بخشی از مقاله
تعریف و آنالیز نتایج تست دینامیک سونار پسیو
چکیده
فرآیند بهره برداری محصول ، از مرحله نمونه مهندسی تا نمونه عملیاتی ، یکی از مهمترین مراحل تکوین پروژه محسوب می شود. پیش بینی های طراحی ( پس از ساخت نمونه مهندسی) تنها با تعریف و اجرای تست های گوناگون عملکردی ، محیطی و میدانی قابل ارزیابی است. از جمله سامانه های بسیار مهم برای شناورهای سطحی و زیر سطحی، سونار ، بالاخص جهت کاربردهای نظامی ، سونار پسیو می باشد. محیط دریا بعلت تغییرات محیطی ( مانند دما و غلظت آب، فورس ، کانال صوتی ، عمق و...) تاثیر بسزایی در عملکرد یک سونار شناخت از تاثیرات عوامل محیطی بر عملکرد سونار و همچنین تکمیل دیتا بیسی از اهداف شناخته شده ، تاثیر فراوانی در بجای می گذار کارا بودن این سامانه حیاتی خواهد داشت. در این مقاله سعی شده نحوه تعریف ، تست و آنا یز دیتاهای استخراج شده سامانه سونار پسیو نصب شده بر زیردریایی کلاس متوسط بیان شود. با توجه به جوان بودن دانش ساخت سونار در کشور و ضعف امکانات فنی گامی موثر در ارتقاء ودستیابی به دانش فنی و توسعه آن ، به حساب می آید.
۱- مقدمه
هدف بکارگیری از سامانه سونار غیر فعال (PaSSiVe SOnar) ، دستیابی به جهت و راستای هدف (Bearing) می باشد. برای حصول به این هدف سنسورهای آکوستیکی مورد استفاده در سونار (هیدروفون Hydrophone) به تعداد زیاد در بدنه حامل ( زیردریایی یا ور) در یک جهت خاص (معمولا جلوی شناور) نصب می شود. کامپیوتر سونار با استخراج زمان دریافت سیگنال صوتی توسط هر یک از این هیدروفون ها و با مقایسه این زمان ها، جهت و راستای هدف را تشخیص می دهد .بسته به کاربرد سونار، سیگنال مطلوب و نامطلوب تعریف می شود. بعنوان مثال برای یک زیر دریایی نظامی صدای حاصل از شناورهای سطحی و زیر سطحی " سیگنال" و صداهای تولید شده توسط آبزیان دریایی ( دلفین - میگو و...)، واحدهای صنعتی مسقر در اسکله ، تجهیزات مکانیکی حامل سونار ( مانند موتور ، گیربکس و پمپها ) و... بعنوان "نویز" تعیین می شود. با توجه به چیدمان هیدروفون ها بر بدنه شناور، هر سونار دارای ناحیه دیدی، " دید سوناری"، می شود که قادر به شناسایی سیگنالهای دریافتی است که به آن " پهنای باند موقعیت" گفته می شود . طبقه بندی شناورها، برای نرم افزار سونار ، به طور دستی و تور انجام می پذیرد . نرم افزار رایانه سونار، مکررا از اطلاعات پایه (Data BaSe) جهت شناسایی طبقه بندی کشتی ، سرعت کشتی، نوع سلاح استفاده شده و حتی شناورهای خاصی استفاده می کنند . داده های طبقه بندی شده مرتبا توسط کاربر باید به روز شود تا اشتباهی در شناسایی شناورها رخ ندهد. بنابراین شناسایی یک شناور بعنوان یک هدف (Target) وابستگی زیادی به " به روز بودن بانک اطلاعاتی " و ورزیده بودن کاربر دارد.ذکر این نکته بسیار حائز اهمیت است که سونار یست باید درک شنوایی بالایی داشته باشد. شکل ۱ ساختار عمومی سونار پسیو را یش می دهد.
۲- کاربردهای سونار پسیو
عمده کاربردهای این سامانه را می توان به دو دسته زیر تقسیم بندی نمود:
۲-۱- عملیات کشف و شناسایی
مهمترین وظیفه سونار پسیو عملیات کشف و شناسایی هدف می باشد. برای اینکار استفاده از " فیلترهای فرکانس گزین" و نیز هیدروفونهای حساسی، ضروری است
۲- ۲- آنالیز حرکت هدف TMA
سونارهای غیر فعال ، نوعا جهت و راستای اهداف را تشخیص می دهند . لذا برای محاسبه فاصله وسرعت هدف (Rang) از فرایندی به نام " آنالیز حرکت هدف ( Target Motion Analysis)" استفاده می شود. TMA با استفاده از سیگنالهای دریافتی با جهت های مشخص و در زمانهای متفاوت، رنج و سرعت هدف را محاسبه می کند. هر سیگنال دریافتی توسط هیدروفون ها، بیانگر مکانی است که هدف در آنجا قرار می گیرد با مقایسه این مکانها می توان نحوه حرکت هدف را مشخص کرد .
۳- پارامترهای موثر در ارزیابی سونار
عوامل محیطلی زیر از مهمترین عناصر تاثیر گذار بر عملکرد درست سونار می باشد.
• توانایی استخراج سیگنال صوتی از نویز
• حساسیت به سرعت صوت در آب
• تشخیص کانال های صوتی در آب
لذا در تست و ارزیابی سونار باید از محیط تست ، شناخت کافی داشت. ۳-۱- توانایی استخراج سیگنال صوتی از نویز سونارهای پسیو که با اهداف مختلف ساخته می شوند، همگی بر این اساسی کار می کنند که یک انرژی صوتی مطلوب بنام "سیگنال" را از بین میدانی از انرژی های صوتی مزاحم و ناخواسته تشخیص، تقویت و پردازش نمایند. تمام قابلیت یک سونار به این است که پاسخ های کلی سیستم را به سیگنال افزایش و به نویز کاهش دهند به عبارت دیگر نسبت سیگنال به نویز را افزا یش دهند.
۳-۲- حساسیت به سرعت صوت در آب .
سه عامل زیر سرعت صوت در آب را کنترل می کند:
۱- حرارت
۲- شوری یا غلظت
۳- فشار که در اثر عمق زیاد بوجود می آید
تاثیر دما: از دید سونار، حرارت مهم ترین عاملی است که بر روی سرعت صوت در اب اثر می گذارد. با تغییرات درجهٔ حرارت سرعت صوت نیز تغییر می کند و به ازاء اضافه شدن هر درجهٔ حرارت ، سرعت صوت ۴ تا ۸ فوت بر ثاینه اضافه می شود. همچنین در بعضی نقاط درجهٔ حرارت از سطح تا عمق ۴۵۰ فوتی ممکن است تا ۳۰ کاهش یابد. پس واضح است که درجهٔ حرارت اثر زیادی بر روی سرعت صوت داشته باشد تاثیر شوری: آب دریا دارای مقادیر زیادی املاح معدنی است. وزن آب دریا زیاد برابر ۶۴ پوند در هر فوت مکعب است. در حالی که وزن آب شیرین در حدود ۶۲/۴ پوند در هر فوت مکعب می باشد. این اختلاف وزن به خاطر نمک موجود در آب دریاها می باشد.
در ازاء هر یک در هزار افزایش غلظت آب ، سرعت صوت در آن به مقدار ۴ فوت بر ثانیه اضافه می شود. غلظت نسبت به حرارت، اثر کمتر و نسبت به فشار، اثر بیشتری بر روی سرعت صوت دارد. تاثیر فشار: فشار آب ،با اف عمق آب ، بنابراین سرعت نر خواهد شد. سرعت صوت برای هر ۱۰۰ فوت نیه اضافه می شود.
صوت نیز در اعماق د عمق در حدود ۲ فو علاوه بر سه عامل درجه حرارت، غلظت و فشار، سرعت صوت تاثیر پذیر از نواحی عرض جغرافیایی ، فصول سال و ساعات شبانه روز هم می باشد.
۳-۳- تشخیص کانال های صوتی در آب
انتشار صوت در آب در فواصل طولانی و برد زیاد، زمانی میسر است که کانال های صوتی بوجود آید. هنگامی که امواج صوتی در یک کانال صوتی حرکت می نماید، انتشار امواج در جهات دیگر محدود شده و فقط در این کانال عبور می نماید. انواع کانال هایی که در آب تشکیل می گردد، شامل : کانال صوتی در لایه های مخلوط، اب های کم عمق و عمیق می باشد.
بعنوان نمونه ، در لایه های کم عمق که معمولا کانال ورودی بنادر و سواحل دریا می باشد، تغییرات کف دریا نسبت به سطح آب، منجربه ات سرعت صوت در این لایه می شود بعبارتی دیگر موج بین کف و با سطح محصور گردیده و به صورت کانالیزه حرکت می نماید.
۴- سناریو نویسی جهت انجام تست
تست جامع سونار، با توجه به گستردگی پارامترهای دخیل در فعالیت آن ، نیازمند امکانات وپژه و زمان زیاد می باشد.لیکن با محدود کردن توقعات به عملکرد کلی پارامترهای اساسی ، می توان سناریوهای مختلف طراحی واجرا نمود. فرایند زیر، گامهای مورد نیاز جهت تدوین یک سناریوی تست میدانی را بیان می کند:
۴-۱- تقسیم بندی پارامترهای قابل ارزیابی
ابتدا باید پارامترهای سونار را به دو دسته کلان اصلی و فرعی تقسیم نمود. این تقسیم بندی جهت کاهش هزینه های تست و بهره وری از زمان، صورت می پذیرد. پارامترهای فرعی به پارامترهایی گفته می شود که امکان انجام تست آنها در کنار ساحل وجود دارد(تستهای استاتیک) از پارامترهای فرعی سونار می توان به موارد زیر اشاره نمود:
زمان راه اندازی سیستم
باندفرکانس دریافتی
پارامترهای اصلی ، از مشخصات خاص هر نوع سونار بوده و برای تست و سنجش آنها، نیاز به عزیمت به محیط دریا با مشخصات وپژه و اندازه گیری پارامترها در شرایط میدانی می باشد(تستهای دینامیکی) از پارامترهای اصلی سونار می توان به موارد زیر اشاره کرد: پوشش در زاویه افق
• پوشش در زاویه ارتفاع
• دقت زاویه ای در افق
• برد گیرندگی
• قابلیت رهگیری
• سرعت رهگیری و...
۴-۲- تعریف تست
با توجه به نوع تست (استاتیک یا دینامیک)، سناریو تدوین می شود. هدف از تست ، شناسایی و کشف قابلیت های سونار است. بنابراین طراحی آزمون باید بگونه ای باشد که با تحلیل نتایج ، در نهایت بتوان بر پارامترهای طراحی شده و ادعایی سامانه، صحه گذاری نمود. تستهای دینامیک را می توان با این آزمونها تجربه نمود:
۱- مانور دایره ای هدف حول حامل سونار جهت کشف
پوشش زاویه ای
۲- دور شدن هدف از حامل سونار جهت استخراج برد گیرندگی
