Введение

Прибор для картографирования морского дна

Боковой сканирующий сонар (также иногда называемый боковым сканирующим сонаром, боковым изображающим сонаром и сонаром для классификации дна) — это категория сонарных систем, используемых для эффективного создания изображений больших участков морского дна.

Применение

Боковой сканирующий сонар используется для быстрого получения изображений больших участков морского дна. Области применения включают обследования в области морской археологии, поиск затонувших кораблей, поисково-спасательные работы (SAR) и мониторинг окружающей среды. В сочетании с пробами грунта со дна моря, он позволяет понять различия в составе и текстуре морского дна. Изображения, полученные с помощью бокового сканирующего сонара, также часто используются для обнаружения обломков и других препятствий на морском дне, которые могут быть опасны для судоходства или подводных сооружений нефтегазовой промышленности. Кроме того, с помощью бокового сканирующего сонара можно исследовать состояние подводных трубопроводов и кабелей. Данные бокового сканирования часто собираются совместно с батиметрическими измерениями и данными профилирования подстилающих слоев, что позволяет получить представление о неглубокой структуре морского дна. Боковой сканирующий сонар также применяется в рыбохозяйственных исследованиях, дноуглубительных работах и экологических исследованиях. Он также находит применение в военной сфере, в том числе для обнаружения мин.

Как это работает

Боковой сканер использует сонарное устройство, излучающее конические или веерообразные импульсы вниз к морскому дну под широким углом, перпендикулярным траектории движения датчика в воде. Датчик может буксироваться с надводного судна или подводной лодки (так называемый "towfish"), либо крепиться к корпусу судна. Интенсивность акустических отражений от морского дна в пределах этого веерообразного луча записывается в виде серии поперечных срезов. Соединяя эти срезы вдоль направления движения, получают изображение морского дна в пределах полосы обзора (ширины охвата) луча. Звуковые частоты, используемые в боковых сканерах, обычно находятся в диапазоне от 100 до 500 кГц; более высокие частоты обеспечивают лучшее разрешение, но меньшую дальность.

Технология

Самые ранние гидролокаторы бокового обзора использовали один конический излучатель. Затем стали изготавливать устройства с двумя излучателями для охвата обеих сторон. Излучатели размещались либо в одном корпусе, либо в двух блоках по обеим сторонам судна. Далее излучатели эволюционировали до веерообразных лучей для получения более качественной "сонограммы" или изображения гидролокатора. Для приближения к дну в глубокой воде боковые излучатели помещались в "буксируемый аппарат" и тянулись по буксировочному кабелю. До середины 1980-х годов коммерческие изображения бокового обзора создавались на бумажных носителях. Первые бумажные записи создавались с помощью самописца, который выжигал изображение на непрерывно движущуюся бумажную ленту. Более поздние самописцы позволяли одновременно наносить на бумажный носитель информацию о положении и движении судна. В конце 1980-х годов коммерческие системы, использующие новые, более дешевые компьютерные системы, разработали цифровые преобразователи развертки, которые могли более экономично имитировать аналоговые преобразователи развертки, используемые в военных системах для создания изображений сканирования, отображаемых на телевизорах и компьютерах, и сохранять их на видеокассетах. В настоящее время данные хранятся на жестких дисках компьютеров или твердотельных накопителях. Данные обычно отображаются в виде изображений в оттенках серого или цветных изображений, известных как сонограммы бокового обзора, которые обеспечивают визуальное представление подводной среды.

Военное применение

Одним из изобретателей бокового сканирующего сонара был немецкий ученый, доктор Юлиус Хагеманн, которого перевезли в США после Второй мировой войны, и он работал в Лаборатории противоминной обороны ВМС США в Панама-Сити, штат Флорида, с 1947 года до своей смерти в 1964 году. Его работа задокументирована в патенте США № 4 197 591, который был впервые представлен в августе 1958 года, но оставался засекреченным ВМС США до его выдачи в 1980 году. Экспериментальные системы бокового сканирующего сонара создавались в 1950-х годах в лабораториях, включая Институт океанографии Скриппса и лаборатории Хадсона, а также доктором Гарольдом Эджертоном в MIT. Военные боковые сканирующие сонары были изготовлены в 1950-х годах компанией Westinghouse. В дальнейшем, на предприятии Westinghouse в Аннаполисе и вплоть до 1990-х годов, были разработаны и построены передовые системы для специальных военных целей, такие как поиск водородных бомб, потерянных в море, или поиск пропавшей российской подводной лодки. Эта же группа создала первый и единственный рабочий сонар типа Angle Look, способный отслеживать объекты, глядя под транспортным средством.

Коммерческое применение

Первой коммерческой системой бокового сканирования был "Transit Sonar" компании Kelvin Hughes – модернизированный эхолот с одноканальным, устанавленным на штанге, передатчиком в виде веерного луча, представленный около 1960 года. В 1963 году доктор Гарольд Эджертон, Эдвард Керли и Джон Юлес использовали конический луч сонара с боковым сканированием частотой 12 кГц для обнаружения затонувшего судна Vineyard Lightship в бухте Базардс, штат Массачусетс. Команда под руководством Мартина Клейна в Edgerton, Germeshausen & Grier (позже E. G. & G., Inc.) разработала первую успешную буксируемую, двухканальную коммерческую систему сонара бокового сканирования в период с 1963 по 1966 год. Мартин Кляйн общепризнанно считается "отцом" коммерческого сонара бокового сканирования. В 1967 году Эджертон использовал сонар Клейна, чтобы помочь Александру Макки найти флагман Генриха VIII, корабль "Мэри Роуз". В том же году Клейн использовал сонар, чтобы помочь археологу Джорджу Бассу найти 2000-летний корабль у побережья Турции. В 1968 году Клейн основал компанию Klein Associates (ныне KLEIN A MIND Technology Business) и продолжил работу над усовершенствованиями, включая первые коммерческие высокочастотные (500 кГц) системы, первые двухчастотные сонары бокового сканирования, а также первый комбинированный сонар бокового сканирования и сонар профилирования грунта. В 1985 году Чарльз Мазель из Klein Associates (ныне Klein Marine Systems, Inc.) выпустил первые коммерческие обучающие видеоролики по сонару бокового сканирования и первое руководство по обучению сонару бокового сканирования, а два океанографа обнаружили обломки RMS Titanic. Для обследования больших площадей сонар GLORIA был разработан компаниями Marconi Underwater Systems и Институтом океанографических наук (IOS) для NERC. Аббревиатура GLORIA расшифровывается как Geological Long Range Inclined Asdic (Геологический дальнобойный наклонный гидроакустический локатор). Он использовался Геологической службой США и IOS в Великобритании для получения изображений континентальных шельфов по всему миру. Он работал на относительно низких частотах для обеспечения большой дальности. Как и большинство сонаров бокового сканирования, прибор GLORIA буксируется за судном. GLORIA имеет частоту повторения импульсов два в минуту и обнаруживает отражения с расстояния до 22 км с каждой стороны от сонарного "рыба".