe's axis. The possibility of estimation of source localization area on the basis of analysis of these structures is shown. The factors affecting the accuracy of this procedure are determined. The option of assessing the source location depth is studied and the most effective measurement setups are specified.