הקדמה ל Sonar ו- תת-ימית

Sonar (Soundניווט ו-Ring) נשאר טכנולוגיה אבן הפינה למחקר תת-ימי, פעולות ימיות, ניהול דגים והנדסה offshore.It פועל על ידי פולטת הדופקים הקוליים וניתוח הדים החוזרים מחפצים או מקרקעית הים.אמינות מערכות סונר נשענת על הפיזיקה של התפשטות קול במים הימיים, אשר מושפעת משלושה משתנים עיקריים: סוליחות, יעילות, לחץ ואפקטים מדויקים ביותר, בין אלה, ואפקטים מדויקים, הוא גורם דינמי, ואפקטים, הוא גורם לאפקטים מדויקים ביותר, ואפקטים, דינמיים, ואפקטים, הוא גורם, ואפקטים, דינמיים, הוא גורם, ואפקטים, הוא גורם, הוא גורם, דינמיים, הוא גורם, דינמי, ואפקטים, הוא גורם, דינמי, ואפקטים, ואפקטים מדויקים ביותר, ואפקטים, ואפקטים, ואפקטים, בין תופעות לוואי, הוא יעיל ביותר, דינמיים, ואפקטים, הוא יעיל ביותר, דינמיים, הוא גורם, הוא גורם, הוא גורם, דינמיים, בין זמן, הוא גורם, הוא גורם, הוא גורם, הוא גורם, הוא גורם, דינמי, דינמי, הוא גורם, הוא גורם, הוא גורם דרמטי ביותר, דינמי, ואפקטים

המהירות של קול במים הים בדרך כלל נע בין 1,450 מ"ר / של מים קרים, נמוך על פני השטח מים על פני השטח ליותר מ 1,550 מ"מ / מים חמים, מלוחים טרופיים, אפילו שינוי של כמה מטרים לשנייה יכול להיות nd גלי קול מספיק כדי ליצור בהירות עיוורת או הדים כוזבים. כמו פעולות ימיות לדחוף לתוך סביבות מורכבות יותר - כגון estuaries, fjords, ו- טמפרטורות עמוקות, ו- tea כדי לחקור אסטרטגיות קריטיות כדי לספק את המשתנים ו- tar כדי לספק את התקני טמפרטורה קריטיים כדי לספק מנגנונים קריטיים כדי לספק מנגנונים קריטיים כדי לספק מנגנונים קריטיים כדי לשפר את המשתנים ו- tar כדי לשפר את המשתנים כדי לספק מנגנונים קריטיים כדי לספק מנגנונים קריטיים.

הפיזיקה של קידוד קול במים

סאונד עובר דרך מים כמו גל לחץ ארוך טווח, ואת המהירות שלו נקבע על ידי צפיפות ודחיסות של המדיום.הנוסחה האמפירית בשימוש נרחב עבור מהירות הקול במי הים (UNESCO, Chen & מילר, או דומה) משלב טמפרטורה, סליטי, ולחץ כמו משתנים עצמאיים.

מהירות הקול

גרסה פשוטה של משוואה מהירות הקול היא:

  • (ב) אפקט טמפרל: 1FLT: עלייה של 1 מעלות צלזיוס מעלה מהירות קול על ידי כ-4 מ"ר / (בהתאם לתנאי בסיס).
  • (ב) ,0) אפקט של רחמים: 1FLT:1 עלייה של 1 PSU מעלה מהירות קול על ידי בערך 1.3 מ' / s.
  • (ב) אפקט ה-FLT:0) ,% 1 (הרחבה של 100 מ"מ) מוסיף על 1.7 מ"ר למהירות הקול.

לא יעילים אלה אינם עצמאיים; לדוגמה, הטמפרטורות יעילות עצמה משתנה עם טמפרטורה וסליניות.עם זאת, ההשפעה הדומיננטית באוקיינוס העליון (0–500 מ') היא טמפרטורה, ואחריו לחץ, עם סלינות בדרך כלל משחק תפקיד משני אך מקומי קריטי.

המונחים: טמפרטורה, סליניאנס, לחץ

באוקיינוס הפתוח, הטמפרטורה יורדת עם עומק, יצירת מדחום חזק. Salinity משתנה גם, אבל לעתים קרובות פחות דרמטי, למעט בפה הנהר, התכת קרח, או אגן evaporation. הלחץ עולה לינארי עם עומק ותמיד מגביר את מהירות הקול.השילוב של גורמים אלה מייצר פרופיל מהירות קול שניתן לסווג כמעמקי הים (עם ציר קול), מים רדודים (קרוב יותר לפרופיל זה).

השפעת טמפרטורת המים על אותות סונר

⁇ טמפרטורה הם הגורם הנפוץ ביותר של עיוות אות Sonar.מהירות של עלייה קול במים חמים יותר וירידה במים קרירים יותר. כאשר גל קול חוצה גבול בין שכבות טמפרטורה שונות, זה bends - תופעה המכונה (FLT:0refractionFLT:1 ).

המונחים: refraction

תרמוקלון הוא שכבה שבה הטמפרטורה משתנה במהירות על מרווח עומק קטן.ה ⁇ יכול להיות חדה כמו 5 ° C מעל 10 מ ' ב stratification קיץ. גלי סאונד propaging בזווית רדוד יכול להיות לחלוטין refraced למטה על ידי תרמוקל חזק, יצירת אזור צל מתחת זה.conversely, Sonarducers להציב מעל thermocline עשוי להחמיץ מטרות מתחת לרעש אנרגיה זה מעולם לא מגיע באופן עונתי אפקט.

אובדן אותות ודברים שקריים

בנוסף לריעור, וריאציות טמפרטורה לגרום לאובדן אות באמצעות ספיגה ופיזור. בעוד ספיגת מולקולרית היא עקבית יחסית, טמפרטורות סוערות לייצר וריאציות מהירות בקנה מידה בסדר כי לפזר אנרגיה קול, צמצום האות קוהרנטי חזרה למקלט.ד כוזב יכול להתרחש כאשר נתיבים מרובים של תגמול מגיעים למקלט בזמנים מעט שונים, יצירת smeared או מוארך כי ניתן לפרש מטרה גדולה יותר או יותר.

המונחים: old and Diurnal Variations

השפעות טמפרטורה אינן סטטיות.שמש חימום במהלך היום מחמם את שכבת פני השטח, מחזק את טווח התרחום וצמצום טווח הסונר. בלילה, קירור יכול לערבב את עמודת המים, באופן זמני לחסל את ה ⁇ ושיפור הגילוי.שינויים עונתיים - stratification קיץ לעומת תנאים ממוזגים היטב - יכול לשנות ביצועים של נושרים על ידי עשרות decibels. אז מפעילי חייב להסביר עבור מחזורים אלה, במיוחד באמצע זמן באזורים שבהם הטמפרטורה השנתית 15 מעלות צלזיוס.

השפעה על אותות סונר

Salinity משפיע על מהירות הקול בעיקר באמצעות שינויים בצפיפות המים ודחיסות. Freshwater יש מהירות קול של 1,440 m /s (ב 20 מעלות צלזיוס), בעוד מים מלוחים לחלוטין (35 PSU) באותו הטמפרטורה היא בערך 1,520 מ"מ /s.למרות אפקט הסלין לשינוי יחידה הוא קטן יותר מאשר הטמפרטורה, סליניטי ⁇ יכול להיות פתאומי, במיוחד ב estuaries ו טיפת מים מתוקים.

המונחים: their Effects

halocline הוא חזק אנכי ⁇ בסליניות.כמו thermocline, זה refracts גלי קול. כי מהירות הקול עולה עם סליטי גבוה יותר, ירידה למטה בסליניות (כפי שנמצא מתחת לפנישה מים מתוקים) יגרום קול להיותנד מטה למטה. verse, אם salinity עולה עם עומק (pical of ⁇ water), קולנדנדנדנדנדים על פני טמפרטורה מורכבת.

בסביבה הקרובה של Estuarine and River Plume Environments

אסטוריורס מאתגרים עבור Sonar כי הטמפרטורה וההצלה משתנים הן אנכיות והן אופקית.פרופיל estuarine טיפוסי מראה עליות נמוכה, שכבת פני השטח החמה ושכבה התחתונה הקרת, מלוחה עלולה לעלות לראשונה דרך שכבת פני השטח ולאחר מכן להפחית דרך ההלכתית לפני עלייה שוב עקב לחץ כזה, פרופילים לא מונוטוניים לייצר מספר רב של דרכי אחווה וגורם חמור של מומים מקומיים לעתים קרובות יותר.

השוואה עם השפעות טמפרטורה

ברוב האוקיינוס הפתוח הטמפרטורה שולטת במהירויות הקוליות.עם זאת, באזורים בעלי יכולת גבוהה שבהם הטמפרטורות נמצאות ליד הקפאת, הטמפרטורות coefficient מופחת, וההצלה יכולה להפוך לשליטה העיקרית.לדוגמה, באוקיינוס הארקטי, דחייה חדה במהלך היווצרות ים-ice יוצרת תנודות צפופות, חבלה שמשנה באופן דרמטי את פרופיל המהירות.

השפעות משולבות של טמפרטורה ו Salinity

הטמפרטורה וההצלה אינם פועלים בבידוד; הם אינטראקציה דרך שדה הצפיפות, אשר שולט ביציבות האנכית של עמודה המים ואת היווצרות מבנים בקנה מידה בסדר המתפזרים קול.האפקט המשולב הוא לעתים קרובות כפיה על ידי הדחיסות ⁇ , או ⁇ :0pycnoclineFLT:1, שבו השינויים החדים ביותר בטמפרטורה ו salinity מתרחשים.

המונחים: pycnoclines

פיקטיקלין הוא שכבת עלייה מהירה בצפיפות עם עומק, בדרך כלל הנובעת מדחום, halocline, או שניהם. כי מהירות הקול היא פונקציה מונוטונית של צפיפות (דחיסות גבוהה יותר) מהירות סאונד גבוהה יותר), זיהוי pycnocline תמיד מגביר מהירות הקול עם עומק.עם זאת, שיעור עלייה יכול להשתנות.

פרופילים מהירים

בתרחישים אמיתיים, פרופיל מהירות קול (SSP) מתקבלים מן אמבטיות ניתן להשגה (XBTs), חולות-Temperature-Depth (CTD) ערכות, או בזמן אמת glider נתונים.מערכות נונאריות מודרניות יכול לכווץ את SSP כדי למקם תחזיות עבור בחירת תדר אופטימלי ולהיות מנווט, במיוחד אם זה הופך להיות דינמית של שינוי קדמי, במיוחד, אם זה אפשרי עבור קרינת קרח.

מחקרים באזורי הנחתים השונים

(FLT:0)Deep Ocean:FLT:1 במישורים abyssal, טמפרטורה וסליניות הם כמעט קבוע מתחת 1,000 מ', המוביל להגדלת מהירות הקול ליניארי עם עומק. אותות Sonar להפיץ ערוץ צליל עמוק (צירSOFAR) המאפשר תקשורת בקנה מידה עולמי.

(FLT:0) קוסטראל ו- Shelf Seas:cioFLT:1 , תרמוקווי קיץ חזקים בים הצפוני ובים הבלטי יוצרים דוקטרי פני השטח ואזורי הצללים. Fishery Research כלי לעתים קרובות לפעול בתדרים המושפעים מאוד על ידי השכבות הללו, הדורשים קלבציה תכופה בשימוש בנתונים CTD.

(FLT:0River Plumes ו-Astuaries: ההרחבה של נהר האמזונס באטלנטיק מפחיתה את סליציפי השטח ל-30 PSU תוך שמירה על טמפרטורה גבוהה, הפקת עדשה מהירה יחסית, ששוברה אותות למעלה. Sonar המשמש סקרי נפט וגז במפרץ מקסיקו חייב לקחת בחשבון את המיסיסיפי, במיוחד לאחר גשם כבד.

(FLT:0) אזורי פולאר: 1 באנטארקטיקה, מים מתוקים מקרח ים ממיסת קרח ים מורידים את הסליניות והטמפרטורה, ויוצרים שכבת מהירות רדודה ונמוכה.

אסטרטגיות לאופרה של סונר

בהתחשב בהשפעות העמוקות של טמפרטורה וסליניות על בהירות בנאר, מפעילים ומהנדסים פיתחו כמה אסטרטגיות כדי להפחית את המשתנים הללו ולשמור על ביצועים אמינים.

המונחים: קאליbration

לפני פריסת מערכת Sonar, לבצע הערכה סביבתית באמצעות פרופיל CTD או XBT. Measure the טמפרטורה ו- salinity פרופיל מן פני השטח לעומק המקסימלי של העניין.הנתונים משמשים כדי לחדד את ה-SSP המקומי, אשר ניתן להיכנס לתוך פרופיל גליון של Sonar כולל לעתים קרובות שגיאות ray-tracing של ray-tracing כדי להתאים טווח, beam זוויות, ותדירות.

עיבוד אותות

עיבוד מותאמים והתאמה שדה יכול לפצות על לא ידוע או זמן-varying SSPs. על ידי שימוש אותות מ hydrophones מרובים והתאמה של משקולות בזמן אמת, המערכת יכולה להתמקד בכיוון היעד האמיתי אפילו בנוכחות של התחדשות. לחלופין, אותות פס רחב לספק עמידות נגד פיגור תדירות הנגרמת על ידי רב-זמנית.

רשתות אספקה בזמן אמת

במבצעים בקנה מידה גדול (סקרים hydrographic, משחתת מוקשים ימיים), רשת של חיישנים סחף או פרוסים יכולה לשדר העדכונים SSP למרכז עיבוד מרכזי.זה מאפשר למערכת Sonar לשנות את הפרמטרים שלה על זבוב.לדוגמה, רכב תת-ימי אוטונומי (AUV) הנושא ציוד Sonar יכול לדגום את עמודת המים כמו שהוא נע, לבנות מודל תלת-ממדי של מהירות ושימוש בו כדי לתקן שלה, הן עכשיו, כמו ציוד סקר סטנדרטי, כמו תקנים סטנדרטיים, כמו תקינים, לאנר.

מקורות חיצוניים על מהירות הקול ופיצוי זמינים מ-FLT:0 מסמכים מחקר הגנה (FLT:1 ו-FLT:2Woods Hole Oceanographic Institution Guides:03FLT 3:0) עבור צלילה עמוקה יותר לתוך אלגוריתם מהירות הקול שאושר על ידי אונסק"ו, להתייעץ עם FLT:4 זה מחקר מאמר על תכונות מים:55 תפוצה עמוקה יותר לתוך אלגוריתם מהירות הקול המובטח של אונסק"ו של אונסק"ו, ייעוץ.

שקיפות ודרכים עתידיות

טמפרטורת המים וההצלה אינם תיקונים קטנים במבצע Sonar; הם משתנים סביבתיים מסדר ראשון שיכולים לעשות את ההבדל בין הד ברור לבין מטרה מפספסת.פיזיקה של התחדשות קול, ספיגה, ופיזור הם מבינים היטב, והטכנולוגיה המודרנית מאפשרת פיצוי בזמן אמת באמצעות מדידות CTD ואלגוריתמים הסתגלות.

עבור מהנדסים ומפעילים, ה-EP המרכזי הוא לעולם לא להניח פרופיל מהירות קול קבוע.אפילו במים מוכרים, אפקטים עונתיים ו tidal יכולים לשנות באופן דרמטי את הביצועים של סונר.על ידי השקעה באפיון סביבתי תקין ועיבוד הסתגלות, משתמשים מסחריים, מדעיים וצבאיים יכולים להבטיח כי הטכנולוגיה של בנארים מספקת את האמינות והדיוק הדרושה בסביבות תת-ימיות.