Введение
Форма сонара с использованием последующей обработки данных сонара.
Синтетический аппертурный сонар (SAS) – это тип сонара, в котором сложная последующая обработка данных сонара используется аналогично синтетической апертурной радиолокации. Синтетические аппертурные сонары объединяют множество акустических импульсов для формирования изображения с гораздо более высоким разрешением вдоль траектории движения, чем у обычных сонаров. Разрешение вдоль траектории может приближаться к половине длины одного сонарного элемента, однако ограничено снизу 1/4 длины волны. Принцип работы синтетического аппертурного сонара заключается в перемещении сонара при последовательном освещении одной и той же точки на морском дне несколькими импульсами. При движении по прямой линии те импульсы, у которых положение изображения находится в пределах ширины луча, формируют синтетическую апертуру. Благодаря когерентной реорганизации данных, полученных со всех импульсов, создается синтетическое апертурное изображение с улучшенным разрешением вдоль траектории. В отличие от обычного сонара бокового обзора (SSS), обработка SAS обеспечивает разрешение вдоль траектории, не зависящее от дальности. На максимальной дальности разрешение может быть на порядки выше, чем у сонаров бокового обзора. Также доступен технологический обзор за 2013 год с примерами и прогнозами развития. Для специалистов в области науки статья в журнале IEEE Journal of Oceanic Engineering: Synthetic Aperture Sonar, A Review of Current Status, предоставляет обзор истории и обширный список ссылок на достижения сообщества до 2009 года. Длина синтетической апертуры составляет
где R – дальность, – длина волны на центральной частоте, а d – размер элемента вдоль траектории в апертуре. является программируемым параметром, который управляет шириной обрабатываемого луча, то есть фактической шириной луча.
Разрешение вдоль трассы
Разрешение вдоль трассы в традиционном боковом сонаре ухудшается с увеличением дальности в дальней зоне. Объект будет отображаться с более высоким разрешением, когда он находится ближе к датчику, и с меньшим разрешением – когда дальше. В синтетической апертурной сонарной системе разрешение вдоль трассы постоянно на всех дальностях, что означает, что объект должен быть одинаково различим на большинстве расстояний от датчика. Где – дальность до цели, – длина антенны, и – длина акустической волны, являющаяся функцией частоты. Это означает, что традиционному боковому сонару с высоким разрешением вдоль трассы потребуется очень большая длина антенны для обнаружения цели на большом расстоянии. Затухание акустической энергии при увеличении частоты и, следовательно, уменьшении длины волны, снижает эффективную дальность действия. Синтетическая апертурная сонарная система создает синтетическую антенну большой длины, двигаясь преимущественно по прямой линии, обеспечивая теоретическое разрешение вдоль трассы в несколько сантиметров. На практике разрешение будет несколько хуже, но все же значительно лучше, чем у традиционного бокового сонара аналогичных размеров.
Последующая обработка
Традиционный боковой сонар обычно доступен сразу после получения данных без какой-либо дополнительной обработки, в то время как синтетические апертурные сонары требуют сложной постобработки на мощных компьютерах, что увеличивает время от получения данных до анализа. Некоторые системы обеспечивают обработку в реальном времени с пониженным разрешением, что позволяет оперативно обновлять задачи на основе наблюдений, а также предоставляет платформу для машинного обучения с целью классификации объектов. Это также означает, что для SAS требуются очень высокие скорости хранения данных – от 60 до 90 ГБ в час необработанных данных является распространенной величиной.
Покрытие территории
Покрытие площади — один из важнейших факторов при коммерческом применении гидроакустики. Для систем ССС и САС мгновенное покрытие площади для двухсторонней системы (то есть с датчиками по обоим бортам) равно:
где — максимальная дальность до дна, — минимальная дальность до дна перед зоной провала в надре, а — скорость сонара. Фактическое покрытие площади несколько меньше указанного. Также актуально для военно-морских мин.
Гражданские заявки
Синтетический сонар с апертурой, устанавливаемый на автономных подводных аппаратах, использовался для обнаружения затонувших кораблей и обломков. Он был одним из нескольких типов датчиков, применявшихся при поисках рейса 370 авиакомпании Malaysia Airlines. Этот тип гидролокатора также начинает находить применение в океанографических исследованиях. В 2019 году NOAA, Kraken Robotics и ThayerMahan провели совместную демонстрацию технологий, в рамках которой был продемонстрирован синтетический сонар с апертурой. Обнаружение утечек углекислого газа с помощью синтетического сонара с апертурой в сочетании с передовой обработкой сигналов доказало свою эффективность и остается актуальной областью исследований. Поиск потерянного рыболовного снаряжения, ловушек и сетей осуществлялся с использованием синтетического сонара с апертурой на автономном подводном аппарате в Норвегии.