הצגת המקור של הדף "סונאר"

[[קובץ:Sonar Principle EN.svg|שמאל|ממוזער|250px|עקרון הפעולה של סונאר]]
'''סונאר''' (ב[[אנגלית]]: '''Sonar''', [[ראשי תיבות]] של '''Sound Navigation And Ranging''') הוא מכשיר לניווט ולגילוי [[צוללת|צוללות]] ו[[אוניה|אוניות]] הפועל באמצעות [[גלי קול]]. קיימים שני סוגי סונאר: אקטיבי ופסיבי.

== היסטוריה ==
יעודו המקורי של הסונאר היה איתור [[קרחון|קרחונים]], דרישה שחשיבותה הובהרה בעקבות טביעת ה[[טיטאניק]]. ב[[מלחמת העולם הראשונה]] גבר העניין בסונאר עקב הצורך באיתור צוללות. בשנת [[1915]] המציא הפיזיקאי הצרפתי [[פול לנז'בן]] את ההתקן הראשון המבוסס על סונאר, ועבודתו השפיעה על תכנוני הסונאר העתידיים. מתקנים ראשונים אלה היו התקני האזנה פסיביים. ב-[[1917]]–[[1918]] נבנו ב[[אנגליה]] וב[[ארצות הברית]] מתקני הסונאר האקטיביים הראשונים, וייצורם הסדרתי החל ב[[שנות ה-20 של המאה ה-20]].

הסונאר הומצא ב[[בריטניה]] בשנים שלפני [[מלחמת העולם השנייה]] וחולל שינוי בכל תורת הלחימה. הבריטים העריכו שזהו סוף עידן הצוללות, אך עם פרוץ המלחמה התברר שגם עם הסונאר, עדיין קשה לגלות צוללות. גם לסונארים המתקדמים ביותר של ימינו יש מגבלות.

סונאר מסוגל ליצור קשר להעברת מידע עם מכשירים נוספים המותקנים בספינה תוך שימוש בתקן [[NMEA 0183|NMEA]].

== סונאר אקטיבי ==
סונאר אקטיבי יוצר גל [[קול]] קצר ([[פולס]]) המכונה "פינג". לאחר שהפולס עוזב את המתקן מאזינים ל[[הד|החזרות]] של גל הקול. על ידי מדידת הזמן שלוקח לקול לחזור ניתן להעריך את מרחק החפץ שהחזיר אותו (אונייה, [[קרקעית הים]] או עצמים אחרים), בהנחה שמהירות ההתקדמות של גל הקול במים היא ידועה. ניתן גם לחשב את כיוונו של העצם המחזיר ביחס למתקן על ידי האזנה במקביל מכמה [[הידרופון|הידרופונים]] ([[מיקרופון|מיקרופונים]] תת-ימיים) שהפרשי המרחקים ביניהם ידועים במדויק, ומדידת ההפרשים בזמני ההגעה של הגל המוחזר.

הפולס המשודר יכול להיות בתדירות קבועה או משתנה. אם תדירות הפולס המשודר משתנה עם הזמן ניתן לשדר פולס ארוך יותר מבלי לפגוע בהפרדת המרחק ([[רזולוציה]]). שידור ארוך יותר מאפשר לפלג את האנרגיה לאורך זמן מבלי להדרש ל[[הספק שיא]] גבוה, מה שמאפשר לתכנן משדר פשוט יותר.

סונאר קטן ושימושי יכול להראות כ[[פנס]] כיס עמיד למים. מכוונים את ראש המכשיר לתוך המים, לוחצים על כפתור ההפעלה ומקבלים על [[צג]] את קריאת ה[[טווח ביסטטי|טווח]]. סוג אחר של מכשירים נועד לגילוי דגים, והוא מראה על הצג את קרקעית הים ומיקום של להקות דגים (שמחזירות את גל הקול באופן מסוים).

ישנם מכשירי סונאר אקטיבי רבים לשימושים לא-[[צבא]]יים שביצועיהם מתקרבים לביצועי המערכות הצבאיות הרגישות ביותר, והם מסוגלים להציג מפה תלת־ממדית של האזור הסמוך לסירה, אך מכשירים אלה אינם מיועדים לפעולה חשאית (שנדרשת בעיקר בצוללות).

סונאר אקטיבי משמש גם למדידת מרחק במים בין שני [[טרנספונדר]]ים (משיבים). טרנספונדר הוא מתקן שיכול לקלוט ולשדר גלי קול (פינגים). כשהוא קולט פינג מסוים הוא מייצר פינג משל עצמו שמזהה אותו. כדי למדוד מרחק, משדר טרנספונדר אחד פינג ומודד את הזמן שלוקח לפינג התשובה (של הטרנספונדר השני) להגיע אליו. זמן זה הוא בקירוב כפול מזמן המעבר של הקול במים. לאחר שמכפילים את זמן המעבר ב[[מהירות הקול]] במים מתקבל המרחק בין שני כלי השיט. על ידי שימוש במספר טרנספונדרים (למשל אחד בכל קצה של כל אחד מכלי שיט) ניתן לחשב במדויק את המיקומים היחסיים של כלי השיט במרחב ולא רק את המרחק הממוצע ביניהם.

== ניתוח של נתוני סונאר אקטיבי ==
נתוני סונאר אקטיבי נאספים על ידי מדידה של הקול המוחזר זמן קצר לאחר שידור ה"פינג". מתוך הזמן שחולף משידור ה"פינג" ועד חזרת ה[[הד]] אפשר לחשב את המרחק לקרקעית הים או לעצמים אחרים שיש להם [[חתימה]] [[אקוסטיקה תת-מימית|אקוסטית]]. ניתוח מורכב יותר מאפשר לגלות מידע נוסף:
* כשממפים את קרקעית הים, גלי הקול המוחזרים ממנה פוגעים בפני הים, מוחזרים מהם לכיוון הקרקעית ומוחזרים ממנה פעם נוספת. מתוך החזרה משנית זו ניתן ללמוד על הקושי האקוסטי של הקרקעית.
* פני השטח של הקרקעית משפיעים על ה[[סטיית תקן|שונות]] של זמן ההחזרה. במקרה של קרקעית חלקה גלי הקול עושים כולם את אותה הדרך בקירוב, מה שמתבטא כ[[שיא]] מובהק בנתונים. בקרקעית סלעית ולא אחידה יהיו גלי קול שעוברים כמה החזרות באזור הקרקעית לפני שהם חוזרים לגלאי, ואז השיא בנתונים הוא חד פחות.

== סונאר ובעלי חיים ימיים ==
[[קובץ:Delfinekko.gif|שמאל|ממוזער|250px|שימוש בסונר אצל דולפינים]]
מספר בעלי חיים ימיים, כגון [[לווייתנאים|לווייתנים]] ו[[דולפיניים|דולפינים]], משתמשים בשיטות דומות לסונאר אקטיבי. הם משמיעים קולות ומאזינים להדים המוחזרים אליהם כדי להתמצא במרחב ולאתר [[טורפים (ביולוגיה)|טורפים]] ומזון. יש החוששים שמשדרי סונאר אקטיבי עלולים לבלבל חיות אלה ולגרום להם ללכת לאיבוד ולא למצוא בני זוג ומזון. מחקרים (ראה קישורים) מראים שסונאר צבאי עלול לגרום ללווייתנים מסוימים סימפטומים דומים ל[[סכנות בצלילה#מחלות צלילה|מחלות צלילה]] שבעקבותיהם נפגמת יכולת הניווט שלהם והם עולים על חוף הים מבלי יכולת לחזור אל המים.

משדרי סונאר אקטיבי בהספקים גבוהים יכולים להרוג בעלי חיים ימיים. בניסוי שערך [[הצי האמריקאי]] ב[[בהאמה]] ב-[[2000]] הופעל משדר ב[[תדר (קול)|תדר]]ים 3–7 [[קילוהרץ]] בעוצמה של 230 [[דציבל]]. התוצאה הייתה [[החפת לווייתנים|סחיפה לחוף]] של שישה עשר לווייתנים, מתוכם שבעה נמצאו מתים. לעומת זאת, משדרים בהספקים נמוכים יכולים למנוע התנגשויות של ספינות ביונקים ימיים. על פי השערות רבות, הסונאר משבש את מערכת ה[[ניווט]] של בעלי החיים ובכך גורם לעלייתם של יונקים ימיים אל החוף.

== סונאר פאסיבי ==
בסונאר פסיבי אין משדרים פולס יזום אלא מאזינים לקולות שפולטים העצמים, למשל מנוע של ספינה או צוללת. במערכת כזו נדרשת רגישות מיקרופונים גבוהה כי האות הנקלט חלש יחסית.

==משוואות הסונאר==
===[[סונאר#סונאר אקטיבי|סונאר אקטיבי]]===

מאחר שהפרמטרים האקוסטיים נמדדים ב-[[דציבל|dB]] (ראו: [[אקוסטיקה תת-מימית#פרמטרים אקוסטיים|פרמטרים אקוסטיים]]), משוואות הסונאר המבטאות את סף גילוי המטרה הן הפרש בין רכיבי האות לבין רכיבי הרעש.

עבור [[סונאר#סונאר אקטיבי|סונאר אקטיבי]] המשוואות מתחלקות למשוואת סונאר מוגבל רעש ומשוואת סונאר מוגבל הדהודים:

# סונאר מוגבל רעש: {{ש}}{{ש}}{{ש}}<math> \underbrace{ \text{SL − 2TL + TS}}_{\text{Sound}} \text{ - } \underbrace {\text{(NL − DI)}}_{\text{Noise}} \text{= DT} \quad(15) </math>{{ש}}{{ש}}{{ש}}
# סונאר מוגבל הדהודים: {{ש}}{{ש}}{{ש}}<math> \underbrace{ \text{SL − 2TL + TS}}_{\text{Sound}} \text{ - } \underbrace {\text{RL}}_{\text{Noise}} \text{= DT} \quad(16) </math>

כאשר, <math>SL</math> היא [[אקוסטיקה תת-מימית#רמת המקור (SL - Source Level)|רמת המקור]], <math>TL</math> הם [[אקוסטיקה תת-מימית#הפסדי המעבר (TL - Transmission Losses)|הפסדי המעבר]] המוכפלים ב-2 עקב תנועת גל הקול הלוך וחזור (שידור וקליטה), <math>TS</math> הוא [[אקוסטיקה תת-מימית#חוזק המטרה (TS - Target Strength)|חוזק המטרה]], <math>NL</math> היא [[אקוסטיקה תת-מימית#רמת הרעש (NL - Noise Level)|רמת הרעש]], <math>DI</math> הוא [[אקוסטיקה תת-מימית#אינדקס הכיווניות (DI - Directivity Index)| אינדקס הכיווניות]], <math>DT</math> הוא [[אקוסטיקה תת-מימית#סף הגילוי (DT - Detection Threshold)|סף הגילוי]] ו - <math>RL</math> היא [[אקוסטיקה תת-מימית#רמת ההדהודים (RL - Reverberation Level)|רמת ההדהודים]].

ניתן לכתוב משוואות אלו בצורה אחרת:

# סונאר מוגבל רעש: {{ש}}{{ש}}{{ש}}<math> \text{FOM =}\frac{\text{SL + TS − (NL − DI) - DT}}{2}\quad(17)</math>{{ש}}{{ש}}{{ש}}
# סונאר מוגבל הדהודים: {{ש}}{{ש}}{{ש}}<math> \text{FOM =}\frac{\text{SL + TS − RL - DT}}{2}\quad(18)</math>

כאשר <math>FOM</math> היא [[ספרת הערך]] המוגדרת ככמות המאפיינת רמת ביצועי סונאר על פי הפרמטרים האקוסטיים הניתנים למדידה מדויקת.

על מנת לקבוע האם יש גילוי של המטרה משווים את [[ספרת הערך]] ל-[[אקוסטיקה תת-מימית#הפסדי המעבר (TL - Transmission Losses)| הפסדי המעבר (TL - Transmission Losses)]] המשתנים עבור כל נקודה במרחב הימי:
* עבור <math> FOM < TL </math> - אין גילוי.
* עבור <math> FOM = TL </math> - זהו סף הגילוי.
* עבור <math> FOM > TL </math> - יש גילוי.

===[[סונאר#סונאר פאסיבי|סונאר פאסיבי]]===

בדומה ל[[סונאר#סונאר אקטיבי|סונאר אקטיבי]], גם משוואת הסונאר הפאסיבי המבטאת את סף גילוי המטרה היא הפרש בין רכיבי האות לבין רכיבי הרעש וזאת עקב העובדה שהפרמטרים האקוסטיים נמדדים ב-[[דציבל|dB]] (ראה: [[אקוסטיקה תת-מימית#פרמטרים אקוסטיים|פרמטרים אקוסטיים]]).

משוואת הסונאר הפאסיבי מוגדרת בצורה הבאה:

::<math> \underbrace{ \text{SL − TL}}_{\text{Sound}} \text{ - } \underbrace {\text{(NL − DI)}}_{\text{Noise}} \text{= DT} \quad(19) </math>

כאשר, <math>SL</math> היא [[אקוסטיקה תת-מימית#רמת המקור (SL - Source Level)|רמת המקור]] המוגדרת על ידי רמת הרעש הקורן מהמטרה, <math>TL</math> הם [[אקוסטיקה תת-מימית#הפסדי המעבר (TL - Transmission Losses)|הפסדי המעבר]] עקב תנועת גל הקול הלוך מהמטרה (קליטה בלבד), <math>NL</math> היא [[אקוסטיקה תת-מימית#רמת הרעש (NL - Noise Level)|רמת הרעש]], <math>DI</math> הוא [[אקוסטיקה תת-מימית#אינדקס הכיווניות (DI - Directivity Index)| אינדקס הכיווניות]] ו - <math>DT</math> הוא [[אקוסטיקה תת-מימית#סף הגילוי (DT - Detection Threshold)|סף הגילוי]].

כמו כן, בדומה למשוואות ה[[סונאר#סונאר אקטיבי|סונאר אקטיבי]], ניתן לכתוב את משוואת הסונאר הפאסיבי בצורה אחרת:

::<math> \text{FOM = SL − (NL − DI) - DT} \quad(20)</math>

כאשר <math>FOM</math> היא [[ספרת הערך]] המוגדרת ככמות המאפיינת רמת ביצועי סונאר על פי הפרמטרים האקוסטיים הניתנים למדידה מדויקת.

על מנת לקבוע האם יש גילוי של המטרה משווים את [[ספרת הערך]] ל-[[אקוסטיקה תת-מימית#הפסדי המעבר (TL - Transmission Losses)| הפסדי המעבר (TL - Transmission Losses)]] המשתנים עבור כל נקודה במרחב הימי:
* עבור <math> FOM < TL </math> - אין גילוי.
* עבור <math> FOM = TL </math> - זהו סף הגילוי.
* עבור <math> FOM > TL </math> - יש גילוי.

== שימושים צבאיים בסונאר ==

הסונאר שימושי מרוש לצורכי [[צבא]], כגון [[ניווט ימי]], גילוי [[כלי שיט]] ובעיקר גילוי [[צוללת|צוללות]].
# סונאר המותקן על קרקעית הים ומופעל מתחנת חוף – בדרך כלל פאסיבי.
# סונאר ב[[צוללת]] – בדרך כלל פסיבי אף כי קיימות גם צוללות שבהם מותקן סונאר אקטיבי.
# [[סונאר קוער]] – על [[אוניית מלחמה|ספינות מלחמה]], בדרך כלל יעיל רק במוד אקטיבי עקב רעשי השטח.
# סונאר נגרר – בדרך כלל פאסיבי, קיים גם בספינות וגם בצוללות. נחשב ליעיל ביותר עקב גודלו והאפשרות להרחיקו ממקור הרעש (הכלי הגורר).
# סונאר טובל – סונאר שמורד מספינה או ממסוק לעומק מסוים ומחזיר נתונים פאסיביים או אקטיביים על ידי כבל או על ידי גלי רדיו במצב בו הוא בצורת מצוף. חלק מהמצופים הם חד-פעמיים וחלקם האחר נאסף ונעשה בו שימוש חוזר.

==מקורות וקריאה נוספת==
* שר, [https://maarchotyamhome.files.wordpress.com/2020/08/d797d799d79c-d794d799d79d-d795-d79bd7a1d79cd795-d7aad7a9d798.pdf	'''סונאר ואסדיק'''], 'חיל הים' חוברת ו' דצמבר 1948, עמ'	32.

==קישורים חיצוניים==
{{מיזמים|ויקימילון=סונר}}
* שר,	[https://maarchotyamhome.files.wordpress.com/2020/08/d797d799d79c-d794d799d79d-d795-d79bd7a1d79cd795-d7aad7a9d798.pdf	סונאר ואסדיק],	חיל הים ו' כסלו תש"ט,	עמ' 32.
* בוב פורת, [https://2020-uploaded.fresh.co.il/2020/12/12/30363473.pdf '''סונר טבול'''], 'מערכות ים ' 78 מאי 1966, עמ' 5.
* אהרן שפירא, [https://2020-uploaded.fresh.co.il/2020/09/01/27598257.pdf עקרונות הגילוי התת-מימי], "מערכות ים", 101, דצמבר 1970, עמ' 20.
* ג'ולי פלטרר,	[https://beingalim.files.wordpress.com/2021/01/1975-7-beingalim.pdf	'''גילוי תת-ימי'''],	'בין גלים' יולי 1975 עמ'	8.
* {{mako|אבי אליהו|גאווה ישראלית: הפיתוח שלא משאיר סיכוי לקומנדו הימי של חמאס|4f23bac2a821841006|pzm-magazine/war-games|27 באוגוסט 2014}}
* {{בריטניקה}}
* ברית אלמוג,	[https://beingalim.files.wordpress.com/2021/03/2017-5-bg.pdf	'''סונאר חדש בצוללות חיל הים'''],	"בין גלים", מאי 2017, עמ'	10.
* ה' בירגר, "סונאר – הבלש האקוסטי התת־ימי". "על המשמר", שנה ה', מס' 997, 13 בנובמבר 1946, עמ' 3. [https://sfathayam.com/2024/04/04/%d7%a1%d7%95%d7%a0%d7%90%d7%a8-%d7%94%d7%91%d7%9c%d7%a9-%d7%94%d7%90%d7%a7%d7%95%d7%a1%d7%98%d7%99-%d7%94%d7%aa%d7%aa%d6%be%d7%99%d7%9e%d7%99-13-%d7%91%d7%a0%d7%95%d7%91%d7%9e%d7%91%d7%a8/ העתקה] באתר "שפת הים" – ים וספנות בעיתוני ההשכלה, התחייה והיישוב.

==ביאורים==
{{ביאורים}}
{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:אלקטרוניקה]]
[[קטגוריה:אמצעי לחימה ימיים]]
[[קטגוריה:אקוסטיקה]]
[[קטגוריה:איכון]]
[[קטגוריה:הממלכה המאוחדת: המצאות]]