Jak sonar skanujący może pomóc w połowach?

Sonary skanujące są stosowane w rybołówstwie od dłuższego czasu. W okresie ostatnich 15 lat niektóre kutry wymieniły sonary skanujące na sonary dookolne. Główną przyczyną było uzyskanie szybszego przeszukiwania na większym zakresie. Czy jakiś cel w wodzie może zostać pominięty z tej przyczyny, że sonar dookolny jest szybszy w działaniu? Czy sonar skanujący może wykryć cel, którego nie wykryje sonar dookólny?

Nie zawsze osiąga się 100 tonowy zaciąg w ciągu 50 minut trałowania.   Dzisiaj trałowania są znacznie dłuższe. Gdy ryba jest rozproszona, aby wypełnić worek włoka trzeba dłużej trałować. Czasem trwa to całą noc. Gdy jest ryba, są pieniądze. Trałowanie „w ciemno" nie ma sensu. Poszukiwanie ryby sonarem, który nie widzi ryby rozproszonej to także strata czasu i paliwa. Tak się czasem zdarza przy sonarach dookolnych.

Przy wykrywaniu ryb nie wystarcza tylko jedno urządzenie akustyczne. Jeśli okaże się, że sonar dookolny nie może wykryć ryby rozproszonej, należałoby zastosować dodatkowo inny typ sonaru.

Ryba, która nie jest zgrupowana w ławice ma mniejszą siłę celu oraz daje słabsze echo. Echo od 20 ryb nie jest dwa razy silniejsze niż echo od 10 ryb, jest ono silniejsze tylko o około 30%. Gdy ryba się rozprasza, echo zmniejsza się logarytmicznie.

Najlepszym sposobem wykrycia ryby rozproszonej jest zwiększenie sygnału echa od tej ryby. Czy może tego dokonać sonar skanujący?

Poprzez zwiększenie poziomu mocy wysyłanej przez sonar (źródło sygnału) zwiększy się także poziom sygnału echa od celu. Przetwornik sonaru skanującego w każdym momencie jest skierowany w jednym kierunku.  W sonarze HD850/110-10 jest 280 elementów promieniujących „patrzących" w jednym kierunku. W sonarze dookolnym  moc jest promieniowana dookoła w kącie 360^o. Podczas nadawania sonar HD850 koncentruje moc 5.5 kW w jednej wiązce o szerokości  4.2 ^o x 5.4 ^o.  W sonarze dookolnym wiązek o kącie 5.4 ^o w poziomie w pełnym kącie 360 ^o mieściłoby się aż 66. Chcąc więc uzyskać takie same warunki, moc promieniowana w sonarze dookolnym musiałaby wynosić 66 x 5.5 kW. Jest to fizycznie niemożliwe. Dlatego w sonarze skanującym uzyskuje się  znacznie silniejsze echa niż w dookolnym.

Po stronie odbiorczej sonar skanujący także ma przewagę. Można sobie wyobrazić, że sonar ma 280 „uszu", wszystkie zwrócone prostopadle do celu. Każde „ucho" uczestniczy w odbiorze tego samego, docierającego do głowicy sygnału echa. Stąd rezultat nasłuchu jest znacznie głośniejszy niż w przypadku głowicy sonaru dookolnego gdzie, co najwyżej może około 12 „uszu" zwróconych jest prostopadle do nadchodzącego echa. Pozostałe "ucha" uczestniczą w znacznie słabszym stopniu w nasłuchu z tego samego kierunku. Kombinacja mocy sonaru oraz wąskiej wiązki w sonarze HD850/110-10 daje  wyraźną przewagę nad sonarami dookolnymi gdy mamy do czynienia z rybą rozproszoną.

Możliwość wykrywanie słabych celów zależy nie tylko od większej mocy i wąskiej wiązki, zależy także od stosowanej częstotliwości. Można to zaobserwować na echosondzie. Wskutek większego tłumienia  wyższych częstotliwość traci się na zasięgu. Niższa częstotliwość daje słabsze echo od ryby rozproszonej. Aby w sonarze dookolnym o niskiej częstotliwości uzyskać wąską wiązkę (np. jak w 10 calowym sonarze na częstotliwości 110 kHz), należałoby zastosować głowicę o ogromnych rozmiarach co byłoby w praktyce bardzo kosztowne.

Sonary instalowane są na statkach, które z natury kołyszą się stanowiąc bardzo niestabilną platformę. Dlatego wiązka akustyczna, która zmienia kierunek w takt kołysania statkiem, nie trafia w cel. Sonar HD850 posiada aktywną stabilizację kierunku wewnątrz głowicy opartą o czujnik ruchu przymocowany do przetwornika. Wskutek tego wiązka akustyczna zawsze skierowana jest na cel bez względu na kołysanie statkiem.

Korzystanie z sonaru HD850/110-10 zwiększa efektywność połowów obniżając zużycie paliwa i skracając czas przebywania w morzu.

Sonary rybackie serii Wesmar HD850

Nowy precyzyjny sonar skanujący z cyfrową elektroniczną stabilizacją głowicy. Zastosowana została nowa, unikatowa technologia przeszukiwania wody przed kutrem, co umożliwiło radykalne zwiększenie zakresu sonaru przed dziobem statku w trybie Trawlscan.

Ze względu na wąską wiązkę doskonale wykrywana jest ryba rozproszona i przydenna.

Aktywna stabilizacja: żyroskop stabilizujący umieszczony jest w głowicy, skanowanie odbywa się razem z żyroskopem. Wskutek korekcji w czasie rzeczywistym wiązka jest utrzymywana stabilnie i dokładnie na kierunku, w który zwrócony jest przetwornik. Żyroskop reaguje w czasie bieżącym, bez opóźnienia na kołysanie statku.

Poprzez zastosowanie cyfrowego łącza pomiędzy panelem elektroniki umieszczonym przy przetworniku a konsolą komputera w sterówce maksymalnie ograniczono zakłócenia pracy sonaru wprowadzane przez długie kable połączeniowe.

Na wzburzonym morzu najlepsze echosondy tracą ślad dna. Sonar HD850 w trybie sondy pionowej z włączoną aktywną stabilizacją utrzymuje bez przerwy wiązkę akustyczną pionowo w dół. Opuszczając głowice poniżej poziomu zapowietrzenia wody uzyskuje się obraz dna niemożliwy do uzyskania w innych echosondach.

Trawlscan - nowy tryb pracy w sonarze:
Tryb ten prezentowany jest na drugim monitorze (bez menu). Zdjęcia prezentują cechy tego trybu. Sposób skanowania przestrzeni wodnej wraz z dnem z przodu przed kutrem umożliwia śledzenie ryb przydennych na całym ekranie. Ten tryb pozwala na zwiększenie o 30% pola obserwacji Trawlscan porównaniu do standardowych sonarów. Tryb „Trawlscan" umożliwia kapitanowi wydłużenie pola widoczności, co pokazano na dwóch dolnych zdjęciach.

W standardowych sonarach podczas skanowania poziomego pochylenie przetwornika jest stałe, wskutek czego przy końcu zasięgu wiązka akustyczna odbijając się od dna tworzy na monitorze okrąg (rys górny-lewy). W sonarze HD850 w trybie „Trawlscan", gdy wiązka schodzi z kierunku dziobu, przetwornik pochyla się krokowo o odpowiedni kąt w górę aby dalej skanować ponad dnem. W efekcie uzyskuje się większy zasięg w narożnikach monitora a echogram dna przy końcu zakresu jest prostopadły do kierunku kursu. Tryb „Trawlscan" jest prezentowany na dodatkowym monitorze. Trójstopniowe przesuwanie środka umożliwia powiększania obrazu.

Porównanie sonarów: sonar 850/110-10 i sonar 850/110-8.
Oba modele składają się z trzech części; panelu elektroniki, głowicy oraz siłownika do opuszczania głowicy. Elektronika jest identyczna w obu modelach.  Różnice są w głowicy i siłowniku. Podczas lokalizacji ryby rozproszonej, ryb pojedynczych lub ryb blisko dna głowica 10-calowa ma znaczną przewagę.

Moc głowic echosondy:
Są dwie głowice, 10-calowa i 8-calowa.  Głowica 10' jest większa i w związku z tym ma większy przetwornik. Przetwornik w głowicy 10' składa się z 280 elementów piezoceramicznych, podczas gdy 8' tylko ze 126 takich elementów. Moc akustyczna promieniowana do wody jest mierzona w W/cm² . Powierzchnia przetwornika 10' jest 2.2 razy większa od powierzchni przetwornika 8'. W związku z tym przetwornik 10' może promieniować 2.2 razy większą moc do wody. To daje możliwość uzyskania większego zasięgu.

Czułość głowic sonarowych:
Czułość głowic sonarowych jest także funkcją powierzchni przetwornika. Małe echo odebrane przez duży przetwornik daje większy sygnał na wyjściu w porównaniu do takiego samego echa odebranego przez mniejszy przetwornik. Sygnał wyjściowy z przetwornika 10' będzie więc 2.2 razy większy niż z przetwornika 8'. Większa czułość zwiększa zasięg sonaru. Większa czułość umożliwia wykrywanie mniejszych celów przy mniejszym wzmocnieniu. Mniejsze wzmocnienie daje lepszy stosunek sygnał / szum.

Szerokość wiązki akustycznej:
Rozmiary przetwornika mają wpływ na szerokość wiązki akustycznej. Szerokość wiązki głowicy 10' jest: 4.2^o w pionie na 5.4 ^o w poziomie. Głowica 8' ma szerokość wiązki: 4.6 ^o w pionie na 7.0 ^o w poziomie. Węższa wiązka ma przewagę, ponieważ:

1.          Poprawia rozdzielczość.
2.          Umożliwia pracę na płytkiej wodzie.
3.          Odbiera mniejsze zakłócenia z wody umożliwiając uzyskanie większego zasięgu.

Hydrauliczny siłownik głowicy 10-calowej.
Jakość sonaru zależy mocno od parametrów siłownika. Sonar jest tym lepszy, im bardziej poniżej pęcherzyków powietrza poruszających się pod kadłubem kutra może być opuszczona głowic akustyczna. Pęcherzyki blokują energię akustyczną oraz powracające echa. Głowica 10' jest wysuwana pod kadłub na odległość 84 cm, podczas gdy głowica 8' tylko na 48 cm. Pęcherzyki powietrza zwiększają się wraz z prędkością kutra. Stąd głowica opuszczona na 84 cm może poprawnie pracować przy większej prędkości niż opuszczona na 48 cm.
Większa prędkość wymaga solidniejszej konstrukcji siłownika oraz rury, na której zamocowana jest głowica. Średnica rury 10 calowej głowicy wynosi 169 mm. Średnica rury głowicy 8 calowej wynosi 102 mm. Aby poruszać głowicą 10' w górę / w dół pompa hydrauliczna ma moc 2 KM podczas gdy dla głowicy 8' tylko 1 KM.
Wibracje statku ograniczają zasięg sonaru. Wibracje te są widoczne na ekranie sonaru jako zakłócenia. W miarę wzrostu prędkości statku wibracje będą się zwiększać. Aby zredukować efekt pochodzący od wibracji głowica 10' jest tak skonstruowana, że nie ma elementów, które stykają się z rurą osłonową głowicy. Głowica oraz rura, na której jest ona zamocowana przesuwa się swobodnie bez żadnego wsparcia wewnątrz rury osłonowej, które mogłoby przenosić wibracje statku na głowicę. Głowica 8' ma wspornik na końcu rury osłonowej, przez który wibracje statku mogą się przenosić na głowicę, co spowoduje zmniejszenie zasięgu sonaru.