설명 및 소개
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음파 탐지기는 수중 음파를 이용하여 수중 목표물을 탐지, 위치 지정 및 통신하는 전자 장치이다. 그것은 수중 음향학에서 가장 광범위하고 중요한 장치이다. SONAR 라는 단어의 번역이고, SONAR 는 소리 내비게이션과 거리 측정의 약자이다.
소나 기술은 100 년의 역사를 가지고 있다. 영국 해군의 루이스 닉슨이 1906 년에 발명한 것이다. 그가 발명한 첫 번째 음파 탐지기는 주로 빙산을 탐지하는 데 쓰이는 아름다운 음향 장치였다. 이 기술은 제 1 차 세계대전에서 전쟁터에 적용되어 수중의 잠수함을 탐지하는 데 사용되었다.
현재 음파 탐지기는 각국 해군이 수중 감시에 사용하는 주요 기술로 수중 목표물을 탐지, 분류, 위치 추적 및 추적하는 데 사용되고 있다. 군함, 반잠수기, 반잠수헬리콥터의 전술기동과 수중무기 사용을 보장하기 위해 수중 통신 항법을 실시하다. 또한 음파 탐지기 기술은 어뢰 유도, 수뢰 신관, 탐어, 해상 석유 탐사, 선박 항법, 수중 작업, 수문조사, 해저 지질지형 조사 등에 광범위하게 적용된다.
많은 기술의 발전과 마찬가지로, 사회의 요구와 기술의 진보가 음파 탐지기 기술의 발전을 촉진시켰다.
작동 원리
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음파는 중요한 관찰과 측정 수단이다. 흥미롭게도 영어에서' 소리' 라는 단어는 명사로서의' 소리' 와 동사로서의' 탐지' 를 뜻하며 소리와 탐지의 밀접한 관계를 보여준다.
수중에서 관측과 측정을 할 때 음파만 독특한 조건을 가지고 있다. 이는 다른 탐사 수단의 작용 거리가 짧아 물속에서의 빛의 침투 능력이 매우 제한되어 있기 때문이다. 가장 맑은 바닷물에서도 사람은 십여 미터에서 수십 미터 이내의 물체만 볼 수 있다. 전자파는 물속에서 너무 빨리 감쇠하고 파장이 짧을수록 손실이 커질수록 고전력 저주파 전자파를 사용해도 수십 미터만 전파할 수 있다. 그러나 음파가 물 속에서 전파되는 감쇠는 훨씬 작다. 몇 킬로그램의 폭탄이 심해 통로에서 폭발하여 2 만 킬로미터 떨어진 곳에서도 신호를 받을 수 있다. 저주파 음파는 해저에서 몇 킬로미터 떨어진 지층을 관통하여 지층의 정보를 얻을 수도 있다. 지금까지 음파보다 더 효과적인 수단이 물에서 측정과 관찰을 하는 것은 발견되지 않았다.
구조 및 분류
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음파 탐지기 장치는 일반적으로 어레이, 전자 캐비닛 및 보조 장비로 구성됩니다. 패턴은 일반적으로 구형, 원통형, 플랫 또는 선형 형태이며 수신, 송신 또는 송수신 배열로 나눌 수 있는 수중 음향 변환기로 구성됩니다. 전자 캐비닛에는 일반적으로 발사, 수신, 표시 및 제어 하위 시스템이 있습니다. 보조 장비에는 전원 공급 장치, 연결 케이블, 수중 배선함 및 중계기, 음파 탐지기 배열 전송 제어와 일치하는 상승, 회전, 피치, 배치, 끌기, 매달림 및 해제 장치, 음파 탐지기 공기 흐름판 등이 포함됩니다.
변환기는 음파 탐지기의 중요한 부품으로, 음향에너지를 기계 에너지, 전기, 자기 에너지 등 다른 형태의 에너지로 변환하는 장치이다. 두 가지 용도가 있습니다. 하나는 수중에서 음파를 방출하는 것입니다. 이를' 발사교환기' 라고 합니다. 이는 공기 중의 스피커와 같습니다. 두 번째는 수중에서 음파를 수신하는 것으로,' 수신교환기' 라고 하는데, 공기 중의 마이크 (일반적으로' 마이크' 또는' 마이크' 라고 함) 에 해당한다. 변환기는 실제 사용에서 음파를 동시에 방출하고 수신하는 데 자주 사용되며, 수신을 위해 특별히 사용되는 변환기를 "수청기" 라고도 합니다. 교환기의 작동 원리는 전기장이나 자기장의 작용으로 일부 재료가 팽창하고 수축하여 압전효과나 자기 변형 효과를 일으킨다는 것이다.
수중 음파 탐지기의 분류는 수중 음파 탐지기의 작동 방식, 장비 대상, 전술 용도, 기본 어레이 운반 방법 및 기술적 특성에 따라 다양한 종류의 음파 탐지기로 나눌 수 있습니다. 예를 들어, 작동 방식에 따라 액티브 소나와 패시브 소나로 나눌 수 있습니다. 장비 대상에 따라 수면함정 소나, 잠수함 소나, 항공소나, 휴대용 소나, 해안음파로 나눌 수 있습니다.
능동 음파 탐지기: 능동 음파 음파 기술은 음파 "조사" 목표를 능동적으로 발사한 다음 수중 목표 반사의 메아리를 받아 목표의 매개변수를 결정하는 것을 말합니다. 대부분 펄스제를 채택하고, 연속파제를 채택하는 것도 있다. 그것은 간단한 에코 감지 장비에서 진화했다. 초음파를 능동적으로 발사한 다음 에코를 수집하고 계산합니다. 빙산, 암초, 침몰선, 해수 깊이, 물고기 떼, 수뢰, 엔진 폐쇄를 탐지하는 숨겨진 잠수함에 적합합니다.
패시브 소나: 패시브 소나 기술은 수중 음파 탐지기가 함선과 같은 수중 목표물에서 발생하는 방사 소음과 수중 음향 장비에서 나오는 신호를 가리켜 목표 방향을 결정합니다. 그것은 간단한 수중 청음기에서 진화했다. 그것은 대상의 소음을 듣고 대상의 위치와 몇 가지 특징을 판단한다. 소리를 통해 자신을 노출시킬 수는 없지만 적함 활동을 탐지하고자 하는 잠수함에 특히 적합하다.
설치 및 적용
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전통적으로 잠수함 음파 탐지기 설치의 주요 위치는 맨 앞에 있다. 현대 잠수함은 수동적인 음파 탐지기의 탐지 효과에 크게 의존하기 때문에, 거대한 무선 장치는 잠수함 지름을 상승시킬 뿐만 아니라 원래 이 위치에 있던 어뢰 발사관을 포기하고 양쪽으로 철수시켰다.
잠수함에 설치된 다른 음파 유형은 선체의 다른 위치에 설치된 수동 음파 음파 청취 장치도 포함한다. 서로 다른 위치에서 받은 동일한 신호를 사용하여 컴퓨터 처리 및 계산을 통해 얕은 층의 위치를 빠르게 지정할 수 있습니다. 이는 선체가 큰 잠수함에 유리합니다. 측정 기준선이 길고 정확도가 높기 때문입니다.
또 다른 종류의 음파 탐지기는 "견인 음파 탐지기" 라고 불리는데, 이 음파 탐지기 장치는 케이블로 잠수함에 연결되어 있고, 수중 음파 탐지기를 잠수함 뒤 먼 곳으로 끌어 탐지하기 때문이다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언) 견인 음파 탐지기의 사용은 잠수함의 전방위, 깊이가 다른 탐사 능력, 특히 잠수함의 끝에서 크게 향상되었다. 잠수함의 꼬리도 동력 출력의 일부이기 때문이다. 수류 소리의 방해로, 전방에 위치한 음파 탐지기는 이 지역의 신호를 듣지 못하고 사각 지대를 형성한다. 끌기 음파 탐지기를 사용하면 이 사각 지대를 없애고 이 지역에 숨겨진 목표를 발견할 수 있다.
흥미롭게도, 음파 탐지기는 인간의 특허가 아니며, 많은 동물들은 자신의' 음파 탐지기' 를 가지고 있다. 박쥐 들은 목으로 초당 10-20 회 초음파 펄스를 내고 귀로 메아리를 받는다. 이런' 액티브 소나' 를 통해 작은 곤충과 두께가 0.kloc-0/mm 인 철사 장애물 .. 나방 등 곤충도' 패시브 소나' 를 가지고 있어 40 미터 떨어진 박쥐 초음파를 분명하게 들을 수 있어 공격을 자주 피한다. 하지만 일부 박쥐 들은 곤충이 들을 수 없는 고주파 초음파나 저주파 초음파를 사용할 수 있어 곤충의 명중률이 여전히 높다. 동물도 인간처럼' 소나전' 을 하고 있는 것 같아요! 돌고래나 고래 등 해양 포유류는' 수중 음파 탐지기' 를 가지고 있어 음식을 탐색하고 서로 교류할 수 있는 매우 확실한 신호를 생성할 수 있다.
돌고래 소나의 감도는 매우 높다. 지름이 0.2mm 인 금속선과 지름이 1 mm 인 나일론 줄을 수 미터 밖에서 찾을 수 있어 시차가 200 burs 인 두 신호를 구별할 수 있고, 수백 미터 밖에서 물고기 떼를 찾을 수 있으며, 만지지 않고 눈을 가리고 대나무 장대로 가득 찬 수조를 빠르고 유연하게 지나갈 수 있다. 돌고래 음파 탐지기는 서로 다른 물고기를 식별할 수 있을 뿐만 아니라 황동, 알루미늄, 고무나무, 플라스틱 등 다양한 재료를 구분할 수 있는 강력한' 표적 인식' 능력을 갖추고 있으며, 그 소리를 기록한 사람이 재생한 음파에서 자신의 소리의 메아리를 구분할 수 있다. 돌고래 음파 탐지기의 간섭 방지 능력도 놀랍다. 만약 소음 간섭이 있다면, 그것은 통화 강도를 높여 소음을 덮어 판단이 영향을 받지 않도록 할 것이다. 그리고 돌고래 소나도 감정을 표현할 수 있는 능력이 있다. 돌고래는' 언어' 를 가진 동물이며, 그들의' 대화' 는 그들의 음파 탐지기를 통해 이뤄지는 것으로 증명되었다. 특히 세계에서 유일하게 남아 있는 4 종의 민물돌고래 중 가장 소중한 중국 장강 중하류의 백지느러미 돌고래는 음파 시스템이 명확한' 분업' 을 가지고 있어 위치, 통신, 경보, 그리고 주파수 변조를 통한 특수한 기능을 가지고 있다.
많은 종류의 고래는 소리로 탐지하고 소통하는데, 빈도는 돌고래보다 훨씬 낮고 범위도 훨씬 멀다. 바다표범이나 바다사자와 같은 다른 해양 포유동물들도 탐지를 위해 음파 신호를 보냅니다.
한평생 극도로 어두운 바다 깊숙한 곳에 사는 동물들은 소나 등의 수단을 이용하여 사냥감을 찾아 공격을 피해야 한다. 그들의 음파 탐지기의 성능은 현대 인간 기술의 능력을 훨씬 뛰어넘었다. 이 동물들의 음파 탐지기의 수수께끼를 푸는 것은 줄곧 현대 소나 기술의 중요한 연구 과제였다.
영향 요인
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음파 작동 성능에 영향을 미치는 요소는 음파 탐지기 자체의 기술적 조건 외에 외부 조건도 있다. 직접 요인으로는 전파 감쇠, 다중 경로 효과, 반향 간섭, 해양 소음, 자체 소음, 대상 반사 특성 또는 방사 소음 강도 등이 있습니다. 대부분 해양 환경 요인과 관련이 있다. 예를 들어 음파는 해수 매체와 해면, 해저 불균일 분포의 영향과 제약을 받아 굴절, 산란, 반사 및 간섭, 음향 구부리기, 신호 변동 및 왜곡, 전파 경로 변경, 음향 그림자 영역 발생, 음파 탐지기의 작용 거리 및 측정 정확도에 심각한 영향을 미칩니다. 현대 음파 탐지기는 해역의 음속-깊이 변화에 따라 형성된 전파 조건에 따라 베이스 배열의 작동 깊이와 피치 각도를 적절히 선택하고 음파의 다양한 전파 경로 (직통 소리, 해저 반사, 수렴 지역, 심해 채널) 를 이용하여 수중 음향 전파 조건의 악영향을 극복하고 음파 탐지 거리를 높일 수 있다. 또 다른 예로, 캐리어 플랫폼의 자체 소음은 주로 속도와 관련이 있습니다. 속도가 높을수록 자체 소음이 커질수록 음파 탐지기 작용 거리가 가까울수록 멀어진다. 대상의 반사 능력이 클수록 상대방의 능동적인 음파 탐지기에 의해 발견된 거리가 멀어집니다. 목표 방사선 소음의 강도가 높을수록 상대편의 수동 음파 탐지기에 의해 발견된 거리가 멀어진다.