海洋的影响在2421年操作反潜艇战反潜战

需要专业的海洋专家第一次认可的跑在1950年代中期,当费尔雷塘鹅反潜战(ASW)飞机从航母HMAS墨尔本第一次操作。气象官员在墨尔本提供战术海洋塘鹅中队的建议,使用bathythermographic观测的海洋声纳性能预测的基础。这个建议被浮标的塘鹅人员来确定最优部署配备水听器(“声纳浮标”),它们用于潜艇的声学探测和跟踪。

在这些声学评估中,海洋温盐结构的影响必须考虑声音在水中的传播。温度对声速的影响,盐度和压力如下:

•Temperature-sound速度更高在温暖的水(4 ms-1每1°C)

•Salinity-sound速度更高更多的盐水(每1 1.4 ms-1事业单位)

•Depth-sound速度更高,更大的压力(1.7 ms-1每100米)

声音在水中传播可以被想象理解声音传播通过均匀介质直线(光线跟踪的方法)(Urick 1983)。声音的折射光线由斯涅尔定律描述,即,当光线穿过边界两种媒体的传播速度(v)是不同的:

在6。6 r是发病率和折射的角度。这意味着较低的声音在海水折射向地区声音的速度。折射也是频率依赖的程度,更大更高的频率。斯涅尔定律可以应用定性,了解水的声学属性列,从而确定最优策略,如搜索或逃避计划。它也可以应用定量,声纳范围预测模型,如跑的战术环境支持系统版本2(苔丝2)。这些模型估计检测范围,基于海洋声学、声呐系统的性能特征(如操作频率、发射功率、脉冲长度、处理损失和收益等),和知识的目标特征(如目标强度、深度、方面等)。射线跟踪模型通常发现给好的结果在中、高频(上图1 - 2千赫)。这些频率通常使用活跃的声波,传输的脉冲声能量,并检测其回波(不同于被动的声波,发现从一个目标辐射噪声)。活跃的声波是安装在船只和潜艇,可以部署声纳浮标或从飞机,直升机为例,在绞车(“浸渍”声波)。

考虑一个典型的热剖面的海洋,比如来自中央塔斯曼海,图24.2所示。这个概要文件的“船的机会计划”(SOOP)的数据集,并从整合中提取海洋观测系统(imo)海洋门户。前20 - 30 m显示了等温混合层的配置文件。温度和盐度是不变的,但是压力会随着深度的增加而增加,导致声音速度略有增加。这将有向上折射声波表面的影响。如果声音频率足够高,混合层的深度相比,声射线穿过水在小角度水平将向上折射表面,在那里他们将反映。反射后,光线又会向上折射表面。这捕获声波能量的影响表面‘管’,可引起低声波损失,因此长范围。因为频率越高折射,下面有一个截止频率,声能量不会被困在

温度曲线XBT(88605242)推出了准确性的纬度/经度(-36.8165/156.9538)线PX34 Sydney-Wellington上:27 - 1月- 2009 19:08:00

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温度在摄氏度

图24.2典型热剖面的海洋,从中央塔斯曼海。(数据来自船的机会计划(SOOP),并从国际海事组织获得海洋门户)

导管。如果表面风轻,表面反射损失散射将低,和很长的范围是可能的。为了利用这种管道效应,hull-mounted活跃声波在反潜护卫舰通常设计操作频率高到足以被表面的管道,为了最大化检测范围与浅潜艇。

混合层以下,水变冷的温跃层。基地之间的混合层在30米左右,和温跃层的底部在100米左右,温度下降了7°C(图24.2)。这意味着声音速度将增加约1.7 ms-1,由于越来越大的压力,但下降了约28 ms-1由于降低温度。整体有一个大声音的速度下降,这意味着声波能量将折射向下。在100米和800米之间,有一个下降的温度每几百米1°C左右(图24.2),这意味着声音速度将减少约2.3 ms-1每几百米。在混合层下面的水柱,这些不同的影响导致downward-refracting形象,更强的主要温跃层地区,这意味着声波能量会折射向海底。如果海底是一个很好的吸收声波能量的相关频率、声传播将普遍贫穷。

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温度在摄氏度

图24.2典型热剖面的海洋,从中央塔斯曼海。(数据来自船的机会计划(SOOP),并从国际海事组织获得海洋门户)

图24.3声速剖面在塔斯曼海在155°东2008年3月31日。(数据来自澳大利亚海洋预报模型(OFAM)。一个反气旋涡旋是明显在32°S)

虽然图24.2所示的轮廓延伸至850米左右,这个位置的水深5000米左右。低于850米,终有一处声音的减少速度由温度引起的失效是否定的声音速度由于压力增加。在等温水,显然速度随深度增加,和声学能量会被折射到地面。

的后果越来越声音速度深度图24.3中可以看出,这显示了一个声音速度截面在塔斯曼海在东经155°E,从30°S - 40°S。温度和盐度数据已经从海洋获得预测澳大利亚模型(OFAM) (Brassington et al . 2007年)2008年3月31日,并使用Mackenzie方程转化为声音的速度(Mackenzie 1981)。有一个声音速度最低的深度是1200米,而低于这个深度,声音速度增加由于小失误加上温度增加压力。在深度,声音的速度增加的价值是类似于表面。声音速度最低海拔1200米与一个声通道有关,这是一个非常低损耗路径。1200以上,声音往往是折射向下,向通道轴。低于1200米,声音往往是折射向上,再次向通道轴。因此深度1200米是一个很好的深度的水听器位置,为了利用这个低损耗路径的声学探测潜艇。

声音的速度深度超过表面的价值,“辐合区”可能有经验。这是一个环绕声来源,通常用大约25英里的半径,声音是集中的焦散效果。这个聚焦声能量在地表附近提供的机会大大增加,甚至可能为多个收敛区域出现,给予更长的时间范围内检测。

除了垂直梯度的声音速度到目前为止所讨论的,水平梯度的声音是由温度和盐度梯度与速度方面和涡流,这些也可以有一个大影响海洋的声学特性。例如,一个反气旋(温暖的核心)涡流会有温暖的水对其中心,因此会有一个横向速度梯度的声音与涡流。一个反气旋涡旋在图24.3中可以看到,在32°年代,有一个关联的声音速度最大的深度是200米。如果水面舰艇在艾迪搜索潜艇在涡流的中心,使用主动声纳,声音将折射的潜艇,减少检测的概率。类似地,如果船和潜艇在海洋锋的两端,检测范围将大大降低。

声如本节中描述的影响已经众所周知,和海军海洋学家的主要担忧,很长一段时间。最近的进步操作海洋学开始提供所需的高度详细的海洋数据,使声学评估和预测在大大增加了空间和时间分辨率,适合战术的应用。例如,潜艇希望逃避声学检测可以使用这样的海洋数据,以确定一个位置在温跃层在混合层之下,水不太深,底部是一个很好的吸收低频噪声。这将确保其辐射噪声是直接下到海底,被吸收,因此最小化counter-detection范围。反潜飞机可以使用高分辨率海洋数据确定近地表声音通道,声纳浮标或蘸上部署由声波在通道以达到最大可能的检测范围。知识方面的位置和涡流使反潜护卫舰设计最有效的搜索计划,配备一个准确的评估检测范围。这些只是几个例子的海洋数据现在可用的财富的创造力提供了丰富的机会刺激海军海洋学家和战术家。

温度和盐度、反潜战洋流也有影响,应考虑由海军。潜艇可以利用电流增加对地速度,同时使发动机保持在低功率(因此操作安静)。在某些情况下,特别是在澳大利亚地区,洋流可以运行在3或4节(Roughan和米德尔顿2002),所以这种影响可能是巨大的。洋流也可以考虑在声纳范围预测系统,比如跑的苔丝,因为他们影响声音的速度。

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