Sonar s bočným skenovaním

Sonar s bočným skenovaním

GEOLÓGIA A NÁMORNÁ BIOLÓGIA

Sonar s bočným skenovaním

Chcel som hovoriť ďalej nástroj, ktorý sa v súčasnosti široko používa v morskej geológii, Hovorím o bočný skenovací sonar.

Prvýkrát sa s ním experimentovalo v rokoch 1950 až 1960 Profesor Harold Edgerton v Hudsonových oceánografických laboratóriách. Tento prístroj najskôr použilo americké námorníctvo, potom sa z neho stal vynikajúci spojenec na identifikáciu vrakov, až po niekoľkých rokoch sa použil na štúdium morského dna.

Je to v skutočnosti sonar, ale na rozdiel od tohto, vracia trojrozmerný obraz morského dna, ktorý má schopnosť vysielať bočné impulzy. Zvukové impulzy, ktoré vydáva, sa pohybujú medzi 100 a 500 KHz, ale čím vyššia je použitá frekvencia, tým je aj rozlíšenie obrazu, tým nižší je pozorovací uhol. Bude preto na technike, ako bude v priebehu analýzy pozadia rozhodovať, či uprednostňuje širší pohľad alebo definovanejší obraz.

Vytvorí sa sonar bočného snímania nástrojom podobným malému torpédu, ktoré postupuje vo vode, nazvanému „ryby", z a kábel ktorý nesie údaje zhromaždené na lodi a od jednotka na kontrolu a záznam údajov, zvyčajne notebook.

Podvodná jednotka je ťahaná člnom pozdĺž predtým stanovených trás sa automaticky opravia všetky anomálie spôsobené rýchlosťou vozidla. Prístroj nepoužíva odraz akustických vĺn, ale ich difrakciu, zvukový impulz vysielajú dva meniče prítomné na „rybe“: ak vlna dopadá na povrch, ktorý má uhol otočený k samotnej vlne, ako je napríklad odpojený povrch, predok vlny sa ohýba okolo odpojení, čo vedie k vzniku difrakčnej vlny. Každý bod pozadia dosiahnutý akustickou vlnou, ak má vhodné vlastnosti, sa stáva zdrojom difrakčných vĺn.

Frekvencia a dĺžka vlny závisia od charakteristík dna. Návrat akustickej vlny preto je zaznamenávaný prevodníkmi a signál je prepínaný do obrazu pozostávajúceho zo série riadkov vytvorených z jednotlivých bodov (pixelov), pričom každý riadok je predstavou ozvien produkovaných jediným impulzom. Na základe amplitúdy spätného signálu (teda morfológie pozadia) prístroj vytvára obraz v odtieňoch šedej, podobne ako letecký snímok v čiernej a bielej farbe.

Po zaznamenaní údajov budeme mať na morskom dne „pruhy“, ktoré sa za účelom vrátenia používateľovi ako konečná mapa spracúvajú špecifickým softvérom.

Sonar s bočným skenovaním sa používa na rôzne účely: identifikácia vrakov, identifikácia akýchkoľvek nebezpečenstiev pre plavbu, štúdium batymetrie pre umiestnenie káblov alebo ropovodných / plynových potrubí a pre zostavenie podrobných máp.

Existujú dva typy nástrojov: jeden pre prieskum pobrežia do 400 metrov a druhý pre hlboké vody nad 1000 m.

V prípade vyšetrovania na tvrdom podklade, teda na skale, sa použitie sonaru bočného snímania neodporúča z dôvodu nečitateľnosti získaných údajov.

Rossella Stocco


Sonar s bočným skenovaním


Sonar s bočným skenovaním vytvára obraz dna pomocou zvukových vĺn. Aj keď to môže vyzerať ako obraz, obraz závisí od interakcie zvukových vĺn s dnom. Systém použije čas návratu na výpočet vzdialenosti a potom zobrazí intenzitu návratu v odtieni šedej. Intenzita návratnosti závisí od:

  • Tvrdosť dna. Tvrdé, kamenné dno odráža väčšinu zvuku, zatiaľ čo mäkké, bahnité dno absorbuje väčšinu energie. Funkcie vyrobené človekom sú všeobecne tvrdé a veci ako krabie hrnce majú množstvo šikmých povrchov, ktoré pôsobia rovnako ako radarové reflektory na stožiaroch plachetnice, aby odrážali veľa energie a môžu sa javiť väčšie ako v skutočnosti.
  • Hladkosť dna. Hladké dno funguje ako zrkadlo a odráža zvuk iba v jednom smere - takže pokiaľ lúč nenarazí na dno v uhle 90 °, odraz sa na remorkéra nevráti. Drsný povrch rozptýli zvuk a niektoré sa vrátia. To, čo je hladké, závisí od vlnovej dĺžky energie - pre svetlo musí byť zrkadlo neuveriteľne hladké (asi 500 nanometrov), ale pre sonary je hladké alebo drsné na škále niekoľkých centimetrov, čo je rovnaká veľkosť ako pre sonary. energia radaru použitá na niektoré mapovacie aplikácie na súši.
  • Sklon dna. Lepšie výnosy dosiahnete, keď zvuk zasiahne dno stúpajúce a odďaľujúce sa od rýb, a málo návratov, keď sa dno skloni.

  • Šírka riadku: vzdialenosť ubehnutá na obidvoch stranách tiahla. Spravidla sa to riadi pevným uhlom depresie pre emitované zvukové lúče a skutočná šírka závisí od výšky ryby nad dnom, ktorú je možné ovládať.
  • TWTT (obojsmerný cestovný čas): čas potrebný na prechod zvuku z Towfish k cieľu a návrat. Z TWTT a rýchlosti zvuku je možné vypočítať šikmý rozsah do cieľa.
  • Šikmý rozsah: vzdialenosť k cieľu prejdenému zvukom. Je to prepona trojuholníka s výškou ryby a skutočnou vodorovnou zemnou vzdialenosťou ako od ostatných nôh.
  • Layback.
  • Križovatka a po trati: každý príkaz ping bočného skenovania zhromažďuje údaje v priečnom smere, kolmo na cestu lode a vlečného člna. Keď sa vlečný rybár pohybuje v smere pozdĺž trate, bude nasledujúci ping presunutý a zobrazí ďalšiu líniu v smere pozdĺž trate. Časť obrázka ukazujúca vodný stĺpec bude označovať pozdĺž trasy, ak bol obraz geometricky korigovaný tak, aby sa odstránil vodný stĺpec, skreslené pixely odhalia pozdĺž dráhy.
Silné návratnosti sú teraz všeobecne zobrazené bielou farbou a žiadne návraty čiernou farbou, čo naznačuje zvukový tieň. To nebolo vždy prípad prvých systémov, ktoré používali iba papierový zapisovač a na ciele nanášali iba čierny atrament. Vždy by ste si mali overiť farebnú konvenciu použitú v snímkach, na ktoré sa pozeráte. Niekedy sa tiež používajú farby na zvýraznenie veľmi silných výnosov a na udržanie pohotovosti hodiniek, keď prichádzajú. Zlatá farebná schéma je dnes najbežnejšia.
Odtiene sivejVlastná zlatá farebná škála

Nižšie frekvencie tlmia menej a veľryby cestujúce ďalej používajú nízke frekvencie na zväčšenie rozsahu svojej komunikácie.

Obrázok 1 nižšie zobrazuje dva pohľady na Ponorku S5. Obrázok vľavo je menší, čo naznačuje, že sonar pracoval s dlhším dosahom. Poskytuje menej podrobností, ale pokrýva veľkú oblasť a je to všeobecne spôsob, akým sa sonary používajú pri vyhľadávaní. Bočné skenovacie sonary sú určené na pozorovanie morského dna zboku a poskytujú veľmi zlú geometriu priamo pod vlekom (obrázok 2). Na obrázkoch 1 a 2 je stopa Towfish videná veľkými pixelmi. Pokiaľ ide o obraz modelu S5, hneď ako prieskumná loď NOAA lokalizovala vrak, prešli na krátky dosah na bočnom snímaní, aby zhromaždili lepší obraz, a vrátili sa na druhý priechod so stopou lode orientovanou rovnakým smerom ako vrak. . Okrem toho poistili, že vrak bol uprostred jedného kanála, a nie pod rybou. Ak by sa prieskum, ktorý získal obrázok 12, zaujímal o podrobnosti vraku, urobili by druhý priechod a poistili by sa, že prešli na bok vraku. Okrem toho, že nechcú prechádzať cez vrak, je potrebné, aby boli vliečiky blízko dna, aby zvýraznili tiene. Všimnite si, že na obrázku 11 tiene poskytujú viac informácií ako skutočná zobrazená časť vraku.

Osvetlená oblasť je odraz a tmavá je tieň.

Prieskumné plavidlá môžu súčasne získať multibeamovú batymetriu a sonarové snímky z bočného skenovania (obrázok 7). Kombinácia týchto výsledkov výrazne zvyšuje to, čo analytik môže vidieť v dátach (obrázok 13).

Obrázok 13. Porovnanie starších bočných skenovacích a viac lúčových systémov na vraku lode. Novšie systémy s vyšším rozlíšením sú napravo od obrazu.

Prieskum SideScan má šírku riadku, čo je pokrytá plocha. Je to o niečo menej ako dvojnásobok rozsahu, pretože uvedený rozsah je šikmým rozsahom pre každý kanál. Ak je ryba v preferovanej výške (15% šírky riadku), vodorovná vzdialenosť na dne je asi 99% rozsahu. Keby boli stopy lodí presne na dvojnásobku rozsahu, dostali by ste takmer stopercentné pokrytie, ale oblasť priamo pod vlekom by mala hrozné pokrytie. Keby boli stopy lode v polovičnej vzdialenosti, dvakrát by ste zakryli každý bod na dne a oblasť priamo pod rybou v jednom priechode by bola na okraji ďalšieho priechodu. V obidvoch prípadoch by ste chceli, aby boli medzery o niečo bližšie, aby ste predišli medzerám. To, aký odstup si vyberiete, závisí od času a dostupných peňazí a od potenciálnych nákladov, že vám chýba to, čo hľadáte.

Sonar s bočným skenovaním zhromažďuje snímky. Súvisiaci systém, multibeam alebo riadková batymetria, zbiera hĺbkové informácie.


Sonar s bočným skenovaním

Najvýznamnejší softvér na mapovanie morského dna v priemysle umožňuje geodetom:

  • Detekujte malé ciele vylepšením rozlíšenia celej stopy.
  • Identifikujte rozdiely medzi starými a novými prieskumami pomocou nástrojov SonarWiz na priehľadnosť, prejdenie prstom alebo posun čiary.
  • Zachovajte úplnú vernosť údajov sonaru vo viacerých formátoch. Napríklad SonarWiz umožňuje nahrávanie v štandardných priemyselných formátoch XTF alebo v predajných formátoch, ako sú Edgetech JSF alebo Kongsberg-GeoAcoustics GCF.
  • Zjednodušte vykonávanie misií pomocou jediného mapovacieho riešenia, ktoré sa ľahko naučíte.
  • Vďaka vylepšeným funkciám úprav môžete vytvárať vynikajúce správy o kontaktoch. Ľahko exportujte údaje do rôznych formátov vrátane PDF, OpenOffice, Microsoft Word a HTML.
  • Optimalizujte čas na vode pomocou sofistikovaných plánovacích nástrojov.
  • Znížte náklady využitím zberu dát v reálnom čase na potvrdenie kvality a pokrytia pred opustením oblasti pokrytia.
  • Generujte najmodernejšie mozaiky, kontakty a snímky vodopádov na 64-bitových displejoch s vysokým rozlíšením.

Podrobnosti o funkcii SonarWiz

Plánovanie prieskumov
  • Načítajte podkladové mapy a grafy z rôznych formátov vrátane DNC, RNC, S57 a GeoTIFF.
  • Automaticky plánujte čiary prieskumu rovnobežne s referenčnou čiarou v rámci mnohouholníka na základe efektívnosti alebo konvenčných vzorov.
  • Generujte plánované mapy prieskumu ako GeoPDF, GeoTIFF, ECW, JPEG alebo Google Earth.
  • Odhadnite načasovanie prieskumu.
Následné spracovanie
  • Náhľad súborov pomocou funkcie SNIFF.
  • Pridajte a opravte navigačné údaje pomocou NavInjectorPro.
  • Využite pokročilé spracovanie signálu a riadenie zosilnenia využívajte výhody funkcií, ako je korekcia uhla lúča, odstraňovanie stripov, nelineárne na každý kanál TVG, AGC, filtrovanie a stohovanie pásma, snímanie kontaktov (cieľov), anotácie a súhrnné správy prostredníctvom 3D Viewer .
  • Využívajte flexibilné konfigurácie bezšvového režimu.
  • Ľahko tlačiteľný výstup.
  • Mriežka / obrysový tvarový súbor izopachového typu / mriežka z vybraných premenných (napr. Nadmorská výška + hĺbka).
Kompatibilita hardvéru

SonarWiz je kompatibilný s týmto hardvérom Sonar:

  • Atlas NA, C-MAX, EdgeTech, Falmouth Scientific, GeoAcoustics, Imagenex, Innomar, Jetasonic, Klein Marine Systems, Knudsen, Kongsberg Hugin AUV, Kongsberg Mesotech, Marine Sonic, PingDSP, R2Sonic, SyQwest, Teledyne Benthos, Teledyne Gavia, Teledyne Odom a Tritech.
  • Zoznam podporovaných formátov nájdete v našich podporovaných rozhraniach a formátoch súborov. Ak žiadny nevidíte, stačí sa opýtať!


Čo je potrebné zvážiť pri nákupe hĺbkomeru s bočným zobrazením

Pri investovaní do bočných pohľadov na hĺbkové hľadače je potrebné vziať do úvahy niekoľko dôležitých vecí.

Ďalej sú uvedené tieto:

Moc

Vysoký výkon je vždy dobrý. To je dôvod, prečo je výber zdroja s vyšším wattom dobrý na získanie silnejšieho výkonu.

Frekvencie

Musíte sa ubezpečiť, aké rozlíšenia presne potrebujete. Stačí si len určiť, či potrebujete jednu, dve alebo viac frekvencií. Frekvencie zohrávajú dôležitú úlohu v tom, ako efektívne fungujú sonarové skenery.

Pravidlom je zvoliť vyššiu frekvenciu, aby ste získali viac podrobností na obrazovke. Mnoho skúsených odborníkov sa však domnieva, že nižšie frekvencie sú ideálne pre hlbšie vody a vyššie frekvencie sú vhodné pre plytkú vodu.

Rozlíšenie obrazovky

Vyššie rozlíšenie obrazovky je vždy dobré. Pomáha vám získať viac podrobností a určiť cieľ.

Prevodníky

Prevodníky sa používajú na vyžarovanie sonarových vĺn cez vodu, aby sa dostali do digitálnych zobrazení neživých predmetov, štruktúr a živých vecí, ako sú napríklad mäso. Prevodníky sú nevyhnutné na výrobu akýchkoľvek nástrojov na hľadanie rýb.

Farba obrazovky

Výber obrazoviek s vysokým rozlíšením je vhodný na získanie širokej škály farieb, ktoré vám pomôžu ľahko rozlíšiť rôzne objekty. Preto je tu dôležitý správny výber obrazovky.

Čo je vyhľadávač rýb na bočné zobrazovanie?

Ako už názov napovedá, vyhľadávač rýb na bočné zobrazovanie je v zásade sonarové zariadenie používané na hľadanie rýb pod vodou. Svoj čas môžete najlepšie využiť na vode. Používa technológiu sonaru dodávanú s konkrétnym prevodníkom. Musíte ho len umiestniť na vonkajšiu stranu lodných priečok, aby ste mali výhľad na húf rýb.

Užitočný aspekt vyhľadávača rýb s bočným skenovaním

Pomocou bočného vyhľadávača rýb budete môcť rozhodnúť o bohatých rybárskych lokalitách a existencii húfu rýb. V dôsledku toho môžete podniknúť potrebné kroky na ľahké chytenie rýb. Môžete si tak zjednodušiť svoje rybárske skúsenosti.

Na základe najlepších recenzií vyhľadávača rýb sme zaradili do najlepších vyhľadávačov rýb s bočným skenovaním skenovania (z roku 2021) využívajúcich najlepšie technológie na zabezpečenie plynulého zážitku.


Sonar s bočným skenovaním sa môže použiť na vykonávanie prieskumov morskej archeológie v spojení so vzorkami morského dna, čím dokáže porozumieť rozdielom v materiáli a type textúry morského dna. Snímky sonaru bočného skenovania sú tiež bežne používaným nástrojom na detekciu zvyškov odpadu a iných prekážok na morskom dne, ktoré môžu byť nebezpečné pre prepravu alebo pre inštalácie na morskom dne v ropnom a plynárenskom priemysle. Stav potrubí a káblov na morskom dne je možné navyše zistiť pomocou sonaru s bočným skenovaním. Dáta bočného skenovania sa často získavajú spolu s batymetrickými sondážami a údajmi profilovača spodného dna, čo umožňuje nahliadnuť do plytkej štruktúry morského dna. Sonar s bočným skenovaním sa používa aj na výskum rybného hospodárstva, bagrovacie práce a environmentálne štúdie. Má tiež vojenské aplikácie vrátane detekcie mín.

Pri bočnom snímaní sa používa sonarové zariadenie, ktoré vysiela kónické alebo vejárovité impulzy smerom dole k morskému dnu v širokom uhle kolmom na dráhu snímača cez vodu, ktorý môže byť ťahaný z povrchovej lode alebo ponorky alebo pripevnený na loď trup. Intenzita akustických odrazov od morského dna tohto lúča v tvare vejára je zaznamenaná v sérii krížových rezov. Ak sú tieto plátky spojené dohromady v smere pohybu, vytvárajú obraz morského dna v rámci riadku (šírka pokrytia) lúča. Zvukové frekvencie používané v sonaroch s bočným skenovaním sa zvyčajne pohybujú od 100 do 500 kHz. Vyššie frekvencie poskytujú lepšie rozlíšenie, ale menší rozsah.

Úpravy technológie

Najstaršie sonary s bočným skenovaním používali jediný snímač s kužeľovitým lúčom. Ďalej boli vyrobené jednotky s dvoma meničmi na zakrytie oboch strán. Prevodníky boli buď obsiahnuté v jednom balení namontovanom na trupe, alebo s dvoma baleniami na oboch stranách nádoby. Ďalej sa meniče vyvinuli do vejárovitých lúčov, aby vytvorili lepší „sonogram“ alebo sonarový obraz. Aby sa dostali bližšie k dnu v hlbokej vode, boli snímače bočného snímania umiestnené do „vlečnej ryby“ a ťahané za vlečný kábel.

Až do polovice 80. rokov sa komerčné bočné skenované obrázky vyrábali na papierových záznamoch. Skoré papierové záznamy boli vyrobené pomocou rozsiahleho plotru, ktorý vypálil obrázok na rolovaný papierový záznam. Neskoršie plotre umožnili súčasné vykreslenie informácií o polohe a pohybe lode na papierový záznam. Na konci 80. rokov 20. storočia vyvinuli komerčné systémy využívajúce novšie a lacnejšie počítačové systémy digitálne skenovacie prevodníky, ktoré mohli lacnejšie napodobniť analógové skenovacie prevodníky používané vojenskými systémami na výrobu televíznych a počítačom zobrazovaných snímok a ich ukladanie na videokazetu. . V súčasnosti sú údaje uložené na pevných diskoch počítačov alebo na jednotkách SSD.

Vojenská aplikácia Upraviť

Jedným z vynálezcov sonaru s bočným skenovaním bol nemecký vedec Dr. Julius Hagemann, ktorý bol do USA privezený po druhej svetovej vojne a od roku 1947 až do svojej smrti v roku 1964 pracoval v laboratóriu obrany proti minám amerického námorníctva v Paname City. Jeho práca je dokumentovaná v americkom patente 4 197 591 [1], ktorý bol prvýkrát zverejnený v auguste 1958, avšak až do jeho konečného vydania v roku 1980 zostal klasifikovaný americkým námorníctvom. Experimentálne sonarové systémy s bočným skenovaním boli vyrobené v 50. rokoch 20. storočia v laboratóriách vrátane Scripps Institution of Oceanography and Hudson Laboratories a Dr. Harold Edgerton na MIT.

Vojenské sonary s bočným skenovaním vyrobil v 50. rokoch Westinghouse. Pokročilé systémy boli neskôr vyvinuté a skonštruované pre špeciálne vojenské účely, napríklad na nájdenie stratených H-bomieb na mori alebo na nájdenie stratenej ruskej ponorky, v zariadení Westinghouse v Annapolise až do 90. rokov. Táto skupina tiež vyrobila prvý a jediný pracovný Sonar s uhlovým pohľadom ktoré by mohli sledovať objekty pri pohľade pod vozidlo.

Komerčná aplikácia Upraviť

Prvým komerčným bočným skenovacím systémom bol Kelvin Hughes „Transit Sonar“, prevedený ozvučovací prístroj s jednokanálovým, tyčovým, vejárovým meničom, predstaveným okolo roku 1960. V roku 1963 Dr. Harold Edgerton, Edward Curley a John Yules použil sonar s bočným skenovaním s kónickým lúčom 12 kHz na nájdenie potopenej svetelnej lode Vineyard v Buzzards Bay v štáte Massachusetts. Tím vedený Martinom Kleinom v Edgertone, Germeshausen & Grier (neskôr EG & G., Inc.) vyvinul prvý úspešný ťahaný dvojkanálový komerčný sonarový systém s bočným skenovaním od roku 1963 do roku 1966. Martin Klein je všeobecne považovaný za „otec“ komerčného sonaru s bočným skenovaním. V roku 1967 Edgerton použil Kleinov sonar, aby pomohol Alexanderovi McKeeovi nájsť vlajkovú loď Henryho VIII Mary Rose. V tom istom roku Klein pomocou sonaru pomohol archeológovi Georgovi Bassovi nájsť pri pobreží Turecka 2000 rokov starú loď. V roku 1968 spoločnosť Klein založila spoločnosť Klein Associates (teraz Klein Marine Systems) a pokračovala v práci na vylepšeniach vrátane prvých komerčných vysokofrekvenčných systémov (500 kHz) a prvých dvojfrekvenčných sonarov s bočným skenovaním a prvých kombinovaných bočných snímok a sub-snímok. sonar na profilovanie dna. V roku 1985 Charles Mazel zo spoločnosti Klein Associates (teraz Klein Marine Systems, Inc.) vytvoril prvé komerčné výcvikové videozáznamy sonaru s bočným skenovaním a prvé Výcvikový manuál sonaru bočného snímania a dvaja oceánografi našli vrak RMS Titanic.

Pre prieskum veľkých plôch vyvinul sonar sidescan GLORIA Marconi Underwater Systems a Ústav oceánografických vied (IOS) pre NERC.GLORIA je skratka pre Geological Long Range Inclined Asdic. [2] Použili ju US Geological Survey a IOS vo Veľkej Británii na získanie snímok kontinentálnych šelfov po celom svete. Pracovalo na relatívne nízkych frekvenciách, aby sa získal dlhý dosah. Rovnako ako väčšina sonarov s bočným skenovaním, aj prístroj GLORIA je vlečený za loďou. GLORIA má rýchlosť pingovania dve za minútu a detekuje návraty z dosahu sonarovej ryby až na 22 km po oboch stranách.


Obsah

  • 1 História
    • 1.1 ASDIC
    • 1.2 SONAR
    • 1.3 Podvodné zvukové laboratórium amerického námorníctva
    • 1.4 Materiály a vzory v USA a Japonsku
    • 1.5 Ďalší vývoj prevodníkov
  • 2 Aktívny sonar
    • 2.1 Projekt Artemis
    • 2.2 Transpondér
    • 2.3 Predikcia výkonu
    • 2.4 Ručný sonar na použitie potápačom
    • 2.5 Sonar smerujúci nahor
  • 3 Pasívny sonar
    • 3.1 Identifikácia zdrojov zvuku
    • 3.2 Obmedzenia hluku
    • 3.3 Predikcia výkonu
  • 4 Výkonové faktory
    • 4.1 Šírenie zvuku
    • 4.2 Rozptyl
    • 4.3 Cieľové charakteristiky
    • 4.4 Protiopatrenia
  • 5 Vojenské aplikácie
    • 5.1 Protiponorková vojna
    • 5.2 Torpéda
    • 5,3 bane
    • 5.4 Protiopatrenia proti bani
    • 5.5 Ponorná navigácia
    • 5.6 Lietadlo
    • 5.7 Podvodná komunikácia
    • 5.8 Sledovanie oceánu
    • 5.9 Podvodná bezpečnosť
    • 5.10 Ručný sonar
    • 5.11 Zachytenie sonaru
  • 6 Civilné prihlášky
    • 6.1 Rybné hospodárstvo
    • 6.2 Zvuky ozveny
    • 6.3 Čisté umiestnenie
    • 6.4 ROV a UUV
    • 6.5 Umiestnenie vozidla
    • 6.6 Protéza pre zrakovo postihnutých
  • 7 Vedecké aplikácie
    • 7.1 Odhad biomasy
    • 7.2 Meranie vĺn
    • 7.3 Meranie rýchlosti vody
    • 7.4 Spodné hodnotenie typu
    • 7.5 Batymetrické mapovanie
    • 7.6 Profilovanie spodného dna
    • 7.7 Detekcia úniku plynu z morského dna
    • 7.8 Syntetické otvory sonaru
    • 7.9 Parametrický sonar
    • 7.10 Sonar v mimozemských kontextoch
  • 8 Vplyv sonaru na morský život
    • 8.1 Účinok na morské cicavce
    • 8.2 Vplyv na ryby
  • 9 Frekvencie a rozlíšenia
  • 10 Pozri tiež
  • 11 Vysvetlivky
  • 12 citácií
  • 13 Všeobecná bibliografia
    • 13.1 Odkazy na akustiku v oblasti rybolovu
  • 14 Ďalšie čítanie
  • 15 Externé odkazy

Aj keď niektoré zvieratá (delfíny, netopiere, niektoré rejsci a iné) používajú zvuk na komunikáciu a detekciu objektov už milióny rokov, použitie ľuďmi vo vode pôvodne zaznamenal Leonardo da Vinci v roku 1490: hadička vložená do vody bola údajne sa používa na detekciu ciev priložením ucha k trubici. [4]

Na konci 19. storočia sa podvodný zvon používal ako doplnok k majákom alebo majákom ako varovanie pred nebezpečenstvom. [5]

Zdá sa, že použitie zvuku na „echo-lokalizáciu“ pod vodou rovnakým spôsobom, ako netopiere používajú zvuk na leteckú navigáciu Titanic katastrofa z roku 1912. [6] Prvý patent na podvodné zariadenie na meranie ozveny podal na britskom patentovom úrade anglický meteorológ Lewis Fry Richardson mesiac po potopení Titanic, [7] a nemecký fyzik Alexander Behm získali patent na echolot v roku 1913. [8]

Kanadský inžinier Reginald Fessenden, keď pracoval pre Submarine Signal Company v Bostone v Massachusetts, vybudoval experimentálny systém začiatkom roku 1912, systém neskôr testovaný v prístave Boston a nakoniec v roku 1914 z USA. Rezačka výnosov Miluješ ma na Grand Banks pri Newfoundlande. [7] [9] V tomto teste Fessenden demonštroval hĺbkové sondovanie, komunikáciu pod vodou (Morseova abeceda) a rozsah ozveny (detekcia ľadovca v rozmedzí 2 míle (3,2 km)). [10] [11] „Fessendenov oscilátor“, prevádzkovaný na frekvencii asi 500 Hz, nebol schopný určiť ložisko ľadovca kvôli 3-metrovej vlnovej dĺžke a malému rozmeru vyžarovacej plochy meniča (menej ako 1 /3 vlnová dĺžka v priemere). Desať britských ponoriek triedy H vyrobených v Montreale, ktoré boli uvedené na trh v roku 1915, bolo vybavené Fessendenovými oscilátormi. [12]

Počas prvej svetovej vojny potreba odhaliť ponorky podnietila ďalší výskum využívania zvuku. Angličania začali čoskoro využívať podvodné odpočúvacie zariadenia nazývané hydrofóny, zatiaľ čo francúzsky fyzik Paul Langevin v spolupráci s ruským imigrantským elektrotechnikom Constantinom Chilowským pracoval na vývoji aktívnych zvukových zariadení na detekciu ponoriek v roku 1915. Hoci neskôr nahradili piezoelektrické a magnetostrikčné snímače elektrostatické prevodníky, ktoré použili, táto práca ovplyvnila budúce dizajny. Pre hydrofóny sa použila ľahká zvuková citlivá plastová fólia a vláknová optika, zatiaľ čo pre projektory boli vyvinuté Terfenol-D a PMN (olovo horečnatý niobát).

ASDIC

V roku 1916 sa kanadský fyzik Robert William Boyle pod vedením Britskej rady pre vynález a výskum ujal projektu aktívnej detekcie zvuku spolu s A. B. Woodom a v polovici roku 1917 vyrobil prototyp na testovanie. Táto práca pre protiponorkovú divíziu britského námorného štábu sa uskutočňovala v maximálnej tajnosti. Na výrobu prvého praktického podvodného prístroja na detekciu aktívneho zvuku na svete sa použili kremenné piezoelektrické kryštály. Z dôvodu zachovania tajomstva sa nehovorilo o nijakých zvukových pokusoch alebo kremeňoch - slovo použité na popísanie ranej práce („nadzvukový“) sa zmenilo na „ASD“ a materiál z kremeňa sa zmenil na „ASD“ ivite: „ASD“ pre „ Protiponorková divízia “, odtiaľ pochádza britská skratka ASDIC. V roku 1939, v odpovedi na otázku od Oxfordský anglický slovník„Admiralita“ vymyslela príbeh, ktorý znamenal „Výbor pre vyšetrovanie detekcie ponoriek Allied“, a tomu sa dodnes verí [13], hoci v archívoch Admirality nebol nájdený žiadny výbor s týmto menom. [14]

Do roku 1918 vybudovali Británia a Francúzsko prototypové aktívne systémy. Briti otestovali svoj ASDIC na HMS Antrim v roku 1920 a zahájená výroba v roku 1922. 6. flotila torpédoborcov mala plavidlá vybavené ASDIC v roku 1923. Protiponorková škola HMS Orlovec obyčajný a v roku 1924 bola v Portlande založená výcviková flotila štyroch plavidiel.

Do vypuknutia druhej svetovej vojny malo kráľovské námorníctvo päť súprav pre rôzne triedy povrchových lodí a ďalšie pre ponorky začlenených do kompletného protiponorkového systému. Účinnosť raného ASDIC bola sťažená použitím hĺbkovej nálože ako protiponorkovej zbrane. To si vyžadovalo, aby útočiace plavidlo prekonalo ponorený kontakt predtým, ako odhodilo náboje cez kormu, čo malo za následok stratu kontaktu ASDIC v okamihoch vedúcich k útoku. Lovec účinne strieľal naslepo, počas ktorých mohol veliteľ ponorky podniknúť úhybné kroky. Túto situáciu napravili nové taktiky a nové zbrane.

Medzi taktické vylepšenia, ktoré vyvinul Frederic John Walker, patril plazivý útok. Na to boli potrebné dve protiponorkové lode (zvyčajne šalupy alebo korvety). „Riadiaca loď“ sledovala cieľovú ponorku na ASDIC z polohy asi 1500 až 2 000 metrov za ponorkou. Druhá loď s vypnutým ASDIC a bežiacim na 5 uzlov zahájila útok z pozície medzi smerujúcou loďou a cieľom. Tento útok bol riadený rádiovým telefónom z smerujúcej lode na základe ich ASDIC a dosahu (diaľkomerom) a zamerania útočiacej lode. Hneď ako boli hlbinné nálože vypustené, útočná loď v plnej rýchlosti opustila bezprostredné okolie. Usmerňujúca loď potom vstúpila do cieľovej oblasti a tiež vydala model hĺbkových náloží. Nízka rýchlosť priblíženia znamenala, že ponorka nemohla predvídať, kedy sa budú vypúšťať hĺbkové nálože. Usmerňujúca loď a príslušné riadiace príkazy k útočiacej lodi zaznamenali akúkoľvek úhybnú akciu. Nízka rýchlosť útoku mala výhodu v tom, že nemecké akustické torpédo nebolo účinné proti tak pomaly cestujúcej vojnovej lodi. Variáciou plazivého útoku bol „sadrový“ útok, pri ktorom boli tri útočiace lode pracujúce v tesnej línii vedľa seba nasmerované nad cieľ smerujúcou loďou. [15]

Novými zbraňami, ktoré sa mali vyrovnať s mŕtvym uhlom ASDIC, boli „zbrane vrhajúce dopredu“, ako napríklad Ježci a neskôr Squids, ktoré premietali hlavice na cieľ pred útočníkom a stále boli v kontakte ASDIC. Umožnili jedinému sprievodu podniknúť lepšie zamerané útoky na ponorky. Vývoj počas vojny vyústil do britských súprav ASDIC, ktoré používali niekoľko rôznych tvarov lúča a nepretržite pokrývali mŕtve uhly. Neskôr sa začali používať akustické torpéda.

Na začiatku druhej svetovej vojny (september 1940) bola britská technológia ASDIC bezplatne prevedená do Spojených štátov. Výskum ASDIC a podvodného zvuku bol rozšírený vo Veľkej Británii a v USA. Bolo vyvinutých veľa nových typov vojenskej detekcie zvuku. Medzi ne patrili sonoboye, ktoré Briti prvýkrát vyvinuli v roku 1944 pod kódovým označením Vysoký čaj, ponorné / ponorné sonary a sonary na detekciu mín. Táto práca tvorila základňu pre povojnový vývoj súvisiaci s bojom proti jadrovej ponorke.

SONAR

V 30. rokoch 20. storočia vyvinuli americkí inžinieri vlastnú technológiu detekcie zvuku pod vodou a uskutočnili sa dôležité objavy, ako napríklad existencia termoklínov a ich vplyv na zvukové vlny. [16] Američania tento výraz začali používať SONAR pre ich systémy, ktoré vytvoril Frederick Hunt, boli ekvivalentom RADARU. [17]

Laboratórium podvodného zvuku amerického námorníctva

V roku 1917 získalo americké námorníctvo po prvý raz služby J. Warrena Hortona. Na dovolenke v laboratóriách Bell Labs pôsobil vo vláde ako technický expert, najskôr na experimentálnej stanici v Nahante v Massachusetts a neskôr v námornom ústredí USA v Londýne v Anglicku. V spoločnosti Nahant použil na detekciu podvodných signálov novo vyvinutú vákuovú trubicu, ktorá bola spojená s formujúcimi fázami oblasti aplikovanej vedy známej ako elektronika. Vo výsledku bol uhlíkový gombíkový mikrofón, ktorý sa používal v starších detekčných zariadeniach, nahradený predchodcom moderného hydrofónu. Aj v tomto období experimentoval s metódami detekcie odtiahnutia. To bolo spôsobené zvýšenou citlivosťou jeho zariadenia. Tieto princípy sa stále používajú v moderných vlečných sonarových systémoch.

Aby uspokojil obranné potreby Veľkej Británie, bol vyslaný do Anglicka, aby tam nainštaloval v Írskom mori hydrofóny pripevnené na dne pripojené k podmorskému káblu pomocou kábla. Keď sa toto zariadenie nakladalo na plavidlo na kladenie káblov, skončila sa prvá svetová vojna a Horton sa vrátil domov.

Počas druhej svetovej vojny pokračoval vo vývoji sonarových systémov, ktoré dokázali detegovať ponorky, míny a torpéda. Publikoval Základy sonaru v roku 1957 ako hlavný konzultant pre výskum v laboratóriu podvodného zvuku amerického námorníctva. Túto funkciu zastával do roku 1959, keď sa stal technickým riaditeľom. Túto pozíciu zastával až do povinného dôchodku v roku 1963. [18] [19]

Materiály a vzory v USA a Japonsku

V amerických sonaroch nastal od roku 1915 do roku 1940 malý pokrok. V roku 1940 americké sonary zvyčajne pozostávali z magnetostrikčného meniča a sústavy niklových rúrok pripojených k oceľovej doske s priemerom 1 stopy, pripevnenej zozadu k soľnému kryštálu Rochelle. v guľovom kryte. Táto zostava prenikla do trupu lode a bola ručne otočená do požadovaného uhla. Piezoelektrický soľný kryštál Rochelle mal lepšie parametre, ale magnetostrikčná jednotka bola oveľa spoľahlivejšia. Vysoké straty na amerických obchodných zásobovacích lodiach na začiatku druhej svetovej vojny viedli k rozsiahlemu vysoko prioritnému americkému výskumu v tejto oblasti, ktorý sledoval zlepšenia parametrov magnetostrikčných prevodníkov aj spoľahlivosť soli Rochelle. Dihydrogénfosforečnan amónny (ADP), vynikajúca alternatíva, sa našiel ako náhrada za soľ Rochelle. Prvou aplikáciou bola náhrada prevodníkov s Rochelleovou soľou s frekvenciou 24 kHz. Do deviatich mesiacov bola soľ Rochelle zastaraná. Výrobný závod ADP sa rozrástol z niekoľkých desiatok zamestnancov začiatkom roku 1940 na niekoľko tisíc v roku 1942.

Jednou z najskorších aplikácií kryštálov ADP boli hydrofóny pre akustické bane, ktorých kryštály boli špecifikované pre nízkofrekvenčný medzný kmitočet pri 5 Hz, odolávajúci mechanickému nárazu pri nasadení z lietadla od 3 000 m (10 000 ft) a schopnosti prežiť výbuchy susedných mín. Jednou z kľúčových vlastností spoľahlivosti ADP sú jej nulové charakteristiky starnutia, ktoré si kryštál zachováva svoje parametre aj pri dlhodobom skladovaní.

Ďalšia aplikácia bola pre akustické navádzacie torpéda. Na nos torpéda boli namontované dva páry smerových hydrofónov, vo vodorovnej a zvislej rovine boli použité diferenčné signály z dvojíc na riadenie torpéda vľavo-vpravo a hore-dole. Bolo vyvinuté protiopatrenie: cielená ponorka vypustila šumivú chemikáliu a torpédo šlo za hlučnejšou bublinkovou návnadou. Protiopatrením bolo torpédo s aktívnym sonarom - do nosa torpéda bol pridaný menič a mikrofóny načúvali jeho odrážaným periodickým tónovým výbuchom. Prevodníky pozostávali z identických obdĺžnikových kryštálových dosiek usporiadaných do oblastí v tvare diamantu v rozložených radoch.

Pasívne sonarové polia pre ponorky boli vyvinuté z kryštálov ADP. Niekoľko kryštálových zostáv bolo umiestnených v oceľovej trubici, vákuovo plnených ricínovým olejom a zatavených. Rúry boli potom namontované v paralelných zostavách.

Štandardný skenovací sonar amerického námorníctva na konci druhej svetovej vojny pracoval pri frekvencii 18 kHz s použitím poľa kryštálov ADP. Požadovaný dlhší rozsah si však vyžadoval použitie nižších frekvencií. Požadované rozmery boli pre kryštály ADP príliš veľké, takže na začiatku 50. rokov boli vyvinuté magnetostrikčné a piezoelektrické systémy titaničitanu bárnatého, ktoré však mali problémy s dosiahnutím rovnomerných impedančných charakteristík a obraz lúča utrpel. Titanát bárnatý sa potom nahradil stabilnejším titaničitanom zirkoničitým (PZT) a frekvencia sa znížila na 5 kHz. Americká flotila používala tento materiál v sonare AN / SQS-23 niekoľko desaťročí. Sonar SQS-23 používal najskôr magnetostrikčné meniče niklu, ale tieto vážili niekoľko ton a nikel bol drahý a považoval sa preto za náhradné piezoelektrické meniče. Sonar bol veľkým súborom 432 samostatných prevodníkov. Prevodníky boli spočiatku nespoľahlivé, vykazovali mechanické a elektrické poruchy a zhoršovali sa skoro po inštalácii. Vyrábali ich tiež viacerí predajcovia, mali odlišnú konštrukciu a ich charakteristiky boli dosť odlišné na to, aby zhoršili výkon poľa. Potom sa obetovala politika umožňujúca opravy jednotlivých prevodníkov a namiesto toho sa zvolila „spotrebná modulárna konštrukcia“, zapečatené neopraviteľné moduly, čím sa eliminoval problém s tesneniami a inými cudzími mechanickými časťami. [20]

Japonské cisárske námorníctvo na začiatku druhej svetovej vojny používalo projektory založené na kremeňoch. Boli veľké a ťažké, najmä ak boli navrhnuté pre nižšie frekvencie, napríklad pre súpravu Type 91, pracujúcu pri 9 kHz, mali priemer 30 palcov (760 mm) a boli poháňané oscilátorom s výkonom 5 kW a výstupnou amplitúdou 7 kV. . Projektory Type 93 pozostávali z pevných sendvičov z kremeňa zostavených do guľových liatinových telies. Sonary Type 93 boli neskôr nahradené typom 3, ktorý nasledoval nemecký dizajn a používal magnetostrikčné projektory. Projektory pozostávali z dvoch obdĺžnikových identických samostatných jednotiek v liatinovom obdĺžnikovom tele s rozmermi približne 4 x 10 mm (410 mm × 230 mm). Exponovaná oblasť bola polovica vlnovej dĺžky široká a tri vlnové dĺžky vysoké. Magnetostrikčné jadrá boli vyrobené zo 4 mm výliskov z niklu a neskôr zo zliatiny železa a hliníka s obsahom hliníka medzi 12,7% a 12,9%. Energia bola poskytovaná z 2 kW pri 3,8 kV s polarizáciou z 20 V, 8 A jednosmerného zdroja.

Pasívne hydrofóny japonského cisárskeho námorníctva boli založené na dizajne pohyblivých cievok, soľných piezo prevodníkov Rochelle a uhlíkových mikrofónoch. [21]

Neskorší vývoj prevodníkov

Po druhej svetovej vojne sa ako alternatíva k piezoelektrickým snímačom sledovali magnetostrikčné snímače. Na vysoko výkonné nízkofrekvenčné operácie sa používali niklové zvitkové prstencové snímače, s priemerom do 4,0 m, čo boli pravdepodobne najväčšie jednotlivé sonarové snímače. Výhodou kovov je ich vysoká pevnosť v ťahu a nízka vstupná elektrická impedancia, majú však elektrické straty a nižší väzbový koeficient ako PZT, ktorých pevnosť v ťahu je možné zvýšiť predpätím. Skúšali sa aj iné materiály, pričom nekovové ferity boli sľubné pre svoju nízku elektrickú vodivosť, čo malo za následok nízke straty vírivým prúdom, spoločnosť Metglas ponúkla vysoký koeficient väzby, ale celkovo boli nižšie ako PZT. V 70. rokoch boli objavené zlúčeniny vzácnych zemín a železa s vynikajúcimi magnetomechanickými vlastnosťami, konkrétne zliatina Terfenol-D. To umožnilo nové vzory, napr. hybridný magnetostrikčný-piezoelektrický menič. Posledným z týchto vylepšených magnetostrikčných materiálov je Galfenol.

Medzi ďalšie typy meničov patria meniče s premennou reluktanciou (alebo s pohyblivou armatúrou alebo elektromagnetické), kde magnetická sila pôsobí na povrch medzier, a snímače s pohyblivou cievkou (alebo elektrodynamické), podobné bežným reproduktorom, ktoré sa používajú pri kalibrácii zvuku pod vodou. , vzhľadom na ich veľmi nízke rezonančné frekvencie a ploché širokopásmové charakteristiky nad nimi. [22]

Aktívny sonar používa zvukový vysielač (alebo projektor) a prijímač. Ak sú dva na rovnakom mieste, je to monostatická prevádzka. Ak sú vysielač a prijímač oddelené, jedná sa o bistatickú prevádzku. [23] Ak sa použije viac vysielačov (alebo viac prijímačov), opäť priestorovo oddelených, ide o multistatickú operáciu. Väčšina sonarov sa používa monostaticky a na vysielanie a príjem sa často používa rovnaké pole. [24] Aktívne polia sonobuoy možno prevádzkovať multistaticky.

Aktívny sonar vytvára zvukový impulz, ktorý sa často nazýva „ping“, a potom počúva odrazy (ozvenu) impulzu. Tento zvukový impulz sa obvykle vytvára elektronicky pomocou sonarového projektora pozostávajúceho z generátora signálu, výkonového zosilňovača a elektroakustického prevodníka / poľa. [25] Prevodník je zariadenie, ktoré môže vysielať a prijímať akustické signály („ping“). Zvyčajne sa používa tvarovač lúčov na sústredenie akustickej sily do lúča, ktorý je možné zamiesť tak, aby prekryl požadované uhly hľadania. Všeobecne sú elektroakustické prevodníky typu Tonpilz a ich konštrukcia sa môže optimalizovať tak, aby sa dosiahla maximálna účinnosť pri najväčšej šírke pásma, aby sa optimalizoval výkon celého systému. Akustický impulz môže byť príležitostne vytvorený inými prostriedkami, napr. chemicky pomocou výbušnín, vzduchoviek alebo zdrojov plazmového zvuku.

Na meranie vzdialenosti k objektu sa meria čas od prenosu impulzu po príjem a prevádza sa na rozsah pomocou známej rýchlosti zvuku. [26] Na meranie ložiska sa používa niekoľko hydrofónov a súprava meria relatívny čas príchodu každého z nich alebo s radom hydrofónov meraním relatívnej amplitúdy v lúčoch vytvorených procesom nazývaným tvarovanie lúča. Použitie poľa znižuje priestorovú odozvu tak, že na zabezpečenie širokého pokrytia sa používajú systémy viac lúčov. Cieľový signál (ak je prítomný) spolu so šumom potom prechádza rôznymi formami spracovania signálu [27], čo pre jednoduché sonary môže byť iba meranie energie.Potom sa predstaví nejakej forme rozhodovacieho zariadenia, ktoré volá výstup buď požadovaným signálom alebo šumom. Týmto rozhodovacím zariadením môže byť operátor so slúchadlami alebo displejom, alebo v prípade sofistikovanejších sonarov môže byť táto funkcia vykonávaná softvérom. Môžu sa uskutočniť ďalšie procesy na klasifikáciu cieľa a jeho lokalizáciu, ako aj na meranie jeho rýchlosti.

Pulz môže byť na konštantnej frekvencii alebo na pípnutí meniacej sa frekvencie (aby sa umožnila kompresia impulzu pri príjme). Jednoduché sonary spravidla používajú prvý s dostatočne širokým filtrom na pokrytie možných Dopplerových zmien v dôsledku pohybu cieľa, zatiaľ čo zložitejšie obvykle obsahujú druhú techniku. Odkedy bolo digitálne spracovanie k dispozícii, kompresia impulzov sa zvyčajne realizovala pomocou digitálnych korelačných techník. Vojenské sonary majú často viac lúčov, aby poskytli všestranný kryt, zatiaľ čo jednoduché pokrývajú iba úzky oblúk, hoci lúč sa dá pomerne pomaly otáčať mechanickým skenovaním.

Najmä keď sa používajú jednofrekvenčné prenosy, je možné na meranie radiálnej rýchlosti cieľa použiť Dopplerov jav. Meria sa rozdiel vo frekvencii medzi vysielaným a prijímaným signálom a prevádza sa na rýchlosť. Pretože Dopplerove posuny môžu byť zavedené pohybom prijímača alebo cieľa, je potrebné zohľadniť radiálnu rýchlosť vyhľadávacej plošiny.

Jeden užitočný malý sonar je podobného vzhľadu ako vodotesná baterka. Hlava smeruje do vody, stlačí sa tlačidlo a prístroj zobrazí vzdialenosť k cieľu. Ďalším variantom je „hľadač rýb“, ktorý zobrazuje malý displej s húfmi rýb. Niektoré civilné sonary (ktoré nie sú určené na utajenie) sa blížia k schopnostiam aktívnych vojenských sonarov s trojrozmernými zobrazeniami oblasti v blízkosti člna.

Keď sa na meranie vzdialenosti od meniča k dolnej časti používa aktívny sonar, je to známe ako ozvena. Podobné metódy sa môžu použiť pri meraní vĺn smerom nahor.

Aktívny sonar sa používa aj na meranie vzdialenosti medzi dvoma sonarovými meničmi cez vodu alebo kombináciou hydrofónu (podvodný akustický mikrofón) a projektora (podvodný akustický reproduktor). Keď hydrofón / menič prijíma špecifický dopytovací signál, reaguje vysielaním špecifického odpovedacieho signálu. Na meranie vzdialenosti jeden menič / projektor vysiela dopytovací signál a meria čas medzi týmto prenosom a príjmom odpovede druhého meniča / hydrofónu. Časový rozdiel, zmenšený rýchlosťou zvuku cez vodu a vydelený dvoma, je vzdialenosť medzi dvoma plošinami. Táto technika, ak sa používa s viacerými prevodníkmi / hydrofónmi / projektormi, dokáže vypočítať vzájomné polohy statických a pohybujúcich sa objektov vo vode.

V bojových situáciách môže nepriateľ detekovať aktívny impulz a odhalí polohu ponorky na dvojnásobok maximálnej vzdialenosti, v ktorej dokáže ponorka sama zistiť kontakt, a dá indície týkajúce sa identity ponorky na základe charakteristík odchádzajúceho pingu. Z týchto dôvodov nie sú vojenské sondy aktívne používané sonary často používané.

Veľmi smerový, ale málo efektívny typ sonaru (používaný v rybárstve, na vojenské účely a na zabezpečenie prístavu) využíva komplexnú nelineárnu vlastnosť vody známu ako nelineárny sonar, pričom virtuálny prevodník je známy ako parametrické pole.

Projekt Artemis

Projekt Artemis bol experimentálny výskumný a vývojový projekt koncom 50. až polovice 60. rokov, ktorého cieľom bolo preskúmať akustické šírenie a spracovanie signálu pre nízkofrekvenčný aktívny sonarový systém, ktorý by sa mohol použiť na oceánsky dozor. Sekundárnym cieľom bolo preskúmanie technických problémov systémov s pevným aktívnym dnom. [28] Prijímacie pole sa nachádzalo na svahu Plantagnet Bank pri Bermudách. Aktívne zdrojové pole bolo nasadené z prevedeného tankera USNS z druhej svetovej vojny Misia Capistrano. [29] Prvky Artemis sa experimentálne použili po ukončení hlavného experimentu.

Transpondér

Jedná sa o aktívne sonarové zariadenie, ktoré prijíma špecifický stimul a okamžite (alebo s oneskorením) znova vysiela prijatý signál alebo vopred určený signál. Transpondéry možno použiť na diaľkovú aktiváciu alebo obnovu podmorského zariadenia. [30]

Predikcia výkonu

Terč sonaru je vzhľadom na guľu malý, sústredený okolo žiariča, na ktorom je umiestnený. Preto je sila odrazeného signálu veľmi nízka, o niekoľko rádov nižšia ako pôvodný signál. Aj keď mal odrazený signál rovnaký výkon, nasledujúci príklad (pomocou hypotetických hodnôt) ukazuje problém: Predpokladajme, že sonarový systém je schopný vysielať signál 1 000 W / m 2 na 1 m a detekovať 0,001 W / m 2 signál. Na 100 m bude signál 1 W / m 2 (z dôvodu zákona obrátených štvorcov). Ak sa celý signál odráža od 10 m 2 cieľa, bude po dosiahnutí vysielača 0,001 W / m 2, t.j. len zistiteľné. Pôvodný signál však zostane nad 0,001 W / m 2 do 3 000 m. Akýkoľvek cieľ 10 m 2 medzi 100 a 3 000 m používajúci podobný alebo lepší systém by bol schopný detegovať impulz, ale nebol by detegovaný vysielačom. Detektory musia byť veľmi citlivé na zachytávanie ozvien. Pretože pôvodný signál je oveľa silnejší, dá sa detekovať mnohonásobne ďalej ako je dvojnásobok rozsahu sonaru (ako v príklade).

Aktívne sonary majú dve výkonnostné obmedzenia: hluk a dozvuk. Spravidla bude dominovať jeden alebo druhý z nich, takže tieto dva účinky možno spočiatku posudzovať osobitne.

V podmienkach s obmedzeným hlukom pri počiatočnej detekcii: [31]

kde SL je úroveň zdroja, PL je strata šírenia (niekedy označovaná ako strata pri prenose), TS je cieľová sila, NL je úroveň šumu, AG je zisk poľa prijímajúceho poľa (niekedy aproximovaný indexom jeho smernosti) a DT je ​​detekčný prah.

V podmienkach obmedzených dozvukom pri počiatočnej detekcii (zanedbanie zisku poľa):

kde RL je úroveň dozvuku a ďalšie faktory sú rovnaké ako predtým.

Ručný sonar na použitie potápačom

  • LIMIS (sonar na snímanie limpetových mín) je ručný alebo ROV namontovaný zobrazovací sonar na použitie potápačom. Jeho názov je, pretože bol navrhnutý pre hliadkujúcich potápačov (bojových žabích mužov alebo potápačov na vyprázdňovanie), aby hľadali vápencové míny vo vode s nízkou viditeľnosťou.
  • LUIS (podvodný zobrazovací systém šošoviek) je ďalší zobrazovací sonar používaný potápačom.
  • Pre potápačov existuje alebo bol k dispozícii malý ručný sonar v tvare baterky, ktorý iba zobrazuje dosah.
  • Pre INSS (integrovaný navigačný sonarový systém)

Smerom nahor vyzerajúci sonar

Sonar smerujúci nahor (ULS) je sonarové zariadenie smerujúce nahor pri pohľade na hladinu mora. Používa sa na podobné účely ako sonar smerujúci nadol, ale má niekoľko jedinečných aplikácií, ako je meranie hrúbky morského ľadu, drsnosti a koncentrácie [32] [33] alebo meranie unášania vzduchu z bublinkových oblakov počas rozbúreného mora. Často kotví na dne oceánu alebo pláva na napnutej šnúre, ktorá kotví v stálej hĺbke asi 100 m. Môžu byť tiež použité ponorkami, AUV a plavákmi, ako je plavák Argo. [34]

Pasívny sonar počúva bez vysielania. Často sa používa vo vojenských prostrediach, aj keď sa používa aj vo vedeckých aplikáciách, napr., zisťovanie prítomnosti a neprítomnosti rýb v rôznych vodných prostrediach - pozri tiež pasívna akustika a pasívny radar. V najširšom použití môže tento výraz zahŕňať prakticky akúkoľvek analytickú techniku ​​zahŕňajúcu zvuk generovaný na diaľku, aj keď je zvyčajne obmedzený na techniky používané vo vodnom prostredí.

Identifikácia zdrojov zvuku

Pasívny sonar má širokú škálu techník na identifikáciu zdroja detekovaného zvuku. Napríklad USA plavidlá zvyčajne pracujú s napájacími systémami na striedavý prúd 60 Hz. Ak sú transformátory alebo generátory namontované bez náležitej vibračnej izolácie z trupu alebo sú zaplavené, môže byť z ponorky alebo z lode emitovaný zvuk s frekvenciou 60 Hz z vinutí. To môže pomôcť zistiť jeho národnosť, pretože všetky európske ponorky a takmer všetky ostatné ponorky majú napájacie systémy s frekvenciou 50 Hz. Pasívne sonary môžu detekovať aj zdroje prerušovaného zvuku (napríklad padajúci kľúč), nazývané „prechodné javy“. Až donedávna [ kedy? ] skúsený a trénovaný operátor identifikoval signály, ale teraz to môžu robiť počítače.

Pasívne sonarové systémy môžu mať veľké sonické databázy, ale operátor sonaru zvyčajne nakoniec signály klasifikuje manuálne. Počítačový systém často používa tieto databázy na identifikáciu tried lodí, akcií (t. J. Rýchlosť lode alebo typ uvoľnenej zbrane) a dokonca aj konkrétnych lodí.

Hlukové obmedzenia

Pasívny sonar na vozidlách je zvyčajne výrazne obmedzený z dôvodu hluku generovaného vozidlom. Z tohto dôvodu mnoho ponoriek prevádzkuje jadrové reaktory, ktoré je možné chladiť bez čerpadiel pomocou tichého prúdenia alebo palivových článkov alebo batérií, ktoré môžu tiež ticho bežať. Vrtule vozidiel sú tiež navrhnuté a precízne opracované tak, aby vydávali minimálny hluk. Vysokorýchlostné vrtule často vytvárajú vo vode malé bublinky a táto kavitácia má zreteľný zvuk.

Sonarové hydrofóny môžu byť vlečené za loďou alebo ponorkou, aby sa znížil účinok hluku vytváraného samotným plavidlom. Ťahané jednotky tiež bojujú s termoklinom, pretože jednotka môže byť ťahaná nad alebo pod termoklinom.

Displej väčšiny pasívnych sonarov býval dvojrozmerným displejom vodopádu. Vodorovný smer displeja je orientovaný. Vertikálna je frekvencia alebo niekedy čas. Ďalšou zobrazovacou technikou je farebné kódovanie informácií o frekvencii a čase pre ložisko. Počítače generujú novšie zobrazenia a napodobňujú displeje ukazovateľov polohy plánu radarového typu.

Predikcia výkonu

Na rozdiel od aktívneho sonaru ide iba o jednosmerné šírenie. Z dôvodu rozdielneho použitého spracovania signálu bude minimálny detekovateľný pomer signálu k šumu odlišný. Rovnica na určenie výkonu pasívneho sonaru je [35] [31]

kde SL je úroveň zdroja, PL je strata šírenia, NL je úroveň šumu, AG je zisk poľa a DT je ​​detekčný prah. Hodnota zásluh pasívneho sonaru je

Detekčný, klasifikačný a lokalizačný výkon sonaru závisí od prostredia a prijímacieho zariadenia, ako aj od vysielacieho zariadenia v aktívnom sonare alebo od cieľa vyžarovaného hluku v pasívnom sonare.

Šírenie zvuku

Prevádzka sonaru je ovplyvnená zmenami rýchlosti zvuku, najmä vo vertikálnej rovine. Zvuk sa šíri pomalšie v sladkej vode ako v morskej vode, aj keď rozdiel je malý. Rýchlosť je určená objemovým modulom a hustotou vody. Objemový modul je ovplyvnený teplotou, rozpustenými nečistotami (zvyčajne slanosťou) a tlakom. Efekt hustoty je malý. Rýchlosť zvuku (v stopách za sekundu) je približne:

4388 + (11,25 × teplota (v ° F)) + (0,0182 × hĺbka (v stopách)) + slanosť (v promile).

Táto empiricky odvodená aproximačná rovnica je primerane presná pre normálne teploty, koncentrácie slanosti a rozsah väčšiny hĺbok oceánov. Teplota oceánu sa líši v závislosti od hĺbky, ale vo výške 30 až 100 metrov často nastáva výrazná zmena nazývaná termoklinia, ktorá oddeľuje teplejšiu povrchovú vodu od studených stojatých vôd, ktoré tvoria zvyšok oceánu. To môže zmariť sonar, pretože zvuk pochádzajúci z jednej strany termoklinálu má tendenciu sa cez termokliniku ohýbať alebo lámať. Termoklinál sa môže vyskytovať v plytších pobrežných vodách. Akcia vĺn však často zmieša vodný stĺpec a eliminuje termokliniu. Tlak vody ovplyvňuje aj šírenie zvuku: vyšší tlak zvyšuje rýchlosť zvuku, čo spôsobuje, že sa zvukové vlny lámu ďalej od oblasti s vyššou rýchlosťou zvuku. Matematický model lomu sa nazýva Snellov zákon.

Ak je zdroj zvuku hlboký a správne podmienky, môže dôjsť k šíreniu v „kanáli hlbokého zvuku“. To poskytuje extrémne nízku stratu šírenia do prijímača v kanáli. Je to z dôvodu zachytávania zvuku v kanáli bez strát na hraniciach. Podobné šírenie sa môže za vhodných podmienok vyskytnúť v „povrchovom potrubí“. V tomto prípade však dôjde k stratám odrazom na povrchu.

V plytkej vode sa šírenie zväčša deje opakovaným odrazom na povrchu a dne, kde môžu nastať značné straty.

Na šírenie zvuku má vplyv absorpcia vo vode samotnej, ako aj na povrchu a dne. Táto absorpcia závisí od frekvencie a v morskej vode má niekoľko rôznych mechanizmov. Sonar s dlhým dosahom používa nízke frekvencie, aby minimalizoval absorpčné účinky.

More obsahuje veľa zdrojov hluku, ktoré interferujú s požadovanou cieľovou ozvenou alebo podpisom. Hlavnými zdrojmi hluku sú vlny a preprava. Pohyb prijímača cez vodu môže tiež spôsobiť nízkofrekvenčný šum závislý od rýchlosti.

Rozptyl

Pri použití aktívneho sonaru dochádza k rozptylu od malých objektov v mori, ako aj od dna a povrchu. Môže to byť hlavný zdroj rušenia. Tento akustický rozptyl je analogický s rozptylom svetla zo svetlometov automobilu v hmle: do hmly do istej miery prenikne ceruzkový lúč s vysokou intenzitou, ale svetlomety so širšími lúčmi vyžarujú veľa svetla v nežiaducich smeroch, z ktorých je veľa rozptýlené dozadu. k pozorovateľovi, ktorý je ohromujúci, čo sa odráža od cieľa („biele miesto“). Z analogických dôvodov musí aktívny sonar vysielať úzkym lúčom, aby sa minimalizoval rozptyl.

Rozptýlenie sonaru z objektov (bane, potrubia, zooplanktón, geologické prvky, ryby atď.) Je to, ako ich aktívny sonar detekuje, ale táto schopnosť môže byť maskovaná silným rozptylom od falošných cieľov alebo „neporiadku“. Tam, kde k nim dôjde (pod vlnami lámania [37] v prebudených lodiach v plyne emitovanom z morského dna presakuje a presakuje [38] atď.), Sú plynové bubliny silným zdrojom neporiadku a môžu ľahko skryť ciele. TWIPS (Twin Inverted Pulse Sonar) [39] [40] [41] je v súčasnosti jediným sonarom, ktorý dokáže prekonať tento problém s neporiadkom.

Je to dôležité, pretože v pobrežných vodách sa vyskytlo veľa nedávnych konfliktov, neschopnosť zistiť, či sú alebo nie sú prítomné míny, riziká a zdržania pre vojenské plavidlá, a tiež pomôcť konvojom a obchodnej lodnej doprave v snahe podporiť región dlho po konflikte prestal. [39]

Cieľové charakteristiky

Zvuk odraz charakteristiky cieľa aktívneho sonaru, napríklad ponorky, sú známe ako jeho cieľová sila. Komplikáciou je, že ozveny sa získavajú aj od iných objektov v mori, ako sú veľryby, brázdy, kŕdle rýb a skál.

Pasívny sonar detekuje cieľ vyžaroval hlukové charakteristiky. Vyžarované spektrum obsahuje spojité spektrum šumu s vrcholmi pri určitých frekvenciách, ktoré sa dajú použiť na klasifikáciu.

Protiopatrenia

Aktívny (poháňané) protiopatrenia môže podniknúť útočná ponorka s cieľom zvýšiť hladinu hluku, poskytnúť veľký falošný cieľ a zakryť podpis samotnej ponorky.

Pasívne (tj. bez pohonu) protiopatrenia zahŕňajú:

  • Montáž zariadení generujúcich šum na izolačné zariadenia.
  • Zvukovo izolačné povlaky na trupoch ponoriek, napríklad anechoické dlaždice.

Moderná námorná vojna vo veľkej miere využíva pasívne aj aktívne sonary z lodí prenášaných vodou, lietadiel a pevných inštalácií. Aj keď aktívny sonar používali povrchové plavidlá v druhej svetovej vojne, ponorky sa používaniu aktívnych sonarov vyhýbali kvôli možnosti odhalenia ich prítomnosti a polohy nepriateľským silám. Príchod moderného spracovania signálu však umožnil použitie pasívneho sonaru ako primárneho prostriedku pre pátracie a detekčné operácie. V roku 1987 divízia japonskej spoločnosti Toshiba údajne [42] predala Sovietskemu zväzu stroje, ktoré umožňovali frézovať ich ponorkové vrtuľové listy tak, aby boli radikálne tichšie, čo sťažilo odhalenie novej generácie ponoriek.

Používanie aktívneho sonaru ponorkou na určenie polohy je extrémne zriedkavé a nemusí nevyhnutne poskytnúť tímu riadenia palby ponoriek informácie o vysokej kvalite alebo dosahu. Používanie aktívneho sonaru na povrchových lodiach je však veľmi bežné a používajú ho ponorky, keď si to vyžaduje taktická situácia, je dôležitejšie určiť pozíciu nepriateľskej ponorky, ako zatajiť svoju vlastnú polohu. U povrchových lodí sa dá predpokladať, že hrozba už sleduje loď satelitnými údajmi, pretože akékoľvek plavidlo okolo emitujúceho sonaru detekuje emisiu. Po vypočutí signálu je ľahké identifikovať použité sonarové vybavenie (zvyčajne s jeho frekvenciou) a jeho polohu (s energiou zvukovej vlny). Aktívny sonar je podobný radaru v tom, že umožňuje detekciu cieľov v určitom rozsahu, umožňuje však tiež detekciu vysielača v oveľa väčšom rozsahu, čo je nežiaduce.

Pretože aktívny sonar odhaľuje prítomnosť a polohu operátora a neumožňuje presnú klasifikáciu cieľov, používajú ho rýchle (lietadlá, vrtuľníky) a hlučné plošiny (väčšina pozemných lodí), zriedka však ponorky. Ak aktívny sonar používajú pozemné lode alebo ponorky, zvyčajne sa aktivuje veľmi krátko v prerušovaných obdobiach, aby sa minimalizovalo riziko detekcie. Preto sa aktívny sonar zvyčajne považuje za zálohu pasívneho sonaru. V lietadlách sa aktívny sonar používa vo forme jednorazových sonobuoys, ktoré sa nachádzajú v oblasti hliadkovania lietadla alebo v blízkosti možných kontaktov sonaru nepriateľa.

Pasívny sonar má niekoľko výhod, najdôležitejšie je, že je tichý. Ak je cieľová úroveň vyžarovaného hluku dostatočne vysoká, môže mať väčší dosah ako aktívny sonar a umožňuje identifikáciu cieľa. Pretože akýkoľvek motorizovaný objekt vytvára určitý hluk, je možné ho v zásade zistiť v závislosti od úrovne emitovaného hluku a úrovne okolitého hluku v oblasti, ako aj od použitej technológie. Pre zjednodušenie pasívny sonar „vidí“ okolo lode, ktorá ho používa. Na ponorke pasívny sonar namontovaný na nose detekuje v smeroch asi 270 °, vycentrovaných na vyrovnanie lode, zoskupenie pripevnené k trupu asi 160 ° na každej strane a vlečné zoskupenie celých 360 °. Neviditeľné oblasti sú spôsobené vlastným zásahom lode. Akonáhle je signál detekovaný v určitom smere (čo znamená, že niečo vydáva zvuk v tomto smere, toto sa nazýva širokopásmová detekcia), je možné zväčšiť a analyzovať prijatý signál (úzkopásmová analýza). To sa zvyčajne robí pomocou Fourierovej transformácie, aby sa zobrazili rôzne frekvencie tvoriace zvuk. Pretože každý motor vydáva špecifický zvuk, je ľahké objekt identifikovať. Databázy jedinečných zvukov motora sú súčasťou tzv akustická inteligencia alebo ACINT.

Ďalším využitím pasívneho sonaru je určenie trajektórie cieľa. Tento proces sa nazýva analýza pohybu cieľa (TMA) a výsledným „riešením“ je rozsah, priebeh a rýchlosť cieľa.TMA sa vykonáva označením, z ktorého smeru prichádza zvuk v rôznych časoch, a porovnaním pohybu s pohybom vlastnej lode operátora. Zmeny v relatívnom pohybe sa analyzujú pomocou štandardných geometrických techník spolu s predpokladmi obmedzujúcich prípadov.

Pasívny sonar je nenápadný a veľmi užitočný. Vyžaduje však špičkové elektronické súčiastky a je nákladná. Spravidla je nasadený na drahých lodiach vo forme polí na zlepšenie detekcie. Povrchové lode ho využívajú v dobrom zmysle, ešte lepšie ho využívajú ponorky a využívajú ho aj lietadlá a vrtuľníky. Väčšinou sa jedná o „prekvapivý efekt“, pretože ponorky sa môžu skrývať pod tepelnými vrstvami. Ak sa veliteľ ponorky domnieva, že je sám, môže priblížiť svoj čln k povrchu a ľahšie ho odhaliť, alebo ísť hlbšie a rýchlejšie, a tak vydávať viac zvuku.

Príklady aplikácií sonaru na vojenské účely sú uvedené nižšie. Mnohé z civilných použití uvedených v nasledujúcej časti môžu byť použiteľné aj na námorné účely.

Protiponorková vojna

Až donedávna boli lodné sonary zvyčajne s poliami pripevnenými k trupu, buď uprostred lode alebo na prove. Po ich počiatočnom použití sa čoskoro zistilo, že sú potrebné prostriedky na zníženie hluku prúdenia. Prvé boli vyrobené z plátna na kostre, potom sa použili oceľové. Teraz sú kupoly zvyčajne vyrobené z vystuženého plastu alebo tlakovej gumy. Takéto sonary sú primárne aktívne v prevádzke. Príkladom konvenčného sonaru namontovaného na trupe je SQS-56.

Kvôli problémom s hlukom lode sa používajú aj ťahané sonary. Výhodou tiež je, že sa dajú umiestniť hlbšie do vody. Existujú však obmedzenia ich použitia v plytkej vode. Nazývajú sa to vlečné polia (lineárne) alebo sonary s variabilnou hĺbkou (VDS) s 2 / 3D poliami. Problém je v tom, že navijáky potrebné na ich nasadenie / obnovu sú veľké a drahé. Súpravy VDS sú primárne aktívne v prevádzke, zatiaľ čo vlečné polia sú pasívne.

Príkladom moderného aktívneho a pasívneho sonaru ťahaného loďou je Sonar 2087 vyrobený spoločnosťou Thales Underwater Systems.

Torpéda

Moderné torpéda sú zvyčajne vybavené aktívnym / pasívnym sonarom. Môže sa to použiť na umiestnenie priamo na cieľ, ale používajú sa aj torpéda na navádzanie. Skorým príkladom akustického homeru bolo torpédo Mark 37.

Protiopatrenia proti torpédu môžu byť odtiahnuté alebo zadarmo. Skorým príkladom bol Nemec Sieglinde prístroj, zatiaľ čo Odvážne bolo chemické zariadenie. Najčastejšie používaným americkým zariadením bolo ťahané zariadenie AN / SLQ-25 Nixie, zatiaľ čo mobilný podmorský simulátor (MOSS) bol bezplatným zariadením. Modernou alternatívou k systému Nixie je britský systém námorného torpédovania S2170 Surped Ship Torpedo Defense.

Bane

Bane môžu byť vybavené sonarom na detekciu, lokalizáciu a rozpoznanie požadovaného cieľa. Príkladom je baňa CAPTOR.

Moje protiopatrenia

Sonar proti banským protiopatreniam (MCM), niekedy nazývaný „sonar na vyhýbanie sa mína a prekážok (MOAS)“, je špecializovaný typ sonaru používaný na detekciu malých predmetov. Väčšina sonarov MCM je namontovaná na trupe, ale niekoľko typov má dizajn VDS. Príkladom sonaru MCM namontovaného na trupe je typ 2193, zatiaľ čo sonar na lov mín SQQ-32 a systémy typu 2093 sú prevedením VDS.

Podmorská navigácia

Ponorky sa vo väčšej miere spoliehajú na sonary ako pozemné lode, pretože nemôžu používať radar v hĺbke. Polia sonaru môžu byť pripevnené k trupu alebo ťahané. Informácie o typických tvaroch sú uvedené v Oyashio- ponorka triedy a Swifture- ponorka triedy.

Lietadlo

Helikoptéry je možné použiť na protiponorkovú vojnu nasadením polí s aktívnym a pasívnym sonobuoyom alebo môžu prevádzkovať ponorné sonary, ako napríklad AQS-13. Lietadlá s pevnými krídlami môžu tiež nasadiť sonoboye a majú väčšiu vytrvalosť a kapacitu na ich nasadenie. Spracovanie zo sonobuoy alebo ponorného sonaru sa môže uskutočniť v lietadle alebo na lodi. Výhodou ponorného sonaru je, že sa dá nasadiť do hĺbky zodpovedajúcej denným podmienkam. Vrtuľníky sa tiež používali na misie na protiopatrenie mín pomocou vlečných sonarov, ako je AQS-20A.

Podvodné komunikácie

Na lode a ponorky je možné namontovať špeciálne sonary pre komunikáciu pod vodou.

Oceánsky dohľad

USA začali systém pasívnych stabilných oceánskych monitorovacích systémov v roku 1950 s klasifikovaným názvom Sound Surveillance System (SOSUS) spolu s American Telephone and Telegraph Company (AT&T), s výskumom spoločnosti Bell Laboratories a zmluvnými dohodami o vývoji a výrobe spoločností Western Electric. inštalácia. Systémy využívali kanál SOFAR (hlboký zvuk) a boli založené na zvukovom spektrografe AT&T, ktorý prevádzal zvuk na vizuálny spektrogram predstavujúci časovo-frekvenčnú analýzu zvuku, ktorý bol vyvinutý na analýzu reči a upravený na analýzu nízkofrekvenčných podvodných zvukov. Tým procesom bola nízkofrekvenčná analýza a záznam a zariadenie sa označilo ako nízkofrekvenčný analyzátor a zapisovač, oba s skratkou LOFAR. Výskum LOFAR bol nazvaný Jezabel a viedlo k použitiu vo vzduchových a povrchových systémoch, najmä sonobuys používajúcich tento proces a niekedy používajúcich vo svojom názve výraz „Jezebel“. [43] [44] [45] Navrhovaný systém ponúkol taký prísľub detekcie ponoriek na veľké vzdialenosti, že námorníctvo nariadilo okamžité kroky na implementáciu. [44] [46]

Medzi inštaláciou testovacieho poľa a následným štyridsiatimi prvkami sa v Atlantiku a Tichomorí pod nezaradeným názvom nainštalovalo prototyp operačného poľa v rokoch 1951 a 1958. Projekt Caesar. Pôvodné systémy boli ukončené na utajovaných pobrežných staniciach označených ako Naval Facility (NAVFAC), ktoré sa vysvetľujú ako zapojené do „oceánskeho výskumu“, aby pokryli svoju utajovanú úlohu. Systém bol niekoľkokrát inovovaný pomocou pokročilejšieho kábla, ktorý umožňoval inštaláciu polí v oceánskych panvách a vylepšené spracovanie. Pobrežné stanice boli vyradené v procese konsolidácie a presmerovania polí do centrálnych spracovateľských centier do 90. rokov. V roku 1985, keď začali fungovať nové mobilné polia a ďalšie systémy, sa názov kolektívneho systému zmenil na Integrovaný podmorský monitorovací systém (IUSS). V roku 1991 bola misia systému odtajnená. Rok pred povolením opotrebovania insignií IUSS. Bol povolený prístup k niektorým systémom na vedecký výskum. [43] [44]

Predpokladá sa, že podobný systém fungoval aj v Sovietskom zväze.

Podvodná bezpečnosť

Sonar možno použiť na detekciu žabích mužov a ďalších potápačov. To môže byť uplatniteľné okolo lodí alebo pri vstupoch do prístavov. Aktívny sonar možno tiež použiť ako odstrašujúci a / alebo deaktivačný mechanizmus. Jedným z takýchto zariadení je systém Cerberus.

Ručný sonar

Zobrazovací sonar Limpet mine (LIMIS) je ručný alebo zobrazovací sonar namontovaný na ROV určený pre hliadkujúcich potápačov (bojových žabích mužov alebo potápačov na vyprázdňovanie) na hľadanie limpetových mín vo vode s nízkou viditeľnosťou.

LUIS je ďalší zobrazovací sonar na použitie potápačom.

Integrovaný navigačný sonarový systém (INSS) je malý ručný sonar v tvare baterky pre potápačov, ktorý zobrazuje dosah. [47] [48]

Zachyťte sonar

Toto je sonar určený na detekciu a lokalizáciu prenosov z nepriateľsky aktívnych sonarov. Príkladom toho je britský typ 2082 Predvoj-triedy ponoriek.

Rybolov

Rybolov je dôležité odvetvie, ktoré zaznamenáva rastúci dopyt, ale svetová tonáž klesá v dôsledku vážnych problémov so zdrojmi. Toto odvetvie čelí budúcnosti pokračujúcej globálnej konsolidácie, kým nebude možné dosiahnuť bod udržateľnosti. Konsolidácia rybárskych flotíl však vedie k zvýšeným požiadavkám na sofistikovanú elektroniku na hľadanie rýb, ako sú snímače, sirény a sonary. Rybári historicky používajú na hľadanie a lov rýb mnoho rôznych techník. Akustická technológia však bola jednou z najdôležitejších hybných síl rozvoja moderného komerčného rybolovu.

Zvukové vlny prechádzajú cez ryby inak ako cez vodu, pretože vzduchový plávací mechúr ryby má inú hustotu ako morská voda. Tento rozdiel hustoty umožňuje detekciu kŕdľov rýb pomocou odrazeného zvuku. Akustická technológia je zvlášť vhodná pre použitie pod vodou, pretože zvuk sa šíri ďalej a rýchlejšie pod vodou ako vo vzduchu. V súčasnosti sa komerčné rybárske plavidlá pri detekcii rýb takmer úplne spoliehajú na akustické sonary a sirény. Rybári tiež používajú technológiu aktívneho sonaru a sonaru na určenie hĺbky vody, obrysu dna a zloženia dna.

Spoločnosti ako eSonar, Raymarine, Marport Canada, Wesmar, Furuno, Krupp a Simrad vyrábajú rôzne sonary a akustické nástroje pre priemysel hlbokomorského komerčného rybolovu. Napríklad sieťové senzory vykonávajú rôzne merania pod vodou a prenášajú informácie späť do prijímača na palube plavidla. Každý snímač je vybavený jedným alebo viacerými akustickými meničmi v závislosti od jeho konkrétnej funkcie. Dáta sú prenášané zo senzorov pomocou bezdrôtovej akustickej telemetrie a sú prijímané hydrofónom namontovaným na trupe. Analógové signály sú dekódované a prevádzané digitálnym akustickým prijímačom na dáta, ktoré sú prenášané do mostového počítača na grafické zobrazenie na monitore s vysokým rozlíšením.

Znie ozvena

Zvuky ozveny sú procesy, ktoré sa používajú na určenie hĺbky vody pod loďami a člnmi. Typ aktívneho sonaru, ktorý znie ako ozvena, je prenos akustického impulzu priamo dolu na morské dno, ktorý meria čas medzi prenosom a návratom ozveny po dopade na dno a odrazení späť na svoju pôvodnú loď. Akustický impulz je vysielaný prevodníkom, ktorý rovnako prijíma spätnú ozvenu. Meranie hĺbky sa počíta vynásobením rýchlosti zvuku vo vode (priemerne 1 500 metrov za sekundu) a času medzi emisiou a návratom ozveny. [49] [50]

Hodnota podvodnej akustiky pre rybársky priemysel viedla k vývoju ďalších akustických nástrojov, ktoré fungujú podobným spôsobom ako ozveny, ale pretože sa ich funkcia mierne líši od pôvodného modelu ozvučnice, dostali odlišné podmienky.

Čisté umiestnenie

Siréna siete je siréna ozveny s prevodníkom namontovaným skôr na nadpise siete, ako na dne nádoby. Napriek tomu je potrebné vykonať niekoľko vylepšení, aby sa dodržala vzdialenosť od meniča k zobrazovacej jednotke, ktorá je oveľa väčšia ako v prípade bežného ozvučovacieho zariadenia. K dispozícii sú dva hlavné typy. Prvý je typ kábla, v ktorom sú signály vysielané po kábli. V tomto prípade musí byť k dispozícii lanový bubon, na ktorom sa môže kábel počas rôznych fáz operácie ťahať, strieľať a skladovať. Druhým typom je bezkáblová sieťová siréna - napríklad Marport's Trawl Explorer -, v ktorej sa signály vysielajú akusticky medzi sieťou a prijímačovým hydrofónom namontovaným na trupe na plavidle. V takom prípade nie je potrebný žiadny káblový bubon, ale na prevodníku a prijímači je potrebná sofistikovaná elektronika.

Displej na siréne siete zobrazuje skôr vzdialenosť siete od dna (alebo od povrchu) ako hĺbku vody, ako je to v prípade prevodníka pripevneného k trupu sondy. Fixný k nadpisu siete je zvyčajne viditeľný podstavec, ktorý naznačuje výkonnosť siete. Je tiež vidieť akúkoľvek rybu, ktorá prechádza do siete, čo umožňuje jemné nastavenie, aby sa chytilo čo najviac rýb. Pri iných druhoch rybolovu, kde je dôležité množstvo rýb v sieti, sa snímače prevodov zachytávajú v rôznych pozíciách na koncovom rukávci siete. Keď sa koncový rukávec zaplní, tieto snímače snímača úlovkov sa spúšťajú jeden po druhom a tieto informácie sa prenášajú akusticky, aby sa zobrazili monitory na mostíku plavidla. Veliteľ lode sa potom môže rozhodnúť, kedy vytiahne sieť.

Moderné verzie sirény siete, ktoré používajú viacprvkové meniče, fungujú skôr ako sonar ako sondy echa a ukazujú plátky oblasti pred sieťou, nielen vertikálny pohľad, ktorý používali pôvodné sirény siete.

Sonar je ozvučnica so smerovou schopnosťou, ktorá dokáže zobrazovať ryby alebo iné predmety v okolí plavidla.

ROV a UUV

Malé sonary boli namontované na diaľkovo ovládané vozidlá (ROV) a bezpilotné podvodné vozidlá (UUV), aby umožňovali ich prevádzku v kalných podmienkach. Tieto sonary sa používajú na pozeranie sa pred vozidlo. Systém dlhodobého prieskumu mín je UUV na účely MCM.

Umiestnenie vozidla

Sonary, ktoré slúžia ako majáky, sú namontované na lietadlách, aby umožnili ich lokalizáciu v prípade havárie v mori. Na starostlivosť o miesto sa môžu použiť krátke a dlhé základné sonary, napríklad LBL.

Protéza pre zrakovo postihnutých

V roku 2013 vynálezca v Spojených štátoch predstavil kombinézu „spider-sense“ vybavenú ultrazvukovými senzormi a systémami haptickej spätnej väzby, ktorá nositeľa upozorňuje na prichádzajúce hrozby a umožňuje mu reagovať na útočníkov, aj keď má zaviazané oči. [51]

Odhad biomasy

Detekcia rýb a iného morského a vodného života a odhad ich individuálnej veľkosti alebo celkovej biomasy pomocou aktívnych sonarových techník. Keď zvukový impulz prechádza vodou, naráža na objekty, ktoré majú inú hustotu alebo akustické vlastnosti ako okolité médium, napríklad ryby, ktoré odrážajú zvuk späť k zdroju zvuku. Tieto ozveny poskytujú informácie o veľkosti, umiestnení, početnosti a správaní rýb. Údaje sa zvyčajne spracúvajú a analyzujú pomocou rôznych softvérov, ako sú napr Echoview.

Meranie vĺn

Na meranie výšky a periódy vĺn je možné použiť dozadu vyzerajúci echoloter pripevnený na dne alebo na plošine. Z tejto štatistiky je možné odvodiť povrchové podmienky v danom mieste.

Meranie rýchlosti vody

Boli vyvinuté špeciálne sonary krátkeho dosahu, ktoré umožňujú meranie rýchlosti vody.

Spodné hodnotenie typu

Boli vyvinuté sonary, pomocou ktorých je možné charakterizovať morské dno, napríklad v blate, piesku a štrku. Relatívne jednoduché sonary, ako napríklad sonary echa, je možné povýšiť na systémy klasifikácie morského dna pomocou prídavných modulov, ktoré prevádzajú parametre echa na typ sedimentu. Existujú rôzne algoritmy, ale všetky sú založené na zmenách energie alebo tvaru odrazených zvukových signálov sirény. Pokročilú analýzu klasifikácie substrátu je možné dosiahnuť pomocou kalibrovaných (vedeckých) echosounderov a parametrickej alebo fuzzy-logickej analýzy akustických údajov.

Batymetrické mapovanie

Sonary s bočným skenovaním možno použiť na odvodenie máp topografie morského dna (batymetria) presunutím sonaru cez ne tesne nad dnom. Nízkofrekvenčné sonary, ako napríklad GLORIA, sa použili na prieskumy na kontinentálnom šelfe, zatiaľ čo vysokofrekvenčné sonary sa používajú na podrobnejšie prieskumy na menších plochách.

Profilovanie spodného dna

Boli vyvinuté výkonné nízkofrekvenčné ozvučnice, ktoré poskytujú profily horných vrstiev dna oceánu.

Detekcia úniku plynu z morského dna

Plynové bubliny môžu unikať z morského dna alebo do jeho blízkosti z viacerých zdrojov. Môžu byť detekované pasívnym [52] aj aktívnym sonarom [38] (zobrazené na schematickom obrázku [52] žltým a červeným systémom).

Vyskytujú sa prirodzené priesaky metánu a oxidu uhličitého. [38] Plynovody môžu unikať a je dôležité vedieť zistiť, či nedochádza k únikom zo zariadení na zachytávanie a ukladanie uhlíka (CCSF, napr. Vyčerpané ropné vrty, do ktorých sa ukladá vyťažený atmosférický uhlík). [53] [54] [55] [56] Kvantifikácia množstva úniku plynu je zložitá a hoci pri odhadoch je možné použiť aktívny a pasívny sonar, je potrebné spochybniť ich presnosť z dôvodu predpokladov, ktoré sú pri ich uskutočňovaní potrebné. zo sonarových údajov. [52] [57]

Syntetické otvory sonaru

V laboratóriu boli vyrobené rôzne sonary so syntetickou apertúrou a niektoré sa začali používať v systémoch lovu a hľadaní mín. Vysvetlenie ich činnosti je uvedené v sonare so syntetickou apertúrou.

Parametrický sonar

Parametrické zdroje využívajú nelinearitu vody na generovanie rozdielovej frekvencie medzi dvoma vysokými frekvenciami. Vytvorí sa virtuálne pole end-fire. Takýto projektor má výhody širokej šírky pásma, úzkej šírky lúča a pri úplnom rozvinutí a starostlivom meraní nemá zjavné postranné laloky: pozri Parametrické pole. Jeho hlavnou nevýhodou je veľmi nízka účinnosť iba niekoľkých percent. [58] P.J. Westervelt sumarizuje príslušné trendy. [59]

Sonar v mimozemských kontextoch

Na rôzne mimozemské účely sa navrhlo použitie pasívneho aj aktívneho sonaru,. [60] Príkladom použitia aktívneho sonaru je stanovenie hĺbky uhľovodíkových morí na titáne [61]. Príkladom použitia pasívneho sonaru je detekcia metánových padaní na titáne [62].

Bolo poznamenané, že návrhy, ktoré navrhujú použitie sonaru bez náležitého zohľadnenia rozdielov medzi pozemským (atmosférou, oceánom, minerálnym) prostredím a mimozemským prostredím, môžu viesť k chybným hodnotám [63] [64] [65 ] [66] [67] [68]

Účinok na morské cicavce

Výskum ukázal, že použitie aktívneho sonaru môže viesť k hromadnému uviaznutiu morských cicavcov. [69] Ukázalo sa, že veľryby zobaté, najbežnejšia obeť uviaznutia, sú vysoko citlivé na stredofrekvenčný aktívny sonar. [70] Aj iné morské cicavce, ako napríklad modrá veľryba, utiekli pred zdrojom sonaru [71], zatiaľ čo najpravdepodobnejšou príčinou hromadného uväznenia delfínov bola námorná aktivita. [72] Americké námorníctvo, ktoré čiastočne financovalo niektoré zo štúdií, uviedlo, že zistenia preukázali iba behaviorálne reakcie na sonar, nie skutočné ublíženie, ale „vyhodnotia účinnosť ochranných opatrení proti morským cicavcom na základe nových poznatkov. výsledky výskumu “. [69] V rozhodnutí Najvyššieho súdu USA z roku 2008 o použití sonaru americkým námorníctvom sa zistilo, že neexistujú žiadne prípady, keď by bolo presvedčivo preukázané, že sonar poškodil alebo zabil morského cicavca. [73]

Niektoré morské živočíchy, napríklad veľryby a delfíny, používajú echolokačné systémy, ktoré sa niekedy nazývajú biosonar lokalizovať predátorov a korisť. Výskum účinkov sonaru na modré veľryby v oblasti Southern California Bight ukazuje, že použitie stredných frekvencií sonaru narušuje stravovacie správanie veľrýb. To naznačuje, že sonarom indukované prerušenie kŕmenia a vytesňovania z vysoko kvalitných náplastí na korisť by mohlo mať významné a predtým nezdokumentované vplyvy na ekológiu hľadania potravy pre veľryby, zdravie jednotlivca a zdravie populácie. [74]

Preskúmanie dôkazov o hromadnom uviaznutí vorvaňovitých v súvislosti s námornými cvičeniami, pri ktorých sa používal sonar, bolo zverejnené v roku 2019. Dospelo sa v nej k záveru, že účinky vysokofrekvenčného aktívneho sonaru sú najsilnejšie na vorvaňovcovitých v Cuvieri, ale líšia sa medzi jednotlivcami alebo populáciami. Z preskúmania vyplýva, že sila odpovede jednotlivých zvierat môže závisieť od toho, či boli predtým vystavené sonaru, a že u uviaznutých veľrýb sa zistili príznaky dekompresnej choroby, ktoré môžu byť výsledkom takejto reakcie na sonar.Zmienila sa o tom, že na Kanárskych ostrovoch, kde bolo predtým hlásených viac uviaznutí, sa už hromadné uviaznutia nevyskytli, keď boli v tejto oblasti zakázané námorné cvičenia, počas ktorých sa používal sonar, a odporučil rozšírenie zákazu na ďalšie oblasti, kde hromadné uviaznutia naďalej pokračujú. nastať. [75] [76]

Účinok na ryby

Zvuky sonaru vysokej intenzity môžu u niektorých rýb spôsobiť malý dočasný posun v prahu sluchu. [77] [78] [a]

Frekvencie sonarov sa pohybujú od infrazvuku po viac ako megahertz. Všeobecne platí, že nižšie frekvencie majú väčší rozsah, zatiaľ čo vyššie frekvencie ponúkajú lepšie rozlíšenie a menšiu veľkosť pre danú smerovosť.

Aby sa dosiahla primeraná smernosť, frekvencie pod 1 kHz všeobecne vyžadujú veľkú veľkosť, zvyčajne sa ich dosahuje ako vlečné pole. [79]

Nízkofrekvenčné sonary sú voľne definované ako 1–5 kHz, aj keď niektoré námorné lode považujú 5–7 kHz aj za nízkofrekvenčné. Stredná frekvencia je definovaná ako 5–15 kHz. Iný štýl delenia považuje nízku frekvenciu pod 1 kHz a strednú frekvenciu od 1 do 10 kHz. [79]

Sonary z doby druhej svetovej vojny fungovali na relatívne vysokej frekvencii 20–30 kHz, aby sa dosiahla smernosť pomocou primerane malých prevodníkov s typickým maximálnym operačným rozsahom 2 500 yardov. Povojnové sonary využívali nižšie frekvencie na dosiahnutie väčšieho dosahu napr. SQS-4 pracoval pri 10 kHz s dosahom až 5 000 yardov. SQS-26 a SQS-53 fungovali na 3 kHz s dosahom až 20 000 yd, ich kupoly mali veľkosť približne. 60-ft personálny čln, horná hranica veľkosti pre konvenčné sondy trupu. Dosiahnutie väčších rozmerov pomocou konformného sonarového poľa rozloženého po trupe doteraz nebolo efektívne, pre nižšie frekvencie sa preto používajú lineárne alebo ťahané polia. [79]

Japonské sonary z 2. svetovej vojny fungovali na rôznych frekvenciách. Typ 91 s 30 palcovým kremenným projektorom pracoval pri 9 kHz. Typ 93 s menšími kremennými projektormi pracoval pri 17,5 kHz (model 5 pri 16 alebo 19 kHz magnetostrikčne) s výkonom medzi 1,7 a 2,5 kilowattmi s dosahom až 6 km. Neskorší typ 3 s nemecky konštruovanými magnetostrikčnými meničmi pracoval pri 13, 14,5, 16 alebo 20 kHz (podľa modelu) s použitím dvojitých prevodníkov (okrem modelu 1, ktorý mal tri samostatné), s výkonom 0,2 až 2,5 kilowattov. Jednoduchý typ používal magnetostrikčné meniče 14,5 kHz pri 0,25 kW, poháňané namiesto oscilátorov kapacitným výbojom, s dosahom až 2,5 km. [21]

Rozlíšenie sonaru sú uhlové objekty, ktoré sú od seba vzdialenejšie a sú snímané s nižším rozlíšením ako tie blízke.

Ďalší zdroj uvádza rozsahy a rozlíšenia vs frekvencie pre sonary SideScan. 30 kHz poskytuje nízke rozlíšenie s rozsahom 1000–6000 m, 100 kHz poskytuje stredné rozlíšenie na 500–1000 m, 300 kHz poskytuje vysoké rozlíšenie na 150–500 m a 600 kHz poskytuje vysoké rozlíšenie na 75–150 m. Sonary s dlhším dosahom sú nepriaznivo ovplyvnené nehomogenitami vody. Niektoré prostredia, zvyčajne plytké vody blízko pobrežia, majú komplikovaný terén s mnohými vlastnosťami, ktoré si vyžadujú vyššiu frekvenciu. [80]


Video: آهنگ زیبای پشتوستا په مینه دزره شه دید پشتو سندره