О решении обратной задачи акустики для определения средней концентрации полезных ископаемых на дне океана 

Егор Михайлович Гвоздков, магистрант, Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского (Россия, г. Нижний Новгород, пр-кт Гагарина, 23), egorgvozdkov@yandex.ru
Ирина Юрьевна Грязнова, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры акустики, Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского (Россия, г. Нижний Новгород, пр-кт Гагарина, 23), gryaznova@rf.unn.ru
Мария Сергеевна Лабутина, начальник учебного отдела, Национальный исследовательский университет«Высшая школа экономики», (Россия, г. Нижний Новгород, ул. Большая Печерская, 25/12), labutya@mail.ru

Актуальность и цели. При нарастающих потребностях промышленностив редких металлах (таких как литий, кобальт и др.) и в условиях истощения их месторождений все большее внимание уделяется возможностям добычи руды со дна океана. Наиболее простым и экологичным способом обнаружения залегающих полезных ископаемых для последующей добычи может служить дистанционное акустическое зондирование дна океана. Примером таких полезных ископаемых являются железомарганцевые конкреции (ЖМК). Проведенные на кафедре акустики Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского исследования показали возможность определения средней концентрации дискретных случайных неоднородностей по изменениям средней интенсивности обратно рассеянного акустического сигнала. Целью настоящей работы является построение модели обратного рассеяния, учитывающей одновременное влияние характеристик подстилающей рассеиватели поверхности и неравномерности распределения неоднородностей по этой поверхности для определения концентрации частиц по данным акустических измерений. Материалы и методы. Физическая модель была рассмотрена в рамках теории однократного рассеяния. Дискретные неоднородности, имитирующие ЖМК, представляли собой жесткие частицы сферической формы. Результаты. Исследовано влияние отражающих свойств донных пород на дистанционную акустическую диагностику расположенных на дне дискретных случайных неоднородностей, построена модель обратного рассеяния, учитывающая одновременное влияние характеристик подстилающей рассеиватели поверхности и неравномерности распределения неоднородностей по этой поверхности. Проведено сравнение с экспериментальными данными, а также рассмотрен случай обратного рассеяния при наличии рассеивателей разных размеров. Выводы. Результаты моделирования показывают, что при малых концентрациях рассеивателей наличие сигнала, отраженного от дна, приводит к относительно большому увеличению интенсивности по сравнению с интенсивностью сигнала, отраженного только от неоднородностей. Сильная корреляция между положениями рассеивателей заметно сказывается на величине средней интенсивности принимаемого поля по сравнению со случаем хаотического расположения неоднородностей. При наличии рассеивателей разных размеров наблюдается значительное уменьшение интерференционного слагаемого средней интенсивности обратного рассеяния.

Ключевые слова

акустическое зондирование, обратное рассеяние, средняя концентрация, акустические волны, дискретные неоднородности, средняя интенсивность

 Скачать статью в формате PDF

Для цитирования:

Гвоздков Е. М., Грязнова И. Ю., Лабутина М. С. О решении обратной задачи акустики для определения средней концентрации полезных ископаемых на дне океана // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2022. № 3. С. 85–94. doi:10.21685/2072-3040-2022