Veetav ridasonar

Veetav ridasonar on hüdrofonide jada, mida veetakse kaablil allveelaeva või pinnalaeva järel.^[1] Hüdrofonid, mis asetsevad jadas laeva taga kaablil, mille pikkus võib olla mitu kilomeetrit, hoiab seda hüdrofonide jada laeva enda müraallikatest eemal, parandades oluliselt signaali-müra suhet ning seega ka nõrkade kontaktide tuvastamise võimekust ja nende jälgimise efektiivsust. See on oluline näiteks vaikseid helisid tekitavate allveelaevade avastamiseks või seismiliste signaalide paremaks tajumiseks.^[2]

Veetav ridasonar võimaldab suuremat eraldusvõimet ja ulatust võrreldes laeva kere küljes paiknevate sonaritega. Ridasonar võimaldab katta ka kere küljes asuva sonari pimeala. Samas piirab antud süsteemi kasutamine laeva kiirust ja laeva taga veetavat pikka kaablit on kerge vigastada.

Ajalugu

Esimese maailmasõja ajal töötas USA mereväe füüsik Harvey Hayes väljaveetava ridasonari, mida nimetati "elektriangerjaks". Seda süsteemi peetakse esimeseks veetavaks ridasonariks. Süsteem kasutas kahte kaablit, millele mõlemale oli kinnitatud tosin hüdrofoni. Pärast sõja lõppemist jäeti antud arendustöö pooleli.^[2]

Vastusena Nõukogude Liidu tuumaallveelaevade väljatöötamisele jätkas USA merevägi 1960. aastatel veetava ridasonari tehnoloogia arendamist.^[2]

Veetavate ridasonarite kasutus tänapäeval

Laevadel on transportimiseks veetavate ridasonarite kaablid tavaliselt trumlitele keritud, mis seejärel vajadusel laeva tagant lahti keritakse. USA mereväe allveelaevad hoiavad veetavaid ridasonareid ahtris piki laeva kere kinnitatud toru sees, avaga tüürpoordi tagumises otsas.^[2] Samuti on seadmeid ballastipaagis, samal ajal kui süsteemi käitamiseks kasutatav juhtimissüsteem asub allveelaeva sees.^[3]

Veetavas ridasonaris paigutatakse hüdrofonid kindlate vahedega piki kaablit. Seejuures esimene ja viimane üksteisest piisavalt kaugele, et oleks võimalik heliallikal asukoha triangulatsiooni abil määrata. Osad sonari elemendid asetatakse nurga alla üles või alla,^[4] mis võimaldab triangulatsioon abil sihtmärgi sügavust hinnata. Osadel juhtudel kasutatakse täpsemaks sügavuse määramiseks ka kolme või enamat ridasonarit koos.

Üldiselt jäetakse esimesed mõnisada meetrit laeva sõukruvist hüdrofonidest tühjaks, kuna nende tõhusust vähendaks tekitatud müra (kavitatsiooni- ja hüdrodünaamilise voolu helid), vibratsioon ja turbulents. Pealveelaevadel kasutataval Surveillance Towed Array Sensor Systemile on sonarid kinnitatud kaablile, mis omakorda veab kaasa reguleeritava sügavusega kaugjuhitavat allveesõidukit (remotely operated underwater vehicle – ROV). Teine raskusega kaabel võib olla välja keritud kaugjuhitavast allveesõidukist, mis võimaldab veetava ridasonari sügavust reguleerida. Pikkadel seismilistel ridasonaritel on kogu pikkuses vahepealsed paravaanid, mida saab kasutada ridasonari reaalajas sügavuse reguleerimiseks.

Kaugjuhitava allveesõiduki sügavuse muutmine võimaldab veetavat ridasonarit juhtida erinevate temperatuuridega veekihtidesse. See võimaldab pinnalaevadel saada infot näiteks termokliinis alla ja üles, mis on vajalik allveelaevade vastaseks sõjapidamiseks kompenseerides tiheduse ja temperatuuri erinevustest tulenevat helilevi ainult kihist alla- või ülespoole. Lastes ridasonari "saba" kihist sügavamale, saab allveelaevade vastane alus paremini tuvastada vaikset kontakti, mis peidab ennast külmas vees soojade ülemiste kihtide all. Samale põhimõttele tuginedes saab allveelaev jälgida pinnalaevu, ujutades oma ridasonari saba termokliinist kõrgemal ning jäädes ise selles allapoole.

Ridasonari hüdrofone saab kasutada heliallikate avastamiseks. Antud sonari tegelik väärtus peitub tema kiire moodustamise ja Fourier' analüüsi signaalitöötlustehnikates, mida saab kasutada nii heliallika kauguse kui suuna leidmiseks ning ka tuvastamiseks. Tuvastada võimaldab laevade tüüpidele vastavate mootori, sõukruvi(de) akustiliste signatuuride teadmine. Selleks on vaja teada ridasonari hüdrofonide asendeid üksteise suhtes, mis on üldiselt võimalik kaabli on sirge asendi korral, aga võib olla saavutatud ka andurite süsteemi abil (näiteks tensomeetrid). Hüdrofonide suhtelise asukoha andmeid kasutatakse ridasonari kuju jälgimiseks ja kõveruste korrigeerimiseks.

Kasutamine geofüüsikas

Veetavaid ridasonareid kasutatakse nafta- ja gaasitööstuses ka merepõhja geoloogia seismiliseks uurimiseks.^[5] Kasutatavad süsteemid on tööpõhimõttelt sarnased mereväes kasutatavatega, kuid on tavaliselt pikemad: seal kasutatakse mitut paralleelset ridasonarit samaaegselt (mõnel juhul 6 või rohkem). Tüüpilised ridasonaritevahelised kaugused on suurusjärgus kaks meetrit ja iga ridasonar võib olla kuni 10 km pikk. Mõnikord viiakse ridasonarid ka erinevatele sügavustele, et saada kolmemõõtmeline sonar.

Puudused

Veetava ridasonari tõhusaks kasutamiseks on vajalik, et laev hoiaks andmete kogumise ajal sirget kurssi. Manööverdamine või kursi muutmine viib ridasonari hüdrofonide omavahelise asukoha muutuseni ja andmete edastamise katkemiseni. Paljude kaasaegsemate ridasonarite tööd manöövrid ei sega. Nendes mõõdetakse pidevalt sonari elementide ja nende suhtelisi asukohti. Seeläbi saab andmetöötluse käigus automaatselt ridasonari kumerustega arvestada.

Laev peab veetava ridasonari kasutamisel piirama kiirust. Hüdrodünaamiline takistus suureneb võrdelisel kiiruse ruuduga ja võib suurte kiiruste korral kaablit või tema kinnitusi kahjustada. Lisaks võib tekkida vajadus kehtestada minimaalne kiirus, mis sõltub veetava ridasonari ujuvusest. Ridasonarit võib kahjustada ka kokkupuude merepõhjaga või liiga suur kõverdumine.

Vaata ka

Viited

↑ Petr Tichavský and Kainam Thomas Wong (jaanuar 2004). "Quasi-Fluid-Mechanics-Based Quasi-Bayesian Cramér–Rao Bounds for Deformed Towed-Array Direction Finding" (PDF). IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING. Kd 52 (1 ed.). Lk 36. Originaali (PDF) arhiivikoopia seisuga 3. märts 2016. Vaadatud 27. jaanuaril 2021.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 Carlo Kopp (detsember 2009). "Identification underwaterwith towed array sonar" (PDF). Defence Today. Lk 32–33.
↑ Affairs, This story was written by Shelby West, MARMC Public. "MARMC Engineers Host NUWC Newport OA-9070E Towed Handling System Training". www.navy.mil (inglise). Originaali arhiivikoopia seisuga 10. juuni 2020. Vaadatud 9. veebruaril 2020.
↑ Thomas Folegot, Giovanna Martinelli, Piero Guerrini, J. Mark Stevenson (2008). "An active acoustic tripwire for simultaneous detection and localization of multiple underwater intruders". The Journal of the Acoustical Society of America.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)
↑ Qihu Li (2012). Advanced Topics in Science and Technology in China: Digital Sonar Design in Underwater Acoustics: Principles and Applications. Zhejiang University Press. Lk 524. ISBN 978-7-308-07988-4.

[1] Petr Tichavský and Kainam Thomas Wong (jaanuar 2004). "Quasi-Fluid-Mechanics-Based Quasi-Bayesian Cramér–Rao Bounds for Deformed Towed-Array Direction Finding" (PDF). IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING. Kd 52 (1 ed.). Lk 36. Originaali (PDF) arhiivikoopia seisuga 3. märts 2016. Vaadatud 27. jaanuaril 2021.

[Defence_Today-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 Carlo Kopp (detsember 2009). "Identification underwaterwith towed array sonar" (PDF). Defence Today. Lk 32–33.

[3] Affairs, This story was written by Shelby West, MARMC Public. "MARMC Engineers Host NUWC Newport OA-9070E Towed Handling System Training". www.navy.mil (inglise). Originaali arhiivikoopia seisuga 10. juuni 2020. Vaadatud 9. veebruaril 2020.

[4] Thomas Folegot, Giovanna Martinelli, Piero Guerrini, J. Mark Stevenson (2008). "An active acoustic tripwire for simultaneous detection and localization of multiple underwater intruders". The Journal of the Acoustical Society of America.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link)

[5] Qihu Li (2012). Advanced Topics in Science and Technology in China: Digital Sonar Design in Underwater Acoustics: Principles and Applications. Zhejiang University Press. Lk 524. ISBN 978-7-308-07988-4.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]