отзыв - Портал электронных ресурсов Южного

Отзыв официального оппонента на диссертацию
Волощенко Александра Петровича
«Исследование коэффициента прохождения сферических звуковых волн из воды в
воздух».
На соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности
01.04.06 – Акустика.
Актуальность темы
Предметом диссертационной работы являются исследования автора механизма
прохождения акустических сигналов через границу вода-воздух. Известно, что в лучевом
приближении коэффициент проникновения акустической энергии через границу сред с
сильно отличающимися плотностями чрезвычайно низок. Однако при определенных
условиях наблюдаются эффекты, которые позволяют утверждать, что этот коэффициент
существенно увеличивается. В фундаментальной монографии академика Л.М. Бреховских
показано, что эти эффекты можно объяснить только с привлечением волновой теории с
учетом боковых и неоднородных волн. Учет этих волн позволяет объяснить природу
увеличения коэффициента проникновения акустической энергии через границу сред при
скользящих углах. Исследования механизма повышенной акустической прозрачности
границы вода-воздух проводятся более полувека, однако до сих пор нет полной ясности в
этом вопросе. Решение данной проблемы могло бы объяснить ряд загадочных природных
явлений и создать более современные методы связи по каналу вода воздух.
Диссертационная работа А.П. Волощенко в настоящее время сохраняет
актуальность, как в теоретическом, так и в прикладном направлении. При этом решаются
следующие основные задачи:
- исследование поля сферических (цилиндрических) волн при прохождении плоской
границы вода - воздух и теоретическая оценка коэффициента прохождения по
давлению;
- разработка алгоритма и программ вычисления коэффициента прохождения
акустической энергии через границу вода – воздух в зависимости от геометрических и
волновых параметров;
- постановка и проведение экспериментальных исследований по прохождению
акустической мощности от точечного излучателя в воде, до приемника в воздухе и
сопоставление результатов эксперимента с теоретическими оценками;
- оценка возможности организации канала связи из под воды в воздух.
Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций.
В первой главе диссертации автором проведен обзор научных работ, по изучению
трансформации акустических полей при переходе через плоскую границу воздух – вода и
наоборот. Теоретическая возможность повышенной прозрачности границы раздела сред,
исследовавшаяся в рассмотренных работах требовала экспериментального подтверждения
и уточнения модели для возможности численного сравнения теоретических и
экспериментальных
результатов. На основе проведенного анализа автором
диссертационной работы сформулированы задачи теоретических и экспериментальных
исследований.
Теоретический анализ прохождения сферических акустических волн через плоскую
границу раздела вода-воздух проведен во второй главе диссертации по методике,
базирующейся на работах академика Л.М. Бреховских и его учеников, учитывающей
кроме однородных плоских волн, неоднородные плоские волны. Основное внимание
автора диссертации уделено разработке модели, позволяющей получить количественные
характеристики прозрачности границы для сравнения с результатами эксперимента.
Автору диссертации на основании волновой теории распространения акустической
энергии через плоскую границу удалось уточнить известные модели и пояснить
физический смысл эффекта повышенной прозрачности границы при расположении
границы в ближней зоне излучателя. На основе разработанной модели получено
выражение для коэффициента прохождения по давлению сферических волн через
границу раздела, позволяющее рассчитать его в зависимости от трех основных
параметров – глубины источника излучения, частоты излучения и положения приемника
в воздушной среде. Полученные во второй главе диссертации теоретические и численные
результаты определили требования к эксперименту, постановка и результаты которого
приведены в третьей главе диссертации.
Экспериментальные исследования коэффициента прохождения сферических волн
через границу раздела водной и воздушной сред проведено в акустическом бассейне, что
накладывает ряд ограничений на его постановку. В этой части диссертационной работы
решены методологические вопросы временного разделения при приеме сигналов от
излучателя и отражений от поверхности воды, дна и стенок бассейна, разработан и собран
измерительный стенд. Проведенные А.П. Волощенко эксперименты
позволили
подтвердить эффекты повышения прозрачности границы воды и воздуха и получить
количественные оценки в зависимости от геометрии эксперимента и частоты излучения.
Проведены оценки точности измерений и показано хорошее совпадение
экспериментальных измерений коэффициента
прозрачности с результатами
теоретического расчета. Отмечено существенное отличие экспериментальных
результатов от известных работ других авторов. Результаты теоретических исследований
и их экспериментальное подтверждение составляют основную и наиболее научно
значимую часть диссертационной работы.
Четвертая глава посвящена описанию возможных подходов для объяснения ряда
акустических явлений, возникающих на море, с использованием результатов
диссертационной работы и возможного их практического применения для передачи
информации из под воды в воздушную среду.
В процессе решения отмеченных задач автором использовались современные
методы анализа и синтеза технологий научных исследований с использованием теории
распространения и рассеяния акустических волн, гидроакустической техники и
оригинальных методик проведения экспериментов.
Все теоретические и методические положения, разработанные в диссертации А.П.
Волощенко, проверены экспериментально на созданных под его руководством и участии
акустических измерительных стендах. Отмечено, что при определенных условиях
акустическая прозрачность границы вода – воздух существенно возрастает, что позволяет
создавать принципиально новые системы связи по акустическому каналу. Получены
формулы для расчета энергетики и пропускной способности таких систем.
На основании изложенного, можно сделать вывод об обоснованности основных
положений диссертации, сделанных выводов и рекомендаций.
Оценка новизны и достоверности.
В качестве новых научных результатов диссертантом вынесены на защиту следующие
положения:
1. Теоретическая модель, в основу которой положены выражения для вычисления
коэффициента прохождения по давлению через границу раздела вода – воздух для
сферических акустических волн, а также – скорости и пути распространения
неоднородных плоских волн от источника до границы раздела, позволившая
провести анализ причин возрастания коэффициента прохождения при
расположении сферического источника на глубинах меньших длины волны и
предложить объяснения сущности изучаемого явления.
2. Физическое обоснование увеличения коэффициента прохождения по давлению
сферических акустических волн через границу раздела вода – воздух при
расположении сферического источника на глубинах меньше длины волны от
поверхности, заключающееся в том, что возрастание прозрачности границы при
приближении к ней источника происходит благодаря улучшению условий
согласования волновых сопротивлений граничащих сред.
3. Результаты экспериментальных исследований зависимости коэффициента
прохождения по давлению акустических волн, излучаемых сферическим
источником через границу вода – воздух от частоты излучаемого сигнала от
пространственного расположения источника и точки наблюдения относительно
границы, от волновых размеров источника.
4. Новые подходы
и принципы передачи информации и связи с помощью
акустических волн между корреспондентами в водной и воздушной среде.
Как следует из перечисленных положений, новизна диссертационной работы
состоит в развитии теории распространения акустических волн вблизи границы водной и
воздушной сред и теоретическом обосновании возможности увеличения прозрачности
границы вода – воздух. При этом одним из важнейших результатов диссертации является
разработанная
и экспериментально проверенная автором формула для расчета
зависимости коэффициента прохождения через границу раздела сред по давлению
сферических волн.
Достоверность научных результатов, положений и выводов обоснована
использованием апробированных научных методов, проведением экспериментальных
измерений по методике, разработанной автором диссертации, а также внедрением
разработанных технологий в интересах ряда организаций.
Личный вклад автора состоит в определении и постановке проблемы исследований,
теоретической разработке и экспериментальной проверке в акустическом бассейне
поведения сферических волн вблизи границы раздела вода – воздух, в оценке
возможности создания новых систем акустической связи широкого спектра применения.
Основные результаты диссертации опубликованы в соавторстве в 19 печатных
работах, в том числе 7 в изданиях, включенных в перечень ВАК, прошли апробацию на
различных конференциях и получили одобрение специалистов. Результаты исследований
использованы в научных исследованиях профильных организаций и внедрены в учебный
процесс подготовки студентов ФГАОУВО «Южный федеральный университет».
Замечания по диссертационной работе.
1. В диссертации имеются редакционные недостатки, нарушающие целостность
работы, так четвертая глава написана как отдельное исследование со своим литературным
обзором акустических явлений, которые можно объяснить с точки зрения результатов,
полученных в диссертации.
2. Неоднородная волна не переносит энергию в направлении распространения. Если
доказать, что это не так, то она может разлагаться на пучок однородных волн с разными
скоростями. В этом случае передача информации происходит с учетом дисперсии
(интерференция) и это в диссертации не учтено.
3.
Эффект повышения коэффициента прозрачности границы вода-воздух получен в
диссертации в отношении энергии, однако для практического использования в системах
передачи информации и связи этого не достаточно, необходимо иметь дополнительные
данные о канале связи такие как многолучевость, дисперсия, полоса пропускания,
которые автором диссертации не рассматривались.
Сведения об официальном оппоненте:
ФИО
Ученая степень
Наименование отрасли науки,
научных специальностей, по
которым защищена диссертация
Полное наименование организации
Должность
Список основных публикаций в
рецензируемых научных изданиях
за последние 5 лет
Каевицер Владилен Иосифович
Доктор технических наук
20 02 10- Военная гидрография и океанография,
военная метеорология, гидрометеорология,
геофизика.
Фрязинский
филиал
Федерального
государственного бюджетного учреждения науки
«Институт радиотехники и электроники им. В.А.
Котельникова» Российской академии наук
Заведующий отделом ФИРЭ им. В.А.Котельникова
РАН
1.
В.И.Каевицер,
В.М.Разманов,
И.В.Смольянинов, А.В. Элбакидзе. «Акустические
исследования морского дна с использованием
сигналов с линейной частотной модуляцией»,
Известия Южного федерального университета.
Технические науки. 2013, №9(146), стр. 81-85,
2
. Каевицер В.И., Крапивин В.Ф., Мкртчян
Ф.А., Климов В.В. Экспертная система для
идентификации загрязнителей водной среды.
Известия Южного федерального университета.
Технические науки. 2013, №9(146), с. 75-81.
3.
Каевицер В.И., Солдатов В.Ю., Крапивин
В.Ф.,
Потапов
И.И.
Экономически
и
функционально эффективная технология синтеза
геоэкологических информационно-моделирующих
систем
(ГИМС-технология).
Экономика
природопользования, 2013, №3, с. 130-147.
4.
V. Savorskiy, A. Zakharov, O. Panova, D.
Ermakov, L. Zakharova, V. Kaevitser, S. Maklakov, S.
Chumachenko. Complex analysis of optic and radar
data observed for forest landscapes. // ESA Living
Planet Symposium . Edinburg, 9-13 September 2013.
Электронный
ресурс:
http://www.livingplanet2013.org/abstracts/848093.htm
5.
Каевицер В.И., Разманов В.М. Дистанционное зондирование морского дна
гидролокационными системами со сложными
сигналами. – УФН. - №2, 2009. – с. 218 – 224.
6.
Каевицер В.И., Малов О.В., Раскатов В.Н.
- Опыт проектирования и изысканий в Арктике. –
Вестник связи. - №10, №11 2009.
7.
Каевицер В.И., Разманов В. М., Элбакидзе
А. В., Смольянинов И. В. – Некоторые результаты
исследования
характеристик
акустических
сигналов низкочастотного ЛЧМ профилографа. Пятая Всероссийская научная конференция
«Экология 2009 – море и человек». – Известия
ЮФУ. –№6, 2009. – с. 115 – 123.