Lehviksonar

Lehviksonar on üks aktiivsonari  tüüp, mida kasutatakse peamiselt merepõhja kaardistamiseks. Nagu teised aktiivsonarid kiirgab ka lehviksonar vette helilaineid. Lehviksonar kiirgab seejuures oma vastuvõtja-saatjag helilaineid lehviku kujuliselt. Vee sügavuse määramiseks mõõdetakse helilainete merepõhjast tagasi peegeldumiseks ja vastuvõtjani jõudmiseks kuluvat aega. Teistest aktiivsonaritest erinevalt kasutavad lehviksonarid kiiremoodustamist eraldamaks peegeldavate helilainete suunaga seotud informatsiooniga, andes seeläbi laia lehviku jagu sügavuste andmeid ühest pingimisest.

Ajalugu ja areng 

Lehviksonarid loodi algselt sõjalisel otstarbel. Ridasonari kajasüsteem (Sonar Array Sounding System - SASS) töötati 1960. aastate alguses välja USA mereväe koostöös General Instrumentiga kaardistamaks suuri ookeanipõhjade alasid, et võimaldada allveelaevadel paremini navigeerida. SASSi katsetati esmaselt USS Compass Island (AG-153) pardal. Seejärel paigaldati USNS Bowditchile (T-AGS-21), USNS Duttonile (T-AGS-22) ja USNS Michelson (T-AGS-23)-le antud lehviksonarid, mis koosnes 61-st ühe kraadisest kiirest, mille vaalulaius oli ligikaud 1,15-veesügavuse kordne.

Alates 1970. aastatest on ettevõtted General Instrument (praegu SeaBeam Instruments, praegu osa L3 Kleinist) Ameerika Ühendriikides, Krupp Atlas (nüüd Atlas Hydrographic) ja Elac Nautik (praegu osa Wärtsiläst) Saksamaal, Simrad (nüüd Kongsberg Maritime) Norras ja RESON (nüüd Teledyne RESON A/S) Taanis arendanud sonarisüsteeme, mida on võimalik paigaldada nii suurtele laevadele kui väikelaevadele. Tehnoloogia arenedes on lehviksonarid muutunud väiksemateks ja kergemaks ning töötamis sagedused suurenenud.

Esimest müüki jõudnud lehviksonarit tuntakse nüüd nime all SeaBeam Classic ja see võeti kasutusele 1977. aasta mais Austraalia mõõdistuslaeval HMAS Cook. Antud lehviksonar tekitas kuni 16 kiirega 45-kraadise lehviku. Retronüüm "SeaBeam Classic" võeti tootja poolt kasutusele peale 1980ndate lõpus uuemate lehviksonarite arendamist nagu 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 SeaBeam Classic lehviksonareid USA uurimislaevadele USNS 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 töötamissagedusega sonareid, mis võimaldasid suurema lahutusvõimega kaardistamist madalas vees. Tänapäeval on sellised sonarid laialdaselt kasutusel madalas vees hüdrograafia mõõdistamiste toetuseks ja merekaartide koostamisel. Lehviksonareid kasutatakse laialdaselt ka geoloogiliste ja okeanograafiliste uuringute jaoks ning alates 1990. aastatest avamere nafta ja gaasi otsimiseks ning merepõhja kaablite paigaldamiseks. Viimasel ajal kasutatakse lehviksonareid ka taastuvenergia sektoris, näiteks avamere tuuleparkides.

Atlas Electronics (Bremen, Saksamaa) paigaldas 1989. aastal saksa uurimislaevale Meteor teise põlvkonna süvamere lehviksonari nimega Hydrosweep DS. Hydrosweep DS (HS-DS) toodab kuni 59 kiirt, mis moodustavad 90-kraadise lehviku. See oli tehnoloogias suur samm edasi ja oli lisaks ka tugevdatud toimimaks jääkatte korral. Varajased HS-DS süsteemid paigaldati uurimislaevadele Meteor (1986) (Saksamaa), aastatel 1989 ja 1990 Polarstern (Saksamaa), Maurice Ewing (USA) ja Sagar Kanya (India) ning seejärel mitmele teisele uurimislaevale, sealhulgas Thomas G. Thompson (USA) ja Hakurei Maru (Jaapan).

Elektroonika komponentide odavnemise tõttu on maailmas müüdud ja kasutuses olevate lehviksonarite arv märkimisväärselt suurenenud. Erinevalt vanematest süsteemidest, mida pidi laeva kere külge kinnitama saab tänapäevaseid väiksemaid portatiivseid lehviksonareid saab väikese kaatri- või teeninduslaevaga. Teatud lehviksonarid, näiteks Teledyne Odom MB2, sisaldavad lisaks akustilisele muundurile ka liikumisandureid, võimaldades veelgi kiiremat väikelaevadele paigaldamist. Sellised lehviksonarid võimaldavad ka väiksematel hüdrograafilisi uuringuid  tegevatel ettevõtetel 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 edastavad laiu lehviku kujulisi heliimpulsse selleks loodud saatjaga. Lehvik on lai risti suunas ja kitsas piki suunas. Vastuvõtjasse peegeluvad tagasi samuti signaalid, mis on palju kitsamad rist-suunas (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, rullumist ja kurssi.

Signaali hajutamisest tulenevatest kadude kompenseerimiseks on vastuvõtjas ajas muutuv võimendus.

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

Viited

Lisalugemist 

 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.comsoc.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 Internationali lehviksonareid puudutavad uudised ja artiklid rakendustest
Sonar
Okeanograafia
Hüdrograafia
Akustika