Кіріспе

Акустикалық бағыттау – қозғалатын нысанды бағыттау үшін нысана немесе мақсатты жердің дыбыстық немесе акустикалық сигналдарын пайдаланатын жүйе. Акустикалық бағытталған іздеудің екі түрі бар: пассивті акустикалық бағыттау және белсенді акустикалық бағыттау. Пассивті акустикалық бағыттауды қолданатын нысандар нысанадан шығатын акустикалық сигналдарды анықтауға сенеді. Керісінше, белсенді акустикалық бағыттауды қолданатын нысандар сигнал жіберу үшін сонарды пайдаланады және нысанадан оның қайтарылуын анықтайды. Анықталған сигнал жүйемен нысанға қажетті жауапты анықтау үшін өңделеді. Акустикалық бағыттау басқа навигация және іздеу түрлері тиімсіз болатын жағдайларда пайдалы. Ол көбінесе радио немесе GPS сигналдарын анықтау мүмкін болмайтын ортада, мысалы су астында қолданылады.

Тарих

Навигация мен үйге оралу үшін дыбысты пайдалану идеясы ғасырлар бойы дамып келген, сондықтан акустикалық бағдарламалау концепциясын бір адамға жатқызу мүмкін емес. Кейбір жануарлар тірі қалу үшін дыбысқа негізделген навигацияны әрқашан пайдаланған. Шағалалар мен дельфиндер аңды табу үшін эхолокацияны қолданады. Бұл жануарлар дыбыстық сигналдар шығарып, олардың қайталануын тыңдап, бағыттап, аң аулайды. Адамның су астындағы навигация үшін дыбысты пайдалануының ең алғашқы жазбаға алынған мысалы – сынама жетектерін пайдалану. Теңізшілер салмақты сызықты төмен түсіріп, оның соңына қорғасын салмақ тіркеп қоятын. Олар оның теңіз түбіне тигенде шығаратын дыбысты тыңдап, судың тереңдігі мен теңіз түбінің сипатын анықтай алатын. 18 ғасырда кемелерге тұманды жағдайда навигацияға көмектесу үшін тұман сигналдары ойлап табылды. Бұл сигналдар алысқа дейін таралды және кемелерге маяктар мен басқа да нысандарды анықтауға, сондай-ақ қауіптерден сақтануға көмектесті. 19 ғасырдың басында Чарльз Бэббидж және Сэмюэл Морз сияқты ғалымдар мен өнертапқыштар су асты сигнализация жүйелерін сынап көрді. Бұл тәжірибелер су астындағы нысандармен байланыс үшін қоңыраулар мен басқа да дыбыстық сигналдарды пайдалануды қамтыды. Осылайша, қазіргі заманғы су асты акустикасы мен сонар технологиясының негізі қаланды. 20 ғасырдың басында канадалық өнертапқыш Реджинальд Фессенден көптеген адамдар бірінші практикалық су асты акустикалық байланыс жүйесі деп санайтын құрылғыны жасады. Ол су астынан хабар алмасу үшін дыбыс толқындарын пайдаланды. Екінші дүниежүзілік соғыста АҚШ Әскери-теңіз күштері мен немістер жаудың су асты қайықтарына қарсы акустикалық торпедаларды жасау үшін акустикалық бағдарламалауды қолданды. Алғашқы үлгілерінде су асты қайықтың шуын анықтау және оған бағытталған торпеданы басқару үшін гидрофондар қолданылды. 20 ғасырдың ортасында су асты кемелерге қарсы күрес үшін сонобуйлар жасалды. Сонобуй – бұл су асты дыбыстарын анықтап, ақпаратты жіберушіге қайтаратын ұшақтан тасталған шағын, су бетінде қалқып жүретін құрылғы.

Әдіс

Бір нысанға екі немесе одан көп дыбыстық түрлендіргіш орнатылуы мүмкін, олар динамиктер және микрофондар ретінде жұмыс істейді. Егер түрлендіргіш басқа түрлендіргіштен гөрі күштірек дыбыс қабылдаса, нысан түрлендіргіштің бағытына бұрылады. Егер нысан үш өлшемді кеңістікте маневр жасау керек болса, онда екіден көп түрлендіргіш қажет. Әдетте, үштен көп түрлендіргіш қолданылады, ал 100-ден астам түрлендіргіштерден тұратын массивтер де кездеседі. Көптеген түрлендіргіштер дұрырақ басқаруға мүмкіндік береді.

Белсенді акустикалық бағыттау

Анықтама: Активті акустикалық нысанаға бағыттау – жүйе өзінің акустикалық сигналдарын шығарып, белгіленген нысананы табу және қадағалау үшін кері эхо сигналдарын қабылдайтын бағыттау әдісі. Жүйе дыбыс толқындарын белсенді түрде жібереді және нысанадан келетін эхо сигналдарын қабылдап өңдейді. Сенсорлық әдіс: Активті акустикалық нысанаға бағыттау жүйелері дыбыс шығарушы және қабылдаушы ретінде жұмыс істейтін түрлендіргіштерді немесе гидрофондарды пайдаланады. Түрлендіргіштер/гидрофондар дыбыс толқындарын шығарады, ал түрлендіргіштер/гидрофондардағы сенсорлар нысанадан келетін эхо сигналдарын анықтайды. Артықшылықтары: Активті акустикалық нысанаға бағыттау, нысана активті акустикалық сигналдарға жауап берген кезде нысаналарды анықтау және қадағалауда тиімді. Ол нысананы табу және орналасқан жерін анықтауда жоғары дәлдікке қол жеткізеді. Шектеулері: Активті дыбыстық сигналдарды нысана анықтап алуы мүмкін, бұл нысанаға бағыттау жүйесінің орналасқан жерін жариялауына әкелуі мүмкін. Сонымен қатар, ол шу тудыратын құрылғылар мен алдау құралдары сияқты қарсы шараларға осал. Қолданылуы: Активті акустикалық нысанаға бағыттау көбінесе су асты кемелерге қарсы күресте қолданылады, онда су асты кемелерін дыбыстық сигналдармен табу және оларға шабуыл жасау үшін пайдаланылады.

Пассивті акустикалық бағыттау

Анықтама: Пассивті акустикалық бағыттау – акустикалық сигналдарды белсенді түрде шығармай, нысананың акустикалық эмиссиясын анықтауға негізделген басқару әдісі. Ол нысананың табиғи түрде жасайтын дыбыстарын тыңдайды. Сенсорлық әдіс: Пассивті акустикалық іздеу жүйелері нысанадан шығатын дыбыстарды анықтау және талдау үшін гидрофондар немесе микрофондарды қолданады. Ол басқаларын елемей, дыбыстардың белгілі бір түрлерін анықтауға қалыптастырылуы мүмкін. Артықшылықтары: Пассивті акустикалық бағыттау өздігінен сигналдар шығармайды, сондықтан нысана үшін анықталуы қиын. Ол тіпті шулы ортада да дыбыс тудыратын акустикалық нысаналарды тиімді түрде іздейді. Шектеулері: Пассивті акустикалық бағыттау дыбыссыз нысаналарды немесе акустикалық эмиссияны азайту үшін жасырын технологияны пайдаланатын нысаналарды анықтауда қиындықтар тудыруы мүмкін. Сонымен қатар, қиын жағдайларда дәлдігі төмендеуі мүмкін. Қолданылуы: Пассивті акустикалық іздеу су астындағы бақылау және теңіз зерттеулерінде кеңінен қолданылады.