Sonar ve Underwater Acoustics'e Giriş

Sonar (Sound Navigation and Ranging) sualtı keşif için bir temel teknoloji olmaya devam ediyor, deniz operasyonları, balık yönetimi ve deniz mühendisliği.Bu, ses pulları ve yankıları ile analiz ediyor ve göksel olarak heterojen, ses iletiminin temelsel ve zamansal değişimleri doğru hedef için önemli.

Deniz sularında ses hızı genellikle kör bölgeleri veya yanlış yankıları oluşturmak için yeterince dalgalar gösterir - deniz operasyonları daha karmaşık ortamlara itilir - 1.550 m /s sıcak, salin suları. ikinci başına birkaç metre bile ses dalgalarının değişmesi bile kritik olur. Bu makale, hangi sıcaklık ve salınma stratejilerine etki eder ve performans stratejileri için performans gösterir ve derin-araçlar - sıcaklık ve sıcaklık ve telafi etmek için gerekli.

Suda Sesin Fiziki

Ses, uzun bir basınç dalgası olarak su yoluyla seyahat eder ve hızı, ortadaki yoğunluk ve sıkıştırılabilirlik tarafından belirlenir.Deniz sularında ses hızı için yaygın olarak kullanılan ampirik formül (UNESCO, Chen & Millero, ya da benzer) sıcaklık, salinity ve baskıyı bağımsız değişkenler olarak içerir.

Ses Hız Equation

Ses hız denkleminin basitleştirilmiş bir versiyonu:

  • [FONT:0]Temperyatür etkisi: [Dönerge 1 °C artışları yaklaşık 4 m / ( temel koşullara bağlı olarak) ses hızını arttırır.
  • [FONT:0)Salinity etkisi: [Dönetici: [Dönetici: 1 PSU artışları, yaklaşık 1.3 m /s tarafından ses hızını artırır.
  • [FONT:0)Basın etkisi:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) 100 m derinliğinin artışı, ses hızına yaklaşık 1.7 m /s ekler.

Bu katsazlar bağımsız değildir; örneğin, sıcaklık katsayının kendisi sıcaklık ve selamlama ile değişir. Ancak üst okyanusta (500 m) baskın etki sıcaklıktır, basınçla takip edilir, ancak yerel olarak kritik bir rol oynar.

Faktörler: Sıcaklık, Salinity, Basınç

Açık okyanusta, sıcaklık derinlikle azalır, güçlü bir termokline yaratır. Salinity ayrıca, ancak sık sık sık sık nehir ağzı, buzul veya buharlaşma bası ile. Basınç, lineer olarak derinlikle azalır ve her zaman ses hızı profilinin kombinasyonu, bu profilin derinliği ve hedefi ile sınıflandırılabilir bir ses hızı profili üretir (bir ses kanalı eksenle), sığ su (nearly istermo), veya karmaşık (ple termoklines ve yarıklar).

Sonar Signals'te Su Sıcaklıklarının Etkisi

Sıcaklık gradients, oğlunun sinyal bozulmasının en yaygın nedenidir. sesin hızı daha sıcak suda artar ve serin sularda azalır. Bir ses dalgası farklı sıcaklık katmanları arasında bir sınır olduğunda, görünüşe göre algılanır:0)

Termoklines ve Reffraksiyon

Bir termocline, sıcaklıkların küçük bir derinlik aralığı üzerinde hızla değiştiği bir tabakadır. gradient, yaz stratification'de 10 m'dan fazla keskin olabilir. Sound dalgaları, özellikle de sığ sularda ve kıyı bölgelerinde, mevsimsel ısıtmanın altındaki bir gölge bölgesi yaratarak tamamen çürük bir ısınabilir.

Signal Kayıp ve Yanlış Ekoes

Reksiyona ek olarak, sıcaklık varyasyonları, alıcıya çeşitli zamanlarda sinyal kaybına neden olur. Moleküler absorpsiyon nispeten tutarlı, çalkantılı sıcaklık dalgalanmaları ses enerjisinin daha büyük bir hedef veya genişletilmiş bir alt olarak yanlış yorumlanabilir.

Mevsim ve Diurnal Variations

Sıcaklık etkileri statik değildir. Güneş ısıtması gündüz ısı tabakası, termokline güçlendirin ve oğlumar aralıkını azaltın. Gece, soğutma, özellikle de yıllık sıcaklık 15 °C'yi aşıyorken, yüksek orandaki koşullara karşılaştırıldığında - ortalama sıcaklık artışlarını azaltabilir - onlarca decibels. Sonar operatörü bu döngüleri hesaba katmalıdır.

Sonar Signals'te Salinity Etkisi

Salinity, öncelikle su yoğunluğu ve sıkıştırılabilirlik değişiklikleri ile ses hızını etkiler. Freshwater, yaklaşık 1.40 m /s (at 20 °C), tam selam ve nehirler, aynı sıcaklıkta yüz yüzen, aynı sıcaklıkta 1,520 m /s.

Haloclines ve Etkileri

Bir yarıkırlık, bir termoklinlik gibi, yüksek selamlamalar ile yankılanır, yüksek tuzlulukta düşüş gösterir (örneğin, yüksek bir sıcaklık ve salinity yarıklıkta olduğu gibi) bir şekilde, aşağı yukarı ölçümler olmadan tahmin etmek zor olan karmaşık ses profilleri oluşturabilir.

Estuarine ve River Plante Çevreleri

Estuaries, sonar için meydan okuyor, çünkü sıcaklık ve selamlama hem dikey hem de yatay olarak değişir. Tipik bir estuarin profili, düşük seviyeli bir kesintiye neden olur, sıcak yüzey tabakası ve soğuk, tuzlu alt katmanda çalışır. ses hızı ilk olarak yüzey tabakasından artırabilir ve sonra tekrar baskı nedeniyle yarıkırlıktan daha fazla azaltılabilir.

Sıcaklık Etkileri ile Karşılaştırma

Açık okyanusun çoğunda, sıcaklık ses hızı değişkenliğine hükmediyor. Ancak, yüksek çözünürlükte sıcaklıklar donduruyor, sıcaklık katsayı azaltılıyor ve tuzlu sular birincil kontrolü olabilir. Örneğin, Arctic Ocean, deniz kenarındaki sert bir reddetme oluşturur, ses hızı profilini dramatik bir şekilde değiştirebilir ve tehlikeden kaçınır.

Sıcaklık ve Salinity Kombinasyonlarının Kombinasyonları

Sıcaklık ve selam izolasyonda hareket etmiyor; yoğunluk alanı ile etkileşime giriyorlar, bu da her iki sıcaklık ve salınlıktaki en keskin değişiklikleri nerede değiştirir.

Pycnoclines

Bir pycnocline, derinlik ile hızlı bir yoğunluk katmanıdır, genellikle bir termokline ile sonuçlanır, bir yarıkırıklık zayıfsa, ses dalgalarının minimum bükme ile geçebilir.Eğer güçlüyse, güçlü bir şekilde retamine edilebilir veya kapanabilir, bir ses kanalı yaratarak.

Değişken Ses Hız Profilleri

Gerçek dünya senaryolarında, ses hızı profilleri (SSP-) en iyi frekans seçimi ve kiriş yönlendirmesi için SSP'den elde edilir. Ancak, eğer oğlanın çalıştırdığı (örneğin, temiz su veya soğuk bir ön geçişi) yüksek çözünürlükte olabilir.

Farklı Deniz Bölgelerinde Vaka Çalışmaları

[FONT:0) Deep Ocean:[Dönetici: 0 3) Bir ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

[FONT:0]Coastal ve Raf Seas:[Dönder: Kuzey Denizi ve Baltık Denizi'ndeki güçlü yaz termoklines yüzey kanallarını ve gölge bölgeleri yaratır. Fishery araştırma gemileri genellikle bu tabakaların etkisi altında olan frekanslarda çalışır, CTD verileri kullanarak sık sık sık sık kalibrasyon gerektirir.

[FONT:0]River Plantes ve Estuaries: Amazon Nehri, Atlantik'te süpürülen su yağışı 30 PSU'ya kadar yüksek sıcaklık korurken, düşük uçlu bir lens üretmek zorunda kaldı. Meksika Körfezi'nde kullanılan petrol ve gaz anketleri özellikle de ağır yağışlardan sonra.

[FONT=0)Polar Bölgeleri:[Dönetici], Kuzey Kutbunda, deniz buzunu daha düşük selamlama ve sıcaklıktan, sığ, düşük hızlı bir tabaka oluşturmak, bu katman, uzun vadeli bir yük devretme aralığına izin verebilir, aynı zamanda su su ayrımcılığını zorlayan güçlü yansımalar yaratır.

Sonar Operatörler için Pratik Mitigation Strategies

Sonar açıklığı ve salinity'nin derin etkilerini göz önüne alındığında, operatörler ve mühendisler bu değişkenleri azaltmak ve güvenilir performansı korumak için birkaç strateji geliştirdiler.

Çevre Sensing ve Kalibrasyon

Bir oğlumar sistemini dağıtmadan önce, bir CTD profili veya XBT kullanarak çevresel bir değerlendirme yapın. Sıcaklık ve selam profili, yüzeyden en yüksek ilgi derinliğine kadar bir ses sensörü içerir.Bu veriler, genellikle SSP'yi aralık, kirişli yük devretme ve frekanslara entegre etmek için inşa edilebilir.

Adaptif Signal Processing

Adaptif bir kiriş ve maçlı-field işleme, çoklu sempatiden kaynaklanan ve ağırlıkları gerçek zamanlı olarak kullanarak, sistem, refraksiyonun varlığında bile gerçek hedef yönüne odaklanabilir. Alternatif olarak, geniş bant sinyalleri, çoklupatit fadinga karşı dayanıklı bir fading sağlar. Frekans agtitude - düşük frekanslar arasında (daha az etkilenen) ve yüksek frekanslar (daha düşük frekanslar (daha düşük çözünürlükte) ve yüksek frekanslar (daha iyi bir şekilde).

Gerçek Zamanlı Açıklama Ağı

Büyük ölçekli operasyonlarda (hidrografik anketler, deniz mayınları), sürüklenme veya dağıtık sensörler SSP güncelleştirmeleri merkezi bir işleme iletebilir. Bu, oğlunun sistemleri uçan kablolardan değiştirmesine olanak sağlar. Örneğin, bir otonom su aracı (AUV) taşıma, bir üç boyutlu ses hızı inşa edebilir ve kendi ölçümlerini doğru bir şekilde kullanarak.Bu tür yaklaşımlar artık yüksek ücretli fiyatlarla pahalıya doğru gidiyor.

Ses hızı modelleme ve tazminat üzerindeki dış kaynaklar UNESCO onaylı ses hızı algoritmasından kullanılabilir, deniz su özellikleri üzerinde ) ve ).Woods Hole Oceanografik Kurumsal enstrüman kılavuzları). daha derin bir şekilde atlatmak UNESCO onaylı ses hızı algoritmasına danışarak, danışmanlıkFLT:4Bu Araştırma deniz su özellikleri üzerinde ).

Sonuç ve Future Yol

Su sıcaklığı ve selamlama, sonlu işlemde küçük düzeltmeler değildir; okyanusun doğal değişkenleridir - özellikle kıyıda, estuary ve kutup bölgeleri - sürekli vigilance, ve saçılma teknikleri, SSP'nin uydurduğu zaman tazminatını tahmin eder ve aktivasyon algoritmalarının doğal değişkenleri - özellikle de kıyıda, estuary ve kutup bölgelerinde - sürekli vigilance ile ilgili olarak daha fazla bilgi sağlar.

Mühendisler ve operatörler için anahtar kaçış asla sürekli ses hızı profili varsaymak değildir. tanıdık sularda bile mevsimsel ve intihar etkileri, çocuk karakterizasyonu ve adaptif işleme yatırım yaparak, ticari, bilimsel ve askeri kullanıcılar, oğlunun sualtı ortamlarda ihtiyaç duyduğu güvenilirliği ve hassaslığı önemli ölçüde değiştirebilir.