سونار ( SONAR)

سونار

سیستم سونار

واژه سونار به چه معناست؟

SONAR = Sound Navigation And Ranging
سونار = ناوبری و تشخیص فاصله توسط صوت

تعریف سونار:

تکنولوژی است که با استفاده از انتشار صدا در زیر آب قادر به شناسایی دیگر ناوها و کشتی هاست .

تاریخچه سونار:

در سال 1906 ، اولین سونار غیر فعال جهت شناسایی توده های یخ توسط لوییس نیکسون اختراع گردید . در جنگ جهانی اول به علت نیاز به شناسایی اهداف دریایی تمایل به استفاده از سونار افزایش یافت . پاول دانکوین فرانسوی به همراه کنستانتین چلوسکی روس موفق به اختراع اولین سونار فعال در سال 1915 شدند . اگرچه مبدل های پیزوالکتریک نسبت به این سونار ترجیح داده شدند ، اما در جای خود این نوع سونارها آینده روشنی را در علم رادار شناسی باز کردند .

در سال 1916 زیر نظر بخش تحقیقاتی و اختراعات ناوگان دریایی بریتانیا ، رابرت بویل ( فیزیکدان کانادایی) ، پروژه ای را بر عهده گرفت و با تشکیل کمیته تحقیقاتی تشخیص ضد زیر دریایی، ASDICموفق به ساخت نمونه ی آزمایشی شدند که با نام شناخته شد. درسال 1918 انگلیس و ایالات متحده متفقا موفق به ساخت سیستم های مجهز به سونارفعال گشتند ، ودرسال 1923 تولید این نوع سیستم ها به طور رسمی آغاز گشت . پس از جنگ جهانی دوم ناوگان آمریکا اقدام به تولید کشتی ها و زیر دریایی های که دارای فناوری معروف به ماهی کوچک بودند ، کرد .

تفاوت سونار با رادار:

رادارها امواج الکترومغناطیسی به‌کار می‌برند، و سونارها از امواج فراصوتی، که مانند امواج صوتی، ولی دارای بسامد بسیار بالا هستند استفاده می‌کنند. امواج فراصوتی هم مانند امواج صوتی و نور بازتابش می‌شوند. به کمک این امواج بازتابش شده ی نقشه ی سطح زیر دریاها و جای پستی و بلندی‌ها کاملاً مشخص می‌شود.

شرط عملکرد سیستم سونار:

نسبت سیگنال به پارازیت مشخص میکند که آیا سونار می تواند سیگنال هایی را در حضور پارازیت های زمینه در اقیانوس مشخص کند یا خیر. برای این کار مواردی از جمله مرتبه منبع ، انتشار صدا ، جذب صدا ، اتلاف در انعکاس ، صداهای محدود و ویژگی های دریافت کننده در نظر گرفته می شود.

انواع سونار:

سونار دو نوع است :
(سونار فعال)Active Sonar
(سونار غیر فعال)Passive Sonar

سونار فعال ( محدوده پژواک ):

سیستم سونار فعال ، مثل ماهی یابها ، صداهای پژواک و سونارهای نظامی یک پالس صدا را می فرستند و منتظر پژواک آن می مانند . در سیستم سونار فعال منبع مانند یک دریافت کننده عمل میکند.

معادله سونار فعال:

معادله باید موارد زیر را در نظر بگیرد:

بلندی شدت منبع صدا (مرتبه منبع)
انتشار صدا و میرایی هنگامی که پالس صدا از سونار به سوی هدف حرکت میکند(اتلاف حرکتی)
مقدار صدای منعکس و برگردانده شده به سمت سونار توسط هدف (توانایی هدف)
انتشار صدا و میرایی هنگامی که پالس منعکس شده به سوی دریافت کننده برمیگردد(اتلاف حرکتی)
پارازیتهای زمینه در دریافت کننده(مرتبه پارازیتها)

عبارتها در معادلات سونار بر حسب دسیبل هستند و با یکدیگر جمع میشوند تا معادلات سونار را بوجود آورند.

عملکرد سونار فعال:

سونار فعال با ایجاد پالس های صوتی (معروف به پینگ) ، وسپس گوش دادن به پالس بازگشتی عمل میکند . برای تشخیص فاصله از هدف ، شخص می تواند مدت زمان بین دریافت و ارسال پالس را اندازه گیری کند. برای اندازه گیری جهت و راستای هدف می توان از هیدروفونیک های متعدد استفاده کرده ، و سپس زمان دریافت پالس توسط هر یک از این هیدروفون ها را اندازه گرفت ، و با مقایسه این زمان ها به راحتی می توان جهت و راستای هدف را تعیین نمود .

دو مورد استفاده از سونار فعال:

اندازه گیری عمق دریا ( عمق سنجی آکوستیکی )
اندازه گیری مسافت بین دو پاسخگر

سونار غیر فعال:

سیستم سونار غیر فعال علاوه بر دریافت پژواک های منعکس شده از اهداف ، به صداهای تولید شده توسط وال ها ، آتش فشان ها ، زیردریایی ها و منابع دیگر صداهای زیر آب می پردازد.

معادله سونار غیر فعال:

معادله باید موارد زیر را در نظر بگیرد:

بلندی شدت منبع صدا (مرتبه منبع)
انتشار صدا و میرایی هنگامی که پالس صدا از منبع به سوی دریافت کننده ای که آن را تشخیص میدهد ، حرکت میکند(اتلاف حرکتی)
پارازیتهای زمینه در دریافت کننده(مرتبه پارازیتها)
ویژگیهای دریافت کننده

دو مورد استفاده از سونار غیر فعال:
- عملیات جاسوسی
- مسیریابی اهداف ( آنالیز مسیر هدف )

سونار در جنگ:

ناوگان ها ی مدرن امروزی به طور گسترده از سونار استفاده می کنند.
دو نوع سوناری که در مباحث قبلی مطرح شد ( سونار های فعال و غیر فعال ) به طور مکرر مورد استفاده قرار می گیرند .
زمینه فعالیت های این رادار ها بسته به نوع موقعیت ناوها و زیردریایی ها تغییر می کند و بسته به نوع عملکرد نظامی در زمینه های مختلف باهم تفاوت می کنند .

سونار فعال در جنگ:

سونار های فعال زمانی که بتوانند موقعیت هدف را به خوبی تشخیص دهند بسیار مفید هستند . عملکرد سونارهای فعال مشابه رادار می باشد . پالس صوتی ارسال می شود سپس امواج صوتی در تمامی مسیرها شروع به حرکت می کنند . زمانی که این امواج به زمین برخورد میکنند امواج برخوردکننده در تمام جهات بازتابیده می شوند و بعضی از سیگنال های بازتابیده شده به سنسور سونار فعال میرسند . این سیگنال های بازتابیده شده تکنیسین های سونار را قادر می سازد تا به شناسایی پارامتر هایی از قبیل فرکانس سیگنال انرژی سیگنال رسیده شده عمق درجه حرارت آب و درنتیجه موقعیت هدف بپردازند .

معایب سونار فعال در جنگ:

استفاده از سونارهای فعال در عملیات نظامی بسیار خطرناک است زیرا به راحتی توسط ناوها و زیردریایی های دیگر قابل شناسایی است.
برای اینکه بفهمیم نوع سونار ساتع کننده انرژی چیست کافی است تا به سیگنال صوتی ناشی از سونار گوش فرا دهیم (معمولا با استفاده از فرکانس سیگنال های رسیده شده به سنسور ) . در نتیجه با استفاده از انرژی دریافتی می توان موقعیت رادار را شناسایی کرد . سونارهای فعال قادر به شناسایی اهداف دریک فاصله معین می باشند اما مشکل این است که این رادار توسط شناساگرهای دیگر در فواصل چندین برابر فاصله شناسایی این سونارها قابل شناسایی هستند .

پوشش های ضد سونار جهت استتار زیردریایی ها:

امواج صوتی از بین بسیاری از محملها مانند هوا مایع و گاز میتواند عبور کند . هر محمل مکانیزم متفاوتی برای عبور صدا از خود دارد . بسته به اینکه صدا از چه محملی عبور میکند از ابزارهای متفاوتی برای شناسایی آن استفاده میشود . رادار با استفاده از امواج مایکروویو سفینه ها و سونار با استفاده از امواج صوتی زیر دریایی ها را شناسایی میکند . مواد پوششی مخصوصی برای سطوح زیردریایی ها جهت جذب امواج یا انتشار آنها استفاده میشود که این مواد جاذب مانع از انعکاس مجدد امواج سونار و شناسایی زیردریایی ها میشود .