264px|dereita|miniatura|Sonar
O sonar (do inglés SONAR, acrónimo de Sound Navigation And Ranging, ‘navegación por son‘) é unha técnica que usa a propagación do son baixo a auga (principalmente) para navegar, comunicarse ou detectar outros buques.http://www.edu.xunta.es/diccionarios/BuscaTermo.jsp sonar Dous tipos de tecnoloxía comparten o nome "sonar": o sonar pasivo esencialmente escoita o son feito por outros navíos e o sonar "activo" que emite os pulsos de sons para a escoita dos ecos.
O sonar pode usarse como medio de localización acústica, funcionando de forma similar ao Radar, coa diferenza de que en lugar de emitir sinais de radio empréganse impulsos sonoros e magnéticos. De feito, a localización acústica usouse no aire antes que o radar, sendo aínda de aplicación o SODAR (exploración vertical aérea con sonar) para a investigación atmosférica.
O termo «sonar» úsase tamén para aludir ao equipo empregado para xerar e recibir o son. As frecuencias usadas nos sistemas de sonar van desde as intrasonicas ás extrasónicas (entre 20 Hz e 20 000 Hz), a capacidade do oído humano. Con todo, neste caso habería que referirse a un hidrófono e non a un sonar. O sonar ten ambas capacidades, pode ser utilizado como hidrófono ou como sonar.
Existen outros sonares que non abarcan o espectro do oído humano, (cazaminas); poden comprender varias gamas de alta frecuencia, (80 kHz ó 350 kHz), por exemplo. Gañan en precisión á hora de determinar o obxecto, pero perden en alcance. O estudo do son baixo a auga coñécese como acústica submarina ou hidroacústica.
Historia Aínda que algúns animais (como golfiños e morcegos) usaron probablemente o son para a detección de obxectos durante millóns de anos, o uso por parte de humanos foi rexistrado por vez primeira por Leonardo da Vinci en 1490. Dicíase que se usaba un tubo metido na auga para detectar barcos, pondo un oído no seu extremo.
No século XIX usáronse campás subacuáticas como complemento aos faros para avisar do perigo aos mariñeiros.
O uso de son para a «ecolocalización» submarina parece ser impulsado polo desastre do Titanic en 1912. A primeira patente do mundo sobre un dispositivo deste tipo foi concedida pola Oficina Británica de Patentes ao meteorólogo inglés Lewis Richardson un mes despois do afundimento do Titanic, e o físico alemán Alexander Behm obtivo outra por un resoador en 1913.
O canadense Reginald Fessenden traballando para Submarine Signal Company en Bostón comezou a construír un sistema experimental en 1912, un sistema que foi probado no porto de Boston e finalmente nun cúter de Miami, U.S. Revenue (agora Garda Costas), no Gran Banco de Terra Nova (Canadá). Neste test Fessenden fixo unha demostración de sondaxe, comunicouse baixo a auga mediante código Morse e medio a distancia dun eco. (Detectou un iceberg nun rango de dúas millas de distancia, aínda que era incapaz de determinar en que dirección se achaba.) (quoted in a NOAA transcript by Central Library staff April, 2002.
Durante a primeira guerra mundial, e debido á necesidade de detectar submarinos, realizáronse máis investigacións sobre o uso do son. Os británicos empregaron pronto micrófonos subacuáticos, mentres o físico francés Paul Langevin, xunto co enxeñeiro eléctrico ruso emigrado Constantin Chilowski, traballou no desenvolvemento de dispositivos activos de son para detectar submarinos en 1915. Aínda que os transductores piezoeléctricos e magnetostritivos superaron máis tarde aos electrostáticos que usaron, este traballo influíu sobre o futuro dos deseños detectores. Aínda que os transductores modernos adoitan usar un material composto como parte activa entre a cabeza lixeira e a cola pesada, desenvolvéronse moitos outros deseños. Por exemplo, usáronse películas plásticas lixeiras sensibles ao son e fibra óptica en hidrófonos (transductores acústico-eléctricos para uso acuático), mentres se desenvolveron o Terfenol-D e o PMN para os proxectores. Os materiais compostos piezoeléctricos son fabricados por varias empresas, incluíndo Morgan Electro Ceramics. ASDIC En 1916, baixo o patrocinio do Consello Británico de Invencións e Investigacións, o físico canadense Robert William Boyle encargouse do proxecto do sonar activo con Albert Beaumont Wood, construíndo un prototipo para probas a mediados de 1917, mentres tanto no mesmo laboratorio Albert Beaumont Wood encargábase da mellora de sistemas de escoita pasiva. Este traballo, para a División Antisubmarina da British Naval Staff, foi realizado no máis absoluto segredo, e usaba cristais de cuarzo piezoeléctricos para producir o primeiro aparello de detección subacuática de son activo do mundo. 250px|dereita|miniatura|HMS Antrim primeiro barco en probar o sonar Para 1918 tanto Francia como o Reino Unido construíran sistemas activos,Michael A. Ainslie, Principles of Sonar Performance Modeling (Springer, 2010, en inglés) aínda que os británicos estaban considerablemente máis avanzados. Probaron o seu ASDIC (Allied Submarine Detection Investigation Committee, así eran coñecidos os equipos de detección activa) no HMS Antrim en 1920 e empezaron a produción de unidades en 1922. A 6ª Flotilla Destrutora tivo buques equipados con ASDIC en 1923. Un buque-escola antisubmarino, o HMS Osprey, e unha flotilla de adestramento composta por catro buques estableceuse na Illa de Pórtland en 1924. O Sonar QB estadounidense non chegou ata 1931.
Co inicio da segunda guerra mundial, a Mariña Real Británica tiña cinco equipos para diferentes clases de buques de superficie e outros para submarinos, incorporados nun sistema de ataque antisubmarino completo. A efectividade dos primeiros ASDIC estaba limitada polo uso das cargas de profundidade como arma antisubmarina. Isto esixía que o buque atacante pasase sobre o contacto mergullado antes de lanzar as cargas, o que facía perder o contacto do sonar co obxecto nos momentos previos ao ataque. O ataque esixía, pois, disparar ás cegas, período no que o comandante do submarino podía adoptar con éxito medidas evasivas. Esta situación remediábase usando varios buques cooperando xuntos e coa adopción de «armas de lanzamento dianteiro», como o Hedgehog e máis tarde o Squid, que lanzaban as cargas a un branco situado diante do atacante e xa que logo aínda en contacto ASDIC. Os desenvolvementos durante a guerra desembocaron nuns equipos ASDIC que usaban diferentes formas de onda, permitindo que os puntos cegos fosen cubertos continuamente. Máis tarde empregáronse torpedos acústicos.
Ao comezo da segunda guerra mundial a tecnoloxía británica de sonar foi transferida aos Estados Unidos. A investigación sobre o sonar e o son submarino ampliouse enormemente, particularmente neste país. Desenvolvéronse moitos novos tipos de sonar militar, entre eles as sonoboias, o sonar somerxible e o de detección de minas. Este traballo formou a base dos desenvolvementos de posguerra destinados a contrarrestar os submarinos nucleares. O sonar seguiu desenvolvéndose en moitos países para usos tanto militares como civís. Nos últimos anos a maioría dos desenvolvementos militares estiveron centrados nos sistemas activos de baixa frecuencia.
SONAR Na segunda guerra mundial Estados Unidos usou o termo SONAR para os seus sistemas, acrónimo acuñado como equivalente de RADAR. En 1948, coa formación da OTAN, a estandarización de sinais levou ao abandono do termo ASDIC en favor de SONAR.
Factores de rendemento do sonar O rendemento da detección, clasificación e localización dun sonar depende da contorna e do equipo receptor, ademais do equipo emisor nun sonar activo ou do ruído radiado polo branco nun sonar pasivo. Propagación do son O funcionamento do sonar vese afectado polas variacións na velocidade do son, especialmente no plano vertical. O son viaxa máis lentamente na auga doce que na auga do mar. En calquera auga a velocidade do son vén dada polo módulo de elasticidade e a densidade de masa. O módulo de elasticidade vese afectado pola temperatura, as impurezas disoltas (normalmente a salinidade) e a presión, sendo menor o efecto da densidade. Segundo Mackenzie, a velocidade do son, c (en m/s), na auga do mar é aproximadamente igual a:
Onde T é a temperatura (en graos Celsius, para valores entre 2 e 30 °C), S a salinidade (en partes por millón, para valores de 25 a 40) e D a profundidade en m (para valores entre 0 e 8.000 m). Esta ecuación empírica é razoablemente precisa para os rangos indicados. A temperatura do océano cambia coa profundidade, pero entre 30 e 100 m hai un cambio a miúdo notable, chamado termoclina, que divide a auga superficial máis cálida das profundas máis frías que constitúen o groso do océano. Isto pode dificultar a acción do sonar, pois un son que se orixine nun lado do termoclino tende a curvarse ou refractarse ao cruzalo. O termoclino pode estar presente en augas costeiras menos profundas, onde con todo a acción das ondas mestura a miúdo a columna de auga, eliminándoo. A presión da auga tamén afecta a propagación do son, aumentando a súa velocidade á presións maiores, o que fan que as ondas sonoras se refracten afastándose desde a zona de maior velocidade. O modelo matemático de refracción denomínase Lei de Snell.
As ondas sonoras que se radian cara ao fondo do océano curvanse de volta á superficie en grandes arcos debido á presión crecente (e xa que logo maior velocidade do son) coa profundidade. O océano debe ter polo menos 1.850 m de profundidade para que as ondas sonoras devolvan o eco do fondo en lugar de refractarse de volta á superficie, reducindo a perda do fondo e o rendemento. Nas condicións adecuadas estas ondas sonoras concentraranse preto da superficie e serán refrexadas de volta ao fondo repetindo outro arco. Cada foco na superficie denomínase zona de converxencia, formando un anel no sonar. A distancia e anchura da zona de converxencia depende da temperatura e salinidade da auga. Por exemplo, no Atlántico Norte as zonas de converxencia atópanse aproximadamente cada 33 millas náuticas (61 km), dependendo da época do ano. Os sons que poden oírse desde só unhas poucas millas en liña directa poden pois ser tamén detectados centos de millas máis lonxe. Con sonares potentes a primeira, segunda e terceira zonas de converxencia son bastante útiles; máis aló delas o sinal é demasiado débil e as condicións térmicas demasiado inestables, reducindo a fiabilidade dos sinais. O sinal se atenúa naturalmente coa distancia, pero os sistemas de sonar modernos son moi sensibles, podendo detectar brancos a pesar das baixas relaciones sinal-ruído.
Se a fonte de son é profunda e as condicións adecuadas, a propagación pode ocorrer na «canle de son profundo». Este proporciona unha perda de propagación extremadamente baixa para un receptor na canle, o que se debe a que o son atrapado na canle non ten perdas nos límites. Propagacións parecidas poden ocorrer na «cinta de superficie» baixo condicións boas. Con todo neste caso hai perdas por reflexo na superficie.
En augas pouco profundas a propagación é xeralmente por reflexos repetidos na superficie e o fondo, podéndose producir perdas considerables.
A propagación do son tamén se ve afectada pola absorción da propia auga así como da superficie e o fondo. Esta absorción cambia coa frecuencia, debéndose a diferentes mecanismos na auga mariña. Por isto o sonar que necesita funcionar en distancias longas tende a usar frecuencias baixas, de forma que se minimicen os efectos da absorción.
O mar contén moitas fontes de ruído que interfiren co eco ou firma do branco desexado. As principais fontes de ruído débense ás ondas e a navegación. O movemento do receptor pola auga tamén pode producir ruído de baixa frecuencia, en función da súa velocidade.
Reverberación