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(Inglés sonar, Abreviación de Navegación y rango de sonido)
Dispositivo de detección subacuática, que utiliza ondas sonoras y permite la ubicación, ubicación e identificación de objetos sumergidos.
El sonar funciona con el mismo principio que el radar pero utilizando ondas ultrasónicas. Los objetivos pueden ser barcos de superficie, submarinos, naufragios, bancos de peces o el propio lecho marino. La señal es emitida por vibradores de varios tipos, impulsados por señales eléctricas periódicas. Estos vibradores pueden estar constituidos, en particular, por cuarzo piezoeléctrico. La recepción de los ecos se basa en técnicas clásicas de micrófono. El sonar es menos efectivo que el radar cuando se trata de seguimiento direccional, ya que los ecos y ruidos extraños pueden ser producidos por irregularidades en el fondo marino o por variaciones en la densidad y temperatura del agua.
Inventado en Francia con fines militares durante la Primera Guerra Mundial, el sonar se perfeccionó en Gran Bretaña con el nombre de «asdic» (Comité de Investigación de Detección de Submarinos Aliados). Su uso se generalizó en las armadas militares entre guerras y durante la Segunda Guerra Mundial. No debe confundirse con los dispositivos de detección de firmas de sonido de los barcos de superficie o submarinos, aunque ocurre en algunos sistemas de recepción muy modernos que los ecos de sonido y los ruidos emitidos por otros barcos son registrados y procesados por un sistema común.
Existen sonares pasivos, capaz de localizar objetos sumergidos sólo cuando «hacen ruido», y sonares activos, cuyo principio de funcionamiento es similar al del radar, con emisión de pulsos electromagnéticos y retorno de estos a un hidrófono. Luego, las señales se amplifican y reproducen en una pantalla de rayos catódicos.
Las técnicas de sonar cubren rangos de frecuencia en la banda audible, de 20 Hz a 12 kHz, o en la de ultrasonidos, cuya frecuencia es superior a 20 kHz.
Cómo funciona el sonar
La historia del sonar se basa en el desarrollo de sensores y generadores de vibraciones acústicas adaptados al medio marino. Esto se debe a que los micrófonos y altavoces comunes no son eficientes en el agua. La explotación de los fenómenos físicos (piezoelectricidad y magnetoestricción) permite la traducción de la energía acústica en energía eléctrica y viceversa.
Hidrófonos
Estos dispositivos están destinados a la recepción. Incluyen uno o más cristales, originalmente de cuarzo, actualmente hechos de cerámica amorfa, polarizados por el paso de una fuerte corriente eléctrica; muy a menudo se incorpora un preamplificador en el hidrófono. Su sensibilidad es constante en una banda de varias octavas.
Transductores
Verdaderos altavoces subacuáticos, son capaces de recibir y transmitir. Compuestos por un número bastante elevado de elementos, están asociados a un pabellón metálico. Son mucho más pesados y costosos que los hidrófonos. Su banda es relativamente estrecha, del orden de media octava.
Antenas
El sonar pasivo capta los sonidos emitidos por el objeto que se va a detectar; por tanto, las antenas receptoras están formadas por hidrófonos elementales. Para el sonar activo, las antenas del transceptor se forman a partir de transductores (estas antenas se denominan bases, y su peso y dimensiones varían según las frecuencias utilizadas). Estas bases cilíndricas se colocan en una cúpula ubicada debajo de la quilla del barco o en una proa bulbosa. Actualmente, los sonares están equipados con una antena transductora solo para transmisión y una antena de hidrófono para recepción activa o pasiva.
Los desarrollos se realizan a lo largo de dos ejes: la frecuencia de la señal -se establece que las frecuencias se propagan tanto mejor cuanto más bajas son- y la potencia, que es proporcional a la superficie de emisión. Las antenas de sonda tienen unas dimensiones que varían según la frecuencia utilizada: son, por ejemplo, 30 cm para una frecuencia de 20 kHz y 120 cm para una frecuencia de 5 kHz.
La presencia de burbujas de aire en el agua crea un fenómeno parasitario de cavitación lo que limita la potencia acústica de la antena. Para reducir este fenómeno, es necesario aumentar la superficie vibrante o trabajar en frecuencias más bajas. Así es como la frecuencia del sonar activo pasó de un rango de 20 a 30 kHz a uno entre 2 y 8 kHz.
Sonar pasivo
El sonar pasivo está limitado por el nivel de emisión de la fuente a detectar y por el ruido ambiental, que interfiere con la antena. Usamos el exploración, la técnica del lóbulo rotatorio, así como la técnica de la vía preformada, que permite aplicar procesos de filtrado. Estos métodos juegan con el grado de conocimiento del espectro de ruido a detectar y con el del ruido ambiental.
Sonar activo
Las antenas de este sonar son fijas. La orientación mecánica de las bases requiere un tiempo prohibitivo para la recepción de un eco emitido por un objetivo relativamente no distante. Con el uso de bajas frecuencias, las bases se volvieron más pesadas. Entonces pensamos en mover el lóbulo de directividad único, lo que permitiría una cobertura rápida, pero resultó que esta técnica absorbe una gran parte de la energía del eco. Luego pasamos a la técnica de los canales preformados: a partir de los elementos de la antena se forman varios lóbulos fijos, yuxtapuestos en una roseta en una dirección determinada; mediante multiplexación, todas las salidas de estos canales se utilizarán simultáneamente.
Al final de una transmisión, el receptor se ve perturbado por la reverberación debida a las partículas suspendidas en el agua y luego por el ruido ambiental. Si la reverberación sigue siendo proporcional a la potencia emitida, el ruido ambiental puede estar justificado por el aumento de la potencia de transmisión que repercute en la intensidad del eco. La instalación de varios filtros (convolutor, correlator, etc.) permite aislar la señal principal para un procesamiento coherente.
Además de estas dificultades, existe el problema de la propagación en el medio marino. Las capas de agua, a diferentes temperaturas, desvían los rayos del sonido según la inmersión de la fuente. La traducción de las lecturas batitérmicas en perfiles de velocidad permite la visualización de zonas insonificadas, zonas de sombra y zonas de concentración de energía acústica. Por tanto, es posible establecer las rutas de sonido de cualquier fuente.
Sonar lateral
El agua de mar es opaca a las ondas electromagnéticas, por lo que es imposible obtener imágenes ópticas cuando estas ondas deben atravesar una profundidad de agua de unos pocos metros; por otro lado, el sonido se propaga bien en el agua. En 1958, WD Chesterman y PR Clynick utilizaron la reverberación de ondas sonoras de irregularidades en el lecho marino para obtener una imagen. Esta técnica se utiliza para la cartografía y el estudio geológico del fondo marino, para el tendido de cables, la instalación de plataformas de perforación, etc.
El sonar lateral es un dispositivo transceptor de ondas ultrasónicas remolcado por un barco. Un cepillo sónico, estrecho en rumbo pero ancho en elevación, está orientado oblicuamente hacia el lecho marino, en una dirección perpendicular a la del barco, de ahí el nombre de sonar lateral. Las ondas sonoras que llegan al fondo son parcialmente retrodispersadas al sonar. Los ecos recibidos se distribuyen en el tiempo según la distancia recorrida por las olas. Los ciclos de transmisión y recepción se repiten a medida que el barco avanza. La superposición de las distintas bandas constituye una imagen acústica del fondo del mar.
