Lehviksonar

Lehviksonaron üksaktiivsonaritüüp, mida kasutatakse peamiselt merepõhja kaardistamiseks. Nagu teised aktiivsonarid kiirgab ka lehviksonar vette helilaineid. Lehviksonar kiirgab seejuures oma vastuvõtja-saatjaga helilaineid lehvikukujuliselt. Vee sügavuse määramiseks mõõdetakse helilainete merepõhjast tagasi peegeldumiseks ja vastuvõtjani jõudmiseks kuluvat aega. Teistest aktiivsonaritest erinevalt kasutavad lehviksonaridkiiremoodustamisteraldamaks peegeldavate helilainete suunaga seotud informatsiooniga, andes seeläbi laia lehviku jagu sügavuste andmeid ühest pingimisest.

Ajalugu ja areng

Lehviksonarid töötati välja kõigepealt sõjalisel otstarbel. Ridasonari kajasüsteem (Sonar Array Sounding System – SASS) töötati 1960. aastate alguses väljaUSA mereväekoostöösGeneral Instrumentigakaardistamaks suuriookeanipõhjadealasid, et võimaldadaallveelaevadelparemini navigeerida.^[1]^[2]SASS-i katsetati kõigepealtUSS Compass Island (AG-153)pardal. Seejärel paigaldati laevadeleUSNS Bowditch (T-AGS-21),USNS Dutton (T-AGS-22)jaUSNS Michelson (T-AGS-23)lehviksonarid, mis koosnesid 61 ühekraadisest kiirest ja mille vaalulaius oli ligikaudu 1,15 veesügavuse kordne.

Alates 1970. aastatest on ettevõtted General Instrument (tänapäeval SeaBeam Instruments, osaL3 Kleinist)Ameerika Ühendriikides,Krupp Atlas (nüüdAtlas Hydrographic) ja Elac Nautik (praegu osaWärtsiläst)Saksamaal,Simrad (nüüdKongsberg Maritime)Norrasja RESON (nüüd Teledyne RESON A/S)Taanisarendanud sonarisüsteeme, mida on võimalik paigaldada nii suurtelelaevadelekui kaväikelaevadele.Tänu tehnoloogia arengule on uuemad lehviksonarid varasematega võrreldes järjest väiksemad ja kergemad, samas on nende töösageduste ulatus suurem.

Esimene müüki jõudnud lehviksonar, mida tagantjärele on hakatud nimetama SeaBeam Classicuks, võeti kasutusele 1977. aasta mais^[3]Austraalia mõõdistuslaeval HMAS Cook. See lehviksonar tekitas kuni 16 kiirega 45-kraadise lehviku.Retronüüm"SeaBeam Classic" võeti tootja poolt kasutusele pärast seda, kui 1980. aastate lõpus töötati välja uuemad lehviksonarimudelid, näiteks SeaBeam 2000 ja SeaBeam 2112.

Teine SeaBeam Classic paigaldati Prantsuse uurimislaevale Jean Charcot. SeaBeam Classic lehviksonar Charcotil sai madalale sõites kahjustada ja SeaBeam asendati 1991. aastal EM120-ga.

Seejärel paigaldati lehviksonareid SeaBeam Classic USAuurimislaevadeleUSNS Thomas Washington (T-AGOR-10) (Scrippsi okeanograafia asutus,California ülikool), USNS Robert D. Conrad (Columbia ülikooli Lamont-Doherty Maa observatoorium) ja RV Atlantis II (Woods Hole'i okeanograafia asutus).

Kuna tehnoloogia arenes 1980. ja 1990. aastatel kiiresti, siis arendati kõrgema töösagedusega sonareid, mis võimaldasid suurema lahutusvõimega kaardistamist madalas vees. Tänapäeval on sellised sonarid laialdaselt kasutusel madalas veeshüdrograafiamõõdistamiste toetuseks jamerekaartidekoostamisel. Lehviksonareid kasutatakse laialdaselt kageoloogilisteljaokeanograafilisteluuringutel ning alates 1990. aastatest avamere nafta ja gaasi otsimiseks ning merepõhja kaablite paigaldamiseks. Viimasel ajal kasutatakse lehviksonareid ka taastuvenergia sektoris, näiteksavamere tuuleparkides.

Atlas Electronics (Bremen, Saksamaa) paigaldas 1989. aastal saksa uurimislaevale Meteor teise põlvkonna süvamere lehviksonari Hydrosweep DS. Hydrosweep DS (HS-DS). See toodab kuni 59 kiirt, mis moodustavad 90-kraadise lehviku. See oli tehnoloogias suur samm edasi; muuhulgas oli seda mudelit tugevdatud jääoludes töötamiseks. Varajased HS-DS süsteemid paigaldati uurimislaevadeleMeteor(1986) (Saksamaa), aastatel 1989 ja 1990Polarstern(Saksamaa),Maurice Ewing(USA) jaSagar Kanya(India) ning seejärel veel mitmele uurimislaevale, sealhulgasThomas G. Thompson(USA) jaHakurei Maru(Jaapan).

Tänu elektroonikakomponentide odavnemisele on lehviksonareid hakatud senisest rohkem tootma ja kasutama. Erinevalt vanematest süsteemidest, mis tuli laeva kere külge kinnitada, saab tänapäevaseid väiksemaid portatiivseid lehviksonareid kasutada väikese kaatri või teeninduslaevaga liikudes. Teatud lehviksonarid, näiteks Teledyne Odom MB2, sisaldavad lisaks akustilisele muundurile ka liikumisandureid, võimaldades veelgi kiiremat väikelaevadele paigaldamist. Sellised lehviksonarid võimaldavad ka väiksematel hüdrograafiauuringuid tegevatel asutustel traditsiooniliste kajaloodide (ühe kiirega) asemel võtta kasutusele lehviksonareid.

Lehviksonarilt saadud andmed sisaldavad batümeetriat, akustilist tagasihajumist ja veesamba omadusi.

Toimimise teooria

Lehviksonarit kasutatavad tavaliselt hüdrograafid vee sügavuse ja merepõhja karakteristikute määramiseks. Enamik tänapäeva lehviksonaritest edastab laiu lehvikukujulisi heliimpulsse selleks loodud saatjaga. Lehvik on lai ristisuunas ja kitsas pikisuunas. Vastuvõtjasse peegelduvad tagasi samuti signaalid, mis on palju kitsamad ristisuunas (umbes 1 kraad sõltuvalt süsteemist). Nendest kitsastest kiirtest määratakse seejärel akustilise impulsi kahesuunaline levimisaeg, kasutades põhja kauguse tuvastamise algoritmi. Kui helikiiruste profiil on kogu veesamba ulatuses teada, saab tagasipeegeldunud signaalist määrata vee sügavuse ja asukoha määrata vastuvõtunurga ja kahesuunalise helilevimise aja põhjal.

Iga edastatud kiire vastuvõtu nurga määramiseks on vaja täpselt määrata lehviksonari enda liikumine merepinnal. Tavaliselt mõõdetakse tõusu/langust,pööret,kallet,rullumistjakurssi.

Signaali hajutamisest tulenevate kadude kompenseerimiseks on vastuvõtjasajas muutuv võimendus.

Süvaveemõõtmisteks mõeldud lehviksonarite puhul kasutatakse rullumise kompenseerimiseks edastatava kiire juhtimist. Seda saab samuti teha kiiremoodustamisega.

Viited

↑Albert E. Theberge Jr. and Norman Z. Cherkis (22. mai 2013)."A Note on Fifty Years of Multi-beam".Hydro International.Vaadatud 30. juunil 2014.{{cite web}}:|archive-url=nõuab parameetrit|archive-date=(juhend)
↑U.S. Naval Research Laboratory/Marine Physics Branch (Code 7420)."GOMaP GLOBAL OCEAN MAPPING PROJECT".U.S. Naval Research Laboratory.Vaadatud 30. juunil 2014.{{cite web}}:|archive-url=nõuab parameetrit|archive-date=(juhend)
↑Harold Farr, Marine Geodesy, Volume 4, Issue 2 1980, pages 77 – 93

Kirjandus

Louay MA Jalloul ja Sam. P. Alex, "Evaluation Methodology and Performance of an IEEE 802.16e System", ettekantud IEEE Communications and Signal Processing Society, Orange County Joint Chapter (ComSig), 7. detsember 2006. Saadaval aadressil:https://web.archive.org/web/20110414143801/http://chapters soc.org/comsig/meet.html
BDV Veen ja KM Buckley. "Beamforming: A versatile approach to spatial filtering ".Ajakiri IEEE ASSP, lk 4–24, aprill 1988.
HL Van Trees, "Optimum Array Processing", Wiley, NY, 2002.
Toby Haynes"A Primer on Digital Beamforming",26. märts 1998
"What Is Beamforming?"autor Greg Allen.
Hamid Krimi ja Mats Vibergi"Two Decades of Array Signal Processing Research"IEEE Signal Processing Magazine,juuli 1996

Välislingid

Artikkel lehviksonarite viiekümne aastasest ajaloost
MB-Systemi avatud lähtekoodiga tarkvara lehviksonarite andmete töötlemiseks
Hydro Internationalilehviksonareid puudutavad uudised ja artiklid rakendustest

[50yrs-1] Albert E. Theberge Jr. and Norman Z. Cherkis (22. mai 2013)."A Note on Fifty Years of Multi-beam".Hydro International.Vaadatud 30. juunil 2014.{{cite web}}:|archive-url=nõuab parameetrit|archive-date=(juhend)

[2] U.S. Naval Research Laboratory/Marine Physics Branch (Code 7420)."GOMaP GLOBAL OCEAN MAPPING PROJECT".U.S. Naval Research Laboratory.Vaadatud 30. juunil 2014.{{cite web}}:|archive-url=nõuab parameetrit|archive-date=(juhend)

[3] Harold Farr, Marine Geodesy, Volume 4, Issue 2 1980, pages 77 – 93

[1]

[2]

[3]