ردیاب صوتی یا سونار

سونار (ردیابی صوتی) تکنیکی است که از انتشار صدا (معمولاً در زیر آب، مانند ناوبری زیردریایی) برای پیمایش، اندازه‌گیری فاصله (برد)، برقراری ارتباط، یا تشخیص اشیاء روی سطح یا زیر سطح آب، مانند کشتی‌ها یا زیر دریایی های دیگر استفاده می‌کند.

سونار که مخفف عبارت Sound Navigation and Ranging است، برای کاوش و نقشه برداری اقیانوس بسیار مفید است زیرا امواج صوتی دورتر از امواج رادار و نور در آب حرکت می کنند. دانشمندان در درجه اول از سونار برای توسعه نمودارهای دریایی، مکان یابی خطرات زیر آب برای ناوبری، جستجو و نقشه برداری از اشیاء در بستر دریا، مانند غرق شدن کشتی ها و نقشه برداری از مسیرحرکت خود استفاده می کنند.

دو نوع فناوری برای “سونار” وجود دارد که بدین شرح است: سونار غیرفعال که اساساً به صدای تولید شده توسط کشتی ها گوش می دهد. سونار فعال که پالس های صدا را منتشر می کند و به پژواک گوش می دهد. سونار ممکن است به عنوان وسیله ای برای مکان یابی صوتی و اندازه گیری ویژگی های پژواک “هدف ها” در آب استفاده شود.

اولین استفاده ثبت شده از این روش توسط لئوناردو داوینچی در سال 1490 بود که از لوله ای که در آب قرار داده شده بود، برای تشخیص عروق توسط گوش استفاده کرد. در طول جنگ جهانی اول برای مقابله با تهدید فزاینده جنگ زیردریایی، با یک سیستم سونار غیرفعال عملیاتی که تا سال 1918 مورد استفاده قرار گرفت، توسعه یافت. سیستم‌های سونار فعال مدرن از یک مبدل صوتی برای تولید موج صوتی استفاده می‌کنند که از اجسام هدف منعکس می‌شود.

در حال حاضر موارد استفاده از سونار بسیار زیاد است. در زمینه نظامی تعداد زیادی سیستم وجود دارد که زیردریایی ها را شناسایی و مکان یابی می کند. سونار همچنین در اژدرهای آکوستیک هومینگ، در مین های آکوستیک و در شناسایی مین استفاده می شود. کاربردهای غیرنظامی سونار شامل یافتن ماهی، صدا گذاری عمقی، نقشه برداری از کف دریا، ناوبری داپلر، و مکان یابی صوتی برای غواصان است.

در مورد تفاوت رادار وسونار می توان گفت که رادارها امواج الکترومغناطیسی به‌کار می‌برند، و سونارها از امواج فراصوتی، که مانند امواج صوتی، ولی دارای بسامد بسیار بالا هستند استفاده می‌کنند. امواج فراصوتی هم مانند امواج صوتی و نور بازتابش می‌شوند. به کمک این امواج بازتابش شده نقشه ی سطح زیر دریاها و جای پستی و بلندی‌ها کاملاً مشخص می‌شود.

نمونه‌ای از سونار سیستمی است که در آن امواج صوتی را ارسال می‌کنید و می‌بینید که چقدر طول می‌کشد تا آنها به عقب باز گردند تا بفهمید یک منطقه در اقیانوس اطلس چقدر عمق دارد.

محققان روش تازه ای را ابداع کرده‌اند که ارسال و دریافت علائم سونار را از هوا ممکن کرده و از این طریق نقشه برداری از کف دریاها و تحقیق در مورد زندگی دریایی را تسهیل می‌کند.

سیستم جدید ابداع شده بدین منظور که پی‌ای اس اس نام دارد، اشعه لیزر را با پهپاد به سمت سطح آب می‌تاباند. این اشعه سپس در قالب یک فرکانس صوتی به سمت مقصد فرستاده می‌شود و همزمان با جذب انرژی اشعه لیزر، امواج مافوق صوتی در آب خلق می‌شوند که می‌توانند در قالب امواج مؤثر سونار عمل کنند. این امواج قبل از بازگشت به سطح آب به اشیای زیر آب برخورد کرده و آنها را جانمایی می‌کنند.

مبدل های مغناطیسی پس از جنگ جهانی دوم به عنوان جایگزینی برای مبدل های پیزوالکتریک دنبال شدند. مبدل‌های حلقه‌ای با سیم پیچ نیکل برای عملیات‌های فرکانس پایین با قدرت بالا، با قطر تا 13 فوت (4.0 متر)، احتمالاً بزرگترین مبدل‌های سونار منفردی بوده اند که تا کنون استفاده شده اند. مزیت فلزات استحکام کششی بالا و امپدانس الکتریکی ورودی کم است، اما نسبت به PZT که مقاومت کششی آن را می توان با پیش تنیدگی افزایش داد، تلفات الکتریکی و ضریب جفت کمتری دارند. مواد دیگر نیز آزمایش شده اند.

در دهه 1970، ترکیباتی از خاکهای کمیاب و آهن با خواص مغناطیسی مکانیکی برتر، یعنی آلیاژ ترفنول-D کشف شد. این امر امکان طراحی های جدید را فراهم کرد، به عنوان مثال. یک مبدل مغناطیسی-پیزوالکتریک هیبریدی. جدیدترین این مواد مغناطیسی بهبود یافته گالفنول است.

انواع دیگر مبدل‌ها عبارتند از مبدل‌های با مقاومت متغیر (یا با آرماتور متحرک یا الکترو مغناطیسی)، که در آن نیروی مغناطیسی روی سطوح شکاف‌ها اعمال می‌شود، و مبدل‌ های سیم پیچ متحرک (یا الکترودینامیک)، مشابه بلندگوهای معمولی. دومی در کالیبراسیون صدای زیر آب به دلیل فرکانس های تشدید بسیار پایین و ویژگی های پهنای باند مسطح بالای آنها استفاده می شود.

سیستم های سونار غیرفعال ممکن است پایگاه داده های صوتی بزرگی داشته باشند، اما اپراتور سونار معمولاً در نهایت سیگنال ها را به صورت دستی طبقه بندی می کند. یک سیستم کامپیوتری اغلب از این پایگاه‌های اطلاعاتی برای شناسایی کلاس‌های کشتی‌ها، ملیت آن ها، اقدامات (یعنی سرعت یک کشتی یا نوع سلاح آزاد شده) و حتی کشتی‌های خاص استفاده می‌کند.

امروزه در زمینه تولید این گونه از سامانه های سونار شرکتهایی مثل Raytheon  ،Northrop Grumman  و L-3 Klein  از آمریکا، Kongsberg Maritime  از نروژ،  Thales از فرانسه و Ultra Electronics از انگلستان از جمله شرکت های پیش رو در این حوزه هستند. زیردریایی های اتمی کلاس لس آنجلس نیروی دریایی آمریکا، شناورهای نقشه برداری اقیانوسی کلاس Echo در نیروی دریایی سلطنتی انگلستان و شناورهای ضد مین کلاس Alta نیروی دریایی نروژ از جمله کاربران این گونه سامانه های سونار هستند. صنایع دفاعی کشورمان نیز طی سالهای اخیر برای تامین نیاز نیروهای مسلح جمهوری اسلامی ایران به تولید سامانه سونار تصویر ساز رنگی اقدام کرده است.

امواج صوتی از بین بسیاری از محملها مانند هوا مایع و گاز میتواند عبور کند . هر محمل مکانیزم متفاوتی برای عبور صدا از خود دارد . بسته به اینکه صدا از چه محملی عبور میکند از ابزارهای متفاوتی برای شناسایی آن استفاده میشود . رادار با استفاده از امواج مایکروویو سفینه ها و سونار با استفاده از امواج صوتی زیر دریایی ها را شناسایی میکند . مواد پوششی مخصوصی برای سطوح زیردریایی ها جهت جذب امواج یا انتشار آنها استفاده میشود که این مواد جاذب، مانع از انعکاس مجدد امواج سونار و شناسایی زیردریایی ها میشود .