ردیاب صوتی نوعی تکنولوژی نسبتا نوظهور است که به کمک امواج صوتی، موقعیت جغرافیایی و فاصله اجسام تا مبدا را تشخیص می‌دهند. این ردیاب ها بیشتر در زیر آب و جهت شناسایی موانع سخت زیر دریا به کار گرفته می‌شوند. در این مقاله از رادار توضیحات جامع و کاملی در رابطه با ردیاب های صوتی و نحوه عملکرد آن‌ها ارائه داده‌ایم.
ردیاب صوتی چیست؟
ردیاب صوتی راهکاری برای شناسایی ناوها، کشتی‌ها و زیردریایی‌هاست که از آن با نام سونار یاد می‌شود. کلمه SONAR از عبارت انگلیسی Sound Navigation And Ranging به معنای ناوبری و تشخیص فاصله توسط صوت گرفته شده است.
بیشترین کاربرد سونار در تشخیص محل اجسام سخت زیر دریا و اندازه گیری فاصله و حتی جهت حرکت آن‌ها می‌باشد. این تکنولوژی در طبیعت نیز یافت می‌شود. به طور مثال خفاش‌ها، نهنگ‌ها، دلفین‌ها و گرازماهیان می‌توانند با فریادهای فراصوت خود صداهای منعکس شده از اطرافشان را شناسایی کنند. سپس بر اساس صدای دریافتی یک تصویر صوتی ترسیم می‌کنند. این حیوانات از فناوری ردیاب صوتی خود برای حرکت کردن، تعیین مسیر و حتی شناسایی شکار بهره می‌برند.
تاریخچه تکنولوژی سونار
اولین بار فیزیک‌دان سوییسی ژان-دنیل کلادون (Jean-Daniel Colladon) در سال 1822 میلادی از نوعی زنگ زیر آب استفاده نمود تا سرعت صدا زیر آب را اندازه‌گیری نماید. این تحقیقات در آینده اساس کار مخترعان تکنولوژی سونار شد.
لویس نیکسون (Lewis Nixon) در سال 1906 به توسعه سیستم شنود زیردریایی پرداخت. وی توانست اولین ردیاب صوتی غیرفعال را برای شناسایی توده‌های یخ طراحی کند. سپس در سال‌های جنگ جهانی اول به دلیل استراتژیک بودن حملات دریایی استفاده از سونارها به طور چشم‌گیری افزایش یافت. در این سال‌ها پاول لانژون (Paul Langevin) فرانسوی همراه با کنستانتین چلوسکی روس توانستند اولین ردیاب صوتی فعال را طراحی نمایند. این اتفاق در سال 1915 رخ داد اما با این حال نتوانست در جنگ جهانی اول مورد استفاده قرار بگیرد.
دانشمندان انگلیسی و آمریکایی از سال 1917 میلادی به بعد موفق به ساخت سیستم‌های ردیاب صوتی اکتیو شدند. در طول سال‌های میانی دو جنگ جهانی، تکنولوژی سونار به طور گسترده‌ای توسعه یافت. با این حال انگلیسی‌ها آن را با نام ASDIC می‌شناختند. آمریکایی‌ها اما اولین کسانی بودند که از کلمه SONAR برای این فناوری استفاده نمودند.
ردیاب صوتی چه کاربردهایی در زندگی بشری دارند؟
ردیاب صوتی در سال‌های اخیر تنها در سیستم‌های نظامی کاربرد ندارد. بلکه امروزه از آن در علوم گوناگونی نظیر جانورشناسی، نقشه برداری در بستر دریا و … نیز استفاده می‌کنند. برای آشنایی بهتر در ادامه برخی از کاربردهای این تکنولوژی را به صورت تخصصی مورد بررسی قرار می‌دهیم:
1- استفاده از ردیاب صوتی در تحقیقات دانشمندان
یکی از مهم‌ترین کاربردهای ردیاب صوتی کمک به تحقیقات دانشمندان در حوزه پیگیری و بررسی زندگی جانوران دریایی است. گاهی نیز از این ردیاب ها در رهگیری جانوران روی خشکی استفاده می‌کنند.
سونار عملکردی نسبتا شبیه به ردیاب های شخصی داشته و با کمک آن می‌توان اطلاعات دقیقی درباره زندگی جانوران زیر دریا کسب نمود. با ردیاب شخصی می‌توان از گم شدن کودکان یا سالمندان جلوگیری نمود. با ردیاب های صوتی هم می‌توان صدای حیواناتی مانند وال و دلفین را ردگیری نموده و عملکردشان را مورد بررسی قرار داد. به این ترتیب دانشمندان می‌توانند نحوه زندگی آبزیان را به تصویر کشیده و از آن برای رفاه زندگی بشری استفاده کنند.
2- استفاده از سونار در مسیریابی نابیناها
یکی دیگر از کاربردهای جالب توجه سونار استفاده از آن در مسیریابی نابیناها است. این افراد می‌توانند به کمک تجهیزات ردیاب صوتی مسیر خود را شناسایی نمایند. حتی می‌توان با ارسال موج‌های صوتی به خصوص حیوانات را از مسیر حرکت آن‌ها دور نمود. به این ترتیب خطر برخورد، افراد نابینا و حتی حیوانات را تهدید نخواهد کرد.
3- بهره‌گیری از ردیاب صوتی در تشخیص فلزات
پیدا کردن فلزات یکی دیگر از موارد استفاده از ردیاب صوتی می‌باشد. شاید در فیلم‌ها دیده باشید که دستگاهی شبیه به جاروبرقی را روی زمین می‌کشند و به کمک آن طلا و فلزات دفن شده زیر خاک را پیدا می‌کنند. این دستگاه‌ها مجهز به سیستم سونار بوده و با ارسال امواج صوتی، محل فلزات را به راحتی تشخیص می‌دهند.
4- استفاده از سونار در تجهیزات نظامی
شاید جالب‌ترین کاربرد سونار به کارگیری آن در تجهیزات و وسایل نظامی باشد. در جنگ‌ها و عملیات نظامی دریایی به کمک ردیاب صوتی می‌توان محل ناوهای جنگی و زیردریایی‌های دشمن را به راحتی شناسایی نمود. در نتیجه امکان هدف قرار دادن آن‌ها و دفاع از کشور وجود دارد. البته در این عملیات‌ها باید از مدل‌های غیرفعال ردیاب های صوتی بهره گرفت. زیرا مدل‌ها فعالی به آسانی توسط نیروهای دشمن قابل شناسایی هستند.
معرفی انواع سیستم‌های ردیاب صوتی
سیستم‌های ردیاب صوتی دارای دو مدل فعال (Active Sonar) و غیرفعال (Passive Sonar) هستند. هر یک از این مدل‌ها کاربردها و قابلیت‌های مخصوص به خود را دارند:
1- ردیاب صوتی فعال
ردیاب صوتی فعال معمولا در ردیابی حیوانات زیر آب و ماهیگیری مورد استفاده قرار می‌گیرد. نحوه عملکرد آن برای شناسایی اجسام و اندازه گیری فاصله تا آن‌ها به صورت زیر است:
- ابتدا یک پالس صدا (به نام پینگ) ارسال می‌شود.
- سپس منتظر پژواک آن باقی می‌مانیم.
- مدت زمان میان ارسال پالس و دریافت صدا از سوی هدف، فاصله میان مبدا تا جسم هدف را مشخص می‌کند.
- برای شناسایی جهت حرکت هدف نیز از هیدروفونیک های سونار فعال استفاده می‌شود.
2- ردیاب صوتی غیرفعال
ردیاب صوتی غیرفعال اغلب در تحقیقات علمی و تجهیزات نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ردیاب ها هیچ‌گونه پالسی از خود تولید نمی‌کنند. بلکه با پردازش صوت تولید شده از سمت هدف، آن را مورد ارزیابی قرار می‌دهند. در واقع اصول کار سونار غیرفعال شنیدن صداها بدون انتشار صدا می‌باشد.
نحوه کار با ردیاب صوتی چگونه است؟
همان‌طور که گفتیم ردیاب صوتی نیز یکی از انواع جی پی اس است که از آن برای یافتن اجسام و حیوانات زیر آب استفاده می‌کنند. با این حال گاهی اوقات از آن در ردیابی روی خشکی نیز بهره می‌برند. به طور کلی از این دستگاه‌ها برای موقعیت یابی اشیائی که به راحتی با چشم دیده نمی‌شوند، استفاده می‌کنند.
عملکرد سونار بسیار ساده بوده و بر پایه اصل برگشت امواج صوتی در علم فیزیک کار می‌کند. این اصل می‌گوید هر نوع صوتی که از دستگاه فرستنده ارسال می‌شود، پس از برخورد با جسم قطعا برگشت داده می‌شود. دستگاه ردیاب صوتی نیز با پردازش این برگشت صوت و طول موج آن‌ها می‌تواند موقعیت اجسام را شناسایی کند.
اشیاء هنگام تکان خوردن امواج صوتی از خود تولید می‌کنند. ردیاب صوتی این امواج را دریافت نموده و با انجام یکسری محاسبات و پردازش‌ها قادر به تشخیص فاصله تا جسم خواهد بود. با این حال قدرت این دستگاه‌ها بر اساس نوع ساختار با یک‌دیگر متفاوت بوده و احتمال خطا در آن‌ها وجود دارد.
چطور از ردیاب صوتی استفاده کنیم؟
ردیاب صوتی، دستگاهی تخصصی است که کار با آن نیازمند دانش و مهارت ویژه‌ای می‌باشد. در نتیجه برای استفاده در زندگی روزمره بشری قابل استفاده نیست. بلکه دانشمندان و متخصصان این حوزه می‌توانند از مزایا این دستگاه‌ها بهره ببرند.
تفاوت ردیاب صوتی با ردیاب ساده چیست؟
تاکنون در رابطه با ردیاب خودرو هوشمند در مقاله‌های گذشته صحبت کرده‌ایم. اما سوال اینجاست که تفاوت این ردیاب ها با سیستم سونار صوتی چیست؟
حقیقت این است که ردیاب صوتی برای یافتن اجسام، پالس های صوتی را مورد بررسی قرار می‌دهد. سپس می‌تواند و فاصله و جهت جسم را تشخیص دهد. این تکنولوژی اغلب برای شناسایی اشیاء زیر آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. این در حالی است که جی پی اس خودرو برای موقعیت یابی جسم از ماهواره ها و نقشه‌های هوایی بهره می‌برد. بنابراین اساس کار این دو تکنولوژی از پایه با یک‌دیگر تفاوت دارد.
گوش خفاش‌ها همانند ردیاب صوتی عمل می‌کند!
خفاش ها برای یافتن مسیر حرکت و حتی غذا از گوش‌هایشان استفاده می‌کنند. نحوه عملکرد این پرنده همچون ردیاب صوتی است. در واقع خفاش امواج فراصوت را ارسال نموده و بر اساس پژواک آن (بازتاب امواج)، تصویری از محیط اطرافش به دست می‌آورد. این پرنده برای ارتباط برقرار کردن با دیگر اعضای گونه نیز از روش ارسال امواج صوتی بهره می‌گیرد. به این ترتیب که در محدوده فرکانس خود امواجی عمیق‌تر ارسال نموده و دیگر دوستانش را شناسایی می‌کند.
سخن پایانی
در این مقاله به معرفی ردیاب صوتی و نحوه عملکرد آن‌ها پرداختیم. در انتها دانستیم این دستگاه از طریق پالس‌های صوتی ارسالی و دریافتی می‌تواند موقعیت اجسام را شناسایی نماید. از سونار برای ناوبری، بررسی زندگی حیوانات زیردریایی، شناسایی ناوهای جنگی و … بهره می‌برند. همچنین دانستیم دستگاه‌های گنج یاب نوعی سیستم ردیابی صوتی است و از اصل برگشت امواج صوتی برای یافتن فلزات دفن شده بهره می‌برد.
آیا تجربه استفاده از این دستگاه‌ها را دارید؟