تبلیغات
علوم دریایی

قالب وبلاگ


علوم دریایی
منم دریا دگر آن ساحلم کو درخت بی برم آن حاصلم کو  
نویسندگان
نظر سنجی
نظر و طرز نگاهتون راجع به شغل دریانوردی چیه ؟






صفحات جانبی
  •  فعال ( active sonar):

sonar_02.jpg

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

sonar_03.jpg

پالس ارسالی ممكن است دارای فركانس ثابت بوده یا دارای چهچهه ای(chirp ) از تغییرات فركانس حامل باشد . درحالت دوم ما شاهد تغییر نامطلوب در بسامد حامل موج پیوسته هستیم . و میتوان از روش فشرده سازی برای دست یابی به سیگنالی با باند باریك و عاری از فركانس های نامطلوب استفاده كرد . درعمل هنگامی كه سیگنال ما از نوع چهچهه ای است مدت زمان دریافت سیگنال افزایش میابد . در نتیجه ما سیگنال دریافتی را با انرژی كمتری نسبت به زمانی كه سیگنال ما دارای یك فركانس بود دریافت می كنیم . در حالت كلی رابطه بین فركانس و مسافت بدین صورت است كه برای مسافت های طولانی از فركانس های ضعیفتری استفاده می شود .
در یكی از موارد كاربردی ما از این سونار به عنوان چراغ قوه استفاده می كنیم . از یكی از نقاط زیر زیردریایی یا كشتی سنسور به درون آب فرستاده شده و می تواند فواصل خواسته شده را اندازه گیری كند .یگی دیگر از كاربردهای سونار فعال در شناسایی توده ماهیهای درون آب است . یكی دیگر از كاربردهای سونار فعال درعملیات نظامی می باشد و این سونار قادر به ایجاد یك تصویر سه بعدی با وضوح بالا ازمحیط اطراف سونار می باشد .با این وجود از این نوع سونار در عملیات جاسوسی مورد استفاده قرار نمی گیرد .درادامه كاربردهای این نوع سونار را به طور دقیق تر مورد بررسی قرار می دهیم .
از سونار فعال می توان در اندازه گیری عمق دریا استفاده كرد ، كه این عملكرد معروف به عمق سنجی آكوستیكی ( echo sounding) است .
از سونارهای فعال معمولا در اندازه گیری مسافت بین دو پاسخگر (transponder ) استفاده میگردد . پاسخ گر وسیله ای است كه قادر به دریافت و ارسال پالس های نوع اول ( فركانس ثابت ) می باشد .ونیز هنگامیكه این پاسخ گر پالسی را دریافت می كند بسته به میزان انرژی پالس دریافتی از خود عكس العمل نشان میدهد . برای اندازه گیری مسافت یكی از پاسخ گرها اقدام به تولید پالس می كند سپس به اندازه گیری مدت زمان ارسال به پاسخگر دیگر و دریافت پالس می پردازد .حال كافی است تنها سرعت صوت ( پالس ارسالی ) را درون آب بدانیم . یعنی در اینجا مدت زمان طی مسافت بین دو پاسخگر اندازه گرفته شده و در سرعت پالس در آب ضرب می كنیم تا مسافت بین دو پاسخگر بدست آید . با بكارگیری پاسخگرهای متعدد ما قادر به شناسایی نسبی موقعیت های اجسام ثابت و متحرك درون آب هستیم .
  • آنالیز داده های سونار فعال :

sonar_04.jpg

داده های كسب شده توسط سونار فعال با اندازه گیری صوت مشخص شده ، برای یك پریود زمانی كوچك پس از ارسال پینگ ، بدست می آید . مسافتی كه پالس تا كف دریا یا هر جسمی كه دارای خاصیت بازتابش آكوستیكی ( acoustic reflection) است می تواند با اندازه گیری زمان سپری شده بین ارسال پالس و تشخیص هدف انجام می گیرد . سایر ویرگی هایی راكه می توان از شكل پالس بازگشتی دریافت كرد به صورت زیر است :
  1. در هنگام ارسال پالس به كف دریا یا اقیانوس ، برخی از پالس های بازگشتی با برخورد به فصل مشترك بین آب دریا و محیط خارج از آب مجددا بازتاب پیدا می كنند و برای دومین بار ازكف دریا بازتابیده می شوند . این امواج بازگشتی حامل اطلاعاتی است كه بیانگر میزان خاصیت آكوستیكی آن ناحیه ازكف دریا می باشد .
  2. بسته به میزان ناهمواری كف دریا ما شاهد زمان های متفاوتی از بازكشت پالس ارسالی خواهیم بود . برای زمانی كه كف دریا صاف است ، اغلب موج های بازگشتی در یك مسیر باز تابیده میشوند در نتیجه ما شاهد اطلاعاتی حاكی از وجود گیاهان نوك تیز (sharp spike ) دركف دریا هستیم . برای سطوح با ناهمواری بیشتر موج های بازگشتی گستره وسیع تری را به خود اختصاص میدهند ، و بعضی از پالس های بازگشتی پس از چند بازتابش كه ناشی از ناهمواری سطح كف دریا میباشد به سونار بازمیگردند .درنتیجه كاهش میزان گیاهان نوكتیز در داده ها بیانگر سطح ناصاف كف دریا می باشد .
سونار وحیوانات دریایی
بعضی از حیوانات دریایی نظیر وال ها و دلفین ها ، از سیستمی مشابه سیستم سونار ( پژواك مكانی ) جهت شناسایی دشمنان و نیز شكارها ی خود استفاده می كنند . اما خطر اینكه فعالیت سونار سبب تداخل و اغتشاش در مسیریابی حیوانات میشود وجود دارد ، وشاید از تغذیه مناسب و جفت گیری آنها جلوگیری كند . گزارش اخیر منتشر شده در ژورنال natureبیانگر تاثیر عملكرد نظامی سیستم های سونار در بیماری ودر نتیجه به ساحل آمدن وال ها بود . سونار های فعال كه از ارسال پالس برای شناسایی اهداف خود استفاده می كنند به طور غیر مستقیم حیات حیوانات دریایی را به خطر می اندازند ، اگرچه تحقیقات علمی مجموعه ای از این عوامل را موثر می داند . در سال 2000 ، آزمایشی در ناوگان آمریكا با استفاده از فرستنده ای با قدرت 230db ودر فركانس بین 3-7 khz بر روی 16 وال ها انجام گرفت كه منجر به مرگ 7 وال گردید . با این وجود در صورتی كه قدرت پالس های ارسالی كم باشد خطری حیات پستانداران دریایی را تهدید نمی كند .
§سونار غیر فعال (passive sonar) :
در این نوع سونار ها تنها عمل گوش دادن (و عدم ارسال پالس ) انجام می شود . ازكاربردهای مهم این سونار می توان به عملیات جاسوسی كه از این سونار بهره می برند اشاره كرد .
سرعت صوت :
عملكرد سونار وابسته به سرعت صوت می باشد . سرعت صوت در آب های شیرین آهسته تر از سرعت صوت در آب دریا می باشد . در تمامی آب ها سرعت صوت وابسته به چگالی آب می باشد . چگالی وابسته به پارامترهایی نظیردما واملاح آب ( معمولا میزان شوری آب ) و فشار میباشد . سرعت صوت به طور تقریبی برابراست با :
temperature (in °F)) + (0.0182 × depth (in feet) + salinity (in parts-per-thousand))
كه از رابطه بالا جهت فرآیندهایی از قبیل تغلیظ آب و تعیین عمق آب استفاده می شود . دمای آب متناسب با عمق آب از سطح دریا تغییر می كند . اما در عمق 30 تا 100 متری از سطح دریا شاهد تغییرات قابل توجهی هستیم . كه به این محدوده دما شیب (themocline) گفته می شود كه حد واسطی بین آب گرم تر و آب سردتر است كه امواج صدا در این ناحیه طوری خم می شوند كه زیر دریایی ها می توانند با پنهان شن در زیر این ناحیه از آشكارشدن بگریزند .
دما شیب مكن است در آبهای سطحی نزدیك ساحل نیز وجود داشته باشد كه ما از منظور كردن آن صرف نظر میكنیم .
فشار آب اغلب بر نحوه انتشار صوت اثرگذار است . افزایش فشار باعث افزایش چگالی شده كه در نتیجه شاهد افزایش سرعت صوت می باشیم . افزایش سرعت صوت منجر به منكسر شدن آن در برخورد با محیط دیگر می شود .كه به آن قانون شكست اسنل گوییم .
امواج صوتی كه در جهت پایین به سمت كف اقیانوس تابانده شده بودند به صورت قوس هایی كه وابسته به فشار آب میباشند به طرف سطح آب بازتابیده می شوند . اقیانوس باید لا اقل دارای عمق 6000 فوتی باشند یا اینكه امواج به جای اینكه انكسار یابند به طرف بالا پژواك شوند . تحت این شرایط امواج در محدوده ای نزدیك سطح دریا فوكوس میشوند و مجددا به طرف پایین انكسار می یا بند ( به صورت قوس ) هر یك از این قوس ها با نام ناحیه همگرایی ( convergence zone) شناخته می شود . قطر نا حیه همگرایی بسته به دمای آب و میزان املاح آب می باشد .
برای مثال در آتلانتیك شمالی قطر ناحیه همگرایی كه به فصل ندازه گیری وابسته بود و به صورت دایره های متحدالمركز شناخته می شد برابر 33 مایل به دست آمد . در ضمن امواج شناسایی شده در صورتی كه دارای خط مستقیم بودند مسافت كمی را به خود اختصاص ددند اما در حالت دوم در فواصل بیش از 100 مایلی قابل شناسایی بودند . با توجه به عواملی از قبیل مسافت دما و موانع راه سیگنال دریافت شده توسط گیرنده دارای انرژی بسیار ضعیف تری نسبت به حالت اولیه بودند كه این مشكل با استفاده از سونار های دقیق حل شد .
شناسایی منبع صدا :
سونارهای نظامی زا راه های متعددی برای شناسایی منبع صوت استفاده می كنند . برای مثال ناوگان ایالات متحده از سیستم هایی كه با جریان متناوب 60hz كار می كنند بهره می برد . در صورتی كه ارسال كننده ها بر روی بدنه كشتی و با ایزولاسیون كامل سوار شده باشند یا اینكه در آب شناور شده باشند یك صوت با فركانس 60 hz می توان از ژنراتورهای زیردریایی جهت كمك به تعیین اشیاء كه اطراف زیردریایی هستند ساتع شوند . به طور قرار دادی اكثر زیردریایی های اروپا از فركانس 50hz جهت توان سیستم های خود استفاده می كنند . نویز های ادواری نظیر پیچ ها یا تكان هایی كه در زیردریایی هنگام افتادن در آب می كنند نیز برای سونار نیز قابل شناسایی است .
سیستم های سونار غیر فعال دارای اطلاعات بسیار مفیدی برای رادار هستند . با این وجود اغلب طبقه بندی های انجام شده به طور دستی و توسط اپراتور انجام می پذیرد . سیستم های كامپیوتری مكررا از اطلاعات پایه جهت تشخیص طبقه بندی كشتی ها سرعت كشتی نوع سلاح استفاده شده و حتی كشتی های خاص استفاده می كنند . داده های طبقه بندی شده مرتبا توسط ناوبر به روز میشود تا اشتباهی در دریافت اطلاعات رخ ندهد .
نویز (noise ) :
سیستم های سونار غیر فعال به علت اغتشاشی كه توسط وسیله نقلیه ایجاد می شود دارای محدودیت های بسیار هستند . به این دلیل اغلب زیر دریایی ها دارای واكنش پذیری هسته ای هستند كه در نتیجه بدون استفاده از پمپاژها به راحتی می توانند سرد شوند و از انتقال دهنده های گرمای بی صدا یا استفاده از سوخت های فسیلی یا استفاده از باتری هایی كه در تمامی حالات می توانند به طور بی صدا به فعالیت بپردازند استفاده كنند . وسایل انتقال دهنده مناسب با كمترین نویز ساتع شده به صورت دقیق طراحی و ماشینیزه می شوند . این انتقال دهنده های مناسب در سرعت های بالا تنها حبابهایی را درون آب ایجاد می كنند و همچنین صدای خفیفی ایجاد میكنند هیدروفونهای سونار های فعال به طور مستور به بدنه كشتی یا زیر دریایی یدك كشیده می شوند تا تاثیر نویز حاصل شده ناشی از خود زیردریایی كاهش یابد . این هیدروفون ها بسته به كاربرد آن ها می توانند در بالای محدوده دماشیب یا پایین آن یدك كشیده شوند .در سالهای زیادی ایالات متحده اقدام به ساخت و جایگزینی سونار های پسیو متعدد در نقاط مختلف اقیانوس های جهان كرد كه مجموعه آنها را sosus می نامند . در تمام مت زمانی كه عملیات نظامی نظیر اكتشاف انجام می شد آنها به صورت آهسته عمل كرده و به صورت كاملا مخفیانه یدك كشیده میشدند .
اغلب نمایشگر هایی كه در سونارهای غیر فعال می بینیم دارای تصاویر دو بعدی هستند . محور افقی بیانگر فركانس و محور عمودر بیانگر موقعیت رادار است .
سونار در جنگ :

sonar_05.jpg

ناوگان ها یمدرن امروزی به طور گسترده از سونار استفاده می كننذ دو نوع سوناری كه در مباحث قبلی مطرح شد ( سونار های فعال و غیر فعال ) به طور مكرر مورد استفاده قرار می گیرند . زمینه فعالیت های این رادار ها بسته به نوع موقعیت ناوها و زیردریایی ها تغییر می كند و بسته به نوع عملكرد نظامی در زمینه های مختلف باهم تفاوت می كنند . سونار های فعال زمانی كه بتوانند موقعیت هدف را به خوبی تشخیص دهند بسیار مفید هستند .
عملكرد سونارهای فعال مشابه رادار می باشد . پالس صوتی ارسال می شود سپس امواج صوتی در تمامی مسیرها شروع به حركت می كنند . زمانی كه این امواج به زمین برخورد میكنند امواج برخوردكننده در تمام جهات بازتابیده می شوند . و بعضی از سیگنال های بازتابیده شده به سنسور سونار فعال میرسند . این سیگنال های بازتابیده شده تكنیسین های سونار را قادر می سازد تا به شناسایی پارامتر هایی از قبیل فركانس سیگنال انرژی سیگنال رسیده شده عمق درجه حرارت آب و درنتیجه موقعیت هدف بپردازند . اگرچه كه استفاده از سونارهی فعال در عملیات نظامی بسیار خطرناك است زیرا به راحتی توسط ناوها و زیردریایی های دیگر قابل شناسایی است.
برای اینكه نوع سونار ساتع كننده انرژی چیست كافی است تا به سیگنال صوتی ناشی از سونار گوش فرا دهیم (معمولا با استفاده از فركانس سیگنال های رسیده شده به سنسور ) . در نتیجه با استفاده از انرژی دریافتی می توان موقعیت رادار را شناسایی كرد . سونارهای فعال قادر به شناسایی اهداف دریك فاصله معین می باشند اما مشكل این است كه این رادار توسط شناساگرهای دیگر در فواصل چندین برابر فاصله شناسایی این سونارها قابل شناسایی هستند .
اهداف سونار رابطه كمی با محدوده ای كه سونار در مركز آن واقع شده است دارد . به طور نسبی بزرگی سیگنال دریافت شده از سونار ارسالی و نیز مسافت تا هدف وابسته است . و سیگنالها ی رسیده شده به سونار تنها مقدار كمی از اندازه سیگنال های ارسالی را به خود اختصاص می دهند . حتی اگر سیگنال دریافت شده توسط سونار دارای قدرتی مشابه باشند .
مثال زیر بیان كننده برخی از مشكلات به وجود آمده است :
فرض كنیم كه سونار قابلیت ارسال سیگنالی با انرژی 20 وات و دریافت سیگنالی با حداقل انرژی 5 وات باشد . حال فرض نمایید كه در فاصله 500 متری انرژی سونار به میزان 10 وات كاهش یابد . در صورتی كه سیگنالی كه بازتابیده میشود به طور كامل بازتابیده می شود با انرژی بیش تر از 5 وات به دریافت كننده سیگنال می رسند سیگنال اصلی دارای انرژی بالاتر از سیگنال با انرژی بیش از 5 وات در فاصله بین 500 تا 1000 متری است . اما دراین فاصله سیگنال بازگشتی به سونار دارای انرژی كمتر از 5 وات است و در نتیجه توسط سنسور قابل شناسایی نیست و در صورتی كه از بویه صوتی استفاده كنیم پالس بازگشتی قابل شناسایی است .
گیرنده آكوستیكی یا فرستنده آكوستیكی رادیویی نصب شده روی بویه كه می تواند از هواپیما یا چتر پایین انداخته شود تا صداهای زیر آبی زیر دریا ها را دریافت و آنها را به هواپیما ارسال كند . برای ردیابی هدف تعداد زیادی بویه با الگوهایی كه دارای مكان های معلوم یا مشكوك بوده به حضور هدف فرستاده می شود كه هر بویه سیكنال قابل شناسایی خود را ارسال میكند .

sonar_06.jpg

در نتیجه جهت شناسایی سیگنال بازگشتی دو راه وجود دارد :
  1. سیگنال ارسالی بسیار پر قدرت باشد .
  2. شناساگرها بسیار حساس باشند تا بتوانند حداكثر فاصله رفت و برگشتی را كه موج بازگشتی ارسال میكند تشخیص دهند.
زمانی كه سونارهای فعال ایجاد نویز های شدید می كنند در نتیجه كسب اطلاعات توسط آنها ضعیف می باشد این نوع تشخیص توسط وسایلی كه سكوها بروی آنها نصب می شوند نظیر هواپیما و هلی كوپترها انجام می گیرد وبه ندرت از زیر دریایها یا كشتی ها استفاده می گردد . زمانی كه سونارهای فعال توسط كشتی ها یا زیر دریایی ها مورد استفاده قرار می گیرند این سونارها بوسیله تحریك های كوچك ادواری فعال می شوند( به وسیله پریود های متناوب و به وسیله تحریك های ضعیف ) جهت كاهش خطر شناسایی زیر دریایی توسط سونارهای غیر فعال دشمن در اغلب موارد سونار فعال به صورت پشتیبانی برای سونارهای غیر فعال در نظر گرفته می شود .
زمانی كه از هواپیما استفاده می شود سونارهای فعال درقالب بویه های یك بار مصرف استفاده می شوند كه در هواپیماهای گشت زنی یدك كشیده می شوند یا در مجاورت یا نزدیكی محدوده ای كه با سونارهای دشمن در ارتباط هستند انداخته می شوند بطور كلی سونارهای غیر فعال دارای محدوده و بست عملكرد گسترده تر نسبت به سونارهای فعال جهت شناسایی و كسب اطلاعات مورد نظر از هدف هستند .
زمانی كه هر یك از وسایل موتور ریزه شده تولید بعضی تحریكات می كنند ممكن است سونار مورد نظر شناسایی شود . جهت بهبود وضعیت شناسایی سونارهای غیر فعال این سونارها دارای چشمی هستند چشمی مركزی دارای دید 270 درجه است و دو چشمی دیگر كه در دو سمت سونار تعبیه می شود هر كدام دارای دید 160 ردجه می باشد در نتیجه سونار دارای دید 360 درجه نسبت به محیط اطراف خودمی گردد.
دراینجابا دو مسئله مواجه می شویم نخست نویزهای كه زیر دریایی تولید می كند دیگر سیگنالهای دریافتی رسیده به سونار هنگامی كه یك سیگنال در یك جهت مشخص شناسایی می شود و توسط سونار تعیین می گردد ( بدین معنا كه هر سونار دارای ناحیه دیدی است كه قادر به شناسایی سیگنالهای دریافتی است كه به آن پهنای باند موقعیت گفته می شود ) این سیگنال توسط سونار آنالیز می شود ( آنالیز با استفاده از پهنای باند باریك ) كه به طور كلی از تبدیل فوریه برای مشخص كردن سیگنال و آنالیز آن استفاده می شود سیگنال اصلی دارای فركانسی است وهر كدام از موتورها نویزهای با فركانس مشخص تولید می كنند در نتیجه با استفاده از یك فیلتر فركانس گزین به راحتی سیگنال اصلی از داخل سیگنال همراه با نویز تشخیص داده می شود .
یكی دیگر از كاربردهای سونارهای غیر فعال در مسیریابی اهداف می باشد . این فرایند با نام آنالیز حركت هدف( Target motion Analysis) شناخته می شود و قادربه مشخص كردن محدوده حركت هدف جهت راستا و سرعت هدف می باشد . TMA طی فرایند خاصی وبا استفاده از دریافت سیگنالهای با جهت های مشخص از زمانهای متفاوت انجام می گیرد وهر سیگنال بیانگر مكانی است كه هدف در آنجا قرار می گیرد با مقایسه این مكانها توسط اپراتور می توان نحوه حركت را مشخص كرد . هنگامی كه آنالیز حركت نسبی هدف انجام می گیردبه یك مدل هندسی كه با تعیین شرایط محدود انجام می پذیرد دست می یابیم .
یكی دیگر از كاربردهای سونارغیر فعال انجام عملیاتهای جاسوسی می باشد. در اینجا وجود تكنولوژی بالا از جمله فیلترهای فركانس گزین و نیز دریافت كننده های حساس ضروری است . در نتیجه هزینه سیستمها سنگین می شود بطور كلی این آرایش در كشتیهای گران قیمت جهت بهبود وضعیت تشخیص ( شناسایی آنها ) استفاده می شود . زیردریایی های مجهز به سونارهای غیر فعال دارای این قابلیت هستند كه در زیر لایه های حرارتی آب مخفی شده یا اینكه با پائین رفتن در جهت عمق دریا می توانند سرعت خود را بهبود بخشند. البته متعاقبا نویزهای تولید شده نیز افزایش می یابد.


نویسنده :  دانشجوی مهندسی عرشه محمد عامری فر
.: Weblog Themes By Iran Skin :.

درباره وبلاگ

باز دریا حس و حال عاشقانه
موج هایش میوه های نوبرانه

باز دریا عشق من ایمان من
این صدایش نغمه زیبای من

باز دریا هو هو و ها ها می كند
این نوایش دلها را جادو می كند

باز دریا می نویسد یارم بیا
ای كه درجانت منم ، دلدارم بیا

باز دریا افتان و خیزانش می یاد
گر كه خود جایی بماند این آب وكف هایش می یاد
آمار سایت
بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
بازدید ماه قبل : نفر
تعداد نویسندگان : عدد
كل مطالب : عدد
آخرین بروز رسانی :
تماس با ما

Online User
بک لینک طراحی سایت