Science Prime
@Science_Prime
سونار یا Sound Navigation and Ranging، اصلیترین سامانه حسگر زیردریایی برای ناوبری، شناسایی، پایش و هدفگیری در زیر آب است. برخلاف امواج الکترومغناطیسی (مانند رادار) که به سرعت در آب تضعیف میشوند، امواج صوتی مسافتهای طولانی را به صورت موثر طی میکنند.
سیستمهای سونار به دو نوع اصلی تقسیم میشوند که هر کدام کارکرد خاصی دارند:
1-سونار فعال که مانند رادار ابتدا یک پالس صوتی (پینگ) با انرژی بالا منتشر و سپس پژواک را دریافت میکند. با اندازهگیری زمان بازگشت پژواک و تحلیل پدیده دوپلر (Doppler Shift)، سیستم میتواند فاصله، جهت و سرعت هدف را محاسبه کند. اگرچه سونار فعال دقت بالایی دارد، اما مکان زیردریایی را افشا میکند و به همین دلیل در شرایط تاکتیکی پرخطر، استفاده از آن محدود است.
2-سونار غیرفعال که روش اصلی عملیات پنهانکارانه زیردریاییهاست. سونار غیرفعال هیچ صدایی از خود منتشر نمیکند و صداهای تولیدی توسط شناورها مانند صدای پروانه، لرزش ماشینآلات و صدای جریان آب را دریافت میکند. با استفاده از آرایهای از میکروفونهای زیر آبی (هیدروفون)، سیستم میتواند جهت هدف را تشخیص و از طریق فرآیندی به نام "تحلیل حرکت هدف" (Target Motion Analysis - TMA)، میتواند سرعت و فاصله هدف را نیز بدون افشای مکان خود محاسبه کند.
@Science_Prime
سیستمهای سونار به دو نوع اصلی تقسیم میشوند که هر کدام کارکرد خاصی دارند:
1-سونار فعال که مانند رادار ابتدا یک پالس صوتی (پینگ) با انرژی بالا منتشر و سپس پژواک را دریافت میکند. با اندازهگیری زمان بازگشت پژواک و تحلیل پدیده دوپلر (Doppler Shift)، سیستم میتواند فاصله، جهت و سرعت هدف را محاسبه کند. اگرچه سونار فعال دقت بالایی دارد، اما مکان زیردریایی را افشا میکند و به همین دلیل در شرایط تاکتیکی پرخطر، استفاده از آن محدود است.
2-سونار غیرفعال که روش اصلی عملیات پنهانکارانه زیردریاییهاست. سونار غیرفعال هیچ صدایی از خود منتشر نمیکند و صداهای تولیدی توسط شناورها مانند صدای پروانه، لرزش ماشینآلات و صدای جریان آب را دریافت میکند. با استفاده از آرایهای از میکروفونهای زیر آبی (هیدروفون)، سیستم میتواند جهت هدف را تشخیص و از طریق فرآیندی به نام "تحلیل حرکت هدف" (Target Motion Analysis - TMA)، میتواند سرعت و فاصله هدف را نیز بدون افشای مکان خود محاسبه کند.
@Science_Prime
❤3
Science Prime
سونار یا Sound Navigation and Ranging، اصلیترین سامانه حسگر زیردریایی برای ناوبری، شناسایی، پایش و هدفگیری در زیر آب است. برخلاف امواج الکترومغناطیسی (مانند رادار) که به سرعت در آب تضعیف میشوند، امواج صوتی مسافتهای طولانی را به صورت موثر طی میکنند. …
🔷اجزا و ساختارهای اصلی
پیچیدگی سیستم سونار در معماری فیزیکی آن در سراسر بدنه زیردریایی ادغام شده است.
🔹آرایه کروی دماغه، بزرگترین و حیاتیترین حسگر سیستم است که در دماغه زیردریایی قرار دارد. این آرایه کروی از هزاران هیدروفون تشکیل شده که در یک شبکه منظم قرار گرفتهاند. شکل کروی آن دید 360 درجه در افق و وضوح زاویهای بالایی فراهم میکند که برای تعیین دقیق جهت هدف ضروری است.
🔹آرایههای پهلویی، آرایههای طویل و مسطح از هیدروفونها در دو طرف بدنه زیردریایی نصب میشوند و میدان دید وسیعتری را فراهم کرده و آرایه دماغه را تکمیل میکنند و به ویژه برای TMA و رصد اهداف جانبی حیاتی هستند.
🔹سونار آرایه یدککش، یک کابل بلند است که از قسمت عقب زیردریایی به بیرون کشیده میشود و اغلب چندین کیلومتر طول دارد. این کابل حاوی یک آرایه خطی از هیدروفونها است. مزیت اصلی آن، فاصله گرفتن از منابع صدای خود زیردریایی است که محیط شنیداری بسیار آرامتری را فراهم میکند. طول این آرایه امکان اندازهگیری جهت با وضوح بسیار بالا و کاهش ابهام را فراهم میکند.
🔹سونار رهگیری، از هیدروفونهای کوچکتر و با فرکانس بالا، برای تشخیص پینگهای سونار فعال شناورهای دیگر یا رهگیری اژدرهای ورودی طراحی شدهاند که یک هشدار سریع از تهدیدات احتمالی ارائه میدهند.
🔹سونارهای روی بدنه که برای ناوبری، اجتناب از موانع (مانند کوه یخ یا اجسام زیر آب) و اندازهگیری فاصله از کف دریا استفاده میشوند.
اما حجم عظیم دادههای خام از هیدروفونها بدون پردازش پیشرفته، بیاستفاده است. اینجا جاییست که علم الکترونیک، محاسبات و مهندسی آکوستیک به کمک میآیند. دادههای خام هیدروفونها دیجیتالی شده و به یک کامپیوتر قدرتمند منتقل میشوند. این سیستم الگوریتمهای پیچیده پردازش سیگنال دیجیتال را برای حذف نویز، شناسایی امضاهای صوتی خاص و تقویت سیگنالهای ضعیف به کار میبرد. از بعدی دیگر با کمک تکنیک شکلدهی پرتو برای هر دو نوع سونار فعال و غیرفعال، به جای شنیدن همه جهات به طور همزمان، سیستم از الگوریتمها برای تمرکز دیجیتالی بر یک جهت خاص یا "پرتو" استفاده میکند. با هدایت الکترونیکی این پرتو، سیستم میتواند سیگنال هدف را تقویت و نویز از جهتهای دیگر را حذف کند. در سونار غیرفعال، کامپیوتر تغییرات کوچک در جهت هدف را در طول زمان تحلیل میکند. با ترکیب دادههای آرایههای مختلف و نقاط زمانی متفاوت، سیستم میتواند فاصله، سرعت و مسیر هدف را محاسبه کند. این یک فرآیند ریاضی پیچیده است که به دادههای با دقت بالا و توان محاسباتی زیاد نیاز دارد. همچنین با بهرهگیری از کتابخانهای متشکل از امضاهای صوتی انواع کشتیها، زیردریاییها و حتی موجودات دریایی؛ با مقایسه صدای شناسایی شده با این کتابخانه، سیستم میتواند با دقت بالایی نوع هدف را طبقهبندی کند. بطور خلاصه، سیستم سونار زیردریایی یک شبکه بسیار پیچیده از حسگرها و کامپیوترها است که طراحی شده تا محیط پر سر و صدای زیر آب را به یک تصویر تاکتیکی واضح و قابل استفاده تبدیل کند، در حالی که خود زیردریایی همچنان به صورت پنهان باقی میماند.
@Science_Prime
پیچیدگی سیستم سونار در معماری فیزیکی آن در سراسر بدنه زیردریایی ادغام شده است.
🔹آرایه کروی دماغه، بزرگترین و حیاتیترین حسگر سیستم است که در دماغه زیردریایی قرار دارد. این آرایه کروی از هزاران هیدروفون تشکیل شده که در یک شبکه منظم قرار گرفتهاند. شکل کروی آن دید 360 درجه در افق و وضوح زاویهای بالایی فراهم میکند که برای تعیین دقیق جهت هدف ضروری است.
🔹آرایههای پهلویی، آرایههای طویل و مسطح از هیدروفونها در دو طرف بدنه زیردریایی نصب میشوند و میدان دید وسیعتری را فراهم کرده و آرایه دماغه را تکمیل میکنند و به ویژه برای TMA و رصد اهداف جانبی حیاتی هستند.
🔹سونار آرایه یدککش، یک کابل بلند است که از قسمت عقب زیردریایی به بیرون کشیده میشود و اغلب چندین کیلومتر طول دارد. این کابل حاوی یک آرایه خطی از هیدروفونها است. مزیت اصلی آن، فاصله گرفتن از منابع صدای خود زیردریایی است که محیط شنیداری بسیار آرامتری را فراهم میکند. طول این آرایه امکان اندازهگیری جهت با وضوح بسیار بالا و کاهش ابهام را فراهم میکند.
🔹سونار رهگیری، از هیدروفونهای کوچکتر و با فرکانس بالا، برای تشخیص پینگهای سونار فعال شناورهای دیگر یا رهگیری اژدرهای ورودی طراحی شدهاند که یک هشدار سریع از تهدیدات احتمالی ارائه میدهند.
🔹سونارهای روی بدنه که برای ناوبری، اجتناب از موانع (مانند کوه یخ یا اجسام زیر آب) و اندازهگیری فاصله از کف دریا استفاده میشوند.
اما حجم عظیم دادههای خام از هیدروفونها بدون پردازش پیشرفته، بیاستفاده است. اینجا جاییست که علم الکترونیک، محاسبات و مهندسی آکوستیک به کمک میآیند. دادههای خام هیدروفونها دیجیتالی شده و به یک کامپیوتر قدرتمند منتقل میشوند. این سیستم الگوریتمهای پیچیده پردازش سیگنال دیجیتال را برای حذف نویز، شناسایی امضاهای صوتی خاص و تقویت سیگنالهای ضعیف به کار میبرد. از بعدی دیگر با کمک تکنیک شکلدهی پرتو برای هر دو نوع سونار فعال و غیرفعال، به جای شنیدن همه جهات به طور همزمان، سیستم از الگوریتمها برای تمرکز دیجیتالی بر یک جهت خاص یا "پرتو" استفاده میکند. با هدایت الکترونیکی این پرتو، سیستم میتواند سیگنال هدف را تقویت و نویز از جهتهای دیگر را حذف کند. در سونار غیرفعال، کامپیوتر تغییرات کوچک در جهت هدف را در طول زمان تحلیل میکند. با ترکیب دادههای آرایههای مختلف و نقاط زمانی متفاوت، سیستم میتواند فاصله، سرعت و مسیر هدف را محاسبه کند. این یک فرآیند ریاضی پیچیده است که به دادههای با دقت بالا و توان محاسباتی زیاد نیاز دارد. همچنین با بهرهگیری از کتابخانهای متشکل از امضاهای صوتی انواع کشتیها، زیردریاییها و حتی موجودات دریایی؛ با مقایسه صدای شناسایی شده با این کتابخانه، سیستم میتواند با دقت بالایی نوع هدف را طبقهبندی کند. بطور خلاصه، سیستم سونار زیردریایی یک شبکه بسیار پیچیده از حسگرها و کامپیوترها است که طراحی شده تا محیط پر سر و صدای زیر آب را به یک تصویر تاکتیکی واضح و قابل استفاده تبدیل کند، در حالی که خود زیردریایی همچنان به صورت پنهان باقی میماند.
@Science_Prime
❤3
Science Prime
در مواد فرو الکتریک، قطبش پس از حذف میدان الکتریکی باقی میماند؛ همچنین دارای قطبش خود به خود هستند بطوری که اگر دما کمتر از دمای انتقال باشد، پلاریزه شده و قطبش در آنها بدون یک میدان خارجی ایجاد میشود و در دمای بالاتر از انتقال، قطبش از بین رفته و ماده پارا…
هافنیا برای کاربرد در نیمه هادی جدید به دلیل رفتار خاصش، پتانسیل بالایی دارد.موادی مانند اکسید هافنیوم خواص فروالکتریکی نشان میدهند، به این معنی که میتوانند دادهها را حتی زمانی که برق قطع میشود ذخیره کنند.این پدیده میتواند در توسعه فناوری حافظه غیرفرار استفاده شود. برنامه های نوآورانه حافظه غیرفرار راه را برای ایجاد سیستمهای کامپیوتری بزرگتر و سریعتر با کاهش گرمای تولید شده از انتقال مداوم دادهها به حافظه کوتاه مدت هموار میکند. موادی که معمولاً برای کاربردهای حافظه استفاده میشوند، دارای یک لایه مرده هستند که در توانایی مواد برای ذخیره اطلاعات، اختلال ایجاد میکند. از آنجایی که مواد به ضخامت چند نانومتر کوچک میشوند، اثر این لایه به اندازهای شدید میشود که به طور کامل خواص عملکردی را متوقف میکند. با تغییر اتمسفر میتوان رفتار لایه مرده را تنظیم کرد، که در هافنیا، ماده از حالت ضد فروالکتریک به حالت فروالکتریک منتقل شود. این یافتهها نهایتاً مسیری را برای مدلسازی و مهندسی سختافزار هافنیا فراهم میکند که با توجه به اهمیت این ماده در صنعت نیمهرسانا، به آن نیاز مبرم است.
@Science_Prime
@Science_Prime
❤2
Forwarded from Science Prime Books & Articles
Mwaves_Emagnetics_Radar_3rd@Science_Prime.pdf
21.6 MB
کتاب "Electronics, Power Electronics, Optoelectronics, Microwaves, Electromagnetics, and Radar" اثر ریچارد دورف
یک منبع جامع و معتبر در حوزه مهندسی برق که از الکترونیک و مدار مجتمع گرفته تا الکترونیک قدرت، اپتوالکترونیک، مایکروویو، الکترومغناطیس و رادار را پوشش میدهد.
@Science_Prime_Books
یک منبع جامع و معتبر در حوزه مهندسی برق که از الکترونیک و مدار مجتمع گرفته تا الکترونیک قدرت، اپتوالکترونیک، مایکروویو، الکترومغناطیس و رادار را پوشش میدهد.
@Science_Prime_Books
❤1
اینفوگرافی از قریب به 5 دهه اکتشافات فضایی
[رنگها شامل مسیرهای ماموریتهای موفق/ناموفق و کشورهای عامل است]
اکتشافات فضایی هنوز در مراحل ابتدایی خود است، بعنوان مثال، تقریباً چهل مأموریت برای کاوش مریخ انجام شده اما کمتر از نیمی از آنها به مریخ رسیدند. تنوع رنگها در اطراف ماه به خوبی نشان میدهد که قمرِ زمین تبدیل به مکانی برای رقابت بین کشورهای جدید در عرصۀ فضایی شده است. سلطه روسیه و آمریکا (مدارهای قرمز و نارنجی) قبل از دهه 1990 با مدارهای رنگارنگ جایگزین شده است که شامل برنامههای اکتشاف ماه ژاپن، چین و هند است. پایین نمودار، موقعیت نسبی ماموریتهای فضایی عمیق از جمله وویجر 1 را نشان میدهد که به فضای بین ستارهای رسیده است. پایونیر 10 و 11 خیلی دور نیستند، اما هر دو خاموش شدهاند. وویجر 1 تنها فضاپیمای قابل کنترل ساخت بشر است که در دورترین فاصله از سیاره ما قرار دارد.
@Science_Prime
[رنگها شامل مسیرهای ماموریتهای موفق/ناموفق و کشورهای عامل است]
اکتشافات فضایی هنوز در مراحل ابتدایی خود است، بعنوان مثال، تقریباً چهل مأموریت برای کاوش مریخ انجام شده اما کمتر از نیمی از آنها به مریخ رسیدند. تنوع رنگها در اطراف ماه به خوبی نشان میدهد که قمرِ زمین تبدیل به مکانی برای رقابت بین کشورهای جدید در عرصۀ فضایی شده است. سلطه روسیه و آمریکا (مدارهای قرمز و نارنجی) قبل از دهه 1990 با مدارهای رنگارنگ جایگزین شده است که شامل برنامههای اکتشاف ماه ژاپن، چین و هند است. پایین نمودار، موقعیت نسبی ماموریتهای فضایی عمیق از جمله وویجر 1 را نشان میدهد که به فضای بین ستارهای رسیده است. پایونیر 10 و 11 خیلی دور نیستند، اما هر دو خاموش شدهاند. وویجر 1 تنها فضاپیمای قابل کنترل ساخت بشر است که در دورترین فاصله از سیاره ما قرار دارد.
@Science_Prime
❤3
Science Prime
@Science_Prime
ایده پشت ناوبری اینرسی، ردیابی موقعیت موشک با اندازهگیری مداوم شتاب است. سیستم بر پایه دو رکن شتابسنجها و ژیروسکوپها کار میکند که هر دوی این ابزارها طبق قوانین حرکت نیوتن عمل میکنند. با انتگرالگیری از شتاب، سرعت را و با انتگرالگیری از سرعت، موقعیت را بدست میآید. ناوبری اینرسی مستقل است؛ این مزیت بزرگ، موشک را در برابر اختلالات بسیار مقاوم میکند. شتابسنج، شتاب خطی را در سه محور (x، y، z) اندازهگیری میکند؛ بر اساس قانون دوم نیوتن (F=ma)، شتابسنجها نیروی وارد بر یک جرم داخلی را اندازهگیری میکنند که مستقیماً با شتاب جسم مرتبط است. با انتگرالگیری از دادههای شتابسنج نسبت به زمان، سرعت جسم به دست میآید و با انتگرالگیری مجدد از سرعت نسبت به زمان، موقعیت مکانی جسم محاسبه میشود. ژیروسکوپ هم سرعت زاویهای یا نرخ چرخش را اندازهگیری میکند. ژیروها با استفاده از اثر کوریولیس یا سایر پدیدههای مکانیکی/نوری، تغییر جهت جسم را در فضا ثبت میکنند. با انتگرالگیری از نرخ چرخش ژیروسکوپ نسبت به زمان، زاویه یا جهتگیری (Attitude) جسم در هر لحظه محاسبه میشود. به این صورت که ابتدا پردازنده با استفاده از دادههای ژیروسکوپ، جهتگیری جسم را در یک سیستم مختصات جهانی (مانند مختصات زمین) بهروزرسانی میکند. این مرحله برای تفکیک شتاب ناشی از حرکت از شتاب گرانش حیاتی است. پس از اینکه جهتگیری جسم مشخص شد، پردازنده دادههای شتابسنج را با استفاده از انتگرالگیری، به سرعت و سپس به موقعیت تبدیل میکند. این محاسبات به صورت مداوم و با نرخ بالا (معمولاً چند صد بار در ثانیه) انجام میشوند تا دقت حفظ شود. اما از بزرگترین چالشهای سیستم INS، انباشت خطا (Drift) است. خطاهای کوچک در اندازهگیری سنسورها به دلیل فرآیند انتگرالگیری به مرور زمان انباشته شده و باعث انحراف فزاینده در موقعیت و سرعت محاسبهشده میشوند. بعنوان مثال، هر سنسور دارای بایاس (Bias) و نویز (Noise) ذاتی است. این خطاهای کوچک حتی در صورت سکون سیستم نیز باعث انباشت خطا میشوند. از طرفی خطاهای Rounding errors در محاسبات دیجیتال نیز به انباشت خطا کمک میکنند. همچنین هرگونه خطای کوچک در محاسبه جهتگیری جسم، به ویژه در محورهای افقی، تأثیر زیادی بر دقت موقعیتیابی دارد، زیرا باعث میشود بخشی از نیروی گرانش به اشتباه به عنوان شتاب حرکت در نظر گرفته شود. برای کاهش این انباشت خطا، سیستمهای INS پیشرفته معمولاً با یک منبع اطلاعاتی دیگر مانند GPS ترکیب میشوند و یک سیستم ناوبری ترکیبی (Hybrid Navigation System) را تشکیل میدهند. در این سیستمها، دادههای GPS به صورت دورهای برای تصحیح خطاهای انباشتهشده در INS استفاده میشود. این ترکیب، دقت و پایداری سیستم را به شدت افزایش میدهد.
@Science_Prime
@Science_Prime
🤯2👏1
ماهوارهها و ایستگاه فضایی بینالمللی در مداری[شبه] دایرهای در مدار زمین گردش میکنند.اما چرا مسیر آنها را در نقشه مانند موج میبینیم؟
علت اینست که یک مسیر 3 بعدی بر روی یک نقشه 2 بعدی مرکاتوری جهان نمایش داده میشود و نمایش یک مسیر تقریباً دایرهای در یک نقشه 2 بعدی مشهود نیست. سیاره ما یک جرم 3 بعدی است،در حالی که نقشهها همیشه 2 بعدی هستند. برای اینکه بتوانیم مرزهای کشورها و تودههای خشکی بزرگ را روی زمین ببینیم و تجسم کنیم، به راهی نیاز داریم که همه آن چیزهای 3 بعدی را روی یک کاغذ 2 بعدی بتابانیم.این دقیقاً همان کاری است که نقشه مرکاتور انجام میدهد.
@Science_Prime
علت اینست که یک مسیر 3 بعدی بر روی یک نقشه 2 بعدی مرکاتوری جهان نمایش داده میشود و نمایش یک مسیر تقریباً دایرهای در یک نقشه 2 بعدی مشهود نیست. سیاره ما یک جرم 3 بعدی است،در حالی که نقشهها همیشه 2 بعدی هستند. برای اینکه بتوانیم مرزهای کشورها و تودههای خشکی بزرگ را روی زمین ببینیم و تجسم کنیم، به راهی نیاز داریم که همه آن چیزهای 3 بعدی را روی یک کاغذ 2 بعدی بتابانیم.این دقیقاً همان کاری است که نقشه مرکاتور انجام میدهد.
@Science_Prime
❤2