سونار المصفوفة المقطورة

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
جهاز السونار DUBV 43C المقطور التابع لشركة La Motte-Picquet (D 645)

نظام السونار المصفوفي المقطور هو نظام من الميكروفونات المائية يُجرّ خلف غواصة أو سفينة سطحية بواسطة كابل. [ 1 ] يُبقي جرّ الميكروفونات المائية خلف السفينة، بواسطة كابل قد يصل طوله إلى كيلومترات، مستشعرات النظام بعيدًا عن مصادر الضوضاء الخاصة بالسفينة، مما يُحسّن بشكل كبير نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، وبالتالي فعالية اكتشاف وتتبع الاتصالات الخافتة، مثل التهديدات الغواصات الهادئة ذات الضوضاء المنخفضة، أو الإشارات الزلزالية. [ 2 ]

توفر المصفوفة المقطورة دقةً ومدىً فائقين مقارنةً بالسونار المثبت على هيكل السفينة. كما أنها تغطي الحواجز ، وهي المنطقة العمياء للسونار المثبت على هيكل السفينة. مع ذلك، فإن الاستخدام الفعال للنظام يحد من سرعة السفينة، ويجب توخي الحذر لحماية الكابل من التلف.

تاريخ

خلال الحرب العالمية الأولى، طوّر هارفي هايز، وهو فيزيائي في البحرية الأمريكية، مصفوفة سونار مجرورة تُعرف باسم "الثعبان الكهربائي". يُعتقد أن هذا النظام هو أول تصميم لمصفوفة سونار مجرورة. وقد استخدم كابلين، كل منهما مزود باثني عشر ميكروفونًا مائيًا. توقف المشروع بعد الحرب. [ 2 ]

استأنفت البحرية الأمريكية تطوير تقنية المصفوفات المقطورة خلال الستينيات رداً على تطوير الاتحاد السوفيتي للغواصات التي تعمل بالطاقة النووية. [ 2 ]

الاستخدام الحالي

في السفن السطحية، تُخزَّن كابلات المصفوفات المقطورة عادةً في بكرات، ثم تُسحب خلف السفينة عند استخدامها. أما غواصات البحرية الأمريكية، فتُخزِّن عادةً المصفوفات المقطورة داخل أنبوب خارجي مُثبَّت على طول هيكل السفينة، مع فتحة في الجانب الأيمن الخلفي. [ 2 ] كما توجد معدات في خزان التوازن (منطقة الغمر الحر)، بينما توجد الخزانة المُستخدمة لتشغيل النظام داخل الغواصة. [ 3 ]

تُوضع الميكروفونات المائية في نظام المصفوفة المقطورة على مسافات محددة على طول الكابل، بحيث تكون العناصر الطرفية متباعدة بما يكفي لتوفير إمكانية تحديد موقع مصدر الصوت بدقة. وبالمثل، تُوجّه عناصر مختلفة لأعلى أو لأسفل [ 4 ] مما يُتيح تحديد العمق الرأسي التقريبي للهدف. وبدلاً من ذلك، تُستخدم ثلاث مصفوفات أو أكثر للمساعدة في تحديد العمق.

لا تُستخدم عادةً أجهزة الاستماع تحت الماء (الهيدروفون) في أول مئات الأمتار من مروحة السفينة ، لأن فعاليتها تتضاءل بسبب الضوضاء ( التجويف وضوضاء تدفق الهيكل)، والاهتزازات، والاضطرابات الناتجة عن الدفع ، مما يُكرر نفس مشاكل المصفوفات المثبتة على السفينة. تعتمد أنظمة الاستشعار المسحية المقطورة المستخدمة في السفن السطحية على مصفوفة سونار مثبتة على كابل، يسحب مركبة يتم التحكم فيها عن بُعد (ROV) قابلة لضبط العمق. قد يمتد كابل آخر مُثقّل من موصل المركبة، مما يُساعد على إنزال المصفوفة المقطورة إلى عمق أكبر. تحتوي أجهزة الاستشعار الزلزالية الطويلة على أذرع وسيطة على طولها، تُستخدم لضبط عمق المصفوفة في الوقت الفعلي.

يُتيح تغيير عمق المركبة الموجهة عن بُعد نشر مصفوفة مسح ضوئية في طبقات حرارية مختلفة ، مما يُوفر لسفينة حرب مضادة للغواصات رؤيةً فوق الطبقة وتحتها. يُعوض هذا عن اختلافات الكثافة ودرجة الحرارة، التي تنقل الصوت فوق الطبقة الحرارية أو تحتها عن طريق الانعكاس. وبإنزال "ذيل" المصفوفة تحت الطبقة، يُمكن لمنصة الحرب المضادة للغواصات السطحية اكتشاف هدف هادئ مغمور يختبئ في المياه الباردة تحت طبقة علوية دافئة بشكل أفضل. وبالمثل، يُمكن للغواصة مراقبة السفن الحربية السطحية عن طريق رفع ذيل مصفوفتها فوق طبقة حرارية أثناء التخفي تحتها.

عندما لا يتم نشرها، يتم تخزين مجموعة أكولا المقطورة في حاوية على شكل دمعة مثبتة أعلى الزعنفة الرأسية.

يمكن استخدام الميكروفونات المائية في المصفوفة للكشف عن مصادر الصوت، لكن قيمتها الحقيقية تكمن في إمكانية استخدام تقنية معالجة الإشارات ، كتقنية تشكيل الحزمة وتحليل فورييه، ليس فقط لحساب المسافة واتجاه مصدر الصوت، بل أيضاً لتحديد نوع السفينة من خلال البصمة الصوتية المميزة لضوضاء آلاتها. يتطلب ذلك معرفة المواقع النسبية للميكروفونات المائية، وهو أمر لا يتسنى عادةً إلا عندما يكون الكابل في خط مستقيم (مستقر)، أو عند استخدام نظام استشعار ذاتي (انظر مقاييس الإجهاد ) أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو غيرها من الطرق المدمجة في الكابل، والتي تُبلغ عن الموقع النسبي لعناصر الميكروفونات المائية، لمراقبة شكل المصفوفة وتصحيح انحنائها.

على سبيل المثال، تدّعي شركة تاليس لأنظمة الغواصات أن جهاز CAPTAS-2 (سونار سلبي ونشط) مدى كشف يصل إلى 60 كيلومترًا ويزن 16 طنًا. [ 5 ] أما جهاز CAPTAS-4 الأثقل وزنًا فيزن ما بين 20 و34 طنًا ويدّعي مدى كشف يصل إلى 150 كيلومترًا. [ 6 ] [ 7 ]

الاستخدام في الجيوفيزياء

تُستخدم أنظمة المصفوفات المقطورة أيضًا في صناعة النفط والغاز للاستكشاف الزلزالي للتكوينات الجيولوجية تحت قاع البحر. [ 8 ] تتشابه هذه الأنظمة في مفهومها مع الأنظمة البحرية، ولكنها عادةً ما تكون أطول وتحتوي على عدد أكبر من الكابلات في المصفوفة الواحدة (6 كابلات أو أكثر في بعض الحالات). تبلغ المسافة النموذجية بين الميكروفونات المائية على طول كل كابل حوالي مترين، وقد يصل  طول كل كابل إلى 10 كيلومترات. في بعض الأحيان، تُرفع الكابلات على ارتفاعات مختلفة، لتكوين ما يُسمى بالمصفوفة ثلاثية الأبعاد.

القيود

يتطلب الاستخدام الفعال لنظام المصفوفة المقطورة أن تحافظ السفينة على مسار مستقيم ومستوٍ خلال فترة أخذ عينات البيانات. فالمناورة، أو تغيير المسار، يُخلّ بالتوازن ويُعقّد تحليل تدفق البيانات المأخوذة. وتُختبر فترات عدم الاستقرار هذه بدقة خلال التجارب البحرية، وهي معروفة لدى ضباط الطاقم وخبراء السونار من المجندين. تُعوّض الأنظمة الحديثة هذا الخلل من خلال القياس الذاتي المستمر للمواقع النسبية للمصفوفة، عنصرًا تلو الآخر، وإرسال بيانات يمكن تصحيحها تلقائيًا بواسطة الحواسيب لمراعاة الانحناءات كجزء من معالجة حسابات تشكيل الحزمة.

يجب على السفينة أيضًا الحد من سرعتها القصوى الإجمالية أثناء نشر مصفوفة مسح ضوئية مجرورة. تزداد مقاومة الماء كدالة تربيعية للسرعة، وقد تؤدي إلى تمزق الكابل أو تلف معدات التثبيت. علاوة على ذلك، قد يلزم تحديد سرعة دنيا بناءً على طفو المصفوفة المسحية (تُزود المصفوفات العسكرية بأوزان لتغرق، بينما يُفترض أن تكون المصفوفات الجيوفيزيائية متعادلة الطفو على عمق حوالي 10 أمتار). قد تتضرر المصفوفة أيضًا نتيجة ملامستها لقاع البحر أو إذا كانت السفينة تعمل بنظام الدفع العكسي ، أو حتى إذا انحنت بشدة. 

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بيتر تيشافسكي وكاينام توماس وونغ (يناير 2004). "حدود كرامر-راو شبه البايزية القائمة على ميكانيكا الموائع لإيجاد اتجاه المصفوفة المقطورة المشوهة" (ملف PDF) . معاملات IEEE في معالجة الإشارات . المجلد  52 (  الطبعة الأولى). ص  36. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 3 مارس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 أكتوبر 2010 .
  2. 1 2 3 4 كارلو كوب (ديسمبر 2009). "تحديد الهوية تحت الماء باستخدام سونار المصفوفة المقطورة" (ملف PDF) . مجلة الدفاع اليوم . الصفحات 32-33 . 
  3. ↑ الشؤون، كتب هذه القصة شيلبي ويست، من قسم العلاقات العامة في مركز مارك. "مهندسو مركز مارك يستضيفون تدريبًا على نظام المناولة المقطورة OA-9070E التابع لمركز نيوبورت للحرب البحرية" . www.navy.mil . مؤرشف من الأصل في 21 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 9 فبراير 2020 .{{cite web}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  4. ↑ توماس فوليجوت، جيوفانا مارتينيلي، بييرو غيريني، ج. مارك ستيفنسون (2008). "سلك صوتي نشط للكشف المتزامن عن عدة متسللين تحت الماء وتحديد مواقعهم". مجلة الجمعية الصوتية الأمريكية . 124 (5): 2852-2860 . Bibcode : 2008ASAJ..124.2852F . doi : 10.1121/1.2977675 . PMID 19045773 . {{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  5. ↑ "CAPTAS-2" (PDF) .
  6. ^ لوكا بيروزي. "كابتاس-4" (PDF) .
  7. ↑ لوكا بيروزي (25 مايو 2022). "أنظمة السونار النشطة المقطورة - صناعة متنامية" .
  8. ↑ تشيهو لي (2012). مواضيع متقدمة في العلوم والتكنولوجيا في الصين: تصميم السونار الرقمي في الصوتيات تحت الماء: المبادئ والتطبيقات . مطبعة جامعة تشجيانغ. ص 524. ISBN  978-7-308-07988-4.