Су асты дыбыспен навигация және объектілерді анықтау әдісі

Су асты навигациясы, қашықтық өлшеу және нысандарды анықтау үшін қолданылатын сонар технологиясы туралы мағлұмат. Пассивті және активті сонар түрлері.

24 мин оқу

100%

Дереккөз: Sonar — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Акустикалық сезімдеу әдісі

Сонар (дыбыстық навигация және қашықтық өлшеу немесе дыбыстық навигация және қашықтық анықтау) – су астындағы (мысалы, суасты кемелерінің навигациясында) дыбыс таралуын пайдаланатын, басқа кемелер сияқты су бетінде немесе су астындағы объектілерді табу, қашықтықтарын өлшеу, олармен байланыс жасау немесе оларды анықтау техникасы. "Сонар" термині екі түрлі технологияның бірін білдіруі мүмкін: пассивті сонар – кемелерден шығатын дыбысты тыңдау; белсенді сонар – дыбыс импульстарын жіберіп, эхо-сигналдарды тыңдау. Сонар акустикалық орналасу құралы ретінде, сондай-ақ судағы "мақсаттардың" эхо-сигналдарының сипаттамаларын өлшеу үшін қолданылуы мүмкін. Радар пайда болғанға дейін ауада акустикалық орналасу қолданылған. Сонар роботтарды бағыттау үшін де қолданылады, ал содар (ауадағы сонар, жоғары қарай бағытталған) атмосфераны зерттеу үшін пайдаланылады. "Сонар" термині сонымен қатар дыбыс шығаруға және қабылдауға арналған жабдықты да білдіреді. Сонар жүйелерінде қолданылатын акустикалық жиіліктер өте төмен (инфрадыбыстық) және өте жоғары (ультрадыбыстық) аралығында өзгереді. Су астындағы дыбысты зерттеу гидроакустика немесе су асты акустикасы деп аталады. Бұл техниканы алғаш рет 1490 жылы Леонардо да Винчи қолданған, ол суға енгізілген түтік арқылы кемелерді құлағымен анықтаған. 19 ғасырдың соңында, су асты қоңырауы маяктар мен шам кемелеріне қосымша ретінде қауіп туралы ескерту беру үшін қолданылған. 1912 жылғы апат жарғанаттардың ауада навигация үшін дыбысты пайдалануы сияқты, су астында "эхо-орналасу" үшін дыбысты пайдалануға түрткі болған сияқты. Су астындағы эхо-сигналды анықтау құрылғысы бойынша әлемдегі алғашқы патентті ағылшын метеорологы Льюис Фрай Ричардсон "Титаник" батып кеткеннен кейін бір ай өткен соң Британдық патент бюросына тіркеген, ал неміс физигі Александр Бехм 1913 жылы эхо-сигналды анықтау құрылғысы үшін патент алған. Канадалық инженер Реджинальд Фессенден, Массачусетс штатының Бостон қаласындағы Суасты сигнал компаниясында жұмыс істегенде, 1912 жылы тәжірибелік жүйені құрастырды, ол кейін Бостон портында сынақтан өтті, ал 1914 жылы Ньюфаундленд жағалауындағы Гранд Банктерде АҚШ-тың "Майами" кемесінен сынақтан өтті. Бұл сынақта Фессенден тереңдікті өлшеу, су асты байланысы (Морзе коды) және эхо-сигналды анықтау (3 км қашықтықтағы мұздықты анықтау) мүмкіндіктерін көрсетті. 500 Гц жиілікте жұмыс істейтін "Фессенден осцилляторы" 3 метрлік толқын ұзындығы және трансдьюсердің сәулелену бетінің кішкентай өлшемдеріне (диаметрі толқын ұзындығының 1/3-інен кем) байланысты мұздықтың бағытын анықтай алмады. 1915 жылы Монреальде салынған британдық H класты он суасты кемесі Фессенден осцилляторларымен жабдықталған. Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде суасты кемелерін анықтау қажеттілігі дыбысты пайдалануды зерттеуге қосымша түрткі болды. Британдықтар гидрофондар деп аталатын су асты тыңдау құрылғыларын ерте пайдаланды, ал француз физигі Поль Ланжевен, орыс иммигрант-электрик Константин Чиловскиймен бірге жұмыс істеп, 1915 жылы суасты кемелерін анықтау үшін белсенді дыбыс құрылғыларын әзірлеуде жұмыс істеді. Олар қолданған электростатикалық трансдьюсерлерді піезоэлектрлік және магнитостриктивтік трансдьюсерлер кейіннен ығыстырғанмен, бұл жұмыс болашақ конструкцияларға әсер етті. Гидрофондар үшін жеңіл, дыбысқа сезімтал пластикалық пленкалар мен оптикалық талшықтар қолданылды, ал проекторлар үшін Терфенол D және қорғасын магний ниобаты (PMN) әзірленді.

Sonar (sound navigation and ranging or sonic navigation and ranging) is a technique that uses sound propagation (usually underwater, as in submarine navigation) to navigate, measure distances (ranging), communicate with or detect objects on or under the surface of the water, such as other vessels. "Sonar" can refer to one of two types of technology: passive sonar means listening for the sound made by vessels; active sonar means emitting pulses of sounds and listening for echoes. Sonar may be used as a means of acoustic location and of measurement of the echo characteristics of "targets" in the water. Acoustic location in air was used before the introduction of radar. Sonar may also be used for robot navigation, and sodar (an upward looking in air sonar) is used for atmospheric investigations. The term sonar is also used for the equipment used to generate and receive the sound. The acoustic frequencies used in sonar systems vary from very low (infrasonic) to extremely high (ultrasonic). The study of underwater sound is known as underwater acoustics or hydroacoustics. The first recorded use of the technique was in 1490 by Leonardo da Vinci, who used a tube inserted into the water to detect vessels by ear. In the late 19th century, an underwater bell was used as an ancillary to lighthouses or lightships to provide warning of hazards. The use of sound to "echo locate" underwater in the same way as bats use sound for aerial navigation seems to have been prompted by the disaster of 1912. The world's first patent for an underwater echo ranging device was filed at the British Patent Office by English meteorologist Lewis Fry Richardson a month after the sinking of Titanic, and a German physicist Alexander Behm obtained a patent for an echo sounder in 1913. The Canadian engineer Reginald Fessenden, while working for the Submarine Signal Company in Boston, Massachusetts, built an experimental system beginning in 1912, a system later tested in Boston Harbor, and finally in 1914 from the U. S. Revenue Cutter Miami on the Grand Banks off Newfoundland. In that test, Fessenden demonstrated depth sounding, underwater communications (Morse code) and echo ranging (detecting an iceberg at a 2 mile (3 km) range). The "Fessenden oscillator", operated at about 500 Hz frequency, was unable to determine the bearing of the iceberg due to the 3 metre wavelength and the small dimension of the transducer's radiating face (less than 1/3 wavelength in diameter). The ten Montreal built British H class submarines launched in 1915 were equipped with Fessenden oscillators. During World War I the need to detect submarines prompted more research into the use of sound. The British made early use of underwater listening devices called hydrophones, while the French physicist Paul Langevin, working with a Russian immigrant electrical engineer Constantin Chilowsky, worked on the development of active sound devices for detecting submarines in 1915. Although piezoelectric and magnetostrictive transducers later superseded the electrostatic transducers they used, this work influenced future designs. Lightweight sound sensitive plastic film and fibre optics have been used for hydrophones, while Terfenol D and lead magnesium niobate (PMN) have been developed for projectors.

ASDIC

1916 жылы Британдық өнертабыс және зерттеулер кеңесі аясында канадалық физик Роберт Уильям Бойль А. Б. Вудпен бірге 1917 жылдың ортасында сынақтар үшін прототип жасады. Бұл жұмыс Британдық Әскери-теңіз штабының Су асты кемелеріне қарсы дивизиясы үшін жоғары құпияда жүргізілді және кварцтың пьезоэлектрлік кристалдарын пайдаланып әлемдегі алғашқы практикалық су асты белсенді дыбыс табу аппаратын жасады. Құпия сақтау үшін дыбыс эксперименттері немесе кварц туралы ешқандай ақпарат жарияланбады. Алғашқы жұмысты сипаттау үшін қолданылған термин ("суперүн") "ASD"ics деп өзгертілді, ал кварц материалы "ASD" деп аталды, яғни "Су асты кемелеріне қарсы дивизия", осылайша британдық ASDIC аббревиатурасы пайда болды. 1939 жылы Оксфорд ағылшын сөздігінен түскен сұраққа жауап ретінде Адмиралтейство "Одақтас су асты кемелерін анықтау жөніндегі зерттеу комитеті" деген әңгіме ойлап тапты, және бұл кеңінен қабылданған, бірақ Адмиралтейство мұрағаттарында осы аттас комитет табылған жоқ. 1918 жылға қарай Ұлыбритания мен Франция белсенді жүйелердің прототиптерін жасады. Британдықтар өздерінің ASDIC-ін 1920 жылы сынап көрді және 1922 жылы өндірісті бастады. 1923 жылы 6-шы эсминецтер флотилиясында ASDIC-пен жабдықталған кемелер болды. 1924 жылы Портлендте HMS Osprey су астына қарсы мектебі мен төрт кемеден тұратын оқу флотилиясы құрылды. Екінші дүниежүзілік соғыс басталған кезде Корольдік теңіз флотында әртүрлі су үсті кемелеріне арналған бес жиынтық және су асты кемелеріне арналған басқалары, олар толыққанды су астына қарсы жүйеге енгізілді. Алғашқы ASDIC-тің тиімділігін тереңдік бомбасын су астына қарсы қару ретінде пайдалану шектеді. Бұл шабуылдаушы кеменің су астындағы нысанадан өтуін қажет етті, содан кейін кормадан бомбалар тасталды, нәтижесінде шабуылға дейін ASDIC байланысы үзілді. Аңшы, іс жүзінде, соқыр атқан, осы уақыт ішінде су асты кемесінің командирі қашу маневрлерін жасай алатын. Бұл жағдай жаңа тактика және жаңа қару-жарақпен түзетілді. Фредерик Джон Уокер ұсынған тактикалық жақсартуларға жаяу шабуыл кірді. Бұл үшін екі су астына қарсы кеме қажет болды (әдетте шлюптар немесе корветтер). "Бағыттаушы кеме" ASDIC арқылы су асты кемесін 1500-2000 метр қашықтықтан бақылады. Екінші кеме, ASDIC-і өшірілген және 5 теңіз шақырымымен жүріп, бағыттаушы кеме мен нысананың арасындағы позициядан шабуылға кірісті. Бұл шабуыл бағыттаушы кеменің радиотелефоны арқылы басқарылды, ASDIC деректеріне және шабуылдаушы кеменің қашықтығына (дальномермен) және бағытына сүйене отырып. Тереңдік бомбалары тасталғаннан кейін, шабуылдаушы кеме жақын маңдағы аумақтан толық жылдамдықпен кетіп қалды. Бағыттаушы кеме содан кейін нысана аймағына кірді және тереңдік бомбаларының үлгісін таратты. Жақындау жылдамдығының төмендігі су асты кемесіне тереңдік бомбаларының қашан тасталатынын болжауға мүмкіндік бермеді. Кез келген қашу маневрі бағыттаушы кемемен анықталып, шабуылдаушы кемеге тиісті басқару бұйрықтары берілді. Шабуылдың төмен жылдамдығы неміс акустикалық торпедасының өте баяу жылдамдықпен жүретін әскери кемеге қарсы тиімсіз болуын қамтамасыз етті. Жаяу шабуылдың бір түрі – "жабын" шабуылы, онда үш шабуылдаушы кеме бір-біріне жақын тізімде бағыттаушы кемемен нысанаға бағытталды. ASDIC-тің соқыр аймағымен күресуге арналған жаңа қарулар "алға лақтыратын қарулар" болды, мысалы, Hedgehogs және кейінірек Squids, олар шабуылшыдан бұрын нысанаға оқ-дәрілерді жіберді және әлі де ASDIC байланысында болды. Бұл бір эскорт кемесіне су асты кемелеріне жақсырақ бағытталған шабуылдар жасауға мүмкіндік берді. Соғыс кезіндегі жетістіктер британдық ASDIC жиынтықтарының әртүрлі сәуле пішіндерін пайдалануына әкелді, олар соқыр аймақтарды үнемі жауып тұрды. Кейіннен акустикалық торпедалар қолданылды. Екінші дүниежүзілік соғыстың басында (1940 жылдың қыркүйегінде) британдық ASDIC технологиясы АҚШ-қа тегін берілді. ASDIC және су асты дыбысы бойынша зерттеулер Ұлыбританияда және АҚШ-та кеңейтілді. Әскери дыбысты анықтаудың көптеген жаңа түрлері жасалды. Оларға 1944 жылы британдықтар High Tea кодолық атымен алғаш рет жасаған сонобуйлар, суға батыру сонары және минаны анықтау сонары кірді. Бұл жұмыс ядролық су асты кемелеріне қарсы күрестің соғыстан кейінгі дамуының негізін қалады.

In 1916, under the British Board of Invention and Research, Canadian physicist Robert William Boyle took on the active sound detection project with A. B. Wood, producing a prototype for testing in mid 1917. This work for the Anti Submarine Division of the British Naval Staff was undertaken in utmost secrecy, and used quartz piezoelectric crystals to produce the world's first practical underwater active sound detection apparatus. To maintain secrecy, no mention of sound experimentation or quartz was made – the word used to describe the early work ("supersonics") was changed to "ASD"ics, and the quartz material to : "ASD" for "Anti Submarine Division", hence the British acronym ASDIC. In 1939, in response to a question from the Oxford English Dictionary, the Admiralty made up the story that it stood for "Allied Submarine Detection Investigation Committee", and this is still widely believed, though no committee bearing this name has been found in the Admiralty archives. By 1918, Britain and France had built prototype active systems. The British tested their ASDIC on in 1920 and started production in 1922. The 6th Destroyer Flotilla had ASDIC equipped vessels in 1923. An anti submarine school HMS Osprey and a training flotilla of four vessels were established on Portland in 1924. By the outbreak of World War II, the Royal Navy had five sets for different surface ship classes, and others for submarines, incorporated into a complete anti submarine system. The effectiveness of early ASDIC was hampered by the use of the depth charge as an anti submarine weapon. This required an attacking vessel to pass over a submerged contact before dropping charges over the stern, resulting in a loss of ASDIC contact in the moments leading up to attack. The hunter was effectively firing blind, during which time a submarine commander could take evasive action. This situation was remedied with new tactics and new weapons. The tactical improvements developed by Frederic John Walker included the creeping attack. Two anti submarine ships were needed for this (usually sloops or corvettes). The "directing ship" tracked the target submarine on ASDIC from a position about 1500 to 2000 yards behind the submarine. The second ship, with her ASDIC turned off and running at 5 knots, started an attack from a position between the directing ship and the target. This attack was controlled by radio telephone from the directing ship, based on their ASDIC and the range (by rangefinder) and bearing of the attacking ship. As soon as the depth charges had been released, the attacking ship left the immediate area at full speed. The directing ship then entered the target area and also released a pattern of depth charges. The low speed of the approach meant the submarine could not predict when depth charges were going to be released. Any evasive action was detected by the directing ship and steering orders to the attacking ship given accordingly. The low speed of the attack had the advantage that the German acoustic torpedo was not effective against a warship travelling so slowly. A variation of the creeping attack was the "plaster" attack, in which three attacking ships working in a close line abreast were directed over the target by the directing ship. The new weapons to deal with the ASDIC blind spot were "ahead throwing weapons", such as Hedgehogs and later Squids, which projected warheads at a target ahead of the attacker and still in ASDIC contact. These allowed a single escort to make better aimed attacks on submarines. Developments during the war resulted in British ASDIC sets that used several different shapes of beam, continuously covering blind spots. Later, acoustic torpedoes were used. Early in World War II (September 1940), British ASDIC technology was transferred for free to the United States. Research on ASDIC and underwater sound was expanded in the UK and in the US. Many new types of military sound detection were developed. These included sonobuoys, first developed by the British in 1944 under the codename High Tea, dipping/dunking sonar and mine detection sonar. This work formed the basis for post war developments related to countering the nuclear submarine.

СОНАР

1930 жылдары американдық инженерлер су астындағы дыбысты анықтау технологиясын өндірді, сондай-ақ термоклиндердің бар екендігі және олардың дыбыс толқындарына тигізетін әсері сияқты маңызды жаңалықтар ашылды. Американдықтар өз жүйелері үшін SONAR терминін қолдана бастады, бұл термин Фредерик Хант тарапынан RADAR-ға балама ретінде ұсынылды.

АҚШ әскери-теңіз флотының су асты дыбыс зертханасы

1917 жылы АҚШ Әскери-теңіз күштері алғаш рет Дж. Уоррен Хортонның қызметін пайдаланды. Белл лабораториясынан демалысқа шыққаннан кейін, ол үкіметке техникалық сарапшы ретінде қызмет етті, бастапқыда Массачусетс штатының Нахант қаласындағы эксперименталды стансада, содан кейін Англияның Лондон қаласындағы АҚШ Әскери-теңіз күштерінің штабында. Нахантта ол жаңадан ойлап табылған вакуумдық түтікті қолданды, ол сол кезде қазіргі электроника деп аталатын қолданбалы ғылымның даму кезеңімен байланысты, су асты сигналдарын анықтау үшін. Нәтижесінде, бұрынғы барлау жабдықтарында қолданылған көміртекті түймелі микрофон қазіргі гидрофонның алға құрылғысымен алмастырылды. Ол сонымен қатар анықтау үшін сүйреу әдістерін де сынақтан өткізді. Бұл оның құрылғысының жоғары сезімталдығына байланысты болды. Бұл принциптер қазіргі заманғы сүйретілетін сонар жүйелерінде де қолданылады. Ұлыбританияның қорғаныс қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін ол Англияға Ирландия теңізінің түбіне орналасқан гидрофондарды, теңіз кабельдері арқылы жағалаудағы тыңдау бекетіне қосылу үшін орнатуға жіберілді. Осы жабдық теңіз кабельдерін төсеу кемесіне тиеліп жатқанда, Бірінші дүниежүзілік соғыс аяқталды және Хортон үйіне оралды. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде ол су асты кемелерін, миналарды және торпедаларды анықтауға қабілетті сонар жүйелерін жетілдіруді жалғастырды. 1957 жылы АҚШ Әскери-теңіз күштерінің Су асты дыбысы зертханасының бас ғылыми консультанты ретінде «Сонар негіздері» атты еңбегін жариялады. Ол 1959 жылға дейін осы лауазымда болды, содан кейін техникалық директор болып тағайындалды және 1963 жылы міндетті зейнеткерлікке шыққанға дейін қызмет етті.

АҚШ пен Жапониядағы материалдар мен дизайндар

1915 жылдан 1940 жылға дейін АҚШ-тың гидролокаторында (сонарында) аз ғана прогресс болды. 1940 жылы АҚШ гидролокаторлары әдетте магнитостриктивті түрлендіргіштен және шар тәрізді корпустағы Рошель тұзы кристаллына тікелей қосылған, 1 фут диаметрлі болат табаққа бекітілген никель түтіктерден тұратын. Бұл құрылғы кеменің корпусына енгізіліп, қажетті бұрышқа қолмен бұрылатын. Пьезоэлектрлік Рошель тұзы кристаллының параметрлері жақсырақ болғанмен, магнитостриктивті құрылғы әлдеқайда сенімді болды. Екінші дүниежүзілік соғыстың басында АҚШ сауда флотының кемелерінің көптеген шығындары осы саладағы АҚШ-тың кең ауқымды, жоғары басымдылықтағы зерттеулеріне әкелді, олар магнитостриктивті түрлендіргіштердің параметрлерін жақсартуға және Рошель тұзының сенімділігін арттыруға бағытталды. Рошель тұзының орнына артық балама ретінде аммоний дигидрофосфаты (ADP) табылды; алғашқы қолданылуы – 24 кГц Рошель тұзы түрлендіргіштерін алмастыру болды. Тоғыз ай ішінде Рошель тұзы қолданудан тоқтатылды. ADP өндірісі 1940 жылдың басында бірнеше ондаған адамнан 1942 жылы бірнеше мыңға дейін өсті. ADP кристалдарының алғашқы қолданылуларының бірі – акустикалық миналарға арналған гидрофондар болды; кристалдар 5 Гц төменгі жиілік кесу жиілігіне, 10000 футтан (3048 м) биіктіктен орналастырылғандағы механикалық соққыға төтеп беруге және жақын орналасқан миналардың жарылыстарына төтеп беруге арналған сипаттамалармен жабдықталды. ADP сенімділігінің маңызды ерекшелігі – оның ескірмейтін қасиеті; кристалл ұзақ уақыт сақталып тұрса да өзінің параметрлерін сақтайды. Тағы бір қолданылуы – акустикалық торпедалар. Торпеданың мұрнына екі жұп бағытталған гидрофон орнатылды, олар көлденең және тік жазықтықта орналасқан; жұптардан алынған айырмашылық сигналдары торпеданы солға, оңға және жоғары-төмен бағыттау үшін пайдаланылды. Оған қарсы шара әзірленді: нысанаға алынған су асты кемесі көпіршіктелген химиялық затты шығарды, ал торпеда шулы, көпіршіктелген алдау құрылымаға ұшырады. Оған қарсы шара – белсенді гидролокатормен жабдықталған торпеда болды. Торпеданың мұрнына түрлендіргіш қосылды, ал микрофондар оның шағылысқан, үнемі қайталанататын дыбыстарын тыңдады. Түрлендіргіштер алмастырылған тіктөртбұрышты кристалл тақталардан тұрды, олар қатарланған ромбы тәрізді аймақтарға орналастырылған. Су асты кемелері үшін пассивті гидролокатор массивтері ADP кристалдарынан жасалды. Бірнеше кристалл жиынтығы болат түтікшеге орналастырылып, кастор майымен толтырылып, вакуумда жабылды. Содан кейін түтікшелер параллель массивтерде орнатылды. Екінші дүниежүзілік соғыстың соңында АҚШ Әскери-теңіз күштерінің стандартты сканерлеу гидролокаторы 18 кГц жиілікте жұмыс істеді және ADP кристалдарының массивін пайдаланды. Дегенмен, қашықтықты арттыру үшін төменгі жиіліктерді пайдалану қажет болды. Қажетті өлшемдер ADP кристалдары үшін тым үлкен болды, сондықтан 1950 жылдардың басында магнитостриктивті және барий титанаты пьезоэлектрлік жүйелер әзірленді, бірақ олар біркелкі кедергі сипаттамаларын қол жеткізуде қиындықтарға тап болды және сәулелік суреті нашарлады. Барий титанаты кейін тұрақтырақ қорғасын цирконат титанатымен (PZT) ауыстырылды және жиілік 5 кГц-ге дейін төмендетілді. АҚШ флоты осы материалды бірнеше онжылдық бойы AN/SQS 23 гидролокаторында пайдаланды. SQS 23 гидролокаторы алғашқыда магнитостриктивті никель түрлендіргіштерін пайдаланды, бірақ олардың салмағы бірнеше тоннаға жететін, ал никель қымбат және маңызды материал саналды; сондықтан пьезоэлектрлік түрлендіргіштер ауыстырылды. Гидролокатор 432 жеке түрлендіргіштен тұратын үлкен массив болды. Бастапқыда түрлендіргіштер сенімді емес болды, механикалық және электрлік ақаулар көрсетіліп, орнатылғаннан кейін көп ұзамай нашарлады; олар бірнеше жеткізушілерден шығарылды, әртүрлі конструкциялары болды және олардың сипаттамалары массивтің жұмысын нашарлатуға жеткілікті болды. Жеке түрлендіргіштерді жөндеуге рұқсат беру саясаты кейіннен тоқтатылды және оның орнына "жұмсалатын модульдік конструкция", жабық, жөндеуге болмайтын модульдер таңдалды, бұл тығыздағыштармен және басқа да механикалық бөлшектермен байланысты проблемаларды жойды. Екінші дүниежүзілік соғыстың басында Жапон императорлық теңіз күштері кварцқа негізделген проекторларды пайдаланды. Олар үлкен және ауыр болды, әсіресе төменгі жиіліктер үшін жасалған болса; 9 кГц жиілікте жұмыс істейтін 91 типті жиынтықтың диаметрі 5 кВт қуаты және 7 кВ шығыс амплитудасы бар осциллятормен қозғалды. 93 типті проекторлар шар тәрізді құйма темірден жасалған қатты кварцтан жасалған сэндвичтерден тұратын. 93 типті гидролокаторлар кейіннен 3 типті гидролокаторлармен ауыстырылды, ол неміс конструкциясына сәйкес келіп, магнитостриктивті проекторларды пайдаланды; проекторлар құйма темірден жасалған тіктөртбұрышты корпуста екі тіктөртбұрышты бірдей тәуелсіз бөліктен тұратын. Ашық беті толқын ұзындығының жартысына тең және үш толқын ұзындығына биік болды. Магнитостриктивті өзектер 4 мм никельден жасалған, кейін алюминий құрамы 12,7%-дан 12,9%-ға дейін болатын темір-алюминий қоспасынан жасалды. Қуат 3,8 кВ 2 кВт қуатынан берілді, ал поляризация 20 В, 8 А тұрақты ток көзінен жасалды. Жапон императорлық теңіз күштерінің пассивті гидрофондары жылжымалы катушкалық конструкцияға, Рошель тұзы пьезо түрлендіргіштеріне және көміртегі микрофондарына негізделген.

There was little progress in US sonar from 1915 to 1940. In 1940, US sonars typically consisted of a magnetostrictive transducer and an array of nickel tubes connected to a 1 foot diameter steel plate attached back to back to a Rochelle salt crystal in a spherical housing. This assembly penetrated the ship hull and was manually rotated to the desired angle. The piezoelectric Rochelle salt crystal had better parameters, but the magnetostrictive unit was much more reliable. High losses to US merchant supply shipping early in World War II led to large scale high priority US research in the field, pursuing both improvements in magnetostrictive transducer parameters and Rochelle salt reliability. Ammonium dihydrogen phosphate (ADP), a superior alternative, was found as a replacement for Rochelle salt; the first application was a replacement of the 24 kHz Rochelle salt transducers. Within nine months, Rochelle salt was obsolete. The ADP manufacturing facility grew from few dozen personnel in early 1940 to several thousands in 1942. One of the earliest application of ADP crystals were hydrophones for acoustic mines; the crystals were specified for low frequency cutoff at 5 Hz, withstanding mechanical shock for deployment from aircraft from 10000 feet (3048 m), and ability to survive neighbouring mine explosions. One of key features of ADP reliability is its zero aging characteristics; the crystal keeps its parameters even over prolonged storage. Another application was for acoustic homing torpedoes. Two pairs of directional hydrophones were mounted on the torpedo nose, in the horizontal and vertical plane; the difference signals from the pairs were used to steer the torpedo left right and up down. A countermeasure was developed: the targeted submarine discharged an effervescent chemical, and the torpedo went after the noisier fizzy decoy. The counter countermeasure was a torpedo with active sonar – a transducer was added to the torpedo nose, and the microphones were listening for its reflected periodic tone bursts. The transducers comprised identical rectangular crystal plates arranged to diamond shaped areas in staggered rows. Passive sonar arrays for submarines were developed from ADP crystals. Several crystal assemblies were arranged in a steel tube, vacuum filled with castor oil, and sealed. The tubes then were mounted in parallel arrays. The standard US Navy scanning sonar at the end of World War II operated at 18 kHz, using an array of ADP crystals. Desired longer range, however, required use of lower frequencies. The required dimensions were too big for ADP crystals, so in the early 1950s magnetostrictive and barium titanate piezoelectric systems were developed, but these had problems achieving uniform impedance characteristics, and the beam pattern suffered. Barium titanate was then replaced with more stable lead zirconate titanate (PZT), and the frequency was lowered to 5 kHz. The US fleet used this material in the AN/SQS 23 sonar for several decades. The SQS 23 sonar first used magnetostrictive nickel transducers, but these weighed several tons, and nickel was expensive and considered a critical material; piezoelectric transducers were therefore substituted. The sonar was a large array of 432 individual transducers. At first, the transducers were unreliable, showing mechanical and electrical failures and deteriorating soon after installation; they were also produced by several vendors, had different designs, and their characteristics were different enough to impair the array's performance. The policy to allow repair of individual transducers was then sacrificed, and "expendable modular design", sealed non repairable modules, was chosen instead, eliminating the problem with seals and other extraneous mechanical parts. The Imperial Japanese Navy at the onset of World War II used projectors based on quartz. These were big and heavy, especially if designed for lower frequencies; the one for Type 91 set, operating at 9 kHz, had a diameter of and was driven by an oscillator with 5 kW power and 7 kV of output amplitude. The Type 93 projectors consisted of solid sandwiches of quartz, assembled into spherical cast iron bodies. The Type 93 sonars were later replaced with Type 3, which followed German design and used magnetostrictive projectors; the projectors consisted of two rectangular identical independent units in a cast iron rectangular body about The exposed area was half the wavelength wide and three wavelengths high. The magnetostrictive cores were made from 4 mm stampings of nickel, and later of an iron aluminium alloy with aluminium content between 12.7% and 12.9%. The power was provided from a 2 kW at 3.8 kV, with polarization from a 20 V, 8 A DC source. The passive hydrophones of the Imperial Japanese Navy were based on moving coil design, Rochelle salt piezo transducers, and carbon microphones.

Трансдукторлардың кейінгі дамуы

Магнитстриктивті түрлендіргіштер Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін пьезоэлектрлік түрлендіргіштерге балама ретінде зерттелді. Жоғары қуатты, төмен жиілікті жұмыстар үшін никель оралған сақина тәрізді түрлендіргіштер қолданылды, диаметрі 4 метрге дейін жетеді, бұл, мүмкін, ең ірі жеке сонар түрлендіргіштері. Металдардың артықшылығы – жоғары созылу беріктігі және төмен кіріс кедергісі, бірақ олар PZT-ге қарағанда электрлік шығындары жоғары және байланыс коэффициенті төмен, ал PZT-нің созылу беріктігін алдын ала кернеу арқылы арттыруға болады. Басқа материалдар да сынақтан өтті; металл емес ферриттердің төмен электр өткізгіштігі салдарынан аз ағымдық шығындарға ие болуы перспективалы болды, ал Metglas жоғары байланыс коэффициентін ұсынды, бірақ жалпы алғанда PZT-ден нашар болды. 1970 жылдары сирек кездесетін жерлер мен темірдің қосылыстары жоғары магнитомеханикалық қасиеттерімен табылды, атап айтқанда Терфенол D қорытпасы. Бұл жаңа конструкцияларды жасауға мүмкіндік берді, мысалы, гибридті магнитстриктивті пьезоэлектрлік түрлендіргіш. Магнитстриктивті материалдардың ең соңғы жетістігі – Галфенол. Басқа түрлендіргіштерге өзгермелі кедергілі (немесе жылжымалы якорь, немесе электромагниттік) түрлендіргіштер жатады, онда магниттік күш саңылау беттеріне әсер етеді, сондай-ақ жылжымалы катушкалы (немесе электродинамикалық) түрлендіргіштер, олар дәстүрлі динамиктерге ұқсас; соңғылары су асты дыбысын калибрлеу үшін қолданылады, себебі олардың резонанстық жиілігі өте төмен және одан жоғары жиіліктерде тегіс, кең жолақты сипаттамалары бар.

Артемида жобасы

Артемида жобасы – 1950 жылдардың соңынан 1960 жылдардың ортасына дейін мұхитты бақылауға пайдаланылуы мүмкін төмен жиілікті белсенді сонар жүйесі үшін акустикалық таралу мен сигналды өңдеуді зерттеуге бағытталған тәжірибелік зерттеу және әзірлеу жобасы болды. Екінші мақсат – бекітілген белсенді түбі жүйелерінің инженерлік мәселелерін қарастыру. Қабылдағыш массив Бермуда аралдарының жанындағы Планетагнет банкінің беткейінде орналастырылған. Активті көздер массиві екінші дүниежүзілік соғыс кезінде пайдаланылған USNS Mission Capistrano танкерінен орнатылды. Артемида жобасының элементтері негізгі эксперимент аяқталғаннан кейін тәжірибелік түрде қолданылды.

Транспондер

Бұл белгілі бір стимулды қабылдап, алынған сигналды немесе алдын ала бағдарланған сигналды дереу (немесе кейінге қалдырып) қайта жіберетін белсенді сонар құрылғысы. Транспондерлер су асты жабдықтарын қашықтан қосу немесе қайтарып алу үшін қолданылады.

Жоғары қарайтын сонар

Жоғары қарайтын сонар (ULS) – теңіз бетіне қарай бағытталған сонар құрылғысы. Ол төмен қарайтын сонар сияқты мақсаттарда қолданылады, бірақ теңіз мұзының қалыңдығын, беткейін және концентрациясын өлшеу, сондай-ақ қатты толқындар кезінде көпіршіктерден ауаның араласуын өлшеу сияқты ерекше қолданыстарға ие. Көбінесе ол мұхит түбіне бекітіледі немесе тартымды арқанда 100 метрдей тұрақты тереңдікте орналасады. Сондай-ақ, олар су асты кемелері, AUV және Argo float сияқты жүзбелі құрылғыларда да қолданылуы мүмкін.

Пассивті сонар

Пассивті сонар ешқандай сигнал жібермей тыңдайды. Ол көбінесе әскери салаларда қолданылады, бірақ ғылыми мақсаттарда да пайдаланылады, мысалы, түрлі су орталарында балықтың болуын/болмауын анықтау үшін. Бұл термин ең жалпы мағынасында қашықтан туындаған дыбысты қолданатын кез келген талдау әдісін қамтуы мүмкін, алайда көбінесе ол су ортасында қолданылатын әдістермен шектеледі. (Сондай-ақ пассивті акустика және пассивті радар қараңыз.)

Дыбыс көздерін анықтау

Пассивті сонарда анықталған дыбыстың көзін анықтау үшін көптеген техникалар бар. Мысалы, АҚШ кемелері әдетте 60 Гц (Гц) айнымалы ток жүйесімен жұмыс істейді. Егер трансформаторлар немесе генераторлар корпустан дұрыс діріл оқшаулаусыз орнатылса немесе суға батса, орамдардан 60 Гц дыбысы су асты кемесінен немесе кемеден шығуы мүмкін. Бұл оның ұлтын анықтауға көмектеседі, себебі барлық еуропалық су асты кемелері және басқа елдердің су асты кемелерінің көпшілігі 50 Гц қуат жүйелерін пайдаланады. "Қысқа мерзімді дыбыстар" деп аталатын үзілісті дыбыс көздері (мысалы, құралдың түсірілуі) де пассивті сонармен анықталуы мүмкін. Бұрын тәжірибелі операторлар сигналдарды анықтаса, қазір бұл жұмысты компьютерлер жасай алады. Пассивті сонар жүйелерінде үлкен дыбыстық деректер базасы болуы мүмкін, бірақ сонар операторы әдетте сигналдарды қолмен жіктейді. Компьютерлік жүйе жиі осы деректер базаларын кемелердің кластарын, іс-қимылдарын (яғни кеме жылдамдығын немесе қолданылған қару түрін және тиімді қарсы шараларды) және тіпті нақты кемелерді анықтау үшін пайдаланады.

Шудың шектелуі

Көлік құралдарындағы пассивті сонар көбінесе көлік құралының өндіретін шуға байланысты күрт шектеледі. Осы себепті көптеген су асты кемелері атомдық реакторларды пайдаланады, оларды сорғысыз, үнсіз конвекция арқылы немесе отын жасушаларымен немесе батареялармен салқындатуға болады, олар да тыныш жұмыс істей алады. Көлік құралдарының винттері де ең аз шу шығару үшін жасалып, дәл өңделеді. Жоғары жылдамдықты винттер көбінесе суда кішкентай көпіршіктер тудырады, ал мұндай кавитация ерекше дыбыс шығарады. Су асты кемесінің гидрофондары шудың әсерін азайту үшін кеме немесе су асты кемесінің артынан сүйретілуі мүмкін. Сүйретілген құрылғылар термоклинмен де күреседі, себебі құрылғы термоклиннің үстінен немесе астынан сүйретілуі мүмкін. Көптеген пассивті сонарлардың дисплейі екі өлшемді «шарлауық» дисплейі болып табылады. Дисплейдің көлденең бағыты – бағыт. Тік бағыты – жиілік немесе кейде уақыт. Бағыт бойынша жиілік-уақыт ақпаратын түрлі түспен көрсету – тағы бір дисплей техникасы. Жаңа дисплейлер компьютерлермен жасалады және радиолокациялық типтегі жазықтық карта дисплейлерін имитациялайды.

Жүруді болжау

Активті сонардан айырмашылығы, таралу бір бағытта ғана жүреді. Қолданылатын сигналды өңдеудің ерекшелігіне байланысты, анықтауға болатын ең төменгі сигнал мен шу арақатынасы өзгеше болады. Пассивті сонардың өнімділігін анықтау теңдеуі:]] Сонардың нысаналардан (миналар, құбырлар, зоопланктон, геологиялық құрылымдар, балықтар және т.б.) шашырауы – активті сонардың оларды қалай анықтауын қамтамасыз етеді, бірақ бұл мүмкіндік жалған нысаналардан немесе "кедергілерден" күшті шашырау арқылы жасырылуы мүмкін. Олар қайда пайда болады (толқындардың астында; кемелердің іздерінде; теңіз түбінен шығатын газдың ағындары мен жарықтарында және т.б.), газ көпіршіктері – кедергінің күшті көзі болып табылады және нысананы жасыра алады. TWIPS (Twin Inverted Pulse Sonar) қазіргі уақытта осы кедергі мәселесін шеше алатын жалғыз сонар болып табылады. [[File:TWIPS сурет 2. png|thumb|Бұршақ судың ішінде нысананы табуда стандартты сонар мен TWIPS-тің салыстырылуы. Сілтемеден алынған.]] Кеңес Одағына олардың су асты кемелерінің винттерін өңдеуге мүмкіндік беретін жабдықтарды сатты, нәтижесінде олар айтарлықтай үнсіз болды, бұл жаңа буын су асты кемелерін анықтауды қиындатты. Су асты кемесі активті сонарды бағытты анықтау үшін пайдаланса, бұл сирек кездеседі және су асты кемесінің атыс бақылау тобына жоғары сапалы бағыт немесе қашықтық туралы ақпарат берілмейді. Дегенмен, су үсті кемелерінде активті сонарды пайдалану жиі кездеседі және су асты кемелері оны тактикалық жағдай өздерінің орнын жасырудан гөрі жау су асты кемесінің орнын анықтау маңыздырақ деп санағанда қолданады. Су үсті кемелерінде, қауіптің кемені спутниктік деректермен қадағалап жатыр деп болжауға болады, өйткені сонарды шығаратын кез келген кеме осы эмиссияны байқайды. Сигналды естігеннен кейін, қолданылатын сонар жабдықтарын (әдетте оның жиілігімен) және оның орнын (дыбыс толқынының энергиясымен) анықтау оңай. Активті сонар радарға ұқсас, ол нысананы белгілі бір қашықтықта анықтауға мүмкіндік береді, сонымен қатар эмитерді әлдеқайда үлкен қашықтықта анықтауға мүмкіндік береді, бұл қолайсыз. Активті сонар оператордың болуын және орнын ашады, сонымен қатар нысаналарды дәл жіктеуге мүмкіндік бермейді, сондықтан оны жылдам (ұшақтар, тікұшақтар) және шулы платформалар (көбінесе су үсті кемелері) пайдаланады, бірақ су асты кемелері сирек қолданады. Активті сонарды су үсті кемелері немесе су асты кемелері қолданғанда, ол әдетте анықталу қаупін азайту үшін қысқа уақытқа және үзіліспен белсендіріледі. Осылайша, активті сонар көбінесе пассивті сонардың қосымша құралы болып саналады. Ұшақтарда активті сонар ұшақтың патрульдік аймағына немесе мүмкін жау сонар байланыстарының жанына тасталатын бір рет қолданылатын сонобуилер түрінде қолданылады. Пассивті сонардың бірнеше артықшылықтары бар, ең маңыздысы – ол үнсіз. Егер нысананың шығаратын шу деңгейі жеткілікті жоғары болса, ол активті сонардан артық қашықтықта болуы мүмкін және нысананы анықтауға мүмкіндік береді. Кез келген моторлы нысан белгілі бір шу шығаратындықтан, оны шығаратын шу деңгейіне және аймақтағы қоршаған ортаның шу деңгейіне, сондай-ақ қолданылатын технологияға байланысты анықтауға болады. Қарапайым тілмен айтқанда, пассивті сонар оны пайдаланатын кеменің айналасын "көреді". Су асты кемесінде, мұрынға орнатылған пассивті сонар шамамен 270° бағытта, кемеге бағытталған бағытта, корпусқа орнатылған массив әр жағында шамамен 160°, ал сүйретілетін массив толық 360° бағытта анықтайды. Көрінбейтін аймақтар кеменің өздерінің кедергілеріне байланысты. Белгілі бір бағытта сигнал анықталғаннан кейін (бұл сол бағытта дыбыс шығарылады дегенді білдіреді, бұл кең жолақты анықтау деп аталады), алынған сигналды үлкейту және талдау (тар жолақты талдау) мүмкін. Бұл әдетте дыбысты құрайтын әр түрлі жиіліктерді көрсету үшін Фурье түрлендіруін пайдалана отырып жасалады. Әрбір қозғалтқыш белгілі бір дыбыс шығаратыны үшін нысананы анықтау оңай. Әдеттегі қозғалтқыш дыбыстарының деректер базасы акустикалық барлау немесе ACINT деп аталады. Пассивті сонардың тағы бір пайдасы – нысананың траекториясын анықтау. Бұл процесс нысананың қозғалыс талдауы (TMA) деп аталады, ал алынған "шешім" нысананың қашықтығы, бағыты және жылдамдығы болып табылады. TMA дыбыс әр түрлі уақытта қай бағытта шығатынын белгілеу арқылы және қозғалысты оператордың өз кемесімен салыстыру арқылы жасалады. Салыстырмалы қозғалыстағы өзгерістер стандартты геометриялық әдістермен және кейбір шектеулер туралы болжамдармен талданады. Пассивті сонар жасырын және өте пайдалы. Дегенмен, ол жоғары технологиялық электрондық компоненттерді қажет етеді және қымбатқа түседі. Ол көбінесе қымбат кемелерде анықтауды жақсарту үшін массивтер түрінде орнатылады. Су үсті кемелері оны тиімді пайдаланады, су асты кемелері үшін одан да жақсы, сонымен қатар ұшақтар мен тікұшақтар да, көбінесе "көре алмау эффектісіне" есептеп, қолданады, өйткені су асты кемелері жылу қабаттарының астында жасырынуы мүмкін. Егер су асты кемесінің командирі өзі жалғыз деп сенсе, ол кемесін бетке жақындатып, анықтауды жеңілдетеді немесе тереңірек және жылдамырақ жүзіп, осылайша көбірек дыбыс шығарады. Әскери қолданыстағы сонардың мысалдары төменде келтірілген. Келесі бөлімде келтірілген азаматтық қолданыстардың көптеген түрлері теңіз күштері үшін де қолданылуы мүмкін.

Unlike active sonar, only one way propagation is involved. Because of the different signal processing used, the minimal detectable signal to noise ratio will be different. The equation for determining the performance of a passive sonar is]]
The scattering of sonar from objects (mines, pipelines, zooplankton, geological features, fish etc.) is how active sonar detects them, but this ability can be masked by strong scattering from false targets, or 'clutter'. Where they occur (under breaking waves; in ship wakes; in gas emitted from seabed seeps and leaks etc. ), gas bubbles are powerful sources of clutter, and can readily hide targets. TWIPS (Twin Inverted Pulse Sonar) is currently the only sonar that can overcome this clutter problem. [[File:TWIPS picture 2. png|thumb|Comparison of Standard Sonar and TWIPS in finding a target in bubbly water. Adapted from ref. sold machinery to the Soviet Union that allowed their submarine propeller blades to be milled so that they became radically quieter, making the newer generation of submarines more difficult to detect. The use of active sonar by a submarine to determine bearing is extremely rare and will not necessarily give high quality bearing or range information to the submarines fire control team. However, use of active sonar on surface ships is very common and is used by submarines when the tactical situation dictates that it is more important to determine the position of a hostile submarine than conceal their own position. With surface ships, it might be assumed that the threat is already tracking the ship with satellite data as any vessel around the emitting sonar will detect the emission. Having heard the signal, it is easy to identify the sonar equipment used (usually with its frequency) and its position (with the sound wave's energy). Active sonar is similar to radar in that, while it allows detection of targets at a certain range, it also enables the emitter to be detected at a far greater range, which is undesirable. Since active sonar reveals the presence and position of the operator, and does not allow exact classification of targets, it is used by fast (planes, helicopters) and by noisy platforms (most surface ships) but rarely by submarines. When active sonar is used by surface ships or submarines, it is typically activated very briefly at intermittent periods to minimize the risk of detection. Consequently, active sonar is normally considered a backup to passive sonar. In aircraft, active sonar is used in the form of disposable sonobuoys that are dropped in the aircraft's patrol area or in the vicinity of possible enemy sonar contacts. Passive sonar has several advantages, most importantly that it is silent. If the target radiated noise level is high enough, it can have a greater range than active sonar, and allows the target to be identified. Since any motorized object makes some noise, it may in principle be detected, depending on the level of noise emitted and the ambient noise level in the area, as well as the technology used. To simplify, passive sonar "sees" around the ship using it. On a submarine, nose mounted passive sonar detects in directions of about 270°, centered on the ship's alignment, the hull mounted array of about 160° on each side, and the towed array of a full 360°. The invisible areas are due to the ship's own interference. Once a signal is detected in a certain direction (which means that something makes sound in that direction, this is called broadband detection) it is possible to zoom in and analyze the signal received (narrowband analysis). This is generally done using a Fourier transform to show the different frequencies making up the sound. Since every engine makes a specific sound, it is straightforward to identify the object. Databases of unique engine sounds are part of what is known as acoustic intelligence or ACINT. Another use of passive sonar is to determine the target's trajectory. This process is called target motion analysis (TMA), and the resultant "solution" is the target's range, course, and speed. TMA is done by marking from which direction the sound comes at different times, and comparing the motion with that of the operator's own ship. Changes in relative motion are analyzed using standard geometrical techniques along with some assumptions about limiting cases. Passive sonar is stealthy and very useful. However, it requires high tech electronic components and is costly. It is generally deployed on expensive ships in the form of arrays to enhance detection. Surface ships use it to good effect; it is even better used by submarines, and it is also used by airplanes and helicopters, mostly to a "surprise effect", since submarines can hide under thermal layers. If a submarine's commander believes he is alone, he may bring his boat closer to the surface and be easier to detect, or go deeper and faster, and thus make more sound. Examples of sonar applications in military use are given below. Many of the civil uses given in the following section may also be applicable to naval use.

Торпедалар

Қазіргі заманғы торпедалар көбінесе белсенді/пассивті гидролокатормен жабдықталады. Оны тікелей нысанаға бағыттауға болады, бірақ із келе бағыттаушы торпедалар да қолданылады. Акустикалық бағыттағыштың алғашқы мысалы – Mark 37 торпедасы. Торпедаға қарсы шаралар сүйретіліп немесе босатылып жүзеге асырылуы мүмкін. Алғашқы мысал ретінде неміс Sieglinde құрылғысын, ал Bold химиялық құрылғыны атауға болады. АҚШ-та кеңінен қолданылған құрылғы – сүйретілетін AN/SLQ 25 Nixie болды, ал мобильді су асты кемесінің имитаторы (MOSS) – босатылатын құрылғы. Nixie жүйесіне қазіргі заманғы балама – Ұлыбритания Корольдік теңіз күштерінің S2170 су үсті кемелеріне қарсы торпедадан қорғану жүйесі.

Кен орындары

Миналар қажетті нысананы анықтау, орналасқан жерін табу және тану үшін сонармен жабдықталуы мүмкін. Мысалы, CAPTOR минасы.

Шахтаға қарсы шаралар

Минаға қарсы шара (МКМ) сонары, кейде "мина мен кедергілерден сақтану сонары (MOAS)" деп те аталады, кішкентай нысандарды анықтауға арналған сонардың мамандандырылған түрі. Көптеген МКМ сонарлары корпусына орнатылады, бірақ қандаған түрлері VDS (су астына түсірілетін) конструкциясында жасалған. Корпусына орнатылған МКМ сонарының мысалы – 2193 типі, ал SQQ-32 мина іздеу сонары және 2093 типті жүйелер VDS конструкциясы болып табылады.

Су асты кемелері

Су асты кемелері радарды суда қолдана алмайтындықтан, су үсті кемелеріне қарағанда сонарға көбірек тәуелді. Сонарлық тізімдер корпуста орналастырылуы немесе сүйреліп алынуы мүмкін. Типтік жабдықтар туралы ақпарат және көрсетілген.

Су асты байланысы

Су асты байланысы үшін кемелер мен суасты қайықтарына арнайы сонарлар орнатылуы мүмкін.

Қалпына келтіру сонары

Бұл жаудың белсенді сонарларының сигналдарын анықтап, орналасқан жерін табуға арналған сонар. Мысалы, британдық "S" типті кемелерге орнатылған 2082 үлгісін қарастыруға болады.

Эхозолдық

Эхозондау – кемелер мен қайықтардың астындағы судың тереңдігін анықтауға қолданылатын процесс. Белсенді сонардың бір түрі болып табылатын эхозондау, акустикалық импульсті тікелей теңіз түбіне жіберу және оның түбіне соғылып, бастапқы кемеге қайтып оралғанға дейінгі уақытты өлшеу арқылы жүзеге асырылады. Акустикалық импульс, қайта оралған эхоны қабылдайтын түрлендіргіш арқылы таратылады. Тереңдік судың дыбыс жылдамдығын (орташа есеппен секундына 1500 метр) импульс жіберілгеннен эхо қайтып келгенге дейінгі уақытқа көбейту арқылы есептеледі. Балық шаруашылығы үшін су асты дыбысының маңыздылығы эхозондауға ұқсас принциппен жұмыс істейтін, бірақ функциялары эхозондаудың бастапқы моделінен сәл өзгеше болғандықтан, басқаша аталатын басқа акустикалық құралдардың жасалуына әкелді.

Тарату орны

Ауды сынамалаушы – ауланың түбінде емес, ауланың басына орнатылған аударғышы бар эхо сынамалаушы. Дегенмен, аударғыштан дисплейге дейінгі қашықтықты қамтамасыз ету үшін, ол қалыпты эхолокаторға қарағанда әлдеқайда үлкен болғандықтан, бірнеше жетілдірулер жасалуы керек. Оның екі негізгі түрі бар. Біріншісі – сигналдар кабель арқылы жіберілетін кабельдік түр. Бұл жағдайда, операцияның әртүрлі кезеңдерінде кабельді тарту, жіберу және орналастыру үшін кабель барабаны болуы керек. Екінші түрі – Marport Trawl Explorer сияқты сымсыз ауды сынамалаушы, онда сигналдар аула мен кеме қабығына орнатылған қабылдау гидрофоны арасында акустикалық жолмен жіберіледі. Бұл жағдайда кабель барабаны қажет емес, бірақ аударғыш пен қабылдағышта күрделі электроника қажет. Ауды сынамалаушының дисплейі ауланың түбінен (немесе бетінен) қашықтықты көрсетеді, эхо сынамалаушының корпусына орнатылған аударғыш сияқты су тереңдігін емес. Ауланың басына бекітілген аяқ арқанды көруге болады, бұл ауланың жұмыс істеуін көрсетеді. Сондай-ақ, аулаға түскен балықтарды да байқауға болады, осылайша мүмкіндігінше көп балық аулау үшін оларды жақсартуға болады. Басқа балық аулау салаларында, ауладағы балықтың мөлшері маңызды болған жағдайда, ауланың балық аулау сенсорлары ауланың балық жиналатын бөлігінде әртүрлі орындарға орнатылады. Балық жиналатын бөлік толғанда, балық аулау сенсорлары бірінен соң бірі іске қосылады және бұл ақпарат акустикалық түрде кеме көпіріндегі мониторларға жіберіледі. Содан соң кеме капитаны ауды қашан көтеру керектігін шеше алады. Қазіргі заманғы ауды сынамалаушының нұсқалары көп элементті аударғыштарды пайдаланады, олар эхо сынамалаушыға қарағанда сонар сияқты жұмыс істейді және бастапқы ауды сынамалаушылар қолданған тік көріністі емес, ауланың алдындағы аймақтың кесінділерін көрсетеді. Сонар – балықтарды немесе кеме төңірегіндегі басқа да объектілерді көрсететін бағыттық қабілеті бар эхо сынамалаушы.

The net sounder is an echo sounder with a transducer mounted on the headline of the net rather than on the bottom of the vessel. Nevertheless, to accommodate the distance from the transducer to the display unit, which is much greater than in a normal echo sounder, several refinements have to be made. Two main types are available. The first is the cable type in which the signals are sent along a cable. In this case, there has to be the provision of a cable drum on which to haul, shoot and stow the cable during the different phases of the operation. The second type is the cable less net sounder – such as Marport's Trawl Explorer – in which the signals are sent acoustically between the net and hull mounted receiver hydrophone on the vessel. In this case, no cable drum is required but sophisticated electronics are needed at the transducer and receiver. The display on a net sounder shows the distance of the net from the bottom (or the surface), rather than the depth of water as with the echo sounder's hull mounted transducer. Fixed to the headline of the net, the footrope can usually be seen which gives an indication of the net performance. Any fish passing into the net can also be seen, allowing fine adjustments to be made to catch the most fish possible. In other fisheries, where the amount of fish in the net is important, catch sensor transducers are mounted at various positions on the cod end of the net. As the cod end fills up these catch sensor transducers are triggered one by one and this information is transmitted acoustically to display monitors on the bridge of the vessel. The skipper can then decide when to haul the net. Modern versions of the net sounder, using multiple element transducers, function more like a sonar than an echo sounder and show slices of the area in front of the net and not merely the vertical view that the initial net sounders used. The sonar is an echo sounder with a directional capability that can show fish or other objects around the vessel.

ROV және UUV

Кішкентай сонарлар қашықтан басқарылатын аппараттарға (ҚБА) және ұшқышсыз су асты аппараттарына (ҰСА) орнатылды, бұл оларға лайлы суда жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Бұл сонарлар аппараттың алдындағы кеңістікті қарау үшін пайдаланылады. Ұзақ мерзімді минаны барлау жүйесі – миналардан тазалау мақсатындағы ҰСА.

Көлік құралының орналасуы

Әуе кемелеріне апат жағдайында теңізде орналасқан жерін анықтау үшін сигнал маяктары ретінде жұмыс істейтін сонарлар орнатылады. Орынды анықтау үшін, мысалы LBL сияқты, қысқа және ұзақ базалық сонарлар қолданылуы мүмкін.

Көру қабілеті нашар адамдарға арналған протез

2013 жылы АҚШ-тағы бір өнертапқыш ультрадыбыстық сенсорлармен және сезімдік кері байланыс жүйелерімен жабдықталған "өгіз сезімі" бодисуитін таныстырды, ол киген адамды алдағы қауіптер туралы ескертеді; бұл оларға көздері байланғанда да шабуылдаушыларға ден қоюға мүмкіндік береді.

Биомассаны бағалау

Балықтарды және басқа теңіз және су жануарларын анықтау, сондай-ақ олардың жеке мөлшерін немесе жалпы биомассасын белсенді сонар техникаларын қолдану арқылы бағалау. Дыбыс импульстары қоршаған ортадан тығыздығымен өзгешеленетін кез келген нысаннан шағылысады. Бұған балықтар да кіреді, немесе дәлірек айтқанда, балықтардың ауа толтырылған жүзу қабығы. Бұл эхолар балықтардың мөлшері, орналасқан жері, саны және мінез-құлқы туралы ақпарат береді. Бұл әсіресе жүзу қабығы бар балықтар үшін тиімді (мысалы, шабақ, треска және минтай), ал қабығы жоқ балықтар үшін (мысалы, акулалар, скумбрия және камбала) тиімділігі төмен. Су қабатынан алынған деректер әдетте теңіз түбінен немесе нысандарды анықтау деректерінен өзгеше өңделеді, бұл деректерді арнайы бағдарламалық жасақтамамен өңдеуге болады.

Теңіз түбінен газдың шығуын анықтау

Газдың көпіршіктері теңіз түбінен немесе оған жақын жерден әртүрлі көздерден шығуы мүмкін. Оларды активті (қызыл) және пассивті (сары) сонар жүйелері арқылы анықтауға болады. [[Файл:Seeps.png|thumb|upright=1.25|Теңіз түбінен шығатын көпіршіктерді (табиғи шығулар және CCSF ағындары) және газ құбырларын активті (қызыл) және пассивті (сары) сонармен анықтау. Газдың мөлшерін анықтау қиын, және активті және пассивті сонарды қолдану арқылы болжамдар жасалғанымен, сонар деректеріне сүйенген бағалаулардың дұрыстығына күмән келтіру маңызды, себебі мұндай бағалаулар жасауда белгілі бір болжамдар қабылданады.

Синтетикалық диафрагмалық сонар

Зертханада түрлі синтетикалық апертуралы сонарлар құрастырылды және олардың кейбіреулері мина іздеу және іздеу жүйелерінде пайдалануға енді. Олардың жұмыс істеу принципі синтетикалық апертуралы сонар мақаласында түсіндірілген.

Параметрлік сонар

Параметриялық көздер судың сызықтық емес қасиетін пайдаланып, екі жоғары жиіліктің арасындағы айырмашылық жиілігін тудырады. Виртуалды бағытталған массив құрылады. Мұндай проектор кең жолақтылық, тар сәуле кеңістігі сияқты артықшылықтарына ие, ал толық дамыған және мұқият өлшенген жағдайда айқын қосымша сәулелер байқалмайды: параметрлік массивке қараңыз. Оның басты кемшілігі – тиімділігінің өте төмен болуы, ол тек бірнеше пайызды құрайды. П.Ж. Вестервельт осы үрдістерді талдап көрсетеді.

Жерден тыс контекстегі сонар

Әртүрлі ғарыштық орталарда белсенді және пассивті сонарды қолдану ұсынылған. Мысалы, Титан спутнигінде белсенді сонар көмірсутекті теңіздердің тереңдігін анықтауға, ал пассивті сонар метан сарқылымаларын анықтауға пайдаланылуы мүмкін. Құрлықтағы және ғарыштық орталар арасындағы айырмашылықты тиісті түрде ескермейтін ұсыныстар қате өлшемдерге алып келуі мүмкін.

Балықтарға әсері

Төмен жиілікті сонар кейбір балықтардың есту шегінде шағын уақытша өзгеріс тудыруы мүмкін.

Жиіліктері мен ажырату қабілеті

Сонарлардың жиіліктері инфрадыбыстан мегагерцтен жоғарыға дейін жетеді. Әдетте, төменгі жиіліктер қашықтығы ұзақ болады, ал жоғары жиіліктер жақсырақ ажыратымдылықты қамтамасыз етеді және белгілі бір бағыттылық үшін кішірек мөлшерде болады. Қажетті бағыттылыққа қол жеткізу үшін 1 кГц-тен төмен жиіліктер көбінесе үлкен өлшемді талап етеді, әдетте сүйретілетін тізбектер түрінде іске асырылады. Төмен жиілікті сонарлар 1–5 кГц деп шартты түрде анықталады, бірақ кейбір әскери-теңіз күштері 5–7 кГц-ді де төмен жиілік деп есептейді. Орташа жиілік 5–15 кГц деп анықталады. Тағы бір жіктеу әдісі төмен жиілікті 1 кГц-тен төмен, ал орташа жиілікті 1–10 кГц аралығында қарастырады.

Жалпы әдебиеттер

Хакман, Виллем. Іздеу және соққы: Сонар, су астына қарсы соғыс және Корольдік теңіз күштері 1914–54 жылдары. Лондон: Ұлыбританияның мемлекеттік кеңсесі, 1984. Хакман, Виллем Д. "Сонар зерттеулері және теңіз соғысы 1914–1954: ХХ ғасыр ғылымының зерттеуі" Физикалық және биологиялық ғылымдар тарихы 16#1 (1986 жылғы қаңтар) 83–110. Урик, Р. Дж. (1983). Су асты дыбысының принциптері (3-ші басылым). Лос-Альтос: Peninsula Publishing.