بخشی از مقاله
چکیده
سونارهاي دو یا چند جزئی یکی از انواع سونارهایی ست که در کاربردهاي مراقبتی و کشف و رهگیري مورد استفاده قرار میگیرد. این سونارها، تحقیات گستردهاي را در حوزه اکوستیک زیرآب به خود اختصاص دادهاند. در این مقاله، ضمن معرفی کلیات این دسته از سونارها، به پیشینه فعالیتهاي تحقیقاتی مرتبط با این دسته از سونارها پرداخته میشود. در مقاله حاضر، ضمن بررسی معادلات حاکم بر سونار دوجزئی، نحوه محاسبه سمت و برد هدف و تحلیل اینگونه از سامانهها ارائه میشود. مقایسه با سونارهاي مرسوم، روشهاي مورد استفاده در سونارهاي دوجزئی و معرفی کاربردهاي آنها، از دیگر مطالب بررسی شده در این مقاله میباشد.
-1 مقدمه
با توجه به توسعه فناوري کاهش نویز، زیردریاییها کمنویزتر و ساکتتر شدهاند. در نتیجه، صوت منتشره از بدنه و حرکتی آنها کاهش یافته و کشف این شناورها توسط سونارهاي پسیو مشکلتر و سختتر شده است. به ویژه براي وقتی که زیردریایی ثابت بماند، سونار پسیو کاملا بیفایده میشود. اما سونارهاي دو-چند جزئی - multi- static/bi-static sonar - روشی توانمند براي جبران این نقصان میباشد.
سونارهاي چندجزئی یا چند ایستگاهی، شامل چندین بخش تشکیل شده از فرستنده و گیرنده آکوستیکی میباشد که در مکانهاي مختلف قرار گرفتهاند. فرستنده، امواج صوتی را در محیط منتشر میکند و گیرنده نیز مانند یک سونار پسیو امواج بازگشتی از برخورد امواج ارسالی با اهداف مختلف را دریافت میکند. به دلیل اینکه گیرندهها در مد سکوت هستند عملا مکانیابی آنها و عملیات مقابله با آنها ناممکن خواهد بود.
آشکارسازي و مکانیابی در سونارهاي چند جزئی شامل چند بخش سونار تک جزئی، سونار دو جزئی و سونار چند جزئی میباشد. سونار تک جزئی شامل فرستنده و گیرنده صوتی میباشد که در یک نقطه و بر روي یک سکو قرار دارند. سونار دو جزئی شامل یک فرستنده و یک گیرنده است که بر روي دو سکو و در دو مکان مختلف قرار گرفتهاند. سونار چند جزئی شامل یک فرستنده و چند گیرنده میباشد که بر روي سکوهاي مختلف قرار دارند.
موسسات تحقیقاتی مختلفی در دنیا بر روي حوزه سونار چند جزئی فعالیت دارند. - Guang 2012 - در امریکا، از دهه 1950 تا دهه 1990، برخی از موسسات و مراکز تحقیقاتی مرتبط با نیروي دریایی شامل برخی از شرکتها، بر بر یو سونار چند جزئی تحقیق داشتهاند و نتایجی نیز به دست آوردهاند. از سال 1990 تا اواخر 1990، مراکز تحقیقات دریایی کشورهاي دیگر در دنیا نیز کارهاي مشابهی را شروع کردند.
کشورهاي عضو ناتو تحقیقات گسترده تئوري و تجربی در زمینه کشف در سونار ساکن، بازگشت از کف اقیانوس، طنین از سطح، ویژگیهاي جهت بازگشت از جلو براي سونار دو جزئی و دیگر فعالیتهاي مرتبط انجام دادند که در - Guang 2012 - و مراجع مورد استناد آن آمده است. در سالهاي اخیر نیز، این تحقیقات در کشورهاي امریکا، فرانسه، انگلستان، سوئد، استرالیا، ایتالیا، کره و چین انجام گرفته و تاکنون ادامه دارد.
-2 معادله سونار دو جزئی
ساختار سونار چند جزئی، بوسیله سه جزء منبع - فرستنده - ، هدف و گیرنده مشخص میشود. معادله سونار چند ایستگاهی مطابق با رابطه - 1 - میباشد - : - Elminowicz 2006 که در آن، SE، افزودگی سیگنال، ESL تراز منبع انرژي، ESL = SL+10 log 10T که در آن، T بازه زمانی پالس ارسالی، TL1 تلفات انتشاري از منبع تا هدف، TL2 تلفات انتشاري از هدف تا گیرنده، NL تراز طیف نویز، AGN بهره آرایه در مقابل نویز، TS شدت هدف، DL میزان آستانه براي آشکارسازي، L پارامتر تلفات براي در نظر گرفتن تلفات زمان و سیستم، RL تراز طیف طنین، ⊕ جمع توانی میباشد.
در شکل - 1 - ، مدول Rx انتشار مسیر مستقیم را بعد از t0 = R/c و مسیر سیگنال بازگشتی را در زمان t0 تا tmax دریافت خواهد کرد. tmax = 2R/c حداکثر تاخیر دریافتی از اکوهاییست که از اهداف موجود در محدوده آشکارسازي خواهد بود. مکان هدف نسبت به مکان Rx، به کمک R2 و زاویه سمتβ تعیین می- شود. زاویه سمتβ به کمک مکان گیرنده و روشهاي شکلدهی پرتو قابل تخمین خواهد بود. R2 نیز به کمک رابطه زیر محاسبه خواهد شد : - Elminowicz 2006 - که در آن c سرعت صوت، t = t1 + t2 − t0 تفاوت تاخیر انتقال مابین اکوي هدف و مسیر مستقیم سیگنال از منبع میباشد.
-3 روشهاي مورد استفاده در سونارهاي دوجزئی
در سونارهاي دو یا چند جزئی، روشهاي مختلف پایه و کلیدي وجود دارد. روشهاي مبتنی بر بلوکهاي مانند تخمین زاویه ورود - AOA - و تخمین زمان ورود - TOA - ، اختلاف فاز و تحلیل مدلسازي بر پایه نرمال مد مدنظر قرار گرفته است. این تکنیکها براي کشف، مکانیابی و ردیابی اهداف مورد استفاده میشود. سونارهاي تک جزئی و دو/چندجزئی تفاوتهایی در برخی از پارامترها دارند. میزان تلفات انتشاري - - TL، میزان کاهش میزان شدت صوت در پیمایش طول مسیر میباشد و شامل پخش کروي، استوانهاي و تلفات جذب است که به طول مسیر و فرکانس موج وابسته خواهد بود. در سونار تک جزئی مسیر رفت و برگشت یکی است اما در سونار دو جزئی، مسیر رفت از فرستنده تا هدف میباشد که با مسیر برگشت از هدف تا گیرنده تفاوت خواهد داشت. از سوي دیگر، ناحیه راکد - مرده - براي محدوده سونار اکتیو براساس طول پالس ارسالی تعیین میشود.
