Un sonar de matriz remolcada es un sistema de hidrófonos remolcados detrás de un submarino o un barco de superficie en un cable. [1] Al arrastrar los hidrófonos detrás de la embarcación, en un cable que puede tener kilómetros de largo, los sensores de la matriz se mantienen alejados de las propias fuentes de ruido de la nave, lo que mejora en gran medida su relación señal / ruido y, por lo tanto, la eficacia de detección y seguimiento de débiles. contactos, como amenazas submarinas silenciosas y de baja emisión de ruido o señales sísmicas. [2]
Una matriz remolcada ofrece una resolución y un alcance superiores en comparación con el sonar montado en el casco. También cubre los deflectores , el punto ciego del sonar montado en el casco. Sin embargo, el uso eficaz del sistema limita la velocidad de la embarcación y se debe tener cuidado para proteger el cable de daños.
Historia
Durante la Primera Guerra Mundial, Harvey Hayes, un físico de la Marina de los Estados Unidos, desarrolló una matriz de sonar remolcada conocida como "Electric Eel". Se cree que este sistema es el primer diseño de matriz de sonar remolcado. Empleaba dos cables, cada uno con una docena de hidrófonos conectados. El proyecto se suspendió después de la guerra. [2]
La Marina de los Estados Unidos reanudó el desarrollo de la tecnología de matrices remolcadas durante la década de 1960 en respuesta al desarrollo de submarinos de propulsión nuclear por parte de la Unión Soviética. [2]
Uso actual de arreglos remolcados
En los barcos de superficie, los cables de la matriz remolcados normalmente se almacenan en tambores y luego se enrollan detrás del barco cuando están en uso. Los submarinos de la Marina de los EE. UU. Suelen almacenar matrices remolcadas dentro de un tubo exterior, montado a lo largo del casco del barco, con una abertura en la cola de estribor. [2] También hay equipos ubicados en un tanque de lastre (área de inundación libre) mientras que el gabinete utilizado para operar el sistema está dentro del submarino. [3]
Los hidrófonos en un sistema de matriz remolcada se colocan a distancias específicas a lo largo del cable, los elementos terminales lo suficientemente separados para obtener una capacidad básica de triangulación en una fuente de sonido. De manera similar, varios elementos están inclinados hacia arriba o hacia abajo [ cita requerida ] , [4] dando la capacidad de triangular una profundidad vertical estimada del objetivo. Alternativamente, se utilizan tres o más matrices para ayudar en la detección de profundidad.
En los primeros cientos de metros desde la hélice del barco no suele haber hidrófonos, ya que su eficacia se vería reducida por el ruido ( cavitación y ruidos de flujo del casco), vibraciones y turbulencias generadas por la propulsión, que repetirían los mismos problemas de los barcos montados. matrices. Los sistemas de sensores de matriz remolcada de vigilancia utilizados por los barcos de superficie tienen una matriz de sonar montada en un cable, que tira de un vehículo operado a distancia (ROV) de profundidad ajustable . Otro cable pesado puede salir del conector del ROV, dejando caer la matriz remolcada a una profundidad menor. Las serpentinas sísmicas largas tienen paravanes intermedios a lo largo de su longitud que se pueden usar para ajustar la profundidad de la matriz en tiempo real.
Cambiar la profundidad de un ROV permite desplegar una matriz remolcada en diferentes capas térmicas , lo que le da a una embarcación de guerra antisubmarina de superficie (ASW) una vista por encima y por debajo de la capa. Esto compensa las diferencias de densidad y temperatura, que canalizan el sonido por encima o por debajo de una capa térmica por reflexión. Al dejar caer la 'cola' de la matriz debajo de la capa, una plataforma ASW de superficie puede detectar mejor un contacto silencioso y sumergido que se esconde en agua fría debajo de una capa superior cálida. Un submarino también puede monitorear a los combatientes de superficie flotando la cola de su matriz sobre una capa térmica mientras acecha debajo.
Los hidrófonos de la matriz se pueden usar para detectar fuentes de sonido, pero el valor real de la matriz es que la técnica de procesamiento de señales de formación de haces y análisis de Fourier se puede usar no solo para calcular la distancia y la dirección de una fuente de sonido, sino también para identificar el tipo de barco por la firma acústica distintiva de los ruidos de su maquinaria. Para ello, es necesario conocer las posiciones relativas de los hidrófonos, que normalmente solo es posible cuando el cable está en línea recta (estable), o cuando se utiliza un sistema de autodetección (ver galgas extensométricas ) o GPS u otros métodos integrados en el cable. , y reportar la posición relativa de los elementos hidrófonos, se usa para monitorear la forma de la matriz y corregir la curvatura.
Uso en geofísica
Los sistemas de arreglos remolcados también son utilizados por la industria del petróleo y el gas para la exploración sísmica de formaciones geológicas bajo el lecho marino. [5] Los sistemas utilizados son similares en concepto a los navales, pero típicamente son más largos y con más serpentinas en una matriz dada (6 o más en algunos casos). El espaciamiento típico de los hidrófonos a lo largo de cada cable es del orden de dos metros, y cada cable puede tener hasta 10 km de largo. A veces, las serpentinas vuelan a diferentes alturas, para dar una llamada matriz 3D.
Limitaciones
El uso efectivo del sistema de arrastre remolcado requiere que la embarcación mantenga un rumbo recto y nivelado durante un intervalo de muestreo de datos. Maniobrar o cambiar de rumbo perturba la matriz e interrumpe el flujo de datos muestreados. Estos períodos de inestabilidad se prueban de cerca durante las pruebas en el mar y son conocidos por los oficiales de la tripulación y los expertos en sonar alistados. Los sistemas modernos lo compensan midiendo constantemente las posiciones relativas de la matriz, elemento a elemento, informando datos que las computadoras pueden corregir automáticamente para las curvaturas como parte del procesamiento matemático de formación de haces.
Un barco también debe limitar su velocidad máxima general mientras se despliega una matriz remolcada. El arrastre hidrodinámico aumenta en función del cuadrado de la velocidad y podría romper el cable o dañar su hardware de amarre. Además, es posible que deba establecerse una velocidad mínima en función de la flotabilidad del conjunto remolcado. La matriz también podría dañarse por el contacto con el fondo marino o si la embarcación opera en propulsión a popa , o incluso puede dañarse si se dobla demasiado.
Gran ruptura de remolinos
Cuando el ruido F causa un problema alrededor de una matriz acústica remolcada, se puede desplegar una gran ruptura de remolinos o un dispositivo LEBU para reducir la interrupción. [6] [7] [ referencia circular ] La LEBU incluye dos perfiles aerodinámicos circunferenciales idénticos y dos bridas planas. Las bridas aseguran el dispositivo a un acoplamiento en la matriz acústica remolcada. [6] Esto es útil cuando se utiliza una sonda o un eco .
Ver también
Referencias
- ^ Petr Tichavský y Kainam Thomas Wong (enero de 2004). "Límites cuasi-fluidos-mecánicos-basados cuasi-bayesianos de Cramér-Rao para el hallazgo de dirección de matriz remolcada deformada" (PDF) . TRANSACCIONES IEEE SOBRE PROCESAMIENTO DE SEÑALES . 52 (1 ed.). pag. 36.
- ^ a b c d Carlo Kopp (diciembre de 2009). "Identificación bajo el agua con sonar remolcado" (PDF) . Defensa hoy . págs. 32–33.
- ^ Asuntos, esta historia fue escrita por Shelby West, MARMC Public. "Los ingenieros de MARMC acogen la formación del sistema de manipulación remolcada NUWC Newport OA-9070E" . www.navy.mil . Consultado el 9 de febrero de 2020 .
- ^ Thomas Folegot, Giovanna Martinelli, Piero Guerrini, J. Mark Stevenson (2008). "Un cable trampa acústico activo para la detección y localización simultánea de múltiples intrusos submarinos". La Revista de la Sociedad Americana de Acústica .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Qihu Li (2012). Temas avanzados en ciencia y tecnología en China: Diseño de sonda digital en acústica subacuática: principios y aplicaciones . Prensa de la Universidad de Zhejiang. pag. 524. ISBN 978-7-308-07988-4.
- ^ a b "Dispositivo de ruptura de remolinos grandes para arrays remolcados" . Consultado el 10 de diciembre de 2008 .
- ^ "Dispositivo de ruptura de remolinos grandes para matrices remolcadas - Revisión de patente 5020033" . WikiPatents. Archivado desde el original el 29 de julio de 2004 . Consultado el 28 de diciembre de 2008 .
enlaces externos
- Matrices de hidrófonos remolcados (OSC)