Сонар

редактировать
Техника, использующая распространение звука

Французские фрегаты типа F70 (здесь La Motte-Picquet ) оснащены гидролокаторами VDS (гидролокатор переменной глубины) типа DUBV43 или DUBV43C. Изображение гидролокатора Советского ВМФ тральщика Т-297, бывшего латвийского Вирсайтиса, потерпевшего кораблекрушение 3 декабря 1941 года в Финском заливе

Сонар (звуковая навигация ) - это метод который, использует распространение звука (обычно под водой, как в подводной лодке навигация ) на перемещаться, общаться с объектами на или под водой или под водой, например, другими судами, или обнаруживать их. Два типа технологий имеют название «сонар»: пассивный сонар, по сути, прислушивается к звуку, издаваемому судами; активный сонар излучает импульсы звуков и прислушивается к эхо. Гидролокатор может установка как средство акустической локации и характеристики эха «целей» в воде. Акустическая локация в воздухе использовалась до внедрения радара . Гидролокатор также инсталлированный для навигации роботов, а SODAR используется для исследования атмосферы. Термин сонар также используется для обозначения оборудования, используемого для генерации и приема звука. Акустические частоты, используемые в гидролокаторах, изменяются от очень низких (инфразвуковой ) до очень высоких (ультразвуковой ). Изучение подводного звука известно как подводная акустика или гидроакустика.

. Первое зарегистрированное использование этой техники было сделано Леонардо да Винчи в 1490 году, который использовал трубку, вставленную в воду для обнаружения сосудов на слух. Он был разработан во время Первой мировой войны, чтобы противостоять растущей угрозе подводной войны, с действующей пассивной системой гидролокатора, которая использовалась к 1918 году. В активных современных гидролокационных системах используется акустический преобразователь для создания звуковой волны, отражающейся от целевых объектов.

Содержание

  • 1
    • 1.1 ASDIC
    • 1.2 SONAR
    • 1.3 Лаборатория подводного звука ВМС США
    • 1.4 Материалы и конструкция в США и Японии
    • 1.5 Более поздние разработки датчиков
  • 2 Активный гидролокатор
    • 2.1 Project Artemis
    • 2.2 Транспондер
    • 2.3 Прогнозирование характеристик
    • 2.4 Ручной гидролокатор для использования водолазом
  • 3 Пассивный гидролокатор
    • 3.1 Определение источников звука
    • 3.2 Ограничения шума
    • 3.3 Прогнозирование характеристик
  • 4 Факторы эффективности
    • 4.1 Распространение звука
    • 4.2 Рассеяние
    • 4.3 Характеристики цели
    • 4.4 Противодействие
  • 5 Военное применение
    • 5.1 Противолодочная война
    • 5.2 Торпеды
    • 5.3 Мины
    • 5.4 Противоминные меры
    • 5.5 Навигация подводных лодок
    • 5.6 Самолет
    • 5.7 Подводная связь
    • 5.8 Наблюдение за океаном
    • 5.9 Подводная охрана
    • 5.10 Ручной гидролокатор
    • 5.11 Перехватывающий гидролокатор
  • 6 Гражданское применение
    • 6.1 Рыбол овство
    • 6.2 Эхолот
    • 6.3 Чистое местоположение
    • 6.4 ROV и UUV
    • 6.5 Местоположение транспортных средств
    • 6.6 Протез для слабовидящих
  • 7 Научные приложения
    • 7.1 Оценка биомассы
    • 7.2 Измерение
    • 7.3 Измерение скорости воды
    • 7.4 Оценка типа дна
    • 7.5 Батиметрическое картирование
    • 7.6 Профилирование дна
    • 7.7 Обнаружение утечки газа с физической дна
    • 7.8 Гидролокатор с синтезированной апертурой
    • 7.9 Параметрический гидролокатор
    • 7.10 Сонар во внеземных условиях
  • 8 Влияние гидролокатора на морскую жизнь
    • 8.1 Влияние на морских млекопитающих
    • 8.2 Влияние на рыбу
  • 9 Частоты и разрешение
  • 10 См. Также
  • 11 Примечания
  • 12 Цитаты
  • 13 Библиография
    • 13.1 Ссылки на акустику рыболовства
  • 14 Дополнительная литература
  • 15 Внешние ссылки

История

Хотя некоторые ани млекопитающие (дельфины, летучие мыши, некоторые землеройки и другие) миллионы лет использовали звук для общения и обнаружения объектов, использование людьми в воде используем записано Леонардо да Винчи в 1490 году: говорят, что трубка, вставленная в воду, использовалась для обнаружения сосудов, поднося к ней ухо.

В конце XIX века подводный колокол использовался в качестве вспомогательного средства для маяков или маяков для предупреждения об опасности.

Использование звука для «эхолокации» под водой так же, как летучие мыши используют звук для воздушной навигации, похоже, было вызвано катастрофой Титаника в 1912 году. Первый в мире патент на подводное эхолокационное устройство был подан в Британское Патентное бюро, английский метеоролог Льюис Фрай Ричардсон через месяц после затопления Титаника, и немецкий физик Александр Бем получил патент на эхолот в 1913 году.

Канадский инженер Реджинальд Фессенден, работая в Submarine Signal Company в Бостоне, Массачусетс, построил экспериментальную систему начиная с с 1912 года, систему позже опробовали в Бостонской гавани и, наконец, в 1914 году из Налогового управления США. Каттер Майами на Гранд Бэнкс на Ньюфаундленде. В этом тесте Фессенден показал зондирование глубины, подводную связь (код Морзе ) и определение по эхосигналу (обнаружение айсберга на расстоянии 2 мили, 3,2 км). «Генератор Фигура », работавший на частоте около 500 Гц, не смог определить азимут айсберга из-за длины волны 3 метра и небольшого размера излучающей поверхности преобразователя (менее ⁄ 3 длины волны в диаметре). Десять построенных в Монреале британских подводных лодок класса H, спущенных на воду в 1915 году, были оснащены генераторами Фессендена.

Во время Первой мировой войны возникла необходимость в открытии подводных лодок побудило к дальнейшим исследованиям в области использования звука. Британцы рано начали использовать подводные подслушивающие устройства, называемые гидрофонами, в то время как французский физик Поль Ланжевен, используя русским иммигрантом-электриком Константином Чиловски, работал над разработкой активных звуковых устройств обнаружение подводных лодок в 1915 году. Хотя пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи позже заменили использованные ими электростатические преобразователи , эта работа повлияла на будущие разработки. Для изготовления гидрофонова использовалась легкая звукопоглощающая пластиковая пленка и волоконная оптика, а для проекторов были разработаны Терфенол-D и PMN (ниобат свинца-магния).

ASDIC

дисплей ASDIC примерно в 1944 году

В 1916 году под руководством британского Совета по изобретениям и исследованиям канадский физик Роберт Уильям Бойл взял на себя активный проект обнаружения звука с A. Б. Вуд, изготовление опытного образца для испытаний в середине 1917 г. Эта работа для Противолодочного дивизиона британского военно-морского штаба была проведена в строжайшей секретности и использовала кварцевые пьезоэлектрические кристаллы для создания первого в мире практического подводного устройства звука. Для сохранения секретности не было упоминания звуковых экспериментов или кварце, используемое для описания ранних работ слово «сверхзвуковые» было изменено на «ASD» ics, кварцевый материал - на «ASD» ivite: «ASD» для «Anti-Submarine» Разделение », отсюда и английское сокращение ASDIC. В 1939 году, отвечая на вопрос из Оксфордского словаря английского языка, Адмиралтейство придумали историю, что это означает «Союзный комитет по расследованию обнаружения подводных лодок», и это до сих пор широко распространено., хотя в архивах Адмиралтейства не было найдено ни одного комитета с таким названием.

К 1918 году Великобритания построили прототипы активных систем. Британцы испытали свой ASDIC на HMS Antrim в 1920 году и начали производство в 1922 году. В 1923 году 6-я флотилия эсминцев имела корабли, оборудованные ASDIC. Школа противолодочных кораблей HMS Osprey и учебная база флотилия из четырех судов была создана на Портленде в 1924 году.

К началу Второй мировой войны Королевский флот имел пять комплектов для разных классов надводных кораблей и другие для подводных лодок, включенных в полную противолодочную систему. Эффективность раннего ASDIC снижена из-за использования глубинной бомбы в качестве противолодочного оружия. Прежде всего, необходимо выполнить сброс заряды на корму. Охотник фактически стрелял вслепую, в это время командир подводной лодки мог уклоняться. Положение было исправлено новой тактикой и новым оружием.

Тактические усовершенствования, разработанные Фредериком Джоном Уокером, включающие атаку подкрадывания. Для этого требовалось 2 противолодочных корабля (обычно шлюпы или корветы). «Направляющий корабль» отслеживал подводную лодку-цель на ASDIC с позиции примерно от 1500 до 2000 ярдов позади нее. Второй корабль с выключенным ASDIC и скоростью 5 узлов начал атаку с позиции между направляющим кораблем и целью. Эта атака контролировалась по радиотелефону их управляющего корабля на основе ASDIC, а также дальности (дальномером) и пеленга атакующего корабля. Как только глубинные бомбы были выпущены, атакующий корабль на полном ходу покинул непосредственную зону. Направляющий корабль вошел в цель район и также выпустил серию глубинных бомб. Низкая скорость подходила означала, что подводная лодка могла предсказать, когда будут выпущены глубинные бомбы. Любое действие уклонения было обнаружено управляющимлем и отдавалось соответствующее распоряжение атакующему кораблю. Малая скорость действия то преимущество, что немецкая акустическая торпеда неэффективна против медленно летящего военного корабля. Вариантом ползучей атаки «штукатурная» атака, при которой используются 3 атакующих работающих, работающих в тесной линии в один ряд, направляющие над с помощью направляющего корабля.

Новое оружие для борьбы со слепым пятном ASDIC было «метательное оружие вперед», такое как Ежики и позже Кальмары, которые проецировали боеголовки на цель впереди атакующего и все еще находились в контакте с ASDIC. Это позволяетло одному эскорту лучше прицельно атаковать подводные лодки. Развитие событий во время войны привело к появлению британских наборов ASDIC, которые использовались лучи разных форм, непрерывно перекрывающие слепые зоны. Позже были применены акустические торпеды.

В начале Второго мировой войны (сентябрь 1940 г.) британская технология ASDIC была бесплатно передана Соединенным Штатам. Исследования ASDIC и подводного звука были расширены в Великобритании и США. Было разработано много новых типов устройств обнаружения звука. Гидролокатор погружения / погружения и гидролокатор обнаружения мин, впервые разработанные британцами в 1944 году под кодовым названием High Tea, гидролокатор погружения гидроакустические буи. Эта работа легла в основу послевоенных разработок, связанных с противодействием атомной подводной лодке.

SONAR

. В 1930-е годы американские инженеры разработали методы обнаружения звука под водой, были сделаны важные открытия, такие как наличие термоклинов и их влияние на звуковые волны. Американцы начали использовать термин SONAR для своих систем, придуманный Фредериком Хантом как эквивалент RADAR.

Лаборатория подводных звуков ВМС США

В 1917 году ВМС США впервые приобрела услуги Дж. Уоррена Хортона. В качестве отпуска из Bell Labs он служил в правительстве в техническом эксперте сначала на экспериментальной станции в Наханте, Массачусетс, а в штабе ВМС США в Лондоне, Англия. В Наханте он применила недавно разработанную вакуумную лампу, которая тогда ассоциировалась с этапами формирования области прикладной науки, ныне известной как электроника, для обнаружения подводных сигналов. В результате угольный кнопочный микрофон, который использовался в более ранней аппаратуре обнаружения, был заменен предшественником современного гидрофона. Также в этот период он использовал метод обнаружения буксировки. Это было связано с повышенной чувствительностью его устройства. Эти принципы до сих пор используются в современных буксируемых гидроакустических системах.

Чтобы удовлетворить потребности Великобритании в обороне, он был отправлен в Англию для установки в Ирландское море донных гидрофонов, соединенных с береговым постом прослушивания подводным кабелем. Пока это оборудование загружалось на судно-кабелеукладчик, Первая мировая война закончилась, и Хортон вернулся домой.

Во время Второй мировой войны он продолжал разрабатывать гидроакустические системы, которые могли обнаруживать подводные лодки, мины и торпеды. Он опубликовал «Основы сонара» в 1957 году в главном консультанта по исследованиям в Лаборатории подводных звуков ВМС США. Он занимал эту должность до 1959 года, стал когда техническим директором, и занимал эту должность до обязательного выхода на пенсию в 1963 году.

Материалы и конструкции в США и Японии

В США был небольшой прогресс в области гидролокации в США от 1915–1940 годов. В 1940 году гидролокаторы США обычно состояли из магнитострикционного преобразователя и набора никелевых трубок, соединенных со стальной пластиной диаметром 1 фут, прикрепленной спина к спине к соли Рошеля. кристалл в сферическом корпусе. Эта сборка проникала в корпус корабля и вручную поворачивалась на угол. пьезоэлектрический кристалл соли Рошеля имел лучшие параметры, но магнитострикционный блок был намного надежнее. Высокие потери торговых судов США в начале Второй мировой войны привести к крупномасштабным высокоприоритетным исследованиям в этой области в США, направленным на улучшение параметров магнитострикционных преобразователей, так и на надежность Рошельской соли. Дигидрофосфат аммония (ADP), превосходная альтернатива, был найден в качестве замены соли Рошеля; Первым применением была замена преобразователей соли Рошель на 24 кГц. В течение девяти месяцев соль Рошель устарела. Производственные мощности ADP выросли с нескольких десятков сотрудников в начале 1940 года до нескольких тысяч в 1942 году.

Одним из первых применений кристаллов ADP были гидрофоны для акустических мин ; предназначены для низкочастотной отсечки на 5 Гц, выдерживания механических ударов при развертывании самолетов с высотой 3000 м (10000 футов) и способности выдерживать взрывы соседних мин. Одной из характеристик надежности ADP отсутствие старения; кристалл сохраняет свои параметры даже при длительном хранении.

Еще одним применением были торпеды с акустическим самонаведением. На носовой части торпеды установились две пары плоских гидрофонов в горизонтальной и вертикальной плоскости плоскости; разностные сигналы от пар использовались для поворота торпеды влево-вправо и вверх-вниз. Были разработаны меры противодействия: нацеленная подводная лодка выпустила шипучий химикат, и торпеда пошла за более шумной газированной ловушкой. В качестве меры использовалась торпеда с активным гидролокатором - в носовой торпеды был добавлен преобразователь, и микрофоны прослушивали его отраженные периодические звуковые звуковые волны. Преобразователи представляли собой идентичные прямоугольные кристаллические пластины, расположенные в виде ромбовидных участков в шахматном порядке.

Пассивные гидроакустические системы для подводных лодок были разработаны из кристаллов ADP. Несколько кристаллических сборок были помещены в стальную трубку, заполненную под вакуумом касторовым маслом и запечатанную. Трубки затем были установлены параллельно.

Стандартный сканирующий сонар ВМС США в конце Второй мировой войны работал на частотах 18 кГц, используя массив кристаллов ADP. Однако более низкий диапазон требовал использования более низких желаемых частот. Требуются стандартные размеры были слишком велики для кристаллов ADP, поэтому в начале 1950-х годов были разработаны магнитострикционные и пьезоэлектрические системы из титаната бария, но у них были проблемы с достижением однородных характеристик импеданса, и диаграмма направленности луча страдала. Затем титанат цирконата свинца (PZT) был заменен более стабильным , и частота была снижена до 5 кГц. Флот США использовал этот материал в гидролокаторе AN / SQS-23 в течение нескольких десятилетий. В гидролокаторе SQS-23 сначала использовались магнитострикционные никелевые преобразователи, но они весили несколько тонн, а никель был дорогим и считался важным материалом; Поэтому были заменены пьезоэлектрические преобразователи. Гидролокатор представлял собой большой массив из 432 отдельных преобразователей. Сначала датчики были ненадежными, показывали механические и электрические отказы и выходили из строя вскоре после установки; они также были произведены несколькими поставщиками, имели разную конструкцию и их характеристики были достаточно разными, чтобы ухудшить производительность массива. Тогда политика, разрешающая ремонт отдельных преобразователей, была принесена в жертву, и вместо нее была выбрана «одноразовая модульная конструкция» с герметичными неремонтируемыми модулями, устранившая проблему с уплотнениями и другими посторонними механическими деталями.

Императорский флот Японии в начале Второй мировой войны использовал проекторы на основе кварца. Они были большими и тяжелыми, особенно если они рассчитаны на низкие частоты; один для набора Тип 91, работающий на частоте 9 кГц, имел диаметр 30 дюймов (760 мм) и приводился в действие генератором мощностью 5 кВт и выходной амплитудой 7 кВ. Проекторы Type 93 состояли из твердых сэндвичей из кварца, собранных в сферические чугунные корпуса. Позднее гидролокаторы Type 93 были заменены на Type 3, разработанные в Германии и использовавшие магнитострикционные проекторы; проекторы состояли из двух идентичных независимых блоков прямоугольной формы в чугунном прямоугольном корпусе размером примерно 16 на 9 дюймов (410 мм × 230 мм). Облученная область составляла половину длины волны в ширину и три длины волны в высоту. Магнитострикционные сердечники были изготовлены из штампованного никеля толщиной 4 мм, а затем из сплава железа с алюминием с содержанием алюминия от 12,7% до 12,9%. Электропитание подавалось от источника 2 кВт при 3,8 кВ с поляризацией от источника постоянного тока 20 В, 8 А.

Пассивные гидрофоны Императорского флота Японии были основаны на конструкции с подвижной катушкой, пьезоэлектрических преобразователях Rochelle и угольных микрофонах.

Более поздние разработки в области преобразователей

Продолжались магнитострикционные преобразователи после Второй мировой войны как альтернатива пьезоэлектрическим. Никелевые преобразователи с спиралевидным кольцом использовались для высокопроизводительных низкочастотных операций с диаметром до 13 футов (4,0 м), вероятно, это были самые большие отдельные гидролокаторные преобразователи в истории. Преимущество металлов заключается в их высокой прочности на растяжение и низком входном электрическом импедансе, но они имеют электрические потери и более низкий коэффициент связи, чем PZT, предел прочности которого может быть увеличен с помощью предварительного напряжения. Были опробованы и другие материалы; Неметаллические ферриты были многообещающими из-за их низкой электропроводности, приводящей к низким потерям на вихревые токи, Metglas предлагал высокий коэффициент связи, но в целом они уступали PZT. В 1970-х годах были открыты соединения редкоземельных элементов и железа с превосходными магнитомеханическимисвойства, а именно сплав терфенол-D. Это сделало возможными новые конструкции, например гибридный магнитострикционно-пьезоэлектрический преобразователь. Самым последним из этих улучшенных магнитострикционных материалов является Галфенол.

. Другие типы преобразователей включают преобразователи с переменным магнитным сопротивлением (или с подвижным якорем, или с электромагнитным сопротивлением), в которых магнитная сила действует на поверхности зазоров, и с подвижной катушкой (или электродинамические) преобразователи, аналогичные обычным динамикам; последние используются в подводной калибровке звука из-за их очень низких резонансных частот и широкополосных характеристик над ними.

Активный сонар

Принцип активного сонара

Активный сонар использует передатчик звука (или проектор) и ресивер. Когда они находятся в одном месте, это моностатический режим. Когда передатчик и приемник разделены, это бистатический режим. Когда используется больше передатчиков (или больше приемников), снова пространственно разделенных, это мультистатический режим. Большинство сонаров используются моностатически с одним и тем же массивом, который часто используется для передачи и приема. Активные поля гидроакустических буев могут работать в многостатическом режиме.

Активный сонар создает импульс звука, называемый «пинг», а прослушивает отражения (эхо ) импульса.. Этот звуковой импульс обычно создается с помощью электроники с помощью сонарного устройства, состоящего из сигналов генератора проектора мощности и электроакустического преобразователя / массива. Преобразователь - это устройство, которое может передавать акустические сигналы («пинги»). Формирователь луча обычно используется для акустической мощности в луче, который может быть внутри покрытия требуемых углов поиска. Как электроакустические преобразователи к типу Tonpilz, и их конструкция может быть оптимизирована для достижения максимальной эффективности в самой широкой полосе частот, чтобы оптимизировать производительность всей системы. Иногда акустический импульс может создаваться другими способами, например, химически с использованием взрывчатых веществ, пневматического оружия или плазменных источников звука.

Для измерения расстояния до объекта время от передачи сигнала до приема принимается и преобразуется в диапазоне с использованием известной скорости звука. Для измерения пеленга пеленга используется несколько гидрофонов, и набор измеряет относительное время прихода на каждого из них или с группой гидрофонов, измеряя относительную амплитуду в пучках, сформированных через процесс, называется формированием луча. Использование увеличенного пространства широкого отклика, для широкого широкого покрытия используются многолучевые системы. Сигнал цели (если он присутствует) вместе с шумом проходит через различные формы обработки сигналов, которые для простых сонаров могут быть просто измерением энергии. Тогда он представляет собой некоторую форму устройства, которая вызывает на выходе либо требуемый сигнал, либо шум. Этим принять решения может быть оператор с наушниками или дисплеем, или в более сложном сонарах эта функция может работать программным продуктом. Дальнейшие процессы могут быть выполнены для цели и ее локализации, а также для измерения ее скорости.

Импульс может иметь постоянную частоту или щебетание с изменяющейся точностью (для обеспечения сжатия импульса при приеме). Простые сонары используют первый с фильтром, достаточно широким, чтобы перекрыть возможные изменения Доплера из-за движения цели, тогда как более сложные, как правило, включает второй метод. С тех пор, как стала доступной цифровой обработки, сжатие импульсов обычно использовалось с использованием методов цифровой корреляции. Военные гидролокаторы часто имеют несколько лучей для обеспечения кругового прикрытия, в то время как простые сонары покрывают только узкую дугу, хотя луч может вращаться относительно медленно с помощью механического сканирования.

В частности, когда используются одночастотные передачи, эффект Доплера может ради измерения радиальной скорости цели. Разница в частоте сигнала между переданным и принятымми измеряется и преобразуется в скорость. Доплеровские сдвиги могут быть вызваны движением устройства или цели.

Один полезный небольшой гидролокатор внешне похож на водонепроницаемый фонарь. Голова направляется в воду, нажимается кнопка, и прибор показывает расстояние до цели. Другой вариант - «эхолот », который показывает небольшой дисплей с косяками рыбы. Некоторые гражданские гидролокаторы (которые не предназначены для скрытности) приближаются к активным военным гидролокаторам с помощью трехмерного изображения области вблизи лодки.

Когда активный сонар используется для измерения расстояния от преобразователя до дна, это называется эхолотом. Аналогичные методы можно использовать для измерения волн, смотря вверх.

Активный сонар также используется для измерения расстояния в воде между двумя гидролокаторами или комбинацией гидрофона (подводный акустический микрофон) и проектора (подводный акустический динамик). Когда гидрофон / преобразователь получит конкретный сигнал запроса, он отвечает, передавая определенный ответный сигнал. Для измерения один преобразователь / проектор передает сигнал запроса и измеряет время между передачей и получением от этого преобразователя / гидрофона. Разница во времени, измеренная скорость звука в воде и деленная на два, представляет собой расстояние между двумя платформами. Этот метод, при использовании с использованием датчика / гидрофонами / системы, может вычислять проекционное положение статических и движущихся объектов в воде.

В боевых ситуациях активный импульс может быть обнаружен противником и покажет положение подводной лодки на расстоянии, вдвое превышение максимального расстояния, на которое подводная лодка может сама построить контакт, и даст подсказки относительно идентичности подводной лодки на основе исходного пинга. По этим причинам активный гидролокатор часто используется на военных подводных лодках.

Очень направленный, но эффективный гидролокатор (использованным рыболовством) использует сложную нелинейную характеристику воды, известную как нелинейный гидролокатор, виртуальный преобразователь известный как параметрический массив.

эхолоты эхолота Запись активных эхолокационных сигналов.

Проблемы с воспроизведением этого файла? См. .

Проект Artemis

Проект Artemis был экспериментальным исследовательским и опытно-конструкторским проектом в конце 1950-х - середине 1960-х годов для изучения распространения звука и обработки сигналов для низкочастотной активной сонарной системы, которая была бы Работа для наблюдения за океаном. Второстепенной проверки технических проблем систем систем активного днища. Приемная установка располагалась на склоне банка Плантагнет у Бермудских островов. Активный исходный массив развернут с переоборудованного танкера Второй мировой войны USNS Mission Capistrano. Элементы Artemis были использованы экспериментально после завершения основного эксперимента.

Транспондер

Это активный гидролокатор, который получает определенный стимул и немедленно (или с задержкой) передает принятый сигнал или заранее определенный. Транспондеры Программу для удаленной активации или восстановления подводного оборудования.

Прогнозирование характеристик

Цель сонара мала по сравнению с сферой с центром вокруг излучателя, на котором он расположен. Следовательно, мощность отраженного сигнала очень мала, на несколько порядков меньше, чем у исходного сигнала. Даже если отраженный сигнал имел такую ​​же мощность, следующий пример (с использованием гипотетических значений) показывает проблему: Предположим, что гидролокатор может излучать сигнал мощностью 10000 Вт / м на расстоянии 1 м и обнаруживать сигнал 0,001 Вт / м. На 100 м сигнал будет 1 Вт / м (из-за закона обратных квадратов ). Если весь сигнал отражается от 10-метровой цели, он будет на уровне 0,001 Вт / м, когда достигнет излучателя, то есть будет легко обнаружен. Однако исходный сигнал будет оставаться выше 0,001 Вт / м до 3000 м. Любая 10-метровая цель на расстоянии от 100 до 3000 м, использовала аналогичную или лучшую систему, использовала бы импульс, но не была бы обнаружена излучателем. Детекторы должны быть очень чувствительными, чтобы улавливать эхо. Исходный сигнал намного больше, чем удвоенная дальность действия сонара (как в примере).

Активный сонар имеет два ограничения производительности: из-за шума и реверберации. В общем, один или другой из них будет доминировать, так что два эффекта можно рассматривать отдельно.

В условиях ограниченного шума при начальном обнаружении:

SL - 2PL + TS - (NL - AG) = DT,

где SL - уровень источника, PL - потери распространения (иногда называемые передачи потери ), TS - мощность цели, NL - уровень шума, AG - усиление принимающего массива (иногда аппроксимируется его индексом направленности), а DT - порог обнаружения.

В условиях ограничения реверберации при начальном обнаружении (без учета усиления массива):

SL - 2PL + TS = RL + DT,

, где RL - уровень реверберации, остальные факторы такие же, как и раньше.

Ручной гидролокатор для использования водолазом

  • LIMIS (гидролокатор для визуализации миниатюрных мин) - это переносной гидролокатор или гидролокатор, устанавливаемый на ROV, для использования водолазом. Его название связано с тем, что он был разработан для патрульных водолазов (боевых водолазов или водолазов с разминированием ) для поиска минитных мин в условиях низкой видимости воды..
  • LUIS (система линзирования подводных изображений) - еще один гидролокатор для использования водолазами.
  • Существовал или был небольшой ручной гидролокатор в форме фонарика для дайверов, который просто отображает расстояние.
  • Для INSS (интегрированная навигационная гидролокаторная система)

Пассивный сонар

Пассивный сонар прослушивает без передачи. Он часто используется в военных приложениях, например, для изучения водных средах - см. Также пассивная акустика и пассивный радар. В широком смысле этот термин может охватывать практически любой аналитический метод, включающий удаленно генерируемый звук, хотя обычно он использует используемые методы в водной среде.

Идентификация источников звука

Пассивный сонар имеет широкий спектр методов для определения источника обнаруженного звука. Например, на судах США обычно работают 60 Hz систем переменного тока. Если трансформаторы или генераторы установлены без надлежащей виброизоляции от корпуса или будут затоплены, звук 60 Гц от обмоток может быть испущен с подводной лодки или корабль. Это может помочь определить его национальность, поскольку все европейские подводные лодки имеют почти все другие страны имеют системы питания с установкой 50 Гц. Прерывистые источники звука (например, падение гаечного ключа ), называемые «переходными процессами», также могут быть обнаружены пассивным сонаром. До недавнего времени сигналы распознавал опытный, обученный оператор, но теперь это могут делать компьютеры.

Пассивные сонарные системы могут иметь большие звуковые базы данных, но оператор гидролокатора обычно классифицирует сигналы вручную. Компьютерная система часто использует эти базы данных для определения классов кораблей, действий (то есть скорости корабля или типа выпущенного оружия) и даже конкретных кораблей.

Ограничение по шуму

Пассивный сонар на транспортных средствах обычно сильно ограничен из-за шума, создаваемого транспортным средством. По этой причине на многих подводных лодках используются ядерные реакторы, которые можно охлаждать без насосов, используя бесшумную конвекцию, или топливные элементы или батареи, который также может работать бесшумно. Гребные винты транспортные средства также сконструированы и точно обработаны таким образом, чтобы издавать минимальный шум. Высокостные винты часто в воде крошечные пузырьки, и эта кавитация имеет отчетливый звук.

Гидрофоны гидрофоны могут буксироваться за судном или подводной лодкой, чтобы уменьшить влияние шума, создаваемого самим плавсредством. Буксируемые блоки также борются с термоклином , поскольку блок может буксироваться выше или ниже термоклина.

Отображение большинства пассивных сонаров раньше было двухмерным изображением водопада. Горизонтальное направление дисплея - азимут. Вертикаль - это частота, а иногда и время. Другой способ отображения - это цветовая кодировка частотно-временной информации для пеленга. Более поздние дисплеи генерируются компьютерами, и имитирует отображение радара -типа индикатора положения плана.

Прогноз производительности

В отличие от активного сонара, используется только одностороннее распространение. Из-за различной обработки сигналов минимальное обнаруживаемое отношение сигнал / шум будет другим. Уравнение для определения характеристик пассивного сонара:

SL - PL = NL - AG + DT,

где SL - уровень источника, PL - потери при распространении, NL - уровень шума, AG - массив усиление, а DT - порог обнаружения. добротность пассивного сонара составляет

FOM = SL + AG - (NL + DT).

Факторы эффективности

Характеристики обнаружения, классификации и локализации сонар зависит от окружающей среды и приемного оборудования, а также от передающего оборудования в активном гидролокаторе или шума, излучаемого целью в пассивном гидролокаторе.

Распространение звука

На работу сонара влияет изменение скорости звука, особенно в вертикальной плоскости. Звук распространяется медленнее в пресной воде, чем в морской воде, хотя разница небольшая. Скорость определяется модулем объемного сжатия воды и массой плотностью. На модуль объемной упругости температура, растворенные примеси (обычно соленость ) и давление. Эффект плотности невелик. скорость звука (в футах в секунду) составляет примерно:

4388 + (11,25 × температура (в ° F)) + (0,0182 × глубина (в футах)) + соленость (частично - на тысячу).

Это эмпирически полученное приближенное уравнение точно для нормальной температуры, достаточно солености и диапазона глубин океана. Температура океана меняется с глубиной, но между 30 и 100 метрами часто наблюдается заметное изменение, называемое термоклином, которое отделяет более теплые поверхностные воды от холодных, неподвижных вод, составляющих остальную часть океана. Это может нарушить работу сонара, потому что звук, исходящий с одной стороны термоклина, тенденцию изгибаться или преломляться через термоклин. Термоклин может присутствовать в более мелководных прибрежных водах. Однако воздействие часто приводит к перемешиванию водяного столба и устранению термоклина. Вода давление также влияет на распространение звука: более высокое увеличение скорости звука, что приводит к тому, что звуковые волны преломляются от более высокой скоростью звука. Математическая модель рефракции называется законом Снеллиуса.

. Если источник звука находится на большой глубине и условия подходящие, распространение звука может происходить в «канале глубокого звука ». Это обеспечивает низкие потери при распространении для приемника в канале. Это связано с захватом звука в канале без потерь на границах. Подобное распространение может происходить в «поверхностном канале» при подходящих условиях. Однако в этом случае возникают потери на отражении от поверхности.

На мелководье распространение обычно происходит за счет многократного отражения от поверхности и дна, где могут быть большие потери.

На распространение звука влияет поглощение в самой воде, а также на поверхности и дне. Это поглощение зависит от частоты и имеет несколько различных механизмов в морской воде. Сонар дальнего действия использует низкие частоты для минимизации эффектов поглощения.

Море создает множество источников шума, которые мешают желаемому эхо-сигналу или сигнатуре цели. Основными источниками шума являются волны и судоходство. Движение приемника по воде также может вызывать зависящий от скорости низкочастотный шум.

Рассеяние

Когда используется активный сонар, рассеяние происходит от мелких предметов в море, а также от дна и поверхности. Это может быть средством защиты. Это акустическое рассеяние света от автомобильных фар в тумане: карандаш высокой плотности в некоторой степени проникает в туман, но фары с более широким светом излучают много света в нежелательных направлениях, большая часть которого рассеивается назад. к наблюдателю, подавляющее отраженное от цели («белое пятно»). По аналогичным причинам активный гидролокатор должен передать узкий луч, чтобы минимизировать рассеяние.

Облака пузырей показаны под морем. Из ссылки

Рассеяние сонара от объектов (шахт, трубопроводов, зоопланктона, геологических объектов, рыбы и т. Д.) - это то, как активный сонар обнаруживает их, но эта способность может быть замаскирована сильным рассеянием от ложных целей или «помехами» ». Там, где они создают (под набегающими волнами; в кильватере корабля; в газе, выходящем из просачиваний и утечек с морского дна и т. Д.), Пузырьки газа являются мощными источниками помех и могут легко скрыть цели. TWIPS (Twin Inverted Pulse Sonar) в настоящее время является единственным гидролокатором, который может решить эту проблему с помехами.

Сравнение стандартного сонара и TWIPS в поиске цели в пузырящейся воде. Адаптировано из справочного материала

Это важно, так как в последнее время в прибрежных водах произошло много конфликтов, невозможно определить, присутствуют ли мины или нет, уменьшить опасность и задержку для военных судов, а также для помощи конвоям и торговым судам, пытающимся поддержать

Характеристики

Характеристики отражения звука от цели активного гидролокатора, такого как подводная лодка, известные как ее сила цели. Сложность заключается в том, что эхо также получается от других объектов в море, таких как киты, следы, косяки рыб и камней.

Пассивный сонар определяет характеристики излучаемого шума цели. Излучаемый спектр содержит непрерывный спектр шума с параметрами частот, которые можно использовать для классификации.

Противодействие

Подводная лодка, находящаяся под атакой, может применять активные (силовые) средства противодействия для повышения уровня шума, создания большой ложной цели и скрытия сигнатуры самой подводной лодки.

Пассивные (т. Е. Немеханические) меры противодействия включают:

  • Установка шумогенераторов на изолирующие устройства.
  • Звукопоглощает покрытия на корпусах подводных лодок, например безэховые плитки.

Военное применение

Современная военно-морская война широко использует как пассивный, так и активный гидролокатор с водных судов, самолетов и стационарных установок. Активный гидролокатор использовался надводными кораблями во время Второй мировой войны, подводные лодки избегали использования активного гидролокатора из-за возможности обнаружения их присутствия и местоположения для сил использования. Однако появление современной обработки сигналов использовать пассивный гидролокатор в качестве основного средства для операций поиска и обнаружения. Сообщается, что в 1987 году подразделение японской компании Toshiba продавало оборудование Советскому Союзу, которое позволяет фрезеровать лопасти гребных винтов их подводных лодок так, что они стали значительно тише, что сделало подводные лодки нового поколения более совершенными. трудно строительство.

Использование подводной лодки активного гидролокатора для определения пеленга крайне редко и не обязательно дает качественную информацию о пеленге или дальности для группы управления огнем подводной лодки. Однако использование активного гидролокатора на подводных лодках очень распространено и используется на подводных лодках, когда тактическая ситуация диктует, что более важно определить позицию вражеской подводной лодки, чем скрыть свою позицию. Что касается надводных кораблей, можно предположить, что угроза уже отслеживает судно с помощью спутниковых данных, когда какое-либо судно излучающего гидролокатора обнаружит излучение. Услышав сигнал, легко определить используемое гидроакустическое оборудование (обычно по его частоте) и его положение (по энергии звуковой волны). Активный гидролокатор похож на радар в том, что, хотя он позволяет обнаруживать цели на определенном расстоянии, он также позволяет обнаруживать излучатель на большем расстоянии, что нежелательно.

активный гидролокатор показывает присутствие и положение оператора и не позволяет классифицировать цели, он на быстрых (самолеты, вертолеты) точно используется платформами (большинство надводных кораблей), но редко на подводных лодках.. Когда активный гидролокатор используется на надводных кораблях или подводных лодках, он обычно активируется очень кратковременно с перерывами, чтобы минимизировать риск обнаружения. Следовательно, активный сонар обычно считается резервным по сравнению с пассивным гидролокатором. В самолетах активный гидролокатор используется в виде одноразовых гидроакустических буев, которые сбрасываются в районе патрулирования самолета или вблизи контактов с гидролокатором.

Пассивный гидролокатор имеет несколько преимуществ, самое главное, что он бесшумный. Если уровень шума, излучаемого, достаточно высок, он может иметь больший диапазон, чем активный сонар, и идентифицировать цель. В любом случае моторизованный объект издает некоторый шум, в принципе, его можно построить, в зависимости от уровня излучаемого шума и уровня окружающего шума в данной, а также от используемой технологии. Для упрощения пассивный гидролокатор «видит» вокруг корабля, используя его. На подводной лодке пассивный гидролокатор, установленный в носовой части, обнаруживает в направлении около 270 ° с центром на выравнивании стороны корабля, группу корпуса с углом 160 ° с каждой и буксируемую группу с полным углом обзора 360 °. Невидимые области возникают из-за вмешательства самого корабля. Как только сигнал обнаружен в определенном направлении (что означает, что что-то издает звук в этом направлении, это называется широкополосным обнаружением), можно увеличить масштаб и проанализировать полученный сигнал (узкополосный анализ). Обычно это делается с помощью преобразования Фурье, чтобы показать различные частоты, составляющие звук. Определить объект несложно. Базы данных уникальных звуков двигателя являются частью того, что известно как акустический интеллект или ACINT.

Еще одно применение пассивного сонара - определение траектории цели. Этот процесс называется анализом движения цели (TMA), и конечным «решением» является дальность, курс и скорость цели. ТМА осуществляется путем отметки направления, с которого в разное время идет звук, и сравнение движения с движением собственного корабля оператора. Изменения относительного движения анализируются с использованием стандартных геометрических методов, включая определенные типы предельных случаев.

Пассивный сонар незаметен и очень полезен. Однако это требует высокотехнологичных электронных компонентов и является дорогостоящим. Обычно он используется на дорогих кораблях в виде массивов для обнаружения. Надводные корабли используют это хорошо; он даже лучше используется подводными лодками, а также используется самолетами и вертолетами, в основном для «внезапности», поскольку подводные лодки могут прятаться под тепловыми слоями. Если командир подводной лодки считает, что он один, он может подвести лодку ближе к поверхности, чтобы ее было легче построить, или спуститься глубже и быстрее и, таким образом, издать больше шума.

Примеры использования гидролокатора в военных целях ниже. Многие из примененных, перечисленных в следующем разделе, также могут быть применимы к военно-морскому использованию.

Противолодочная война

Гидролокатор с переменной глубиной и его лебедка

До недавнего времени корабельные гидролокаторы, как правило, были с установленными на корпусе массивами, либо на миделе, либо на носу. Вскоре после их первоначального использования было обнаружено, что необходимы средства уменьшения шума потока. Первые изготавливались из холста на каркасе, применялись стальные. Сейчас купола обычно делают из армированного пластика или герметичной резины. Такие гидролокаторы в основном активны в эксплуатации. Примером обычного гидролокатора, установленного на корпусе, является SQS-56.

Из-за проблем с шумом корабля также используются буксируемые гидролокаторы. Они имеют то преимущество, что можно их также глубже в воду. Однако существуют ограничения на их использование на мелководье. Они называются буксируемыми образцами (линейными) или сонарами альтернативных возможностей (VDS) с массивами 2 / 3D. Проблема в том, что лебедки, необходимые для их развертывания / восстановления, большие и дорогие. Наборы VDS в основном активны в работе, а буксируемые массивы пассивны.

Пример современного активно-пассивного судового буксируемого гидролокатора Sonar 2087 производства Thales Underwater Systems.

Торпеды

Современные торпеды обычно оснащены активным / пассивным гидролокатором. Это может быть использовано для наведения прямо на цель, но также используются торпеды с наведением на след. Ранним примером акустического гомера была торпеда Марк 37.

Торпедная система могла буксироваться или бесплатно. Ранним примером было немецкое устройство Sieglinde, а жирным шрифтом было химическое устройство. Широко используемым в США был буксируемый AN / SLQ-25 Nixie, тогда как имитатор мобильной подводной лодки (MOSS) был защищенным. Современной альтернативной системе Nixie - система Надводного корабля "Торпедная защита" S2170 Королевского флота Великобритании.

Мины

Мины могут быть оснащены сонаром для обнаружения, локализации и распознавания необходимой цели. Примером может служить мина CAPTOR.

Противоминная система

Гидролокатор противоминной защиты (MCM), иногда называемый «гидролокатором для предотвращения мин и препятствий (MOAS)», представляет собой специальный тип гидролокатора, использование для обнаружения объекты. Большинство гидролокаторов MCM устанавливаются на корпусе, но некоторые из них имеют конструкцию VDS. Примером установленного на корпусе гидролокатора MCM является тип 2193, в то время как гидролокатор для добычи мин SQQ-32 и системы типа 2093 являются конструкциями VDS.

Навигация на подводных лодках

Подводные полагаются на гидролокаторы в большей степени, чем надводные корабли, поскольку они не могут использовать радар на глубине. Гидролокаторы могут быть смонтированы на корпусе или буксируемы. Информация о типовых комплектациях приведена в подводной лодке класса Oyashio и подводной лодке класса Swiftsure.

Самолете

AN / AQS-13 Гидролокатор погружения, развернутый с H -3 Sea King AQS-13, "Си Кинг" AQS-13. Самолеты с неподвижным крылом могут также развертывать гидроакустические буи и обладают большей выносливостью и возможностями для их развертывания. Обработка с гидроакустических буев или гидролокатора погружения может осуществляться как на самолете, так и на корабле. Преимущество погружаемого гидролокатора в том, что он может быть развернут на глубину, соответствующим ежедневным условиям. Вертолеты также использовались для противоминных операций с использованием буксируемых гидролокаторов, таких как AQS-20A.

Подводная связь

Для подводной связи на кораблях и подводных лодках могут быть установлены специальные гидролокаторы.

Наблюдение за океаном

В 1950 году США начали систему пассивных стационарных наблюдений за океаном под секретным названием Система звукового наблюдения (SOSUS) с американским Телефонно- телеграфная компания (ATT) с ее исследовательскими центрами Bell Laboratories и производственные предприятия Western Electric заключила контракты на проект и установку. Системы использовали канал глубокого звука (SOFAR) и основывались на звуковом спектре ATT, который преобразовывал звук в визуальную спектрограмму, представляющую частотно-временной анализ звука, который был разработан для анализа речи и модифицированный для анализа низкочастотных подводных звуков. Этот процесс был Анализатор и запись низких частот, а оборудование было названо «Анализатор и регистратор низких частот», оба с сокращением LOFAR. Исследование LOFAR было названо Иезавель и привело к его использованию в воздушных и надводных системах, особенно в гидроакустических снарядах, используя этот процесс, а иногда и с использованием слов Иезавель в их названии. Предлагаемая система обещала такое обнаружение подводных лодок на большом расстоянии, что ВМФ приказал приступить к реализации.

Составители лофарграм, по одному для каждого антенного луча, на дежурном посту NAVFAC.

Между установкой тестовой группы и предыдущей Полномасштабный прототип оперативного набора из сорока элементов в 1951 и 1958 годах был установлен в Атлантике, а в Тихом океане под несекретным названием Project Caesar. Первоначальные системы были отключены на засекреченных береговых станциях, обозначенных как военно-морские объекты (NAVFAC), которые, как объяснили, участвовали в «океанских исследованиях» для прикрытия своей секретной миссии. Система была модернизирована несколько раз более совершенным кабелем, позволяющим устанавливать массивы в океанских бассейнах и улучшать обработку. Береговые станции были ликвидированы в процессе консолидации и перенаправления массивов в центральные обрабатывающие центры в 1990-е годы. В 1985 году, когда начали работать новые мобильные массивы и другие системы, коллективное название системы было изменено на Интегрированная система подводного наблюдения (IUSS). В 1991 году миссия системы была рассекречена. За год до этого было разрешено носить знаки отличия IUSS. Доступ был предоставлен к некоторым системам для научных исследований.

Считается, что подобная система использовалась в Советском Союзе.

Безопасность под водой

Сонар может найти для обнаружения водолазов и других аквалангистов. Это может быть применимо вокруг кораблей или на входе в порты. Активный гидролокатор инсталляция как средство сдерживания и / или отключения. Одним из таких устройств является система Cerberus.

Ручной гидролокатор

Ручной гидролокатор AN / PQS-2A со съемной манжетой и магнитным компасом

Гидролокатор для визуализации мин Limpet (LIMIS) - это ручной или ROV - установленный гидролокатор с визуализацию примера для патрульных водолазов (боевых водолазов или водолазов ) для поиска минитных мин в условиях низкой видимости воды.

LUIS - еще один гидролокатор для визуализации, который может использовать дайвер.

Интегрированная навигационная гидролокаторная система (INSS) - это небольшой портативный гидролокатор в фонарика для дайверов, отображающий дальность действия.

Перехватывающий сонар

Это гидролокатор, предназначенный для обнаружения и определения местоположения передачи от вражеских активных сонаров. Примером этого является тип 2082, установленный на британских подводных лодках класса Vanguard.

гражданского применения

Рыболовство

Рыболовство - важная отрасль, спрос на которую растет, но в мире Тоннаж улова падает из-за серьезных проблем с ресурсами. Перед отраслью стоит будущее продолжающейся глобальной консолидации до тех пор, пока не будет достигнута точка устойчивости. Тем не менее, консолидация рыболовных флотилий вызывает повышенный спрос на сложную электронику для поиска рыбы, такую ​​как датчики, эхолоты и сонары. Исторически сложилось так, что рыбаки использовали множество различных методов для поиска и ловли рыбы. Однако акустические технологии были одной из наиболее важных движущих сил развития современного коммерческого рыболовства.

Звуковые волны проходят через рыбу иначе, чем через воду, потому что наполненный воздухом плавательный пузырь рыбы имеет другую плотность, чем морская вода. Эта разница в плотности позволяет обнаруживать косяки рыб по отраженному звуку. Акустическая технология особенно хорошо подходит для подводных применений, поскольку звук распространяется под водой дальше и быстрее, чем в воздухе. Сегодня коммерческие рыболовные суда почти полностью полагаются на акустический сонар и эхолоты для обнаружения рыбы. Рыбаки также используют активные гидролокаторы и эхолоты для определения глубины воды, контура дна и состава дна.

Дисплей в кабине гидролокатора для эхолота

Такие компании, как eSonar, Raymarine, Marport Canada, Wesmar, Furuno, Krupp и Simrad, производят различные гидролокаторы и акустические инструменты для глубоководные промысловое рыболовство. Например, сетевые датчики выполняют различные подводные измерения и передают информацию обратно на приемник на борту судна. Каждый датчик оснащен одним или несколькими акустическими преобразователями в зависимости от его конкретной функции. Данные передаются с датчиков с помощью беспроводной акустической телеметрии и принимаются гидрофоном, установленным на корпусе. аналоговые сигналы декодируются и преобразуются цифровым акустическим приемником в данные, которые передаются на мостовой компьютер для графического отображения на мониторе с высоким разрешением.

Эхо-зондирование

Эхо-зондирование - это процесс, используемый для определения глубины воды под кораблями и лодками. Тип активного эхолота, эхолокация - это передача акустического импульса прямо вниз на морское дно, измерение времени между передачей и возвратом эхо-сигнала после того, как он ударится о дно и отскочит обратно к своему исходному кораблю. Акустический импульс излучается преобразователем, который также принимает отраженное эхо. Измерение глубины рассчитывается путем умножения скорости звука в воде (в среднем 1500 метров в секунду) на время между излучением и отражением эха.

Значение подводной акустики для рыбной промышленности привело к развитию другие акустические инструменты, которые работают аналогично эхолотам, но, поскольку их функция немного отличается от исходной модели эхолота, получили другие названия.

Местоположение сети

Эхолот - это эхолот с датчиком, установленным в верхней части сети, а не на дне судна. Тем не менее, чтобы приспособить расстояние от преобразователя до блока дисплея, которое намного больше, чем у обычного эхолота, необходимо сделать несколько уточнений. Доступны два основных типа. Первый - это тип кабеля, в котором сигналы передаются по кабелю. В этом случае должен быть предусмотрен кабельный барабан, на котором можно тянуть, стрелять и укладывать кабель на различных этапах работы. Второй тип - это бескабельный эхолот, такой как Trawl Explorer от Marport, в котором сигналы передаются акустически между сетью и установленным на корпусе приемником-гидрофоном на судне. В этом случае не требуется кабельный барабан, но требуется сложная электроника на датчике и приемнике.

Дисплей на эхолоте показывает расстояние сети от дна (или поверхности), а не глубину воды, как в случае с корпусом эхолота преобразователем. Прикрепленный к заголовку сети, обычно можно увидеть подножку, которая указывает на эффективность сети. Также можно увидеть любую рыбу, попадающую в сеть, что позволяет произвести точную настройку, чтобы поймать как можно больше рыбы. В других промыслах, где важно количество рыбы в сети, датчики улова устанавливаются в различных местах на конце сети для трески. Когда конец трески наполняется, эти датчики датчика улова срабатывают один за другим, и эта информация акустически передается на мониторы на мостике судна. Затем капитан может решить, когда тянуть сеть.

Современные версии эхолота, использующие многоэлементные преобразователи, работают больше как гидролокатор, чем эхолот, и показывают срезы области перед сетью, а не только вертикальный вид, который использовали первоначальные эхолоты..

Гидролокатор - это эхолот с возможностью определения направления, который может отображать рыбу или другие объекты вокруг судна.

ROV и UUV

Небольшие гидролокаторы были установлены на дистанционно управляемые аппараты (ROV) и беспилотные подводные аппараты (UUV), чтобы они могли работать в темных условиях. Эти сонары используются для наблюдения за автомобилем. Система долгосрочной разведки мин - это БНПА для целей MCM.

Местоположение транспортного средства

Гидролокаторы, которые действуют как маяки, устанавливаются на самолетах, позволяя определять их местонахождение в случае аварии в море. Для определения местоположения могут использоваться гидролокаторы с короткой и длинной базой, например, LBL.

Протез для слабовидящих

В 2013 году изобретатель из США представил боди «паучье чутье»., оснащенный ультразвуковыми датчиками и системами тактильной обратной связи, которые предупреждают пользователя о входящих угрозах; позволяя им реагировать на нападающих даже с завязанными глазами.

Научные приложения

Оценка биомассы

Обнаружение рыб и других морских и водных организмов и оценка их индивидуальных размеров или общего биомассы с использованием активных сонарных методов. Когда звуковой импульс проходит через воду, он сталкивается с объектами, плотность или акустические характеристики которых отличаются от окружающей среды, например, рыбы, которые отражают звук обратно к источнику звука. Эти эхо-сигналы предоставляют информацию о размере, местонахождении, численности и поведении рыбы. Данные обычно обрабатываются и анализируются с помощью различных программ, таких как Echoview.

Измерение волн

Для измерения высоты и периода волны можно использовать направленный вверх эхолот, установленный на дне или на платформе. На основе этой статистики можно определить состояние поверхности в определенном месте.

Измерение скорости воды

Были разработаны специальные гидролокаторы малого радиуса действия, позволяющие измерять скорость воды.

Оценка типа дна

Были разработаны сонары, которые можно использовать для определения характеристик морского дна, например, на наличие ила, песка и гравия. Относительно простые гидролокаторы,такие как эхолоты, могут быть переведены в системы классификации морского дна с помощью дополнительных модулей, преобразующих параметры эхолокации в тип отложений. Существуют разные алгоритмы, но все они основаны на изменении энергии или формы отраженных сигналов эхолота. Расширенный анализ классификации субстратов может быть выполнен с использованием калиброванных (научных) эхолотов и параметрического или нечетко-логического анализа акустических данных.

Батиметрическое картирование

График, изображающий гидрографическую съемку судно, проводящее многолучевую и работу гидролокатора бокового обзора

Гидролокатор бокового обзора можно использовать для построения карт топографии морского дна (батиметрия ), перемещая гидролокатор по нему чуть выше дна. Низкочастотные гидролокаторы, такие как GLORIA, использовались для обследований континентального шельфа, в то время как высокочастотные гидролокаторы используются для более детальных обследований небольших территорий.

Профилирование дна

Для получения профилей верхних слоев дна океана были разработаны мощные низкочастотные эхолоты.

Обнаружение утечки газа с морского дна

Пузырьки газа могут вытекать с морского дна или вблизи него из нескольких источников. Они могут быть обнаружены как пассивным, так и активным сонаром (показаны на схематическом рисунке желтой и красной системами соответственно).

Активное (красный) и пассивный (желтый) сонар обнаружение пузырьков с морского дна (естественные просачивания и утечки CCSF) и газа трубопроводы, взято из исх.

Происходит естественное просачивание метана и углекислого газа. Газопроводы могут протекать, и важно иметь возможность определить, происходит ли утечка из объектов улавливания и хранения углерода (CCSF; например, истощенные нефтяные скважины, в которых хранится извлеченный атмосферный углерод). Количественная оценка количества утечки газа затруднительна, и хотя оценки могут быть сделаны с использованием активного и пассивного гидролокатора, важно подвергнуть сомнению их точность из-за допущений, присущих таким расчетам на основе данных гидролокатора.

Синтетическая апертура Гидролокатор

В лаборатории были созданы различные гидролокаторы с синтезированной апертурой, и некоторые из них уже используются в системах поиска мин и мин. Объяснение их работы дается в сонар с синтезированной апертурой.

Параметрический сонар

Параметрические источники используют нелинейность воды для создания разностной частоты между двумя высокими частотами. Формируется виртуальный массив конечных огней. Такой проектор имеет такие преимущества, как широкая полоса пропускания, узкая ширина луча, а при полной разработке и тщательном измерении у него нет явных боковых лепестков: см. Параметрическая матрица. Его главный недостаток - очень низкий КПД всего несколько процентов. П.Дж. Вестервельт резюмирует вовлеченные тенденции.

Сонар во внеземном контексте

Для различных внеземных целей было предложено использование как пассивного, так и активного сонара. Пример использования активного сонара - определение глубины углеводородных морей на Титане. Пример использования пассивного сонара - при обнаружении метановых осадков на Титане,

Он имеет Было отмечено, что те предложения, которые предполагают использование гидролокатора без должного учета разницы между земной (атмосфера, океан, минералы) средой и внеземной средой, могут привести к ошибочным значениям

Влияние гидролокатора на морскую жизнь

Воздействие на морских млекопитающих

A горбатый кит

Исследования показали, что использование активного сонара может привести к массовому выбросу на берег морских млекопитающих. Клювых китов, наиболее частая жертва посадки на берег, как было показано, очень чувствительна к среднечастотным активным сонарам. Другие морские млекопитающие, такие как синий кит, также убегают от источника сонара, в то время как военно-морская деятельность считается наиболее вероятной причиной массового выброса дельфинов на берег. ВМС США, которые частично финансировали некоторые исследования, заявили, что результаты показали только поведенческие реакции на сонар, а не фактический вред, но они «будут оценивать эффективность [своих] мер защиты морских млекопитающих в свете новых результатов исследований».. В постановлении Верховного суда США 2008 года об использовании гидролокатора ВМС США отмечалось, что не было случаев, когда было бы убедительно доказано, что гидролокатор повредил или убил морское млекопитающее.

Некоторые морские животные, такие как киты и дельфины используют системы эхолокации, иногда называемые биосонаром, для обнаружения хищников и добычи. Исследования воздействия сонара на синих китов в бухте Южной Калифорнии показывают, что использование среднечастотного сонара нарушает пищевое поведение китов. Это указывает на то, что вызванное гидролокатором нарушение питания и вытеснение из высококачественных кормовых участков может иметь значительные и ранее недокументированные воздействия на усатый кит экологию кормодобывания, индивидуальную приспособленность и здоровье популяции.

Обзор данных о массовых высадках клювовидных китов, связанных с военно-морскими учениями, в которых использовался гидролокатор, был опубликован в 2019 году. В нем сделан вывод о том, что воздействие среднечастотного активного сонара сильнее всего на клювовидных китов Кювье, но различается у разных людей или населения. Обзор показал, что сила реакции отдельных животных может зависеть от того, подвергались ли они ранее воздействию сонара, и что симптомы декомпрессионной болезни были обнаружены у выброшенных на мель китов, которые могут быть результатом такой реакции на сонар. Он отметил, что на Канарских островах, где ранее сообщалось о нескольких высадках на берег, больше не происходило массовых высадок после того, как в этом районе были запрещены военно-морские учения с использованием гидролокатора, и рекомендовал распространить запрет на другие районы, где продолжаются массовые высадки на берег.

Воздействие на рыбу

Звуки гидролокатора высокой интенсивности могут вызвать небольшое временное изменение порога слышимости некоторых рыб.

Частоты и разрешения

Частоты сонаров варьируются от инфразвуковых до мегагерц. Как правило, более низкие частоты имеют больший диапазон, в то время как более высокие частоты обеспечивают лучшее разрешение и меньший размер для данной направленности.

Для достижения разумной направленности частоты ниже 1 кГц обычно требуют большого размера, обычно достигаемого в виде буксируемых массивов.

Низкочастотные гидролокаторы в общих чертах определяются как 1–5 кГц, хотя некоторые военно-морские флоты считают 5– 7 кГц также как низкая частота. Средняя частота определяется как 5–15 кГц. Другой стиль деления предполагает, что низкая частота составляет менее 1 кГц, а средняя частота - от 1 до 10 кГц.

Американские гидролокаторы времен Второй мировой войны работали на относительно высокой частоте 20–30 кГц для достижения направленности. с относительно небольшими датчиками, с типичным максимальным рабочим диапазоном 2500 ярдов. Послевоенные гидролокаторы использовали более низкие частоты для увеличения дальности; например SQS-4 работал на частоте 10 кГц с дальностью до 5000 ярдов. SQS-26 и SQS-53 работали на частоте 3 кГц с дальностью до 20 000 ярдов; их купола имели размер ок. 60-футовый катер для персонала, максимальный размер для обычных гидролокаторов корпуса. Достижение больших размеров с помощью конформной группы гидролокаторов, распределенных по корпусу, до сих пор не было эффективным, поэтому для более низких частот используются линейные или буксируемые массивы.

Японские гидролокаторы времен Второй мировой войны работали в диапазоне частот. Тип 91 с 30-дюймовым кварцевым проектором работал на частоте 9 кГц. Тип 93 с кварцевыми проекторами меньшего размера работал на частоте 17,5 кГц (модель 5 при магнитострикции 16 или 19 кГц) при мощности от 1,7 до 2,5 киловатт с дальностью действия до 6 км. Более поздний тип 3 с магнитострикционными преобразователями немецкой конструкции работал на частотах 13, 14,5, 16 или 20 кГц (в зависимости от модели), используя сдвоенные преобразователи (за исключением модели 1, у которой было три одиночных), мощностью от 0,2 до 2,5 киловатт. В простом типе использовались магнитострикционные преобразователи 14,5 кГц на 0,25 кВт, управляемые емкостным разрядом вместо генераторов, с дальностью до 2,5 км.

Разрешение сонара - угловое; объекты, расположенные дальше друг от друга, отображаются с более низким разрешением, чем ближайшие.

Другой источник перечисляет диапазоны и разрешения по сравнению с частотами для гидролокаторов бокового обзора. 30 кГц обеспечивает низкое разрешение с диапазоном 1000–6000 м, 100 кГц дает среднее разрешение на расстоянии 500–1000 м, 300 кГц дает высокое разрешение на расстоянии 150–500 м, а 600 кГц дает высокое разрешение на 75–150 м. На гидролокаторы большего радиуса действия более неблагоприятно воздействуют неоднородности воды. Некоторые места, как правило, мелководье у побережья. там необходимы более высокие частоты.

См.

Примечания

Цитаты

Библиография

  • Дринг, Томас Р. (март 2018 г.). «Крутая кривая обучения: влияние гидроакустических технологий, обучения и тактики на первые годы противолодочной войны ВМС США во Второй мировой войне». Военный корабль International. LV (январь 2018 г.): 37–57. ISSN 0043-0374.
  • Хакманн, Виллем. Seek Strike: сонар, противолодочная война и Королевский флот 1914–54. Лондон: Канцелярия Ее Величества, 1984. ISBN 0-11-290423-8
  • Хакманн, Виллем Д. «Исследования сонара и военно-морская война 1914–1954: тематическое исследование науки двадцатого века ". Исторические исследования в физических и биологических науках 16 # 1 (1986) 83–110.
  • Урик Р. Дж. Принципы подводного звука, 3-е издание. (Peninsula Publishing, Los Altos, 1983).

Ссылки на акустику рыболовства

Дополнительная литература

Внешние ссылки

На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с Гидролокаторы.
Последняя правка сделана 2021-06-08 09:42:17
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте