بخشی از مقاله
چکیده
ارتباط بیسیم از گذشته مورداستفاده قرار میگرفته است.ارتباط بیسیم زیردریا یکی از چالشهای دانشمندان و مهندسان بوده و هست. از سه روش ارتباط در زیردریا که شامل امواج صوتی و نور و امواج الکترومغناطیسی میشوند ما در این مقاله روش امواج صوتی را بررسی مینماییم و سپس نویزهای موجود در زیرآب دریا وجود دارد و منابع آن را بررسی مینماییم.
در ادامه عوامل تأثیرگذار بر این روش را موردبررسی قرار داده و مزایا و معایب آن را نشان میدهیم.محیط در نظر گرفته نیز سواحل مکران و سواحل دریای خزر هست . با استفاده از دستگاه سی تی دی ما تأثیر دمای آب ، شوری و عمق آب را موردبررسی قرار داده و هرکدام از این پارامترها را نشان میدهیم. به در نمودارهای مربوطه مشخص میشود در فصل زمستان کمترین تغییرات آب و هوایی در دریا حاکم هست.
-1 مقدمه
از گذشته روشهای زیادی برای ارتباط از راه دور استفاده میشده است. ارتباط بیسیم زیردریا یکی از چالشهای ارتباط بیسیم است. یکی از روشهای ارتباطی بیسیم استفاده از امواج صوتی است. در این مقاله موانع و عوامل تأثیرگذار بر امواج صوتی در آب موردبررسی قرارگرفته شده است.آب دریا محیطی ناهمگن است و دما، شوری و هدایت الکتریکی در اعماق مختلف آن تغییر میکند. همچنین این متغیرها در شرایط متفاوت و مناطق مختلف مانند نزدیکی به رودخانهها، میزان بارش جوی، نزدیکی به جریانهای دریایی و عرض جغرافیایی تغییرات قابلتوجهی دارند. این تغییرات باعث ایجاد پیچیدگی در مطالعه انتشار صوت در دریا میگردند.
-2 کانالهای صوتی
انتشار صوت در آب در فواصل طولانی و برد زیاد، زمانی ممکن است که در آب کانالهای صوتی به وجود آید. وقتی موج صوتی در یک کانال صوتی حرکت مینماید، انتشار امواج در جهات دیگر محدودشده و انتشار آن تنها در کانال صوتی ادامه مییابد. کانالهای صوتی در آب، در لایههای مخلوط، آبهای کمعمق و عمیق تشکیل میشوند.
در کانال صوتی موجود در لایههای مخلوط، با افزایش عمق و به دنبال آن با افزایش فشار، سرعت صوت افزایش مییابد. در اثر انکسار امواج صوتی به سمت بالا، انعکاسهای متعددی با سطح آب به وجود میآید که موجب محبوس شدن امواج در این لایه و طی نمودن مسیر طولانی بهصورت کمانهای دایره میگردد.
تشکیل کانالهای صوتی در آبهای عمیق، درنتیجه واکنش خصوصیاتی است که در اثر تغییرات سرعت در عمق به وجود میآید. به دلیل تلفات ناچیز انرژی در سطح و کف دریا، امواج صوتی مسافت بسیار زیادی را در طول کانال میتوانند طی کنند. در شرایطی که منبع صوتی در عمقی که سرعت آن حداقل است، قرار گیرد، کانال در شرایط ایدئال خود خواهد بود.
1-2 نویز
اقیانوس مملو از انواع صدا است. صدا در زیرآب توسط انواع منابع طبیعی، مانند شکستن امواج، باران و زیست جانوران دریایی تولید میشود. همچنین صداهایی با انواع منابع تولیدات انسانی نظیر کشتیها و سونارهای نظامی نیز در دریاها پراکنده است. برخی از صداها کموبیش همواره در همه جای اقیانوس وجود دارند. این صدای پسزمینه در اقیانوس نویز محیط نامیده میشود. منابع اولیه نویز را میتوان با توجه به فرکانس اصوات دریافتی طبقهبندی نمود.
پستانداران دریایی در محدوده 20-17 هرتز با سطح صدای تولیدی 25-20 دسیبل صدا تولید میکنند. در محدوده فرکانس 500-20 هرتز نویز محیط در درجه اول به صدای تولیدشده حملونقل دریایی توسط کشتیها حتی از فاصلههای دوردست را شامل میشود. نویز در مناطقی که از شناورهای سنگینتر استفاده میگردد، بیشتر است. میزان نویز در مناطق بزرگتر با ترافیک حملونقل سنگین بیشتر خواهد بود که میتوان با فیلتر کردن، اصوات مربوط به شناورهای خاص و کوچکتر را شناسایی کرد.
در محدوده فرکانس از 100000-500 هرتز نویز محیط بیشتر به دلیل پودر شدن و حباب ناشی از شکستن امواج همراه است. این نویز با افزایش سرعت باد در فرکانسهای میانی تا 30 دسیبل نیز میتواند افزایش یابد. بارانهای شدید همراه توفان سطح این نویز را تا 35 دسیبل نیز افزایش میدهد.
در فرکانسهای بالاتر از حدود 100000 هرتز، نویز تولیدشده توسط حرکت تصادفی مولکولهای آب که به نویز حرارتی معروف است، حکمفرماست. این مجموعه نویز حداقل حد نهایی سطح صدا است که میتوان اندازهگیری کرد. صداهای پسزمینه در اقیانوس را میتوان در یک نمودار که سطوح صدا را در فرکانسهای مختلف نشان میدهد، خلاصه کرد. سطح صوت در این نمودار با دسیبل بیان میگردد با این توضیح که یک دسیبل مبین یک میکرو پاسکال در پهنای باند فرکانسی یک هرتز است که با Pa/Hz نمایش داده میشود. در سال 1962 نویزهای موجود در اقیانوس توسط ونز اندازهگیری و در یک نمودار که به آن نمودار ونز میگویند، دستهبندی گردید. نمودار ونز در شکل - 1-3 - آورده شده است.
انتشار نویز در آب از تجهیزات آبی نظیر کشتیها و زیردریاییها به وجود میآید کهاصطلاحاً به منابع صدا معروفاند. این نویزها به سه دسته اصلی نویز ماشینآلات، نویز پروانه و نویز هیدرودینامیکی تقسیمبندی میشوند. در بخشهای بعدی در مورد هرکدام از این نویزها توضیح داده و آنها را موردبررسی قرار میدهیم. همچنین نمودارهای مربوطه آورده شده است. شکل - 1-3 - نمودار ونز و گستره تغییرات انواع منابع صدا در دریا را نشان میدهد.
شکل : - 1-2 - نمودار ونز
2-2 نویز ماشینآلات
نویز ماشینآلات ناشی از دستگاههای مکانیکی داخل واحد شناور هست که به آب منتقل میگردد. این نویز شامل دودسته اساسی است. دسته اول ناشی از ماشینآلات محرکه اصلی شناور مانند موتورهای دیزل، موتورهای اصلی و سیستم گیربکس بوده که بهصورت یک طیف پیوسته با باند پهن را شامل میشود و دسته دوم ناشی از ماشین آلات فرعی شامل ژنراتورها، پمپها و سیستم تهویه است. طیف فرکانسی این دسته از نویز بهصورت یک طیف باند نازک است. در شکل - 2-2 - الف و ب، طیف ناشی از نویز ماشینآلات نشان دادهشده است.
