МЕТОД ВАЛІДАЦІЇ ЧИСЕЛЬНИХ МОДЕЛЕЙ ПОШИРЕННЯ ГІДРОАКУСТИЧНИХ ХВИЛЬ З УЗГОДЖЕННЯМ ЧАСТОТ ДИСКРЕТИЗАЦІЇ ТА СПЕКТРАЛЬНОЇ ОЦІНКИ

О. О  Гейко; І. А. Варава; Г. С.  Пуха; В. В. Дембіцький; А. В. Вдовина

doi:10.34185/1562-9945-2-163-2026-03

Автор(и)

О. О Гейко https://orcid.org/0009-0006-3279-8274
І. А. Варава https://orcid.org/0000-0001-9874-016X
Г. С. Пуха https://orcid.org/0000-0001-5728-1577
В. В. Дембіцький https://orcid.org/0009-0004-4119-4742
А. В. Вдовина https://orcid.org/0009-0001-1116-708X

DOI:

https://doi.org/10.34185/1562-9945-2-163-2026-03

Ключові слова:

гідроакустика, валідація моделей, ресемплінг, FIR‑фільтрація, FFT, FDTD, MSE, обробка сигналів

Анотація

У роботі запропоновано метод валідації гідроакустичних чисельних моделей за даними натурних вимірювань, орієнтований на автоматизоване порівняння сигналів з різними частотами дискретизації. Метод включає вибір цільової частоти з кратністю до степеня двійки для коректного застосування FFT, ціло- та дробовий ресемплінг з антиаліасинговою FIR фільтрацією, спектральне перетворення із вікном Блекмана та виділення амплітуди на частоті випромінювача. Перед оцінюванням виконуються перевірки коректності налаштувань FDTD (просторова роздільна здатність, умова CFL, наявність вираженого піку та фазова узгодженість). Якість моделі оцінюється за абсолютним відхиленням, відносним коефіцієнтом та метрикою MSE на нормованих рядах амплітуд. Серія експериментів показала, що виділення цільової частоти зменшує вплив широкосмугового шуму і забезпечує стійкішу та інформатив-нішу оцінку узгодженості моделі з натурними даними.

Посилання

"1. Oppenheim, A. V., Schafer, R. W., & Buck, J. R. (1999). Discrete-Time Signal Processing (2nd ed.). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.

Antoniou, A. (2006). Digital Signal Processing. McGraw-Hill.

Cetin, A. E., Gerek, O. N., & Yardimci, Y. (1997, March). Equiripple FIR filter design by the FFT algorithm. IEEE Signal Processing Magazine, 60–64.

Vargas-Rubio, J. G., & Santhanam, B. (2005). On the multiangle centered discrete frac-tional Fourier transform. IEEE Signal Processing Letters, 12(4), 273–276. https://doi.org/10.1109/LSP.2005.843762

Joseph, R. M., & Taflove, A. (1994). Spatial soliton deflection mechanism indicated by FDTD Maxwell's equations modeling. IEEE Photonics Technology Letters, 6(10), 1251–1254. https://doi.org/10.1109/68.329654

Courant, R., Friedrichs, K., & Lewy, H. (1967). On the partial difference equations of mathematical physics. IBM Journal of Research and Development, 11(2), 215–234. https://doi.org/10.1147/rd.112.0215

Mean Squared Error (MSE). (n.d.). In Probability Course. Retrieved September 12, 2020, from https://www.probabilitycourse.com

Colosi, J. A., Baggeroer, A. B., Cornuelle, B. D., Dzieciuch, M. A., Munk, W. H., Worces-ter, P. F., Dushaw, B. D., Howe, B. M., Mercer, J. A., Spindel, R. C., Birdsall, T. G., Metzger, K., & Forbes, A. M. G. (2005). Analysis of multipath acoustic field variability and coherence in the finale of broadband basin-scale transmissions in the North Pacific Ocean. The Journal of the Acoustical Society of America, 117(3), 1538–1564. https://doi.org/10.1121/1.1854611

Roux, P., Sabra, K. G., Kuperman, W. A., & Roux, A. (2005). Ambient noise cross corre-lation in free space: Theoretical approach. The Journal of the Acoustical Society of America, 117(1), 79–84. https://doi.org/10.1121/1.1830673

Sabra, K. G., Roux, P., & Kuperman, W. A. (2005). Emergence of the Green's function from the cross-correlation of ambient noise in an oceanic waveguide. The Journal of the Acoustical Society of America, 118(6), 3524–3531. https://doi.org/10.1121/1.2109059

McDonald, M. A., Hildebrand, J. A., & Wiggins, S. W. (2006). Increases in deep ocean ambient noise in the Northeast Pacific west of San Nicolas Island, California. The Journal of the Acoustical Society of America, 120(2), 711–718. https://doi.org/10.1121/1.2216565

Siderius, M., Harrison, C. H., & Porter, M. B. (2006). A passive fathometer for determin-ing bottom depth and imaging seabed layering using ambient noise. The Journal of the Acous-tical Society of America, 120(3), 1315–1323. https://doi.org/10.1121/1.2227371"