Side scan sonar

Side scan sonar

GEOLOGIE EN MARIENE BIOLOGIE

Side scan sonar

Ek wou die toespraak voorstel 'n instrument wat nou baie gebruik word in mariene geologie, Ek praat oor die side scan sonar.

Dit is sedert 1950 vir die eerste keer geëksperimenteer Professor Harold Edgerton in Hudson se oseanografielaboratoriums. Hierdie instrument is vir die eerste keer deur die Amerikaanse vloot gebruik, en daarna omskep in 'n uitstekende bondgenoot vir die identifikasie van wrakke, eers na 'n paar jaar is dit gebruik vir die studie van die seebodem.

Dit is in werklikheid 'n sonar, maar anders as hierdie, gee 'n driedimensionele beeld van die seebodem met die vermoë om laterale impulse uit te gee. Die geluidsimpulse wat dit uitgee, is tussen 100 en 500 KHz, maar hoe hoër die gebruikte frekwensie, dus die beeldresolusie, hoe laer is die kijkhoek. Dit sal dus die tegnikus wees, soos die analise van die agtergrond voortgaan, om te besluit of hy 'n breër beskouing of 'n meer gedefinieerde beeld verkies.

Die sonskand-sonar word gevorm deur 'n instrument soortgelyk aan 'n klein torpedo wat in die water voortgaan, genaamd "vis", van 'n kabel wat die data bevat wat op die boot versamel is, en vanaf 'n databeheer- en opname-eenheid, gewoonlik 'n skootrekenaar.

Die onderwatereenheid word met die boot gesleep langs die voorafbepaalde roetes, word enige afwykings as gevolg van die spoed van die voertuig outomaties reggestel. Die instrument gebruik nie die weerkaatsing van die akoestiese golwe nie, maar die afwyking daarvan, word die klankpuls gestuur deur twee omskakelaars op die "vis": as 'n golf 'n oppervlak tref wat 'n hoek het wat die golf self in die gesig staar, soos 'n ontkoppelde oppervlak, buig die golffront om die ontkoppelings en lei dit tot 'n gedifferensieerde golf. Elke punt van die agtergrond wat deur 'n akoestiese golf bereik word, as dit geskikte eienskappe het, word 'n bron van gediffrakteerde golwe.

Die frekwensie en lengte van die golf hang af van die kenmerke van die bodem. Die terugkeer van die akoestiese golf dit word dus deur die transducers opgeneem en die sein word omgeskakel na 'n beeld wat bestaan ​​uit 'n reeks lyne wat uit enkele punte (pixels) bestaan, en elke lyn is die weergawe van die eggo's wat deur 'n enkele pols geproduseer word. Op grond van die amplitude van die retoursein (dus die morfologie van die agtergrond) skep die instrument 'n beeld in skakerings van grys, soortgelyk aan 'n lugfoto in swart en wit.

Sodra die data opgeteken is, sal ons 'strepe' van die seebodem hê, wat as finale kaart aan die gebruiker teruggestuur word, deur spesifieke sagteware verwerk word.

Side scan sonar word vir verskillende dinge gebruik: identifisering van wrakke, identifisering van gevare vir navigasie, bestudering van die badmetrie vir die posisionering van kabels of olie- / gaskanale, en vir die konstruksie van gedetailleerde kaarte.

Daar is twee soorte gereedskap: een vir die opmeting van die kus binne 400 meter, en een vir diep waters van meer as 1000 m.

Ingevolge ondersoek op harde grond, dus gesteentes, word die gebruik van die sy-skand-sonar nie aanbeveel nie weens die onleesbaarheid van die data wat verkry is.

Dr. Rossella Stocco


Side scan sonar


Die sy-scan sonar skep 'n beeld van die onderkant met behulp van klankgolwe. Alhoewel dit soos 'n prentjie kan lyk, hang die beeld af van die wisselwerking tussen die klankgolwe en die bodem. Die stelsel gebruik die tyd van die terugkeer om 'n afstand te bereken, en vertoon dan die intensiteit van die terugkeer in 'n grys skakering. Die intensiteit van die opbrengs hang af van:

  • Hardheid van die bodem. Harde, rotsagtige bodems weerspieël die grootste deel van die geluid, terwyl sagte, modderige bodems die meeste energie absorbeer. Mensgemaakte funksies is oor die algemeen moeilik, en dinge soos krappotte het 'n aantal skuins oppervlaktes wat op dieselfde manier werk as die radarreflektors op die maste van 'n seilboot om baie energie te weerspieël en groter kan lyk as wat dit werklik is.
  • Gladheid van die bodem. 'N Gladde bodem werk soos 'n spieël en weerkaats geluid in net een rigting - dus, tensy die balk die bodem onder 'n hoek van 90 ° tref, sal die weerkaatsing nie na die sleepvis terugkeer nie. 'N Ruwe oppervlak sal die klank verstrooi, en sommige sal terugkom. Wat glad is, hang af van die golflengte van die energie - vir lig moet 'n spieël ongelooflik glad wees (ongeveer 500 nanometer), maar vir die sonare is glad of ruw op die skaal van 'n paar sentimeter, wat dieselfde grootte het as die radar-energie wat gebruik word vir sommige karteringstoepassings op land.
  • Helling van die bodem. Daar sal beter opbrengste wees as die klank 'n bodem tref wat skuins op en weg van die vis is, en min as die onderkant afwaarts skuins.

  • Swadbreedte: die afstand aan weerskante van die sleepvis afgelê. Dit word gewoonlik beheer deur 'n vaste drukhoek vir die uitgestraalde geluidstrale, en die werklike breedte hang af van die hoogte van die vis bokant die bodem wat beheer kan word.
  • TWTT (tweerigting reistyd): die tyd wat dit neem vir geluid om van die sleepvis na die teiken te gaan en terug te keer. Vanuit die TWTT en die spoed van die klank kan die skuins bereik na die teiken bereken word.
  • Skuins reeks: afstand na die teiken wat deur die klank gereis word. Dit is die skuinssy van die driehoek met die vishoogte en die regte horisontale grondafstand soos die ander bene.
  • Lê terug.
  • Kruispad en langs baan: elke ping van die syskandering versamel data in die dwarsbaanrigting, loodreg op die skip en sleepvispad. As die sleepvis in die rigting van die spoorbaan beweeg, sal die volgende ping verplaas word en die volgende lyn in die rigting van die spoor afbeeld. Die gedeelte van die afbeelding wat die waterkolom toon, sal die rigting van die spoor aandui as die beeld meetkundig gekorrigeer is om die waterkolom te verwyder, sal die verwronge pixels die rigting van die spoor wys.
Sterk opbrengste word nou gewoonlik in wit getoon, en geen opbrengste in swart nie, wat die klankskadu aandui. Dit was nie altyd die geval met die eerste stelsels wat slegs 'n papieropnemer gebruik het en slegs swart ink op die teikens geplaas het nie. U moet altyd die kleurkonvensie wat in die beelde waarna u kyk, verifieer. Kleure word soms ook gebruik om baie sterk opbrengste uit te lig en om 'n waakstander waaksaam te hou wanneer hulle binnekom. 'N Goue kleurskema is die algemeenste vandag.
GrysskaalPasgemaakte goue kleurskaal

Laer frekwensies verswak minder en ry verder walvisse gebruik lae frekwensies om die omvang van hul kommunikasie te vergroot.

Figuur 1 hieronder toon twee aansigte van Submarine S5. Die foto aan die linkerkant is kleiner, wat daarop dui dat die sonar met 'n langer reikafstand werk. Dit verskaf minder besonderhede, maar beslaan 'n groot gebied en is gewoonlik die manier waarop sonare gebruik word om te soek. Side scan sonare is ontwerp om die seebodem van die kant af te sien en bied baie swak meetkunde direk onder die sleepvis (Figuur 2). In beide Figuur 1 en 2 word die sleepvis van die sleepvis aangedui deur die groot pixels. Vir die beeld van die S5, nadat die NOAA-opnameskip die wrak opgespoor het, het hulle na 'n kort afstand aan die sykant oorgeskakel om 'n beter beeld te versamel, en hulle het vir 'n tweede pas teruggekeer met die skeepsbaan in dieselfde rigting as die wrak. . Daarbenewens het hulle verseker dat die wrak in die middel van een kanaal was, en nie onder die vis nie. As die opname wat Figuur 12 verkry het, belangstel in besonderhede van die wrak, sou hulle 'n tweede pas geneem het en verseker het dat hulle na die kant van die wrak oorgegaan het. Behalwe dat hy nie oor die wrak wil gaan nie, moet die sleepvis ook naby die bodem wees om die skaduwees te verbeter. Let op dat die skaduwees in Figuur 11 meer inligting bied as die werklike beeld van die wrak.

Die verligte area is die weerkaatsing en donker is die skaduwee.

Opmetingsvate kan terselfdertyd meerstraal-badmetrie en sy-sonar-beelde verkry (Figuur 7), en die kombinasie van hierdie resultate vergroot aansienlik wat 'n ontleder in die data kan sien (Figuur 13).

Figuur 13. Vergelyking van ouer sy-skandering en multi-balk stelsels op skeepswrak. Die nuwer stelsels met 'n hoër resolusie is regs van die beeld.

Die syskansopname het 'n breedte van die oppervlakte, dit is die oppervlakte wat bedek is. Dit is 'n bietjie minder as twee keer die omvang, want die aangehaalde omvang is die skuins omvang vir elke kanaal. As die vis op die voorkeurhoogte is (15% van die swadbreedte), is die horisontale afstand aan die onderkant ongeveer 99% van die reeks. As die skeepspore presies twee keer so groot was, sou u byna 100% dekking kry, maar die streek direk onder die sleepvis sou vreeslik dekking hê. As die skeepspore die helfte van die afstand was, bedek u elke punt aan die onderkant twee keer, en die streek direk onder die vis op een pas sou aan die rand van die volgende pas wees. In beide gevalle sou u wou hê dat die spasiëring 'n bietjie nader sou wees om leemtes te voorkom. Die afstand wat u kies, hang af van die beskikbare tyd en geld, en die moontlike koste om dit wat u soek, te mis.

Side scan sonar versamel beelde. 'N Verwante stelsel, multibeam of swad-badmetrie, versamel diepte-inligting.


Side scan sonar

Die toonaangewende sagteware vir die kartering van die seebodem stel die landmeters in staat om:

  • Bespeur klein teikens deur verbeterde resolusie oor die hele baan
  • Identifiseer verskille tussen ou en nuwe opnames deur middel van die SonarWiz-instrumente vir deursigtigheid, swipe of lynverskuiwing.
  • Behou die volle getrouheid van sonardata in verskeie formate. SonarWiz maak byvoorbeeld voorsiening vir opnames in XTF-industrie-standaard of verskafferspesifieke formate soos Edgetech JSF of Kongsberg-GeoAcoustics GCF.
  • Vereenvoudig die uitvoering van die missie deur die gebruik van 'n enkele, maklik leerbare kaartoplossing.
  • Skep uitstekende kontakverslae danksy verbeterde redigeringsfunksies. Voer data maklik uit na verskillende formate, insluitend PDF, OpenOffice, Microsoft Word en HTML.
  • Optimaliseer die tyd op die water deur gebruik te maak van gesofistikeerde beplanningsinstrumente.
  • Verlaag die koste deur gebruik te maak van intydse data-verkryging om die kwaliteit en dekking te bevestig voordat u die dekking verlaat.
  • Genereer moderne mosaïeke, kontak- en watervalbeelde met 64-bis-skerms met hoë resolusie.

SonarWiz-funksiebesonderhede

Opname Beplanning
  • Laai agtergrondkaarte en kaarte uit verskillende formate, waaronder DNC, RNC, S57 en GeoTIFF.
  • Beplan opmetingslyne outomaties parallel met 'n verwysingslyn binne 'n veelhoek gebaseer op effektiwiteit of konvensionele patrone.
  • Genereer beplande opnamekaarte as 'n GeoPDF, GeoTIFF, ECW, JPEG of Google Earth.
  • Skat opname tydsberekening.
Na-verwerking
  • Voorbeskou lêers met die SNIFF-funksie.
  • Voeg navigasie-data by en herstel dit met NavInjectorPro.
  • Gebruik gevorderde seinverwerking en versterkingsbeheer deur gebruik te maak van funksies soos straalhoekkorreksie, ontstriping, nie-lineêr per kanaal TVG, AGC, bandpasfiltering en stapeling, kontak (teiken) vaslegging, aantekening en opsommende verslagdoening via 3D Viewer .
  • Gebruik buigsame ontspanningskonfigurasies.
  • Maklik afdrukbare afdruk.
  • Rooster / kontoer isopak-tipe vormfilter / roosteropwekking uit geselekteerde veranderlikes (bv. Hoogte + diepte).
Hardeware verenigbaarheid

SonarWiz is verenigbaar met die volgende Sonar-hardeware:

  • 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 , en Tritech.
  • Raadpleeg ons Ondersteunde koppelvlakke en lêerformate vir 'n lys van die vele formate wat ons ondersteun. As u nie een sien nie, moet u net vra!


Dinge wat u moet oorweeg terwyl u dieptesoeker met sybeelding koop

Daar is 'n paar belangrike dinge wat u moet oorweeg wanneer u op 'n syaansigdieptevinder belê.

Hieronder is die volgende:

Krag

Hoë krag is altyd goed. Dit is die rede waarom die keuse van een met hoër watt goed is om sterker krag te kry.

Frekwensies

U moet seker maak watter resolusies u presies benodig. Bepaal net of u enkel-, dubbele of meervoudige frekwensies benodig. Frekwensies speel belangrike rolle vir die effektiwiteit van die sonarskandeerders.

Die vuistreël kies hoe hoër die frekwensie is om meer besonderhede op die skerm te kry. Baie ervare professionele persone meen egter dat laer frekwensies ideaal is vir dieper waters en hoër frekwensies goed is vir vlak water.

Skerm resolusie

Hoër skermresolusie is altyd goed. Dit help u om meer besonderhede te sien en u teiken te bepaal.

Omsetters

Omsetters word gebruik om sonargolwe deur die water uit te gee om digitale voorstellings van nie-lewende voorwerpe, strukture en lewende dinge soos vlees in te stel. Omskakelaars is noodsaaklik om visinstrumente te maak.

Skermkleur

Die keuse van hoëskermskerms is goed om 'n wye verskeidenheid kleure te kry wat u help om verskillende voorwerpe maklik te onderskei. Dit is waarom die regte skermkeuse hier van belang is.

Wat is 'n visvinder by sybeelde?

Soos die naam aandui, is 'n visvinder by die sybeelde basies 'n sonar-toestel wat gebruik word om visse onder die water te vind. U kan die beste tyd op die water benut. Dit maak gebruik van sonartegnologie wat saam met 'n spesifieke omskakelaar kom. U hoef dit net aan die buitekant van die boothoek te plaas om 'n blik op die visse te hê.

Die nut aspek van side scan vis finder

Met behulp van 'n visvinder kan u 'n ryk visvangplek en die bestaan ​​van visse kies. Gevolglik kan u die nodige stappe doen om die visse maklik te vang. Sodoende kan u u visvangervaring vereenvoudig.

Op grond van die beste visvinder-resensies het ons die beste viszoekers (van 2021) gebruik wat die beste tegnologieë gebruik om die beste ervaring te verseker.


By-scan sonar kan gebruik word om opnames te doen vir mariene argeologie in samewerking met monsters van die seebodem, wat 'n begrip kan gee van die verskille in materiaal en tekstuur van die seebodem. Side-scan sonar-beeldmateriaal is ook 'n algemeen gebruikte instrument om rommelitems en ander obstruksies op die seebodem op te spoor wat gevaarlik kan wees vir die skeepvaart of vir seebodeminstallasies deur die olie- en gasbedryf. Daarbenewens kan die status van pypleidings en kabels op die seebodem ondersoek word met behulp van 'n sy-scan sonar. Sidescan-data word gereeld verkry, tesame met badmetriese sondes en onder-onder-profiel-data, wat 'n blik op die vlak struktuur van die seebodem bied. Side-scan sonar word ook gebruik vir vissery-navorsing, baggerwerk en omgewingstudies. Dit het ook militêre toepassings, waaronder mynopsporing.

Kant-skandering gebruik 'n sonar-toestel wat koniese of waaiervormige polse afwaarts na die seebodem afgee oor 'n wye hoek loodreg op die baan van die sensor deur die water, wat van 'n oppervlakvat of duikboot gesleep kan word, of op die skip gemonteer kan word. romp. Die intensiteit van die akoestiese weerkaatsings vanaf die seebodem van hierdie waaiervormige balk word in 'n reeks dwarsbaan-snye aangeteken. As hulle aanmekaar vasgewerk word in die bewegingsrigting, vorm hierdie snye 'n beeld van die seebodem binne die balk (bedekkingswydte) van die balk. Die klankfrekwensies wat in sy-scan sonar gebruik word, wissel gewoonlik van 100 tot 500 kHz hoër frekwensies lewer 'n beter resolusie, maar minder bereik.

Tegnologie wysig

Die vroegste sonskandering sonare het 'n enkele coniese-straal omvormer gebruik. Vervolgens is eenhede met twee omskakelaars gemaak om albei kante te bedek. Die omskakelaars was vervat in een pakket op die romp of met twee pakkette aan weerskante van die vaartuig. Vervolgens het die transducers na waaiervormige balke ontwikkel om 'n beter "sonogram" of sonarbeeld te lewer. Om in diep water nader aan die bodem te kom, is die transduktors in 'n "sleepvis" geplaas en met 'n sleepkabel getrek.

Tot in die middel tagtigerjare is kommersiële skanderingsbeelde op papierplate vervaardig. Die vroeë papierrekords is vervaardig met 'n omvattende plotter wat die prentjie in 'n papierrolplaat verbrand het. Later plotters het die posisie- en skeepsbewegingsinligting gelyktydig op die papierrekord opgestel. In die laat tagtigerjare het kommersiële stelsels wat die nuwer, goedkoper rekenaarstelsels gebruik, digitale skanderingskakelaars ontwikkel wat goedkoper die analoogskakelaars wat deur die militêre stelsels gebruik word om TV- en rekenaarbeelde van die skandering te produseer, kan naboots en op videoband kan stoor . Tans word data op rekenaar se hardeskywe of vastetoestandmedia gestoor.

Militêre toepassing Edit

Een van die uitvinders van side-scan sonar was die Duitse wetenskaplike, dr. Julius Hagemann, wat na die Tweede Wêreldoorlog na die VSA gebring is en van 1947 tot sy dood in 1964 by die US Navy Mine Defense Laboratory, Panama City, FL gewerk het. Sy werk is gedokumenteer in Amerikaanse patent 4 197 591 [1] wat die eerste keer in Augustus 1958 bekend gemaak is, maar deur die Amerikaanse vloot geklassifiseer gebly het totdat dit uiteindelik in 1980 uitgereik is. Eksperimentele sy-skandering-sonarstelsels is gedurende die 1950's in laboratoriums, insluitend Scripps Institution, gemaak of Oceanography and Hudson Laboratories en deur Dr. Harold Edgerton by MIT.

Militêre sonskandering sonars is in die 1950's deur Westinghouse gemaak. Gevorderde stelsels is later ontwikkel en gebou vir spesiale militêre doeleindes, soos om H-bomme op see te verloor of om 'n verlore Russiese duikboot te vind, by die Westinghouse-fasiliteit in Annapolis tot in die negentigerjare. Hierdie groep het ook die eerste en enigste werk vervaardig Hoekkyk Sonar wat voorwerpe kan opspoor terwyl hulle onder die voertuig kyk.

Kommersiële aansoek Edit

Die eerste kommersiële sy-skanderingstelsel was die Kelvin Hughes 'Transit Sonar', 'n omskakelde eggo-sonder met 'n eenkanaal, paalgemonteerde, waaierbundel-omvormer wat omstreeks 1960 ingestel is. In 1963 het dr. Harold Edgerton, Edward Curley en John Yules het 'n koniese bundel-sonar-sonar van 12 kHz gebruik om die gesinkte Vineyard Lightship in Buzzards Bay, Massachusetts, te vind. 'N Span onder leiding van Martin Klein by Edgerton, Germeshausen & Grier (later EG & G., Inc.) het die eerste suksesvolle, twee-kanaal kommersiële sy-scan-sonarstelsel met sleep, van 1963 tot 1966 ontwikkel. Martin Klein word algemeen beskou as die "vader" van kommersiële sy-scan sonar. In 1967 gebruik Edgerton Klein se sonar om Alexander McKee te help om Henry VIII se vlagskip te vind Mary Rose. Dieselfde jaar gebruik Klein die sonar om argeoloog George Bass te help om 'n 2000 jaar oue skip voor die kus van Turkye te vind. In 1968 het Klein Klein Associates (nou Klein Marine Systems) gestig en verder gewerk aan verbeterings, insluitend die eerste kommersiële hoëfrekwensie (500 kHz) stelsels en die eerste dubbelfrekwensie-sy-scan sonars, en die eerste gekombineerde sy-scan en sub- sonar met onderste profiel. In 1985 het Charles Mazel van Klein Associates (nou Klein Marine Systems, Inc.) die eerste kommersiële video's vir sonar-opleidings op die side-scan geproduseer en die eerste Side Scan Sonar-opleidingshandleiding en twee oseanograwe het die wrak van die RMS gevind Titanic.

Die GLORIA-kantsonar is vir die opmeting van groot gebiede deur Marconi Underwater Systems en die Institute of Oceanographic Sciences (IOS) vir NERC ontwikkel.GLORIA staan ​​vir Geological Long Range Inclined Asdic. [2] Dit is deur die US Geological Survey en die IOS in die Verenigde Koninkryk gebruik om beelde van kontinentale rakke wêreldwyd te verkry. Dit het relatief lae frekwensies gehad om langafstand te verkry. Soos die meeste side-scan sonars, word die GLORIA-instrument agter 'n skip gesleep. GLORIA het 'n ping-tempo van twee per minuut en bespeur opbrengste vanaf 'n reeks van tot 22 km weerskante van die sonarvis.


Inhoud

  • 1 Geskiedenis
    • 1.1 ASDIC
    • 1.2 SONAR
    • 1.3 Amerikaanse vloot se onderwatergeluidlaboratorium
    • 1.4 Materiaal en ontwerpe in die VSA en Japan
    • 1.5 Later ontwikkelinge in transducers
  • 2 Aktiewe sonar
    • 2.1 Projek Artemis
    • 2.2 Transponder
    • 2.3 Prestasievoorspelling
    • 2.4 Hand sonar vir gebruik deur 'n duiker
    • 2.5 Opwaartse sonar
  • 3 Passiewe sonar
    • 3.1 Identifisering van klankbronne
    • 3.2 Geraasbeperkings
    • 3.3 Prestasievoorspelling
  • 4 Prestasie faktore
    • 4.1 Gesonde voortplanting
    • 4.2 Verspreiding
    • 4.3 Teiken eienskappe
    • 4.4 Teenmaatreëls
  • 5 Militêre toepassings
    • 5.1 Anti-duikboot oorlogvoering
    • 5.2 Torpedo's
    • 5.3 Myne
    • 5.4 Mynmaatreëls
    • 5.5 Duikbootnavigasie
    • 5.6 Vliegtuie
    • 5.7 Onderwater kommunikasie
    • 5.8 Oseaanbewaking
    • 5.9 Onderwater sekuriteit
    • 5.10 Hand-sonar
    • 5.11 Onderskeepsonar
  • 6 Burgerlike aansoeke
    • 6.1 Visserye
    • 6.2 Echo klink
    • 6.3 Netto ligging
    • 6.4 ROV en UUV
    • 6.5 Voertuigligging
    • 6.6 Prostese vir gesiggestremdes
  • 7 Wetenskaplike toepassings
    • 7.1 Skatting van biomassa
    • 7.2 Golfmeting
    • 7.3 Meting van watersnelheid
    • 7.4 Onderliggende tipe assessering
    • 7.5 Badmetriese kartering
    • 7.6 Onder-bodem-profilering
    • 7.7 Gaslekopsporing vanaf die seebodem
    • 7.8 Sintetiese sonaropeninge
    • 7.9 Parametriese sonar
    • 7.10 Sonar in buiteaardse kontekste
  • 8 Effek van sonar op die seelewe
    • 8.1 Effek op seesoogdiere
    • 8.2 Effek op vis
  • 9 Frekwensies en resolusies
  • 10 Kyk ook
  • 11 Verklarende aantekeninge
  • 12 aanhalings
  • 13 Algemene bibliografie
    • 13.1 Visserye akoestiek verwysings
  • 14 Verdere leeswerk
  • 15 Eksterne skakels

Alhoewel sommige diere (dolfyne, vlermuise, sommige spitsmuise en ander) miljoene jare lank geluid gebruik het vir kommunikasie en opsporing van voorwerpe, word die gebruik deur mense in die water aanvanklik in 1490 opgeteken deur Leonardo da Vinci: 'n buis wat in die water geplaas is word gesê dat dit gebruik word om vate op te spoor deur 'n oor na die buis te plaas. [4]

Aan die einde van die 19de eeu is 'n onderwaterklok gebruik as 'n aanvulling op vuurtorings of ligskepe om waarskuwings vir gevare te gee. [5]

Die gebruik van klank om onder water te "eggo-lokaliseer" op dieselfde manier as wat vlermuise klank vir lugnavigasie gebruik, blyk te wees dat die Titanic ramp van 1912. [6] Die Engelse meteoroloog Lewis Fry Richardson, 'n maand nadat die Titanic, [7] en 'n Duitse fisikus Alexander Behm het in 1913 'n patent vir 'n eggo-sirene gekry. [8]

Die Kanadese ingenieur Reginald Fessenden het, terwyl hy by die Submarine Signal Company in Boston, Massachusetts gewerk het, 'n eksperimentele stelsel gebou wat in 1912 begin het, 'n stelsel wat later in Boston Harbor getoets is, en uiteindelik in 1914 vanuit die VSA. Inkomste Snyer Jy het my lief op die Grand Banks buite Newfoundland. [7] [9] In die toets het Fessenden diepte-klank, kommunikasie onder water (Morsekode) en weerklank aangetoon (met 'n ysberg op 'n afstand van 3,2 km). [10] [11] Die "Fessenden-ossillator", wat teen 500 Hz frekwensie bedryf word, kon nie die draag van die ysberg bepaal nie weens die golflengte van 3 meter en die klein afmeting van die straalvlak van die transducer (minder as 1 ⁄3 golflengte in deursnee). Die tien Britse H-klas duikbote wat in 1915 van stapel gestuur is, is met Fessenden-ossillators toegerus. [12]

Gedurende die Eerste Wêreldoorlog het die behoefte aan die opsporing van duikbote gelei tot meer navorsing oor die gebruik van klank. Die Britte het vroegtydig gebruik gemaak van onderwater-luistertoestelle genaamd hidrofone, terwyl die Franse fisikus Paul Langevin, saam met 'n Russiese immigrant-elektriese ingenieur Constantin Chilowsky, in 1915 gewerk het aan die ontwikkeling van aktiewe klankapparate vir die opsporing van duikbote. Alhoewel piëzo-elektriese en magnetostriktiewe omskakelaars later vervang is die elektrostatiese transducers wat hulle gebruik het, het hierdie werk die toekomstige ontwerpe beïnvloed. Liggewig geluidsensitiewe plastiekfilm en optiese vesel is vir hidrofone gebruik, terwyl Terfenol-D en PMN (loodmagnesiumniobaat) vir projektors ontwikkel is.

ASDIEK

In 1916, onder die British Board of Invention and Research, het die Kanadese fisikus Robert William Boyle die aktiewe klankopsporingprojek met A. B. Wood aangepak en 'n prototipe vervaardig om middel 1917 te toets. Hierdie werk vir die Afdeling Anti-Onderzeeërs van die Britse vlootstaf is in die geheim gehou en het kwarts-piezo-elektriese kristalle gebruik om die wêreld se eerste praktiese onderwater-aktiewe klankopsporingstoestel te vervaardig. Om geheimhouding te handhaaf, is geen melding gemaak van klankeksperimentering of kwarts nie - die woord wat gebruik word om die vroeë werk ("supersonics") te beskryf, is verander na "ASD" ics, en die kwartsmateriaal na "ASD" ivite: "ASD" vir " Anti-Submarine Division ", vandaar die Britse akroniem ASDIEK. In 1939, in antwoord op 'n vraag van die Oxford Engelse woordeboek, het die Admiraliteit die verhaal uitgemaak dat dit staan ​​vir 'Allied Submarine Detection Investigation Investigation Committee', en dit word steeds algemeen geglo, [13] hoewel geen komitee met hierdie naam in die Admiraliteitsargiewe gevind is nie. [14]

Teen 1918 het Brittanje en Frankryk prototipe aktiewe stelsels gebou. Die Britte het hul ASDIC op HMS getoets Antrim in 1920 en begin met produksie in 1922. Die 6de Destroyer Flotilla het in 1923 ASDIC-toegeruste vaartuie. 'n HMS teen duikboot Visarend en 'n opleidingsflotilla van vier vaartuie is in 1924 op Portland gestig.

Met die uitbreek van die Tweede Wêreldoorlog het die Royal Navy vyf stelle gehad vir verskillende oppervlakteskipklasse, en ander vir duikbote, opgeneem in 'n volledige anti-duikbootstelsel. Die doeltreffendheid van vroeë ASDIC is belemmer deur die gebruik van dieptelading as 'n onderduikse wapen. Dit het vereis dat 'n aanvallende vaartuig oor 'n onderwater kontak moes gaan voordat hy die laste oor die agterstewe laat val het, wat gelei het tot 'n verlies aan ASDIC-kontak in die oomblikke voor die aanval. Die jagter het effektief blind geskiet, waartydens 'n duikbootbevelvoerder ontwykend kon optree. Hierdie situasie is reggestel met nuwe taktieke en nuwe wapens.

Die taktiese verbeterings wat deur Frederic John Walker ontwikkel is, het die kruipende aanval ingesluit. Twee anti-duikbootskepe was hiervoor nodig (gewoonlik sloepe of korvette). Die "regie-skip" het die teiken-duikboot op ASDIC opgespoor vanaf 'n posisie van ongeveer 1500 tot 2000 meter agter die duikboot. Die tweede skip, met haar ASDIC afgeskakel en hardloop op 5 knope, begin met 'n aanval vanaf 'n posisie tussen die rigtingskip en die teiken. Hierdie aanval is beheer deur 'n radiotelefoon vanaf die leidende skip, gebaseer op hul ASDIC en die reikafstand (per afstandmeter) en dra van die aanvallende skip. Sodra die dieptekoste vrygestel is, het die aanvallende skip die onmiddellike omgewing op volle vaart verlaat. Die direksieskip het daarna die teikenarea binnegegaan en ook 'n patroon van dieptelading vrygestel. Die lae spoed van die aanpak het beteken dat die duikboot nie kon voorspel wanneer dieptelading vrygestel sou word nie. Enige ontwykende optrede is opgespoor deur die skip te stuur en stuurbevele na die aanvallende skip is dienooreenkomstig gegee. Die lae spoed van die aanval het die voordeel gehad dat die Duitse akoestiese torpedo nie effektief was teen 'n oorlogskip wat so stadig gereis het nie. 'N Variasie van die kruipende aanval was die "pleister" -aanval, waarin drie aanvallende skepe wat in 'n noue lyn werk, deur die rigtingskip oor die teiken gerig is. [15]

Die nuwe wapens om die blindekol van ASDIC te hanteer, was 'vooruit-gooiende wapens', soos Egels en latere inkvisse, wat hoofde op 'n teiken voor die aanvaller geprojekteer het en steeds in ASDIC-kontak was. Hierdeur kon een begeleier beter gerigte aanvalle op duikbote doen. Ontwikkelings gedurende die oorlog het gelei tot Britse ASDIC-stelle wat verskillende vorms van balk gebruik het, wat blindekolle voortdurend bedek. Later is akoestiese torpedo's gebruik.

Vroeg in die Tweede Wêreldoorlog (September 1940) is Britse ASDIC-tegnologie gratis na die Verenigde State oorgedra. Navorsing oor ASDIC en onderwatergeluid is uitgebrei in die Verenigde Koninkryk en in die VSA. Baie nuwe soorte militêre klankopsporing is ontwikkel. Dit sluit in sonboeie, wat die eerste keer deur die Britte in 1944 onder die kodenaam ontwikkel is Hoë tee, dompel / dompel sonar en mynopsporing sonar. Hierdie werk het die basis gevorm vir ontwikkeling na die oorlog wat verband hou met die bestryding van die kernduikboot.

SONAR

Gedurende die dertigerjare het Amerikaanse ingenieurs hul eie tegnologie vir die opsporing van geluide onder water ontwikkel, en belangrike ontdekkings is gedoen, soos die bestaan ​​van termoklinies en die effek daarvan op klankgolwe. [16] Amerikaners het die term begin gebruik SONAR vir hul stelsels, geskep deur Frederick Hunt om die ekwivalent van RADAR te wees. [17]

Amerikaanse vloot onderwater klanklaboratorium

In 1917 verkry die Amerikaanse vloot vir die eerste keer die dienste van J. Warren Horton. Met verlof van Bell Labs dien hy die regering as tegniese deskundige, eers by die eksperimentele stasie in Nahant, Massachusetts, en later by die Amerikaanse vloothoofkwartier, in Londen, Engeland. In Nahant het hy die nuut ontwikkelde vakuumbuis, wat toe geassosieer is met die vormingsfases van die gebied van die toegepaste wetenskap wat nou bekend staan ​​as elektronika, toegepas op die opsporing van onderwaterseine. As gevolg hiervan is die koolstofknopmikrofoon, wat in vroeëre opsporingstoerusting gebruik is, vervang deur die voorloper van die moderne hidrofoon. Gedurende hierdie tydperk het hy met metodes vir sleepopsporing geëksperimenteer. Dit was as gevolg van die verhoogde sensitiwiteit van sy toestel. Die beginsels word steeds gebruik in moderne sleep-sonarstelsels.

Om in die verdedigingsbehoeftes van Groot-Brittanje te voorsien, is hy na Engeland gestuur om in die Ierse See-bodem-gemonteerde hidrofone te installeer wat met 'n duikboot aan 'n oostelike luisterpos verbind is. Terwyl hierdie toerusting op die kabellêerskip gelaai is, eindig die Eerste Wêreldoorlog en Horton keer terug huis toe.

Gedurende die Tweede Wêreldoorlog het hy voortgegaan met die ontwikkeling van sonarstelsels wat duikbote, myne en torpedo's kon opspoor. Hy het gepubliseer Grondbeginsels van Sonar in 1957 as hoofnavorsingskonsultant by die US Navy Underwater Sound Laboratory. Hy beklee hierdie pos tot 1959 toe hy tegniese direkteur word, 'n pos wat hy beklee tot die verpligte aftrede in 1963. [18] [19]

Materiaal en ontwerpe in die VSA en Japan

Daar was weinig vordering met die Amerikaanse sonar van 1915 tot 1940. In 1940 bestaan ​​Amerikaanse sonars gewoonlik uit 'n magnetostriktiewe omskakelaar en 'n reeks nikkelbuise wat aan 'n staalplaat van 1 voet deursnee gekoppel is, wat aan 'n Rochelle-soutkristal geheg is. in 'n bolvormige behuising. Hierdie samestelling het die skeepsromp binnegedring en met die hand tot die gewenste hoek gedraai. Die piëzo-elektriese Rochelle-soutkristal het beter parameters gehad, maar die magnetostrictiewe eenheid was baie betroubaarder. Groot verliese aan Amerikaanse verskaffers van verskaffers van handelaars vroeg in die Tweede Wêreldoorlog het gelei tot grootskaalse Amerikaanse navorsing in die veld met hoë prioriteit, wat beide verbeterings in magnetostrictiewe transducer-parameters en die betroubaarheid van Rochelle sout nagestreef het. Ammoniumdihydrogeenfosfaat (ADP), 'n beter alternatief, is gevind as 'n plaasvervanger vir Rochelle-sout. Die eerste toediening was die vervanging van die 24 kHz Rochelle-sout-omskakelaars. Binne nege maande was Rochelle-sout verouderd. Die ADP-fabriek het van enkele dosyne personeel vroeg in 1940 tot duisende in 1942 gegroei.

Een van die vroegste toepassings van ADP-kristalle was hidrofone vir akoestiese myne; die kristalle is gespesifiseer vir 'n laefrekwensie-afsnyding by 5 Hz, wat meganiese skok weerstaan ​​vir die gebruik van vliegtuie vanaf 3000 m (10.000 voet) en die vermoë om naburige mynontploffings te oorleef. Een van die belangrikste kenmerke van ADP-betroubaarheid is die nul-verouderingseienskappe; die kristal hou sy parameters selfs by langdurige berging.

'N Ander toepassing was vir akoestiese torpedoë. Twee pare rigtinggewende hidrofone is op die torpedo-neus gemonteer, in die horisontale en vertikale vlak word die verskil-seine van die pare gebruik om die torpedo links-regs en op-af te stuur. 'N Teenmaatreël is ontwikkel: die geteikende duikboot het 'n bruisende chemikalie gelos, en die torpedo het gevolg na die luidrugtiger luier. Die teen-teenmaatreël was 'n torpedo met aktiewe sonar - 'n omskakelaar is by die torpedo-neus gevoeg, en die mikrofone het geluister na die gereflekteerde periodieke toonbars. Die omskrywers bestaan ​​uit identiese reghoekige kristalplate wat op diamantvormige gebiede in verspringende rye gerangskik is.

Passiewe sonar-skikkings vir duikbote is ontwikkel uit ADP-kristalle. Verskeie kristalsamestellings is in 'n staalbuis gerangskik, vakuum gevul met ricinusolie en verseël. Die buise is dan in parallelle skikkings gemonteer.

Aan die einde van die Tweede Wêreldoorlog het die standaard-sonar-sonar van die Amerikaanse vloot op 18 kHz gewerk, met behulp van 'n verskeidenheid ADP-kristalle. Die gewenste langer reikafstand vereis egter dat laer frekwensies gebruik moet word. Die vereiste afmetings was te groot vir ADP-kristalle, dus in die vroeë vyftigerjare is magnetostriktiewe en piëzo-elektriese stelsels met bariumtitanaat ontwikkel, maar dit het probleme ondervind om eenvormige impedansie-eienskappe te bereik, en die balkpatroon het gely. Bariumtitanaat is toe vervang met meer stabiele loodsirkonaat titanaat (PZT), en die frekwensie is verlaag tot 5 kHz. Die Amerikaanse vloot het hierdie materiaal enkele dekades lank in die AN / SQS-23 sonar gebruik. Die SQS-23-sonar het eers magnetostriktiewe nikkel-omskakelaars gebruik, maar dit het 'n paar ton geweeg, en nikkel was duur en as 'n kritieke materiaal beskou word piëzo-omskakelaars dus vervang. Die sonar was 'n groot verskeidenheid van 432 individuele omskakelaars. Aanvanklik was die omskakelaars onbetroubaar, het meganiese en elektriese foute vertoon en het vinnig agteruitgegaan. Dit is ook deur verskeie verskaffers vervaardig, het verskillende ontwerpe gehad, en hul eienskappe was anders genoeg om die prestasie van die skema te benadeel. Die beleid om die herstel van individuele omskakelaars moontlik te maak, is toe opgeoffer, en daar is gekies om '' modulêre ontwerp '', verseëlde nie-herstelbare modules, wat die probleem met seëls en ander vreemde meganiese onderdele uit die weg geruim het. [20]

Die keiserlike Japannese vloot het met die aanvang van die Tweede Wêreldoorlog projektoren op kwarts gebruik. Dit was groot en swaar, veral as dit ontwerp is vir laer frekwensies, die een vir Type 91-stel, wat op 9 kHz werk, het 'n deursnee van 760 mm (30 duim) en word aangedryf deur 'n ossillator met 5 kW krag en 7 kV uitsetsamplitude. . Die Type 93-projektors het bestaan ​​uit soliede toebroodjies van kwarts, wat in sferiese gietysterliggame saamgestel is. Die Type 93-sonare is later vervang met Type 3, wat die Duitse ontwerp gevolg het en magnetostrictiewe projektor gebruik het. Die projektor bestaan ​​uit twee reghoekige identiese onafhanklike eenhede in 'n gietyster reghoekige bak van ongeveer 410 mm x 230 mm. Die blootgestelde gebied was die helfte van die golflengte breed en drie golflengtes hoog. Die magnetostriktiewe kerne is gemaak van 4 mm-stampe van nikkel, en later van 'n yster-aluminiumlegering met aluminiuminhoud tussen 12,7% en 12,9%. Die krag word vanaf 2 kW by 3,8 kV voorsien, met polarisasie vanaf 'n 20 V, 8 A GS-bron.

Die passiewe hidrofone van die Japannese vloot was gebaseer op bewegende spoelontwerp, Rochelle-soutpiezo-omskakelaars en koolstofmikrofone. [21]

Latere ontwikkelinge in transducers

Magnetostriktiewe transducers is na die Tweede Wêreldoorlog nagestreef as alternatief vir piezo-elektriese. Omskakelaars vir nikkel-rolwondring is gebruik vir hoë-krag lae-frekwensie-bedrywighede, met 'n grootte van tot 4,0 m (4,3 m) in deursnee, waarskynlik die grootste individuele sonaromvormers ooit. Die voordeel van metale is hul hoë treksterkte en lae elektriese impedansie, maar hulle het elektriese verliese en laer koppelingskoëffisiënt as PZT, waarvan die treksterkte verhoog kan word deur voorspanning. Ander materiale is ook probeer om nie-metaalferiete belowend te wees weens hul lae elektriese geleidingsvermoë, wat lae wervelstroomverliese tot gevolg gehad het. Metglas het 'n hoë koppelingskoëffisiënt, maar dit was minderwaardig as die PZT. In die 1970's is verbindings van seldsame aardes en yster met superieure magnetomeganiese eienskappe ontdek, naamlik die Terfenol-D-legering. Dit het nuwe ontwerpe moontlik gemaak, bv. 'n baster magnetostriktiewe-piëzo-elektriese transducer. Die mees onlangse van hierdie verbeterde magnetostriktiewe materiale is Galfenol.

Ander soorte omskakelaars sluit in omskakelaars (of bewegende anker of elektromagnetiese) omskakelaars, waar magnetiese krag op die oppervlaktes van die gapings inwerk, en bewegende spoel (of elektrodinamiese) omsetters, soortgelyk aan gewone luidsprekers, laasgenoemde word gebruik in klankkalibrasie onder water. , as gevolg van hul baie lae resonansiefrekwensies en plat breëband-eienskappe bo hulle. [22]

Aktiewe sonar gebruik 'n klanksender (of projektor) en 'n ontvanger. As die twee op dieselfde plek is, is dit monostatiese werking. As die sender en ontvanger van mekaar geskei word, is dit 'n bistatiese werking. [23] Wanneer meer senders (of meer ontvangers) gebruik word, weer ruimtelik geskei, is dit multistatiese werking. Die meeste sonare word monostaties gebruik, en dieselfde skikking word dikwels gebruik vir transmissie en ontvangs. [24] Aktiewe sonboei-velde kan multistaties bedryf word.

Aktiewe sonar skep 'n polsslag, dikwels 'ping' genoem, en luister dan na weerkaatsing (eggo) van die pols. Hierdie klankimpuls word gewoonlik elektronies geskep met behulp van 'n sonarprojektor wat bestaan ​​uit 'n seinopwekker, kragversterker en elektro-akoestiese transducer / array. [25] 'n Omskakelaar is 'n toestel wat akoestiese seine ("pings") kan stuur en ontvang. 'N Straalvormer word gewoonlik gebruik om die akoestiese krag in 'n balk te konsentreer, wat gevee kan word om die vereiste soekhoeke te bedek. Oor die algemeen is die elektro-akoestiese omvormers van die Tonpilz-tipe en kan hul ontwerp geoptimaliseer word om maksimum doeltreffendheid oor die breedste bandwydte te behaal om die prestasie van die algehele stelsel te optimaliseer. Soms kan die akoestiese pols op ander maniere geskep word, bv. chemiese gebruik van plofstof, lugwapens of plasmaklankbronne.

Om die afstand na 'n voorwerp te meet, word die tyd vanaf die oordrag van 'n pols na die ontvangs gemeet en in 'n reeks omgeskakel met behulp van die bekende klanksnelheid. [26] Om die peiling te meet, word verskeie hidrofone gebruik, en die versameling meet die relatiewe aankomsttyd vir elkeen, of met 'n reeks hidrofone, deur die relatiewe amplitude in balke te meet wat gevorm word deur 'n proses genaamd balkvorming. Die gebruik van 'n skikking verminder die ruimtelike reaksie sodat multibeam-stelsels vir breë dekking gebruik kan word. Die teikensignaal (indien teenwoordig) tesame met ruis word dan deur verskillende vorme van seinverwerking gelei, [27] wat vir eenvoudige sonare net energiemeting kan wees.Dit word dan aangebied aan die een of ander vorm van 'n beslissingstoestel wat die uitset of die vereiste sein of geraas noem. Hierdie beslissingsapparaat kan 'n operateur met koptelefoon of 'n skerm wees, of in meer gesofistikeerde sonare kan hierdie funksie deur sagteware uitgevoer word. Verdere prosesse kan uitgevoer word om die teiken te klassifiseer en te lokaliseer, asook om die snelheid daarvan te meet.

Die pols kan met konstante frekwensie of 'n getjirp van veranderende frekwensie wees (om polsverdigting toe te laat tydens ontvangs). Eenvoudige sonare gebruik gewoonlik eersgenoemde met 'n filter wat wyd genoeg is om moontlike Doppler-veranderinge as gevolg van die teikenbeweging te dek, terwyl meer komplekse laasgenoemde gewoonlik insluit. Sedert digitale verwerking beskikbaar geword het, is polskompressie gewoonlik met behulp van digitale korrelasietegnieke geïmplementeer. Militêre sonare het dikwels veelvuldige balke om algehele bedekking te bied, terwyl enkelvoudige slegs 'n smal boog bedek, alhoewel die balk relatief stadig kan draai deur meganiese skandering.

Veral wanneer enkelfrekwensie-uitsendings gebruik word, kan die Doppler-effek gebruik word om die radiale snelheid van 'n teiken te meet. Die verskil in frekwensie tussen die gestuurde en ontvangde sein word gemeet en omgeskakel in 'n snelheid. Aangesien Doppler-verskuiwings deur ontvanger of teikenbeweging ingestel kan word, moet die radiale snelheid van die soekplatform toegepas word.

Een nuttige klein sonar lyk soos 'n waterdigte flits. Die kop word in die water gewys, 'n knoppie word ingedruk en die toestel wys die afstand na die teiken. 'N Ander variant is 'n "fishfinder" wat 'n klein uitstalling met visse visse vertoon. Sommige burgerlike sonare (wat nie ontwerp is om te steel nie) benader aktiewe militêre sonare in vermoë, met driedimensionele uitstallings van die gebied naby die boot.

Wanneer aktiewe sonar gebruik word om die afstand van die transducer na die onderkant te meet, staan ​​dit bekend as eggo-klank. Soortgelyke metodes kan gebruik word om na golfmeting opwaarts te kyk.

Aktiewe sonar word ook gebruik om afstand deur water tussen twee sonaromvormers of 'n kombinasie van 'n hidrofoon (onderwater akoestiese mikrofoon) en projektor (onderwater akoestiese luidspreker) te meet. Wanneer 'n hidrofoon / omskakelaar 'n spesifieke ondervragingsein ontvang, reageer dit deur 'n spesifieke antwoordsein uit te stuur. Om afstand te meet, stuur een transducer / projektor 'n ondervragingsein uit en meet die tyd tussen hierdie transmissie en die ontvangs van die ander transducer / hydrofoon-antwoord. Die tydsverskil, geskaal deur die snelheid van klank deur water en gedeel deur twee, is die afstand tussen die twee platforms. Hierdie tegniek kan, wanneer dit met veelvoudige transducers / hidrofone / projektors gebruik word, die relatiewe posisies van statiese en bewegende voorwerpe in water bereken.

In gevegsituasies kan 'n aktiewe pols deur 'n vyand opgespoor word en sal die posisie van 'n duikboot op twee keer die maksimum afstand wees wat die duikboot self 'n kontak kan opspoor en leidrade kan gee oor die identiteit van die duikboot gebaseer op die eienskappe van die uitgaande ping. Om hierdie redes word aktiewe sonar nie gereeld deur militêre duikbote gebruik nie.

'N Soort sonar met 'n baie rigtinggewende, maar lae doeltreffendheid (wat deur visserye, militêre en hawensekuriteit gebruik word) maak gebruik van 'n komplekse nie-lineêre kenmerk van water wat bekend staan ​​as nie-lineêre sonar, en die virtuele omvormer staan ​​bekend as 'n parametriese skikking.

Projek Artemis

Projek Artemis was 'n eksperimentele navorsings- en ontwikkelingsprojek in die laat 1950's tot middel 1960's om akoestiese voortplanting en seinverwerking te ondersoek vir 'n lae frekwensie aktiewe sonarstelsel wat gebruik kan word vir oseaanbewaking. 'N Sekondêre doelwit was die ondersoek na ingenieursprobleme van vaste aktiewe onderstelsels. [28] Die ontvangsreeks was geleë aan die helling van Plantagnet Bank van Bermuda af. Die aktiewe bronneskikking is ontplooi vanaf die omgeskakelde Tweede Wêreldoorlog-tenkwa USNS Missie Capistrano. [29] Elemente van Artemis is eksperimenteel gebruik nadat die hoofeksperiment beëindig is.

Transpondeerder

Dit is 'n aktiewe sonar-toestel wat 'n spesifieke stimulus ontvang en die ontvangde sein of 'n voorafbepaalde sein onmiddellik (of met 'n vertraging) weer uitstuur. Transponders kan gebruik word om ondersese toerusting op afstand te aktiveer of te herstel. [30]

Prestasievoorspelling

'N Sonar-teiken is klein in verhouding tot die bol, gesentreer rondom die emitter waarop dit geleë is. Daarom is die krag van die gereflekteerde sein baie laag, verskeie ordes minder as die oorspronklike sein. Selfs as die weerkaatste sein dieselfde krag het, toon die volgende voorbeeld (met hipotetiese waardes) die probleem: veronderstel dat 'n sonarstelsel in staat is om 'n 10.000 W / m 2-sein op 1 m uit te stuur en 'n 0,001 W / m 2 op te spoor sein. Op 100 m sal die sein 1 W / m 2 wees (as gevolg van die omgekeerde kwadraatwet). As die hele sein gereflekteer word vanaf 'n 10 m 2 teiken, sal dit op 0,001 W / m 2 wees as dit die emitter bereik, d.w.s. net opspoorbaar. Die oorspronklike sein sal egter tot 3000 m bo 0,001 W / m 2 bly. Enige 10 m 2 teiken tussen 100 en 3000 m wat 'n soortgelyke of beter stelsel gebruik, sal die pols kan opspoor, maar sal nie deur die emittor opgespoor word nie. Die verklikkers moet baie sensitief wees om die eggo's op te tel. Aangesien die oorspronklike sein baie kragtiger is, kan dit baie keer meer as twee keer die sonar bereik word (soos in die voorbeeld).

Aktiewe sonar het twee prestasiebeperkings: as gevolg van geraas en galm. Oor die algemeen sal die een of ander hiervan oorheers, sodat die twee effekte aanvanklik afsonderlik oorweeg kan word.

In geraasbeperkte toestande by aanvanklike opsporing: [31]

waar SL die bronvlak is, PL die voortplantingsverlies is (soms aangedui as transmissieverlies), TS die teikensterkte is, NL die geraasvlak is, AG die skikkingstoename van die ontvangende skikking (soms benader deur die rigtingsindeks daarvan) en DT is die opsporingsdrempel.

In weerklank-beperkte toestande by aanvanklike opsporing (verwaarlosing van skikkingstoename):

waar RL die weergalmvlak is, en die ander faktore soos voorheen.

Hand sonar vir gebruik deur 'n duiker

  • Die LIMIS (limpet mine imaging sonar) is 'n sonar met die hand of ROV-montering vir gebruik deur 'n duiker. Die naam is omdat dit vir patrollieduikers (gevegskikkers of opruimers) ontwerp is om slapmyne in water met swak sigbaarheid te soek.
  • Die LUIS (lensing onderwater beeldstelsel) is 'n ander sonar vir gebruik deur 'n duiker.
  • Daar is of was 'n klein flitsligvormige sonar vir duikers, wat bloot reikafstand vertoon.
  • Vir die INSS (geïntegreerde navigasie-sonarstelsel)

Opwaartse sonar

'N Opwaartse sonar (ULS) is 'n sonar-toestel wat opwaarts gerig is op die oppervlak van die see. Dit word gebruik vir soortgelyke doeleindes as afwaartse sonar, maar het 'n paar unieke toepassings, soos die meting van see-ysdikte, ruheid en konsentrasie, [32] [33] of die meting van luginlaat van borrelpluime tydens rowwe see. Dikwels word dit op die bodem van die oseaan vasgemeer of dryf dit op 'n strak lyn vas aan 'n konstante diepte van miskien 100 m. Dit kan ook gebruik word deur duikbote, AUV's en vlotte soos die Argo-vlotter. [34]

Passiewe sonar luister sonder om uit te stuur. Dit word dikwels in militêre instellings gebruik, hoewel dit ook in wetenskaplike toepassings gebruik word, bv., om vis op te spoor vir aanwesigheid / afwesigheidstudies in verskillende wateromgewings - sien ook passiewe akoestiek en passiewe radar. In die breedste gebruik kan hierdie term feitlik elke analitiese tegniek insluit wat afstands gegenereerde klank insluit, maar dit is gewoonlik beperk tot tegnieke wat in 'n wateromgewing toegepas word.

Identifisering van klankbronne

Passiewe sonar het 'n wye verskeidenheid tegnieke om die bron van 'n opgespoorde geluid te identifiseer. Byvoorbeeld, U.S. vaartuie bedryf gewoonlik 60 Hz wisselstroomkragstelsels. As transformators of kragopwekkers sonder behoorlike vibrasie-isolasie van die romp gemonteer word of oorstroom word, kan die 60 Hz-geluid van die windings uit die duikboot of die skip gestuur word. Dit kan help om die nasionaliteit daarvan te identifiseer, aangesien alle Europese duikbote en byna elke ander land se duikboot 50 Hz kragstelsels het. Intermitterende klankbronne (soos 'n moersleutel wat laat val word), wat "oorgange" genoem word, kan ook waarneembaar wees vir passiewe sonar. Tot redelik onlangs, [ wanneer? ] 'n ervare, opgeleide operateur het seine geïdentifiseer, maar nou kan rekenaars dit doen.

Passiewe sonarstelsels kan groot soniese databasisse bevat, maar die sonar-operateur klassifiseer die seine gewoonlik uiteindelik handmatig. 'N Rekenaarstelsel gebruik hierdie databasisse gereeld om klasse skepe, aksies (d.w.s. die snelheid van 'n skip of die soort wapen wat vrygestel word) te identifiseer, en selfs bepaalde skepe.

Ruisbeperkings

Passiewe sonar op voertuie is gewoonlik erg beperk as gevolg van geraas wat deur die voertuig veroorsaak word. Om hierdie rede gebruik baie duikbote kernreaktore wat sonder pompe afgekoel kan word, met stille konveksie, of brandstofselle of batterye, wat ook stil kan loop. Voertuie se skroewe is ook ontwerp en presies gemasjineer om minimale geraas uit te gee. Snel-propellers skep dikwels klein borreltjies in die water, en hierdie cavitasie het 'n duidelike geluid.

Die sonar-hidrofone kan agter die skip of duikboot gesleep word om die effek van geraas wat deur die watervaartuig self gegenereer word, te verminder. Gesleepte eenhede bestry ook die termokline, aangesien die eenheid bo of onder die termokline gesleep kan word.

Die vertoning van die meeste passiewe sonare was vroeër 'n tweedimensionele watervalvertoning. Die horisontale rigting van die skerm is van toepassing. Die vertikale is frekwensie, of soms tyd. Nog 'n vertoningstegniek is om die frekwensie-tydinligting vir kleur te kodeer. Meer onlangse skerms word deur rekenaars gegenereer, en radar-tipe planposisie-aanwysers word nageboots.

Prestasievoorspelling

Anders as aktiewe sonar, is daar slegs eenrigtingverspreiding betrokke. Vanweë die verskillende seinverwerking wat gebruik word, sal die minimale waarneembare sein-ruis-verhouding anders wees. Die vergelyking vir die bepaling van die prestasie van 'n passiewe sonar is [35] [31]

waar SL die bronvlak is, PL die voortplantingsverlies is, NL die geraasvlak is, AG die skikkingsterkte is en DT die opsporingsdrempel is. Die verdienste van 'n passiewe sonar is

Die opsporing, klassifikasie en lokaliseringsprestasie van 'n sonar hang af van die omgewing en die ontvangstoerusting, sowel as die oordragtoerusting in 'n aktiewe sonar of die teiken uitgestraalde geraas in 'n passiewe sonar.

Gesonde voortplanting

Sonar-werking word beïnvloed deur variasies in klanksnelheid, veral in die vertikale vlak. Klank beweeg stadiger in vars water as in seewater, alhoewel die verskil klein is. Die spoed word bepaal deur die water se massamodulus en massadigtheid. Die grootste modulus word beïnvloed deur temperatuur, opgeloste onsuiwerhede (gewoonlik soutgehalte) en druk. Die digtheidseffek is klein. Die klanksnelheid (in voet per sekonde) is ongeveer:

4388 + (11,25 × temperatuur (in ° F)) + (0,0182 × diepte (in voet)) + soutgehalte (in dele per duisend).

Hierdie empiries afgeleide benaderingsvergelyking is redelik akkuraat vir normale temperature, soutkonsentrasies en die omvang van die meeste oseaandieptes. Die temperatuur van die oseaan wissel met die diepte, maar tussen 30 en 100 meter is daar 'n duidelike verandering, wat die termokline genoem word, wat die warmer oppervlakwater van die koue, stille waters waaruit die res van die oseaan bestaan, skei. Dit kan sonar frustreer, want 'n geluid wat aan die een kant van die termokline ontstaan, is geneig om gebuig of gebreek te word deur die termokline. Die termokline kan voorkom in vlakker kuswaters. Golfaksie sal egter die waterkolom dikwels meng en die termokline elimineer. Waterdruk beïnvloed ook die voortplanting van klank: hoër druk verhoog die klanksnelheid, wat veroorsaak dat die klankgolwe wegbreek van die gebied met hoër klanksnelheid. Die wiskundige model van breking word Snell se wet genoem.

As die klankbron diep is en die toestande reg is, kan voortplanting in die 'diep klankkanaal' plaasvind. Dit bied 'n uiters lae voortplantingsverlies aan 'n ontvanger in die kanaal. Dit is as gevolg van klank vasgevang in die kanaal sonder verliese aan die grense. Soortgelyke voortplanting kan in geskikte omstandighede in die 'oppervlakkanaal' plaasvind. In hierdie geval is daar egter weerkaatsingsverliese aan die oppervlak.

Voortplanting in vlak water is gewoonlik deur herhaalde weerkaatsing aan die oppervlak en onderkant, waar aansienlike verliese kan voorkom.

Die voortplanting van die klank word beïnvloed deur absorpsie in die water self sowel as aan die oppervlak en onderkant. Hierdie opname hang af van die frekwensie, met verskillende meganismes in seewater. Langafstandsonar gebruik lae frekwensies om absorpsie-effekte te minimaliseer.

Die see bevat baie bronne van geraas wat die gewenste teikeneko of handtekening inmeng. Die belangrikste geraasbronne is golwe en versending. Die beweging van die ontvanger deur die water kan ook spoedafhanklike lae frekwensie geraas veroorsaak.

Strooi

Wanneer aktiewe sonar gebruik word, vind verspreiding plaas vanaf klein voorwerpe in die see sowel as van die bodem en die oppervlak. Dit kan 'n groot bron van inmenging wees. Hierdie akoestiese verstrooiing is analoog aan die verstrooiing van die lig vanaf die motor se hoofligte in mis: 'n hoë-intensiteit potloodbalk sal die mist tot 'n mate binnedring, maar breërstraalkopligte laat baie lig in ongewenste rigtings uit, waarvan baie teruggestrooi is vir die waarnemer, oorweldigend wat weerspieël word vanaf die teiken ('wit-uit'). Om soortgelyke redes moet aktiewe sonar in 'n smal straal versend word om verspreiding te minimaliseer.

Die verspreiding van sonar uit voorwerpe (myne, pypleidings, soöplankton, geologiese kenmerke, visse, ens.) Is hoe aktief sonar dit opspoor, maar hierdie vermoë kan gemasker word deur sterk verspreiding van valse teikens of 'rommel'. Waar dit voorkom (onder golwe wat breek [37] in die skip wat wakker word in gas wat deur seebodem lek en lek [38], ens.), Is gasborrels 'n kragtige bron van rommel en kan dit maklik doelwitte verberg. TWIPS (Twin Inverted Pulse Sonar) [39] [40] [41] is tans die enigste sonar wat hierdie rommelprobleem kan oorkom.

Dit is belangrik, aangesien baie onlangse konflikte in die kuswaters plaasgevind het, en die onvermoë om op te spoor of myne gevaar of vertragings vir militêre vaartuie bevat, en ook om konvooie en handelsvaart te help om die streek te ondersteun lank nadat die konflik plaasgevind het. opgehou het. [39]

Teikenkenmerke

Die klank nadenke eienskappe van die teiken van 'n aktiewe sonar, soos 'n duikboot, staan ​​bekend as die teikensterkte daarvan. 'N Komplikasie is dat eggo ook verkry word van ander voorwerpe in die see, soos walvisse, wakkerhede, visse en rotse.

Passiewe sonar ontdek die teikens uitgestraal geraas eienskappe. Die uitgestraalde spektrum bestaan ​​uit 'n deurlopende spektrum van geraas met pieke teen sekere frekwensies wat gebruik kan word vir klassifikasie.

Teenmaatreëls

Aktief (aangedrewe) teenmaatreëls kan onderneem word deur 'n duikboot om die geraasvlak te verhoog, 'n groot vals teiken te bied en die ondertekening van die duikboot self te verdoesel.

Passief (dws nie-aangedrewe) teenmaatreëls sluit in:

  • Montering van geraasgenererende toestelle op isolerende toestelle.
  • Geluidsabsorberende bedekkings op die romp van duikbote, byvoorbeeld anekoïese teëls.

Moderne vlootoorlogvoering maak gebruik van passiewe en aktiewe sonar vanaf watergedrewe vaartuie, vliegtuie en vaste installasies. Alhoewel aktiewe sonar in die Tweede Wêreldoorlog deur oppervlakvaartuie gebruik is, het duikbote die gebruik van aktiewe sonar vermy weens die moontlikheid om hul teenwoordigheid en posisie aan vyandelike magte bekend te maak. Die opkoms van moderne seinverwerking het egter die gebruik van passiewe sonar as 'n primêre middel vir soek- en opsporing moontlik gemaak. In 1987 het 'n afdeling van die Japannese maatskappy Toshiba [42] na bewering masjinerie aan die Sowjetunie verkoop wat toegelaat het dat hul duikbootskroefmes gemaal word sodat dit radikaal stiller word, wat die nuwer generasie duikbote moeiliker opspoor.

Die gebruik van aktiewe sonar deur 'n duikboot om die peiling te bepaal, is uiters skaars en sal nie noodwendig inligting oor die draers of reikafstand van hoë gehalte aan die brandbeheerspan van die duikbote gee nie. Die gebruik van aktiewe sonar op oppervlakskepe kom egter baie algemeen voor en word gebruik deur duikbote wanneer die taktiese situasie dit bepaal, is dit belangriker om die posisie van 'n vyandige duikboot te bepaal as om hul eie posisie te verberg. Met oppervlakteskepe kan aanvaar word dat die dreigement die skip reeds met satellietdata dop, aangesien enige vaartuig rondom die sonar die emissie sal opspoor. Nadat u die sein gehoor het, is dit maklik om die gebruikte sonartoerusting (gewoonlik met die frekwensie daarvan) en die posisie daarvan (met die klankgolf se energie) te identifiseer. Aktiewe sonar is soortgelyk aan radar omdat dit die opsporing van teikens op 'n sekere afstand moontlik maak, maar dat dit ook moontlik is om die emittor op 'n veel groter afstand op te spoor, wat ongewens is.

Aangesien aktiewe sonar die teenwoordigheid en posisie van die operateur openbaar en die presiese klassifikasie van teikens nie toelaat nie, word dit gebruik deur vinnige (vliegtuie, helikopters) en deur lawaaierige platforms (die meeste oppervlakskepe), maar selde deur duikbote. Wanneer aktiewe sonar deur oppervlakteskepe of duikbote gebruik word, word dit gedurende kort periodes baie kort geaktiveer om die risiko vir opsporing te verminder. Gevolglik word aktiewe sonar normaalweg beskou as 'n rugsteun vir passiewe sonar. In vliegtuie word aktiewe sonar gebruik in die vorm van weggooibare sonboeie wat in die patrolliegebied van die vliegtuig neergegooi word of in die omgewing van moontlike vyandige sonarkontakte.

Passiewe sonar het verskeie voordele, veral dat dit stil is. As die teiken uitgestraalde geraasvlak hoog genoeg is, kan dit 'n groter reikafstand as aktiewe sonar hê, en kan die teiken geïdentifiseer word. Aangesien enige gemotoriseerde voorwerp 'n bietjie geraas maak, kan dit in beginsel opgespoor word, afhangende van die geluidsniveau en die omgevingsgeraas in die omgewing, sowel as die tegnologie wat gebruik word. Om dit te vereenvoudig, sien passiewe sonar dit om die skip. Op 'n duikboot kan passiewe sonar op die neus gemonteer word in rigtings van ongeveer 270 °, gesentreer op die belyning van die skip, die rompgemonteerde skikking van ongeveer 160 ° aan elke kant en die gesleepte skikking van 'n volle 360 ​​°. Die onsigbare gebiede is te wyte aan die skip se eie inmenging. Sodra 'n sein in 'n sekere rigting opgespoor word (wat beteken dat iets in die rigting klink, dit word breëbanddeteksie genoem), is dit moontlik om die sein wat ontvang is, in te zoem en te analiseer (smalband-analise). Dit word gewoonlik met behulp van 'n Fourier-transformasie gedoen om die verskillende frekwensies waaruit die klank bestaan, aan te toon. Aangesien elke enjin 'n spesifieke geluid maak, is dit eenvoudig om die voorwerp te identifiseer. Databasisse van unieke enjinklanke is deel van wat bekend staan ​​as akoestiese intelligensie of ACINT.

'N Ander gebruik van passiewe sonar is om die teiken se trajek te bepaal. Hierdie proses word teikenbewegingsanalise (TMA) genoem, en die gevolglike 'oplossing' is die teiken se reikwydte, koers en spoed.TMA word gedoen deur te merk uit watter rigting die geluid op verskillende tye kom, en die beweging te vergelyk met die van die skip se eie skip. Veranderings in relatiewe beweging word geanaliseer met behulp van standaard geometriese tegnieke, tesame met enkele aannames oor beperkte gevalle.

Passiewe sonar is skelm en baie nuttig. Dit benodig egter hoëtegnologiese elektroniese komponente en is duur. Dit word gewoonlik op duur skepe in die vorm van skikkings ingespan om die opsporing te verbeter. Oppervlakteskepe gebruik dit goed, dit word selfs beter gebruik deur duikbote, en dit word ook deur vliegtuie en helikopters gebruik, meestal tot 'n 'verrassingseffek', aangesien duikbote onder termiese lae kan skuil. As die bevelvoerder van 'n duikboot glo dat hy alleen is, kan hy sy boot nader aan die oppervlak bring, makliker opspoor, of dieper en vinniger gaan en sodoende meer geluid maak.

Voorbeelde van sonartoepassings in militêre gebruik word hieronder gegee. Baie van die burgerlike gebruike wat in die volgende afdeling gegee word, kan ook van toepassing wees op vlootgebruik.

Anti-duikboot oorlogvoering

Tot onlangs was skipsonare gewoonlik met rompmonterings, of midskepe of boog. Daar is gou na hul aanvanklike gebruik gevind dat 'n middel benodig word om vloei-geraas te verminder. Die eerste was van doek op 'n raamwerk, en daarna is staal gebruik. Nou word koepels gewoonlik van versterkte plastiek of rubber onder druk gemaak. Sulke sonare is hoofsaaklik aktief. 'N Voorbeeld van 'n konvensionele sonar op die romp is die SQS-56.

Vanweë die probleme met skeepsgeraas word ook gesleepte sonare gebruik. Dit het ook die voordeel dat hulle dieper in die water geplaas kan word. Daar is egter beperkings op die gebruik daarvan in vlak water. Dit word sleeptrekke (lineêr) of sonde met veranderlike diepte (VDS) met 2 / 3D-skikkings genoem. 'N Probleem is dat die liere wat benodig word om dit in te span / groot is, groot en duur is. VDS-stelle is hoofsaaklik aktief terwyl sleeptrekke passief is.

'N Voorbeeld van 'n moderne aktief-passiewe sonar wat deur die skip getrek word, is Sonar 2087 wat deur Thales Underwater Systems vervaardig is.

Torpedo's

Moderne torpedo's is gewoonlik toegerus met 'n aktiewe / passiewe sonar. Dit kan gebruik word om direk op die teiken huis toe te gaan, maar torpedo's vir wek-homing word ook gebruik. 'N Vroeë voorbeeld van 'n akoestiese homer was die Mark 37-torpedo.

Torpedo-teenmaatreëls kan gesleep word of gratis. 'N Vroeë voorbeeld was die Duitser Sieglinde toestel terwyl die Vet was 'n chemiese toestel. Die gesamentlike AN / SLQ-25 Nixie was 'n baie gebruikte Amerikaanse toestel, terwyl die mobiele duikbootsimulator (MOSS) 'n gratis toestel was. 'N Moderne alternatief vir die Nixie-stelsel is die Britse Royal Navy S2170 Surface Ship Torpedo Defense-stelsel.

Myne

Myne kan toegerus wees met 'n sonar om die vereiste teiken op te spoor, te lokaliseer en te herken. 'N Voorbeeld is die CAPTOR-myn.

Mynmaatreëls

Myne-teenmaatreël-sonar (soms ook 'myn- en hindernisvermydingssonar' genoem) is 'n gespesialiseerde soort sonar wat gebruik word om klein voorwerpe op te spoor. Die meeste MCM-sonare is op romp gemonteer, maar 'n paar soorte is VDS-ontwerp. 'N Voorbeeld van 'n MCM-sonar op 'n romp is die Type 2193, terwyl die SQQ-32-jag jag-sonar en Type 2093-stelsels VDS-ontwerpe is.

Duikbootnavigasie

Duikbote vertrou in 'n groter mate op sonar as oppervlakskepe, aangesien hulle nie radar op diepte kan gebruik nie. Die sonar-skikkings kan op die romp gemonteer of gesleep word. Inligting wat op tipiese pasvorms pas, word gegee in Oyashio-klas duikboot en Swiftsure-klas duikboot.

Vliegtuie

Helikopters kan gebruik word teen onderduikse oorlogvoering deur velde van aktief-passiewe sonboeie in te span of dompsonar te gebruik, soos die AQS-13. Vleuelvliegtuie kan ook sonboeie inspan en groter uithouvermoë en vermoë hê om dit te ontplooi. Verwerking vanaf die sonboeie of dip sonar kan op die vliegtuig of op die skip plaasvind. Dompel sonar het die voordeel dat dit ontplooi kan word tot dieptes wat geskik is vir daaglikse omstandighede. Helikopters is ook gebruik vir myn-teenmaatreëls met behulp van gesleepte sonare soos die AQS-20A.

Kommunikasie onder water

Toegewyde sonare kan op skepe en duikbote aangebring word vir kommunikasie onder water.

Oseaanbewaking

Die Verenigde State het in 1950 'n stelsel van passiewe, vaste oseaanbewakingstelsels begin met die geklassifiseerde naam Sound Surveillance System (SOSUS) met die Amerikaanse Telefoon- en Telegraafmaatskappy (AT&T), met sy Bell Laboratories-navorsings- en Western Electric-produksie-entiteite wat gekontrakteer is vir ontwikkeling en installasie. Die stelsels het die SOFAR-kanaal (deep sound) benut en was gebaseer op 'n AT & T-klankspektrograaf, wat klank omskakel in 'n visuele spektrogram wat 'n tydfrekwensie-analise van klank voorstel wat ontwikkel is vir spraakanalise en aangepas is om lae-frekwensie-onderwatergeluide te analiseer. Die proses was 'n lae frekwensie-analise en -opname, en die toerusting is 'n lae frekwensie-analiseerder en -opnemer genoem, albei met die afkorting LOFAR. LOFAR-navorsing is genoem Isebel en het gelei tot gebruik in lug- en oppervlakstelsels, veral sonkope wat die proses gebruik en soms ook "Isebel" in hul naam gebruik. [43] [44] [45] Die voorgestelde stelsel het so 'n belofte van langafstand-duikbootopsporing gebied dat die vloot onmiddellike skuiwe vir implementering beveel het. [44] [46]

Tussen die installering van 'n toetsopstel, gevolg deur 'n volledige skaal, is veertig elemente, prototipe operasionele skikkings in 1951 en 1958 stelsels in die Atlantiese Oseaan en daarna die Stille Oseaan onder die ongeklassifiseerde naam geïnstalleer. Projek Caesar. Die oorspronklike stelsels is beëindig by geklassifiseerde oostasies, aangewys as Naval Facility (NAVFAC), wat verduidelik word as "oseaanondersoek" om hul geklassifiseerde missie te dek. Die stelsel is verskeie kere opgegradeer met 'n meer gevorderde kabel, wat dit moontlik maak om die skikkings in oseaanbekkens te installeer en om die verwerking te verbeter. Die landstasies is uitgeskakel tydens 'n konsolidasieproses en het die skikkings na die sentrale verwerkingsentrums in die negentigerjare herlei. In 1985, met die begin van nuwe mobiele skikkings en ander stelsels, is die naam van die kollektiewe stelsel verander na Integrated Undersea Surveillance System (IUSS). In 1991 is die missie van die stelsel gedeklassifiseer. Die jaar voordat IUSS-kentekens toegelaat is om te dra. Toegang is verleen tot sommige stelsels vir wetenskaplike navorsing. [43] [44]

Daar word geglo dat 'n soortgelyke stelsel deur die Sowjetunie bedryf is.

Onderwater sekuriteit

Sonar kan gebruik word om paddamanne en ander duikers op te spoor. Dit kan van toepassing wees op skepe of by ingange na hawens. Aktiewe sonar kan ook gebruik word as 'n afskrik- en / of onaktiewe meganisme. Een so 'n toestel is die Cerberus-stelsel.

Hand sonar

Limpet-beeldvormende sonar (LIMIS) is 'n beeldsonar met die hand of op ROV, wat ontwerp is vir patrollieduikers (gevegskikkers of opruimers) om na limpetmyne in water met swak sigbaarheid te soek.

Die LUIS is nog 'n beeldsonar vir gebruik deur 'n duiker.

Geïntegreerde navigasie-sonarstelsel (INSS) is 'n klein sonlig sonar vir die duikers wat 'n reeks vertoon. [47] [48]

Onderskep sonar

Dit is 'n sonar wat ontwerp is om die uitsendings van vyandige aktiewe sonars op te spoor en op te spoor. 'N Voorbeeld hiervan is die Type 2082 wat op die Britte pas Vanguard-klas duikbote.

Visserye

Visvang is 'n belangrike bedryf wat 'n groeiende vraag sien, maar die wêreldvangste vangste daal as gevolg van ernstige hulpbronprobleme. Die bedryf staan ​​voor 'n toekoms van voortdurende wêreldwye konsolidasie totdat 'n punt van volhoubaarheid bereik kan word. Die konsolidasie van die vissersvlote dryf egter 'n groter vraag na gesofistikeerde elektroniese visvangs vir sensore, sonde en sonare. Vissers het histories baie verskillende tegnieke gebruik om vis te vind en te oes. Akoestiese tegnologie was egter een van die belangrikste dryfvere agter die ontwikkeling van die moderne kommersiële visserye.

Klankgolwe beweeg anders deur visse as deur water omdat die visgevulde swemblaas van 'n vis 'n ander digtheid het as seewater. Hierdie digtheidsverskil maak die opsporing van visse met behulp van gereflekteerde klank moontlik. Akoestiese tegnologie is veral goed geskik vir onderwatertoepassings, aangesien klank verder en vinniger onder water beweeg as in die lug. Kommersiële vissersvaartuie vertrou vandag amper heeltemal op akoestiese sonar en sonde om vis op te spoor. Vissers gebruik ook aktiewe sonar- en eggo-sirene-tegnologie om waterdiepte, bodemkontoer en bodemsamestelling te bepaal.

Maatskappye soos eSonar, Raymarine, Marport Canada, Wesmar, Furuno, Krupp en Simrad maak 'n verskeidenheid sonar- en akoestiese instrumente vir die diepsee kommersiële visbedryf. Netensensors neem byvoorbeeld verskillende onderwatermetings deur en stuur die inligting terug na 'n ontvanger aan boord van 'n vaartuig. Elke sensor is toegerus met een of meer akoestiese omvormers, afhangende van die spesifieke funksie daarvan. Data word vanaf die sensors met behulp van draadlose akoestiese telemetrie versend en word deur 'n romp gemonteerde hidrofoon ontvang. Die analoogseine word deur 'n digitale akoestiese ontvanger gedekodeer en omgeskakel in data wat na 'n brugrekenaar gestuur word vir grafiese weergawe op 'n hoë resolusie monitor.

Echo klink

Echo-klank is 'n proses wat gebruik word om die diepte van die water onder skepe en bote te bepaal. 'N Soort aktiewe sonar, eggo-klank, is die oordrag van 'n akoestiese pols direk afwaarts na die seebodem, meting van die tyd tussen transmissie en eggo-terugkeer, nadat die bodem getref is en teruggespring het na sy skip van oorsprong. Die akoestiese pols word uitgestraal deur 'n omvormer wat ook die terugkeer-eggo ontvang. Die dieptemeting word bereken deur die klanksnelheid in water (gemiddeld 1 500 meter per sekonde) te vermenigvuldig met die tyd tussen emissie en eggo-terugkeer. [49] [50]

Die waarde van onderwater-akoestiek vir die visserybedryf het gelei tot die ontwikkeling van ander akoestiese instrumente wat op soortgelyke wyse as eggo-klinkers werk, maar omdat die funksie daarvan effens anders is as die aanvanklike model van die eggo-klank, is dit anders gegee bepalings.

Netto ligging

Die netsounder is 'n weerklank met 'n omskakelaar wat op die kop van die net gemonteer is, eerder as op die bodem van die vaartuig. Nietemin, om die afstand van die omskakelaar na die vertoningseenheid te akkommodeer, wat baie groter is as in 'n normale weerklank, moet daar verskeie verfynings aangebring word. Daar is twee hooftipes beskikbaar. Die eerste is die kabeltipe waarin die seine langs 'n kabel gestuur word. In hierdie geval moet daar 'n kabeldrom beskikbaar wees om die kabel gedurende die verskillende fases van die operasie te kan sleep, skiet en opberg. Die tweede tipe is die kabellose netsoort - soos Marport se Trawl Explorer - waarin die seine akoesties tussen die net- en rompgemonteerde ontvanger-hidrofoon op die vaartuig gestuur word. In hierdie geval is geen kabeldrom nodig nie, maar gevorderde elektronika is nodig by die transducer en ontvanger.

Die vertoning op 'n netsoender toon die afstand van die net vanaf die onderkant (of die oppervlak), eerder as die diepte van die water, soos met die romp-omvormer van die eggo-sirene. Aan die kop van die net vas, kan die voetstrook gewoonlik gesien word, wat 'n aanduiding gee van die netto prestasie. Enige vis wat in die net loop, kan ook gesien word, sodat fyn aanpassings gemaak kan word om die meeste vis te vang. In ander visserye, waar die hoeveelheid vis in die net belangrik is, word vangsensor-omskakelaars op verskillende posisies aan die kabeljou-punt gemonteer. Namate die kabeljou vol is, word hierdie vangsensor-omskakelaars een vir een geaktiveer en hierdie inligting word akoesties versend om monitors op die brug van die vaartuig te vertoon. Die skipper kan dan besluit wanneer hy die net wil sleep.

Moderne weergawes van die netsounder, met behulp van meervoudige elementtransducers, funksioneer meer soos 'n sonar as 'n eggo-sonder en toon snitte van die gebied voor die net, en nie net die vertikale aansig wat die aanvanklike netsoenders gebruik het nie.

Die sonar is 'n weerklank met 'n rigtinggewende vermoë wat vis of ander voorwerpe rondom die vaartuig kan wys.

ROV en UUV

Klein sonare is aangebring op afstandbediende voertuie (ROV's) en onbemande onderwatervoertuie (UUV's) om dit in donker toestande te laat werk. Hierdie sonare word gebruik om vooruit te kyk. Die langtermyn-mynverkenningstelsel is 'n UUV vir MCM-doeleindes.

Voertuigligging

Sonare wat as bakens optree, word op vliegtuie aangebring om hul plek moontlik te maak in geval van 'n botsing in die see. Kort en lang basiese sonare kan gebruik word vir die versorging van die ligging, soos LBL.

Prostese vir gesiggestremdes

In 2013 onthul 'n uitvinder in die Verenigde State 'n "spider-sense" -pak, toegerus met ultrasoniese sensors en haptiese terugvoerstelsels, wat die draer in kennis stel van inkomende bedreigings wat hulle in staat stel om op aanvallers te reageer, selfs wanneer hulle geblinddoek is. [51]

Skatting van biomassa

Die opsporing van visse en ander seelewe en waterlewe en die beraming van hul individuele groottes of totale biomassa met behulp van aktiewe sonartegnieke. Terwyl die klankpuls deur water beweeg, kom dit voorwerpe voor wat verskillende digtheid of akoestiese eienskappe het as die omliggende medium, soos visse, wat die klank terugwys na die klankbron. Hierdie eggo's verskaf inligting oor die grootte van die vis, ligging, oorvloed en gedrag. Data word gewoonlik verwerk en geanaliseer met behulp van 'n verskeidenheid sagteware soos Echoview.

Golfmeting

'N Opwaartse eggo-sonder wat aan die onderkant of op 'n platform gemonteer is, kan gebruik word om die golfhoogte en -periode te meet. Uit hierdie statistieke kan afgelei word van die oppervlaktetoestande op 'n plek.

Watersnelheidmeting

Spesiale kortafstand sonare is ontwikkel om die watersnelheid te kan meet.

Assessering van die onderste tipe

Sonare is ontwikkel wat gebruik kan word om die seebodem in modder, sand en gruis te karakteriseer. Relatiewe eenvoudige sonare, soos eggo-klankluiers, kan bevorder word tot klassifikasiestelsels op die seebodem via add-on-modules, wat eggo-parameters omskakel in sedimenttipes. Daar bestaan ​​verskillende algoritmes, maar hulle is almal gebaseer op veranderinge in die energie of vorm van die weerkaatsde klinkers. Gevorderde substraatklassifikasie-analise kan bereik word met behulp van gekalibreerde (wetenskaplike) eggo-klanke en parametriese of fuzzy-logiese analise van die akoestiese data.

Bathymetric kartering

Side-scan-sonare kan gebruik word om kaarte van topografie op die seebodem (badmetrie) af te lei deur die sonar net bokant die bodem daaroor te skuif. Lae frekwensie sonare soos GLORIA is gebruik vir kontinentale wye opnames, terwyl hoë frekwensie sonare gebruik word vir meer gedetailleerde opnames van kleiner gebiede.

Onder-bodem-profilering

Kragtige lae frekwensie-eggo-klankluiers is ontwikkel om profiele van die boonste lae van die oseaanbodem te verskaf.

Gaslekopsporing vanaf die seebodem

Gasborrels kan uit die seebodem lek, of daar naby, uit verskeie oorde. Dit kan bespeur word deur beide passiewe [52] en aktiewe sonar [38] (getoon in skematiese figuur [52] deur onderskeidelik geel en rooi stelsels).

Natuurlike sypel van metaan en koolstofdioksied kom voor. [38] Gaspypleidings kan lek, en dit is belangrik om te kan vasstel of lekkasie plaasvind uit koolstofopvang- en opbergingsfasiliteite (CCSF's, bv. Uitgeputte oliebronne waarin onttrekte atmosferiese koolstof geberg word). [53] [54] [55] [56] Die kwantifisering van die hoeveelheid gaslekkasie is moeilik, en alhoewel ramings met behulp van aktiewe en passiewe sonar gemaak kan word, is dit belangrik om die akkuraatheid daarvan te betwyfel weens die aannames wat inherent is aan die maak van sulke beramings. van sonar-data. [52] [57]

Sintetiese sonaropeninge

Verskeie sintetiese diafragma-sonare is in die laboratorium gebou en sommige is in die jag- en soekstelsels gebruik. 'N Verduideliking van die werking daarvan word in sintetiese diafragma-sonar gegee.

Parametriese sonar

Parametriese bronne gebruik die nie-lineariteit van water om die verskilfrekwensie tussen twee hoë frekwensies te genereer. 'N Virtuele end-fire-reeks word gevorm. So 'n projektor het voordele van breë bandbreedte, smal straalwydte, en as dit volledig ontwikkel en noukeurig gemeet word, het dit geen duidelike kantlyne nie: sien Parametric array. Die grootste nadeel daarvan is 'n baie lae doeltreffendheid van slegs 'n paar persent. [58] P.J. Westervelt som die betrokke tendense op. [59]

Sonar in buiteaardse kontekste

Die gebruik van passiewe en aktiewe sonar is voorgestel vir verskillende buiteaardse gebruike. [60] 'n Voorbeeld van die gebruik van aktiewe sonar is die bepaling van die diepte van koolwaterstofsee op Titan, [61] 'n Voorbeeld van die gebruik van passiewe sonar is die opsporing van metaanvalle op Titan, [62]

Daar is opgemerk dat die voorstelle wat die gebruik van sonar voorstel sonder om behoorlik rekening te hou met die verskil tussen die aardse (atmosfeer, oseaan, minerale) omgewings en die buiteaardse, tot foutiewe waardes kan lei [63] [64] [65 ] [66] [67] [68]

Effek op seesoogdiere

Navorsing het getoon dat die gebruik van aktiewe sonar tot massale strandings van mariene soogdiere kan lei. [69] Bekwalvisse, die algemeenste slagoffer van die strandings, het getoon dat dit baie sensitief is vir aktiewe sonar in die middelfrekwensie. [70] Ander mariene soogdiere soos die blouwalvis vlug ook weg van die bron van die sonar, [71] terwyl voorgestel is dat vlootaktiwiteit die waarskynlikste oorsaak is van 'n massale stranding van dolfyne. [72] Die Amerikaanse vloot, wat 'n deel van die studies gedeeltelik befonds het, het gesê dat die bevindinge slegs gedragsreaksies op sonar toon, nie werklike skade nie, maar dat hulle die doeltreffendheid van [hul] beskermende maatreëls vir mariene soogdiere sal evalueer in die lig van nuwe navorsingsbevindinge ". [69] In 'n uitspraak van die Amerikaanse hooggeregshof in 2008 oor die gebruik van sonar deur die Amerikaanse vloot, word opgemerk dat daar nog geen gevalle was waar aangetoon is dat sonar 'n seesoogdier beskadig of doodgemaak het nie. [73]

Sommige seediere, soos walvisse en dolfyne, gebruik echolokasiestelsels, soms genoem biosonar om roofdiere en prooi op te spoor. Navorsing oor die effekte van sonar op blouwalvisse in die Suid-Kaliforniese bocht, toon dat die gebruik van middelfrequente sonar die voedingsgedrag van die walvisse onderbreek. Dit dui aan dat sonar-geïnduseerde onderbreking van voeding en verplasing van hoë kwaliteit prooi-plakkers beduidende en voorheen ongedokumenteerde impak op die ekologie van baleenwalvisse, individuele fiksheid en bevolkingsgesondheid kan hê. [74]

'N Oorsig van bewyse oor die massale strandings van bekwalvis gekoppel aan vlootoefeninge waar sonar gebruik is, is in 2019 gepubliseer. Die gevolgtrekking is dat die effekte van aktiewe sonar in die middelste frekwensie die sterkste is op die walvisse van Cuvier, maar dat dit verskil tussen individue of populasies. Die oorsig het voorgestel dat die sterkte van reaksie van individuele diere afhang van of hulle vooraf blootstelling aan sonar gehad het, en dat simptome van dekompressie-siekte gevind is by strandwalvisse wat die gevolg is van sodanige reaksie op sonar.Dit het opgemerk dat op die Kanariese Eilande waar voorheen oor verskeie strandings gerapporteer is, geen massa-strandings plaasgevind het nie, nadat vlootoefeninge waartydens sonar gebruik is, in die gebied verbied is, en het aanbeveel dat die verbod uitgebrei word na ander gebiede waar massale strandings voortgaan. gebeur. [75] [76]

Effek op vis

Hoë-intensiteit sonargeluide kan 'n klein tydelike skuif in die gehoordrempel van sommige visse veroorsaak. [77] [78] [a]

Die frekwensies van sonare wissel van infrasonies tot bo 'n megahertz. Oor die algemeen het die laer frekwensies 'n langer reikwydte, terwyl die hoër frekwensies 'n beter resolusie en 'n kleiner grootte vir 'n bepaalde rigting bied.

Om redelike rigtinggewendheid te bewerkstellig, benodig frekwensies onder 1 kHz gewoonlik 'n groot grootte, gewoonlik as gesleepte skikkings. [79]

Lae frekwensie sonare word losweg gedefinieer as 1–5 kHz, hoewel sommige vloot 5–7 kHz ook as lae frekwensie beskou. Medium frekwensie word gedefinieer as 5–15 kHz. 'N Ander verdelingstyl beskou lae frekwensie as minder as 1 kHz, en medium frekwensie tussen 1–10 kHz. [79]

Amerikaanse sonare uit die Tweede Wêreldoorlog het teen 'n relatiewe hoë frekwensie van 20-30 kHz gewerk, om rigtinggewendheid met redelike klein omvormers te bereik, met 'n tipiese maksimum bedieningsbereik van 2500 yd. Naoorlogse sonars het laer frekwensies gebruik om langer bereik te bereik, bv. SQS-4 werk op 10 kHz met 'n reikwydte tot 5000 yd. SQS-26 en SQS-53 werk op 3 kHz met 'n reikwydte van tot 20.000 yd, hul koepels het 'n grootte van ongeveer. 'n 60-voet personeelboot, 'n boonste grootte limiet vir konvensionele rompsonare. Die bereiking van groter groottes deur middel van 'n konformêre sonar-reeks wat oor die romp versprei is, was tot dusver nog nie effektief nie, omdat laer frekwensies dus lineêre of gesleepte skikkings word gebruik. [79]

Japannese WW2-sonars het op 'n verskeidenheid frekwensies gewerk. Die Type 91, met 'n 30-duim kwartsprojektor, het op 9 kHz gewerk. Die Type 93, met kleiner kwartsprojektors, werk teen 17,5 kHz (model 5 by 16 of 19 kHz magnetostrictief) met drywing tussen 1,7 en 2,5 kilowatt, met 'n reikwydte van tot 6 km. Die latere Type 3, met Duitse magnetostrictiewe transducers, word op 13, 14,5, 16 of 20 kHz (volgens model) bedryf, met dubbele transducers (behalwe model 1 met drie enkelstukke), teen 0,2 tot 2,5 kilowatt. Die eenvoudige tipe gebruik 14,5 kHz magnetostriktiewe transducers teen 0,25 kW, aangedryf deur kapasitiewe ontlading in plaas van ossillators, met 'n reikwydte van tot 2,5 km. [21]

Die resolusie van die sonar is hoekige voorwerpe wat verder van mekaar af is, met 'n laer resolusie as nabygeleë.

'N Ander bron gee 'n lys van reekse en resolusies teenoor frekwensies vir kantson-sonare. 30 kHz bied lae resolusie met 'n reikwydte van 1000–6000 m, 100 kHz gee medium resolusie op 500–1000 m, 300 kHz gee 'n hoë resolusie op 150–500 m, en 600 kHz gee 'n hoë resolusie op 75–150 m. Langere sonare word nadeliger beïnvloed deur nie-homogeniteite van water. Sommige omgewings, gewoonlik vlak waters naby die kus, het 'n ingewikkelde terrein met baie kenmerke; hoër frekwensies word daar nodig. [80]


Video: EdgeTech - 4125 Side Scan Sonar Demonstration