Кіріспе
Теңіз түбін карталау құралы
Жандық сканерлеу сонары (кейде жақтан сканерлеу сонары, жақтан сканерлеу сонары, жақтан бейнелеу сонары, жақтан бейнелеу сонары және түбін жіктеу сонары деп те аталады) – теңіз түбінің үлкен аумақтарын тиімді түрде бейнелеуге арналған сонар жүйесінің бір түрі.
Қолданылуы
Жақтан сканерлеу сонары теңіз түбінің кең аумақтарын жылдам бейнелеу үшін қолданылады. Оның қолданылу салаларына теңіз археологиясы, кемелердің қазасын іздеу, іздеу-құтқару (SAR) жұмыстары және қоршаған ортаны мониторингтеу кіреді. Теңіз түбінің сынамаларымен бірге қолданылғанда, ол теңіз төселінің материалдық және текстуралық ерекшеліктерін түсінуге көмектеседі. Жақтан сканерлеу сонарының түсірілімдері мұнай және газ өнеркәсібінде кеме қатынасына немесе теңіз төселіндегі құрылыстарға қауіпті әртүрлі қалдықтар мен кедергілерді анықтау үшін де жиі қолданылады. Бұған қоса, жақтан сканерлеу сонары арқылы теңіз төселіндегі құбырлар мен кабельдердің жағдайына бақылау жүргізуге болады. Жақтан сканерлеу деректері көбінесе батиметриялық өлшемдермен және төсенің профилімен бірге жиналады, бұл теңіз төселінің беткі құрылымын көруге мүмкіндік береді. Жақтан сканерлеу сонары балық шаруашылығын зерттеу, дноуглубительные жұмыстар және экологиялық зерттеулер үшін де қолданылады. Оның сонымен қатар, миналарды анықтау сияқты әскери қолданылуы да бар.
Қалай жұмыс істейді
Бүйірлік сканерлеуде су астындағы сенсордың қозғалыс бағытына перпендикуляр кең бұрышпен теңіз түбіне қарай конус немесе желдеткіш пішіндес импульстар жіберетін сонар құрылғысы қолданылады. Оны су бетіндегі кемеден немесе су асты кемесінен сүйреп жүргізуге болады (мұндай құрылғыны "towfish" деп атайды) немесе кеме корпусына орнатуға болады. Осы желдеткіш тәрізді сәуленің теңіз түбінен шағылысқан акустикалық толқындарының қарқындылығы көлденең бағыттағы кесінділер түрінде жазылады. Бұл кесінділерді қозғалыс бағыты бойынша біріктіргенде, сәуленің қамту ені шегінде теңіз түбінің суреті қалыптасады. Бүйірлік сканерлеу сонарында қолданылатын дыбыс жиіліктері әдетте 100-ден 500 кГц-ге дейін ауытқиды; жоғары жиіліктер жақсырақ ажыратымдылықты қамтамасыз етеді, бірақ көлемі кіші болады.
Технология
Ең алғашқы жақты сканерлеу сонары бір конустық сәулелік түрлендіргішті пайдаланды. Содан кейін екі жақты қамту үшін екі түрлендіргішпен жабдықталған құрылғылар жасалды. Түрлендіргіштер бір корпусқа орнатылған бір жиынтықта немесе кеменің екі жағындағы екі жиынтықта орналастырылды. Кейін түрлендіргіштер жақсырақ "сонограмма" немесе сонарлық кескін жасау үшін желпіш тәрізді сәулелерге жетілді. Тераң суда түбіне жақындау үшін жақты сканерлеу түрлендіргіштері "арба балыққа" орналастырылып, буксирлік кабельмен тартылды. 1980 жылдардың ортасына дейін коммерциялық жақты сканерлеу кескіндері қағазға түсірілді. Алғашқы қағазға түсірілген кескіндер қағазды жылдыратын және кескінды күйдіретін құрылғы арқылы жасалды. Кейінірек жасалған құрылғылар кеменің орны мен қозғалысы туралы ақпаратты бір мезгілде қағазға түсіруге мүмкіндік берді. 1980 жылдардың соңында коммерциялық жүйелер жаңа, арзан компьютерлік жүйелерді пайдаланып, сандық сканерлеу түрлендіргіштерін жасады. Бұл түрлендіргіштер әскери жүйелерде қолданылатын аналогтық сканерлеу түрлендіргіштерінің қызметін арзан бағада атқарып, сканерлеу кескіндерін теледидар мен компьютерде көрсетуге және бейне таспаға сақтауға мүмкіндік берді. Қазіргі уақытта деректер компьютерлік қатты дискілерде немесе қатты күйдегі жадта сақталады. Деректер әдетте сұр немесе түрлі түсті кескіндер түрінде көрсетіледі, бұл су асты ортасының визуалды бейнесін ұсынатын жақты сканерлеу сонограммалары деп аталады.
Әскери қолдану
Жақтан сканерлеу сонарын ойлап тапқандардың бірі – неміс ғалымы, доктор Юлиус Хагеман. Ол Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін АҚШ-қа әкелінді және 1947 жылдан 1964 жылы қайтыс болғанға дейін АҚШ Әскери-теңіз күштерінің Миналық қорғаныс зертханасында (Панама қаласы, Флорида штаты) жұмыс істеді. Оның жұмысы АҚШ патенті 4,197,591-де тіркелген, ол алғаш рет 1958 жылдың тамыз айында жарияланды, бірақ 1980 жылы ресми түрде шығарылғанға дейін АҚШ Әскери-теңіз күштерімен құпия сақталды. 1950 жылдары Скриппс океанография институты, Хадсон зертханалары және МИТ-те доктор Гарольд Эджертон жақтан сканерлеу сонарының эксперименталдық жүйелерін жасады. 1950 жылдары Вестингхаус компаниясы әскери жақтан сканерлеу сонарын өндірді. Кейіннен, теңізде жоғалған H бомбаларын табу немесе қаза болған ресейлік суасты қайығын іздеу сияқты арнайы әскери мақсаттар үшін жетілдірілген жүйелер дамытылып, 1990 жылдарға дейін Аннаполистегі Вестингхаус зауытында құрастырылды. Бұл топ сонымен қатар көліктің астына бұрылып қарап, нысандарды іздей алатын бірінші және жалғыз жұмыс істейтін бұрыштық сонарды жасады.
Коммерциялық қолдану
Бірінші коммерциялық жақты сканерлеу жүйесі 1960 жылы пайда болған «Кельвин Хьюз» компаниясының «Транзит сонары» болды – бұл бір каналды, тіреуге орнатылған, жақтаулы сәулелі түрлендіргіші бар, өзгертілген эхолот. 1963 жылы доктор Гарольд Эджертон, Эдвард Керли және Джон Юлес Массачусетс штатының Базардс шығанағында суға батқан «Vineyard Lightship» кемесін табу үшін 12 кГц жиілікті конустық сәулелі жақты сканерлеу сонарын қолданды. 1963-1966 жылдары Мартин Клейн басқарған команда «Эджертон, Гермешаузен және Гриер» (кейіннен E. G. & G., Inc.) компаниясында алғашқы сәтті сүйретілетін, екі каналды коммерциялық жақты сканерлеу сонар жүйесін жасады. Мартин Клейн коммерциялық жақты сканерлеу сонарының «әкесі» деп есептеледі. 1967 жылы Эджертон Клейннің сонарын Александр Маккиге Генри VIII-нің флагманы «Мэри Розаны» табуға көмектесу үшін пайдаланды. Сол жылы Клейн археолог Джордж Бассқа Түркия жағалауында 2000 жылдық кеме табуға көмектесу үшін сонарды қолданды. 1968 жылы Клейн «Klein Associates» (қазіргі KLEIN A MIND Technology Business) компаниясын құрды және алғашқы коммерциялық жоғары жиілікті (500 кГц) жүйелер, алғашқы қос жиілікті жақты сканерлеу сонарлары, сондай-ақ бірінші біріктірілген жақты сканерлеу және тереңдік профильдеу сонарларын жасау сияқты жақсартулар бойынша жұмысын жалғастырды. 1985 жылы «Klein Associates» (қазіргі «Klein Marine Systems, Inc.») компаниясының Чарльз Мазель алғашқы коммерциялық жақты сканерлеу сонары оқу видеоларын және жақты сканерлеу сонары оқу нұсқаулығын шығарды, ал екі океанограф «RMS Титаник» кемесінің құлауын тапты. Үлкен аумақтарды зерттеу үшін «GLORIA» жақты сканерлеу сонары «Marconi Underwater Systems» және NERC үшін «Океанографиялық ғылымдар институты» (IOS) тарапынан әзірленді. «GLORIA» – геологиялық ұзақ қашықтықтың көлденең бағытталған сонары. Оны АҚШ Геологиялық қызметі және Ұлыбританияның IOS дүниежүзілік континенттік шельфтердің суреттерін алу үшін пайдаланды. Ол ұзақ қашықтықты алу үшін салыстырмалы түрде төмен жиіліктерде жұмыс істеді. Көптеген жақты сканерлеу сонарлары сияқты, «GLORIA» құралы кеменің артынан сүйретіледі. «GLORIA» минутына екі импульс жібереді және сонарлық «балықтың» екі жағынан 22 км қашықтықтағы сигналдарды анықтайды.