เรดาร์สามารถใช้สำหรับการตรวจจับใต้น้ำได้หรือไม่

ข้อจำกัดพื้นฐานของเรดาร์ในสภาพแวดล้อมใต้น้ำ

การลดทอนสัญญาณ: เหตุใดคลื่นวิทยุจึงทำงานได้ไม่ดีเมื่ออยู่ใต้น้ำ

แบบดั้งเดิม ระบบเรดาร์ การสื่อสารใต้ทะเลมีข้อกำหนดที่เข้มงวด เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EM) จะถูกดูดกลืนและสะท้อนในน้ำอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะในช่วงความถี่วิทยุ ซึ่งเกิดการสูญเสียสัญญาณแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล เนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าของน้ำทะเลที่สูงมาก การลดทอนจะรุนแรงที่สุดในช่วงแสงที่มองเห็นและอัลตราไวโอเลต ทำให้คลื่นในแถบนี้แทรกผ่านลงไปได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ปัญหาพื้นฐานนี้ในการวิจัยการสื่อสารใต้น้ำ ส่งผลให้ความสามารถในการตรวจจับของเรดาร์จำกัดอยู่แค่ในสภาพแวดล้อมที่มีความลึกไม่มากนัก จึงไม่เหมาะสำหรับการทำงานในบริเวณน้ำลึก ซึ่งวิธีการใช้คลื่นเสียงเป็นวิธีหลัก

การเปรียบเทียบระหว่างรูปแบบการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและคลื่นเสียง

ข้อจำกัดที่สำคัญที่สุดเกิดขึ้นเมื่อเปรียบเทียบพฤติกรรมของคลื่น: คลื่นวิทยุจะสลายตัวเร็วกว่าในน้ำทะเลถึง 1000 เท่า เมื่อเทียบกับสัญญาณเสียงความถี่ต่ำ อาจไม่ใช่การเลียนแบบทางชีวภาพเลย; แต่มันอาจจะเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นเสียงประเภทโซนาร์ (Sonar) แทน เพราะน้ำสามารถส่งเสียงใต้ทะเลไปได้ไกลหลายพันไมล์ ในขณะที่เรดาร์ (Radar) นั้นทำไม่ได้มากเท่านั้นแม้ว่าจะเหมาะสำหรับระยะใกล้ก็ตาม โปรดสังเกตว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของเรดาร์จะจางหายไปหลังจากไม่กี่เมตร แต่โซนาร์ใช้เสียงความถี่ต่ำ (ต่ำเกินกว่าที่หูมนุษย์จะได้ยิน) ซึ่งแพร่กระจายผ่านมหาสมุทรได้อย่างมีประสิทธิภาพ — น้ำแทบไม่หยุดหรือชะลอเสียงเลย เมื่อเทียบกับการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ความแตกต่างนี้เกิดจากหลักการทางฟิสิกส์พื้นฐาน — การนำไฟฟ้าในน้ำจะดูดกลืนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ขณะเดียวกันก็เสริมการเดินทางของเสียง ด้วยเหตุนี้เอง แม้แต่เทคโนโลยีเรดาร์ขั้นสูงก็ไม่สามารถแข่งขันกับโซนาร์ในแง่ประสิทธิภาพในการตรวจจับระยะไกลได้ ในระดับความลึกอื่นๆ นอกเหนือจากบริเวณใกล้ผิวน้ำ

การตรวจจับเรดาร์ที่ก้าวล้ำผ่านปรากฏการณ์บนผิวน้ำ

การวิเคราะห์ลายคลื่นผิวน้ำที่เกิดจาเรือดำน้ำ

นั่นคือเหตุผลที่เทคโนโลยีเรดาร์ขั้นสูง ระบบเรดาร์ ตัดสัญญาณรบกวนจากน้ำโดยการตรวจสอบการรบกวนของพื้นผิวที่เกิดจากพลศาสตร์ของน้ำแบบเดียวกัน การเคลื่อนที่ของเรือดำน้ำทำให้ปริมาณน้ำเปลี่ยนแปลง ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์ที่มองเห็นได้บนผิวน้ำ เช่น คลื่นเบอร์นูลลี (Bernoulli humps) และรอยครามเคลวิน (Kelvin wake) งานวิจัยล่าสุดพบว่า เรดาร์ความยาวคลื่นมิลลิเมตรสามารถตรวจจับสัญญาณเหล่านี้ได้จากระยะสูงถึง 8 กิโลเมตรในอากาศ โดยใช้การวิเคราะห์ด้วยปัญญาประดิษฐ์เพื่อแยกแยะว่าคลื่นและร่องรอยการแทรกสอดนั้นเป็นสิ่งเทียม (Remote Sensing, 2025) เทคนิคที่ไม่ใช่เสียงนี้จะช่วยให้ได้ข้อมูลสำคัญในการติดตามเป้าหมาย ในกรณีที่โซนาร์ไม่ได้ทำงาน

เทคโนโลยีตรวจจับรอยคราด้วยเรดาร์โดปเปลอร์

คลื่น wakes ของเรือดำน้ำสามารถตรวจจับได้โดยใช้เรดาร์แบบ Doppler ซึ่งอาศัยการเปลี่ยนแปลงความถี่ที่ขึ้นอยู่กับความเร็ว รูปแบบการกระเจิงจากพื้นผิวหยาบเหล่านี้จะทำให้เกิดการแปรผันในค่าหน้าตัดเรดาร์ (radar cross section) ที่ชัดเจนในหลายความถี่ ปัจจุบัน อัลกอริธึมระดับแนวหน้าสามารถตรวจจับลายเซ็น wakes ได้แม่นยำถึง 92% ในสภาพทะเลระดับ 4 โดยสามารถแยกสัญญาณรบกวนที่เกิดจากลมและคลื่นทะเล รวมถึงกิจกรรมทางชีวภาพได้ ประสิทธิภาพของเทคนิคนี้เพิ่มขึ้นตามความเร็วเป้าหมาย จึงเหมาะมากสำหรับการติดตามเรือดำน้ำที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ในบริเวณที่มีความลึกน้อยกว่า 100 เมตร

กรณีศึกษา: การทดลองระบบเฝ้าระวังต่อต้านเรือดำน้ำขององค์การสนธิสัญญาแอตแลนติกเหนือ (NATO) ที่ใช้เรดาร์

การทดลองทางทะเลแอตแลนติกเหนือของ NATO 2023 ยังได้ทดสอบเรดาร์ในบทบาท ASW โดยใช้เครือข่ายเรดาร์ความถี่สูงแบบคลื่นผิวหน้า (high frequency surface wave radars) สามารถตรวจจับเรือดำน้ำดีเซล-ไฟฟ้าได้ในระยะ 12 กิโลเมตร ด้วยความน่าจะเป็นในการตรวจจับที่ร้อยละ 72 โดยมีเครือข่ายโซโนบอยที่มีอยู่เดิมเป็นข้อมูลอ้างอิง การผสมผสานกับภาพถ่ายจากดาวเทียมช่วยลดจำนวนสัญญาณเตือนเท็จลงร้อยละ 40 แต่ยังคงมีความยากในการระบุลักษณะการเคลื่อนที่จากการกระเพื่อมคลื่น เมื่อมีสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดใหญ่ในทะเล การฝึกปฏิบัติเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของเรดาร์ในฐานะเครื่องมือเติมเต็มช่องโหว่ของการป้องกันแบบชั้นในการเคลื่อนย้ายผ่าน CONUS

การสำรวจความลึกชายฝั่งด้วยเทคโนโลยี LIDAR: นวัตกรรมการทำแผนที่ความลึกชายฝั่ง

การสำรวจความลึกโดยใช้ LIDAR โดยใช้ระบบเลเซอร์แบบพัลส์ติดตั้งบนอากาศยานร่วมกับข้อมูลตำแหน่งจากอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ ได้ถูกนำเสนอเป็นเทคโนโลยีรุ่นใหม่เพื่อแก้ปัญหาข้อจำกัดของโซนาร์ในพื้นที่น้ำตื้น การใช้เลเซอร์ที่อยู่ในช่วงแสงเขียว (532 นาโนเมตร) สามารถเจาะทะลุผ่านน้ำใสได้ลึกถึง 50 เมตร ระบบทั้งหลายเหล่านี้สามารถบันทึกรายละเอียดภูมิประเทศใต้ทะเลได้ด้วยความละเอียดแนวตั้ง 10-15 เซนติเมตร ซึ่งละเอียดกว่าโซนาร์ลำเดี่ยวถึงสามเท่า ในปัจจุบัน วิศวกรชายฝั่งสามารถใช้ระบบแผนที่ความลึกในพื้นที่ใกล้ชายฝั่ง เพื่อระบุการเคลื่อนตัวของหาดทรายและตำแหน่งที่เกิดการกัดเซาะ โดยใช้ระบบแผนที่ความลึกแบบเรียลไทม์ที่ปรับค่าด้วยตำแหน่ง GNSS ที่คำนวณผ่านเรดาร์ ซึ่งช่วยลดข้อผิดพลาดในการเก็บตัวอย่างตะกอนลงถึง 60% (NOAA 2023) การดำเนินงานเป็นประจำครั้งล่าสุดโดยผู้ผลิตด้านภูมิสารสนเทศชั้นนำ แสดงให้เห็นว่าการวัดค่าสามารถทำได้อย่างรวดเร็วที่อัตรา 8 ตารางกิโลเมตรต่อชั่วโมง สำหรับประเมินสุขภาพของแนวปะการังและพื้นที่โบราณคดีใต้น้ำ

การผสานข้อมูลจากเซ็นเซอร์หลายชนิด: การรวมข้อมูลเรดาร์เข้ากับข้อมูลไฮโดรเอคูสติก

เครื่องมือตรวจจับแบบไฮบริดรวมข้อมูลการสแกนพื้นผิวจากเรดาร์คลื่นมิลลิเมตรเข้ากับข้อมูลโปรไฟล์ความลึกจากโซนาร์หลายลำแสง เพื่อสร้างแบบจำลองสามมิติของสิ่งสำคัญใต้ทะเล การศึกษาปี 2023 ที่ตีพิมพ์ในวารสารอิเล็กทรอนิกส์ของ MDPI พบว่าการผสานข้อมูลระหว่างเรดาร์และไฮโดรอะคูสติกสามารถเพิ่มความแม่นยำในการตรวจจับความบกพร่องของท่อส่งใต้ทะเลจาก 72% (เมื่อใช้เฉพาะโซนาร์) ไปจนถึง 94% โดยการเปรียบเทียบรูปแบบการรั่วไหลของน้ำมันบนผิวน้ำและรอยร้าวที่ตรวจพบด้วยโซนาร์ แบบจำลองปัญญาประดิษฐ์ของระบบจะเปรียบเทียบค่าความแปรปรวนของคลื่นจากเรดาร์กับสเปกตรัมไฮโดรอะคูสติก สามารถแยกสัญญาณผิดพลาดที่เกิดจากการรบกวนของสัตว์ทะเลได้ถึง 89% ผู้ใช้งานทางทหารสามารถปฏิบัติการรับมือกับทุ่นระเบิดใต้ทะเลในพื้นที่ชายฝั่งได้เร็วขึ้นถึง 40% โดยใช้แนวคิดการตรวจจับแบบสองโดเมนนี้ อย่างไรก็ตาม ความล่าช้าในการผสานข้อมูลยังคงเป็นปัญหาเมื่อเจอกับกระแสน้ำที่แรงเกิน 4 นอต

การประยุกต์ใช้งานทางทหารสำหรับการตรวจจับเรือดำน้ำแบบไม่ใช่คลื่นเสียง

การสร้างภาพเรดาร์ของรูปแบบความปั่นป่วนใต้ทะเล

กิจกรรมของเรือดำน้ำสร้างกระแสน้ำวนที่ผิวใต้ทะเล ซึ่งอาจปรากฏให้เห็นเป็นคลื่นและสิ่งผิดปกติในโครงสร้างอุณหภูมิ ข้อมูลลายเซ็นดังกล่าวถูกตรวจจับโดยเทคโนโลยีเรดาร์ช่องรับสัญญาณแบบซินธีไซซ์ (SAR) ในระหว่างที่ไมโครเวฟปฏิกิริยากับพื้นผิวมหาสมุทร อุณหภูมิจะแตกต่างกันไปเมื่อชั้นน้ำปะทะกัน และความหยาบของผิวหน้าเพิ่มมากขึ้น ทำให้เรดาร์สามารถตรวจจับลวดลายที่ไม่สามารถมองเห็นได้ผ่านโซนาร์แบบธรรมดา การตรวจจับลายเซ็นความปั่นป่วนนี้แสดงถึงความก้าวหน้าสำคัญในเทคโนโลยีการตรวจจับแบบไม่ใช้อาวุธเสียง นักวิจัยทางทหารระบุไว้ แต่ประสิทธิภาพของการตรวจจับจะแตกต่างกันออกไปตามความลึกของน้ำ สภาพทะเล — และทัศนวิสัย ระบบ SAR สามารถตรวจจับคุณสมบัติเหล่านี้ได้แม้ในเวลากลางคืนหรือสภาพอากาศที่มีเมฆมาก แม้ว่าจะมีข้อจำกัดทางแสง

เรดาร์จากอวกาศสำหรับการเฝ้าระวังมหาสมุทรเชิงยุทธศาสตร์

ระบบเรดาร์ที่ติดตั้งบนดาวเทียมช่วยให้สามารถตรวจสอบมหาสมุทรได้อย่างต่อเนื่องข้ามเขตแดนทางกฎหมาย แพลตฟอร์มแบบจีโอสเตชันนารีและวงโคจรต่ำของโลกที่ติดตั้งเครื่องมือ SAR สามารถสำรวจพื้นที่นับล้านไมล์ทะเลในแต่ละวัน โดยมุ่งเน้นการระบุลายเซ็นคลื่นกระเพื่อมและแรงต่างอุณหภูมิที่เรือดำน้ำทิ้มไว้ตามเส้นทางของมัน แตกต่างจากเซ็นเซอร์แบบอะคูสติกซึ่งถูกจำกัดด้วยภูมิประเทศของพื้นทะเล ระบบตรวจจับจากอวกาศมีศักยภาพในการระบุความผิดปกติจากรอบวงโคจร โดยไม่ทำให้เป้าหมายรู้ตัว การใช้งานในลักษณะนี้สามารถส่งข้อมูลกลับไปยังศูนย์บัญชาการกองทัพเรือภายในเวลาเพียง 90 วินาที เท่ากับลดระยะเวลาตอบสนองเชิงปฏิบัติการอย่างมีประสิทธิภาพ เครือข่ายดาวเทียมเหล่านี้ให้การเฝ้าระวังเชิงยุทธศาสตร์ตลอด 24 ชั่วโมงบริเวณจุดสำคัญของโลก พร้อมเปลี่ยนแปลงการรับรู้เกี่ยวกับภัยคุกคามทางทะเล

การวิเคราะห์ข้อถกเถียง: สิทธิ์ในความเป็นส่วนตัว vs ความมั่นคงแห่งชาติ ในการตรวจสอบเขตเศรษฐกิชนบท (EEZ)

การตรวจสอบด้วยเรดาร์แบบไม่ใช้เสียงได้ก่อให้เกิดคำถามเกี่ยวกับสิทธิในเขตเศรษฐกิจจำ exclusive (EEZ) แม้ว่ากฎหมายว่าด้วยทะเลจะอนุญาตให้กองทัพเรือเคลื่อนไหวใน EEZ ของประเทศอื่นได้ แต่เทคโนโลยีเรดาร์สามารถตรวจสอบสิ่งอำนวยความสะดวกตามชายฝั่ง นอกเหนือจากสิ่งปลูกสร้างทางทหาร รัฐชายฝั่งอ้างว่ามาตรการเช่นนี้ขัดต่อมาตรา 88 ของอนุสัญญาสหประชาชาติว่าด้วยกฎหมายทะเล (UNCLOS) ซึ่งเกี่ยวข้องกับกิจกรรมอย่างสันติในเขต EEZ โดยเฉพาะเมื่อมีการเฝ้าสังเกตการณ์งานสำรวจทรัพยากร ในทางกลับกัน กองทัพเรือโต้แย้งว่าเนื่องจากแนวรบยังคงอยู่ในทะเลหลวง การตรวจจับเรือดำน้ำในน่านน้ำที่มีข้อพิพาทกัน จะช่วยป้องกันยุทธศาสตร์ทำลายล้างใต้น้ำได้ ผู้เชี่ยวชาญด้านกฎหมายระบุถึงความแตกต่างที่เพิ่มมากขึ้นระหว่าง "การวิจัยทางทะเล" กับ "การสอดแนมทางทหาร" โดย 47% ของประเทศท้าทายการเฝ้าสังเกตการณ์ผ่านการแลกเปลี่ยนทางการทูต ดังนั้นกรอบแนวทางสมดุลจึงต้องจัดการกับความจำเป็นในการรักษาการควบคุมชายฝั่งและภารกิจปกป้องความมั่นคงแห่งชาติ

ศักยภาพทางการค้าของเทคโนโลยีเรดาร์ใต้น้ำ

โซลูชันสำหรับการตรวจสอบท่อส่งน้ำในพื้นที่น้ำตื้น

เรดาร์ใต้น้ำเป็นครั้งแรกที่ให้การตรวจสอบท่อส่งโดยตรงในเขตใกล้ชายฝั่ง (ความลึกถึง 50 เมตร) ซึ่งประสิทธิภาพของอุปกรณ์โซนาร์รุ่นก่อนหน้านี้ไม่เพียงพอสำหรับงานประเภทนี้ ผู้ดำเนินการสามารถประเมินความสมบูรณ์ของการฝังท่อแบบไม่รบกวนได้จากการตรวจสอบและการแปลผลสะท้อนของคลื่นวิทยุในชั้นดินที่มีความหนาแน่นแตกต่างกันและจุดที่เกิดสนิม การเคลื่อนตัวระดับมิลลิเมตรที่เกิดจากแรงกัดเซาะหรือการเคลื่อนไหวทางแผ่นดินไหวคือการเตือนภัยที่คุณสามารถใช้ได้อย่างประหยันในการบำรุงรักษาเชิงทำนาย เพื่อป้องกันหายนะทางสิ่งแวดล้อม และข้อมูลโปรไฟล์แม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความละเอียดสูงคือวิธีที่คุณจะได้รับข้อมูลดังกล่าว นอกจากนี้ การแจ้งเตือนเหตุผิดปกติแบบทันทียังช่วยให้สามารถดำเนินการแก้ไขกลางทะเลได้ตามความจำเป็นจริง ลดต้นทุนการดำเนินงานลงได้ถึง 40% เมื่อเทียบกับการตรวจสอบโดยนักดำน้ำ เทคโนโลยีนี้ยังช่วยสร้างโครงสร้างพื้นฐานพลังงานที่ยั่งยืน โดยสร้างผลกระทบต่อพื้นทะเลน้อยที่สุด ในบริเวณที่เคยเป็นแท่นขุดเจาะและเส้นทางสายเคเบิลที่กำลังใช้งานอยู่

เรดาร์คลื่นความถี่กว้างสูงสำหรับโบราณคดีทางทะเล

การละลายของดินและการลดพื้นที่ปฏิกิริยา ช่วยปรับปรุงสภาพการเคลื่อนที่ภายในชั้นหินคลุมแบบกรอกสามมิติที่มีพื้นที่กระแสน้ำขึ้นลงตื้นมาก พัลส์ไฟฟ้าสามารถสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำที่สามารถตรวจจับวัตถุโลหะ เศษเครื่องปั้นดินเผา และโครงสร้างไม้ที่ฝังอยู่ใต้พื้นด้วยความแม่นยำระดับ 15 ซม. แม้ในพื้นที่ทะเลที่เต็มไปด้วยโคลน แคมเปญสำรวจในทะเลเมดิเตอร์เรเนียนในปี 2023 ใช้การประมวลผลข้อมูลหลายช่วงคลื่นเพื่อระบุตำแหน่งแหล่งรวมโอ่งเก็บของแบบ amphorae ของชาวเฟนีเชียน พร้อมกับการอนุรักษ์ภูมิทัศน์เชิงมานุษยวิทยาไว้ การสแกนระดับเซนติเมตรนี้แทนที่การขุดลอกทำลายชั้นใต้ทะเล ช่วยให้สามารถจัดเก็บข้อมูลดิจิทัลของซากเรืออับปางที่เปราะบางไว้ได้ ระบบ UWB เพิ่มความเร็วในการทำแผนที่พื้นที่ขึ้น 3 เท่าในสภาพแวดล้อมที่ขุ่นมัว ซึ่งไม่สามารถใช้การสแกนด้วยแสงได้

คำถามที่พบบ่อย

ทำไมระบบเรดาร์จึงทำงานได้ไม่ดีใต้น้ำ?

ระบบเรดาร์ทำงานได้ไม่ดีใต้น้ำเนื่องจากสัญญาณถูกดูดกลืนและกระเจิงโดยเร็วจากคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสูงของน้ำทะเล ซึ่งเป็นตัวการหลักที่ทำให้สัญญาณอ่อนตัว

ระบบเรดาร์ที่ทันสมัยชดเชยการสูญเสียสัญญาณใต้น้ำอย่างไร

ระบบเรดาร์ที่ทันสมัยสามารถตรวจจับการรบกวนบนพื้นผิวน้ำที่เกิดจากซับมารีน โดยใช้เทคโนโลยีเช่น เรดาร์คลื่นมิลลิเมตร (millimeter-wave radar) และเรดาร์แบบดอปเปลอร์ (Doppler radar) เพื่อตรวจจับรูปแบบและลายเซ็นเฉพาะ โดยไม่ต้องพึ่งพาเทคนิคทางเสียง

มีความก้าวหน้าใดบ้างในด้านการตรวจจับซับมารีนด้วยเรดาร์

ความก้าวหน้ารวมถึงการใช้เรดาร์ในการตรวจจับคลื่นที่เกิดจากเรือดำน้ำ ปรับปรุงอัลกอริทึมให้ตรวจจับได้แม่นยำยิ่งขึ้น และผสานการทำงานกับภาพถ่ายดาวเทียมเพื่อลดสัญญาณเตือนเท็จ นอกจากนี้ ระบบเรดาร์ที่ติดตั้งบนอวกาศยังให้ศักยภาพในการตรวจสอบที่ครอบคลุมกว่า

เทคโนโลยีเรดาร์ใต้น้ำมีการประยุกต์ใช้ในเชิงพาณิชย์หรือไม่

ใช่ เทคโนโลยีเรดาร์ใต้น้ำมีการประยุกต์ใช้ในทางการค้า เช่น การตรวจสอบท่อส่งในน้ำตื้น ซึ่งให้ความแม่นยำระดับมิลลิเมตร และการโบราณคดีใต้ทะเล ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจจับวัตถุโบราณและทำแผนที่บริเวณโบราณสถาน