Lehviksonar

Lehviksonar on üks aktiivsonari tüüp, 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 lehviksonarid kiiremoodustamist eraldamaks peegeldavate helilainete suunaga seotud informatsiooniga, andes seeläbi laia lehviku jagu sügavuste andmeid ühest pingimisest.

 Ajalugu ja areng 
pisi| USS Susan B. Anthony (AP-72) laevavraki lehviksonari "pilt" Prantsusmaa ranniku lähedal
Lehviksonarid töötati välja kõigepealt 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. SASS-i katsetati kõigepealt USS Compass Island (AG-153) pardal. Seejärel paigaldati laevadele USNS Bowditch (T-AGS-21), USNS Dutton (T-AGS-22) ja USNS 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, 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 ka väikelaevadele. 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 maisHarold Farr, Marine Geodesy, Volume 4, Issue 2 1980, pages 77 – 93 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 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 töösagedusega 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 geoloogilistel ja okeanograafilistel uuringutel 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 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 uurimislaevadele Meteor (1986) (Saksamaa), aastatel 1989 ja 1990 Polarstern (Saksamaa), Maurice Ewing (USA) ja Sagar Kanya (India) ning seejärel veel mitmele uurimislaevale, sealhulgas Thomas G. Thompson (USA) ja Hakurei 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.
pisi| Lehviksonar, mis näitab saatjate massiivi (suurem must ristkülik) ja vastuvõtjate massiivi (kitsam ristkülik) - Odom MB1

 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, rullumist ja kurssi.

Signaali hajutamisest tulenevate kadude kompenseerimiseks on vastuvõtjas ajas muutuv võimendus.

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

 Viited 

 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.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
Kategooria:Sonar
Kategooria:Okeanograafia
Kategooria:Hüdrograafia
Kategooria:Akustika