سونار المسح الجانبي

سونار المسح الجانبي

الجيولوجيا وعلم الأحياء البحرية

سونار المسح الجانبي

كنت أرغب في تقديم الحديث أداة تستخدم الآن على نطاق واسع في الجيولوجيا البحرية، أنا أتحدث عن سونار المسح الجانبي.

تم تجربته لأول مرة بين عامي 1950 و 1960 منذ ذلك الحين البروفيسور هارولد إدجيرتون في مختبرات علم المحيطات في هدسون. تم استخدام هذه الأداة لأول مرة من قبل البحرية الأمريكية ، ثم تحولت إلى حليف ممتاز لتحديد الحطام ، وبعد بضع سنوات فقط تم استخدامها لدراسة قاع البحر.

إنه في الواقع سونار ، لكن على عكس هذا، يعيد صورة ثلاثية الأبعاد لقاع البحر ، مع القدرة على إصدار نبضات جانبية. تتراوح نبضات الصوت التي يصدرها بين 100 و 500 كيلو هرتز ، ولكن كلما زاد التردد المستخدم ، وبالتالي دقة الصورة ، قلت زاوية المشاهدة. وبالتالي ، سيكون الفني ، مع استمرار تحليل الخلفية ، هو الذي يقرر ما إذا كان يفضل رؤية أوسع أو صورة أكثر تحديدًا.

يتم تشكيل سونار المسح الجانبي بواسطة أداة تشبه طوربيد صغير ينطلق في الماء ، ويسمى "سمكة"، من كابل الذي يحمل البيانات التي تم جمعها على القارب ومن وحدة التحكم في البيانات وتسجيلها، عادةً كمبيوتر محمول.

يتم سحب الوحدة تحت الماء بواسطة القارب على طول المسارات التي تم تحديدها مسبقًا ، يتم تصحيح أي شذوذ بسبب سرعة السيارة تلقائيًا. لا تستخدم الأداة انعكاس الموجات الصوتية ولكن حيودها ، يتم إرسال النبضات الصوتية بواسطة محولين موجودين على "السمكة": إذا تضرب الموجة سطحًا له زاوية تواجه الموجة نفسها ، مثل سطح منفصل ، تنحني مقدمة الموجة حول الانفصال مما يؤدي إلى ظهور موجة منعرجة. تصبح كل نقطة من الخلفية تصل إليها الموجة الصوتية ، إذا كانت لها خصائص مناسبة ، مصدرًا للموجات المنحرفة.

يعتمد تردد الموجة وطولها على خصائص القاع. عودة الموجة الصوتية لذلك يتم تسجيله بواسطة محولات الطاقة ويتم تحويل الإشارة إلى صورة تتكون من سلسلة من الخطوط تتكون من نقاط مفردة (بكسل) ، كل سطر هو تمثيل للأصداء الناتجة عن نبضة واحدة. بناءً على سعة إشارة العودة (وبالتالي شكل الخلفية) ، تُنشئ الأداة صورة بظلال من اللون الرمادي ، على غرار الصورة الجوية بالأبيض والأسود.

بمجرد تسجيل البيانات ، سيكون لدينا "خطوط" من قاع البحر، والتي من أجل إعادتها للمستخدم كخريطة نهائية ، تتم معالجتها بواسطة برنامج معين.

يستخدم سونار المسح الجانبي لمجموعة متنوعة من الأشياء: تحديد الحطام ، وتحديد أي مخاطر للملاحة ، ودراسة قياس الأعماق لتحديد مواقع الكابلات أو قنوات النفط / الغاز ، وإنشاء خرائط مفصلة.

هناك نوعان من الأدوات: أحدهما لمسح السواحل في حدود 400 متر والآخر للمياه العميقة التي يزيد ارتفاعها عن 1000 متر.

في حالة التحقيق على أرض صلبة ، وبالتالي الصخور ، لا ينصح باستخدام سونار المسح الجانبي ، بسبب عدم شرعية البيانات التي تم الحصول عليها.

الدكتورة روسيلا ستوكو


سونار المسح الجانبي


يقوم سونار المسح الجانبي بإنشاء صورة للقاع باستخدام الموجات الصوتية. في حين أن هذا يمكن أن يبدو كصورة ، فإن الصورة تعتمد على تفاعل الموجات الصوتية مع الجزء السفلي. يستخدم النظام وقت العودة لحساب مسافة ، ثم يعرض شدة العودة في ظل رمادي. تعتمد شدة العائد على:

  • صلابة القاع. تعكس القيعان الصخرية الصلبة معظم الصوت ، بينما تمتص القيعان الطينية اللينة معظم الطاقة. الميزات التي يصنعها الإنسان صعبة بشكل عام ، وتحتوي أشياء مثل أواني السلطعون على عدد من الأسطح الزاوية التي تعمل بنفس طريقة عاكسات الرادار الموجودة على صواري المراكب الشراعية لتعكس قدرًا كبيرًا من الطاقة ويمكن أن تظهر أكبر مما هي عليه بالفعل.
  • نعومة القاع. يعمل القاع الأملس كمرآة ، ويعكس الصوت في اتجاه واحد فقط - لذلك ما لم تصل الحزمة إلى القاع بزاوية 90 درجة ، فلن يعود الانعكاس إلى سمكة السحب. سيؤدي السطح الخشن إلى تشتيت الصوت ، وسيعود البعض. يعتمد ما هو سلس على الطول الموجي للطاقة - بالنسبة للضوء ، يجب أن تكون المرآة ناعمة بشكل لا يصدق (حوالي 500 نانومتر) ، ولكن بالنسبة للسونار ، السلس أو الخام يكون بمقياس بضعة سنتيمترات ، وهو نفس حجم طاقة الرادار المستخدمة في بعض تطبيقات رسم الخرائط على الأرض.
  • منحدر القاع. سيكون هناك عوائد أفضل عندما يضرب الصوت قاعًا منحدرًا إلى أعلى وبعيدًا عن السمكة ، ويعود القليل عندما ينحدر القاع لأسفل.

  • عرض رقعة: المسافة المقطوعة على جانبي السمكة. يتم التحكم في هذا بشكل عام بزاوية انخفاض ثابتة لحزم الصوت المنبعثة ، ويعتمد العرض الفعلي على ارتفاع السمكة فوق القاع والتي يمكن التحكم فيها.
  • TWTT (وقت السفر في اتجاهين): الوقت الذي يستغرقه الصوت للانتقال من سمكة القطر إلى الهدف والعودة. من TWTT وسرعة الصوت ، يمكن حساب النطاق المائل إلى الهدف.
  • نطاق مائل: المسافة التي يقطعها الصوت عن الهدف. إنه وتر المثلث بارتفاع السمكة ومسافة الأرض الأفقية الحقيقية مثل الأرجل الأخرى.
  • استلقاء.
  • عبر المسار وعلى طول المسار: تجمع كل أداة ping للمسح الجانبي البيانات في اتجاه المسار المتقاطع ، بشكل عمودي على مسار السفينة ومسار القطر. أثناء تحرك سمكة القطر في اتجاه مسار المسار الممتد ، سيتم إزاحة اختبار الاتصال التالي وتصوير السطر التالي في اتجاه المسار الممتد. سيشير جزء الصورة الذي يظهر عمود الماء إلى اتجاه المسار الممتد إذا تم تصحيح الصورة هندسيًا لإزالة عمود الماء ، ستكشف وحدات البكسل المشوهة عن اتجاه المسار على طول.
تظهر العوائد القوية الآن بشكل عام باللون الأبيض ، ولا توجد عودة باللون الأسود ، مما يدل على ظل الصوت. لم يكن هذا هو الحال دائمًا مع الأنظمة الأولى التي تستخدم فقط جهاز تسجيل ورقي وتضع الحبر الأسود فقط على الأهداف. يجب عليك دائمًا التحقق من اصطلاح الألوان المستخدم في الصور التي تشاهدها. تُستخدم الألوان أحيانًا أيضًا لتسليط الضوء على المرتجعات القوية جدًا ، والحفاظ على تنبيه الساعة عند ظهورها. مخطط اللون الذهبي هو الأكثر شيوعًا اليوم.
تدرج الرماديمقياس لون الذهب المخصص

الترددات المنخفضة تضعف بشكل أقل وتسافر الحيتان لمسافات أبعد تستخدم ترددات منخفضة لزيادة نطاق اتصالاتها.

يوضح الشكل 1 أدناه منظرين لـ Submarine S5. الصورة على اليسار أصغر ، مما يشير إلى أن السونار كان يعمل بمدى أطول. يوفر هذا تفاصيل أقل ، ولكنه يغطي مساحة كبيرة ، وهو بشكل عام كيفية استخدام السونار في البحث. تم تصميم سونار المسح الجانبي لعرض قاع البحر من الجانب ، وتوفير هندسة رديئة للغاية مباشرة تحت السمكة (الشكل 2). في كل من الشكلين 1 و 2 ، يظهر مسار سمكة القطر بالبكسل الكبير. بالنسبة لصورة S5 ، بمجرد أن حددت سفينة المسح NOAA الحطام ، قاموا بالتبديل إلى مدى قصير على الجانبين لجمع صورة أفضل ، وعادوا لتمريرة ثانية مع توجيه مسار السفينة في نفس اتجاه الحطام . بالإضافة إلى ذلك ، قاموا بتأمين أن الحطام كان في منتصف قناة واحدة ، وليس تحت السمكة. إذا كان المسح الذي حصل على الشكل 12 مهتمًا بتفاصيل الحطام ، لكانوا قد أخذوا تمريرة ثانية والتأكد من مرورهم إلى جانب الحطام. بالإضافة إلى عدم الرغبة في المرور فوق الحطام ، يجب أن تكون سمكة السحب قريبة من القاع لتعزيز الظلال. لاحظ أنه في الشكل 11 ، توفر الظلال معلومات أكثر من الجزء المصور الفعلي للحطام.

المنطقة المضيئة هي الانعكاس والظلام هو الظل.

يمكن لأوعية المسح الحصول على قياس الأعماق متعدد الحزم وصور سونار المسح الجانبي في نفس الوقت (الشكل 7) ، والجمع بين هذه النتائج يزيد بشكل كبير مما يمكن للمحلل رؤيته في البيانات (الشكل 13).

الشكل 13. مقارنة بين أنظمة المسح الجانبي الأقدم وأنظمة الحزم المتعددة على حطام السفينة. توجد الأنظمة الأحدث عالية الدقة على يمين الصورة.

المسح الجانبي له عرض مسطح ، وهو المنطقة المغطاة. إنه أقل بقليل من ضعف النطاق ، حيث أن النطاق المقتبس هو النطاق المائل لكل قناة. إذا كانت السمكة في الارتفاع المفضل (15٪ من عرض المسحة) ، فإن المسافة الأفقية في الأسفل تكون حوالي 99٪ من النطاق. إذا كانت مسارات السفن في ضعف النطاق بالضبط ، فستحصل على تغطية بنسبة 100 ٪ تقريبًا ، لكن المنطقة الواقعة أسفل سمكة السحب ستتمتع بتغطية رهيبة. إذا كانت مسارات السفن في نصف التباعد ، فستغطي كل نقطة في الأسفل مرتين ، وستكون المنطقة الموجودة أسفل السمكة مباشرة في ممر واحد على حافة الممر التالي. في كلتا الحالتين ، قد ترغب في أن تكون المسافات أقرب قليلاً لتجنب الفجوات. تعتمد المسافات التي تختارها على الوقت والمال المتاحين والتكلفة المحتملة لفقدان ما تبحث عنه.

يقوم سونار المسح الجانبي بجمع الصور. يقوم نظام ذو صلة ، متعدد الحزم أو قياس الأعماق ، بجمع معلومات العمق.


سونار المسح الجانبي

يسمح برنامج رسم خرائط قاع البحر الرائد في الصناعة للمساحين بما يلي:

  • كشف الأهداف الصغيرة عبر تحسين دقة المسار.
  • حدد الاختلافات بين الاستطلاعات القديمة والجديدة من خلال أدوات SonarWiz للشفافية أو التمرير أو تغيير الخط.
  • الحفاظ على الدقة الكاملة لبيانات السونار عبر تنسيقات متعددة. على سبيل المثال ، يسمح SonarWiz بالتسجيل بتنسيق XTF القياسي في الصناعة أو التنسيقات الخاصة بالبائع مثل Edgetech JSF أو Kongsberg-GeoAcoustics GCF.
  • تبسيط تنفيذ المهمة من خلال استخدام حل رسم خرائط واحد سهل التعلم.
  • قم بإنشاء تقارير اتصال ممتازة بفضل ميزات التحرير المحسّنة. تصدير البيانات بسهولة إلى مجموعة متنوعة من التنسيقات بما في ذلك PDF و OpenOffice و Microsoft Word و HTML.
  • تحسين الوقت على المياه من خلال استخدام أدوات التخطيط المتطورة.
  • قلل التكاليف من خلال الاستفادة من الحصول على البيانات في الوقت الفعلي لتأكيد الجودة والتغطية قبل مغادرة منطقة التغطية.
  • قم بإنشاء صور الفسيفساء والتلامس والشلال على أحدث طراز باستخدام شاشات عالية الدقة 64 بت.

تفاصيل ميزة SonarWiz

تخطيط المسح
  • قم بتحميل الخرائط والمخططات الخلفية من مجموعة من التنسيقات بما في ذلك DNC و RNC و S57 و GeoTIFF.
  • قم تلقائيًا بتخطيط خطوط المسح الموازية لخط مرجعي ، داخل مضلع بناءً على الكفاءة أو الأنماط التقليدية.
  • قم بإنشاء خرائط مسح مخطط لها مثل GeoPDF أو GeoTIFF أو ECW أو JPEG أو Google Earth.
  • تقدير توقيت المسح.
المعالجة البعدية
  • معاينة الملفات مع ميزة SNIFF.
  • قم بإضافة وإصلاح بيانات التنقل باستخدام NavInjectorPro.
  • الاستفادة من معالجة الإشارات المتقدمة والتحكم في الاستفادة من الميزات مثل تصحيح زاوية الشعاع ، وإزالة الشريط ، وغير الخطي لكل قناة TVG ، و AGC ، وتصفية النطاق الترددي والتكديس ، والتقاط (الهدف) ، والتعليقات التوضيحية ، والتقارير الموجزة عبر عارض ثلاثي الأبعاد .
  • استخدام تكوينات تخطيط مرنة.
  • إخراج قابل للطباعة بسهولة.
  • إنشاء ملف شكل / شبكة من نوع الشبكة / كفاف isopach من المتغيرات المحددة (مثل الارتفاع + العمق).
توافق الأجهزة

SonarWiz متوافق مع أجهزة Sonar التالية:

  • 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 Bentynhos، Teledyne Gavdomia، و Tritech.
  • يرجى الاطلاع على الواجهات المدعومة وتنسيقات الملفات للحصول على قائمة بالتنسيقات العديدة التي ندعمها. إذا كنت لا ترى واحدة ، فأنت بحاجة فقط إلى السؤال!


الأشياء التي يجب مراعاتها عند شراء مكتشف العمق مع التصوير الجانبي

هناك بعض الأشياء المهمة التي يجب مراعاتها أثناء الاستثمار في مكتشف عمق العرض الجانبي s.

فيما يلي هذه:

قوة

القوة العالية دائما جيدة. هذا هو السبب في أن اختيار واحد باستخدام واط أعلى يعد أمرًا جيدًا للحصول على طاقة أقوى.

الترددات

تحتاج إلى التأكد من القرارات التي تحتاجها بالضبط. ما عليك سوى تحديد ما إذا كنت بحاجة إلى ترددات فردية أو ثنائية أو متعددة. تلعب الترددات أدوارًا مهمة في مدى فعالية أداء أجهزة فحص السونار.

القاعدة الأساسية هي تحديد التردد العالي للحصول على مزيد من التفاصيل على الشاشة. ومع ذلك ، يرى العديد من المهنيين ذوي الخبرة أن الترددات المنخفضة مثالية للمياه العميقة وأن الترددات الأعلى جيدة للمياه الضحلة.

دقة الشاشة

دقة الشاشة الأعلى جيدة دائمًا. يساعدك في الحصول على مزيد من التفاصيل وجهات النظر وتحديد هدفك.

محولات الطاقة

تُستخدم المحولات لإصدار موجات السونار عبر الماء للوصول إلى التمثيلات الرقمية للأشياء غير الحية والهياكل والكائنات الحية مثل اللحم. محولات الطاقة ضرورية لعمل أي أدوات لاكتشاف الأسماك.

لون الشاشة

يعد اختيار الشاشات عالية الدقة أمرًا جيدًا للحصول على مجموعة متنوعة من الألوان التي تساعدك على تمييز الأشياء المختلفة بسهولة. هذا هو سبب أهمية اختيار الشاشة الصحيح هنا.

ما هو مكتشف الأسماك الجانبية التصوير؟

كما يوحي الاسم ، فإن جهاز الكشف عن الأسماك بالتصوير الجانبي هو في الأساس جهاز سونار يستخدم للعثور على الأسماك تحت الماء. يمكنك الحصول على أفضل استغلال لوقتك على الماء. يستخدم تقنية السونار القادمة مع محول طاقة معين. تحتاج فقط إلى ضبطه على الجزء الخارجي من رافدة القارب لمشاهدة المياه الضحلة للأسماك.

الجانب المنفعة من مكتشف الأسماك المسح الجانبي

بمساعدة جهاز الكشف عن الأسماك بالتصوير الجانبي ، ستتمكن من تحديد مواقع الصيد الغنية ووجود ضحلة من الأسماك. وبالتالي ، يمكنك اتخاذ الإجراءات اللازمة لصيد الأسماك بسهولة. وبالتالي ، يمكنك تبسيط تجربة الصيد الخاصة بك.

استنادًا إلى أفضل تقييمات مكتشفات الأسماك ، قمنا بتضمين أفضل مكتشفات الأسماك للتصوير الجانبي (لعام 2021) باستخدام أفضل التقنيات لضمان تجربة سلسة.


يمكن استخدام سونار المسح الجانبي لإجراء مسوحات للآثار البحرية بالتزامن مع عينات قاع البحر ، فهو قادر على تقديم فهم للاختلافات في نوع المواد والملمس لقاع البحر. تعد صور السونار ذات المسح الجانبي أيضًا أداة شائعة الاستخدام لاكتشاف عناصر الحطام والعوائق الأخرى في قاع البحر والتي قد تكون خطرة على الشحن أو تركيبات قاع البحر بواسطة صناعة النفط والغاز. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن التحقق من حالة خطوط الأنابيب والكابلات في قاع البحر باستخدام سونار المسح الجانبي. كثيرًا ما يتم الحصول على بيانات المسح الجانبي جنبًا إلى جنب مع عمليات السبر الباثيمترية وبيانات التعريف تحت القاع ، مما يوفر لمحة عن البنية الضحلة لقاع البحر. يستخدم سونار المسح الجانبي أيضًا في أبحاث المصايد وعمليات التجريف والدراسات البيئية. كما أن لديها تطبيقات عسكرية بما في ذلك الكشف عن الألغام.

يستخدم المسح الجانبي جهاز سونار يصدر نبضات مخروطية أو على شكل مروحة لأسفل باتجاه قاع البحر عبر زاوية واسعة متعامدة مع مسار المستشعر عبر الماء ، والتي يمكن سحبها من سفينة سطحية أو غواصة ، أو مثبتة على السفينة بدن. يتم تسجيل شدة الانعكاسات الصوتية من قاع البحر لهذه الحزمة على شكل مروحة في سلسلة من شرائح المسار المتقاطع. عند تجميعها معًا على طول اتجاه الحركة ، تشكل هذه الشرائح صورة لقاع البحر داخل رقعة (عرض التغطية) للحزمة. عادةً ما تتراوح ترددات الصوت المستخدمة في سونار المسح الجانبي من 100 إلى 500 كيلوهرتز.

تحرير التكنولوجيا

استخدمت سونار المسح الجانبي الأقدم محول طاقة ذو شعاع مخروطي واحد. بعد ذلك ، تم تصنيع الوحدات من محولي طاقة لتغطية كلا الجانبين. كانت المحولات إما محتواة في عبوة واحدة محمولة على الهيكل أو بحزمتين على جانبي الوعاء. بعد ذلك ، تطورت المحولات إلى أشعة على شكل مروحة لإنتاج صورة أفضل "بالموجات الصوتية" أو صورة سونار. من أجل الاقتراب من القاع في المياه العميقة ، تم وضع محولات المسح الجانبي في "سمكة السحب" وسحبها بواسطة كابل سحب.

حتى منتصف الثمانينيات من القرن الماضي ، تم إنتاج صور المسح الجانبي التجاري في السجلات الورقية. تم إنتاج السجلات الورقية المبكرة باستخدام رسام شامل قام بحرق الصورة في سجل ورقي قابل للتمرير. سمح الراسمون اللاحقون بالتخطيط المتزامن لمعلومات الموقع وحركة السفينة في السجل الورقي. في أواخر الثمانينيات من القرن الماضي ، طورت الأنظمة التجارية التي تستخدم أنظمة الكمبيوتر الأحدث والأرخص محولات مسح ضوئي رقمية يمكن أن تحاكي محولات المسح التناظرية التي تستخدمها الأنظمة العسكرية لإنتاج التلفزيون والكمبيوتر صورًا للمسح وتخزينها على شريط فيديو. . يتم حاليًا تخزين البيانات على محركات الأقراص الثابتة للكمبيوتر أو وسائط الحالة الصلبة.

تحرير التطبيق العسكري

أحد مخترعي سونار المسح الجانبي هو العالم الألماني الدكتور يوليوس هاجمان ، الذي تم إحضاره إلى الولايات المتحدة بعد الحرب العالمية الثانية وعمل في مختبر الدفاع عن الألغام التابع للبحرية الأمريكية ، بنما سيتي ، فلوريدا من عام 1947 حتى وفاته في عام 1964. تم توثيق عمله في براءة الاختراع الأمريكية رقم 4،197،591 [1] والتي تم الكشف عنها لأول مرة في أغسطس 1958 ، لكنها ظلت مصنفة من قبل البحرية الأمريكية حتى تم إصدارها أخيرًا في عام 1980. تم إجراء أنظمة السونار التجريبية للمسح الجانبي خلال الخمسينيات في المختبرات بما في ذلك معهد سكريبس من مختبرات علم المحيطات وهدسون والدكتور هارولد إدجيرتون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

تم صنع سونار المسح الجانبي العسكري في الخمسينيات من القرن الماضي بواسطة Westinghouse. تم تطوير وبناء أنظمة متقدمة في وقت لاحق لأغراض عسكرية خاصة ، مثل العثور على القنابل H المفقودة في البحر أو للعثور على غواصة روسية مفقودة ، في منشأة Westinghouse في أنابوليس حتى التسعينيات. أنتجت هذه المجموعة أيضا العامل الأول والوحيد زاوية نظرة سونار يمكن أن تتبع الأشياء أثناء النظر تحت السيارة.

تحرير التطبيق التجاري

كان أول نظام مسح جانبي تجاري هو Kelvin Hughes "Transit Sonar" ، وهو جهاز صدى تم تحويله مع محول طاقة أحادي القناة ومركب على عمود ومروحة تم تقديمه حوالي عام 1960. في عام 1963 ، كان الدكتور هارولد إدجيرتون وإدوارد كيرلي استخدم John Yules سونار مسح جانبي ذو شعاع مخروطي 12 كيلو هرتز للعثور على Vineyard Lightship الغارقة في Buzzards Bay ، ماساتشوستس. قام فريق بقيادة Martin Klein في Edgerton ، Germeshausen & Grier (لاحقًا EG & G. ، Inc.) بتطوير أول نظام سونار تجاري ناجح للمسح الجانبي ثنائي القناة من عام 1963 إلى عام 1966. "والد" سونار المسح الجانبي التجاري. في عام 1967 ، استخدم إيدجيرتون سونار كلاين لمساعدة ألكسندر ماكي في العثور على سفينة هنري الثامن الرائدة ارتفع ماري. في نفس العام ، استخدم كلاين السونار لمساعدة عالم الآثار جورج باس في العثور على سفينة عمرها 2000 عام قبالة سواحل تركيا. في عام 1968 ، أسس كلاين شركة كلاين أسوشيتس (الآن كلاين مارين سيستمز) واستمر في العمل على التحسينات بما في ذلك أول أنظمة تجارية عالية التردد (500 كيلو هرتز) وأول سونار للمسح الجانبي ثنائي التردد ، وأول مسح جانبي مشترك وفحص ثانوي. السونار التنميط السفلي. في عام 1985 ، أنتج تشارلز مازيل من شركة كلاين أسوشيتس (الآن كلاين مارين سيستمز ، إنك) أول فيديوهات تدريبية تجارية للمسح الجانبي للسونار وأول فيديو دليل تدريب سونار المسح الجانبي واثنين من علماء المحيطات وجدوا حطام RMS تايتانيك.

لمسح مناطق كبيرة ، تم تطوير سونار GLORIA sidescan بواسطة Marconi Underwater Systems ومعهد علوم المحيطات (IOS) من أجل NERC.GLORIA تعني جيولوجيًا طويل المدى مائلًا. [2] تم استخدامه من قبل هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية و IOS في المملكة المتحدة للحصول على صور الرفوف القارية في جميع أنحاء العالم. تعمل بترددات منخفضة نسبيًا للحصول على مدى بعيد. مثل معظم سونار المسح الجانبي ، يتم سحب أداة GLORIA خلف سفينة. لدى GLORIA معدل ping يبلغ اثنين في الدقيقة ، ويكتشف العوائد من نطاق يصل إلى 22 كم على جانبي سمكة السونار.


محتويات

  • 1 التاريخ
    • 1.1 ASDIC
    • 1.2 سونار
    • 1.3 مختبر الصوت تحت الماء التابع للبحرية الأمريكية
    • 1.4 المواد والتصاميم في الولايات المتحدة واليابان
    • 1.5 التطورات اللاحقة في المحولات
  • 2 السونار النشط
    • 2.1 مشروع أرتميس
    • 2.2 باقة
    • 2.3 توقع الأداء
    • 2.4 سونار محمول باليد لاستخدامه من قبل الغواص
    • 2.5 السونار التصاعدي
  • 3 السونار السلبي
    • 3.1 تحديد مصادر الصوت
    • 3.2 قيود الضوضاء
    • 3.3 توقع الأداء
  • 4 عوامل الأداء
    • 4.1 انتشار الصوت
    • 4.2 نثر
    • 4.3 الخصائص المستهدفة
    • 4.4 الإجراءات المضادة
  • 5 تطبيقات عسكرية
    • 5.1 الحرب المضادة للغواصات
    • 5.2 طوربيدات
    • 5.3 الألغام
    • 5.4 التدابير المضادة للألغام
    • 5.5 الملاحة البحرية
    • 5.6 الطائرات
    • 5.7 الاتصالات تحت الماء
    • 5.8 مراقبة المحيطات
    • 5.9 الأمن تحت الماء
    • 5.10 السونار اليدوي
    • 5.11 سونار اعتراض
  • 6 تطبيقات مدنية
    • 6.1 مصايد الأسماك
    • 6.2 سبر الصدى
    • 6.3 الموقع الصافي
    • 6.4 ROV و UUV
    • 6.5 موقع السيارة
    • 6.6 بدلة للمكفوفين
  • 7 تطبيقات علمية
    • 7.1 تقدير الكتلة الحيوية
    • 7.2 قياس الموجة
    • 7.3 قياس سرعة الماء
    • 7.4 تقييم نوع القاع
    • 7.5 رسم خرائط الأعماق
    • 7.6 التنميط تحت القاع
    • 7.7 كشف تسرب الغاز من قاع البحر
    • 7.8 فتحات السونار الاصطناعية
    • 7.9 السونار البارامترى
    • 7.10 سونار في سياقات خارج كوكب الأرض
  • 8 تأثير السونار على الحياة البحرية
    • 8.1 التأثير على الثدييات البحرية
    • 8.2 التأثير على الأسماك
  • 9 الترددات والقرارات
  • 10 انظر أيضا
  • 11 ملاحظات تفسيرية
  • 12 اقتباسات
  • 13 ببليوغرافيا عامة
    • 13.1 المراجع الصوتية لمصايد الأسماك
  • 14 قراءات إضافية
  • 15 روابط خارجية

على الرغم من أن بعض الحيوانات (الدلافين والخفافيش وبعض الزبابات وغيرها) قد استخدمت الصوت للتواصل واكتشاف الأشياء لملايين السنين ، فقد سجل ليوناردو دافنشي استخدامها في الماء في البداية في عام 1490: تم إدخال أنبوب في الماء. يقال أنه يستخدم للكشف عن الأوعية عن طريق وضع أذن في الأنبوب. [4]

في أواخر القرن التاسع عشر ، تم استخدام جرس تحت الماء كمساعد للمنارات أو المنارات للتحذير من المخاطر. [5]

يبدو أن استخدام الصوت "لتحديد موقع الصدى" تحت الماء بنفس طريقة استخدام الخفافيش للصوت في الملاحة الجوية قد تم بدافع من تايتانيك كارثة عام 1912. [6] تم تسجيل أول براءة اختراع في العالم لجهاز مدى الصدى تحت الماء في مكتب براءات الاختراع البريطاني من قبل عالم الأرصاد الجوية الإنجليزي لويس فراي ريتشاردسون بعد شهر من غرق تايتانيك، [7] وحصل الفيزيائي الألماني ألكسندر بيم على براءة اختراع لمؤثر صدى في عام 1913. [8]

قام المهندس الكندي ريجينالد فيسيندين ، أثناء عمله في شركة Submarine Signal Company في بوسطن ، ماساتشوستس ، ببناء نظام تجريبي يبدأ في عام 1912 ، وهو نظام تم اختباره لاحقًا في ميناء بوسطن ، وأخيراً في عام 1914 من الولايات المتحدة. قاطع الإيرادات كنت تحبني في جراند بانكس قبالة نيوفاوندلاند. [7] [9] في هذا الاختبار ، أظهر Fessenden سبر العمق ، والاتصالات تحت الماء (شفرة مورس) ومدى الصدى (اكتشاف جبل جليدي على مسافة ميلين (3.2 كم)). [10] [11] "مذبذب Fessenden" ، الذي يعمل بتردد حوالي 500 هرتز ، غير قادر على تحديد اتجاه الجبل الجليدي بسبب الطول الموجي البالغ 3 أمتار والبُعد الصغير للوجه المشع للمحول (أقل من 13 الطول الموجي في القطر). تم تجهيز الغواصات العشر من طراز H البريطانية من مونتريال والتي تم إطلاقها في عام 1915 بمذبذبات Fessenden. [12]

خلال الحرب العالمية الأولى ، دفعت الحاجة إلى اكتشاف الغواصات إلى مزيد من البحث في استخدام الصوت. استخدم البريطانيون في وقت مبكر أجهزة الاستماع تحت الماء المسماة hydrophones ، بينما عمل الفيزيائي الفرنسي Paul Langevin ، مع مهندس كهربائي مهاجر روسي قسطنطين تشيلوفسكي ، على تطوير أجهزة صوتية نشطة للكشف عن الغواصات في عام 1915. على الرغم من أن محولات الطاقة الكهرضغطية والمغناطيسية قد حلت محلها لاحقًا المحولات الكهروستاتيكية التي استخدموها ، أثر هذا العمل على التصاميم المستقبلية. تم استخدام غشاء بلاستيكي خفيف الوزن حساس للصوت وألياف بصرية للهيدروفونات ، بينما تم تطوير Terfenol-D و PMN (نيوبات المغنيسيوم الرصاص) لأجهزة العرض.

ASDIC

في عام 1916 ، تحت إشراف المجلس البريطاني للاختراع والأبحاث ، تولى الفيزيائي الكندي روبرت ويليام بويل مشروع الكشف النشط عن الصوت مع أ.ب.وود ، وأنتج نموذجًا أوليًا للاختبار في منتصف عام 1917. تم تنفيذ هذا العمل لقسم مكافحة الغواصات في هيئة الأركان البحرية البريطانية في سرية تامة ، واستخدمت بلورات الكوارتز الكهروضغطية لإنتاج أول جهاز عملي للكشف عن الصوت تحت الماء. للحفاظ على السرية ، لم يتم ذكر التجريب الصوتي أو الكوارتز - تم تغيير الكلمة المستخدمة لوصف العمل المبكر ("الأسرع من الصوت") إلى ics "ASD" ، ومادة الكوارتز إلى "ASD" ivite: "ASD" لـ " شعبة مكافحة الغواصات "، ومن هنا جاءت التسمية البريطانية ASDIC. في عام 1939 ، ردًا على سؤال من قاموس أوكسفورد الإنكليزية، اختلق الأميرالية القصة بأنها تمثل "لجنة تحقيقات الكشف عن الغواصات المتحالفة" ، ولا يزال هذا يعتقد على نطاق واسع ، [13] على الرغم من عدم وجود لجنة تحمل هذا الاسم في أرشيف الأميرالية. [14]

بحلول عام 1918 ، قامت بريطانيا وفرنسا ببناء نماذج أولية لأنظمة نشطة. اختبر البريطانيون ASDIC الخاص بهم على HMS أنتريم في عام 1920 وبدأ الإنتاج في عام 1922. كان للأسطول المدمر السادس سفن مجهزة بـ ASDIC في عام 1923. مدرسة مضادة للغواصات HMS اوسبري وتم إنشاء أسطول تدريب مكون من أربع سفن في بورتلاند في عام 1924.

بحلول اندلاع الحرب العالمية الثانية ، كان لدى البحرية الملكية خمس مجموعات لفئات مختلفة من السفن السطحية ، وأخرى للغواصات ، مدمجة في نظام كامل مضاد للغواصات. تم إعاقة فعالية ASDIC المبكر من خلال استخدام شحنة العمق كسلاح مضاد للغواصات. تطلب هذا من سفينة مهاجمة المرور فوق جهة اتصال مغمورة قبل إسقاط الشحنات فوق مؤخرة السفينة ، مما أدى إلى فقد اتصال ASDIC في اللحظات التي سبقت الهجوم. كان الصياد يطلق النار بشكل أعمى ، وخلال هذه الفترة يمكن لقائد الغواصة اتخاذ إجراءات مراوغة. تم معالجة هذا الوضع بتكتيكات جديدة وأسلحة جديدة.

تضمنت التحسينات التكتيكية التي طورها فريدريك جون والكر الهجوم الزاحف. كانت هناك حاجة إلى سفينتين مضادتين للغواصات لهذا الغرض (عادةً المراكب الشراعية أو السفن الحربية). تتبعت "السفينة الموجهة" الغواصة المستهدفة على ASDIC من موقع على بعد 1500 إلى 2000 ياردة خلف الغواصة. بدأت السفينة الثانية ، مع إيقاف تشغيل ASDIC الخاص بها وتشغيلها بسرعة 5 عقدة ، هجومًا من موقع بين سفينة التوجيه والهدف. تم التحكم في هذا الهجوم عن طريق الهاتف اللاسلكي من السفينة الموجهة ، بناءً على ASDIC والمدى (بواسطة جهاز تحديد المدى) وتحمل السفينة المهاجمة. وبمجرد الإفراج عن تهمة العمق ، غادرت السفينة المهاجمة المنطقة المجاورة بأقصى سرعة. ثم دخلت السفينة الموجهة إلى المنطقة المستهدفة وأطلقت أيضًا نمطًا من رسوم العمق. تعني السرعة المنخفضة للنهج أن الغواصة لا يمكنها التنبؤ بموعد إطلاق شحنات العمق. تم الكشف عن أي عمل مراوغ من قبل السفينة الموجهة وأوامر التوجيه للسفينة المهاجمة وفقًا لذلك. تميزت السرعة المنخفضة للهجوم بأن الطوربيد الصوتي الألماني لم يكن فعالاً ضد سفينة حربية تسير ببطء شديد. كان أحد أشكال الهجوم الزاحف هو هجوم "الجبس" ، حيث تم توجيه ثلاث سفن مهاجمة تعمل في خط قريب إلى الهدف فوق الهدف من قبل السفينة الموجهة. [15]

كانت الأسلحة الجديدة للتعامل مع النقطة العمياء لـ ASDIC هي "أسلحة الرمي المسبق" ، مثل Hedgehogs و Squids لاحقًا ، والتي أطلقت رؤوسًا حربية على هدف قبل المهاجم ولا تزال في اتصال ASDIC. سمحت هذه لمرافق واحد للقيام بهجمات موجهة بشكل أفضل على الغواصات. أسفرت التطورات التي حدثت أثناء الحرب عن مجموعات ASDIC البريطانية التي استخدمت عدة أشكال مختلفة من الشعاع ، وتغطي باستمرار النقاط العمياء. في وقت لاحق ، تم استخدام طوربيدات صوتية.

في وقت مبكر من الحرب العالمية الثانية (سبتمبر 1940) ، تم نقل تقنية ASDIC البريطانية مجانًا إلى الولايات المتحدة. تم توسيع البحث حول ASDIC والصوت تحت الماء في المملكة المتحدة والولايات المتحدة. تم تطوير العديد من الأنواع الجديدة لاكتشاف الصوت العسكري. وقد تضمنت هذه الأنواع من الحيوانات ، التي طورها البريطانيون لأول مرة في عام 1944 تحت الاسم الرمزي شاي عالي، سونار الغمس / الغمس وسونار الكشف عن الألغام. شكل هذا العمل الأساس لتطورات ما بعد الحرب المتعلقة بمواجهة الغواصة النووية.

سونار

خلال الثلاثينيات من القرن الماضي ، طور المهندسون الأمريكيون تقنية الكشف عن الصوت تحت الماء ، وتم التوصل إلى اكتشافات مهمة ، مثل وجود خطوط حرارية وتأثيراتها على الموجات الصوتية. [16] بدأ الأمريكيون في استخدام المصطلح سونار لأنظمتهم ، صاغها فريدريك هانت ليكون مكافئًا لـ RADAR. [17]

مختبر الصوت تحت الماء التابع للبحرية الأمريكية

في عام 1917 ، استحوذت البحرية الأمريكية على خدمات جيه وارين هورتون لأول مرة. في إجازة من Bell Labs ، خدم الحكومة كخبير تقني ، أولاً في المحطة التجريبية في ناهانت ، ماساتشوستس ، ثم في مقر البحرية الأمريكية ، في لندن ، إنجلترا. في ناهانت ، طبق الأنبوب المفرغ المطور حديثًا ، ثم ارتبط بالمراحل التكوينية لمجال العلوم التطبيقية المعروف الآن باسم الإلكترونيات ، لاكتشاف الإشارات تحت الماء. نتيجة لذلك ، تم استبدال ميكروفون زر الكربون ، الذي تم استخدامه في معدات الكشف السابقة ، بسابق الميكروفون الحديث. خلال هذه الفترة أيضًا ، جرب طرقًا للكشف عن القطر. كان هذا بسبب الحساسية المتزايدة لجهازه. لا تزال المبادئ مستخدمة في أنظمة السونار المقطوعة الحديثة.

لتلبية الاحتياجات الدفاعية لبريطانيا العظمى ، تم إرساله إلى إنجلترا لتركيب أجهزة مائية مثبتة في قاع البحر الأيرلندي متصلة بمركز استماع على الشاطئ عن طريق كابل بحري. أثناء تحميل هذه المعدات على سفينة مد الكابلات ، انتهت الحرب العالمية الأولى وعاد هورتون إلى المنزل.

خلال الحرب العالمية الثانية ، واصل تطوير أنظمة السونار التي يمكنها اكتشاف الغواصات والألغام والطوربيدات. لقد نشر أساسيات السونار في عام 1957 كمستشار أبحاث رئيسي في مختبر الصوت تحت الماء التابع للبحرية الأمريكية. شغل هذا المنصب حتى عام 1959 عندما أصبح المدير الفني ، وهو المنصب الذي شغله حتى التقاعد الإلزامي في عام 1963. [18] [19]

المواد والتصاميم في الولايات المتحدة واليابان

كان هناك تقدم ضئيل في السونار الأمريكي من عام 1915 إلى عام 1940. في عام 1940 ، كانت السونارات الأمريكية تتكون عادةً من محول تقبض مغناطيسي ومجموعة من أنابيب النيكل المتصلة بلوحة فولاذية قطرها 1 قدم متصلة من ظهر إلى ظهر بلورة ملح روشيل في إسكان كروي. اخترقت هذه المجموعة هيكل السفينة وتم تدويرها يدويًا إلى الزاوية المرغوبة. كان لبلورة الملح الكهروإجهادية روشيل معلمات أفضل ، لكن وحدة التقبض المغناطيسي كانت أكثر موثوقية. أدت الخسائر الكبيرة التي لحقت بشحن الإمدادات التجارية الأمريكية في وقت مبكر من الحرب العالمية الثانية إلى إجراء أبحاث أمريكية ذات أولوية عالية على نطاق واسع في هذا المجال ، لمتابعة كل من التحسينات في معايير محول التقبض المغناطيسي وموثوقية ملح روشيل. تم العثور على فوسفات ثنائي هيدروجين الأمونيوم (ADP) ، وهو بديل ممتاز ، كبديل لملح روشيل ، وكان أول تطبيق هو استبدال محولات طاقة روشيل 24 كيلو هرتز. في غضون تسعة أشهر ، كان ملح روشيل قد عفا عليه الزمن. نما مرفق التصنيع ADP من بضع عشرات من الأفراد في أوائل عام 1940 إلى عدة آلاف في عام 1942.

كان أحد أقدم تطبيقات بلورات ADP هو hydrophones للمناجم الصوتية ، حيث تم تحديد البلورات لقطع التردد المنخفض عند 5 هرتز ، وتحمل الصدمات الميكانيكية للنشر من الطائرات من 3000 متر (10000 قدم) ، والقدرة على البقاء على قيد الحياة انفجارات الألغام المجاورة. تتمثل إحدى السمات الرئيسية لموثوقية ADP في خصائصه الصفرية التي لا تتعرض للشيخوخة ، حيث تحافظ البلورة على معلماتها حتى على فترات التخزين الطويلة.

تطبيق آخر هو الطوربيدات الموجهة الصوتية. تم تركيب زوجين من hydrophones اتجاهي على أنف الطوربيد ، في المستوى الأفقي والرأسي ، تم استخدام إشارات الاختلاف من الأزواج لتوجيه الطوربيد من اليسار إلى اليمين ومن أعلى إلى أسفل. تم تطوير إجراء مضاد: قامت الغواصة المستهدفة بتفريغ مادة كيميائية فوارة ، وطارد الطوربيد الشرك الفواري الأكثر ضوضاء. كان الإجراء المضاد عبارة عن طوربيد مزود بسونار نشط - تمت إضافة محول طاقة إلى أنف الطوربيد ، وكانت الميكروفونات تستمع إلى انفجارات النغمة الدورية المنعكسة. تتألف المحولات من ألواح بلورية مستطيلة متطابقة مرتبة في مناطق على شكل ماسة في صفوف متداخلة.

تم تطوير صفائف السونار السلبية للغواصات من بلورات ADP. تم ترتيب العديد من مجموعات الكريستال في أنبوب فولاذي ، مملوء بالفراغ بزيت الخروع ، ومحكم الإغلاق. ثم تم تركيب الأنابيب في صفائف متوازية.

كان سونار المسح القياسي للبحرية الأمريكية في نهاية الحرب العالمية الثانية يعمل عند 18 كيلو هرتز ، باستخدام مجموعة من بلورات ADP. المدى الأطول المرغوب فيه ، مع ذلك ، يتطلب استخدام ترددات أقل. كانت الأبعاد المطلوبة كبيرة جدًا بالنسبة لبلورات ADP ، لذلك في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي تم تطوير أنظمة كهرضغطية تيتانات الباريوم والتضيق المغناطيسي ، ولكن هذه كانت تواجه مشاكل في تحقيق خصائص المعاوقة المنتظمة ، وقد عانى نمط الحزمة. ثم تم استبدال تيتانات الباريوم بتيانات زركونات الرصاص الأكثر استقرارًا (PZT) ، وتم تخفيض التردد إلى 5 كيلو هرتز. استخدم الأسطول الأمريكي هذه المواد في السونار AN / SQS-23 لعدة عقود. استخدم السونار SQS-23 لأول مرة محولات النيكل التقبضية المغناطيسية ، ولكن هذه كانت تزن عدة أطنان ، وكان النيكل باهظ الثمن ، وبالتالي تم استبدال محولات الطاقة الكهروضغطية من المواد الحرجة. كان السونار عبارة عن مجموعة كبيرة من 432 محولًا فرديًا. في البداية ، كانت المحولات غير موثوقة ، حيث أظهرت أعطالًا ميكانيكية وكهربائية وتدهورت بعد التثبيت بفترة وجيزة ، تم إنتاجها أيضًا من قبل العديد من البائعين ، وكان لها تصميمات مختلفة ، وكانت خصائصها مختلفة بما يكفي لإضعاف أداء المصفوفة. تم بعد ذلك التضحية بسياسة السماح بإصلاح محولات الطاقة الفردية ، وتم اختيار "التصميم المعياري القابل للاستهلاك" ، وهو وحدات مختومة غير قابلة للإصلاح ، بدلاً من ذلك ، مما أدى إلى التخلص من مشكلة الأختام والأجزاء الميكانيكية الدخيلة الأخرى. [20]

استخدمت البحرية الإمبراطورية اليابانية في بداية الحرب العالمية الثانية أجهزة عرض تعتمد على الكوارتز. كانت كبيرة وثقيلة ، خاصةً إذا كانت مصممة للترددات المنخفضة ، تلك الخاصة بمجموعة النوع 91 ، والتي تعمل عند 9 كيلو هرتز ، ويبلغ قطرها 30 بوصة (760 مم) وكان يقودها مذبذب بقوة 5 كيلو واط و 7 كيلو فولت من سعة الإخراج . تتكون أجهزة العرض من النوع 93 من شطائر صلبة من الكوارتز ، مجمعة في أجسام كروية من الحديد الزهر. تم استبدال السونار من النوع 93 لاحقًا بالنوع 3 ، والذي اتبع التصميم الألماني واستخدم أجهزة العرض المغناطيسية ، وكانت أجهزة العرض تتكون من وحدتين مستطيلتين متماثلتين في جسم مستطيل من الحديد الزهر حوالي 16 × 9 بوصات (410 ملم × 230 ملم). كانت المنطقة المكشوفة نصف الطول الموجي وعرضها ثلاثة أطوال موجية. صُنعت النوى المغناطيسية من ختم 4 مم من النيكل ، ولاحقًا من سبيكة ألمنيوم وحديد مع محتوى ألومنيوم يتراوح بين 12.7٪ و 12.9٪. تم توفير الطاقة من 2 كيلو واط عند 3.8 كيلو فولت ، مع استقطاب من مصدر تيار مستمر بجهد 20 فولت و 8 أمبير.

كانت الهيدروفونات المنفعلة للبحرية الإمبراطورية اليابانية مبنية على تصميم الملف المتحرك ، ومحولات ضغط الملح من روشيل ، وميكروفونات الكربون. [21]

التطورات اللاحقة في المحولات

تمت متابعة محولات التقبض المغناطيسي بعد الحرب العالمية الثانية كبديل للمبدلات الكهربائية الانضغاطية. تم استخدام محولات الطاقة ذات الحلقة الملفوفة من النيكل في عمليات منخفضة التردد عالية الطاقة ، بحجم يصل إلى 13 قدمًا (4.0 م) في القطر ، وربما يكون أكبر محولات طاقة سونار فردية على الإطلاق. تتمثل ميزة المعادن في قوة شدها العالية ومعاوقتها الكهربائية المنخفضة الدخل ، ولكنها تحتوي على خسائر كهربائية ومعامل اقتران أقل من PZT ، والتي يمكن زيادة قوة شدها عن طريق الإجهاد المسبق. تم أيضًا تجربة مواد أخرى من الحديد غير المعدني وكانت واعدة بسبب الموصلية الكهربائية المنخفضة مما أدى إلى خسائر تيار إيدي منخفض ، وقدمت Metglas معامل اقتران مرتفع ، لكنها كانت أدنى من PZT بشكل عام. في سبعينيات القرن الماضي ، تم اكتشاف مركبات من الأتربة النادرة والحديد بخصائص ميكانيكية مغنطيسية فائقة ، وهي سبيكة Terfenol-D. جعل هذا تصميمات جديدة ممكنة ، على سبيل المثال محول هجين مغناطيسي - كهرضغطية. أحدث هذه المواد المحسّنة المغناطيسية هو Galfenol.

تشمل الأنواع الأخرى من محولات الطاقة محولات التردد المتغيرة (أو المحرك المتحرك ، أو الكهرومغناطيسية) ، حيث تعمل القوة المغناطيسية على أسطح الفجوات ، ومحولات الطاقة ذات الملف المتحرك (أو الديناميكية الكهربية) ، على غرار مكبرات الصوت التقليدية ، وتستخدم الأخيرة في معايرة الصوت تحت الماء ، بسبب ترددات الرنين المنخفضة للغاية وخصائص النطاق العريض المسطحة فوقها. [22]

يستخدم السونار النشط جهاز إرسال صوتي (أو جهاز عرض) وجهاز استقبال. عندما يكون الاثنان في نفس المكان فهي عملية أحادية. عندما يتم فصل جهاز الإرسال عن جهاز الاستقبال ، يكون ذلك بمثابة عملية ثنائية. [23] عندما يتم استخدام المزيد من أجهزة الإرسال (أو المزيد من المستقبلات) ، يتم فصلها مكانيًا مرة أخرى ، فهي عملية متعددة الكهرباء الساكنة. تُستخدم معظم السونار بشكل أحادي مع نفس المصفوفة التي تُستخدم غالبًا للإرسال والاستقبال. [24] يمكن تشغيل حقول عوامة سونوبوي النشطة بشكل متعدد الأقسام.

يُحدث السونار النشط نبضًا من الصوت ، يُطلق عليه غالبًا "ping" ، ثم يستمع إلى انعكاسات (صدى) النبض. يتم إنشاء نبضة الصوت هذه إلكترونيًا بشكل عام باستخدام جهاز عرض سونار يتكون من مولد إشارة ومضخم طاقة ومحول / صفيف كهربائي صوتي. [25] محول الطاقة هو جهاز يمكنه إرسال واستقبال الإشارات الصوتية ("الأصوات"). عادة ما يتم استخدام أداة تشكيل الشعاع لتركيز الطاقة الصوتية في حزمة ، والتي يمكن أن تجتاح لتغطية زوايا البحث المطلوبة. بشكل عام ، تكون المحولات الكهروصوتية من النوع Tonpilz ويمكن تحسين تصميمها لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة على أوسع نطاق ترددي ، من أجل تحسين أداء النظام ككل. من حين لآخر ، يمكن إنشاء النبض الصوتي بوسائل أخرى ، على سبيل المثال كيميائيًا باستخدام المتفجرات أو المسدسات الهوائية أو مصادر صوت البلازما.

لقياس المسافة إلى شيء ما ، يتم قياس الوقت من إرسال النبضة إلى الاستقبال وتحويله إلى نطاق باستخدام سرعة الصوت المعروفة. [26] لقياس المحمل ، يتم استخدام العديد من الهيدروفونات ، وتقيس المجموعة وقت الوصول النسبي لكل منها ، أو مع مجموعة من hydrophones ، عن طريق قياس السعة النسبية في الحزم المتكونة من خلال عملية تسمى تشكيل الحزمة. يقلل استخدام المصفوفة من الاستجابة المكانية بحيث يتم استخدام أنظمة الحزم المتعددة ذات الغطاء الواسع. يتم بعد ذلك تمرير إشارة الهدف (إن وجدت) مع الضوضاء من خلال أشكال مختلفة من معالجة الإشارات ، [27] والتي قد تكون مجرد قياس للطاقة بالنسبة للسونار البسيط.ثم يتم تقديمه إلى شكل من أشكال جهاز القرار الذي يستدعي الإخراج إما الإشارة المطلوبة أو الضوضاء. قد يكون جهاز القرار هذا مشغلًا مزودًا بسماعات رأس أو شاشة عرض ، أو في السونارات الأكثر تطورًا ، يمكن تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة البرنامج. يمكن إجراء عمليات أخرى لتصنيف الهدف وتحديد موقعه ، وكذلك قياس سرعته.

قد يكون النبض بتردد ثابت أو زقزقة متغيرة التردد (للسماح بضغط النبض عند الاستقبال). تستخدم السونار البسيط الأول بشكل عام مع مرشح واسع بما يكفي لتغطية تغييرات دوبلر المحتملة بسبب حركة الهدف ، بينما تتضمن السونارات الأكثر تعقيدًا بشكل عام التقنية الأخيرة. منذ أن أصبحت المعالجة الرقمية متاحة ، عادة ما يتم تنفيذ ضغط النبض باستخدام تقنيات الارتباط الرقمي. غالبًا ما تحتوي السونار العسكري على أشعة متعددة لتوفير غطاء شامل بينما تغطي السونار البسيط قوسًا ضيقًا فقط ، على الرغم من أن الشعاع قد يتم تدويره ببطء نسبيًا عن طريق المسح الميكانيكي.

يمكن استخدام تأثير دوبلر لقياس السرعة الشعاعية للهدف على وجه الخصوص عند استخدام إرسالات ذات تردد واحد. يتم قياس الفرق في التردد بين الإشارة المرسلة والمستقبلة وتحويلها إلى سرعة. نظرًا لأنه يمكن إدخال تحولات دوبلر إما عن طريق المستقبل أو الحركة المستهدفة ، يجب أن يتم السماح بالسرعة الشعاعية لمنصة البحث.

أحد السونار الصغير المفيد يشبه في مظهره مصباح يدوي مقاوم للماء. يتم توجيه الرأس إلى الماء ، ويتم الضغط على زر ، ويعرض الجهاز المسافة إلى الهدف. البديل الآخر هو "الباحث عن الأسماك" الذي يظهر شاشة عرض صغيرة مع المياه الضحلة للأسماك. تقترب بعض السونارات المدنية (غير المصممة للتخفي) من السونار العسكري الفعال ، مع عروض ثلاثية الأبعاد للمنطقة القريبة من القارب.

عند استخدام السونار النشط لقياس المسافة من محول الطاقة إلى القاع ، يُعرف باسم سبر الصدى. يمكن استخدام طرق مماثلة بالنظر إلى الأعلى لقياس الموجة.

يستخدم السونار النشط أيضًا لقياس المسافة عبر الماء بين محولي طاقة سونار أو مزيج من ميكروفون (ميكروفون صوتي تحت الماء) وجهاز عرض (مكبر صوت تحت الماء). عندما يتلقى ميكروفون / محول طاقة إشارة استفسار محددة ، فإنه يستجيب عن طريق إرسال إشارة رد محددة. لقياس المسافة ، يرسل محول طاقة / جهاز عرض إشارة استفسار ويقيس الوقت بين هذا الإرسال واستلام رد محول الطاقة / الميكروفون الآخر. الفرق الزمني ، الذي يتم قياسه بواسطة سرعة الصوت عبر الماء ومقسومًا على اثنين ، هو المسافة بين النظامين. يمكن لهذه التقنية ، عند استخدامها مع محولات طاقة / أجهزة مائية / أجهزة عرض متعددة ، حساب المواضع النسبية للأجسام الثابتة والمتحركة في الماء.

في المواقف القتالية ، يمكن للعدو اكتشاف نبضة نشطة وستكشف عن موقع غواصة في ضعف المسافة القصوى التي يمكن للغواصة نفسها أن تكتشف جهة اتصال وتعطي أدلة حول هوية الغواصات بناءً على خصائص اختبار ping المنتهية ولايته. لهذه الأسباب ، لا تستخدم الغواصات العسكرية السونار النشط بشكل متكرر.

يستخدم نوع السونار الاتجاهي للغاية ، ولكنه منخفض الكفاءة (تستخدمه مصايد الأسماك ، والجيش ، ولأمن الموانئ) ميزة غير خطية معقدة للمياه تُعرف باسم السونار غير الخطي ، ويُعرف محول الطاقة الافتراضي باسم مجموعة حدودي.

مشروع أرتميس

كان مشروع Artemis عبارة عن مشروع بحث وتطوير تجريبي في أواخر الخمسينيات وحتى منتصف الستينيات من القرن الماضي لدراسة الانتشار الصوتي ومعالجة الإشارات لنظام سونار نشط منخفض التردد يمكن استخدامه لمراقبة المحيطات. كان الهدف الثانوي هو فحص المشكلات الهندسية لأنظمة القاع النشط الثابت. [28] تم وضع مجموعة الاستقبال على منحدر بنك بلانتاجنيت قبالة برمودا. تم نشر مجموعة المصدر النشط من ناقلة الحرب العالمية الثانية USNS المحولة مهمة كابيسترانو. [29] تم استخدام عناصر Artemis بشكل تجريبي بعد إنهاء التجربة الرئيسية.

مرسل مستجيب

هذا جهاز سونار نشط يتلقى منبهًا معينًا ويعيد إرسال الإشارة المستقبلة أو الإشارة المحددة مسبقًا على الفور (أو مع تأخير). يمكن استخدام أجهزة الإرسال والاستقبال لتنشيط أو استعادة المعدات الموجودة تحت سطح البحر عن بُعد. [30]

توقع الأداء

هدف السونار صغير بالنسبة للكرة ، ويتمحور حول الباعث الذي يقع عليه. لذلك ، فإن قوة الإشارة المنعكسة منخفضة جدًا ، حيث تقل عدة مرات عن الإشارة الأصلية. حتى لو كانت الإشارة المنعكسة بنفس الطاقة ، فإن المثال التالي (باستخدام القيم الافتراضية) يوضح المشكلة: لنفترض أن نظام السونار قادر على إرسال إشارة 10000 وات / م 2 عند 1 م ، واكتشاف 0.001 وات / م 2 الإشارة. عند 100 متر ستكون الإشارة 1 واط / م 2 (بسبب قانون التربيع العكسي). إذا انعكست الإشارة بأكملها من هدف 10 م 2 ، فستكون عند 0.001 وات / م 2 عندما تصل إلى الباعث ، أي فقط قابل للاكتشاف. ومع ذلك ، ستظل الإشارة الأصلية أعلى من 0.001 واط / م 2 حتى 3000 متر. أي هدف 10 م 2 بين 100 و 3000 م باستخدام نظام مشابه أو أفضل سيكون قادرًا على اكتشاف النبض ، ولكن لن يتم اكتشافه بواسطة الباعث. يجب أن تكون أجهزة الكشف حساسة للغاية لالتقاط الصدى. نظرًا لأن الإشارة الأصلية أقوى بكثير ، يمكن اكتشافها عدة مرات أكثر من ضعف نطاق السونار (كما في المثال).

السونار النشط له حدان في الأداء: بسبب الضوضاء والصدى. بشكل عام ، سيسود واحد أو آخر ، بحيث يمكن النظر في التأثيرين بشكل منفصل في البداية.

في ظروف محدودة الضوضاء عند الاكتشاف الأولي: [31]

حيث SL هو مستوى المصدر ، PL هي خسارة الانتشار (يشار إليها أحيانًا بخسارة الإرسال) ، TS هي القوة المستهدفة ، NL هي مستوى الضوضاء ، AG هي كسب الصفيف لصفيف الاستقبال (يتم تقريبه أحيانًا بواسطة مؤشر الاتجاهية) و DT هو حد الكشف.

في ظروف محدودة الصدى عند الاكتشاف الأولي (إهمال كسب المصفوفة):

حيث RL هو مستوى الصدى ، والعوامل الأخرى كما كانت من قبل.

سونار محمول باليد لاستخدامه من قبل الغواص

  • يعد سونار LIMIS (سونار التصوير للألغام البطيئة) عبارة عن سونار تصويري محمول باليد أو مُركب على ROV ليستخدمه الغواص. يرجع اسمها إلى أنها مصممة لغواصي الدوريات (رجال الضفادع المقاتلة أو غواصي التطهير) للبحث عن مناجم لفاف في المياه منخفضة الرؤية.
  • LUIS (نظام التصوير بالعدسة تحت الماء) هو سونار تصوير آخر يستخدمه الغواص.
  • كان هناك أو كان هناك سونار صغير محمول باليد على شكل مصباح يدوي للغواصين ، والذي يعرض النطاق فقط.
  • لنظام INSS (نظام سونار الملاحة المتكامل)

السونار

السونار المتجه لأعلى (ULS) هو جهاز سونار موجه لأعلى باتجاه سطح البحر. يتم استخدامه لأغراض مماثلة مثل السونار المتجه للأسفل ، ولكن له بعض التطبيقات الفريدة مثل قياس سمك الجليد البحري ، والخشونة والتركيز ، [32] [33] أو قياس سحب الهواء من أعمدة الفقاعات أثناء البحار الهائجة. غالبًا ما يرسو في قاع المحيط أو يطفو على خط مشدود يرسو على عمق ثابت ربما يصل إلى 100 متر. يمكن استخدامها أيضًا بواسطة الغواصات و AUVs والعوامات مثل Argo float. [34]

السونار السلبي يستمع دون إرسال. غالبًا ما يتم استخدامه في البيئات العسكرية ، على الرغم من استخدامه أيضًا في التطبيقات العلمية ، على سبيل المثال، الكشف عن الأسماك لدراسات الوجود / الغياب في بيئات مائية مختلفة - انظر أيضًا الصوتيات السلبية والرادار المنفعل. في الاستخدام الواسع للغاية ، يمكن أن يشمل هذا المصطلح تقريبًا أي تقنية تحليلية تتضمن صوتًا تم إنشاؤه عن بُعد ، على الرغم من أنه يقتصر عادةً على التقنيات المطبقة في البيئة المائية.

تحديد مصادر الصوت

السونار السلبي لديه مجموعة متنوعة من التقنيات لتحديد مصدر الصوت المكتشف. على سبيل المثال ، الولايات المتحدة تعمل السفن عادةً على أنظمة طاقة تيار متردد 60 هرتز. إذا تم تركيب المحولات أو المولدات بدون عزل الاهتزاز المناسب من الهيكل أو غمرتها المياه ، يمكن أن ينبعث صوت 60 هرتز من اللفات من الغواصة أو السفينة. يمكن أن يساعد ذلك في تحديد جنسيتها ، حيث أن جميع الغواصات الأوروبية وغواصات كل دولة أخرى تقريبًا لديها أنظمة طاقة 50 هرتز. قد تكون مصادر الصوت المتقطعة (مثل سقوط مفتاح الربط) ، والتي تسمى "العابرة" ، قابلة للاكتشاف أيضًا في السونار السلبي. حتى وقت قريب، [ متي؟ ] قام عامل متمرس ومدرب بتحديد الإشارات ، ولكن الآن يمكن لأجهزة الكمبيوتر القيام بذلك.

قد تحتوي أنظمة السونار السلبية على قواعد بيانات صوتية كبيرة ، لكن مشغل السونار عادةً ما يصنف الإشارات يدويًا في النهاية. غالبًا ما يستخدم نظام الكمبيوتر قواعد البيانات هذه لتحديد فئات السفن ، والإجراءات (أي سرعة السفينة ، أو نوع السلاح الذي تم إطلاقه) ، وحتى سفن معينة.

قيود الضوضاء

عادةً ما يكون السونار السلبي في المركبات محدودًا بشدة بسبب الضوضاء الصادرة عن السيارة. لهذا السبب ، تقوم العديد من الغواصات بتشغيل مفاعلات نووية يمكن تبريدها بدون مضخات ، وذلك باستخدام الحمل الحراري الصامت ، أو خلايا الوقود أو البطاريات ، والتي يمكن أيضًا أن تعمل بصمت. تم تصميم مراوح المركبات أيضًا وتشكيلها بدقة لإصدار الحد الأدنى من الضوضاء. غالبًا ما تخلق المراوح عالية السرعة فقاعات صغيرة في الماء ، وهذا التجويف له صوت مميز.

يمكن سحب الهيدروفونات السونار خلف السفينة أو الغواصة لتقليل تأثير الضوضاء الناتجة عن المركب نفسه. تقاوم وحدات السحب أيضًا الخط الحراري ، حيث يمكن سحب الوحدة أعلى أو أسفل الخط الحراري.

كان عرض معظم السونار السلبي عبارة عن عرض شلال ثنائي الأبعاد. الاتجاه الأفقي للعرض هو تحمل. الرأسي هو التردد ، أو الوقت في بعض الأحيان. أسلوب العرض الآخر هو ترميز معلومات وقت التردد للون المحمل. يتم إنشاء شاشات أكثر حداثة بواسطة أجهزة الكمبيوتر ، ويعرض مؤشر موضع خطة نوع الرادار المقلد.

توقع الأداء

على عكس السونار النشط ، لا يوجد سوى انتشار أحادي الاتجاه. نظرًا لاختلاف معالجة الإشارات المستخدمة ، سيكون الحد الأدنى لنسبة الإشارة إلى الضوضاء التي يمكن اكتشافها مختلفًا. معادلة تحديد أداء السونار السلبي هي [35] [31]

حيث SL هو مستوى المصدر ، PL هو خسارة الانتشار ، NL هو مستوى الضوضاء ، AG هو كسب الصفيف و DT هو عتبة الكشف. رقم الجدارة من السونار السلبي هو

يعتمد أداء الكشف عن السونار وتصنيفه وتحديد موقعه على البيئة وجهاز الاستقبال ، بالإضافة إلى معدات الإرسال في السونار النشط أو الضوضاء المشعة المستهدفة في السونار المنفعل.

انتشار الصوت

يتأثر تشغيل السونار بالتغيرات في سرعة الصوت ، لا سيما في المستوى الرأسي. ينتقل الصوت في المياه العذبة بشكل أبطأ منه في مياه البحر ، على الرغم من أن الفارق ضئيل. يتم تحديد السرعة بواسطة معامل كتلة الماء وكثافة الكتلة. يتأثر معامل الحجم بدرجة الحرارة والشوائب الذائبة (الملوحة عادةً) والضغط. تأثير الكثافة صغير. سرعة الصوت (بالأقدام في الثانية) تقريبًا:

4388 + (11.25 × درجة الحرارة (درجة فهرنهايت)) + (0.0182 × عمق (بالأقدام)) + الملوحة (جزء لكل ألف).

معادلة التقريب المشتقة تجريبياً هذه دقيقة بشكل معقول لدرجات الحرارة العادية وتركيزات الملوحة ومدى معظم أعماق المحيطات. تختلف درجة حرارة المحيط باختلاف العمق ، ولكن عند ما بين 30 و 100 متر غالبًا ما يكون هناك تغيير ملحوظ ، يسمى الخط الحراري ، الذي يقسم المياه السطحية الأكثر دفئًا عن المياه الباردة الساكنة التي تشكل بقية المحيط. هذا يمكن أن يحبط السونار ، لأن الصوت الناشئ على جانب واحد من الخط الحراري يميل إلى الانحناء ، أو الانكسار ، من خلال الخط الحراري. قد يكون الخط الحراري موجودًا في المياه الساحلية الضحلة. ومع ذلك ، فإن حركة الموجة غالبًا ما تمزج عمود الماء وتزيل الخط الحراري. يؤثر ضغط الماء أيضًا على انتشار الصوت: يزيد الضغط العالي من سرعة الصوت ، مما يتسبب في انكسار الموجات الصوتية بعيدًا عن منطقة سرعة الصوت الأعلى. النموذج الرياضي للانكسار يسمى قانون سنيل.

إذا كان مصدر الصوت عميقًا وكانت الظروف مناسبة ، فقد يحدث الانتشار في "قناة الصوت العميق". وهذا يوفر خسارة انتشار منخفضة للغاية لمستقبل في القناة. هذا بسبب ملائمة الصوت في القناة مع عدم وجود خسائر عند الحدود. يمكن أن يحدث انتشار مماثل في "القناة السطحية" في ظل ظروف مناسبة. ومع ذلك ، في هذه الحالة توجد خسائر انعكاس على السطح.

يحدث التكاثر في المياه الضحلة بشكل عام عن طريق الانعكاس المتكرر على السطح والقاع ، حيث يمكن أن تحدث خسائر كبيرة.

يتأثر انتشار الصوت بالامتصاص في الماء نفسه وكذلك عند السطح والقاع. يعتمد هذا الامتصاص على التردد ، مع عدة آليات مختلفة في مياه البحر. يستخدم السونار بعيد المدى ترددات منخفضة لتقليل تأثيرات الامتصاص.

يحتوي البحر على العديد من مصادر الضوضاء التي تتداخل مع صدى الهدف المطلوب أو التوقيع. مصادر الضوضاء الرئيسية هي الأمواج والشحن. يمكن أن تتسبب حركة المستقبل عبر الماء أيضًا في حدوث ضوضاء منخفضة التردد تعتمد على السرعة.

نثر

عند استخدام السونار النشط ، يحدث تناثر للأجسام الصغيرة في البحر وكذلك من القاع والسطح. يمكن أن يكون هذا مصدرًا رئيسيًا للتداخل. هذا التشتت الصوتي مشابه لتشتت الضوء من المصابيح الأمامية للسيارة في الضباب: شعاع قلم رصاص عالي الكثافة يخترق الضباب إلى حد ما ، لكن المصابيح الأمامية ذات الحزمة العريضة تبعث الكثير من الضوء في اتجاهات غير مرغوب فيها ، والكثير منها مبعثر للخلف للمراقب ، غامر ينعكس من الهدف ("حجب"). لأسباب مماثلة ، يحتاج السونار النشط إلى الإرسال في حزمة ضيقة لتقليل التشتت.

نثر السونار من الأشياء (المناجم وخطوط الأنابيب والعوالق الحيوانية والخصائص الجيولوجية والأسماك وما إلى ذلك) هو كيف يكتشفها السونار النشط ، ولكن يمكن إخفاء هذه القدرة عن طريق التشتت القوي من الأهداف الخاطئة أو "الفوضى" حيث تحدث (تحت الأمواج المتكسرة [37] في استيقاظ السفن في الغاز المنبعث من التسربات والتسريبات في قاع البحر [38] وما إلى ذلك) ، تعتبر فقاعات الغاز مصادر قوية للفوضى ، ويمكنها إخفاء الأهداف بسهولة. TWIPS (السونار المزدوج المقلوب) [39] [40] [41] هو السونار الوحيد الذي يمكنه التغلب على مشكلة الفوضى.

هذا مهم لأن العديد من النزاعات الأخيرة حدثت في المياه الساحلية ، وعدم القدرة على اكتشاف ما إذا كانت الألغام موجودة أم لا تشكل مخاطر وتأخيرات للسفن العسكرية ، وكذلك لمساعدة القوافل والشحن التجاري الذي يحاول دعم المنطقة لفترة طويلة بعد انتهاء الصراع. توقفت. [39]

الخصائص المستهدفة

الصوت انعكاس تُعرف خصائص هدف السونار النشط ، مثل الغواصة ، بقوتها المستهدفة. من المضاعفات أنه يتم الحصول على أصداء أيضًا من أجسام أخرى في البحر مثل الحيتان واليقظات وأسراب الأسماك والصخور.

السونار السلبي يكتشف الهدف مشع خصائص الضوضاء. يشتمل الطيف المشع على طيف مستمر من الضوضاء مع ذروات عند ترددات معينة يمكن استخدامها للتصنيف.

التدابير المضادة

نشيط يمكن إطلاق إجراءات مضادة (تعمل بالطاقة) بواسطة غواصة تتعرض للهجوم لرفع مستوى الضوضاء ، وتوفير هدف زائف كبير ، وإخفاء توقيع الغواصة نفسها.

مبني للمجهول تشمل الإجراءات المضادة (أي التي لا تعمل بالطاقة) ما يلي:

  • تركيب الأجهزة المولدة للضوضاء على أجهزة العزل.
  • طلاءات ماصة للصوت على أجسام الغواصات ، على سبيل المثال البلاط عديم الصدى.

تستخدم الحرب البحرية الحديثة على نطاق واسع كل من السونار السلبي والنشط من السفن التي تحملها المياه والطائرات والمنشآت الثابتة. على الرغم من استخدام السونار النشط بواسطة المركبات السطحية في الحرب العالمية الثانية ، إلا أن الغواصات تجنبت استخدام السونار النشط نظرًا لاحتمال الكشف عن وجودها وموقعها لقوات العدو. ومع ذلك ، فإن ظهور معالجة الإشارات الحديثة مكّن من استخدام السونار المنفعل كوسيلة أساسية لعمليات البحث والكشف. في عام 1987 ، قيل إن قسمًا من شركة توشيبا اليابانية [42] باع آلات إلى الاتحاد السوفيتي سمحت بطحن شفرات مراوح الغواصات بحيث تصبح أكثر هدوءًا بشكل جذري ، مما يجعل اكتشاف الجيل الجديد من الغواصات أكثر صعوبة.

يعد استخدام السونار النشط من قبل الغواصة لتحديد المحمل نادرًا للغاية ولن يعطي بالضرورة معلومات عالية الجودة أو معلومات النطاق لفريق مكافحة حرائق الغواصات. ومع ذلك ، فإن استخدام السونار النشط على السفن السطحية شائع جدًا وتستخدمه الغواصات عندما يفرض الموقف التكتيكي أنه من المهم تحديد موقع غواصة معادية من إخفاء موقعها. مع السفن السطحية ، قد يُفترض أن التهديد يتتبع بالفعل السفينة ببيانات الأقمار الصناعية لأن أي سفينة حول السونار المنبعث ستكتشف الانبعاث. بعد سماع الإشارة ، يسهل التعرف على معدات السونار المستخدمة (عادةً بترددها) وموقعها (مع طاقة الموجة الصوتية). يشبه السونار النشط الرادار من حيث أنه يسمح باكتشاف الأهداف في نطاق معين ، كما أنه يمكّن من اكتشاف الباعث في نطاق أكبر بكثير ، وهو أمر غير مرغوب فيه.

نظرًا لأن السونار النشط يكشف عن وجود المشغل وموقعه ، ولا يسمح بالتصنيف الدقيق للأهداف ، فإنه يتم استخدامه بواسطة الطائرات السريعة (الطائرات والمروحيات) والمنصات الصاخبة (معظم السفن السطحية) ولكن نادرًا ما يتم استخدامه بواسطة الغواصات. عند استخدام السونار النشط بواسطة السفن السطحية أو الغواصات ، يتم تنشيطه عادةً لفترة وجيزة جدًا في فترات متقطعة لتقليل مخاطر الكشف. وبالتالي ، يعتبر السونار النشط عادة نسخة احتياطية للسونار السلبي. في الطائرات ، يتم استخدام السونار النشط في شكل عوامات يمكن التخلص منها يتم إسقاطها في منطقة دورية الطائرة أو بالقرب من اتصالات السونار المحتملة للعدو.

السونار السلبي له مزايا عديدة أهمها أنه صامت. إذا كان مستوى الضوضاء المشعة الهدف مرتفعًا بدرجة كافية ، فيمكن أن يكون له نطاق أكبر من السونار النشط ، ويسمح بتحديد الهدف. نظرًا لأن أي جسم آلي يصدر بعض الضوضاء ، فقد يتم اكتشافه من حيث المبدأ ، اعتمادًا على مستوى الضوضاء المنبعثة ومستوى الضوضاء المحيطة في المنطقة ، بالإضافة إلى التكنولوجيا المستخدمة. للتبسيط ، "يرى" السونار السلبي حول السفينة التي تستخدمها. في الغواصة ، يكتشف السونار المنفعل المثبت على الأنف في اتجاهات حوالي 270 درجة ، تتمحور حول محاذاة السفينة ، والمصفوفة المثبتة على الهيكل بحوالي 160 درجة على كل جانب ، والمصفوفة المقطوعة بزاوية 360 درجة كاملة. ترجع المناطق غير المرئية إلى تدخل السفينة الخاصة. بمجرد اكتشاف إشارة في اتجاه معين (مما يعني أن شيئًا ما يصدر صوتًا في هذا الاتجاه ، وهذا ما يسمى اكتشاف النطاق العريض) ، فمن الممكن تكبير وتحليل الإشارة المستلمة (تحليل النطاق الضيق). يتم ذلك عمومًا باستخدام تحويل فورييه لإظهار الترددات المختلفة التي يتكون منها الصوت. نظرًا لأن كل محرك يصدر صوتًا معينًا ، فمن السهل تحديد الكائن. تعد قواعد البيانات الخاصة بأصوات المحرك الفريدة جزءًا مما يُعرف باسم الذكاء الصوتي أو ACINT.

استخدام آخر للسونار السلبي هو تحديد مسار الهدف. تسمى هذه العملية بتحليل الحركة المستهدفة (TMA) ، و "الحل" الناتج هو نطاق الهدف ودوره وسرعته.يتم إجراء التحليل الحراري الميكانيكي (TMA) عن طريق تحديد الاتجاه الذي يأتي منه الصوت في أوقات مختلفة ، ومقارنة الحركة بحركة سفينة المشغل الخاصة. يتم تحليل التغييرات في الحركة النسبية باستخدام تقنيات هندسية قياسية جنبًا إلى جنب مع بعض الافتراضات حول الحالات المحدودة.

السونار السلبي خفي ومفيد للغاية. ومع ذلك ، فهي تتطلب مكونات إلكترونية عالية التقنية ومكلفة. يتم نشره بشكل عام على سفن باهظة الثمن في شكل صفائف لتعزيز الكشف. تستخدمه السفن السطحية لتحقيق تأثير جيد ، بل إنه من الأفضل استخدامها بواسطة الغواصات ، كما تستخدمه الطائرات والمروحيات ، في الغالب "لتأثير مفاجئ" ، حيث يمكن للغواصات الاختباء تحت الطبقات الحرارية. إذا اعتقد قائد الغواصة أنه وحده ، فقد يجعل قاربه أقرب إلى السطح ويسهل اكتشافه ، أو التعمق بشكل أعمق وأسرع ، وبالتالي إصدار صوت أكثر.

فيما يلي أمثلة لتطبيقات السونار في الاستخدام العسكري. قد تكون العديد من الاستخدامات المدنية الواردة في القسم التالي قابلة للتطبيق أيضًا على الاستخدام البحري.

الحرب المضادة للغواصات

حتى وقت قريب ، كانت السونار للسفن عادةً مزودة بمصفوفات مركبة على بدن السفينة ، إما في وسط السفينة أو عند مقدمة السفينة. سرعان ما وجد بعد استخدامها الأولي أن هناك حاجة إلى وسيلة لتقليل ضوضاء التدفق. الأول كان مصنوعًا من القماش على إطار ، ثم تم استخدام الصلب. تصنع القباب الآن من البلاستيك المقوى أو المطاط المضغوط. هذه السونارات نشطة في المقام الأول في العملية. مثال على السونار التقليدي المركب على الهيكل هو SQS-56.

بسبب مشاكل ضوضاء السفن ، يتم استخدام السونار المقطوع أيضًا. تتمتع هذه أيضًا بميزة أنها يمكن أن توضع في عمق الماء. ومع ذلك ، هناك قيود على استخدامها في المياه الضحلة. تسمى هذه المصفوفات المقطوعة (الخطية) أو السونارات ذات العمق المتغير (VDS) بمصفوفات 2 / 3D. تكمن المشكلة في أن الرافعات المطلوبة لنشر / استرداد هذه الرافعات كبيرة ومكلفة. تكون مجموعات VDS نشطة بشكل أساسي في العملية بينما تكون المصفوفات المقطوعة سلبية.

مثال على السونار النشط الخامل للسفينة الحديثة هو Sonar 2087 الذي صنعته شركة Thales Underwater Systems.

طوربيدات

تُزود الطوربيدات الحديثة عمومًا بسونار نشط / سلبي. يمكن استخدام هذا في المنزل مباشرة على الهدف ، ولكن يتم أيضًا استخدام طوربيدات موجه الاستيقاظ. من الأمثلة المبكرة على هوميروس الصوتي طوربيد مارك 37.

يمكن سحب إجراءات الطوربيد المضادة أو مجانًا. كان المثال المبكر هو الألماني سيجليند الجهاز بينما عريض كان جهازًا كيميائيًا. كان الجهاز الأمريكي المستخدم على نطاق واسع هو AN / SLQ-25 Nixie بينما كان جهاز محاكاة الغواصة المتنقلة (MOSS) جهازًا مجانيًا. البديل الحديث لنظام Nixie هو نظام الدفاع الطوربيد S2170 لسطح السفينة التابع للبحرية الملكية البريطانية.

المناجم

يمكن تزويد الألغام بجهاز سونار لاكتشاف وتحديد الهدف المطلوب والتعرف عليه. مثال على ذلك هو منجم CAPTOR.

الإجراءات المضادة للألغام

السونار المضاد للألغام (MCM) ، الذي يُطلق عليه أحيانًا "سونار تفادي الألغام والعقبات (MOAS)" ، هو نوع متخصص من السونار يستخدم للكشف عن الأجسام الصغيرة. يتم تركيب معظم السونار MCM على بدن السفينة ولكن هناك أنواع قليلة من السونار VDS. مثال على السونار MCM المركب على الهيكل هو النوع 2193 في حين أن سونار البحث عن الألغام SQQ-32 وأنظمة النوع 2093 عبارة عن تصميمات VDS.

الملاحة تحت الماء

تعتمد الغواصات على السونار بدرجة أكبر من السفن السطحية حيث لا يمكنها استخدام الرادار في العمق. قد تكون صفائف السونار مركبة على بدن أو يتم سحبها. المعلومات المجهزة على النوبات النموذجية ترد في أوياشيو- فئة الغواصة و سويفتشر- فئة الغواصة.

الطائرات

يمكن استخدام المروحيات في الحرب المضادة للغواصات عن طريق نشر حقول من عوامات السونار النشط أو يمكن تشغيل سونار الغمس ، مثل AQS-13. يمكن للطائرات ذات الأجنحة الثابتة أيضًا نشر عوامات صوتية ولديها قدرة أكبر على التحمل والقدرة على نشرها. يمكن أن تكون المعالجة من سونوبويز أو غمس السونار على متن الطائرة أو على متن السفينة. يتميز السونار الغاطس بكونه قابل للنشر إلى أعماق مناسبة للظروف اليومية. كما تم استخدام طائرات الهليكوبتر في مهام التدابير المضادة للألغام باستخدام السونارات المقطوعة مثل AQS-20A.

الاتصالات تحت الماء

يمكن تركيب السونارات المخصصة للسفن والغواصات للاتصالات تحت الماء.

مراقبة المحيطات

بدأت الولايات المتحدة نظامًا من أنظمة مراقبة المحيطات الثابتة والسلبية في عام 1950 بالاسم المصنف نظام مراقبة الصوت (SOSUS) مع شركة الهاتف والتلغراف الأمريكية (AT&T) ، حيث تم التعاقد مع كيانات أبحاث Bell Laboratories و Western Electric للتطوير و التركيب. استغلت الأنظمة قناة الصوت العميق (SOFAR) واستندت إلى مطياف صوت AT&T ، والذي حوّل الصوت إلى مخطط طيفي مرئي يمثل تحليلًا زمنيًا للتردد الصوتي تم تطويره لتحليل الكلام وتم تعديله لتحليل الأصوات منخفضة التردد تحت الماء. كانت هذه العملية عبارة عن تحليل وتسجيل منخفض التردد ، وقد أطلق على الجهاز اسم محلل ومسجل التردد المنخفض ، وكلاهما بالاختصار LOFAR. تم تسمية بحث LOFAR ايزابل وأدى إلى استخدامها في أنظمة الهواء والسطحية ، وخاصةً sonobuys باستخدام العملية وأحيانًا استخدام "Jezebel" في أسمائهم. [43] [44] [45] قدم النظام المقترح وعودًا بالكشف عن الغواصات بعيد المدى لدرجة أن البحرية أمرت بتحركات فورية للتنفيذ. [44] [46]

بين تركيب مصفوفة اختبار متبوعة بمقياس كامل ، تم تثبيت أربعين عنصرًا ومجموعة تشغيلية نموذجية في 1951 و 1958 في المحيط الأطلسي ثم المحيط الهادئ تحت اسم غير مصنف مشروع قيصر. تم إنهاء الأنظمة الأصلية في المحطات الساحلية المصنفة المعينة من قبل مرفق البحرية (NAVFAC) والتي تم شرحها على أنها تشارك في "أبحاث المحيط" لتغطية مهمتها السرية. تمت ترقية النظام عدة مرات باستخدام كبلات أكثر تقدمًا مما يسمح بتثبيت المصفوفات في أحواض المحيطات ومعالجة مطورة. تم القضاء على المحطات الساحلية في عملية توحيد وإعادة توجيه المصفوفات إلى مراكز المعالجة المركزية في التسعينيات. في عام 1985 ، مع تشغيل المصفوفات المتنقلة الجديدة والأنظمة الأخرى ، تم تغيير اسم النظام الجماعي إلى نظام المراقبة المتكاملة تحت سطح البحر (IUSS). في عام 1991 رفعت السرية عن مهمة النظام. العام الذي سبق التصريح بارتداء شارة IUSS. تم منح الوصول إلى بعض أنظمة البحث العلمي. [43] [44]

يُعتقد أن نظامًا مشابهًا تم تشغيله من قبل الاتحاد السوفيتي.

الأمن تحت الماء

يمكن استخدام السونار لاكتشاف الضفادع وغواصين آخرين. يمكن أن يكون هذا قابلاً للتطبيق حول السفن أو عند مداخل الموانئ. يمكن أيضًا استخدام السونار النشط كآلية ردع و / أو تعطيل. أحد هذه الأجهزة هو نظام سيربيروس.

سونار محمول باليد

سونار Limpet للتصوير للألغام (LIMIS) عبارة عن سونار تصوير محمول باليد أو مُركب على ROV مصمم لغواصين الدوريات (رجال الضفادع المقاتلة أو غواصي التطهير) للبحث عن الألغام الأرضية في المياه منخفضة الرؤية.

LUIS هو سونار تصوير آخر يستخدمه الغواص.

نظام سونار الملاحة المتكامل (INSS) عبارة عن سونار صغير محمول باليد على شكل مصباح يدوي للغواصين يعرض النطاق. [47] [48]

اعتراض السونار

هذا هو السونار المصمم لاكتشاف وتحديد مواقع الإرسال من السونار النشط المعاد. مثال على ذلك هو النوع 2082 الذي تم تركيبه على البريطانيين طليعة- فئة الغواصات.

مصايد الأسماك

يعتبر صيد الأسماك صناعة مهمة تشهد طلبًا متزايدًا ، ولكن كميات الصيد العالمية آخذة في الانخفاض نتيجة مشاكل الموارد الخطيرة. تواجه الصناعة مستقبلًا من الدمج المستمر في جميع أنحاء العالم حتى يمكن الوصول إلى نقطة الاستدامة. ومع ذلك ، فإن توحيد أساطيل الصيد يؤدي إلى زيادة الطلب على الأسماك المتطورة للعثور على الإلكترونيات مثل أجهزة الاستشعار وأجهزة الصوت والسونار. تاريخيا ، استخدم الصيادون العديد من التقنيات المختلفة للعثور على الأسماك وحصادها. ومع ذلك ، كانت التكنولوجيا الصوتية واحدة من أهم القوى الدافعة وراء تطوير المصايد التجارية الحديثة.

تنتقل الموجات الصوتية عبر الأسماك بشكل مختلف عن الماء لأن مثانة السباحة المليئة بالهواء للأسماك لها كثافة مختلفة عن مياه البحر. يسمح هذا الاختلاف في الكثافة باكتشاف مجموعات الأسماك باستخدام الصوت المنعكس. تعتبر التكنولوجيا الصوتية مناسبة بشكل خاص للتطبيقات تحت الماء لأن الصوت ينتقل إلى مسافة أبعد وأسرع تحت الماء منه في الهواء. اليوم ، تعتمد سفن الصيد التجارية بشكل شبه كامل على أجهزة السونار وأجهزة السبر الصوتية لاكتشاف الأسماك. يستخدم الصيادون أيضًا تقنية السونار النشط وتقنية الصدى لتحديد عمق المياه ومحيط القاع وتكوين القاع.

تقوم شركات مثل eSonar و Raymarine و Marport Canada و Wesmar و Furuno و Krupp و Simrad بتصنيع مجموعة متنوعة من أجهزة السونار والصوت لصناعة الصيد التجاري في أعماق البحار. على سبيل المثال ، تأخذ مستشعرات الشبكة قياسات مختلفة تحت الماء وترسل المعلومات مرة أخرى إلى جهاز استقبال على متن السفينة. كل مستشعر مزود بمحول صوتي واحد أو أكثر حسب وظيفته المحددة. يتم نقل البيانات من أجهزة الاستشعار باستخدام القياس الصوتي اللاسلكي عن بعد ويتم استقبالها بواسطة ميكروفون مركب على الهيكل. يتم فك تشفير الإشارات التناظرية وتحويلها بواسطة جهاز استقبال صوتي رقمي إلى بيانات يتم إرسالها إلى كمبيوتر جسر لعرض رسومي على شاشة عالية الدقة.

سبر الصدى

السبر بالصدى هو عملية تستخدم لتحديد عمق المياه تحت السفن والقوارب. نوع من السونار النشط ، سبر الصدى هو إرسال نبضة صوتية مباشرة إلى قاع البحر ، تقيس الوقت بين الإرسال وعودة الصدى ، بعد أن تصل إلى القاع وترتد إلى سفينتها الأصلية. ينبعث النبض الصوتي من محول طاقة يستقبل صدى العودة أيضًا. يتم حساب قياس العمق بضرب سرعة الصوت في الماء (بمتوسط ​​1500 متر في الثانية) في الوقت بين الانبعاث وعودة الصدى. [49] [50]

أدت قيمة الصوتيات تحت الماء لصناعة صيد الأسماك إلى تطوير أدوات صوتية أخرى تعمل بطريقة مشابهة لأجهزة صدى الصوت ، ولكن نظرًا لأن وظيفتها تختلف قليلاً عن النموذج الأولي لجهاز الصدى ، فقد تم منحها مختلفة مصطلحات.

صافي الموقع

الصافي هو أسلم صدى مع محول طاقة مركب على العنوان الرئيسي للشبكة وليس على قاع الوعاء. ومع ذلك ، لاستيعاب المسافة من محول الطاقة إلى وحدة العرض ، والتي تكون أكبر بكثير مما هي عليه في مسبار صدى عادي ، يجب إجراء العديد من التحسينات. نوعان رئيسيان متاحان. الأول هو نوع الكبل الذي يتم إرسال الإشارات فيه عبر كبل. في هذه الحالة ، يجب توفير أسطوانة كبلية لسحب الكبل وإطلاقه وتخزينه خلال مراحل العملية المختلفة. النوع الثاني هو صافي الكابلات - مثل Marport's Trawl Explorer - حيث يتم إرسال الإشارات صوتيًا بين الشبكة والميكروفون المستقبِل المثبت على بدن السفينة. في هذه الحالة ، لا يلزم وجود أسطوانة كبلية ، ولكن يلزم وجود إلكترونيات متطورة في محول الطاقة وجهاز الاستقبال.

تُظهر الشاشة الموجودة على مجس شبكة مسافة الشبكة من القاع (أو السطح) ، بدلاً من عمق الماء كما هو الحال مع محول الطاقة المثبت على بدن الصدى. عند التثبيت في عنوان الشبكة ، يمكن عادةً رؤية حرف القدم الذي يعطي مؤشرًا على الأداء الصافي. يمكن أيضًا رؤية أي سمكة تمر في الشبكة ، مما يسمح بإجراء تعديلات دقيقة لصيد أكبر عدد ممكن من الأسماك. في مصايد الأسماك الأخرى ، حيث تكون كمية الأسماك في الشبكة مهمة ، يتم تركيب محولات طاقة مستشعرات الصيد في مواضع مختلفة على طرف سمك القد للشبكة. عندما تملأ نهاية الكود يتم تشغيل محولات مستشعرات الصيد هذه واحدة تلو الأخرى ويتم نقل هذه المعلومات صوتيًا لعرض الشاشات على جسر السفينة. يمكن للقائد بعد ذلك أن يقرر متى يسحب الشبكة.

تعمل الإصدارات الحديثة من مسبار الشبكة ، باستخدام محولات طاقة متعددة العناصر ، مثل السونار أكثر من كونها أسلم صدى وتعرض شرائح من المنطقة أمام الشبكة وليس مجرد المنظر الرأسي الذي استخدمته أجهزة سبر الشبكة الأولية.

السونار هو مسبار صدى مع قدرة اتجاهية يمكنها إظهار الأسماك أو الأشياء الأخرى حول السفينة.

ROV و UUV

تم تركيب السونار الصغير للمركبات التي تعمل عن بعد (ROVs) والمركبات غير المأهولة تحت الماء (UUVs) للسماح بتشغيلها في ظروف غامضة. تستخدم هذه السونار للنظر أمام السيارة. نظام استطلاع الألغام طويل الأجل هو UUV لأغراض MCM.

موقع السيارة

السونارات التي تعمل كمنارات يتم تركيبها على الطائرات للسماح بتحديد موقعها في حالة وقوع حادث في البحر. يمكن استخدام السونار الأساسي القصير والطويل لرعاية الموقع ، مثل LBL.

بدلة للمكفوفين

في عام 2013 ، كشف مخترع في الولايات المتحدة عن بدلة للجسم "تشبه العنكبوت" ، مزودة بأجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية وأنظمة ردود الفعل اللمسية ، والتي تنبه مرتديها من التهديدات الواردة مما يسمح لهم بالرد على المهاجمين حتى عندما تكون معصوب العينين. [51]

تقدير الكتلة الحيوية

الكشف عن الأسماك والحياة البحرية والمائية الأخرى وتقدير أحجامها الفردية أو الكتلة الحيوية الكلية باستخدام تقنيات السونار النشطة. عندما تنتقل نبضات الصوت عبر الماء ، فإنها تصادف أشياء ذات كثافة أو خصائص صوتية مختلفة عن الوسط المحيط ، مثل الأسماك ، والتي تعكس الصوت مرة أخرى باتجاه مصدر الصوت. توفر هذه الأصداء معلومات عن حجم الأسماك وموقعها ووفرةها وسلوكها. عادة ما تتم معالجة البيانات وتحليلها باستخدام مجموعة متنوعة من البرامج مثل إيتشوفيو.

قياس الموجة

يمكن استخدام مسبار صدى متجه لأعلى مثبت في الأسفل أو على منصة لإجراء قياسات لارتفاع الموجة ومدتها. من هذه الإحصائيات الخاصة بظروف السطح في الموقع يمكن اشتقاقها.

قياس سرعة الماء

تم تطوير السونار الخاص قصير المدى للسماح بقياسات سرعة الماء.

تقييم نوع القاع

تم تطوير السونارات التي يمكن استخدامها لتوصيف قاع البحر ، على سبيل المثال ، في الطين والرمل والحصى. يمكن ترقية السونارات البسيطة نسبيًا مثل مسبار الصدى إلى أنظمة تصنيف قاع البحر عبر وحدات إضافية ، وتحويل معلمات الصدى إلى نوع الرواسب. توجد خوارزميات مختلفة ، لكنها تستند جميعها إلى تغييرات في طاقة أو شكل الأصوات المنعكسة. يمكن إجراء تحليل تصنيف الركيزة المتقدم باستخدام مسبار الصدى المعاير (العلمي) والتحليل المعياري أو المنطق الضبابي للبيانات الصوتية.

رسم الخرائط الباثيمترية

يمكن استخدام سونار المسح الجانبي لاشتقاق خرائط تضاريس قاع البحر (قياس الأعماق) عن طريق تحريك السونار عبرها فوق القاع مباشرة. تم استخدام السونار منخفض التردد مثل GLORIA لإجراء مسوحات واسعة للجرف القاري بينما يتم استخدام السونار عالي التردد لإجراء مسوحات أكثر تفصيلاً للمناطق الأصغر.

التنميط الفرعي السفلي

تم تطوير مسبار صدى قوي منخفض التردد لتوفير ملامح الطبقات العليا من قاع المحيط.

كشف تسرب الغاز من قاع البحر

يمكن أن تتسرب فقاعات الغاز من قاع البحر أو بالقرب منه من مصادر متعددة. يمكن اكتشافها بواسطة السونار السلبي [52] والسونار النشط [38] (كما هو موضح في الشكل التخطيطي [52] بواسطة الأنظمة الصفراء والحمراء على التوالي).

تحدث تسربات طبيعية من غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون. [38] يمكن أن تتسرب أنابيب الغاز ، ومن المهم أن تكون قادرًا على اكتشاف ما إذا كان التسرب يحدث من منشآت التقاط الكربون وتخزينه (مثل ، آبار النفط المنضب التي يتم تخزين الكربون الجوي المستخرج فيها). [53] [54] [55] [56] من الصعب تحديد كمية الغاز المتسرب ، وعلى الرغم من أنه يمكن استخدام التقديرات باستخدام السونار النشط والسلبي ، فمن المهم التشكيك في دقتها بسبب الافتراضات الملازمة لعمل مثل هذه التقديرات من بيانات السونار. [52] [57]

فتحات السونار الاصطناعية

تم بناء العديد من السونارات ذات الفتحة الاصطناعية في المختبر ودخل بعضها في البحث عن الألغام وأنظمة البحث. يتم تقديم شرح لعملهم في السونار ذي الفتحة التركيبية.

سونار حدودي

تستخدم المصادر البارامترية اللاخطية للماء لتوليد فرق التردد بين ترددين عاليين. يتم تشكيل مجموعة نهاية إطلاق افتراضية. يتمتع جهاز العرض هذا بمزايا النطاق الترددي العريض ، وعرض الحزمة الضيق ، وعندما يتم تطويره بالكامل وقياسه بعناية ، فإنه لا يحتوي على فصوص جانبية واضحة: انظر المصفوفة البارامترية. عيبه الرئيسي هو كفاءة منخفضة للغاية بنسبة قليلة فقط. [58] ب. يلخص Westervelt الاتجاهات المعنية. [59]

السونار في سياقات خارج كوكب الأرض

تم اقتراح استخدام كل من السونار السلبي والنشط لاستخدامات مختلفة خارج الأرض ،. [60] أحد الأمثلة على استخدام السونار النشط في تحديد عمق البحار الهيدروكربونية على تيتان ، [61] ومن الأمثلة على استخدام السونار السلبي في الكشف عن شلالات الميثان على تيتان ، [62]

وقد لوحظ أن تلك المقترحات التي تقترح استخدام السونار دون مراعاة الفرق بين البيئات الأرضية (الغلاف الجوي والمحيطات والمعادن) والبيئات خارج كوكب الأرض ، يمكن أن تؤدي إلى قيم خاطئة [63] [64] [65] ] [66] [67] [68]

التأثير على الثدييات البحرية

أظهرت الأبحاث أن استخدام السونار النشط يمكن أن يؤدي إلى جنوح جماعية للثدييات البحرية. [69] وقد ثبت أن الحيتان المنقارية ، وهي أكثر الضحايا شيوعًا للخيوط ، حساسة للغاية للسونار النشط متوسط ​​التردد. [70] تهرب أيضًا الثدييات البحرية الأخرى مثل الحوت الأزرق بعيدًا عن مصدر السونار ، [71] في حين تم اقتراح أن النشاط البحري هو السبب الأكثر احتمالية لحدوث جنوح جماعي للدلافين. [72] قالت البحرية الأمريكية ، التي مولت جزئيًا بعض الدراسات ، إن النتائج أظهرت فقط استجابات سلوكية للسونار ، وليس ضررًا فعليًا ، لكنها "ستقيم فعالية إجراءات حماية الثدييات البحرية [الخاصة بها] في ضوء الجديد نتائج البحث ". [69] صدر حكم أصدرته المحكمة العليا الأمريكية في عام 2008 بشأن استخدام البحرية الأمريكية السونار وأشار إلى أنه لم تكن هناك حالات تبين فيها بشكل قاطع أن السونار قد أضر أو ​​قتل أحد الثدييات البحرية. [73]

تستخدم بعض الحيوانات البحرية ، مثل الحيتان والدلافين ، أنظمة تحديد الموقع بالصدى ، والتي تسمى أحيانًا بيوسونار لتحديد مكان الحيوانات المفترسة والفريسة. تظهر الأبحاث حول تأثيرات السونار على الحيتان الزرقاء في جنوب كاليفورنيا بايت أن استخدام السونار متوسط ​​التردد يعطل سلوك تغذية الحيتان. يشير هذا إلى أن التعطيل الناجم عن السونار للتغذية والإزاحة من بقع الفرائس عالية الجودة يمكن أن يكون له تأثيرات كبيرة وغير موثقة سابقًا على بيئة بحث حوت البالين واللياقة الفردية وصحة السكان. [74]

تم نشر مراجعة للأدلة على السلاسل الجماعية للحوت المنقاري المرتبط بالتمارين البحرية حيث تم استخدام السونار في عام 2019. وخلصت إلى أن تأثيرات السونار النشط متوسط ​​التردد أقوى على الحيتان المنقارية في كوفيير ولكنها تختلف بين الأفراد أو السكان. اقترحت المراجعة أن قوة استجابة الحيوانات الفردية قد تعتمد على ما إذا كانت قد تعرضت مسبقًا للسونار ، وأنه تم العثور على أعراض داء تخفيف الضغط في الحيتان التي تقطعت بها السبل والتي قد تكون نتيجة لمثل هذه الاستجابة للسونار.وأشارت إلى أنه في جزر الكناري حيث تم الإبلاغ سابقًا عن العديد من الجنوح ، لم تحدث المزيد من الجنوح الجماعية بمجرد حظر التدريبات البحرية التي تم خلالها استخدام السونار في المنطقة ، وأوصت بمد الحظر ليشمل مناطق أخرى حيث لا تزال الجنوح الجماعية مستمرة. تحدث. [75] [76]

التأثير على الأسماك

يمكن لأصوات السونار عالية الكثافة أن تحدث تحولًا مؤقتًا صغيرًا في عتبة السمع لبعض الأسماك. [77] [78] [أ]

تتراوح ترددات السونار بين الموجات فوق الصوتية وما فوق ميغا هرتز. بشكل عام ، تتمتع الترددات المنخفضة بمدى أطول ، بينما توفر الترددات الأعلى دقة أفضل ، وحجمًا أصغر لاتجاه معين.

لتحقيق اتجاهية معقولة ، تتطلب الترددات التي تقل عن 1 كيلو هرتز حجمًا كبيرًا يتم تحقيقه عادةً كمصفوفات مقطوعة. [79]

يتم تعريف السونارات منخفضة التردد بشكل فضفاض على أنها 1-5 كيلو هرتز ، على الرغم من أن بعض القوات البحرية تعتبر 5-7 كيلو هرتز أيضًا بتردد منخفض. يتم تعريف التردد المتوسط ​​على أنه 5-15 كيلو هرتز. يعتبر نمط آخر من التقسيم أن التردد المنخفض يكون أقل من 1 كيلو هرتز والتردد المتوسط ​​بين 1-10 كيلو هرتز. [79]

كانت السونارات الأمريكية في حقبة الحرب العالمية الثانية تعمل بتردد عالٍ نسبيًا يتراوح من 20 إلى 30 كيلو هرتز ، لتحقيق اتجاهية باستخدام محولات طاقة صغيرة بشكل معقول ، مع أقصى نطاق تشغيلي نموذجي يبلغ 2500 ياردة. استخدمت سونار ما بعد الحرب ترددات أقل لتحقيق مدى أطول ، على سبيل المثال يعمل SQS-4 عند 10 كيلو هرتز مع نطاق يصل إلى 5000 ياردة. يعمل كل من SQS-26 و SQS-53 بتردد 3 كيلو هرتز بمدى يصل إلى 20000 ياردة حجم قبابهما تقريبًا. زورق أفراد يبلغ ارتفاعه 60 قدمًا ، وهو الحد الأقصى لحجم سونار البدن التقليدي. لم يكن تحقيق أحجام أكبر من خلال مصفوفة السونار المطابقة المنتشرة على الهيكل فعالاً حتى الآن ، لذلك يتم استخدام المصفوفات الخطية أو المقطوعة ذات الترددات المنخفضة. [79]

تعمل السونارات اليابانية في الحرب العالمية الثانية على مجموعة من الترددات. النوع 91 ، مع جهاز عرض كوارتز 30 بوصة ، يعمل بسرعة 9 كيلو هرتز. النوع 93 ، مع أجهزة عرض كوارتز أصغر ، يعمل عند 17.5 كيلو هرتز (الطراز 5 عند 16 أو 19 كيلو هرتز مغناطيسي) بقدرة تتراوح بين 1.7 و 2.5 كيلوواط ، بمدى يصل إلى 6 كيلومترات. النوع 3 الأحدث ، مع محولات التقبض المغناطيسي ذات التصميم الألماني ، تعمل عند 13 أو 14.5 أو 16 أو 20 كيلو هرتز (حسب الطراز) ، باستخدام محولات طاقة مزدوجة (باستثناء النموذج 1 الذي يحتوي على ثلاثة محولات مفردة) ، عند 0.2 إلى 2.5 كيلوواط. النوع البسيط يستخدم محولات التقبُّض المغناطيسي بقدرة 14.5 كيلو هرتز عند 0.25 كيلو وات ، مدفوعة بالتفريغ السعوي بدلاً من المذبذبات ، بمدى يصل إلى 2.5 كم. [21]

دقة السونار هي أن الأجسام الزاويّة المتباعدة يتم تصويرها بدقة أقل من تلك القريبة.

يسرد مصدر آخر النطاقات والدقة مقابل ترددات السونار الجانبي. يوفر 30 كيلو هرتز دقة منخفضة مع نطاق من 1000-6000 متر ، و 100 كيلو هرتز يعطي دقة متوسطة عند 500-1000 متر ، 300 كيلو هرتز يعطي دقة عالية عند 150-500 متر ، و 600 كيلو هرتز يعطي دقة عالية عند 75-150 متر. تتأثر السونار بعيد المدى بشكل أكبر بعدم تجانس الماء. بعض البيئات ، عادة ما تكون المياه الضحلة بالقرب من السواحل ، لها تضاريس معقدة مع العديد من الميزات التي تصبح الترددات الأعلى ضرورية هناك. [80]


فيديو: كيفية تحديد موقع Crappie باستخدام سونار التصوير الجانبي