Das Problem der akustischen Untersuchung von Unterwassersedimenten besteht darin, dass die Sedimente eine Dämpfung aufweisen, die mit steigender Frequenz stark zunimmt. Deshalb arbeiten Sedimentecholote im NF (Nieder-Frequenten) Bereich von 2 bis 30 kHz. Der Hydroakustikkanal zeigt bei genügend starker Anregung nichtlineare Effekte. Die Idee besteht nun darin, die durch Nichtlinearitäten aus einem HF (Hoch-Frequenten) Signalgemisch entstehenden niederfrequenten Mischprodukten auszunutzen. Damit ergeben sich folgende Vorteile: (1) die Abmessung des Schallwandlers kann wesentlich kleiner als für NF-Schallwandler mit vergleichbarem Öffnungswinkel gehalten werden, (2) die Frequenzabhängigkeit des Öffnungswinkels für das entstehende NF-Signal ist bei gleicher Signalbandbreite wesentlich geringer, da die relative Bandbreite beim HF-Wandler wesentlich kleiner als beim NF-Wandler ist. Der Nachteil besteht jedoch im geringeren Wirkungsgrad, da nur ein Teil der Sendeleistung durch die Nichtlinearität in den NF-Bereich transformiert wird. Ein weiteres Problem besteht in der Bestimmung des entstehenden NF-Sendesignalspektrums und der Quellsignatur, die für die Feinanalyse der Echogramme und Auslegung der Empfängerstrukturen notwendig sind. Nichtlineare Verzerrungen der abgestrahlten hydroakustischen Wellen sind die Folge hoher Schallintensitäten im Nahfeld des Sendewandlers. Neben der Kavitation, welche die obere Grenze für den Schalldruck bestimmt, besteht ein weiterer nichtlinearer Effekt in der Abhängigkeit der Schallschnelle vom Schalldruck. Nichtlineare Kanalmodelle wurden mit vereinfachten Modellen, z.B. mit dem verallgemeinerten Hammerstein-Modell geschätzt. Die Parameterschätzung erfolgte mit Werkzeugen der MATLAB-System Identification Toolbox. Die besten Ergebnisse lieferte die Fehlervorhersage-Methode. Die Messdaten gestatteten die Identifikation des nichtlinearen Kanalmodells 6. Grades (bis zur dritten NF-Harmonischen) mit Filtern 5.Ordnung. Die Verifikation erfolgte mit Datensäatzen anderer Frequenzen und Aussteuerungen. Bei großen Sendeamplituden haben die zweite und dritte NF-Harmonische noch einen signifikanten Einfluss. Bei geringeren Sendeamplituden stellt das physikalische Modell mit der zweiten Ableitung der quadrierten HF-Einhüllenden einen guten Kompromiss dar. Das identifizierte Modell ist für den verwendeten Abstand von Sendewandler und Hydrophon für den Flachwassereinsatz gültig. In weiteren Untersuchungen ist die Abhängigkeit des Modells von der Sender-Empfänger-Entfernung zu bestimmen.


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    Titel :

    Modellierung des nichtlinearen Unterwasserkanals


    Beteiligte:
    Buch, Thomas (Autor:in) / Wendt, Gert (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2004


    Format / Umfang :

    4 Seiten, 2 Bilder, 2 Quellen


    Medientyp :

    Aufsatz (Konferenz)


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch