Sonar biestático - sonar , cuyos receptores y transmisores están separados en el espacio a distancias comparables a la distancia al objetivo [1] .
En el proceso de propagación del sonido en el medio, la amplitud de las vibraciones del sonido disminuye. Hay tres mecanismos principales de pérdida: divergencia esférica (o cilíndrica en aguas poco profundas), absorción y dispersión del sonido por falta de homogeneidad media. La pérdida de propagación TL ( eng. Transmission loss ) depende de la distancia y la frecuencia del sonido. En un sonar monoestático, el sonido viaja primero desde el transmisor hasta el objetivo y luego regresa del objetivo al receptor. Suponiendo que la pérdida en una dirección es igual a TL (en decibelios ), la pérdida total de sonido será de 2 TL. En un sonar biestático, las pérdidas son la suma de las pérdidas en el camino desde el transmisor hasta el objetivo TL PT y las pérdidas en el camino desde el objetivo hasta el receptor TL TR [1] .
En un sonar monoestático, la señal del emisor, que ingresa al receptor, enmascara las señales reflejadas desde el objetivo. Si la duración de la señal del transmisor es τ, entonces el sonar monoestático no puede detectar objetivos dentro de un radio menor que cτ/2, donde c es la velocidad de propagación del sonido. Esta región circular del espacio se llama la "zona muerta". Si el sonar se encuentra en aguas poco profundas, el radio de la zona muerta puede ser mayor, ya que las señales intensas reflejadas pueden crear ondas en la superficie del agua y en las irregularidades del fondo [1] .
En un sonar biestático, el receptor está ubicado a una distancia R PR del emisor, por lo tanto, durante el tiempo t = R PR / s después del pulso de sondeo, la señal no llega en absoluto al receptor. En el momento t, el receptor recibe una "señal directa" (en inglés direct blast ), que continúa durante el tiempo cτ [2] . Así, un sonar biestático no es capaz de distinguir objetivos dentro de una elipse, cuyos límites corresponden a la distancia R = R PR + cτ, y el transmisor y el receptor son los focos. Los reflejos de señal de falta de homogeneidad cerca del emisor no afectan la zona muerta.
Los objetos nunca reflejan el sonido de forma estrictamente unidireccional. El mecanismo de reflexión del sonido es bastante complicado, porque el objeto reflectante en el caso general no puede representarse como una esfera absolutamente rígida. La amplitud del sonido reflejado depende del ángulo β (con respecto al sistema de coordenadas local del objeto), en el que el objeto es irradiado por el emisor, y el ángulo α, en el que el sonido reflejado va al receptor. La dependencia S(α, β) de la fuerza del sonido reflejado en estos ángulos se denomina patrón de reflexión [1] .
La dirección de máxima reflexión depende de la forma del objeto y su estructura interna. Por tanto, el ángulo de irradiación óptima y el ángulo de máxima reflexión no siempre coinciden. El patrón de reflexión se vuelve aún más complejo cuando el objetivo está parcialmente enterrado en los sedimentos del fondo (esto es típico, por ejemplo, para minas, contenedores hundidos con desechos, barcos hundidos, etc.). En este caso, la reflexión depende no solo de las propiedades del objeto, sino también de la interacción de las olas con el fondo marino. Por lo tanto, las soluciones biestáticas suelen ser eficaces cuando el objetivo se irradia en diferentes ángulos o la señal reflejada se recibe desde diferentes direcciones.
En los sonares monoestáticos, la dirección de la señal reflejada recibida es estrictamente opuesta a la dirección de la señal de transmisión del irradiador. En los sonares biestáticos, el ángulo φ entre estas direcciones (el llamado "ángulo biestático") puede variar de 0° a 180°. La reflexión a φ < 90º se llama retrodispersión, a φ > 90º - dispersión frontal. La dispersión frontal se basa en el principio de Babinet[1] .
Un sonar con un ángulo biestático pequeño se denomina pseudomonoestático. En otras palabras, la distancia del emisor al objetivo R PT y del objetivo al receptor R TR es mucho menor que la distancia del emisor al receptor R PR [1] .
Un sonar se llama multiestático si tiene varios emisores y/o receptores [1] .
A menudo se utilizan grandes conjuntos receptores de hidrófonos, ubicados en aguas costeras poco profundas y conectados por cables a un único centro de procesamiento de información. Para proporcionar detección de objetivos de largo alcance, se necesita un potente emisor basado en barcos. Para reducir la pérdida de señal, el emisor debe ubicarse lo más cerca posible de la región de interés [1] .
El área de interés la proporciona una gran cantidad de receptores y una poderosa fuente de exposición. Los receptores pueden ser boyas de sonar con transmisión de datos a través de un canal de radio o vehículos submarinos deshabitados con transmisión acústica de datos [3] . Por ejemplo, el proyecto GOATS utiliza vehículos submarinos deshabitados como nodos de recepción [4] . El sistema LAMPS estadounidense está organizado de manera similar , donde las boyas de sonar lanzadas desde un helicóptero transmiten datos al barco base a través de un repetidor ubicado en el helicóptero [1] .
Cuanto menor sea la frecuencia de la señal, menores serán las pérdidas causadas por absorción y dispersión por falta de homogeneidad del medio. Por otro lado, cuanto menor sea la frecuencia, mayor debe ser el tamaño de la matriz de emisores y receptores direccionales [1] . Dado que las dimensiones típicas de los emisores y receptores excluyen su ubicación en el mismo barco, estos sonares se fabrican en forma de conjuntos de emisores y receptores ubicados en un cable largo remolcado detrás del barco. Un ejemplo es el sonar remolcado LFATS [5] .
Para detectar objetos enterrados, la señal acústica emitida debe penetrar profundamente en el suelo [1] . Esto requiere un emisor potente y altamente direccional. Este emisor debe ubicarse en el punto con las mejores condiciones de reflexión del objeto y la superficie inferior circundante. Este problema se resuelve mejor con la ayuda de un sonar biestático. Un ejemplo del uso de un radar biestático en esta zona es el proyecto SITAR, destinado a la búsqueda de minas hundidas y contenedores con residuos tóxicos [6] .
Las ventajas de los sonares biestáticos incluyen [1] :
Las desventajas del sonar biestático incluyen: