آیا رادار می‌تواند برای تشخیص زیر آب استفاده شود؟

محدودیت‌های اساسی رادار در محیط‌های آبی

تضعیف سیگنال: چرا امواج رادیویی در زیر آب عملکرد ضعیفی دارند

统 سیستم رادار زیر دریا به دلیل اینکه موج الکترومغناطیسی در آب ضعیف می‌شود، نیازمند الزامات سفت و سختی است. میدان‌های الکتریکی با فرکانس رادیویی به سرعت در آب از بین می‌روند و پراکنده می‌شوند و از دست دادن سیگنال به صورت نمایی رخ می‌دهد، زیرا هدایت الکتریکی آب دریا بسیار بالاست. تضعیف در نوارهای نوری و فرابنفش قوی‌ترین حالت را دارد و این نوارها تنها می‌توانند کمی نفوذ کنند. این محدودیت ذاتی در تحقیقات ارتباط زیرآبی عملکرد تشخیص رادار را فقط به محیط‌های بسیار کم عمق محدود می‌کند و آن را برای کار در آب‌های عمیق که روش‌های صوتی در آنجا غالب هستند، نامناسب می‌سازد.

مقایسه الگوهای انتشار الکترومغناطیسی و صوتی

محدودیت اصلی هنگام مقایسه رفتار موج‌ها مشهود است: امواج رادیویی در آب دریا 1000 بار سریع‌تر از سیگنال‌های صوتی از بین می‌روند. ممکن است این کاملاً تقلید زیستی نباشد؛ بلکه ممکن است منبعی از نوع سونار باشد و آب صدا را در زیر دریا به مسافت‌های هزاران مایلی منتقل می‌کند، اما برای رادار اینطور نیست، هرچند رادار دامنه کوتاه‌برد دارد. توجه کنید که امواج الکترومغناطیسی رادار پس از چند متر به طور کامل ضعیف می‌شوند، اما سونار از صدای فرکانس پایین استفاده می‌کند (خیلی پایین‌تر از آنچه گوش انسان می‌شنود) که در حوضه‌های اقیانوسی بسیار خوب منتشر می‌شود — آب صدا را متوقف یا حتی کُند نمی‌کند، برخلاف تابش الکترومغناطیسی. این تفاوت از فیزیک پایه‌ای ناشی می‌شود — هدایت الکتریکی در آب انرژی الکترومغناطیسی را جذب می‌کند، در حالی که انتشار صوت را تقویت می‌کند. به این ترتیب، حتی فناوری پیشرفته رادار نمی‌تواند در مورد کارایی برد در اعماق غیر از نزدیک به سطح، با سونار رقابت کند.

تشخیص راداری نوآورانه از طریق پدیده‌های سطحی

تحلیل زیردریایی‌های تولیدکننده امضا موج سطحی

به همین دلیل سیستم‌های رادار با رسم ناهمواری‌های سطحی هیدرودینامیکی یکسان، اتلاف سیگنال در آب را کنترل کنید. جابجایی آب توسط زیردریایی‌ها منجر به اثرات سطحی قابل تشخیصی می‌شود، مانند آنچه توسط برجستگی‌های برنولی و بادبزن کلوین ایجاد می‌شود. پژوهش جدیدی نشان داده است که رادار موج میلی‌متری قادر است این سیگنال‌ها را از ارتفاع 8 کیلومتری هوای بالا دریافت کند و با استفاده از تحلل یادگیری ماشینی از ارتفاع موج و الگوهای تداخلی، آنها را به عنوان اثرات مصنوعی شناسایی کند (سنجش از دور، 2025). این روش غیرآکوستیکی اطلاعات مهم ردیابی را در اختیار می‌گذارد وقتی که سونار فعال نیست.

تکنولوژی تشخیص بادبزن با رادار داپلری

برق‌های زیردریایی توسط رادار داپلر شناسایی می‌شوند که از تغییرات فرکانسی وابسته به سرعت استفاده می‌کند. این الگوهای پراکندگی ناشی از زبری، منجر به نوسانات مشخصی در سطح مقطع راداری در چندین فرکانس می‌شوند. الگوریتم‌های پیشرفته امروزه قادرند امضاهای برق را با دقت 92% در شرایط دریایی تا حد 4 تشخیص دهند، به گونه‌ای که تداخل ناشی از امواج باد و فعالیت‌های بیولوژیکی را کنار می‌زنند. عملکرد این روش با افزایش سرعت هدف بهبود می‌یابد، بنابراین به خصوص برای ردیابی زیردریایی‌های هسته‌ای در عمق‌های کمتر از 100 متر مفید است.

مطالعه موردی: آزمون‌های نظارتی ضد زیردریایی NATO مبتنی بر رادار

تست‌های ناتو 2023 در اقیانوس اطلس شمالی همچنین رادار را در نقش جنگ ضد زیردریایی با استفاده از یک شبکه از رادارهای موج سطحی با فرکانس بالا آزمایش کردند. احتمال تشخیص 72٪ در برابر زیردریایی‌های دیزلی-الکتریکی در فواصل 12 کیلومتری به دست آمد، در حالی که شبکه‌های موجود سونوبویی پیش‌زمینه را فراهم کرده بودند. ترکیب با تصاویر ماهواره‌ای منجر به کاهش 40٪‌ای در هشدارهای خطا شد، اما تشخیص وضعیت از الگوی حرکتی (وِیک) هنوز وقتی دشوار است که حیوانات دریایی بزرگ مشاهده شوند. این تمرین‌ها کاربرد رادار را به عنوان یک وسیلهٔ پُرکنندهٔ شکاف در دفاع لایه‌ای در طول عبور از خاک اصلی ایالات متحده (CONUS) نشان دادند.

لیدار باتومتری: نوآوری‌های در نقشه‌برداری از عمق ساحلی

برای غلبه بر محدودیت‌های سونار در آب‌های کم عمق، استفاده از سیستم لیزری پالس هوایی به همراه اطلاعات موقعیت‌یابی اینترفرومیتری به عنوان نسل جدیدی معرفی شده است. با استفاده از لیزرهای با طیف سبز (532 نانومتر) که قادرند تا عمق 50 متری در آب شفاف نفوذ کنند، این سیستم‌ها توانایی نقشه‌برداری از توپوگرافی بستر دریا را با دقت عمودی 10 تا 15 سانتی‌متری دارند که این دقت سه برابر بهتر از دقت سونار تک‌پرتو است. امروزه مهندسان ساحلی می‌توانند از سیستم‌های نقشه‌برداری عمق نزدیک به ساحل به منظور شناسایی حرکت ماسه‌های ساحلی و محل‌های فرسایش با استفاده از سیستم‌های نقشه‌برداری عمقی نزدیک به ساحل در زمان واقعی که مبتنی بر موقعیت‌های GNSS اصلاح شده با رادار هستند، خطای نمونه‌برداری رسوبات را تا 60 درصد کاهش دهند (NOAA 2023). عملیات منظم اخیر از سوی تولیدکنندگان برجسته ژئوفضایی نشان می‌دهد که با سرعت 8 کیلومتر مربع در ساعت، اندازه‌گیری‌ها به سرعت انجام می‌شوند تا سلامت ریف‌های مرجانی و فضاهای باستان‌شناسی زیر آب ارزیابی شود.

ادغام چند حسگر: ادغام رادار با داده‌های هیدروآکوستیک

ابزارهای حسگر ترکیبی داده‌های اسکن سطحی رادار میلی‌متری را با مشخصات چندپرتویی صوتی برای تهیه مدل‌های سه‌بعدی از عوارض زیرآبی تلفیق می‌کنند. مطالعه‌ای در سال 2023 توسط مجله الکترونیک MDPI نشان داد که ادغام راداری-هیدروآکوستیک، تشخیص عیوب لوله‌کشی زیردریایی را از 72٪ (هنگام استفاده فقط از صوت‌نگاری) به دقت 94٪ افزایش می‌دهد؛ این امر از طریق همبستگی الگوهای نشت روغن سطحی و ترک‌های شناسایی شده توسط صوت‌نگاری انجام می‌شود. مدل هوش مصنوعی این سیستم معیارهای آشفتگی موج راداری را با طیف‌های هیدروآکوستیک همبسته می‌کند و 89٪ از موارد مثبت غلط ناشی از اختلالات موجودات دریایی را از هم جدا می‌کند. کاربران نظامی قادر به انجام عملیات مقابله با مین در مناطق ساحلی تا 40٪ سریع‌تر با این مفهوم حسگری دومحوره شده‌اند، در حالی که تأخیر در ادغام داده‌ها در جریان‌های بیش از چهار گره مشکل‌ساز شده است.

کاربردهای نظامی در تشخیص غیرآکوستیک زیردریایی

تصویربرداری راداری از الگوهای آشفتگی زیردریایی

فعالیت زیردریایی ایجاد می‌کند که باعث به وجود آمدن موج‌های مضطرب در زیر سطح آب می‌شود و ممکن است به صورت موج‌های دیدنی و ناهماهنگی‌های موجود در ساختار حرارتی ظاهر شود. این امضاهای خاص توسط فناوری رادار دیافراگمی (SAR) در زمان تعامل مایکروویو با سطح اقیانوس قابل مشاهده هستند. دمای آب تغییر می‌کند زیرا لایه‌های مختلف آب با یکدیگر ترکیب می‌شوند و زبری سطح بیشتر برجسته می‌شود، این امر به رادار اجازه می‌دهد الگوهایی را تشخیص دهد که از طریق سونار معمولی دیده نمی‌شوند. این نشانه‌های اضطرابی گواه پیشرفت مهمی در فناوری تشخیص غیرصوتی هستند، نویسندگان تحقیقات نظامی می‌نویسند، اما عملکرد آنها بسته به عمق آب، وضعیت دریا و میزان دید قابل مشاهده متفاوت خواهد بود. سیستم‌های SAR اکنون قادرند این ویژگی‌ها را در شب و در شرایط ابری تشخیص دهند، حتی در شرایطی که محدودیت‌های نوری وجود داشته باشد.

رادار مبتنی بر فضا برای نظارت استراتژیک اقیانوس

سیستم‌های راداری نصب شده روی ماهواره‌ها امکان پایش بلندمدت اقیانوس‌ها را فراتر از مرزهای قضایی فراهم می‌کنند. پلتفرم‌های ثابت در مدار زمین و مدارهای پایین-زمینی که با دستگاه‌های رادار بازتاب‌سنجی سنتیک (SAR) تجهیز شده‌اند، میلیون‌ها مایل دریایی را به صورت روزانه مشاهده می‌کنند و در پی شناسایی الگوهای برجای گذاشته شده از حرکت زیردریایی‌ها از قبیل ردپای آشفتگی و گرادیان‌های حرارتی هستند. برخلاف حسگرهای صوتی که توسط توپوگرافی کف اقیانوس محدود می‌شوند، سیستم‌های مبتنی بر فضا قادرند بدون اطلاع دادن هدف، آشفتگی‌ها را از مدار تعقیب کنند. استقرارهایی از این دست امکان انتقال داده‌ها را به مراکز فرماندهی نیروی دریایی در عرض ۹۰ ثانیه فراهم می‌کنند و به طور مؤثری زمان واکنش عملیاتی را کاهش می‌دهند. این شبکه‌های ماهواره‌ای پوشش مستمر ۲۴ ساعته از نقاط استراتژیک و حساس دریایی جهان را فراهم می‌کنند و شناخت از تهدیدهای دریایی را دگرگون می‌نمایند.

تحلیل اختلاف: حریم خصوصی در مقابل امنیت ملی در پایش مناطق اقتصادی انحصاری

نظارت راداری غیرصوتی سؤالاتی را در مورد حقوق مناطق اقتصادی خاص (EEZ) به وجود آورده است. هرچند قانون دریاها اجازه حرکت نیروی دریایی در مناطق اقتصادی خاص کشورهای دیگر را می‌دهد، فناوری رادار می‌تواند امکان بررسی تأسیسات ساحلی بجز تأسیسات نظامی را فراهم کند. کشورهای ساحلی اینگونه اقدامات را ناسازگار با ماده 88 کنوانسیون حقوق دریاها (UNCLOS) می‌دانند که به فعالیت‌های صلح‌آمیز در مناطق اقتصادی خاص می‌پردازد، بویژه زمانی که شامل نظارت بر کارهای اکتشاف منابع باشد. از سوی دیگر، نیروهای دریایی استدلال می‌کنند که از آنجایی که صحنه‌های جنگی همچنان مناطق دریاهای آزاد باقی مانده‌اند، تشخیص زیردریایی‌ها در آب‌های مورد مناقشه می‌تواند استراتژی‌های خرابکاری زیر آبی را بازدارد. کارشناسان حقوقی به تفاوت‌های در حال افزایش میان «تحقیقات دریایی» و «جاسوسی نظامی» اشاره می‌کنند؛ 47٪ از کشورها در مبادلات دیپلماتیک به نظارت مشروطیت وارد می‌کنند. بنابراین چارچوبی تعادلی باید با نیاز به حفظ کنترل بر خطوط ساحلی و خواستاری به حفاظت از امنیت ملی دست و پنجه نرم کند.

ظرفیت تجاری فناوری‌های رادار زیر آب

راهکارهای بازرسی لوله‌کش آب کم عمق

رادر زیردریایی برای اولین بار نظارت مستقیم بر خطوط لوله در منطقه ساحلی (تا عمق 50 متری) را فراهم می‌کند، جایی که عملکرد دستگاه‌های صوتی قبلی برای این منظور بسیار ضعیف بوده است. اپراتورها به‌صورت غیرتهاجمی از طریق بازرسی و تفسیر انعکاسات موج رادیویی در تغییرات چگالی رسوبات و نقاط داغ خوردگی، یکپارچگی دفن را تعیین می‌کنند. جابجایی به میزان میلی‌متری ناشی از فرسایش یا حرکات لرزه‌ای هشدار مقرون‌به‌صرفه‌ای است که شما برای نگهداری پیشگویانه به‌منظور پیشگیری از فاجعه محیط زیستی نیاز دارید و نمایه‌های الکترومغناطیسی با وضوح بالا راهی هستند که بتوانید به آن دست یابید. هشدارهای فوری ناهنجاری همچنین اجازه مداخله دریایی را فقط در صورت نیاز فوری فراهم می‌کنند و هزینه عملیات را تا 40٪ نسبت به بازرسی توسط غواصان کاهش می‌دهند. این فناوری امکان داشتن زیرساخت انرژی پایدار را با حداقل مداخله در بستر دریا در مناطق سایت‌های منحل‌شده حفاری و مسیرهای کابل فعال فراهم می‌کند.

رادار باند فوق العاده پهن برای باستان‌شناسی دریایی

حل شدن خاک و کاهش مساحت واکنش، شرایط مهاجرت را در لایه‌ی سنگ‌های سه‌بعدی با مناطق بسیار نازک مهار می‌کند. شارژها پالس‌های الکترومغناطیسی با فرکانس پایین تولید می‌کنند که می‌توانند با دقت 15 سانتی‌متری، حتی در بستر‌های گلی دریا، اشیاء فلزی، تمرکزهای سرامیکی و سازه‌های چوبی مدفون را شناسایی کنند. این مطالعات در منطقه مدیترانه در سال 2023 با استفاده از پردازش داده‌های چند طیفی، میدان‌های آمفورهای فنیقیه را شناسایی کردند و در عین حال از چشم‌انداز انسان‌ساخت حمایت کردند. این اسکن در مقیاس سانتی‌متری به جای عملیات خاکبرداری مخرب، امکان ایجاد یک معماری دیجیتالی از بقایای شکننده کشتی‌های غرق شده را فراهم می‌کند. سیستم‌های UWB سرعت تهیه نقشه از سایت را در شرایط کدر 3 برابر افزایش می‌دهند جایی که امکان اسکن نوری وجود ندارد.

پرسش‌های متداول

سیستم‌های راداری چرا در زیر آب با مشکل مواجه می‌شوند؟

سیستم‌های راداری در زیر آب به دلیل تضعیف سیگنال ناشی از هدایت الکتریکی بالای آب دریا که باعث جذب و پراکندگی سریع امواج الکترومغناطیسی می‌شود، با مشکل مواجه می‌شوند.

سیستم‌های راداری پیشرفته چگونه از دست دادن سیگنال را در زیر آب جبران می‌کنند؟

سیستم‌های راداری پیشرفته، نوسانات سطحی هیدرودینامیکی ایجاد شده توسط زیردریایی‌ها را ردیابی می‌کنند و از تکنیک‌هایی مانند رادار میلی‌متری و رادار داپلر برای تشخیص الگوها و امضاهای غیرصوتی استفاده می‌کنند.

در زمینه تشخیص زیردریایی با استفاده از رادار چه پیشرفت‌هایی حاصل شده است؟

از جمله پیشرفت‌ها می‌توان به استفاده از رادار برای تشخیص دنباله حرکتی، بهبود الگوریتم‌های تشخیص دقیق، و تلفیق با تصاویر ماهواره‌ای برای کاهش هشدارهای اشتباه اشاره کرد. همچنین سیستم‌های راداری ماهواره‌ای امکان نظارت گسترده را فراهم می‌کنند.

آیا فناوری رادار زیر آب کاربردهای تجاری دارد؟

بله، فناوری رادار زیر آب کاربردهای تجاری مانند بازرسی لوله‌های انتقال در آب‌های کم عمق را فراهم می‌کند که دقتی در حد میلی‌متری دارد، و همچنین در باستان‌شناسی دریایی به شناسایی بهتر اشیاء تاریخی و نقشه‌برداری از سایت‌ها کمک می‌کند.