batimetría el sonar, tipos, usos, funcionamiento, trasductores, pasivo y activo, sonido, ondas,...

4/4/2014 Batimetra El sonar, tipos, usos, funcionamiento, trasductores, pasivo y activo, sonido, ondas, propiedades de las ondas, velocidad y propagacin del sonido

http://www.topografiaglobal.com.ar/archivos/teoria/sonar.html 1/25

Topografia

Global| al serv icio de la topograf ia

Redacciones sobre geodesia, topografia, cartografia, fotogrametria4 de Abril

TopoInfo

TopoEmpleos

TopoMercado

TopoForos

TopoEnlaces

TopoGrupo

TopoPublicidad

INICIO | SERVICIOS

TopoTEORIA

TopoRelatos

TopoMujer

TopoCapacitacion

Sonar, tipos y usos, sonidos, propiedades de las ondas, seal y ruido, bandaancha y estrecha

Origen de la palabra SonarAntecedentes histricosTipos de SonarUsos del Sonar

Funcionamiento

TrasductoresSonar pasivoSonar activoSonidoOndasPropiedades de las ondasVelocidad del sonido en el marPropagacin del sonido en el marSeal y ruidoAnlisis del sonarAnlisis de banda ancha y estrecha

Origen de la palabra Sonar

Proviene del ingls "Sound Navigation and Ranging". Es el equipo,medio y propiedades que sirve al estudio y aprovechamiento de lapropagacin del sonido en el agua y su utilizacin para determinar laubicacin, caractersticas, distancias, velocidad, etc. de objetos,formaciones rocosas, como as tambin costas y lecho submarino. Nodebemos olvidar su utilizacin para las comunicaciones y laobservacin. El sonar reemplaza al radar en el agua, ya que esteltimo opera a travs de ondas electromagnticas que, debido a laalta conductividad del medio acutico, se pierden sin lograr suobjetivo. El sonar se vale de ondas acsticas, de fcil propagacin enel medio antes nombrado.

Las ondas electromagnticas son transversales mientras que lasacsticas son longitudinales, por tanto las primeras pueden polarizarsemientras que las segundas no; la velocidad de propagacin en lasprimeras vara inapreciablemente con las caractersticas cambiantes



del medio, mientras que el sonido aumenta su velocidad a medida quedecrece la compresibilidad del medio, lo que tiene una gran incidenciaen el aspecto de la propagacin. En el mar la compresibilidad esfuncin de variables como la salinidad, la temperatura y la presin.

Antecedentes histricos

Una de las primeras referencias al hecho de que el sonido se propagaen el mar se debe a Leonardo Da Vinci, que en 1490 escriba: "Si parastu barco e introduces el extremo de un tubo en el agua, y aplicas elodo al otro extremo, oirs barcos que se encuentran a gran distanciade ti".

Este primer ejemplo de sistema SONAR tiene en su sencillez, losprincipios bsicos de un sonar pasivo actual:

Todos los barcos al navegar producen ruido aunque no sean de motor.Se detiene el barco propio para reducir el nivel de ruidos.

Se introduce un tubo en el agua para transmitir las ondas acsticasdesde el medio acutico al medio areo para ser captadas por el odohumano.

La primera medicin de la velocidad del sonido en el agua fue obtenidaen 1827 por el fsico suizo Daniel Colladon y el matemtico francsCharles Sturn en el lago Ginebra. El resultado de su medida fue de1434 mts./seg. que es muy precisa para la poca en que se realizdicha medicin.

Durante el siglo XIX y tras la enunciacin del clculo infinitesimalFourier formula las "series trigonomtricas infinitas" y Ohm, aplica lasmismas para descomponer sonidos reales en series de tonos puros.Este es un importantsimo descubrimiento ya que es la base del actualAnlisis en Banda Estrecha que permite la identificacin precisa de lafuente que genera el ruido.

En 1440 se descubre el fenmeno de la "magnetoestriccin" queprovoca el cambio de la forma de algunos materiales cuando sonatravesados por un campo magntico y en 1880 Jacques y PierreCurie descubren la "piezoelectricidad", que es la propiedad de algunoscristales de desarrollar cargas elctricas en varias de sus caras alsometerlos a presin.

En 1912 Fesseden desarrolla el primer emisor submarino capaz detrabajar como transmisor y receptor en el margen de frecuencia entre500 y 1000 Hz. En 1914 tras la prdida del TITANIC demostr lautilidad de su invento midiendo la distancia a un iceberg situado a 2millas de distancia. La posterior aplicacin de los amplificadoreselectrnicos a las seqales captadas hizo que los sistemas no tuvieranque depender exclusivamente de la sensibilidad del oido humano.

En 1915 Lord Rayleigh descubre que el odo humano es capaz dedeterminar la direccin de un fuente sonora por la diferencia de fase otiempo de la onda sonora al llegar a ambos odos, y se desarrollansensores biaurales para determinar la direccin de la que proviene elsonido. Este sistema en funcionamiento en los submarinos alemanescaus graves prdidas a los aliados. El xito obtenido propici la



investigacin con sistemas pticos, trmicos y magnticos, siendo elresultado ms favorable el obtenido mediante el sonido.

En 1917 el fsico francs Paul Lagevin usando un sistemapiezoelctrico de cuarzo sintonizado a una fecuencia de 38 KHz.,consigue formar un haz de energa capaz de determinar la direccin yla distancia a un objeto sumergido, llegando a detectar un submarinoa 1500 mts. Por el mismo periodo cientficos ingleses dirigidos porBoyle trabajan en el secreto proyecto ASDIC para la obtencin de unsistema eficaz de deteccin submarina.

Los primeros estudios sobre propagacin se llevaron a cabo porcientficos alemanes en 1919 que descubren la influencia de latemperatura, salinidad y presin en la velocidad del sonido y elcomportamiento de los rayos sonoros al atravesar estratos de distintavelocidad de propagacin.

El desarrollo de la acstica submarina se ralentiz considerablementeen el periodo entre las dos Guerras Mundiales. Se haba hecho unnotable esfuerzo para reducir el nivel de ruido radiado por los buques,por lo cual las investigaciones se centraron en los sistemas activos.

En 1925 la empresa Submarine Signal Company presentacomercialmente el primer sondador, aparato capaz de determinar ladistancia al fondo desde la superficie. Debido a que el tratado deVersalles no permita a la Marina Alemana tener submarinos niaeroplanos, los estudios se centran en la aplicacin del SONAR comoun sistema defensivo. El detenido estudio de los ruidos emitidos por lamaquinaria, hlice y ruido hidrodinmico permite el desarrollo denuevos tipos de barcos. El resultado de su trabajo fue el GHC, unequipo de escucha que usaba la tcnica de formacin de haces, estoes, el ruido proveniente de varios hidrfonos se pone en faseretardando las de los adyacentes al elegido como eje para formar unasola va de audicin. Uno de estos equipos se mont en el crucero"Prinz Eugen" y fu decisivo para la evasin del mismo de los masivosataques de torpedos que despus sufri.

Desde el punto de vista cientfico el mayor logro fue la obtencin deconocimientos sobre el caprichoso comportamiento de la propagacindel sonido en la mar. Las observaciones realizadas por Steinbergersobre la variacin del alcance con la temperatura indujo a la invencinde un aparato capaz de medir la temperatura del agua a distintasprofundidades. En 1937 Spilhaus presenta este aparato llamado"Batitermgrafo".

Durante la Segunda Guerra Mundial se da un periodo febril en lainvestigacin de nuevas tecnologas y se retoma la acstica. EnEE.UU. se crea el NDRC (National Defense Research Commitee)responsable entre otros del proyecto Manhattan con el que se fabricla bomba atmica. La seccin sexta del NDRC realiza un amplsimoprograma de acstica submarina llevado a cabo principalmente por laUniversidad de California, el Laboratorio de Electrnica Naval de SanDiego y la Institucin Oceanogrfica de Woods Hole. La publicacin alfinalizar la contienda de los estudios realizados constituyen an hoyen da la base de la acstica submarina.

Al final de la Segunda Guerra Mundial y debido a la aparicin de la



Guerra Fra las investigaciones continan en todos los campos. Entre1944 y 1955 los trabajos de Shannon en EE.UU. y de Gabor yWoodward en Gran Bretaa establecen las bases de la teora de lainformacin, que aplicada junto a los nuevos desarrollos electrnidosde estado slido permite desarrollar equipos muy precisos en cuanto ala discriminacin del contacto, su distancia y la velocidad a la quenavega.

Los trabajos de eminentes fsicos como Knudsen, Wenz, Marsh, Urick yotros identifican los orgenes y caractersticas de las distintas fuentesde ruido ambiental existente en el ocano. Los mayores logros en esteperiodo son:

El descubrimiento del motivo de la atenuacin a frecuencias inferioresa 100 Hz.

Determinacin experimental de la absorcin para frecuencias entre 100Hz. y 1 Mhz.

Medida de las prdidas por absorcin por rebote en el fondo.

Clasificacin de las prdidas y caractersticas del canal sonoroprofundo y superficial.

Conocimiento de la propagacin en aguas polares.

Descubrimiento y explicacin de las zonas de convergencia.

Obtencin de diagramas de rayos sonoros y prediccin de alcances.

Medida con gran exactitud de la velocidad del sonido en el agua.

La aparicin de submarinos nucleares con capacidad de lanzar misilesnucleares de largo alcance hace cambiar la situacin tctica, ya no setrata de detectar un submarino en las proximidades de un convoy sinode vigilar grandes extensiones. Esto implica la vuelta a la deteccinpasiva que permite mayores alcances. Se comienza a desarrollargrandes redes de escucha submarina tanto fijas como remolcadas porlos buques, que adems permite alejar la escucha del ruido propio; deeste tipo son los sistemas SOSUS (SOund SUrveillance System),TACTAS (TACtical Towed Array Sonar) y SURTASS (SURveillandeTowed Array Sensos System) entre otros, utilizados en la actualidad.

Durante los ltimos aos se ha intensificado el estudio de bajasfrecuencias para deteccin a grandes distancias y se ha potenciado lareduccin al mximo del ruido emitido por los buques. Aparece elanlisis espectral de las frecuencias emitidas por un contacto parapermitir su exhaustiva clasificacin, tcnica denominada LOFAR (LOwFrequency Analisys and Recording). La gran cantidad de sealesexistente en el mar, tanto de origen humano como biolgico queproporciona un sonar moderno es gigantesca, por tanto la clave esdescubrir un mtodo de proceso que permita eliminar la informacin nonecesaria; para ello se hace uso masivo de la informtica y seemplean tcnicas de inteligencia artificial.

Nuevas investigaciones realizadas por el SACLANCEN, rgano deinvestigacin dependiente de la OTAN se dirigen al uso de sonaresactivos de muy baja frecuencia, debido principalmente al aumento del



nivel de ruido en la mar y a la construccin de barcos cada vez mssilenciosos.

Tipos de Sonar

Existen dos tipos de Sonar: el activo y el pasivo.

Se llama Sonar Activo al equipo que emplea para detectar objetosbajo el agua el eco que devuelve dicho objeto al incidir sobre l lasondas acsticas emitidas por un transmisor. El Sonar Activo es portanto similar al radar. Empleando el Sonar Activo se emite un tren deondas acsticas con una determinada potencia al agua. Un objetosumergido sobre el que incidan estas ondas, reflejar parte de ellasque volvern hacia el foco emisor. La energa recibida proveniente delobjeto es solo una muy pequea parte de la que se emiti y el caminoque recorren las ondas es el doble de la distancia entre el emisor y elobjeto.

El Sonar Pasivo se limita a escuchar el sonido que proviene de losobjetos que se encuentran sumergidos. Estos dispositivos recibendirectamente el ruido producido por el objeto y el camino que recorrela onda es la distancia existente entre el objeto y el receptor delruido.

El alcance est limitado por un gran nmero de factores de factoressiendo los ms importantes la frecuencia de la onda y la efectividaddel medio en el que se propaga la energa. Cuanto ms baja es lafrecuencia, mayor es el alcance que se obtiene.

Con ambos tipos es posible determinar la direccin en la que seencuentra el objeto, pero el sonar activo posibilita obtener la distanciamidiendo el tiempo que transcurre entre el momento en que se emitela radiacin y el instante en que se recibe el eco si se conoce lavelocidad a la que el sonido se propaga en el agua. El sonar pasivo nocontempla esa posibilidad, aunque en la actualidad existen mediospara obtener la distancia a un objeto midiendo la diferencia de fase enla que las ondas llegan a varios receptores separados entre s, peroson ms complejos y menos fiables.

En general el sonar activo y el pasivo se complementan para efectuarla deteccin y el anlisis de objetos sumergidos y tanto los submarinoscomo los buques de superficie con capacidad antisubmarina empleanambos tipos de forma conjunta.

Usos del Sonar

El uso principal de los dispositivos SONAR es de carcter militar ynaval por excelencia. Las modernas unidades de las Marinas Militarescon capacidad antisubmarina de todos los pases desarrolladosdisponen de equipos tanto activos como pasivos para realizar ladeteccin, clasificacin, seguimiento y ataque de submarinos. Estos asu vez disponen de equipos para la deteccin de buques de superficiey de contramedidas para evitar o retardar su deteccin por dichasunidades. Los dragaminas mecnicos se reemplazan por modernoscazaminas dotados de equipos SONAR de gran precisin y resolucincapaces de localizar objetos sumergidos y visualizar su forma o



estructura para determinar si se trata de una mina.

El incesante avance de la electrnica y de la informtica aplicada a laacstica submarina ha hecho extender las capacidades de los equiposal anlisis del ruido radiado por los barcos, obteniendo as ladenominada "firma acstica" que permite identificar cada unidad deforma unvoca al igual que una huella dactilar identifica a una persona;pero a diferencia de las huellas dactilares que son invariables, lasfirmas acsticas cambian con el tiempo. Esto es debido a que dichas"firmas" proceden en su mayor parte del ruido radiado por lamaquinaria a bordo de los buques y dicho ruido vara a su vez con lasmodificaciones, reparaciones y fatiga de las piezas que la componen.Esto obliga a mantener una informacin actualizada de inteligencia deunidades navales.

Gran parte de la tecnologa se ha transferido a usos civiles. Esbastante comn el uso de sondadores en barcos de todo tipo,medidores de espesor de capas de hielo y otros dispositivos de ayudaa la navegacin que usan el sonido o ultrasonido. Otra aportacinsignificativa son los detectores de pesca que permiten la localizacinde bancos de peces. Los buscadores de tesoros poseen poderososequipos para la localizacin de barcos hundidos.

Sensores de ultrasonidos se aplican para sistemas de alarma y pararealizar mediciones precisas y mquinas de ecografa se emplean adiario para ayuda al diagnstico en medicina.

Funcionamiento

Trasductores

Un transductor es cualquier dispositivo capaz de convertir un tipo deenerga en otra. Los transductores empleados en acstica conviertenenerga elctrica en acstica e inversamente. As pueden compararselos transductores acsticos empleados bajo el agua con losmicrfonos y altavoces usados en el aire pero con las siguientesdiferencias fundamentales:

Un transductor submarino necesita 60 veces ms potencia paraproyectar la misma cantidad de energa que un altavoz equivalenteusado en el aire.

La presin ejercida por el medio acutico es mayor que la ejercida porel aire y adems aumenta con la profundidad, lo que obliga a dotar alos transductores de una cierta resistencia mecnica.

Los transductores que trabajan el el agua y convierten el sonido enelectricidad se llaman HIDROFONOS, los que realizan el procesocontrario se llaman PROYECTORES. Muchas veces un mismotransductor puede realizar ambos procesos. Las cualidades necesariasen un transductor son la LINEALIDAD (proporcionalidad entre la sealelctrica y la acstica) y REVERSIBILIDAD (igualdad de movimiento enlos dos sentidos de conversin de la energa). Cuando un transductorno posee intrnsecamente linealidad se precisa aplicar una determinadapolarizacin para conseguir este efecto.

Dependiendo del funcionamiento terico del sistema los transductoresse clasifican segn su origen en:



Explosivos: Son emisores de seal que generan en el agua medianteuna explosin o deflagracin un impulso de corta duracin y granancho de banda. Se aplican en prospeccin de hidrocarburos, eco-localizacin marina, posicionamiento y guerra submarina.

Caones y chorros de gas o agua: Son emisores de bajas o muybajas frecuencias, que funcionan liberando de forma rpida aire, gas,vapor de agua o agua a presin. Los de aire o gas tiene el efectoindeseable de la formacin de burbujas; su margen de funcionamientoest entre los 4 Hz. y 1 Khz.. Un caso particular este tipo son los queque se forman a partir de un constreimiento de la conduccin, sonlos llamados "hidrodinmicos", que cubren un margen de frecuenciaentre 10 Hz. y 30 KHz.

Descargas elctricas de alta potencia o SPARKERS: Emisores quegeneran la seal acstica a travs de la descarga entre doselectrodos de un alto potencial elctrico, que es capaz de vaporizar elagua que rodea a los electrodos y crea una burbuja gaseosa. Suprincipal inconveniente es la formacin de burbujas de grandesdimensiones que interfieren el ancho de banda til pero que puedepaliarse aumentando el nmero de electrodos y la variacin de lafrecuencia emitida con la profundidad.

Dispositivos hidralicos: Emisores que generan una onda continuaen lugar de un impulso mediante un motor que mueve hidralicamenteun pistn para producir el desplazamiento de un diafragma. El espectrode frecuencias es muy bajo, nunca superior a 1 KHz. Presentan elinconveniente de ser de gran dimensin y peso.

Electrodinmicos: Emisor cuyo funcionamiento es el mismo que el deun altavoz areo. Su principal inconveniente es la dbil intensidadacstica generada.

Electrostticos: Son emisores-receptores cuyo funcionamiento essimilar al micrfono de condensador. Presentan una gran linealidad porlo que suelen usarse como dispositivo calibrador.

Piezoelctricos: Emisores-receptores basados en la propiedad dealgunos materiales naturales como la Sal de Rochelle el cuarzo y elADP (fosfato didico de amonio) de adquirir una carga elctrica entresus caras si son sometidos a un esfuerzo mecnico e inversamente.Presentan el inconveniente de ser muy sensibles al calor y quealgunos como la Sal de Rochelle son solubles en agua, por lo que seusan mantenindolos en un bao de aceite. Tienen buen rendimiento,pero admiten solo potencias muy bajas.

Electroestrictivos: Emisores-receptores con las mismas cualidadesque los piezoelctricos si antes son convenientemente polarizados, esdecir, se aade una seal elctrica junto con la se entrada de formaque la variacin de la intensidad acstica dependa linealmente de laseal de entrada exclusivamente. El material que forma el transductorde obtiene a partir de sustancias policristalinas isotrpicas que secalientan por encima del punto de Curie para liberar sus enlacesmoleculares, sometindolos a una tensin de polarizacin y dejndolosenfriar lentamente para obtener un cristal anistropo (sucomportamiento al someterlo a presin o tensin no es el mismo entodas sus caras).



Debido a sto se usa la cara del cristal con mayor rendimiento y seintenta anular el efecto de las otras caras. Son materiales de estetipo el Titanato de Bario y el Zirconato de Titanio. Son muy tiles enacstica, ya que pueden moldearse de muy distintas formas yagruparse para obtener la directividad y el modo de funcionamientoms adecuado. Su principal inconveniente es la posibilidad de"despolarizacin" que puede producirse por alcanzar elevadastemperaturas, ser sometidos a un fuerte campo elctrico o a sufrirgrandes esfuerzos mecnicos.

Magnetoesctrictivos: Emisores-receptores construidos conmateriales que tienen la propiedad de variar su tamao al someterlos aun campo magntico y reciprocamente de variar su permeabilidad si semodifican sus dimensiones. Son materiales de este tipo el Niquel,Cobalto, algunas aleaciones de Hierro y ciertas ferritas. La relaccinexistente entre el campo magntico y las dimensiones del material noes lineal, por lo cual en la mayora de los casos se precisa lasuperposicin de un fuerte campo magntico esttico para conseguirla linealidad. Su principales inconvenientes son el tamao del ncleo yla limitacin de potencia por lo cual se emplean en equipos depequeo tamao y poca potencia. Las mayores ventajas son su granresistencia mecnica y su pequea necesidad de mantenimiento.

Otros tipos: Se experimenta con nuevos tipos de materiales como:Piexopolmeros, como el PVF2 usado comercialmente en altavoces;Sensores acusto-pcticos, en los que se utiliza el LASER y la fibraptica y funcionan a modo de interfermetro; Aleaciones de TierrasRaras y Hierro, Vidrios metlicos y Ferrofluidos que funcionan como losmagnetoestrictivos con mayor rendimiento y los Composites,construidos con pequeas piezas de piezocermica embebidas en unabase de silicona o poliuretano.

Un transductor aislado en general solo se utiliza en aplicaciones deinvestigacin o cuando se trabaja con frecuencias altas. Normalmentelos equipos de SONAR usan un conjunto de transductores dispuestosen distintas configuraciones geomtricas a fin de obtener mejoresresultados. Las principales ventajas de esta disposicin son:

Mayor sensibilidad tanto activa como pasiva realizando conexiones enserie para obtener mayor voltaje o en paralelo para obtener mscorriente.

Mayor direccionalidad que permite discriminar entre el ruido,generalmente isotrpico, es decir de la misma intensidad en todasdirecciones, y la parte de seal que interese.

La avera de varios elementos no afecta radicalmente alcomportamiento del conjunto.

Es posible formar un lbulo de mayor respuesta y orientarloelectrnicamente sin necesidad de usar dispositivos mecnicos.



Transductor del tipo "TONPILTZ"

Sonar pasivo

El propsito del sonar pasivo es la captacin de los sonidos emitidospor objetos sumergidos facilitando la informacin precisa para obtenerla direccin del objeto, analizar su movimiento y posibilitar suidentificacin.

Un moderno sistema de sonar pasivo est formado esencialmente portres subsistemas especializados dedicados respectivamente a:

Captacin de la seal acstica.

Proceso de la seal.

Lectura y medicin de la seal procesada.

La captacin de la seal se realiza mediante una base acstica,formada habitualmente por conjunto de hidrfonos, dispuestos en unadeterminada configuracin que permita obtener los mejores resultadospara los que se pretende usar el sistema. Generalmente la disposicinde los mismos se realiza segn el margen de frecuencias a obtener ylas caractersticas de la plataforma sobre la que se montar el equipo.As el margen de frecuencias ms alto en el que no afecta demasiadoel ruido producido por la plataforma requiere dispositivos montadossobre ella en forma cilndrica o esfrica protegidos por estructuras queeliminen en la mayor medida el ruido hidrodinmico que se produce porel desplazamiento de la plataforma en el agua; en el caso de bajasfrecuencias, a las que si les afecta el ruido de la propia plataforma sesuelen emplear ARRAYS que es una disposicin lineal de los hidrfonosque permite que sean remolcados por la plataforma a suficientedistancia como para eliminar el indeseado ruido.

La seal captada por la base acstica debe sufrir un proceso parafacilitar su interpretacin. Este proceso incluye una amplificacinprevia de la dbil seal captada, un filtrado para eliminar lasfrecuencias cuyos valores no esten en el margen necesario y untratamiento adecuado. En general este tratamiento comprende laformacin de una va de audio que mediante un sistema de orientacinelectrnico permita conocer la direccin de la que proviene el sonido,y su escucha por un operador y una digitalizacin que permita supresentacin visual y su registro grfico.

La seal audio procesada se usa como entrada al subsistema delectura y medicin que permite la escucha de la misma por unoperador, su registro en magnetfonos y la posibilidad de conexin



con otros equipos especializados que permitan el anlisis a fin deobtener informacin que permita la identificacin del objeto. Asimismola seal digitalizada se suministra a unidades de presentacin visual,registro grfico y otras unidades.

Un diagrama en bloques representativo de un equipo hidrofnicoactual sera:

Sonar activo

El SONAR activo basa su funcionamiento en la deteccin del ecodevuelto por un objeto sumergido al incidir sobre l un tren de ondasacsticas emitidas por un proyector, con el propsito de detectarobjetos sumergidos y obtener informacin de su direccin, distancia yanalizar su movimiento.

Los sistemas de SONAR activo actuales tiene tambin capacidad defuncionar como SONAR pasivo con ciertas limitaciones impuestas porla superior dureza del transductor y el margen ms estrecho defrecuencias que es capaz de recibir.

Un sistema moderno de SONAR activo esta compuesto esencialmentede los siguientes subsistemas:

Base acstica.

Seleccin y conmutacin.

Emisor.

Receptor.

Lectura y medicin de la seal recibida.

La base acstica est formada generalmente por un solo transductorcon capacidad tanto para transformar la seal elctrica en acsticapara emitirla al agua como para recibir seal acstica del agua ytransformarla en elctrica. Debido a la posibilidad de usar el sistemacomo SONAR pasivo o activo dispone de un sistema de seleccinencargado de conducir la seal proveniente del transductor alreceptor adecuado, bien al proceso de sonar pasivo, o bien alreceptor de proceso del eco.



El receptor pasivo funciona de forma idntica al del sonar pasivo. Elreceptor activo sin embargo, realiza un proceso distinto, ya queinteresa solo un pequeo ancho de banda centrado en la frecuenciade transmisin. Esto es debido a que el eco devuelto por los objetossobre los que incide el frente de ondas emitido, reflejar una parte dela energa cuya intensidad en muy pequea y su frecuencia estardesplazada de la emitida solo un poco. Adems la ganancia delamplificador receptor es variable en el tiempo, de forma que el nivel deamplificacin aumenta con el tiempo en que se realiz la emisin paraque los ecos devueltos por los objetos cercanos, ms intensos noanulen a los ms lejanos y dbiles. El receptor activo realiza asimismoun tratamiento de la seal de dos formas, una en la formacin de uncanal de audio que partiendo de la frecuencia recibida, y tras unadeteccin elctrica es heterodinada a una frecuencia que facilite laescucha del operador y otra en la que la seal se digitaliza y es usadaen el sistema de presentacin y registro grfico.

El emisor se encarga de formar el impulso elctrico que se aplicar altransductor y que una vez convertido en energa acstica se conocecon el nombre de "PING SONAR". El pulso se forma a partir de unoscilador que genera una onda continua que se aplica a un dispositivode disparo. El pulso es amplificado y aplicado al transductor por mediode un adaptador de impedancia y el circuito de conmutacin.

El subsistema de seleccin y conmutacin tiene como misinseleccionar el receptor adecuado al modo de SONAR usado, activo opasivo y conmutar el transductor cuando el modo de trabajo es activopara unirlo al emisor en caso de transmitir un pulso SONAR o alreceptor despus de realizar la emisin.

El funcionamiento activo est formado por ciclos consecutivos detransmisin y recepcin. En el instante de la emisin del "PING", elreceptor no est unido al transductor y por tanto se encuentrabloqueado. En ese instante arrancan los circuitos de tiempo quegobernarn la ganancia variable del amplificador de recepcin y loscircuitos de presentacin y registro. Al finalizar la transmisin, seacopla el transductor al receptor activo que posicionar los ecosrecibidos en funcin del tiempo transcurrido desde la emisin y de ladireccin en que se encuentran. Conociendo la velocidad del sonido enel agua, puede conocerse as la distancia al eco. Cada ciclo termina altranscurrir el tiempo de recepcin, generalmente seleccionado por eloperador del equipo entre unos valores fijos proporcionados por elfabricante.

Sonido

Se dice que hay un sonido cuando una perturbacin mecnica sepropaga por un medio material y llega a un receptor con capacidadpara producir en l una sensacin. Por tanto para que exista sonidodeben existir:

Un elemento capaz de producir una perturbacin mecnica.

Un medio capaz de propagar la perturbacin.

Un oyente sobre el cual se produce una sensacin auditiva.



No obstante se considera un fenmeno acstico cuando laperturbacin y el medio renen las caractersticas, para que, en casode existir un oyente percibiera la sensacin.La misma definicin da a entender que el sonido puede ser detectadoy evaluado mediante la medida de alguna de las magnitudes fsicas delmedio que la perturbacin haga variar con respecto a su posicin deequilibrio. Generalmente la magnitud usada es la presin.

Para que exista una propagacin de la perturbacin en un medio, stedebe tener dos propiedades:

Inercia: Permite a un elemento del medio transferir energa alelemento contiguo, y est relacionada con la densidad del medio.

Elasticidad: Produce una fuerza en el elemento desplazado quetiende a llevarlo a su posicin de equilibrio.

El sonido cualquiera que sea la naturaleza de la fuente que lo producese origina por una onda de presin producida por una fuentevibratoria, debido a esto, el movimiento de las partculas del medio seestudia con las caractersticas del movimiento ondulatorio.

Desde el punto de vista psquico el sonido se caracteriza por trescualidades:

Intensidad: Distingue un sonido fuerte de uno dbil.

Tono: Distingue un sonido grave de uno agudo.

Timbre: Distingue dos sonidos de la misma intensidad y tono, peroproducido por distintas fuentes.

Ondas

En cuanto al sonido se pueden considerar tres tipos de ondas.

Ondas planas:

Son las que se forman en un tubo que contiene un medio elsticocomo aire o agua, y que en uno de sus extremos tiene un pistn quese mueve alternativamente hacia delante y hacia atrs. La posicindel pistn en el tiempo puede describirse mediante una funcinsinusoidal. El movimiento alternativo del pistn hace que el aire secomprima y expanda y el movimiento de las partculas se propaga a lolargo del tubo. Esta serie de compresiones y expansiones constituyenun tren de ondas cuya funcin caracterstica es tambin sinusoidal,que se propaga a lo largo del tubo a una velocidad que depende delmedio de propagacin.



Debe notarse que solo se propaga la vibracin, es decir, las partculasdel medio solo vibran alrededor de su posicin de equilibrio.

Las ondas snicas producidas por el pistnson PLANAS porque de desplazan en unasola direccin y transmiten la vibracin en elmismo instante a todas las partculas delplano.

Ondas cilndricas:

Si la superficie de produce la perturbacin es uncilindro cuya superficie est vibrando, los frentesde onda son tambin superficies cilndricasparalelas a la fuente.

Ondas esfricas:

Se producen cuando la fuente tiene formaesfrica o es una partcula que transmite suvibracin por igual en todas direcciones. Elfrente de onda est formados por esferasconcntricas.

Las ondas sonoras en el mar son de este ltimo tipo.

Propiedades de las ondas

La descripcin matemtica del movimiento ondulatorio describe lasituacin de una curva que "viaja" o se propaga, y que en unasituacin ideal lo hace sin deformacin, a lo largo de un eje. Siconsideramos que en el caso ms complejo, las ondas son esfricas,



podemos evaluar el movimiento de una sola de las partculas yextender el resultado a todas direcciones.

En un movimiento ondulatorio se propagan dos magnitudes fsicas:MOMENTO y ENERGIA, es decir, no se propaga la materia sino suestado de movimiento.

Se deben considerar las siguientes propiedades:

Frecuencia: Nmero de veces que la perturbacin oscila entre valorespositivos y negativos respecto de su posicin de equilibrio, por unidadde tiempo. Su unidad de medida es el HERZIO y se designa con la letraf.

Periodo: Es la inversa de la frecuencia y se define como el tiemponecesario para completar un ciclo completo, entendiendo como ciclo elconjunto de valores que toma la onda desde que se separa de laposicin de equilibrio hasta que vuelve a ella sin repetir ninguno. Semide en segundos y se designa con la letra T.

Longitud de onda: Es la distancia entre puntos anlogos de dosciclos sucesivos. Se mide en metros y se designa con la letra griegaLambda.

Intensidad: Es la energa que fluye por unidad de superficie y unidadde tiempo. Se mide en Watios por metro cuadrado y se representacon la letra I. En la figura se presenta como la amplitud de la onda. Laintensidad tiene distinta formulacin para distintos tipos de ondas. Sise consideran ONDAS PLANAS la intensidad de la onda en un medioideal en el que no se produzcan prdidas no vara al alejarse la ondade la fuente, sin embargo en el caso de las ONDAS CILINDRICAS yESFERICAS la distancia de la onda a la fuente si es importante, ya quela superficie que atraviesa la misma cantidad de energa es mayorcuanto mayor es la distancia a la fuente generadora de la vibracin.La intensidad acstica responde a la frmula:

I = p2/z

I: Intensidad acstica.p: Presin.z: Resistencia del medio al movimiento de la onda.

La velocidad de propagacin del sonido en un medio es directamenteproporcional a la presin e inversamente proporcional a la densidad delmedio en el que se propaga. Esto indica que la velocidad del sonidovara al modificarse las condiciones del medio por accin de otrosagentes.



Cuando la fuente de ondas y el receptor estn en movimiento relativorespecto al medio material en el que se propaga la onda la frecuenciade las ondas recibidas es distinta de las emitidas por la fuente. Todoshemos observado este efecto cuando parados en una carretera omosun coche acercarse y la sensacin sonora es ms grave cuando estlejano y se hace ms aguda conforme se acerca.

Este fenmeno recibe el nombre de EFECTO DOPPLER en honor alfsico C. J. Doppler, quien lo observ por primera vez.

Suponiendo que hay una fuente sonora movindose hacia la derecha,como en la figura, con velocidad Vs a travs de un medio en reposo yobservando la fuente en distintas posiciones, 1, 2, 3 y 4, se puedeapreciar que despus de un tiempo T, contado a partir de la posicin1, las ondas emitidas en las sucesivas posiciones ocupan las esferas1, 2, 3 y 4, que no son concntricas. La separacin entre las ondases menor en el sentido en el que la fuente se mueve. Para un receptora uno u otro lado, corresponde a una menor o mayor longitud de onda,y por tanto, a una mayor o menor frecuencia.

La relacin entre la frecuencia emitida por la fuente y la recibida por elreceptor, suponiendo que el medio est inmvil, y cuando el receptorest en la direccin de propagacin, viene dada por la frmula:

Fr = Fe-Fe . Ver

Fr: Frecuencia recibida.



Fe: Frecuencia emitida.Ver: Velocidad del receptor respecto a la fuente.

En el caso de que el receptor no se encuentre en la direccin depropagacin la frmula se convierte en:

Fr = Fe-Fe . Ver . cos

: Angulo entre el receptor y la direccin de propagacin.

Velocidad del sonido en el mar

La velocidad de propagacin del sonido en la mar es el parmetro msimportante que se debe conocer para saber el comportamiento delsonido en este medio. En realidad lo que interesa es el conocimientode la CELERIDAD, que representa solo el valor escalar de la velocidady no su direccin ni su sentido, ya que al referirnos al sonido en lamar, la propagacin se realiza mediante ondas esfricas y en todasdirecciones.

La celeridad del sonido en la mar responde a la frmula:

c: Celeridad.u: Coeficiente de compresibilidad.d: Masa especfica.

Pero el coeficiente de compresibilidad del medio vara con laprofundidad, mientras que la masa especfica depende de latemperatura y salinidad del agua.

Se puede ver as, que la celeridad con la que el sonido de propaga enel mar no es uniforme, y el comportamiento de los rayos sonoros, asse designa a las trayectorias que siguen los frentes de ondas,depende de este hecho.

As pues hay tres factores determinantes en la celeridad que son:TEMPERATURA, SALINIDAD y PRESION. El grado de influencia de losmismos en el valor de la celeridad ha sido objeto de investigacindurante muchos aos y se ha acometido en sentido terico, medianteformulacin matemtica y en sentido experimental, lo que ha permitidoobtener frmulas empricas a partir de las observaciones realizadas.

El primer resultado prctico fue la frmula de DEL GROSSO en 1960,seguido del de WILSON y perfeccionado por MACKENZIE en 1981 cuyoresultado es:

c = 1448,96 + 4.591 T - 0,05304 T2 + 0,0163 D + 1,34 (S-35)

c: Celeridad en mts/seg.

T: Temperatura en :C. Entre 0 y 30.

D: Produndidad en metros. Entre 0 y 8.000.



S: Salinidad en partes por mil. Entre 30 y 40.

A pesar de que existen otros factores que pueden alterar la celeridad,pueden considerarse irrelevantes en comparacin con los ya citados.

Como consecuencia de la variacin de la celeridad en el plano vertical,podemos decir que el mar se haya estratificado en zonas, en cada unade las cuales los rayos sonoros tendrn distinto comportamiento. Paraestudiar las estratificaciones se les asigna un valor por cada una delas variables que intervienen llamados GRADIENTES, y que se obtienenmediante la relacin entre la diferencia de valores de la variable y ladiferencia de valores en la funcin.

El GRADIENTE DE TEMPERATURA a presin y salinidad constantes esde +3 mts./seg. por :C de aumento.

El GRADIENTE DE SALINIDAD a temperatura y presin constantes esde +1,2 mts./seg. por cada 1 por mil de aumento.

El GRADIENTE DE PRESION a temperatura y salinidad constantes es de0,016 mts./seg. por cada metro de aumento de profundidad.

Representando en un grfico los valores dos a dos de celeridad-temperatura, celeridad-salinidad y celeridad-presin, lasestratificaciones quedan definidas por los puntos en los que la grficasufre una variacin brusca.

Propagacin del sonido en el mar

La superficie radiante de un emisor submarino al vibrar, induce a laspartculas del medio a desplazarse de sus posiciones de reposo.Dentro del lmite de elasticidad del medio, las vibraciones del emisor,pueden transmitirse a grandes distancias, ya que las partculasadyacentes provocan perturbaciones sucesivas de modo que la sealemitida se transmite en forma de ondas que se alejan de la fuente.

La ecuacin diferencial fundamento de la acstica ondulatoria quegobierna la propagacin de las ondas es:

en las que c es el valor de la celeridad en el punto (x,y,z) , p lapresin y t el tiempo.

Esta ecuacin relaciona la presin acstica (energa) en undeterminado punto del medio, con las coordenadas de ese punto y enun momento dado.



No siempre es posible encontrar soluciones a la ecuacin dada, lo queimplica que en muchos casos no puedan obtenerse expresionesexactas que sirvan de base para el clculo de la intensidad acsticaen el ocano.

Desde 1960 se ha puesto gran inters en el desarrollo de modelosmatemticos capaces de analizar y tratar los datos obtenidosexperimentalmente en acstica submarina. Con independencia del tipode modelo de clculo las aplicaciones caen en dos categoras bsicas:INVESTIGACION y OPERATIVIDAD. En el primer caso est dirigido a laprecisin, normalmente en ambientes de laboratorio en los que no esimportante el tiempo; en el segundo por el contrario se soportanescenarios reales, incluyendo actividades de defensa y por lo tantohan de ejecutarse rpidamente, en condiciones que no sern las msadecuadas, pero que necesitan de la toma de una decisin y por lotanto se subordina la precisin a la rapidez del clculo.

El punto de partida de todos los modelos es la ecuacin de ondas parauna fuente puntual, ya descrita.

Hay dos aproximaciones a la solucin de la ecuacin de ondas:MODOS NORMALES y RAYOS, y dentro de ellos dos nuevasclasificaciones: modelos independientes del alcance, que suponen unasimetra cilndrica en el mar, es decir, sin estratificacin horizontal, ymodelos dependientes del alcance, donde dicha estratificacin esconsiderada.

El modelo de MODOS NORMALES calculan la integral de la ecuacin deondas o la expanden en funcin de un conjunto finito de "modosnormales". Cada uno de estos modos supone que la solucin de laecuacin es el producto de una funcin dependiente de la profundidady de una funcin dependiente del alcance.

El modelo de RAYOS se basa en el supuesto de que la energa sonoraes transmitida a lo largo de trayectorias (rayos) que son lneas rectasen todas las partes del medio en que la velocidad del sonido esconstante, y lneas curvas, de acuerdo con las leyes de refraccindonde la velocidad del sonido es variable.

Para entender lo que es un rayo sonoro, supongamos una fuentesonora omnidireccional que vibra produciendo ondas esfricas. Lasuperficie de la esfera cuyos puntos vibran con la misma fase es eldenominado 'frente de onda'. Si nos fijamos en la direccin en que laenerga fluye, hay que pensar en un conjunto infinito de radios quesurgen del centro de la fuente. Estos radios son los llamados 'rayossonoros' y son en todo momento perpendiculares a los frentes de ondagenerados. El modelo fsico que impone el modelo de MODOSNORMALES es la suposicin de que tanto las superficie como el fondosean perfectamente planos y que el medio de propagacin seahomogneo, lo cual es una simplificacin muy atrevida cuando se tratadel mar. Adems la bsqueda de soluciones exactas a la ecuacin deondas es matemticamente compleja y difcil de interpretar.

El modelo de rayos presenta una solucin menos compleja y de fcilinterpretacin visual, pero tiene las siguientes restricciones de



aplicacin:

Cuando los radios de curvatura de los rayos son mayores que lalongitud de onda. Cuando la velocidad del sonido vara apreciablemente a lo largo dedistancias inferiores a la longitud de onda.

Por estos motivos el empleo de los MODOS NORMALES se reduce aaquellas frecuencias en que los RAYOS no pueden dar solucionesefectivas, a frecuencias inferiores a 300 Hz.

La siguiente tabla muestra las diferencias entre ambos modelos.

Modos normalesSolucin terica completa

Presentacin poco intuitiva

De difcil aplic. para rebotes ensuperficie o fondo

Vlido para todas las frecuencias

Dependiente de la fuente

Solucin matemtica compleja

RayosSin solucin para el problema dedifraccinPresentacin visualmenteinterpretable

Fcil aplicacin para rebotes

Vlido solo a altas frecuenciasIndependiente de la fuente

Solucin matemtica sencilla

Seal y ruido

Tradicionalmente las profundidades marinas han sido consideradascomo un espacio eminentemente silencioso, sin embargo, los sonidosque pueden captarse en los ms recnditos lugares de nuestros maresson comparables en nivel a los que existen en un jardn tranquilo.

Las seales acsticas recibidas en el ocano tienen una enormevariedad de orgenes. Pueden ser generadas por fenmenos naturales,por organismos marinos, actividad humana, etc.. Todas ellas tienenuna composicin compleja formada por la suma de diversascomponentes que varan en amplitud y en fase, muchas veces demanera aleatoria. Todo este conjunto de seales se califica comoRUIDO.

Cada aplicacin del SONAR implica realizar una observacin de la ondasonora; en algunos casos basta con detectar su presencia,identificada con la fuente que lo produce y en otros se requiere unavaloracin de sus caractersticas. Todo sonido sobre el que serequiere realizar una valoracin se califica como SEAL.

Un mismo sonido puede ser calificado como SEAL o como RUIDOdependiendo del oyente o receptor. Por ejemplo, el sonido producidopor un barco puede ser calificado como RUIDO por el emisor, ya queobstaculiza su propia escucha, mientras que es calificado como SEALpor el receptor ya que le suministra informacin.

A veces la seal surge ante el receptor junto con otras que degradanla precisin y/o fiabilidad de la observacin. Cualquier seal queobstaculiza la observacin de otra seal se llama INTERFERENCIA.



Como todos los sonidos la intensidad del ruido se mide en dB.. Perodebido a su compleja composicin se utiliza el nivel espectral, esdecir, el nivel en un ancho de banda de 1 Hz. de la frecuencia elegida.Este nivel se denomina NIVEL DE RUIDO.

La magnitud de la seal con relacin al nivel de ruido se conoce comoRELACIN SEAL RUIDO. En cada aplicacin de SONAR el sistematiene un valor crtico por debajo del cual la observacin de la seal esinsatisfactoria.

Cuando el ruido de la mar se origina en numerosas fuentes o cuandolas mismas no son fcilmente identificables el ruido se califica comoRUIDO AMBIENTE o RUIDO DE FONDO, que se caracteriza por serisotrpico, es decir, rene las mismas caractersticas en todasdirecciones. El ruido ambiente se refiere pues, al ruido que quedadespus de identificar todas las fuentes conocidas.

El ruido en la mar es bien conocido, ya que existen numerosostrabajos de investigacin, a partir de los cuales se han definidomtodos para predecir los niveles de ruido por zonas y condicionesambientales.

Anlisis del sonar

El SONAR se utiliza como medio de obtencin de informacin. Para ellose precisa la deteccin de un contacto y el anlisis acstico delmismo para obtener las caractersticas que permitan, mediante unaevaluacin de los datos, su clasificacin.

Una deteccin existe cuando se obtiene una seal reconocible sobreel ruido de fondo. A menudo el proceso de deteccin es complejo yaque la seal es dbilmente perceptible.

Cuando hay una deteccin comprobada se inicia el anlisis que es unproceso dinmico en el que se evalan los datos procedentes delcontacto con el fin de clasificarlo e identificarlo de forma concluyente.As por ejemplo, una vez detectado un eco en el SONAR ACTIVO, setrata de identificar si proviene del fondo, de un cetceo o de unsubmarino.

En el procedimiento de anlisis de usan diversos medios y equipos.Con los equipos de pretende el estudio ntimo de la seal detectada ycon otros medios el comportamiento de la misma. Una de las formasde analizar un contacto sonar consiste en comprobar su movimiento,de esta forma puede saberse si est inmvil o tiene direccin yvelocidad constantes o errticas.

Cuando se utiliza el SONAR ACTIVO el anlisis se centra en el ecodevuelto por el objeto sobre el que incide la emisin sonar.

La deteccin por SONAR ACTIVO permite conocer la direccin y ladistancia a la que se encuentra el eco desde el transmisor, si seconoce la velocidad del sonido en el agua. En el caso de no conocerlaexactamente, se puede promediar con una cantidad representativa dela celeridad para la latitud en la que se encuentren el emisor y el eco.Unos pocos metros/segundo de error respecto a la celeridad real,teniendo en cuenta que los alcances de SONAR ACTIVO son



relativamente pequeos , no introducen un error sustancial en ladistancia obtenida frente a la real.

La distancia es por tanto:

D = 1/2 (t . c)

Siendo 't' el tiempo transcurrido entre la emisin sonar y la recepcindel eco y 'c' la celeridad. El coeficiente 1/2 se aplica porque ladistancia recorrida por el sonido es el doble de la que existe hasta elcontacto, ya que el sonido viaja desde el emisor al contacto y el ecodel contacto al receptor.

A partir de las direcciones y distancias obtenidas es posible calcular elmovimiento del blanco. Este dato es muy importante, ya que enprincipio permite distinguir si se trata de un contacto inmvil, pudiendoser un eco devuelto por el fondo o un objeto sobre el fondo o en elcaso de movilidad si es errtica podr considerarse como unBIOLGICO, es decir, cualquier animal o grupo de animales marinos,como una ballena o un banco de peces. Adems el conocimiento delmovimiento del contacto, permite conocer la posicin futura del mismocon lo cual se puede realizar el seguimiento del mismo de formaautomtica.

El efecto DOPPLER que presenta el eco permite apreciar el movimientorelativo y el aspecto o posicin que tiene el contacto respecto anosotros. Los equipos SONAR modernos son capaces de medir eldoppler de forma automtica.

El timbre permite apreciar la cualidad sonora del eco. Un timbremetlico puede indicar la presencia de un submarino, mientras que untimbre blando puede indicar la de un cetceo.La duracin y la anchura del eco permiten evaluar la geometra delcontacto y la posicin relativa del mismo.

Anlisis de banda ancha y estrecha

Se llama anlisis en banda ancha al que se efecta mediante SONARPASIVO en toda la banda de frecuencias de escucha del transductor,que puede abarcar desde unos pocos Hz. a varias miles.

Tradicionalmente este tipo de anlisis es realizado escuchandodirectamente el sonido proveniente del mar, por lo cual se precisamucha experiencia para ser capaz de diferenciar el origen de lasseales recibidas.

De la escucha directa sobre el ruido es posible obtener abundanteinformacin, principalmente de los elementos ms ruidosos de uncontacto: la hlice y la planta propulsora.

El efecto de cavitacin y el de batido de una hlice permite contar lasrevoluciones a las que gira, con lo que puede obtenerse una ideasobre la velocidad del contacto. Otros efectos como el "canto dehlice" ayudan al mantenimiento del contacto, es decir, facilitanreconocer la direccin a la que se debe dirigir la escucha. Los ruidoshidrodinmicos, sonidos a hueco y otros efectos, dan una idea de lacarga y el tonelaje del contacto.



El ruido de propulsin es con diferencia, la mayor fuente de datos enla escucha. Permite conocer el tipo de propulsin del contacto:motores diesel, turbinas de gas o vapor, motores elctricos. Este datoaporta las restricciones necesarias para clasificar el contacto, si setrata de un barco o submarino, entre un grupo determinado, msrestringido, para permitir posteriormente su identificacin. Un anlisisms exhaustivo del ruido de propulsin permite conocer la potencia desu mquina y su respuesta a las variaciones de velocidad.

Adems de los ruidos permanentes de la planta propulsora y hlices,existen otros ruidos de maquinaria que es posible detectar y analizar,como son los ruidos de maquinaria auxiliar y los TRANSITORIOS. Losprimeros son los que se producen por los equipos que se encuentranacoplados a la planta propulsora y los de funcionamiento intermitente.Entre los primeros pueden existir compresores, bombas de combustibley agua, ventiladores, etc., y entre los segundos bombas de achique,grupos de aire acondicionado, etc. Los TRANSITORIOS son ruidoscortos e intensos, a veces no especficos que se producenaleatoriamente, por ejemplo, el sonido de un timbre, o la caida de unobjeto. Muchas veces la deteccin y clasificacin de un TRANSITORIOes definitiva en la identificacin de un contacto; por ejemplo, uncontacto del que se oye la propulsin y su hlice, emite transitoriosde disparos de can permite clasificar dicho barco como un buque deguerra.

Al igual que en el anlisis de ecos, el conocimiento del movimiento delcontacto es extremadamente importante. A diferencia del SONARACTIVO, el SONAR PASIVO no permite obtener distancia al contacto(existen telmetros acsticos pasivos en la actualidad, que permitenconocer este datos con algunas restriccciones), pero las distancias dedeteccin son mayores y permiten obtener grficos de tiempo-direccin a partir de los cuales y mediante un elaborado proceso,algunas veces asistido por ordenador, obtener la direccin, velocidady distancia del contacto.

Adems del ruido procedente de los contacto es posible asimismoanalizar las emisiones sonar procedentes de otros equipos, y quellegan a nuestro receptor. En este caso es posible conocer todos losdatos de la emisin como la frecuencia, la longitud del pulso, elintervalo entre emisiones, la direccin de la que proviene, el tipo deemisin (frecuencia modulada o pulsos de frecuencia pura, tanto porciento de modulacin), e incluso la distancia en algunos casos, bienpor el nivel de la seal recibida, o bien por la diferencia de tiempo enque tarda en llegar al receptor el rayo directo desde el emisor y el olos rayos reflejados en el fondo.

Cuando la profundidad en la zona en mayor de cierta cantidad ysiempre que las prdidas por rebote en el fondo no sean tancuantiosas que debiliten en exceso la seal reflejada, es posible medirel tiempo entre la recepcin del rayo directo desde el emisor y el rayoreflejado, que llegar ms tarde al receptor. A partir de esta diferenciay conociendo la profundidad del emisor y la del fondo se puedecalcular matemticamente la distancia al emisor.

Se llama BANDA ESTRECHA a un ancho de banda menor del 1% de la



frecuencia que se considera. La tcnica de anlisis espectral en bandaestrecha aumenta los alcances de deteccin porque consigue mejorrelacin seal/ruido y permite obtener informacin del contacto que elodo humano es incapaz de discernir.

Bsicamente el anlisis espectral trata de descomponer una banda deruido recibida en los tonos fundamentales que la forman parapresentarlos en un grfico que permita su interpretacin. Existenvarias tcnicas para lograrlo, pero las dos ms usuales son elFILTRADO y la TRANSFORMACION.

El FILTRADO consiste en la elaboracin de una serie de filtros de pasode banda adyacentes, con lo cual se descompone la seal en suscomponentes individuales de frecuencia. La TRANSFORMACIN es elmtodo ms utilizado y se basa en el Teorema de Fourier y en sutransformada rpida que permite expresar una seal obtenida en eldominio del tiempo descompuesta en sus frecuencias constitutivas yalmacenando la amplitud de cada componente en el dominio de lafrecuencia.

Las frecuencias obtenidas tras el proceso de filtrado o transformacinse representan grficamente al objeto de poder analizarlas de formavisual. Existen dos tipos bsicos de presentacin en ejescoordenados: La presentacin frecuencia/amplitud o ALI y lapresentacin en frecuencia/intensidad/tiempo o CASCADA. El primertipo es adecuado para ver las seales en tiempo real, es decir, en elmismo tiempo en que se producen, por lo que resulta especialmentetil en el anlisis de transitorios, mientras que el segundo tipo es idealpara analizar seales de larga duracin como los ruidos de la plantapropulsora, ya que puede apreciarse la evolucin de la seal.

Normalmente la seal que se analiza espectralmente no se presenta



en tiempo real sino promediada, esto es, la seal se muestrea odescompone en sus frecuencias cada cierto tiempo y posteriormentese promedian al objeto de poder detectar ms fcilmente lasfrecuencias fundamentales que la componen, ya que resaltan sobre elruido de fondo.

Independientemente de la presentacin utilizada, existen dos formasde anlisis: en la primera la seal que se analiza provienedirectamente del transductor, tal y como se halla presente en elmedio; en la segunda se realiza una DEMODULACION. Esta tcnica sebasa en que cualquier objeto sumergido que tenga un movimiento derotacin es capaz de producir una modulacin en amplitud del ruidoambiente. Demodulando pues el ruido, pueden aparecer frecuenciasrepresentativas de la velocidad de giro del objeto; aplicndolo al casode las hlices de un barco, podemos obtener sus revoluciones porminuto.

Mediante el proceso de anlisis podemos obtener las frecuenciaspredominantes de la seal que se recibe y que por su medida y por laexistencia de armnicos (mltiplos enteros de las mismas) servirnpara obtener caractersticas del objeto detectado.

Las frecuencias producidas por mquinas rotatorias o alternativaspermiten obtener su velocidad de giro o desplazamiento de susmbolos; otras identificaran ruidos hidrodinmicos. Si las lneas de lasfrecuencias son estables indican, en el caso de que sean producidaspor maquinaria rotativa, que la velocidad de giro es constante, por elcontrario si las lneas presentan desplazamientos en frecuenciaindicarn los cambios en la velocidad de giro. Un estudio detalladopuede reconocer el origen de cada una de las frecuencias detectadasen un contacto; as es posible reconocer el tipo de propulsin que lomueve, el nmero de cilindros de su motor o la frecuencia de giro desu turbina y generadores, el nmero de palas de su hlice y el nmerode ejes que posee, la reduccin entre el motor y el eje, la frecuenciade sus generadores elctricos, el tipo de bombas y compresores queutiliza y sus caractersticas principales, etc.

El conjunto de sonido radiado por un barco se llama FIRMA ACSTICAporque lo identifica nicamente, es como una huella digital. La FIRMAACSTICA describe con mayor o menor precisin todas las frecuenciasradiadas con su fuente originadora. Debido a que la maquinaria de unbuque no se haya en el mismo lugar, la intensidad de cada una de lasfrecuencias de la firma no es la misma para todos los aspectos que elbuque presente respecto al receptor de la seal. A la expresin de lasfrecuencias con sus intensidades en relacin al aspecto del contactose le denomina MAPA TONAL.

Debido a que la mayora de las frecuencias caractersticas de la firmase producen por efecto de la propulsin y del ruido hidrodinmico, sonmuy bajas, por lo cual pueden ser detectadas a grandes distancias.



Esto hace que el anlisis espectral y la banda estrecha sean deinters estratgico en la Guerra Acstica. La obtencin de inteligenciaacstica, es decir, las firmas acsticas de buques enemigos enpotencia, es especial preocupacin de la mayora de las armadas detodos pases. Los resultados obtenidos son celosamente guardados ensecreto, para su utilizacin en caso de conflicto.

Rodrigo V A Barber

[email protected]

www.cienciasmisticas.com.ar

Basado en el trabajo de Luis A. Candelas

Copyright 2006 Topografa Global | Logos y marcas propiedad de sus respectivos propietarios |TopoLEGAL

Serv icios de Topograf a Global | Diseo Hosting Promocion

batimetría el sonar, tipos, usos, funcionamiento, trasductores, pasivo y activo, sonido, ondas,...

Documents