Sonar de apertura sintética

Resolución a lo largo de la vía${\displaystyle \delta _{x}}$En un sonar de barrido lateral tradicional, la calidad se deteriora con la distancia en el campo lejano; un objeto se captará con mayor resolución cuando esté más cerca del sensor y con menor resolución cuando esté más lejos.

Resolución a lo largo de la vía${\displaystyle \delta _{x}}$es constante en todos los rangos para un sistema de sonar de apertura sintética, esto significa que un objeto debería ser igualmente visible en la mayoría de los rangos desde el sensor. ^{[ 6 ]}

${\displaystyle \delta _{x}={\frac {R\lambda }{L}}}$

Dónde${\displaystyle R}$es el rango al que apuntar,${\displaystyle L}$es la longitud del array, y${\displaystyle \lambda }$La longitud de onda acústica es una función de la frecuencia. Esto significa que un sonar de barrido lateral tradicional con alta resolución longitudinal requerirá una longitud de antena muy grande para un objetivo distante. La atenuación de la energía acústica a medida que aumenta la frecuencia y, por lo tanto, disminuye la longitud de onda, reduce el alcance efectivo.

Un sonar de apertura sintética crea una matriz sintética de gran longitud, que se desplaza preferiblemente en línea recta, proporcionando una resolución teórica a lo largo de la trayectoria de unos pocos centímetros. En la práctica, la resolución será algo inferior, pero aun así mucho mejor que la de un sonar de barrido lateral tradicional de tamaño equivalente.

La resolución transversal (de rango)${\displaystyle \delta _{y}}$La respuesta de un SAS, con una señal FM de banda ancha, viene dada por:

${\displaystyle \delta _{y}={\frac {C}{2B}}}$

Dónde${\displaystyle C\approx 1500ms^{-1}}$es la velocidad del sonido en el agua y${\displaystyle B}$es el ancho de banda del pulso transmitido.

El alcance de un sonar de apertura sintética depende de la pérdida de transmisión de un pulso acústico, así como del número de elementos en el conjunto y la velocidad de la plataforma del sensor. La frecuencia de transmisión es uno de los factores principales, y los alcances máximos de imagen suelen ser de 100 metros (220–280  kHz) para el HiSAS 2040.hasta 300 metros y más allá (60–120  kHz) para HiSAS 1030En los sonares disponibles comercialmente, dependiendo de la configuración, los sonares de apertura sintética instalados en vehículos submarinos autónomos o en sonares de matriz remolcada suelen tener una brecha nadiral , al igual que los sonares de barrido lateral tradicionales, donde no se dispone de datos. El tamaño de esta brecha depende del ángulo del haz inferior. En aguas muy poco profundas, la multitrayectoria es otro factor limitante para el alcance tanto de los sonares de barrido lateral como de los sonares de apertura sintética; este efecto puede reducirse ajustando cuidadosamente el patrón del haz de transmisión para evitar rebotes en la superficie.

Con una frecuencia suficientemente baja para permitir la recepción desde el alcance máximo, el alcance terrestre está determinado por la longitud del conjunto de receptores y la velocidad de la plataforma v:

${\displaystyle R={\frac {cD\cos {\varphi }}{4v\alpha }}}$

Dónde${\displaystyle \alpha \geq 1}$es un factor de superposición elegido para permitir la correlación cruzada de ping a ping,${\displaystyle \varphi }$es el ángulo de depresión en el rango máximo. ^{[ 7 ]}

El sonar de barrido lateral tradicional suele estar disponible inmediatamente después de la captura, sin necesidad de procesamiento adicional, mientras que los sonares de apertura sintética dependen de un procesamiento posterior complejo realizado en potentes ordenadores, lo que aumenta el tiempo transcurrido entre la captura y el análisis de los datos. Algunos sistemas permiten el procesamiento en tiempo real con una resolución reducida, lo que posibilita actualizaciones de la misión in situ basadas en las observaciones, además de proporcionar una plataforma de aprendizaje automático para la clasificación de objetos. Esto también implica que las tasas de almacenamiento de datos necesarias para el SAS son muy elevadas; es común encontrar entre 60 y 90 GB por hora de datos brutos.

La cobertura de área es uno de los factores más importantes en las aplicaciones comerciales de la hidroacústica. Tanto para los sistemas SSS como SAS, la cobertura de área instantánea${\displaystyle IACR}$Para un sistema de dos lados (es decir, con sensor tanto a babor como a estribor) es:

${\displaystyle IACR=2(Rr)v}$

Dónde${\displaystyle R}$es el alcance terrestre máximo y${\displaystyle r}$es el rango terrestre más corto antes del hueco del Nadir , y${\displaystyle v}$es la velocidad del sonar. La cobertura real del área es algo menor que esta. ^{[ 7 ]}

La cobertura de área con un sonar de barrido lateral tradicional depende del alcance y del punto en el que la resolución se vuelve demasiado baja para el objetivo del barrido. La cobertura de área con un sonar de apertura sintética, cuya resolución transversal se mantiene constante hasta el final del alcance, se aproxima prácticamente a la cobertura de área instantánea.