ناوبری و تشخیص فاصله توسط صوت

[moji5]

سيستم سونار

Sonar System

واژه سونار به چه معناست؟

SONAR = Sound Navigation And Ranging

سونار = ناوبري و تشخيص فاصله توسط صوت

تعريف سونار:
تكنولوژي است كه با استفاده از انتشار صدا در زير آب قادر به شناسايي ديگر ناوها و كشتي هاست .

تاريخچه سونار:
در سال 1906 ، اولين سونار غير فعال جهت شناسايي توده هاي يخ توسط لوييس نيكسون اختراع گرديد .
در جنگ جهاني اول به علت نياز به شناسايي اهداف دريايي تمايل به استفاده از سونار افزايش يافت .
پاول دانكوين فرانسوي به همراه كنستانتين چلوسكي روس موفق به اختراع اولين سونار فعال در سال 1915 شدند .
اگرچه مبدل هاي پيزوالكتريك نسبت به اين سونار ترجيح داده شدند ، اما در جاي خود اين نوع سونارها آينده روشني را در علم رادار شناسي باز كردند .
در سال 1916 زير نظر بخش تحقيقاتي و اختراعات ناوگان دريايي بريتانيا ، رابرت بويل ( فيزيكدان كانادايي) ، پروژه اي را بر عهده گرفت و با تشكيل كميته تحقيقاتي تشخيص ضد زير دريايي، ASDICموفق به ساخت نمونه ي آزمايشي شدند كه با نام شناخته شد. درسال 1918 انگليس و ايالات متحده متفقا موفق به ساخت سيستم هاي مجهز به سونارفعال گشتند ، ودرسال 1923 توليد اين نوع سيستم ها به طور رسمي آغاز گشت . پس از جنگ جهاني دوم ناوگان آمريكا اقدام به توليد كشتي ها و زير دريايي هاي كه داراي فناوري معروف به ماهي كوچك بودند ، كرد .

تفاوت سونار با رادار:
رادارها امواج الكترومغناطيسي به‌كار مي‌برند، و سونارها از امواج فراصوتي، كه مانند امواج صوتي، ولي داراي بسامد بسيار بالا هستند استفاده مي‌كنند. امواج فراصوتي هم مانند امواج صوتي و نور بازتابش مي‌شوند. به كمك اين امواج بازتابش شده ي نقشه ي سطح زير درياها و جاي پستي و بلندي‌ها كاملاً مشخص مي‌شود.

شرط عملكرد سيستم سونار:
نسبت سيگنال به پارازيت مشخص ميكند كه آيا سونار مي تواند سيگنال هايي را در حضور پارازيت هاي زمينه در اقيانوس مشخص كند يا خير.
براي اين كار مواردي از جمله مرتبه منبع ، انتشار صدا ، جذب صدا ، اتلاف در انعكاس ، صداهاي محدود و ويژگي هاي دريافت كننده در نظر گرفته مي شود.

انواع سونار:
سونار دو نوع است :
(سونار فعال)Active Sonar
(سونار غير فعال)Passive Sonar

سونار فعال ( محدوده پژواك ):
سيستم سونار فعال ، مثل ماهي يابها ، صداهاي پژواك و سونارهاي نظامي يك پالس صدا را مي فرستند و منتظر پژواك آن مي مانند . در سيستم سونار فعال منبع مانند يك دريافت كننده عمل ميكند.

معادله سونار فعال:
معادله بايد موارد زير را در نظر بگيرد:
بلندي شدت منبع صدا (مرتبه منبع)
انتشار صدا و ميرايي هنگامي كه پالس صدا از سونار به سوي هدف حركت ميكند(اتلاف حركتي)
مقدار صداي منعكس و برگردانده شده به سمت سونار توسط هدف (توانايي هدف)
انتشار صدا و ميرايي هنگامي كه پالس منعكس شده به سوي دريافت كننده برميگردد(اتلاف حركتي)
پارازيتهاي زمينه در دريافت كننده(مرتبه پارازيتها)
عبارتها در معادلات سونار بر حسب دسيبل هستند و با يكديگر جمع ميشوند تا معادلات سونار را بوجود آورند.

عملكرد سونار فعال:
سونار فعال با ايجاد پالس هاي صوتي (معروف به پينگ) ، وسپس گوش دادن به پالس بازگشتي عمل ميكند . براي تشخيص فاصله از هدف ، شخص مي تواند مدت زمان بين دريافت و ارسال پالس را اندازه گيري كند. براي اندازه گيري جهت و راستاي هدف مي توان از هيدروفونيك هاي متعدد استفاده كرده ، و سپس زمان دريافت پالس توسط هر يك از اين هيدروفون ها را اندازه گرفت ، و با مقايسه اين زمان ها به راحتي مي توان جهت و راستاي هدف را تعيين نمود .

دو مورد استفاده از سونار فعال:
اندازه گيري عمق دريا ( عمق سنجي آكوستيكي )
اندازه گيري مسافت بين دو پاسخگر

سونار غير فعال:
سيستم سونار غير فعال علاوه بر دريافت پژواك هاي منعكس شده از اهداف ، به صداهاي توليد شده توسط وال ها ، آتش فشان ها ، زيردريايي ها و منابع ديگر صداهاي زير آب مي پردازد.

معادله سونار غير فعال:
معادله بايد موارد زير را در نظر بگيرد:
بلندي شدت منبع صدا (مرتبه منبع)
انتشار صدا و ميرايي هنگامي كه پالس صدا از منبع به سوي دريافت كننده اي كه آن را تشخيص ميدهد ، حركت ميكند(اتلاف حركتي)
پارازيتهاي زمينه در دريافت كننده(مرتبه پارازيتها)
ويژگيهاي دريافت كننده

دو مورد استفاده از سونار غير فعال:
- عمليات جاسوسي
- مسيريابي اهداف ( آناليز مسير هدف )

سونار در جنگ:
ناوگان ها ي مدرن امروزي به طور گسترده از سونار استفاده مي كنند.
دو نوع سوناري كه در مباحث قبلي مطرح شد ( سونار هاي فعال و غير فعال ) به طور مكرر مورد استفاده قرار مي گيرند .
زمينه فعاليت هاي اين رادار ها بسته به نوع موقعيت ناوها و زيردريايي ها تغيير مي كند و بسته به نوع عملكرد نظامي در زمينه هاي مختلف باهم تفاوت مي كنند .

سونار فعال در جنگ:
سونار هاي فعال زماني كه بتوانند موقعيت هدف را به خوبي تشخيص دهند بسيار مفيد هستند . عملكرد سونارهاي فعال مشابه رادار مي باشد . پالس صوتي ارسال مي شود سپس امواج صوتي در تمامي مسيرها شروع به حركت مي كنند . زماني كه اين امواج به زمين برخورد ميكنند امواج برخوردكننده در تمام جهات بازتابيده مي شوند و بعضي از سيگنال هاي بازتابيده شده به سنسور سونار فعال ميرسند . اين سيگنال هاي بازتابيده شده تكنيسين هاي سونار را قادر مي سازد تا به شناسايي پارامتر هايي از قبيل فركانس سيگنال انرژي سيگنال رسيده شده عمق درجه حرارت آب و درنتيجه موقعيت هدف بپردازند .

معايب سونار فعال در جنگ:
استفاده از سونارهاي فعال در عمليات نظامي بسيار خطرناك است زيرا به راحتي توسط ناوها و زيردريايي هاي ديگر قابل شناسايي است.
براي اينكه بفهميم نوع سونار ساتع كننده انرژي چيست كافي است تا به سيگنال صوتي ناشي از سونار گوش فرا دهيم (معمولا با استفاده از فركانس سيگنال هاي رسيده شده به سنسور ) . در نتيجه با استفاده از انرژي دريافتي مي توان موقعيت رادار را شناسايي كرد .
سونارهاي فعال قادر به شناسايي اهداف دريك فاصله معين مي باشند اما مشكل اين است كه اين رادار توسط شناساگرهاي ديگر در فواصل چندين برابر فاصله شناسايي اين سونارها قابل شناسايي هستند .

پوشش هاي ضد سونار جهت استتار زيردريايي ها:
امواج صوتي از بين بسياري از محملها مانند هوا مايع و گاز ميتواند عبور كند . هر محمل مكانيزم متفاوتي براي عبور صدا از خود دارد . بسته به اينكه صدا از چه محملي عبور ميكند از ابزارهاي متفاوتي براي شناسايي آن استفاده ميشود . رادار با استفاده از امواج مايكروويو سفينه ها و سونار با استفاده از امواج صوتي زير دريايي ها را شناسايي ميكند . مواد پوششي مخصوصي براي سطوح زيردريايي ها جهت جذب امواج يا انتشار آنها استفاده ميشود كه اين مواد جاذب مانع از انعكاس مجدد امواج سونار و شناسايي زيردريايي ها ميشود .