سونار چیست؟
سونار (Sonar) چیست؟ سونار (Sonar) مخفف Sound Navigation and Ranging به معنای مسیریابی صوتی و محدوده‌ای است. سونار یک تکنیک است که در آن مسیریابی توسط انتشار امواج صوتی انجام می‌شود و امروزه این تکنیک در زیردریایی‌ها برای مسیریابی استفاده می‌شود. انسان‌ها در اقیانوس‌ها و دریاها امکان مسیریابی توسط نور و یا روش‌های دیگر را ندارند و به همین دلیل مسیریابی در زیر آب تنها توسط امواج صوتی امکان پذیر است. همچنین از سونار برای اهداف دیگر مانند برقراری ارتباط، اکتشافات و نقشه برداری زیر آب استفاده می‌شود. برای مثال با استفاده از سونار می‌توان اشیاء، کشتی‌ها، کوه‌های یخ و دیگر اجسام را تشخیص داد. نحوه عملکرد این سیستم به این صورت است که امواج صوتی تولید می‌شوند و به جسم برخورد کرده و سپس منعکس شده و بر می‌گردند و در آخر با اندازه‌گیری پارامترهای این امواج موقعیت آن جسم مشخص می‌شود. سونار نه تنها برای ردیابی زیردریایی‌ها مفید است، بلکه گروه‌های نجات از آن برای مشخص کردن محل غرق شدن کشتی‌ها یا نقشه‌برداری در دریا استفاده می‌کنند.
تاریخچه SONAR
اگرچه بعضی از حیوانات مانند دلفین‌ها، خفاش‌ها و بعضی حیوانات دیگر میلیون‌ها سال است که از صدا برای ارتباط و تشخیص اشیاء استفاده می‌کنند، اما اولین استفاده انسان از سونار توسط لئوناردو داوینچی در سال 1490 توسعه داده شد. در اوایل سال 1822، دانیل کولودن از یک زنگ در زیر آب برای محاسبه سرعت صدا زیر آب در دریاچه ژنو، کشور سوئیس استفاده کرد. این تحقیقات باعث اختراع دستگاه‌های سونار اختصاصی توسط مخترعان دیگر شد. لوئیس نیکسون اولین دستگاه شنود نوع سونار را در سال 1906 به عنوان راهی برای تشخیص کوه‌های یخ اختراع کرد. علاقه به سونار در طول جنگ جهانی اول، زمانی که نیاز به شناسایی زیردریایی‌ها بود افزایش یافت. در سال 1915، پل لانگوین اولین دستگاه سونار را برای تشخیص زیردریایی‌ها اختراع کرد. اولین دستگاه‌های سونار دستگاه‌های شنود غیرفعال بودند، یعنی از این دستگاه‌ها هیچ سیگنالی ارسال نمی‌شد. تا سال 1918 بریتانیا و ایالات متحده سونارهای فعال را ساختند، در سونار فعال سیگنال‌ها هم ارسال می‌شوند و هم برمی‌گردند. در سیستم‌های ارتباط صوتی سونار، پروژکتور موج صوتی و گیرنده در دو طرف مسیر سیگنال وجود دارد. این اختراع مبدل صوتی و پروژکتورهای آکوستیک کارآمد بود و باعث پیشرفت انواع مختلف سونار شد.
نحوه کار SONAR
ایده سونار الهام گرفته از طبیعت است. دلفین‌ها و نهنگ‌های زیر دریا با استفاده از همین تکنیک طعمه خود را می‌گیرند. آنها یک نوع صدای منحصر به فرد تولید می‌کنند و هنگامی که این صدا به یک جسم برخورد می‌کند و منعکس می‌شود، می‌توانند مکان آن جسم را ردیابی و شناسایی کنند. یک دستگاه سونار پالس‌های امواج صوتی را از طریق آب به پایین می‌فرستد. هنگامی که این پالس‌ها به اجسامی مانند ماهی، پوشش گیاهی یا کف‌دریا برخورد می‌کنند، دوباره به سطح آب منعکس می‌شوند. دستگاه سونار مدت زمانی را که طول می‌کشد تا موج صوتی به سمت کف آب حرکت و به یک جسم برخورد کند و به سمت بالا برگردد را اندازه‌گیری می‌کند. یک سونار این اجسام را با انتشار امواج اولتراسونیک در دریا و تشخیص پژواک‌های برگشته شده تشخیص می‌دهد. سونار می‌تواند توزیع، تراکم و حرکت یک دسته ماهی را در زاویه 360 درجه یا 180 درجه در همه جهت تشخیص و نمایش دهد.
انواع SONAR
سونارها بر دو نوع فعال (Active) و غیرفعال (Passive) هستند که در ادامه با ویژگی‌های هر یک از آنها آشنا می‌شویم.
سونار فعال (Active)
سونار فعال شامل یک پروژکتور صدا، فرستنده و یک گیرنده است. سونار فعال صدا را پخش می‌کند و منتظر برگشت آن صدا می‌شود. این صدای پخش شده توسط مبدل‌ها و تقویت کننده‌های الکتریکی تولید می‌شود و سپس صدای منعکس شده بعد از برخورد دوباره توسط مبدل دریافت می‌شود.
ویژگی‌های سونار فعال (Active)
- از فرستنده و گیرنده تشکیل شده است.
- امواج صوتی را به سمت جسم منتقل می‌کند و امواج منعکس شده را دریافت می‌کند.
- صدای سونار فعال به صورت پالس منتشر می‌شود و پس از ارسال پالس به اکو گوش می‌دهد.
- امواج منعکس شده برای تشخیص جسم و اندازه گیری فاصله آن استفاده می‌شود.
- امواج صوتی سونار فعال که در دریا منتقل می‌شود، برای زندگی موجودات دریایی مضر است.
- امکان تشخیص شناورهایی را دارد که بی‌صدا هستند و تشخیص آنها توسط سونار غیرفعال دشوار است.
- می‌تواند پستانداران دریایی را در محیط‌های کشتیرانی و مناطقی با فشار صوتی بالا شناسایی کند.
سونار غیرفعال (Passive)
سونارهای غیرفعال فقط قادر به تشخیص نویز می‌باشند و به آنها سونار شنود نیز گفته می‌شود. سونارهای غیرفعال به دلیل اینکه قادر به انتقال پالس‌های خود نیستند فقط سیگنال‌ها را از قایق‌ها، کشتی‌ها، زیردریایی‌ها، دلفین‌ها و نهنگ‌ها دریافت می‌کنند. این سونارها برای مأموریت‌های نظامی و دریایی استفاده می‌شوند.
ویژگی‌های سونار غیرفعال(Passive)
- فقط از یک گیرنده سیگنال تشکیل شده است.
- امواج صوتی را ارسال نمی‌کند، اما امواج صوتی منتشر شده از حیوانات دریایی را که برای ارتباط استفاده می‌شود را دریافت می‌کند. سونار غیرفعال برای تشخیص صدای موتورها، پروانه‌ها و حیوانات استفاده می‌شود.
- از پایگاه داده صوتی بزرگی نگهداری می‌کند.
- سیگنال‌ها را طبقه‌بندی می‌کند و از این پایگاه داده برای شناسایی کشتی‌ها استفاده می‌کند.
- با توجه به اینکه سونار‌غیر‌فعال امواج ارسال نمی‌کند، در مقایسه با نوع سونار فعال برای حیوانات دریایی بی‌خطر است.
برنامه‌های کاربردی:
سونار برای بررسی قطعات زیر آب که برای غواصان غیرقابل دسترسی هستند استفاده می‌شود و آن را می‌توان برای هدف‌های مختلف به کار برد. روش‌های استفاده از سونار در زندگی روزمره به دو بخش نظامی و علمی تقسیم می‌شود.
سونار در برنامه‌های نظامی
در حال حاضر یکی از بیشترین کاربردهای این سیستم برای اهداف نظامی می‌باشد. امروزه از سونار برای شناسایی، ردیابی و هدف قرار دادن زیردریایی‌ها استفاده می‌شود. نیروی دریایی از سونار با فرکانس پایین برای شناسایی زیردریایی‌ها استفاده می‌کند.
برنامه نظارت بر سونار دریایی (MSS)
MSS یک سیستم در نیروی دریایی ایالات متحده است که برای محافظت از کشتی‌ها در برابر زیردریایی‌های دشمن طراحی شده است. این سیستم از هیدروفون‌های زیر آب برای شناسایی و ردیابی زیردریایی‌ها در آب‌های ساحلی استفاده می‌کند.
سیستم شناسایی و ردیابی (LRIT)
سیستم LRIT می‌تواند موقعیت، مسیر، سرعت و وضعیت شناورهای تجاری بزرگ را ردیابی کند و این توافقی است که بین کشورهای تحت سازمان بین المللی دریانوردی (IMO) برای دادن اطلاعات در زمان واقعی به ایستگاه‌های ساحلی برای نظارت بر کشتی‌های مجاور بسته شده است.
کاربردهای علمی سونار
باستان‌شناسی زیر آب
سونار با استفاده از نقشه‌برداری و اندازه‌گیری عمق‌آب، برای باستان شناسان مفید است و استفاده از آن می‌تواند به ثبت و نقشه‌برداری دقیق کمک کند و مکان های جدیدی را که ممکن بود پنهان بمانند کشف کند. باستان شناسانی که روی کشتی‌های غرق شده مطالعه می‌کنند، این روش را یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها می‌دانند، زیرا توانایی تشخیص اشیایی را دارد که غواصان به آن دسترسی ندارند.
تشخیص شیب‌های حرارتی (Thermoclines)
سونار به دانشمندان کمک می‌کند تا شیب‌های حرارتی زیر آب را شناسایی کنند. ترموکلین ها لایه‌هایی از آب با خواص مختلف هستند که می‌توانند بر اساس عمق متفاوت باشند. این لایه‌ها در قسمت‌های کم‌عمق اقیانوس، زمانی که نور خورشید از آن نفوذ می‌کند، قابل مشاهده است. لایه‌های مختلف آب می‌تواند با سرعت‌های مختلف حرکت کنند. به این صورت امواج صوتی بسته به اینکه در کدام لایه قرار دارند، با سرعت های متفاوت از اقیانوس عبور می‌کنند.
ردیابی ماهی
فرستنده‌های اقیانوسی برای ردیابی ماهیها و دیگر موجودات دریایی استفاده می‌شوند. این فرستنده‌ها می‌توانند سیگنال را تا 200 کیلومتر دورتر از حیوان بفرستند تا دانشمندان بتوانند محل قرارگیری حیوان را شناسایی کنند. دانشمندان از این اطلاعات برای نظارت بر مهاجرت گونه‌های خاص و همچنین تعداد ماهیها در یک منطقه استفاده می‌کنند. آنها همچنین می‌توانند از این اطلاعات برای کشف بهترین روش برای محافظت از این گونه‌ها در برابر صید بی‌رویه استفاده کنند.
نظارت بر جمعیت ماهیها
مزرعه‌های پرورش ماهی از سونار برای نظارت بر جمعیت ماهیها در تورهای زیر آب استفاده می‌کنند. این سیستم اغلب برای نظارت بر سلامت حیوانات و محافظت در برابر شکارچیان استفاده می‌شود.
بررسی محیط‌های زیر آب
سونار اقیانوس شناسی نوعی سونار است که برای بررسی محیط‌های زیر آب مانند اقیانوس‌ها و دریاها طراحی شده است و دانشمندان برای نقشه برداری از کف اقیانوس از آن استفاده می‌کنند و همچنین می‌تواند برای اهداف دیگری مانند یافتن دسته‌های ماهی یا اشیاء خطرناک زیر آب استفاده شود و بسیاری از موارد که سونار در آنها کاربرد مهمی دارد.
کلام آخر
سونار یک فناوری بسیار پیشرفته است که می‌تواند در کاربردهای دریایی مانند ماهیگیری و کشتیرانی استفاده شود و همچنین به طور گسترده برای اهداف علمی و نظامی مورد استفاده قرار گرفته است و انواع مختلفی از سیستم‌های سونار وجود دارد که با توجه به مکان و هدف مورد استفاده متفاوت است.
منابع:
