Войти
Скорость звука как функция глубины в точке к северу от Гавайев в Тихом океане, полученной из Атласа Мирового океана 2005 г. Ось канала ГНФАР находится на уровне прибл. Глубина 750 м канал SOFAR (сокращение от Sound Fixing and Ranging channel ) или глубокий звуковой канал (DSC ), представляет собой горизонтальный слой воды в океане, на глубине которого скорость звука минимальна. Канал SOFAR действует как волновод для звука, и низкочастотные звуковые волны внутри канала могут пройти тысячи миль, прежде чем рассеяться. Примером был прием кодированных сигналов, генерируемых зафрахтованным ВМС судном для наблюдения за океаном Cory Chouest у берега острова Херд, расположенного в южной части Индийского океана (между Африкой, Австралией и Антарктидой), с помощью гидрофонов. в частях всех пяти основных океанических бассейнов и на таких удаленных участках, как Северная Атлантика и Северная часть Тихого океана.
. Это явление является важным фактором наблюдения за океаном. Глубокий звуковой канал был открыт и описан независимо Морисом Юингом и Дж. Ламар Ворзель в Колумбийском университете и Леонид Бреховских в Физическом институте им. П.Н. Лебедева в 1940-х годах. При испытании концепции в 1944 году Юинг и Ворзель повесили гидрофон с Saluda, парусного судна, назначенного Лаборатории подводных звуков, со вторым кораблем, приводившим в действие заряды взрывчатого вещества до 900 морских миль ( На расстоянии 1000 миль (1700 км) миль.
Акустические импульсы распространяются на большие расстояния в океане, потому что они задерживаются в акустическом «волноводе ». Это означает, что по мере приближения акустических импульсов к поверхности они поворачиваются обратно ко дну, а по мере приближения к дну океана - обратно к поверхности. Океан очень эффективно проводит звук, особенно звук на низких частотах, т.е. менее нескольких сотен Гц Температура является доминирующим фактором в скорости звука при более высоких температурах, следовательно, более высокая скорость звука вблизи поверхности океана, за исключением полярных морей. Температура уменьшается с глубиной, а скорость звука соответственно уменьшается до тех пор, пока температура не станет стабильной и давление не станет доминирующим фактором. Ось канала ГНФАР лежит в точке минимальной скорости звука на глубине, где давление начинает доминировать над температурой и скорость звука увеличивается. Эта точка находится в нижней части термоклина и в верхней части глубокого изотермического слоя и, следовательно, имеет некоторые сезонные отклонения. Существуют и другие акустические каналы, особенно в верхнем смешанном слое, но пути лучей теряют энергию из-за отражений от поверхности или от дна. В частности, в канале SOFAR низкие частоты преломляются обратно в канал, так что потери энергии невелики, и звук распространяется на тысячи миль. Анализ данных технико-экономического обоснования острова Херд, полученных гидрофонами Остров Вознесения Системы определения местоположения ракетных ударов на промежуточной дальности 9 200 км (5 700 миль) от источника, обнаруженного "удивительно высоким «отношение сигнал / шум в диапазоне от 19 до 30 дБ с неожиданной фазовой стабильностью и изменчивостью амплитуды после времени прохождения около 1 часа, 44 минут и 17 секунд.
Профиль, показывающий ось звукового канала и дно на критической глубине. Там, где профиль дна вторгается в звуковой канал, распространение ограничено дном. Внутри канала звуковые волны прослеживают путь, который колеблется поперек оси канала SOFAR, так что один сигнал будет иметь несколько времен прихода с сигнатурой нескольких импульсов, достигающих максимума в резко очерченный конец. Этот четко определенный конец, представляющий почти осевую траекторию прибытия, иногда называют финалом SOFAR, а более ранние - симфонией SOFAR. Эти эффекты происходят из-за большего звукового канала, в котором пути лучей находятся между поверхностью и критической глубиной. Критическая глубина - это точка ниже оси минимума скорости звука, в которой скорость звука увеличивается до максимальной скорости над осью. Там, где дно лежит выше критической глубины, звук ослабляется, как и любой путь луча, пересекающий поверхность или дно.
Батиметрический профиль с глубиной оси канала SOFAR, от острова Херд до острова Вознесения. Ось канала больше всего меняется в зависимости от его местоположения, достигающего на поверхности и исчезает на высоких широтах (примерно выше 60 ° с.ш. или ниже 60 ° ю.ш.), но со звуком, распространяющимся затем по поверхностному каналу. В отчете Центра океанографических систем ВМС за 1980 год приводятся примеры исследования акустического пути по большому кругу между Перт, Австралия и Бермудскими островами с данными в восьми точках вдоль пути. Как в Перте, так и на Бермудских островах ось звукового канала находится на глубине около 1200 м (3937 футов). Там, где тропа встречается с антарктической конвергенцией на 52º южной широты, нет глубокого звукового канала, но имеется поверхностный канал глубиной 30 м (98 футов) и неглубокий звуковой канал на высоте 200 м (656 футов). Когда трасса поворачивает на север, станция на 43º южной широты и 16º восточной долготы показала профиль, возвращающийся к типу SOFAR на высоте 800 м (2625 футов).
Первое практическое применение началось во время Вторая мировая война, когда ВМФ начали экспериментировать и реализовывать возможность определения места взрыва бомбы SOFAR, используемой в качестве сигнала бедствия сбитыми пилотами. Разница во времени прибытия источника в неизвестное местоположение в известных местоположениях позволило вычислить общее местоположение источника. Время прибытия формирует гиперболические линии положения, подобные LORAN. Реверс, обнаружение синхронизированных сигналов с известных береговых позиций в неизвестной точке, позволило вычислить позицию в этой точке. Этому методу в обратном порядке было дано название ГНФАР: РАФОС. RAFOS определен в издании 1962 года The American Practical Navigator среди гиперболических навигационных систем.
Первые приложения полагались на стационарные береговые станции, часто называемые станциями SOFAR. Некоторые из них стали объектами акустических исследований, как и станция SOFAR на Бермудских островах, которая участвовала в эксперименте от Перта до Бермудских островов. Записи на Бермудской станции ведутся Океанографическим институтом Вудс-Хоул (WHOI). В недавнем прошлом исходные коды SOFAR использовались для специальных целей в приложении RAFOS. Одна такая система использовала донные заякоренные источники у мыса Хаттерас, у Бермудских островов и еще одну на подводной горе, чтобы посылать три точно рассчитанных сигнала в день, чтобы обеспечить точность примерно 5 км (3,1 мили; 2,7 морских миль).
Первое приложение быстро вызвало большой интерес у ВМФ по причинам, не связанным с поиском сбитых экипажей. Решение ВМФ от 1949 года привело к исследованиям к 1950 году, в которых рекомендовалось использовать пассивный сонарный потенциал канала SOFAR для борьбы с подводными лодками (ASW). В рекомендацию входило тратить 10 миллионов долларов в год на исследования и развитие системы. К 1951 году испытательная установка подтвердила эту концепцию, и к 1952 году были заказаны дополнительные станции для Атлантики. Первым крупным использованием канала SOFAR было наблюдение за океаном в секретной программе, которая привела к созданию Системы звукового наблюдения (SOSUS). Эта система оставалась засекреченной с самого начала до тех пор, пока фиксированные системы не были дополнены мобильными массивами и превратились в интегрированную систему подводного наблюдения, цель и характер которой были рассекречены в 1991 году.
Мониторинг землетрясений с использованием SOSUS после ограниченного доступа для гражданских лиц был предоставлен Тихоокеанской морской экологической лаборатории (PMEL) Национального управления океанических и атмосферных исследований в 1991 году. Выявлено в десять раз больше морских землетрясений с лучшей локализацией, чем с наземными датчиками. Обнаружение SOSUS может обнаруживать землетрясения магнитудой около двух против четырех. Система обнаружила распространение морского дна и события магмы в хребте Хуан-де-Фука вовремя для исследовательских судов. В результате этого успеха PMEL разработала свои собственные гидрофоны для развертывания по всему миру, которые могут быть подвешены в канале SOFAR с помощью системы поплавка и якоря.
Таинственные низкочастотные звуки, приписываемые финватам (Balaenoptera Physalus), являются обычным явлением в канале. Ученые считают, что финвалы могут нырять в этот канал и «петь», чтобы общаться с другими финватами за много километров.
Роман Охота за Красным Октябрем описывает использование канала SOFAR для обнаружения подводных лодок.
Предполагаемое существование подобного канала в верхних слоях атмосферы, выдвинутое доктором Юингом, привело к Проекту Могул, который проводился с 1947 до конца 1948 года. 52>
