Sualtı akustiği uygulamalarında ışın izleme ve yayılım kaybı hesabının kullanılması

Abstract

Işın İzleme (Ray Tracing) Yöntemi optik, elektromanyetik, akustik, jeofizik v.b. alanlarda dalga yayılım problemlerinin çözümünde yaygın olarak kullanılan bir çözüm yöntemidir. Temeli 15. Yüzyıla dayanan sualtı akustiğinde geliştirilen Işın İzleme yöntemlerinden Gaussian Demet İzleme Yöntemi, ışın izleme yönteme dayanan ve ışın izlemenin kostik (bir çeşit süreksizlik) ve mükemmel gölge bölge gibi sorunlarını çözen daha karmaşık bir algoritmadır[3]. Bu algoritma, su altı akustiğinde, ışın yollarının, iletim kaybının ve sinyal ulaşma zamanlarının hesaplanmasında kullanılır. Gaussian Demet İzleme Yöntemi, bir yüksek frekans tekniği olması nedeniyle, derin su ve çok uzak menzil problemlerini hızlı olarak çözebilmektedir. Özel olarak Işın İzleme yöntemi sualtı akustik uygulamalarında ses yayılım yollarının belirlenmesinde, İletim Kaybı hesapları ile sesin vericiden alıcıya ulaşma zamanının hesaplanmasında kullanılır[5]. Hesap işlemi sırasında kullanılan en önemli parametre, hesabın yapıldığı ortama ait ses hızı profili bilgisidir. Her ses hızı farkı su ortamında bir katman yaratır ve bu katmanlar arasında ses Snell yasasına bağlı olarak hareket eder. Sesin izlediği yol boyunca her attığı adım hesaplanarak ulaştığı mesafe ya da varış süresi bilgilerine ulaşılabilir. Işın İzleme sesin enerjisinin bittiği ya da hedefe çarptığı zaman kadar devam eder. Hedefe çarpma işleminin gerçekleşmesi için hedefin ışın yolunda bulunması gerekir. Sesin ilerlemesi esnasında ses ışını izlediği yol boyunca enerjisinde kayıplar yaşar ve bu kayıpların toplamına İletim Kaybı denir. İletim Kaybı, sesin yayılarak enerjisini kaybetmesinden, sesin enerjisinin ısıya dönüşmesinden, su içerisinde partiküllere çarpmasından yada dip ve yüzey yansımalarından kaynaklanabilir. Bu tez kapsamında, sualtı akustik dalga yayılım algoritmaları çalışmaları kapsamında Işın İzleme algoritması ile algoritmayı kullanıcının kolay kullanması amacıyla tasarlanan ileri seviyeli parametrik bir arayüz geliştirilmiştir. Tez kapsamında geliştirilen yazılımda yayılımın yapılacağı ortamın parametreleri, ses ışınını gönderecek olan kaynağa ait özellikler, ulaşılması istenen hedefe ait özellikler, ses hızı profili, sıcaklık profili ve saha parametreleri kullanıcı tarafından girilerek görsel analiz yapılması ve taşınabilir bir simülasyon ortamı sağlanması sağlanmıştır. Geliştirilen yazılım, senaryo veri giriş ekranı, hesaplama işletimi alanı, senaryo kayıt/yükleme/silme alanı, Işın İzleme alanı ve İletim Kaybı alanı olmak üzere 5 ana bölümden oluşur. Bu yazılım yardımı ile hesaplanan sualtı ses yayılım yolları ve İletim Kayıpları, izlenebilmektedir.