Jump to content

Канал ГНФАР

(Перенаправлено с канала Deep sound )
Скорость звука под водой как функция глубины. Данные получены на основе показаний, полученных к северу от Гавайев в Тихом океане и взяты из Атласа Мирового океана , издание 2005 года. Обратите внимание на ось канала ГНФАР на расстоянии ок. Глубина 750 м , где скорость звука показана наименьшей.

Канал ГНФАР (сокращение от канала фиксации звука и дальности ), или канал глубокого звука ( DSC ), [ 1 ] — горизонтальный слой воды в океане, на глубине которого скорость звука минимальна. Канал ГНФАР действует как волновод для звука, и низкочастотные звуковые волны внутри канала могут преодолевать тысячи миль, прежде чем рассеяться. Примером может служить прием закодированных сигналов, генерируемых зафрахтованным ВМФ судном наблюдения за океаном « Кори Чоуэст» у острова Херд , расположенного в южной части Индийского океана (между Африкой, Австралией и Антарктидой), с помощью гидрофонов в частях всех пяти основных океанских бассейнов и на расстоянии Северная Атлантика и северная часть Тихого океана . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ примечание 1 ]

Это явление является важным фактором наблюдения за океаном. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Глубокий звуковой канал был открыт и описан независимо Морисом Юингом и Дж. Ламаром Ворзелем из Колумбийского университета и Леонидом Бреховских из Физического института Лебедева в 1940-х годах. [ 8 ] [ 9 ] При тестировании концепции в 1944 году Юинг и Ворзель подвесили гидрофон с Салуда , парусного судна, приписанного к Лаборатории подводного звука , а второй корабль взорвал заряды взрывчатого вещества на расстоянии до 900 морских миль (1000 миль; 1700 км). [ 10 ] [ 11 ]

Акустические импульсы распространяются на большие расстояния в океане, потому что они улавливаются в акустическом волноводе . Это означает, что по мере приближения акустических импульсов к поверхности они поворачиваются обратно ко дну, а по мере приближения к дну океана они поворачиваются обратно к поверхности. Океан очень эффективно проводит звук, особенно звук на низких частотах, то есть менее нескольких сотен Гц.

Температура является доминирующим фактором, определяющим скорость звука в океане. В областях с более высокими температурами (например, вблизи поверхности океана) скорость звука выше. Температура снижается с глубиной, при этом скорость звука соответственно уменьшается, пока температура не станет стабильной, а давление не станет доминирующим фактором. Ось канала ГНФАР лежит в точке минимальной скорости звука на глубине, где давление начинает доминировать над температурой и скорость звука увеличивается. Эта точка находится внизу термоклина и на вершине глубокого изотермического слоя и, следовательно, имеет некоторую сезонную изменчивость. Существуют и другие акустические каналы, особенно в верхнем перемешанном слое , но траектории лучей теряют энергию при отражениях либо от поверхности, либо от дна. В канале ГНФАР, в частности, низкие частоты преломляются обратно в канал, так что потери энергии невелики, а звук распространяется на тысячи миль. [ 9 ] [ 12 ] [ 13 ] Анализ данных технико-экономического обоснования острова Херд, полученных острова Вознесения гидрофонами системы определения места падения ракеты на промежуточном расстоянии 9200 км (5700 миль; 5000 морских миль) от источника, выявил «удивительно высокие» отношения сигнал/шум , варьирующиеся от 19 до 30 дБ, с неожиданной стабильностью фазы и изменчивостью амплитуды после времени прохождения около 1 часа 44 минут и 17 секунд. [ 3 ]

Профиль, показывающий ось звукового канала и дно на критической глубине. Там, где профиль дна вмешивается в звуковой канал, распространение звука ограничено дном.

Внутри воздуховода звуковые волны прослеживают путь, который колеблется поперек оси канала ГНФАР, так что один сигнал будет иметь несколько времен прибытия с характерной чертой нескольких импульсов, достигающих кульминации в четко определенном конце. [ 10 ] [ примечание 2 ] Этот четко выраженный конец, представляющий почти осевую траекторию прибытия, иногда называют финалом ГНФАР, а более ранние - симфонией ГНФАР. [ 14 ] [ 15 ] Эти эффекты обусловлены более крупным звуковым каналом, в котором пути лучей проходят между поверхностью и критической глубиной. [ примечание 3 ] Критическая глубина — это точка ниже минимальной оси скорости звука, где скорость звука увеличивается до уровня максимальной скорости над осью. Там, где дно находится выше критической глубины, звук ослабляется, как и любой путь луча, пересекающий поверхность или дно. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ примечание 4 ]

Батиметрический профиль с глубиной канала ГНФАР от острова Херд до острова Вознесения.

Ось канала больше всего варьируется: ее местоположение достигает поверхности и исчезает в высоких широтах (выше примерно 60 ° с.ш. или ниже 60 ° ю.ш.), но затем звук распространяется в поверхностном канале. В отчете Центра военно-морских океанских систем за 1980 год приводятся примеры исследования акустической трассы по большому кругу между Пертом, Австралия , и Бермудскими островами, с данными из восьми мест на этом пути. И в Перте, и на Бермудских островах ось звукового канала проходит на глубине около 1200 м (3937 футов). Там, где путь пересекает антарктическую конвергенцию на 52° южной широты, нет глубокого звукового канала, но есть поверхностный канал глубиной 30 м (98 футов) и неглубокий звуковой канал на высоте 200 м (656 футов). Когда трасса поворачивает на север, станция на 43 градусах южной широты и 16 градусах восточной долготы показала, что профиль возвращается к типу ГНФАР на высоте 800 м (2625 футов). [ 19 ] [ 20 ]

Приложения

[ редактировать ]

Первое практическое применение началось во время Второй мировой войны , когда ВМС США начали экспериментировать и внедрять возможности определения места взрыва бомбы ГНФАР, используемой сбитыми пилотами в качестве сигнала бедствия. Разница во времени прибытия источника в неизвестное место в известных местах позволила вычислить общее местоположение источника. [ 10 ] Времена прибытия образуют гиперболические линии положения, подобные LORAN . Обратное - обнаружение синхронизированных сигналов с известных позиций на берегу в неизвестной точке - позволило вычислить позицию в этой точке. Эта техника получила название ГНФАР наоборот: РАФОС. RAFOS определен в издании «Американский практический навигатор» 1962 года среди гиперболических навигационных систем. [ 10 ] [ 21 ] [ 22 ]

Первые приложения основывались на стационарных береговых станциях, часто называемых станциями ГНФАР. Некоторые из них стали центрами акустических исследований, как и Бермудская станция SOFAR, которая участвовала в эксперименте Перт-Бермудские острова. [ 19 ] [ 20 ] Записи о Бермудской станции ведутся Океанографическим институтом Вудс-Хоул (WHOI). [ 23 ] В недавнем прошлом источники ГНФАР использовались для специальных целей в приложении РАФОС. Одна такая система развернула донные источники у мыса Хаттерас , у Бермудских островов и один на подводной горе для отправки трех точно рассчитанных сигналов в день, чтобы обеспечить точность примерно на пять километров (3,1 мили; 2,7 морских миль). [ 24 ]

Первое применение быстро вызвало большой интерес у ВМФ не только по причинам, связанным с поиском экипажей сбитых самолетов. Решение ВМФ в 1949 году привело к проведению исследований к 1950 году, в которых рекомендовалось использовать потенциал пассивного гидролокатора канала ГНФАР для противолодочной борьбы ВМФ (ПЛО). Рекомендация включала в себя трату 10 миллионов долларов в год на исследования и разработку системы. К 1951 году испытательная установка подтвердила эту концепцию, а к 1952 году были заказаны дополнительные станции для Атлантики. Первым крупным использованием канала ГНФАР было наблюдение за океаном в рамках секретной программы, которая привела к созданию системы звукового наблюдения (SOSUS). Эта система оставалась засекреченной с момента создания до тех пор, пока стационарные системы не были дополнены мобильными массивами и не превратились в Интегрированную систему подводного наблюдения, предназначение и характер которой были рассекречены в 1991 году. [ 7 ] [ 25 ] [ примечание 5 ]

Мониторинг землетрясений с использованием SOSUS после того, как ограниченный гражданский доступ был предоставлен Тихоокеанской морской экологической лаборатории (PMEL) Национального управления океанических и атмосферных исследований в 1991 году, выявил в десять раз больше морских землетрясений с лучшей локализацией, чем с наземными датчиками. Обнаружение SOSUS может определять землетрясения магнитудой около двух, а не четырех. Система обнаружила распространение морского дна и явления магмы на хребте Хуан-де-Фука как раз вовремя, чтобы исследовательские суда могли их исследовать. В результате этого успеха компания PMEL разработала собственные гидрофоны для развертывания по всему миру, которые будут подвешиваться в канале ГНФАР с помощью поплавковой и якорной системы. [ 26 ]

Другие приложения

[ редактировать ]

На природе

[ редактировать ]

Загадочные низкочастотные звуки , приписываемые финвалам ( Balaenoptera physalus ), — обычное явление в проливе. Ученые полагают, что финвалы могут нырять в этот канал и петь, чтобы общаться с другими финвалами, находящимися за многие километры. [ 28 ]

[ редактировать ]

В романе « Охота за «Красным Октябрем» описывается использование канала ГНФАР для обнаружения подводных лодок.

  1. ^ На рисунке 1 справочника «Технико-экономическое обоснование острова Херд» (Манк) показаны пути лучей к местам приема. В Таблице 1 перечислены места, одно из которых представляет собой канадское исследовательское судно с буксируемой установкой у Кейп-Кода .
  2. ^ В справочнике «История канала ГНФАР» есть запись и сонограмма эффекта.
  3. ^ Этот термин также имеет применение в биологической океанографии .
  4. ^ Рисунок 2 на третьей странице справочника Уильямса/Стивена/Смита полезен для понимания критической глубины, канала ГНФАР, всего канала и задействованных траекторий лучей.
  5. ^ Не совсем случайно, что некоторые береговые объекты SOSUS, называемые военно-морскими объектами (NAVFAC), располагались вблизи старых станций ГНФАР. Например, военно-морской комплекс Бермуды и военно-морской комплекс Пойнт-Сур . Местная акустика уже была хорошо известна.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Дополнение военно-морского флота к словарю военных и связанных с ними терминов Министерства обороны США (PDF) . Департамент Военно-Морского Флота . Июнь 2012 г. Архивировано (PDF) из оригинала 15 апреля 2021 г. . Проверено 23 октября 2021 г.
  2. ^ Мунк, Уолтер Х.; Шпиндел, Роберт С.; Баггерер, Артур; Бердсолл, Теодор Г. (20 мая 1994 г.). «Технико-экономическое обоснование острова Херд» (PDF) . Журнал Акустического общества Америки . 96 (4). Акустическое общество Америки: 2330–2342. Бибкод : 1994ASAJ...96.2330M . дои : 10.1121/1.410105 . Проверено 26 сентября 2020 г.
  3. ^ Jump up to: а б Палмер, доктор медицинских наук; Жорж, ТМ; Уилсон, Джей-Джей; Вайнер, Л.Д.; Пейсли, Дж.А.; и др. (октябрь 1994 г.) [24 марта 1992 г.]. «Прием на Вознесении передач технико-экономического обоснования острова Херд» . Журнал Акустического общества Америки . 96 (4): 2432–2440. Архивировано из оригинала 19 апреля 2018 г.
  4. ^ Военное командование морских перевозок (2008 г.). «Обзор MSC 2008 — корабли наблюдения за океаном» . Военное командование морских перевозок. Архивировано из оригинала 10 февраля 2018 года . Проверено 28 сентября 2020 г.
  5. ^ Jump up to: а б Коун, Брюс Э. (1 июля 1976 г.). Восточный испытательный полигон ВВС США — Справочник по приборному обеспечению (PDF) . База ВВС Патрик, Флорида: Восточный испытательный полигон, Управление полигонов. п. 1-1. Архивировано (PDF) из оригинала 27 февраля 2021 г. Проверено 12 сентября 2020 г.
  6. ^ Де Гир, Ларс-Эрик; Райт, Кристофер (22 сентября 2019 г.). «От овец до звуковых волн: данные подтверждают ядерное испытание» . Внешняя политика . Вашингтон, округ Колумбия: FP Group, Graham Holdings Company . Проверено 23 сентября 2020 г.
  7. ^ Jump up to: а б «История Интегрированной системы подводного наблюдения (IUSS) 1950–2010 гг.» . Ассоциация выпускников IUSS/CAESAR . Проверено 25 сентября 2020 г.
  8. ^ «Уильям Морис Юинг (1906–1974)» (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук. 1980: 136–137 . Проверено 25 сентября 2020 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  9. ^ Jump up to: а б Кахарл, Виктория (март 1999 г.). «Исследование тайн океана» (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук . Проверено 25 сентября 2020 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  10. ^ Jump up to: а б с д «История канала ГНФАР» . Университет Род-Айленда и Центр внутреннего космоса. 2020 . Проверено 26 сентября 2020 г.
  11. ^ Командование военно-морской историей и наследием. «Салуда» . Словарь боевых кораблей американского флота . Командование военно-морской историей и наследием . Проверено 26 сентября 2020 г.
  12. ^ Хелбер, Роберт; Бэррон, Чарли Н.; Карнс, Майкл Р.; Зингарелли, Р.А. Оценка глубины звукового слоя относительно глубины смешанного слоя (PDF) (Отчет). Космический центр Стенниса, MS: Военно-морская исследовательская лаборатория, Отдел океанографии. Архивировано (PDF) из оригинала 11 сентября 2021 г. Проверено 26 сентября 2020 г.
  13. ^ Томпсон, Скотт Р. (декабрь 2009 г.). Аспекты распространения звука в глубоководной акустической сети (PDF) (магистерская диссертация). Монтерей, Калифорния: Военно-морская аспирантура. Архивировано (PDF) из оригинала 11 сентября 2021 г. Проверено 26 сентября 2020 г.
  14. ^ Шпиндел, Роберт К. (2004). «Пятнадцать лет экспериментов по распространению радиоволн на большие расстояния в северной части Тихого океана» . Журнал Акустического общества Америки . 116 (4): 2608. Бибкод : 2004ASAJ..116.2608S . дои : 10.1121/1.4785400 . Проверено 26 сентября 2020 г.
  15. ^ Дзечух, Мэтью; Мунк, Уолтер; Рудник, Дэниел Л. (2004). «Распространение звука через пряный океан, увертюра ГНФАР» . Журнал Акустического общества Америки . 116 (3): 1447–1462. Бибкод : 2004ASAJ..116.1447D . дои : 10.1121/1.1772397 . Проверено 26 сентября 2020 г.
  16. ^ Уильямс, Клэр М.; Стивен, Ральф А.; Смит, Дебора К. (15 июня 2006 г.). «Гидроакустические явления, расположенные на пересечении разломов Атлантида (30 ° с.ш.) и Кейн (23 ° 40′ с.ш.) Трансформации со Срединно-Атлантическим хребтом» . Геохимия, геофизика, геосистемы . 7 (6). Американский геофизический союз: 3–4. дои : 10.1029/2005GC001127 . S2CID   128431632 .
  17. ^ Феннер, Дон Ф.; Кронин, Уильям младший (1978). Упражнение на подшипниковый столб: скорость звука и другие изменения окружающей среды (PDF) (отчет). Станция NSTL, MS: Деятельность военно-морских исследований и разработок океана (NORDA). п. 3. Архивировано (PDF) из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 26 сентября 2020 г.
  18. ^ Баггерер, Артур Б.; Шир, Эдвард К. (2010). Океанографическая изменчивость и характеристики пассивных и активных гидролокаторов в Филиппинском море (PDF) (Отчет) . Проверено 27 сентября 2020 г.
  19. ^ Jump up to: а б Душо, Брайан Д. (10 апреля 2012 г.). Эксперимент по антиподальному распространению акустической энергии от Перта до Бермудских островов в 1960 году: мера полувекового потепления океана? (PDF) (Отчет) . Проверено 26 сентября 2020 г.
  20. ^ Jump up to: а б Нортроп, Дж.; Хартдеген, К. (август 1980 г.). Подводные пути распространения звука между Пертом, Австралия, и Бермудскими островами: теория и эксперимент (PDF) (Отчет). Сан-Диего, Калифорния: Центр военно-морских океанских систем. стр. 3–6. Архивировано (PDF) из оригинала 9 ноября 2020 г. Проверено 24 сентября 2020 г. {{cite report}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка )
  21. ^ Томас, Пол Д. (1960). Использование искусственных спутников для навигации и океанографических исследований (Доклад). Вашингтон, округ Колумбия: Береговая и геодезическая служба США. п. 7 . Проверено 26 сентября 2020 г.
  22. ^ Американский практический навигатор . Вашингтон, округ Колумбия: Гидрографическое управление ВМС США. 1962. с. 347.
  23. ^ "Бермудские станции SOFAR Drum Records" . Библиотека и архивы данных WHOI . Проверено 26 сентября 2020 г.
  24. ^ Томас, Россби Х. (1987). «Навигационная система РАФОС» . Труды Международного симпозиума по морскому позиционированию . Дордрехт: Спрингер. п. 311. дои : 10.1007/978-94-009-3885-4_30 . ISBN  978-94-010-8226-6 .
  25. ^ Смит, Дебора Х. (3 августа 2004 г.). «Уши в океане» . Океанус . Океанографический институт Вудс-Хоул . Проверено 26 сентября 2020 г.
  26. ^ Дзиак, Боб (август 2008 г.). PMEL/Vents Ocean Acoustics (PDF) (Отчет). Тихоокеанская лаборатория морской окружающей среды . Проверено 26 сентября 2020 г.
  27. ^ Лоуренс, Мартин В. (ноябрь 2004 г.). «Акустический мониторинг Мирового океана для ДВЗЯИ» (PDF) . Проверено 25 сентября 2020 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  28. ^ Ориентация с помощью акустической сигнализации дальнего действия у усатых китов , Р. Пейн, Д. Уэбб, в Annals NY Acad. Sci., 188 : 110–41 (1971).
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 96cb15abf9769c015aa876dfdf07b433__1721250840
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/96/33/96cb15abf9769c015aa876dfdf07b433.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
SOFAR channel - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)