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소나

Sonar
프랑스 F70형 프리깃함(여기서 La Motte-Picquet)에는 VDS(가변 깊이 소나)형 DUBV43 또는 DUBV43C 견인 소나 장착
1941년 12월 3일 핀란드만에서[1] 난파된 옛 라트비아 비르사이티스함인 소련 해군 기뢰정 T-297의 소나 이미지

음파탐지(음파탐지 및 측거)는 음파탐지(일반적으로 잠수함 항법처럼 수중)를 사용하여 다른 [2]선박과 같은 수면 위 또는 수면 아래의 물체를 탐색, 거리 측정, 통신 또는 탐지하는 기술입니다.두 가지 유형의 기술이 "소나"라는 이름을 공유합니다: 수동형 음파탐지기는 기본적으로 선박이 내는 소리를 듣는 이고 능동형 음파탐지기는 소리 펄스를 내는 것과 메아리를 듣는 것입니다.수중 음파 탐지기는 수중 "표적"의 음향 위치 및 에코 특성 측정 수단으로 사용할 수 있다.공기 중의 음향 위치는 레이더가 도입되기 전에 사용되었다.음파탐지기는 로봇 [3]항법에도 사용할 수 있으며, SODAR(상향 공중 음파탐지기)는 대기 조사에 사용됩니다.소나라는 용어는 또한 소리를 생성하고 수신하는 데 사용되는 장비에도 사용됩니다.음파 시스템에 사용되는 음향 주파수는 매우 낮은 주파수(초음파)에서 매우 높은 주파수(초음파)까지 다양합니다.수중소리의 연구는 수중음향학 또는 수중음향학으로 알려져 있다.

이 기술을 최초로 사용한 것은 1490년 레오나르도 다빈치에 의해 [4]기록되었는데, 그는 귀로 배를 감지하기 위해 물에 삽입된 튜브를 사용했다.그것은 제1차 세계대전 중에 잠수함 전쟁의 증가하는 위협에 대항하기 위해 개발되었으며 [2]1918년까지 수동 음파 탐지 시스템이 사용되었습니다.현대의 능동 음파 시스템은 음향 변환기를 사용하여 대상 [2]물체로부터 반사되는 음파를 생성합니다.

역사

비록 몇몇 동물들(돌고래, 박쥐, 몇몇 랫드류 등)이 수백만 년 동안 의사소통과 물체 탐지를 위해 소리를 사용해 왔지만, 물 속에서 인간이 사용한 것은 레오나르도 다빈치에 의해 1490년에 처음 기록되었다: 물에 삽입된 튜브는 [4]튜브에 귀를 대고 혈관을 탐지하는 데 사용되었다고 한다.

19세기 후반에는 해저벨[5]등대등대의 보조 장치로 사용되어 위험을 경고하였다.

박쥐가 공중 항해를 위해 소리를 사용하는 것과 같은 방식으로 물속에서 "메아리 위치"를 찾기 위해 소리를 사용하는 [6]것은 1912년 타이타닉 참사에 의해 촉발된 것으로 보인다.수중 초음파 탐지장치에 대한 세계 최초의 특허는 [7]타이타닉호가 침몰한 지 한 달 만에 영국 기상학자 루이스 프라이 리처드슨이 영국 특허청에 출원했고,[8] 독일 물리학자 알렉산더 이 1913년 초음파 탐지기에 대한 특허를 취득했다.

캐나다 엔지니어 Reginald Fessenden은 매사추세츠 주 보스턴에 있는 Submarine Signal Company에서 일하면서 1912년에 시작하여 나중에 보스턴 항구에서 테스트를 거쳐 마침내 1914년 뉴펀들랜드[7][9]그랜드 뱅크에 있는 미국 수익 커터 마이애미에서 실험 시스템을 만들었습니다.이 테스트에서 Fessenden은 깊이 측심, 수중 통신(모스 부호) 및 에코 레인지(2마일(3.2km)[10][11] 범위에서 빙산을 감지)를 시연했다.약 500Hz 주파수로 작동하는 "페센덴 발진기"는 3m 파장과 변환기의 복사면의 작은 치수(이하) 때문에 빙산의 방향을 결정할 수 없었다.직경 13 파장).1915년 진수된 몬트리올 건조 영국 H급 잠수함 10척은 페센덴 발진기를 장착했다.[12]

제1차 세계 대전 동안 잠수함을 탐지해야 하는 필요성은 소리의 사용에 대한 더 많은 연구를 촉진시켰다.영국인들은 초기에 수중청취기기를 사용했고, 반면 프랑스 물리학자 랑게빈은 러시아 이민자 전기 기술자 콘스탄틴 칠로스키와 함께 1915년 잠수함을 탐지하기 위한 능동 음향기기의 개발에 참여했다.압전 변환기와 자성 변환기가 나중에 사용한 정전 변환기를 대체했지만, 이 작업은 향후 설계에 영향을 미쳤습니다.하이드로폰에는 경량 플라스틱 필름과 파이버 광학이 사용되었으며 프로젝터에는 Terfenol-D와 PMN(납 마그네슘 니오베이트)이 개발되었습니다.

ASDIC

1944년경부터 ASDIC 디스플레이 유닛

1916년, 영국 발명 연구 위원회 아래에서, 캐나다의 물리학자 로버트 윌리엄 보일은 A. B. 우드와 함께 능동적인 소리 감지 프로젝트를 시작했고, 1917년 중반에 테스트를 위한 프로토타입을 제작했습니다.영국 해군참모부의 대잠수함 사단을 위한 이 작업은 극비리에 수행되었으며, 세계 최초의 실용적인 수중 능동 음향 탐지 장치를 만들기 위해 석영 압전 결정을 사용했다.비밀 유지를 위해, 음향 실험이나 쿼츠에 대한 언급은 없었다. 즉, 초기 작업을 설명하는 데 사용된 단어("슈퍼소닉")는 "ASD"ics"로, 쿼츠 소재는 "ASD"ivite: "대잠수함 사단"의 "ASD"로 바뀌었고, 따라서 영국 약자 ASDIC는 "ASD"로 바뀌었다.1939년 옥스퍼드 영어사전의 질문에 대해 해군성은 "동맹 잠수함 탐지 조사 위원회"를 표방했다는 이야기를 만들어 냈고, 비록 이 이름을 가진 위원회는 [14]해군 문서보관소에서 발견되지 않았지만,[13] 이것은 여전히 널리 믿어지고 있다.

1918년까지 영국과 프랑스는 능동 시스템의 프로토타입을 만들었다.영국은 1920년에 그들ASDIC를 HMS Antrim에 시험했고 1922년에 생산을 시작했다.제6구축함 선단은 1923년 ASDIC를 탑재한 함정을 보유했다.1924년 포틀랜드에 대잠수함 학교인 HMS 오스프리와 4척의 함정으로 구성된 훈련 소대가 창설되었다.

제2차 세계대전이 발발할 무렵, 영국 해군은 다른 수상함급에 대해 5세트를 보유했고, 다른 잠수함들은 완전한 대잠 시스템에 통합되었다.초기 ASDIC의 효율성은 깊이 돌격을 대잠 무기로 사용하는 것에 의해 방해를 받았다.이것은 공격 선박이 함미 위로 전하를 떨어뜨리기 전에 물에 잠긴 접점을 통과해야 했고, 이로 인해 공격을 유도하는 순간에 ASDIC 접점의 상실을 초래했다.그 사냥꾼은 효과적으로 장님 사격을 했고, 그 시간 동안 잠수함 지휘관은 회피 조치를 취할 수 있었다.이 상황은 새로운 전술과 새로운 무기로 해결되었다.

프레데릭 존 워커가 개발한 전술적 개선사항에는 살금살금 공격이 포함되어 있었다.이를 위해 두 척의 대잠수함이 필요했다.이 '지휘함'은 ASDIC에 탑재된 목표 잠수함을 잠수함 후방 약 1500~2000야드 지점에서 추적했다.두 번째 함정은 ASDIC가 꺼지고 5노트로 작동하면서 유도함과 목표물 사이의 위치에서 공격을 시작했다.이 공격은 그들의 ASDIC와 (거리 측정기에 의한) 범위, 그리고 공격선의 방향을 바탕으로 유도선의 무선 전화로 통제되었다.깊이 충격이 가해지자마자 공격선은 전속력으로 인근 해역을 떠났다.이어 유도선이 목표 해역에 진입해 깊이 전하 패턴도 공개했다.접근 속도가 느렸기 때문에 잠수함은 언제 깊이 충격이 방출될지 예측할 수 없었다.유도함과 그에 따라 주어진 공격함에 대한 조타 명령에 의해 어떠한 회피 행동도 감지되었다.공격 속도가 느렸기 때문에 독일 어뢰는 그렇게 느리게 이동하는 군함에 대해 효과적이지 않다는 장점이 있었다.포복공격의 변형은 "플래스터" 공격이었는데, 이 공격에서는 세 척이 나란히 일렬로 서 있는 공격선이 [15]목표물 위를 지휘했다.

ASDIC 사각지대에 대처하기 위한 새로운 무기는 "앞으로 던지는 무기"였는데, 는 공격자보다 앞쪽에 있는 표적에 탄두를 투사하고 여전히 ASDIC와 접촉하고 있는 이다.이를 통해 한 명의 호위대가 잠수함을 더 잘 겨냥할 수 있었다.전쟁 중 개발로 인해 영국의 ASDIC 세트는 여러 가지 다른 형태의 빔을 사용하여 사각지대를 지속적으로 덮게 되었다.나중에 음향 어뢰가 사용되었습니다.

제2차 세계대전 초기(1940년 9월)에 영국의 ASDIC 기술은 미국으로 무료로 이전되었다.ASDIC와 수중 음향에 대한 연구는 영국과 미국에서 확대되었다.많은 새로운 형태의 군용 음향 탐지기가 개발되었습니다.1944년 영국인들이 High Tea라는 암호명으로 처음 개발한 소나부이, 딥/던킹 소나, 기뢰탐지 소나 등이 그것이다. 작업은 핵잠수함에 대한 대응과 관련된 전후 개발의 토대가 되었다.

음파탐지

1930년대에 미국 엔지니어들은 그들만의 수중 음향 탐지 기술을 개발하였고, 열전선의 존재와 음파에 [16]미치는 영향과 같은 중요한 발견이 이루어졌다.미국인들은 프레드릭 헌트[17]RADAR와 동등하게 만든 시스템에 SONAR라는 용어를 사용하기 시작했다.

미국 해군 수중 음향 연구소

1917년, 미 해군은 처음으로 J. 워렌 호튼의 임무를 인수했다.Bell Labs를 떠나면서 그는 기술 전문가로서 정부를 위해 일했습니다.처음에는 매사추세츠 나한트에 있는 실험 기지에서 일했고, 나중에는 영국 런던에 있는 미 해군 본부에서 일했습니다.나한트에서 그는 당시 새로 개발된 진공관을 수중 신호 탐지에 응용 과학 분야의 형성 단계와 연관시켰다.그 결과, 이전의 검출 장비에서 사용되었던 카본 버튼 마이크는 현대 하이드로폰의 선구자로 대체되었습니다.또한 이 기간 동안 그는 견인 감지 방법을 실험했다.이는 그의 장치의 감도가 높아졌기 때문이다.이 원리는 여전히 현대의 견인 음파탐지기 시스템에 사용되고 있습니다.

영국의 국방 수요를 충족시키기 위해, 그는 해저 케이블로 해안 청취 초소와 연결된 아일랜드해 해저 장착형 하이드로폰을 설치하기 위해 영국으로 보내졌다.이 장비가 케이블 부설선에 실리는 동안, 제1차 세계대전은 끝나고 호튼은 집으로 돌아왔다.

제2차 세계대전 동안 그는 잠수함, 기뢰, 어뢰를 탐지할 수 있는 음파 탐지 시스템을 계속 개발했다.그는 1957년 미 해군 수중 음향 연구소의 수석 연구 고문으로 음파 탐지 기본을 발표했습니다.그는 1959년 기술 이사가 될 때까지 이 직책을 맡았고 1963년 [18][19]의무 퇴직할 때까지 이 직책을 맡았다.

미국과 일본의 소재 및 디자인

1915년부터 1940년까지 미국 음파탐지기에는 거의 진전이 없었다.1940년 미국의 음파탐지기는 전형적으로 자기저항 변환기와 구형 하우징의 로셸 소금 결정과 등을 맞대고 부착된 직경 1피트 강판에 연결된 니켈 튜브 배열로 구성되었습니다.이 어셈블리는 선체를 관통하여 원하는 각도로 수동으로 회전했습니다.압전 로셸 소금 결정은 더 나은 매개변수를 가지고 있었지만, 자기저항 단위는 훨씬 더 신뢰할 수 있었다.제2차 세계 대전 초기에 미국 상선 선적의 높은 손실은 자성 변환기 매개변수와 로셸 소금 신뢰성의 개선을 추구하면서 대규모로 높은 우선순위의 미국 연구로 이어졌다.우수한 대안인 인산수소 암모늄(ADP)이 로셸염 대체물로 발견되었으며, 첫 번째 적용은 24kHz 로셸염 변환기의 대체였다.9개월 만에 로셸 소금은 쓸모없게 되었다.ADP 제조 시설은 1940년 초 수십 명에서 1942년 수천 명으로 늘어났다.

ADP 결정의 최초 적용 중 하나는 음향 기뢰용 하이드로폰이었다. 결정체는 5Hz에서 저주파 차단, 3,000m(10,000ft) 상공에서의 항공기 전개에 대한 기계적 충격 및 인접 기뢰 폭발에서 생존할 수 있는 능력으로 규정되었다.ADP 신뢰성의 주요 특징 중 하나는 제로 에이징 특성입니다.결정은 장기간 저장해도 파라미터를 유지합니다.

또 다른 응용은 음향 유도 어뢰였다.두 쌍의 방향성 하이드로폰이 어뢰 노즈에 수평과 수직 평면에 설치되었다. 쌍으로부터의 차이 신호는 어뢰를 좌우로 위아래로 조종하기 위해 사용되었다.대응책이 개발되었습니다: 목표 잠수함은 발포성 화학물질을 방출했고, 어뢰는 더 시끄러운 거품 유인체를 노렸습니다.대응조치는 능동 음파탐지기가 장착된 어뢰로, 어뢰 노즈에 변환기가 추가되었고, 마이크는 반사된 주기적인 신호음을 듣고 있었다.변환기는 다이아몬드 모양의 영역에 정렬된 동일한 직사각형 결정판으로 구성되어 있습니다.

잠수함을 위한 수동 음파 탐지기는 ADP 결정에서 개발되었습니다.여러 개의 결정 어셈블리를 강관에 배치하고, 피마자유를 진공 주입한 후 밀봉했습니다.그런 다음 튜브를 병렬 배열로 장착했습니다.

제2차 세계대전 말기 미 해군의 표준 스캐닝 음파 탐지기는 ADP 결정 배열을 사용하여 18kHz로 작동했습니다.단, 보다 긴 범위를 원하는 경우에는 보다 낮은 주파수를 사용해야 합니다.ADP 결정에 필요한 치수가 너무 커서 1950년대 초에 자기저항성 및 티탄산바륨 압전 시스템이 개발되었지만, 이러한 시스템은 균일한 임피던스 특성을 달성하는 데 문제가 있었고 빔 패턴이 손상되었습니다.그 후 티탄산바륨은 보다 안정적인 지르콘산납(PZT)으로 대체되었고 주파수는 5kHz로 낮아졌다.미국 함대는 수십 년 동안 AN/SQS-23 음파탐지기에 이 물질을 사용했다.SQS-23 음파탐지기는 처음에는 자성 니켈 변환기를 사용했지만, 무게는 몇 톤이었고 니켈은 비싸고 중요한 물질로 간주되었기 때문에 압전 변환기가 대체되었습니다.음파탐지기는 432개의 개별 변환기로 구성된 대규모 배열이었다.처음에는 트랜스듀서의 신뢰성이 떨어져 기계적, 전기적 장애를 나타내며 설치 후 곧 열화되었습니다. 트랜스듀서도 여러 벤더가 생산하고 설계도 달랐으며 어레이의 성능을 손상시킬 정도로 특성이 달랐습니다.그 후 개별 변환기의 수리를 허용하는 정책을 포기하고, 대신 봉인된 수리 불가능한 모듈인 "확장 가능한 모듈 설계"를 선택함으로써 씰 및 기타 관련 없는 기계 [20]부품의 문제를 없앴다.

제2차 세계대전 당시 일본 제국 해군은 석영에 기초한 프로젝터를 사용했다.특히 저주파용으로 설계된 경우에는 크고 무거웠습니다. 9kHz에서 작동하는 타입 91 세트는 직경이 30인치(760mm)이며 5kW의 전력과 7kV의 출력 진폭을 가진 발진기에 의해 구동되었습니다.Type 93 프로젝터는 구형 주철체로 조립된 석영으로 된 단단한 샌드위치들로 구성되었습니다.타입 93 음파탐지기는 나중에 타입 3으로 교체되어 독일 설계를 따랐고 자기저항성 프로젝터를 사용했습니다.프로젝터는 약 16x9인치(410mm×230mm)의 주철 직사각형 본체에 2개의 동일한 독립 유닛으로 구성되었습니다.노출된 영역은 파장의 절반 너비에 파장은 3개였다.자성 코어는 니켈의 4mm 스탬프로 제작되었으며, 이후 알루미늄 함량이 12.7%에서 12.9% 사이인 철-알루미늄 합금으로 제작되었습니다.전력은 3.8kV의 2kW에서 공급되며, 20V, 8A DC 전원에서 편광됩니다.

일본 제국 해군의 수동형 하이드로폰은 이동 코일 설계, 로셸 소금 피에조 변환기, 카본 [21]마이크를 기반으로 했다.

변환기의 향후 개발

제2차 세계대전 이후 압전 변환기의 대안으로 자기저항 변환기를 추구했다.니켈 스크롤-와운드 링 변환기는 직경 13피트(4.0m)의 고출력 저주파 작업에 사용되었으며, 아마도 개별 음파 변환기 중 가장 큰 크기일 것입니다.금속의 장점은 높은 인장 강도와 낮은 입력 전기 임피던스입니다만, PZT보다 전기적 손실과 결합 계수가 낮습니다.PZT의 인장 강도는 프리스트레스에 의해 증가할 수 있습니다.다른 재료들도 시험했습니다. 비금속 페라이트들낮은 와전류 손실을 초래하는 낮은 전기 전도도로 유망했습니다. Metglas는 높은 결합 계수를 제공했지만 전반적으로 PZT보다 낮았습니다.1970년대에, 희토류와 철의 화합물, 즉 테르페놀-D 합금이 뛰어난 자기역학적 특성을 가진 것이 발견되었다.이를 통해 하이브리드 자기저항-압전 변환기와 같은 새로운 설계가 가능해졌다.이러한 개선된 자성 재료 중 가장 최근의 것은 갈페놀입니다.

다른 유형의 변환기에는 간극 표면에 자력이 작용하는 가변 굴절률(또는 이동-전기자 또는 전자파) 변환기와 기존 스피커와 유사한 이동 코일(또는 전자파) 변환기가 있습니다. 후자는 매우 낮은 공진 주파수와 평평한 b로 인해 수중 음향 보정에 사용됩니다.그 위에 있는 도로 대역 특성.[22]

액티브 소나

능동 음파탐지기의 원리

액티브 음파 탐지기는 사운드 송신기(또는 프로젝터)와 수신기를 사용합니다.2개가 같은 장소에 있는 경우, 이것은 단정동작입니다.송신기와 수신기가 분리되면 쌍방향으로 동작합니다.[23]더 많은 송신기(또는 더 많은 수신기)를 사용하고, 다시 공간적으로 분리하면, 다단계 동작입니다.대부분의 음파 탐지기는 단일 정적으로 사용되며, 동일한 배열이 [24]송수신용으로 사용되는 경우가 많습니다.액티브 소노부이 필드는 다단계적으로 작동할 수 있다.

활성 음파 탐지기는 종종 "ping"이라고 불리는 소리의 펄스를 생성한 다음 펄스의 반사(에코)를 청취합니다.이 소리의 펄스는 일반적으로 신호 발생기, 파워앰프 및 전기 음향 변환기/[25]어레이로 구성된 소나 프로젝터를 사용하여 전자적으로 생성됩니다.변환기는 음향 신호("ping")를 송수신할 수 있는 장치입니다.빔포머는 보통 음향파워를 빔에 집중시키기 위해 사용되며, 빔은 필요한 탐색각을 커버하기 위해 스위프될 수 있다.일반적으로 전기음향 변환기는 톤필츠 타입이며 전체 시스템의 성능을 최적화하기 위해 가장 넓은 대역폭에서 최대의 효율을 달성하도록 설계를 최적화할 수 있다.때로는 폭발물, 공기총 또는 플라즈마 음원과 같은 다른 방법으로 음향 펄스가 생성될 수 있다.

물체까지의 거리를 측정하기 위해, 펄스의 송신으로부터 수신까지의 시간을 측정해, 기존의 [26]음속을 이용해 범위로 변환한다.베어링을 측정하기 위해 여러 의 하이드로폰이 사용되며, 빔포밍이라고 불리는 프로세스를 통해 형성된 빔의 상대 진폭을 측정하여 각 또는 하이드로폰 배열에 대한 상대 도착 시간을 측정합니다.어레이를 사용하면 와이드 커버 멀티빔 시스템을 사용할 수 있도록 공간 응답을 줄일 수 있습니다.대상 신호(있는 경우)는 노이즈와 함께 다양한 형태의 신호 [27]처리를 통과하며, 단순 음파 탐지기의 경우 에너지 측정일 수 있습니다.그런 다음 필요한 신호 또는 노이즈 중 하나를 출력으로 호출하는 어떤 형식의 의사결정 장치에 제시됩니다.이 의사결정 장치는 헤드폰이나 디스플레이를 갖춘 조작자일 수도 있고, 보다 정교한 음파탐지기에서는 소프트웨어에 의해 이 기능이 수행될 수도 있다.그 속도를 측정할 뿐만 아니라 표적을 분류하고 현지화하기 위한 추가 프로세스를 수행할 수 있다.

주파수가 일정하거나 주파수가 변화하는 신호음이 울릴 수 있습니다(수신 시 펄스 압축이 가능).단순 음파탐지기는 일반적으로 표적의 움직임으로 인한 도플러 변화를 커버할 수 있을 만큼 넓은 필터를 사용하는 반면, 더 복잡한 음파탐지기는 일반적으로 후자의 기술을 포함한다.디지털 처리가 가능해진 이후 펄스 압축은 일반적으로 디지털 상관 기술을 사용하여 구현되어 왔습니다.밀리터리 음파탐지기는 여러 개의 빔을 가지고 있어 모든 것을 커버할 수 있는 반면, 간단한 빔은 좁은 원호만을 커버하지만 빔은 기계 스캔에 의해 비교적 느리게 회전할 수 있습니다.

특히 단일 주파수 전송을 사용하는 경우, 도플러 효과를 사용하여 목표물의 반경 속도를 측정할 수 있습니다.송신 신호와 수신 신호의 주파수 차이를 측정하여 속도로 변환합니다.도플러 시프트는 수신기 또는 타깃 모션 중 하나로 도입할 수 있기 때문에 탐색 플랫폼의 반경 속도를 허용해야 합니다.

한 가지 유용한 소형 음파 탐지기는 방수 손전등과 외관이 비슷합니다.머리를 물 쪽으로 향하게 하고 버튼을 누르면 목표물까지의 거리가 표시됩니다.또 다른 변형은 물고기 떼가 있는 작은 디스플레이를 보여주는 "피시파인더"이다.일부 민간 음파탐지기(스텔스용으로 설계되지 않음)는 보트 근처 지역을 입체적으로 표시하여 능동적인 군사 음파탐지기(음파탐지기)에 접근합니다.

능동 음파 탐지기를 사용하여 변환기에서 바닥까지의 거리를 측정하는 경우 에코 사운딩이라고 합니다.파동 측정을 위해 위쪽으로 쳐다보는 유사한 방법을 사용할 수 있습니다.

액티브 음파 탐지기는 두 개의 음파 변환기 사이의 물 또는 하이드로폰(수중 음향 마이크)과 프로젝터(수중 음향 스피커)의 조합을 통해 거리를 측정하는 데도 사용됩니다.하이드로폰/트랜스듀서는 특정 질문 신호를 수신하면 특정 응답 신호를 전송하여 응답합니다.거리를 측정하기 위해 하나의 변환기/프로젝터가 질문 신호를 전송하고 이 전송과 다른 변환기/히드로폰 응답 수신 사이의 시간을 측정합니다.물을 통과하는 음속으로 측정하여 2로 나눈 시간 차이는 두 플랫폼 사이의 거리입니다.이 기술은 여러 개의 변환기/히드로폰/프로젝터와 함께 사용할 경우 물 속에서 정적 및 움직이는 물체의 상대적 위치를 계산할 수 있습니다.

전투 상황에서는 적에게 능동 펄스를 탐지해 잠수함이 직접 접촉할 수 있는 최대 거리의 2배에 이르는 거리에서 잠수함의 위치를 밝히고 발신 핑의 특성을 바탕으로 잠수함의 신원을 파악할 수 있는 단서를 제공한다.이런 이유로 능동형 음파탐지기를 군사 잠수함에 자주 사용하지 않는다.

매우 지향적이지만 효율성이 낮은 유형의 음파탐지기(어업, 군사 및 항만 보안에 사용)는 비선형 음파탐지기(가상 변환기는 파라메트릭 어레이)로 알려진 물의 복잡한 비선형 음파탐지기(파라미터 배열)는 파라메트릭 어레이로 알려져 있습니다.

프로젝트 아르테미스

프로젝트 아르테미스는 1950년대 후반부터 1960년대 중반까지 해양 감시에 사용될 수 있는 저주파 능동 음파 시스템의 음향 전파와 신호 처리를 검사하기 위한 실험 연구 개발 프로젝트였다.두 번째 목표는 고정 능동 바닥 [28]시스템의 엔지니어링 문제를 조사하는 것이었다.수신 어레이는 버뮤다 앞바다의 플랜타그넷 뱅크 경사면에 위치해 있었다.액티브 소스 어레이는 제2차 세계 대전 유조선 USNS Mission [29]Capistrano에서 배치되었다.아르테미스의 요소들은 주요 실험이 종료된 후에 실험적으로 사용되었다.

트랜스폰더

이것은 특정 자극을 수신하여 수신된 신호 또는 미리 결정된 신호를 즉시(또는 지연과 함께) 재발송하는 액티브소너 디바이스입니다.트랜스폰더를 사용하여 해저 [30]장비를 원격으로 활성화하거나 복구할 수 있습니다.

퍼포먼스 예측

음파탐지 타깃은 자신이 위치한 이미터를 중심으로 하는 에 비해 작습니다.따라서 반사 신호의 전력은 원래 신호보다 몇 배 적은 매우 낮습니다.반사된 신호가 동일한 전력일 경우에도 다음 예(가정값 사용)는 문제를 나타냅니다.소나 시스템이 1m에서 10,000W/m2 신호를 방출하고 0.001W/m2 신호를 검출할 수 있다고 가정합니다.100m에서 신호는 1W/m가2 됩니다(역제곱 법칙으로 인해).전체 신호가2 10m 타깃에서 반사될 경우 이미터에 도달할 때 0.001 W2/m이 됩니다. 즉, 검출이 가능합니다.단, 원래 신호는 3000m까지 0.001W/m2 이상으로 유지됩니다.유사하거나 더 나은 시스템을 사용하는 100~3000m 사이의 10m2 타깃은 펄스를 검출할 수 있지만 이미터에서는 검출되지 않습니다.탐지기는 에코를 감지하는 데 매우 민감해야 합니다.원래 신호는 훨씬 강력하기 때문에 음파 탐지 범위의 2배 이상 멀리까지 탐지할 수 있습니다(예시와 같이).

액티브 소나에는 노이즈와 잔향으로 인한 두 가지 성능 제한이 있습니다.일반적으로 이들 중 하나 또는 다른 것이 지배하기 때문에 처음에는 두 효과를 개별적으로 고려할 수 있다.

최초 [31]검출 시 소음 제한 조건:

SL - 2PL + TS - (NL - AG) = DT,

여기서 SL은 소스레벨, PL은 전파손실(전송손실이라고도 함), TS는 타깃강도, NL은 노이즈레벨, AG는 수신 어레이의 어레이 게인(경우에 따라서는 지향성 지수로 근사함), DT는 검출 임계값입니다.

초기 감지 시 잔향이 제한된 조건(배열 게인 무시):

SL - 2PL + TS = RL + DT,

여기서 RL은 잔향 수준이고 다른 요인은 이전과 같다.

다이버가 사용하는 휴대용 음파 탐지 장치

  • LIMIS(림펫 광산 이미징 소나)는 다이버가 사용하는 휴대용 또는 ROV 장착 이미징 소나입니다.초계 잠수부(전투 개구리잡이 또는 통관 잠수부)들이 시야가 낮은 물에서 기뢰를 찾기 위해 설계되었기 때문이다.
  • LUIS(렌즈 수중 영상 시스템)는 다이버가 사용하는 또 다른 영상 음파 탐지 장치입니다.
  • 잠수부들을 위한 손전등 모양의 소형 수중 음파탐지기(음파탐지기)가 있거나 있었다.
  • INS(통합형 내비게이션 소나 시스템)의 경우

상향 음파탐지기

상향 음파탐지기(ULS)는 바다 표면을 향해 위쪽을 가리키는 음파탐지기입니다.아래를 향한 음파탐지기와 유사한 목적으로 사용되지만, 해빙 두께, 거칠기 [32][33]및 농도 측정, 거친 바다 시 거품 플룸의 공기 유입 측정 등 몇 가지 고유한 응용 분야가 있습니다.종종 그것은 해저에 계류되거나 약 100미터의 일정한 깊이로 타이트 라인 계류 위에 떠 있다.그것들은 또한 잠수함, AUV, 그리고 아르고 [34]플로트와 같은 부유물에 의해 사용될 수 있다.

패시브 소나

수동 음파 탐지기는 전송하지 않고 듣습니다.다양한 수중 환경에서 존재/부재 연구를 위해 물고기를 탐지하는 과학 분야에도 사용되지만, 이는 종종 군사 환경에서 사용된다. 수동 음향수동 레이더도 참조한다.가장 광범위한 용도에서 이 용어는 원격에서 생성된 소리를 포함하는 거의 모든 분석 기술을 포함할 수 있지만, 일반적으로 수중 환경에서 적용되는 기술로 제한된다.

음원의 식별

패시브 소나에는 검출된 소리의 근원을 식별하기 위한 다양한 기술이 있습니다.예를 들어, 미국 선박은 일반적으로 60Hz 교류 전력 시스템을 운용합니다.변압기발전기선체에서 적절한 방진 없이 장착하거나 침수되면 권선으로부터 60Hz의 소리가 잠수함이나 선박에서 방출될 수 있다.모든 유럽 잠수함과 거의 모든 다른 국가의 잠수함이 50Hz의 전력 시스템을 가지고 있기 때문에, 이것은 그것의 국적을 확인하는 데 도움이 될 수 있다."과도"라고 불리는 간헐적 음원(렌치 드롭 등)은 수동형 음파탐지기로도 감지될 수 있습니다.[when?]최근까지는 경험이 많고 훈련을 받은 오퍼레이터가 신호를 식별했지만 이제는 컴퓨터가 이를 수행할 수도 있습니다.

수동형 음파 시스템은 대규모 음파 데이터베이스를 가지고 있을 수 있지만, 음파 처리자는 최종적으로 신호를 수동으로 분류합니다.컴퓨터 시스템은 선박의 등급, 행동(즉, 선박의 속도, 방출된 무기의 종류 및 가장 효과적인 대응책) 및 특정 선박을 식별하기 위해 이러한 데이터베이스를 자주 사용합니다.

소음 제한

차량에서 발생하는 소음 때문에 차량에서 수동 음파 탐지기는 일반적으로 심각하게 제한됩니다.이 때문에 많은 잠수함이 펌프 없이 무음 대류연료전지 또는 배터리를 사용하여 냉각할 수 있는 원자로를 운영하고 있다.차량의 프로펠러 또한 최소한의 소음을 발생시키도록 설계되고 정밀하게 가공됩니다.고속 프로펠러는 종종 물속에서 작은 기포를 만들어내는데, 캐비테이션은 독특한 소리를 낸다.

수중 음파 탐지기는 수상 선박 자체에서 발생하는 소음의 영향을 줄이기 위해 선박이나 잠수함 뒤로 견인될 수 있다.또한 견인된 장치는 열전선 위 또는 아래로 견인될 수 있으므로 열전선과도 싸울 수 있습니다.

대부분의 수동형 음파탐지기의 디스플레이는 2차원 폭포 디스플레이였다.디스플레이의 수평 방향은 베어링입니다.수직은 주파수 또는 경우에 따라서는 시간입니다.또 다른 표시 기법은 베어링용 주파수-시간 정보를 컬러 코딩하는 것이다.컴퓨터에 의해 보다 최신의 디스플레이가 생성되어 레이더 타입의 평면 위치 인디케이터가 표시됩니다.

퍼포먼스 예측

액티브 소나와는 달리 단방향 전파만 관여합니다.사용되는 신호 처리가 다르기 때문에 최소 검출 가능한 신호 대 잡음비는 다릅니다.패시브 음파 탐지기의 성능을 결정하는[35][31] 방정식은 다음과 같습니다.

SL - PL = NL - AG + DT,

여기서 SL은 소스 레벨, PL은 전파 손실, NL은 노이즈 레벨, AG는 어레이 게인, DT는 검출 임계값입니다.수동 음파탐지기의 장점은 다음과 같습니다.

FOM = SL + AG - (NL + DT).

퍼포먼스 요인

음파탐지기의 검출, 분류 및 국소화 성능은 환경과 수신 장비, 능동 음파탐지기의 송신 장비 또는 수동 음파탐지기의 표적 방사 소음에 따라 달라진다.

음전파

음파탐지기의 작동은 특히 수직면에서 음속의 변화에 영향을 받습니다.소리는 바닷물보다 민물에서 더 느리게 이동하지만, 차이는 작습니다.속도는 물의 부피 계수질량 밀도에 의해 결정됩니다.벌크 계수는 온도, 용해된 불순물(보통 염분) 압력의 영향을 받습니다.밀도 효과가 작습니다.음속(피트/초)은 대략 다음과 같습니다.

4388 + (11.25 × 온도(°F)) + (0.0182 × 깊이(피트) + 염도(단위: 천 단위)

경험적으로 도출된 근사 방정식은 정상 온도, 염분 농도 및 대부분의 해양 깊이의 범위에 대해 상당히 정확합니다.바다의 온도는 깊이에 따라 다르지만, 30미터에서 100미터 사이에서는 종종 열전선이라고 불리는 현저한 변화가 있는데, 이는 따뜻한 표면수와 차가운, 그리고 바다의 나머지 부분을 구성하는 고요한 물을 나누는 것입니다.이는 열전선의 한쪽에서 발생하는 소리가 열전선을 통해 구부러지거나 굴절되는 경향이 있기 때문에 음파를 방해할 수 있습니다.열전선은 얕은 연안 수역에 존재할 수 있다.그러나 파동 작용으로 인해 물기둥이 혼합되어 열전선이 제거되는 경우가 많습니다.수압은 또한 음의 전파에도 영향을 미칩니다.압력이 높을수록 음속이 증가하여 음파가 음속의 영역에서 벗어나게 됩니다.굴절의 수학적 모형은 스넬의 법칙이라고 불린다.

음원이 깊고 조건이 적절한 경우 '심음 채널'에서 전파가 발생할 수 있습니다.이것에 의해, 채널내의 리시버에 대한 전파 손실이 지극히 낮아집니다.이는 채널 내의 사운드트래핑이 경계에서 손실되지 않기 때문입니다.적절한 조건 하에서 '표면 덕트'에서도 유사한 전파가 발생할 수 있습니다.그러나 이 경우 표면에는 반사 손실이 있습니다.

얕은 물에서 전파는 일반적으로 표면과 바닥에서 반복 반사에 의해 이루어지며 상당한 손실이 발생할 수 있다.

소리 전파는 표면과 바닥뿐만 아니라 물 자체에서의 흡수에 의해 영향을 받는다.이 흡수는 주파수에 따라 달라지며 바닷물에는 여러 가지 다른 메커니즘이 있다.장거리 음파 탐지기는 흡수 효과를 최소화하기 위해 저주파를 사용합니다.

바다에는 원하는 목표 에코 또는 시그니처를 방해하는 많은 노이즈 소스가 있습니다.주요 소음원은 파도와 운송입니다.물을 통해 수신기가 움직이면 속도에 의존하는 저주파 노이즈가 발생할 수도 있습니다.

★★★

능동 음파탐지기를 사용하면 해저와 표면뿐만 아니라 바다의 작은 물체에서도 산란이 발생합니다.이것이 주요 간섭의 원인이 될 수 있습니다.이러한 음향 산란은 안개 속에서 자동차의 전조등에서 나오는 빛의 산란과 유사합니다. 고강도 연필 빔은 안개를 어느 정도 통과하지만, 광폭 헤드라이트는 원치 않는 방향으로 많은 빛을 방출합니다. 이 중 많은 부분이 관찰자에게 다시 산란되어 목표물("흰색 차단")에서 반사된 빛을 압도합니다.유사한 이유로 액티브 음파탐지기는 산란을 최소화하기 위해 좁은 빔으로 전송해야 합니다.

바다 밑에 비눗방울 구름이 보인다.레퍼런스부터[36]

물체(광산, 파이프라인, 동물성 플랑크톤, 지질학적 특징, 물고기 등)에서 음파 탐지기가 산란하는 것은 활성 음파 탐지 방법이지만, 이 능력은 잘못된 표적 또는 '클러터'로부터 강한 산란으로 가려질 수 있다.기포가 발생하는 장소(파도 [37]아래, 선박에서 깨짐, 해저 침출[38] 및 누출에서 방출되는 가스 등)에서는 기포가 강력한 혼란의 원천이며 쉽게 표적을 숨길 수 있다.현재 TWin Inverted Pulse Sonar([39][40][41]TWin 반전 펄스 소나)는 이 난잡한 문제를 해결할 수 있는 유일한 소나입니다.

거품이 많은 물에서 표적을 찾는 데 있어 표준 음파 탐지기와 TWIPS의 비교.참조에서 [39]개작.

최근 많은 분쟁이 연안에서 발생하고 있고, 지뢰의 유무와 군함의 지연을 탐지할 수 없으며, 또한 [39]분쟁이 끝난 지 오래 후에 이 지역을 지원하려는 호송선이나 상선을 지원할 수 없기 때문에, 이것은 중요하다.

잠수함과 같은 능동 음파탐지기의 목표물의 음향반사 특성을 목표 강도로 한다.복잡한 점은 메아리가 고래, 깨는 것, 물고기 떼, 바위 등 바다의 다른 물체로부터도 얻어진다는 것이다.

수동형 음파 탐지기는 대상의 복사 노이즈 특성을 탐지합니다.복사 스펙트럼은 분류에 사용할 수 있는 특정 주파수에서 피크를 갖는 연속적인 소음 스펙트럼으로 구성된다.

★★

공격 중인 선박에 의해 능동적(동력적) 대응조치가 개시되어 소음 수준을 높이고, 큰 거짓 표적을 제공하며, 선박 자체의 표식을 모호하게 할 수 있다.

수동적(즉, 비동력적) 대책에는 다음이 포함됩니다.

  • 분리 장치에 소음 발생 장치를 장착합니다.
  • 잠수함 선체에 흡음 코팅(예: 무반향 타일)

응용

현대의 해군전에서는 수상 수송선, 항공기 및 고정 설비의 수동형 및 능동형 음파탐지기를 광범위하게 사용한다.제2차 세계대전 당시 잠수함은 해상탐지기를 사용했지만 적군에 자신의 존재와 위치를 드러낼 수 있다는 이유로 능동탐지기를 피했다.그러나 현대적인 신호 처리의 등장으로 수동형 음파탐지기를 검색 및 탐지 작업을 위한 주요 수단으로 사용할 수 있게 되었습니다.1987년 일본 회사 도시바의 한 사업부는 소련에 기계를 판매해 잠수함 프로펠러 블레이드를 제분할 수 있게 해 차세대 잠수함을 탐지하는 데 어려움을 겪었다고 한다[42].

잠수함이 능동 음파탐지기를 사용해 방위력을 측정하는 것은 극히 드물기 때문에 잠수함 사격통제팀에 양질의 방위력이나 사정거리 정보를 제공할 필요는 없다.하지만, 해상 선박에서 능동 음파 탐지기를 사용하는 것은 매우 흔하며, 전술적 상황이 자신의 위치를 숨기는 것보다 적의 잠수함의 위치를 파악하는 것이 더 중요하다고 지시할 때 잠수함에 의해 사용된다.해상 선박의 경우 음파탐지기 주변의 어떤 선박도 방출을 탐지할 수 있기 때문에 위협은 이미 위성 데이터로 선박을 추적하고 있는 것으로 추정될 수 있다.신호를 들으면 사용하는 음파 장치(일반적으로 주파수)와 위치(음파의 에너지)를 쉽게 식별할 수 있습니다.액티브 음파탐지는 레이더와 비슷하지만 특정 범위의 타깃을 검출할 수 있지만 이미터를 훨씬 더 큰 범위에서 검출할 수 있다는 점에서 바람직하지 않습니다.

능동 음파탐지기는 운용자의 존재와 위치를 밝히고 목표물의 정확한 분류를 허용하지 않기 때문에 고속(비행기, 헬리콥터)과 소음 플랫폼(대부분의 수상함)에서 사용되지만 잠수함은 거의 사용하지 않는다.해상 선박이나 잠수함에 능동 음파탐지기가 사용될 경우 탐지 위험을 최소화하기 위해 간헐적으로 매우 짧게 작동됩니다.따라서 액티브소너는 일반적으로 패시브소나에 대한 백업으로 간주됩니다.항공기에서 능동 음파탐지는 항공기의 순찰 구역이나 가능한 적 음파탐지 접촉 근처에 투하되는 일회용 음파탐지기의 형태로 사용됩니다.

수동형 음파탐지기는 몇 가지 장점이 있는데, 가장 중요한 것은 무음이라는 것입니다.타깃 복사 노이즈레벨이 충분히 높으면 액티브소나보다 큰 범위를 가질 수 있어 타깃을 식별할 수 있습니다.모터 구동 물체는 소음을 내기 때문에 원칙적으로 발생하는 소음 수준과 주변 소음 수준 및 사용된 기술에 따라 탐지될 수 있습니다.간단하게 말하면, 패시브 음파탐지기가 그것을 사용해 배 주위를 「탐지」합니다.잠수함에 탑재된 노즈마운트 패시브 소너는 배의 정렬을 중심으로 약 270°의 방향, 각 측면에 약 160°의 선체 장착 배열, 360°의 견인 배열 등을 검출한다.보이지 않는 부분은 선박 자체의 간섭 때문이다.신호가 특정 방향으로 검출되면(즉, 그 방향으로 소리가 나는 것을 브로드밴드 검출이라고 부릅니다), 수신한 신호를 확대해 분석할 수 있습니다(협대역 분석).이는 일반적으로 푸리에 변환을 사용하여 소리를 구성하는 다양한 주파수를 보여줍니다.모든 엔진에서 특정한 소리가 나기 때문에 물체를 식별하는 것은 간단하다.고유한 엔진 사운드의 데이터베이스는 음향 인텔리전스 또는 ACINT로 알려진 것의 일부입니다.

수동 음파탐지기를 사용하는 또 다른 방법은 목표물의 궤적을 결정하는 것입니다.이 프로세스를 TMA(Target Motion Analysis)라고 하며, 결과 "솔루션"은 대상의 범위, 경로 및 속도입니다.TMA는 소리가 어느 방향에서 나는지 다른 시간에 표시하고, 그 움직임을 운용자 자신의 배와 비교하는 방식으로 이루어집니다.상대운동의 변화는 사례 제한에 관한 몇 가지 가정과 함께 표준 기하학적 기법을 사용하여 분석된다.

수동형 음파탐지기는 은밀하게 작동하며 매우 유용합니다.하지만 첨단 전자 부품이 필요하고 비용이 많이 듭니다.일반적으로 검출을 강화하기 위해 고가의 출하 시에 어레이 형태로 도입됩니다.수상 선박은 그것을 효과적으로 사용한다; 그것은 잠수함에 의해 훨씬 더 잘 사용된다; 그리고 그것은 또한 잠수함이 열층 아래에 숨을 수 있기 때문에 주로 "깜짝 효과"로 비행기와 헬리콥터에 사용된다.만약 잠수함의 지휘관이 그가 혼자라고 믿는다면, 그는 그의 배를 수면으로 더 가까이 가져와서 탐지하기가 더 쉬울 수도 있고, 더 깊고 빠르게 나아가서 더 많은 소리를 낼 수도 있다.

군사용으로 사용되는 음파 탐지기의 예는 다음과 같습니다.다음 절에서 설명하는 많은 민간 용도는 해군 용에도 적용될 수 있다.

대잠전

가변 깊이 소나 및 그 윈치

최근까지 선박 음파 탐지기는 보통 선체 내부 또는 뱃머리에 장착된 배열로 제작되었다.최초 사용 후 플로우 노이즈를 줄일 수 있는 수단이 필요하다는 것을 곧 알게 되었습니다.첫 번째는 틀 위에 캔버스로 만들어졌고, 그 다음에는 강철 캔버스가 사용되었습니다.돔은 보통 강화 플라스틱이나 가압 고무로 만들어집니다.이러한 음파 탐지기는 주로 작동에 적극적입니다.일반적인 선체 장착 음파 탐지기의 예로는 SQS-56이 있습니다.

선박 소음 문제 때문에 견인 음파 탐지기도 사용됩니다.이것들은 물속 깊이 들어갈 수 있다는 장점이 있지만 얕은 물속에서는 사용이 제한된다.이를 2/3D 어레이를 사용하는 견인된 어레이(선형) 또는 가변 깊이 소나(VDS)라고 합니다.문제는 전개/복구에 필요한 윈치가 크고 비용이 많이 든다는 것입니다.VDS 세트는 주로 작동 중인 반면 견인된 어레이는 수동적입니다.

현대식 능동-수동 음파탐지선의 예로는 탈레스 수중 시스템에서 만든 소나 2087이 있습니다.

어뢰

최신 어뢰는 일반적으로 능동형/수동형 음파탐지기가 장착되어 있습니다.이것은 목표물에 직접 도달하기 위해 사용될 수 있지만, 웨이크 호밍 어뢰도 사용된다.어쿠스틱 호머의 초기 예는 마크 37 어뢰였다.

어뢰 대응책은 견인 또는 자유자재로 사용할 수 있습니다.초기의 예는 독일의 시글린데 장치인데 반해 볼드는 화학 장치였다.미국에서 널리 사용되는 장치는 견인된 AN/SLQ-25 Nixie이며, 이동식 잠수함 시뮬레이터(MOSS)는 무료 장치였다.닉시 시스템의 현대적 대안으로 영국 해군 S2170 수상함 어뢰 방어 시스템이 있다.

광산

지뢰에는 필요한 표적을 탐지, 위치 파악 및 인식하기 위한 음파 탐지기가 장착될 수 있습니다.를 들어 캡토르 기뢰가 있습니다.

광산 대책

지뢰 대책 소나(MCM)는 작은 물체를 탐지하는 데 사용되는 특수한 유형의 음파탐지뢰 및 장애물 방지 소나(MOAS)라고도 합니다.대부분의 MCM 음파 탐지기는 선체에 장착되지만, 일부 유형은 VDS 설계입니다.선체에 장착된 MCM 음파 탐지기의 예로는 타입 2193이 있으며, SQQ-32 기뢰 탐지기와 타입 2093 시스템은 VDS 설계입니다.

잠수함 항법

잠수함은 수중에서는 레이더를 사용할 수 없기 때문에 수상함보다 음파탐지기에 더 많이 의존한다.소나 어레이는 선체에 장착하거나 견인할 수 있습니다.전형적인 핏에 대한 정보는 오야시오급 잠수함과 스위프트슈어급 잠수함에 수록되어 있다.

항공기

H-3 Sea King에서 배치된 AN/AQS-13 디핑 소나

헬기는 능동-수동 소노부이 전장을 배치해 대잠전에 활용하거나 AQS-13과 같은 수중 음파탐지기를 운용할 수 있다.고정 날개 항공기는 또한 소나부이를 배치할 수 있고, 그것들을 배치할 수 있는 더 큰 내구성과 용량을 가지고 있다.소나부이 또는 딥 음파탐지기로부터의 처리는 항공기 또는 선박에서 이루어질 수 있습니다.딥 음파 탐지기는 일상 조건에 적합한 깊이까지 전개할 수 있다는 장점이 있습니다.헬리콥터는 또한 AQS-20A와 같이 견인된 음파 탐지기를 사용하는 지뢰 대책 임무에 사용되었다.

수중 통신

수중 통신을 위해 전용 음파 탐지기를 배와 잠수함에 장착할 수 있다.

해양 감시

미국은 1950년에 미국 전화전신 회사(AT&T)와 함께 Sound Surveillance System(SOSUS)이라는 분류명으로 수동형 고정 해양 감시 시스템을 시작했고, 벨 연구소와 서부 전기 제조업체는 개발 및 설치를 계약했다.이 시스템은 음속 최소값이 수천 마일을 이동하는 도파로를 생성하는 딥 사운드 채널이라고도 알려진 SOFAR 채널을 이용했습니다.분석은 AT&T 사운드 스펙트로그래프를 기반으로 했다. AT&T는 음성을 음성 분석을 위해 개발되고 저주파 수중 소리를 분석하기 위해 수정된 소리의 시간-주파수 분석을 나타내는 시각적 스펙트로그램으로 변환했다.그 과정은 저주파 분석과 기록이었고, 그 장비는 LOFAR라는 약자로 저주파 분석기와 기록기라고 불렸다. LOFAR 연구는 Jezebel이라고 불렸으며, 특히 이 과정을 사용하는 소나부이(Sonobuoy)와 때로는 [43][44][45][46]그 이름으로 "Jezebel"을 사용하는 것으로 이어졌다.제안된 시스템은 장거리 잠수함 탐지를 약속했기 때문에 해군은 즉각적인 [44][47]시행을 명령했다.

NAVFAC 워치 플로어의 각 어레이 빔에 대해 하나씩 Lopargram 라이터.

테스트 어레이의 설치와 풀 스케일의 설치 사이에 1951년과 1958년에 40개의 요소, 프로토타입 운영 어레이가 대서양과 태평양에 설치되었고, 그 후 프로젝트 시저라는 이름으로 분류되지 않은 이름으로 설치되었습니다.원래 시스템은 기밀 임무를 수행하기 위해 "해양 연구"에 관여하는 것으로 설명되는 기밀 해안 기지 지정 해군 시설(NAVFAC)에서 종료되었다.시스템은 보다 고도의 케이블로 여러 번 업그레이드되어 어레이를 해양 분지에 설치하고 처리를 업그레이드할 수 있게 되었습니다.해안 스테이션은 1990년대에 어레이를 통합하고 중앙 처리 센터로 재루팅하는 과정에서 없어졌습니다.1985년 새로운 모바일 어레이 및 기타 시스템이 가동되기 시작하면서 통합 시스템 이름이 통합 해저 감시 시스템(IUSS)으로 변경되었습니다.1991년에 그 시스템의 임무는 기밀 해제되었다.IUSS 휘장 착용이 허가되기 1년 전.과학적 [43][44]연구를 위해 몇 가지 시스템에 대한 접근이 허가되었다.

비슷한 시스템이 소련에 의해 운영되었다고 여겨진다.

수중 보안

음파탐지기를 사용하여 개구리맨과 다른 스쿠버 다이버들을 탐지할 수 있습니다.이는 선박 주변이나 항구 입구에서 적용할 수 있습니다.액티브 음파 탐지기는 억제 및/또는 비활성화 메커니즘으로도 사용할 수 있습니다.이러한 장치 중 하나가 Cerberus 시스템입니다.

AN/PQS-2A 핸드헬드 소나(탈부착식 부유식 칼라 및 자석 나침반 포함)

휴대용 음파탐지기

림펫 지뢰 이미징 소나(LIMIS)는 휴대용 또는 ROV 장착 이미징 소나로, 저시정 수중에서 림펫 지뢰를 찾기 위해 순찰 다이버(전투 개구리맨 또는 클리어런스 다이버)를 위해 설계되었습니다.

LUIS는 잠수부가 사용하는 또 다른 영상 음파탐지기입니다.

INS(Integrated Navigation Sonar System)는 [48][49]범위를 표시하는 다이버용 소형 손전등 모양의 핸드헬드 소나입니다.

요격 음파탐지기

이것은 적의 능동 음파탐지기로부터의 전송을 탐지하고 위치를 파악하도록 설계된 음파탐지기입니다.영국 뱅가드급 잠수함에 장착된 2082형이 그 예입니다.

민간 응용 프로그램

어업

어업은 수요가 증가하고 있는 중요한 산업이지만 심각한 자원 문제로 인해 세계 어획량이 감소하고 있다.업계에서는 지속가능성의 한계에 도달할 때까지 전 세계적으로 통합을 계속해야 하는 미래에 직면해 있습니다.그러나 어선단 통합으로 센서, 음향장치, 음파탐지기 등 첨단 어류탐지장치에 대한 수요가 증가하고 있다.역사적으로, 어부들은 물고기를 찾고 수확하기 위해 많은 다른 기술들을 사용했다.그러나 음향 기술은 현대 상업 어업 발전의 가장 중요한 원동력 중 하나이다.

물고기의 공기로 가득 찬 방광은 바닷물과 밀도가 다르기 때문에 음파는 물보다 물고기를 통해 다르게 이동한다.이 밀도 차이는 반사음을 이용해 물고기 떼를 탐지할 수 있게 해준다.음향 기술은 소리가 공기 중에서보다 물 속에서 더 멀리 그리고 더 빠르게 이동하기 때문에 특히 수중 애플리케이션에 적합합니다.오늘날 상업 어선들은 물고기를 탐지하기 위해 음향 음파탐지기와 음향탐지기에 거의 전적으로 의존하고 있다.어부들은 또한 능동 음파 탐지기와 에코 경보 발생기 기술을 사용하여 수심, 바닥 윤곽 및 바닥 구성을 판단한다.

어군탐지기 음파탐지기 실내 전시

eSonar, Raymarine, Marport Canada, Wesmar, Furuno, Krupp 및 Simrad와 같은 회사는 심해 상업 어업용 음파 및 음향 기기를 다양하게 만듭니다.예를 들어, 네트 센서는 다양한 수중 측정을 수행하고 선박에 있는 수신기로 정보를 다시 전송합니다.각 센서에는 특정 기능에 따라 하나 이상의 음향 변환기가 장착되어 있습니다.데이터는 무선 음향 원격 측정을 사용하여 센서로부터 전송되고 선체에 장착된 하이드로폰으로 수신됩니다.아날로그 신호는 디지털 음향 수신기에 의해 디코딩되고 데이터로 변환되어 고해상도 모니터에 그래픽으로 표시되도록 브리지 컴퓨터로 전송됩니다.

에코 사운딩

에코 사운딩은 배와 보트 밑의 수심을 측정하기 위해 사용되는 과정이다.능동 음파탐지기의 일종인 에코 사운딩은 해저에 직접 내려오는 음향 펄스의 전송으로, 해저에 닿아 원점으로 되돌아온 후 전송과 에코 리턴 사이의 시간을 측정합니다.음향 펄스는 리턴 에코를 수신하는 변환기에 의해 방출됩니다.깊이 측정은 수중 음속(초당 평균 1500m)에 방출과 에코 [50][51]리턴 사이의 시간을 곱하여 계산한다.

수중 음향의 어업에 대한 가치로 인해 에코 사운더와 유사한 방식으로 작동하는 다른 음향 기기가 개발되었지만, 그 기능이 에코 사운더의 초기 모델과 약간 다르기 때문에 다른 용어가 주어졌습니다.

넷 로케이션

네트 경보 발생기는 혈관 바닥이 아닌 네트 헤드라인에 장착된 변환기가 있는 에코 경보 발생기입니다.그럼에도 불구하고, 변환기에서 디스플레이 장치까지의 거리를 수용하기 위해, 일반 에코 사운더보다 훨씬 더 큰 몇 가지 미세화가 이루어져야 한다.크게 두 가지 유형을 사용할 수 있습니다.첫 번째는 케이블을 통해 신호가 전송되는 케이블 유형입니다.이 경우, 작업의 여러 단계에서 케이블을 끌어당기고, 쏘고, 보관할 케이블 드럼이 제공되어야 합니다.두 번째 유형은 Marport의 Trawl Explorer와 같은 케이블 없는 넷 사운더로, 선박의 네트와 선체에 장착된 리시버-히드로폰 사이에서 음향적으로 신호를 전송합니다.이 경우 케이블 드럼은 필요하지 않지만 변환기와 수신기에 정교한 전자 장치가 필요합니다.

네트 경보 발생기의 디스플레이는 에코 경보 발생기의 선체 장착 변환기와 같이 물의 깊이가 아닌 바닥(또는 표면)으로부터의 네트 거리를 표시합니다.넷의 헤드라인에 고정되어 있는 풋로프는, 통상, 넷 퍼포먼스의 지표가 되는 것을 볼 수 있습니다.그물 안으로 들어가는 모든 물고기들도 볼 수 있고, 가능한 한 많은 물고기를 잡을 수 있도록 세밀하게 조정할 수 있다.그물 내 어획량이 중요한 다른 어업에서는 어획 센서 변환기를 그물 끝의 다양한 위치에 설치한다.대구단이 가득 차면 이러한 캐치 센서 변환기가 하나씩 트리거되고 이 정보가 음향적으로 선박 브리지의 디스플레이 모니터로 전송됩니다.그 다음, 선장은 언제 그물을 끌어당길지 결정할 수 있다.

복수 요소 변환기를 사용하는 최신 버전의 네트 경보 발생기는 에코 경보 발생기보다 음파 탐지기와 같은 기능을 하며 초기 네트 경보 발생기가 사용한 수직 뷰뿐만 아니라 네트 앞 영역의 슬라이스를 보여준다.

음파 탐지기는 배 주변의 물고기나 다른 물체를 보여줄 수 있는 방향 탐지 능력을 가진 초음파 탐지기입니다.

ROV 및 UUV

소형 음파 탐지기는 원격 작동 차량(ROV)과 무인 수중 차량(UV)에 장착되어 어두운 환경에서도 작동할 수 있게 되었습니다.이 음파 탐지기는 차량 앞을 내다보는 데 사용됩니다.장기 광산 정찰 시스템은 MCM을 위한 UUV입니다.

차량 위치

비콘 역할을 하는 음파 탐지기는 바다에 추락했을 때 위치를 확인할 수 있도록 항공기에 장착되어 있다.LBL 등의 장소 관리에 짧은 베이스라인 소나 및 긴 베이스라인 소나(soonar)를 사용할 수 있습니다.

시각장애인을 위한 보철물

2013년 미국의 한 발명가가 초음파 센서와 촉각 피드백 시스템이 장착된 "거미 감지" 바디수트를 선보였습니다. 착용자에게 다가오는 위협을 경고하고 눈을 [52]가린 상태에서도 공격자에게 대응할 수 있게 해 줍니다.

과학적 응용 프로그램

바이오매스 추정

어류 및 기타 해양 및 수중 생물 검출, 활성 음파탐지기법을 이용한 개체 크기 또는 총 바이오매스 추정음의 펄스가 물을 통과하면서 음원을 향해 소리를 반사하는 어류와 같은 주변 매체와 다른 밀도 또는 음향 특성을 가진 물체와 마주칩니다.이 메아리는 물고기의 크기, 위치, 풍부함 그리고 행동에 대한 정보를 제공합니다.데이터는 일반적으로 에코뷰와 같은 다양한 소프트웨어를 사용하여 처리 및 분석됩니다.

파동 측정

바닥 또는 플랫폼에 설치된 상향식 에코 경보 발생기를 사용하여 파고 및 주기를 측정할 수 있다.위치에서의 표면 조건의 이 통계로부터 도출할 수 있다.

수속 측정

물의 속도를 측정할 수 있도록 특수 단거리 음파 탐지기가 개발되었습니다.

보텀 타입 평가

수중 음파 탐지기는 예를 들어 진흙, 모래, 자갈 등으로 해저의 특성을 파악하는 데 사용할 수 있습니다.에코 사운더와 같은 비교적 단순한 음파 탐지기는 추가 모듈을 통해 해저 분류 시스템으로 승격되어 에코 매개변수를 침전물 유형으로 변환할 수 있다.다양한 알고리즘이 존재하지만 모두 반사된 경보 발생기 ping의 에너지 또는 모양 변화에 기초합니다.고급 기판 분류 분석은 음향 데이터의 보정된(과학적인) 에코 사운더 및 파라메트릭 또는 퍼지 논리 분석을 사용하여 달성할 수 있습니다.

바시메트릭 매핑

멀티빔사이드스캔 음파탐지 작업을 수행하는 수로측량선 그래픽

사이드 스캔 음파 탐지기를 사용하여 수중 음파 탐지기를 바닥 바로 위로 이동하여 해저 지형(배터리) 지도를 도출할 수 있습니다.GLOIA와 같은 저주파 음파 탐지기는 대륙붕 전체 조사에 사용되었으며, 고주파 음파 탐지기는 소규모 지역에 대한 보다 상세한 조사에 사용되었습니다.

하위 프로파일링

해저 상층부의 프로파일을 제공하기 위해 강력한 저주파 에코 사운더가 개발되었습니다.가장 최근의 장치 중 하나는 Innomar의 SES-2000 quattro 다중 전송기 매개변수 SBP로, 예를 들어 수중 고고학 목적으로[53] 퍽 만에서 사용된다.

해저 가스 누출 감지

기포는 해저 또는 그 근처에서 여러 발생원에서 누출될 수 있습니다.수동형 및 능동형 소나[38](각각 노란색 및 빨간색 시스템으로 도식적으로[54] 표시됨)에[54] 의해 탐지될 수 있습니다.

해저(자연 누출 및 CCSF 누출) 및 가스 파이프라인의 기포에 대한 능동(빨간색) 및 수동(노란색) 음파 탐지(참조 자료 참조).[54]

메탄과 이산화탄소의 자연 누출이 일어난다.[38]가스 파이프라인이 누출될 수 있으며 탄소 포집 및 저장 시설(CCSF, 예를 들어 추출된 대기 중 탄소가 [55][56][57][58]저장되는 고갈된 유정)에서 누출이 발생하는지 여부를 감지할 수 있는 것이 중요합니다.가스 누출량의 정량화는 어려우며 능동형 및 수동형 음파탐지기를 사용하여 추정할 수 있지만 [54][59]음파탐지기 데이터에서 이러한 추정치를 도출하는 데 내재된 가정 때문에 정확성에 의문을 제기하는 것이 중요하다.

합성 개구 음파 탐지 장치

연구실에는 다양한 합성 개구 음파 탐지기가 구축되어 있으며, 일부는 지뢰 수색 및 수색 시스템에 사용되고 있습니다.조작에 대한 설명은 합성 개구 음파탐지기로 제공됩니다.

파라메트릭 소나

파라메트릭 소스는 물의 비선형성을 사용하여 두 고주파 사이의 차이 주파수를 생성합니다.가상 엔드파이어 어레이가 형성된다.이러한 프로젝터는 넓은 대역폭과 좁은 빔 폭의 장점이 있으며, 완전히 개발되어 신중하게 측정하면 뚜렷한 측면부가 보이지 않습니다.파라미터 어레이를 참조하십시오.이 제품의 주요 단점은 효율성이 몇 [60]퍼센트밖에 되지 않는다는 것입니다. P.J. Westervelt는 이와 [61]관련된 추세를 요약합니다.

외계의 음파탐지기

수동형 [62]및 능동형 음파탐지기의 사용은 다양한 외계인 용도로 제안되어 왔다.액티브 소나를 사용한 예는 타이탄 [63]탄화수소 바다의 깊이를 측정하는 것입니다.패시브 소나를 사용한 예는 [64]타이탄에서 메타네폴을 검출하는 것입니다.

지구(대기, 해양, 광물) 환경과 외계 환경 간의 차이를 적절히 고려하지 않고 음파탐지기의 사용을 제안하는 제안은 잘못된[65][66][67][68][69][70] 가치로 이어질 수 있다는 점에 주목했다.

생태학적 영향

해양 포유류에 미치는 영향

연구에 따르면 능동 음파탐지기를 사용하면 해양 [71]포유동물의 대량 고립을 초래할 수 있다.좌초에서 가장 흔한 희생자인 부리고래는 중주파 능동 음파탐지기에 [72]매우 민감한 것으로 나타났다.청고래와 같은 다른 해양 포유류들도 수중 [73]음파탐지기의 원천으로부터 도망치는 반면,[74] 해상 활동은 돌고래의 대량 좌초 발생의 가장 가능성이 높은 원인으로 제시되었다.일부 연구에 자금을 지원한 미 해군은 이번 연구 결과가 음파탐지기에 대한 행동 반응만 보일 뿐 실제 피해는 아니라고 밝혔지만, "새로운 연구 [71]결과에 비추어 해양 포유류 보호 조치의 효과를 평가할 것"이라고 말했다.미 해군에 의한 수중 음파탐지 사용에 관한 2008년 미 대법원의 판결은 수중 음파탐지기가 해양 [75]포유류에게 해를 끼치거나 죽은 것으로 결정적으로 증명된 사례는 없었다고 언급했다.

고래와 돌고래와 같은 몇몇 해양 동물들은 포식자와 먹잇감의 위치를 찾기 위해 때때로 바이오소나라고 불리는 반향 위치 측정 시스템을 사용합니다.남캘리포니아 만에서 청고래에 대한 음파탐지기의 영향에 대한 연구는 중주파 음파탐지기의 사용이 고래의 먹이행동을 방해한다는 것을 보여준다.이는 음파탐지로 인한 먹이 공급 중단과 고품질 먹이 패치로 인한 이동은 수염고래의 먹이 생태, 개인의 적합성 및 개체 [76]건강에 유의하고 이전에 문서화되지 않은 영향을 미칠 수 있음을 나타낸다.

수중 음파탐지기가 사용된 해군 훈련과 관련된 부리고래의 대량 좌초 증거에 대한 검토가 2019년에 발표되었다.그것은 중주파 능동 음파탐지기의 영향이 쿠비에르 부리 고래에 가장 강하지만 개인이나 개체수에 따라 다르다고 결론지었다.리뷰는 개별 동물의 반응 강도는 그들이 음파탐지기에 이전에 노출된 적이 있는지 여부에 따라 달라질 수 있으며, 수중음파탐지기에 대한 반응의 결과일 수 있는 고립된 고래에서 감압병의 증상이 발견되었다고 시사했다.이 보고서는 여러 차례 좌초된 적이 있는 카나리아 제도에서는 수중 음파탐지 훈련을 금지한 이후 더 이상의 대량 좌초 사태가 발생하지 않았다고 지적하고, 계속해서 대량 좌초가 [77][78]발생하는 다른 지역으로 금지 조치를 확대할 것을 권고했다.

생선에 미치는 영향

고강도 음파 탐지기는 일부 [79][80][a]물고기의 청각 임계값에 작은 일시적인 변화를 일으킬 수 있습니다.

주파수와 해상도

음파 탐지기의 주파수는 초저주파에서 메가헤르츠 이상까지 다양하다.일반적으로 주파수가 낮을수록 범위가 길어지고 주파수가 높을수록 분해능이 향상되며 특정 방향성에 대한 크기가 작아집니다.

합리적인 방향성을 달성하기 위해 일반적으로 1kHz 미만의 주파수는 큰 사이즈가 필요하며, 일반적으로 견인된 [81]어레이로 구현됩니다.

일부 해군에서는 5~7kHz도 저주파로 간주하지만 저주파 음파 음파 탐지기는 1-5kHz로 느슨하게 정의됩니다.중간 주파수는 5~15kHz로 정의됩니다.또 다른 분할 스타일에서는 저주파를 1kHz 미만으로 간주하고 중간 주파수를 1~10kHz로 [81]간주합니다.

미국 제2차 세계 대전 시대의 소나들은 비교적 높은 주파수인 20-30kHz에서 작동했으며, 일반적인 최대 작동 범위가 2500yd인 상당히 작은 변환기로 방향성을 달성했습니다.전후 음파 탐지기는 더 긴 범위를 달성하기 위해 더 낮은 주파수를 사용했다. 예를 들어, SQS-4는 최대 5000 yd 범위의 10 kHz에서 작동했다.SQS-26과 SQS-53은 최대 20,000 yd의 범위로 3 kHz에서 작동했습니다. 돔의 크기는 약 60피트 인력의 보트로, 기존의 선체 음파 탐지기의 상한 크기였습니다.따라서 저주파수 선형 어레이 또는 견인형 어레이가 [81]사용되기 때문에 선체 전체에 퍼진 컨포멀소너 어레이로 더 큰 사이즈를 실현하는 것은 지금까지는 효과적이지 않았습니다.

일본의 WW2 음파 탐지기는 다양한 주파수로 작동했습니다.타입 91은 30인치 쿼츠 프로젝터를 탑재해 9kHz로 동작했다.소형 석영 프로젝터를 갖춘 Type 93은 17.5kHz(16kHz 또는 19kHz 자기저항으로 모델 5)에서 1.7kW와 2.5kHz 사이의 출력으로 작동했으며, 범위는 최대 6km였다.독일 설계 자기저항 변환기를 사용하는 최신 타입 3은 트윈 변환기(단일 변환기 3개를 가진 모델 1 제외)를 사용하여 13, 14.5, 16 또는 20kHz(모델별)에서 0.2 ~ 2.5kW로 작동했다.단순형은 0.25kW에서 최대 [21]2.5km의 범위에서 발진기 대신 정전식 방전에 의해 구동되는 14.5kHz 자기저항 변환기를 사용했다.

음파탐지기의 해상도는 각이 져 있습니다.멀리 떨어져 있는 물체는 가까운 물체보다 낮은 해상도로 촬영됩니다.

또 다른 소스는 sidscan sonar의 범위와 해상도 대 주파수 목록입니다.30kHz는 1000~6000m 범위의 저해상도, 100kHz는 500~1000m의 중간 해상도, 300kHz는 150~500m의 고해상도, 600kHz는 75~150m의 고해상도입니다.음파탐지기가 길수록 물의 균질성에 더 악영향을 받는다.일부 환경(일반적으로 해안 근처의 얕은 물)은 많은 특징과 함께 복잡한 지형을 가지고 있으며,[82] 더 높은 빈도가 필요합니다.

「 」를 참조해 주세요.

설명 메모

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일반 참고 문헌 목록

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수산음향기준

추가 정보

외부 링크