Intercettatore sonar: differenze tra le versioni

Versione delle 11:39, 6 dic 2018

Versione attuale delle 06:51, 16 mar 2025

Riga 1:

[[File:Tigerfish torpedo.jpg|thumb|right|300px| Siluro filoguidato con ricerca attiva: (vettore)]]

L{{'}}'''intercettatore sonar''' è un apparato di localizzazione subacquea simile al [[sonar passivo]], è però indirizzato soltanto alla scoperta degli impulsi emessi dai [[siluro|siluri]], genericamente indicati come ''vettori'', ([[sonar per siluri|siluri filoguidati con ricerca attiva]]) in un campo di frequenze molto più elevato che nel passivo, esegue inoltre il controllo delle loro accostate<ref>{{cita|Horton |pp. 269-286}}.</ref> <ref group="N">L'intercettatore non si limita alla ricezione degli impulsi emessi dai vettori ma ne controlla gli spostamenti angolari in virtù del circuito BDI (vedi: [[Collimazione sonar con la trasformata di Hilbert ]])</ref>.

L'apparato è di notevole importanza per la navigazione dei sottomarini nelle fasi di sorveglianza o di attacco.

'''Fenomeni della riverberazione in mare,''' accompagnano le emissioni acustiche del sonar attivo generate per l’illuminazione impulsiva dei bersagli, sono caratterizzati da tre tipi di riflessioni particolari che si manifestano, sia isolatamente, sia contemporaneamente in dipendenza delle caratteristiche dell’ambiente subacqueo.

L’estensione del campo di frequenza rispetto al sonar passivo è dovuta al fatto che i vettori, date le ridotte dimensioni delle basi acustiche di emissione, devono operare a frequenze elevate per avere buoni [[Sistemi direttivi subacquei|guadagni di direttività]].

Tipologie della riverberazione:

==Descrizione==

*riverberazione di superficie (causata dalla riflessione delle onde acustiche che colpiscono la superficie del mare, tanto più elevata quanto è l'increspatura del mare)

La descrizione dell'intercettatore è articolata secondo la struttura del sonar passivo con le varianti che diversificano i due sistemi di localizzazione subacquea.

=== Caratteristiche dei bersagli rilevate dal sonar ===

*riverberazione di fondo ( causata dalle riflessione delle onde acustiche che colpiscono il fondo del mare, tanto più elevata quando il fondo è roccioso )

Le caratteristiche dei bersagli dedotte dall'intercettatore sono:

*Posizione angolare rispetto al Nord <ref group="N">Oppure rispetto all'asse longitudinale del battello sul quale è installato il sonar.</ref>

*Traiettoria

*Misura della quota

*Rilevamento delle accostate

*Misura della distanza <ref group="N">La misura si riferisce alla distanza fisica tra sottomarino e bersaglio; da non confondersi con la portata che indica la probabile distanza massima di scoperta del bersaglio</ref>

=== Sequenza operativa ===

*riverberazione di volume ( causata dalle riflessione delle particelle disperse in mare ed altre cause)

La sequenza operativa dell'intercettatore raccoglie tute le funzioni e/o gli eventi che si sviluppano nel localizzatore ed in mare dall'inizio dell'attività di ricerca dei vettori alla scoperta e visualizzazione delle loro tracce:

Nel localizzatore ed in mare: Valutazioni delle condizioni ambientali (tracciamento dei raggi acustici e calcoli di previsione della portata) <ref group="N">Operazioni di calcolo eseguite dopo rilievi acustici e termici in mare</ref>

I fenomeni della riverberazione, rilevati strumentalmente da un idrofono immerso in mare, portano ad una visione oscilloscopica riportata in figura:

Nel localizzatore ed in mare: Trasduzione degli impulsi acustici ricevuti con la base idrofonica in segnali elettrici.

[[File:riveberazione.jpg|thumb|left| Riverberazione causata dall'impulso del sonar ]]{{clear}}

Soltanto in mare: Si affrontano i problemi dovuti al rumore del mare e ai disturbi generati dal sistema di propulsione dal vettore lungo la sua corsa

Il fenomeno impulsivo di figura mostra nell'ordine:

Soltanto nel localizzatore: Elaborazione dati e visualizzazione delle tracce degli impulsi emessi dai vettori.

*Una prima fase - l'emissione dell'impulso del sonar -

=== Sistema di ricezione ===

*Una seconda fase - la comparsa di una porzione dell'energia acustica riflessa dall'ambiente che la riverbera -

Il sistema dì ricezione degli impulsi acustici dell 'intercettatore è, a grandi linee, costituito da una base idrofonica in alta frequenza e da una complessa struttura di elaborazione dati che ne riceve i segnali elettrici.

*Una terza fase - la comparsa dell'eco del bersaglio coperto in parte dalla riverberazione-

==== Base idrofonica ====

== Geometria per i calcoli della riverberazione di superficie ==

[[File:circolaredtc.jpg|thumb|left|103x103px|Base acustica cilindrica]]

La figura mostra il caso di una nave e un sottomarino:

Ha il compito di trasdurre le pressioni acustiche dagli impulsi generati dai vettori in deboli tensioni elettriche da inviare al sistema ricevente dell'intercettatore.

Il sonar che emette gli impulsi è sulla una nave.

==== Cofano elaborazione dati ====

Il bersaglio che deve essere illuminato dagli impulsi sonar è a mezza quota.

[[File:sauro9dtc.jpg|thumb|right|Circuiti per la formazione fasci]]La base idrofonica è di tipo cilindrico.

Preamplificatori con connettori di collegamento con la base idrofonica

Ricevitori a fasci preformati in Af

[[File:1supriv.jpg|thumb|left| Geometria per la riverberazione di superficie]]

{{clear}}

Sistema di rilevamento angolare di precisione della posizione dei vettori

Il calcolo dell'intensità della riverberazione è rimesso all'algoritmo:

Il cofano di elaborazione dati è composto dalle sezioni funzionali:

<math> RLs = SL - ( 120 + 40 \cdot \log_{10}{ R2 }) - 2 \cdot \alpha \cdot R2 + ss + ( c \cdot t \cdot R1/2 ) \cdot \alpha r </math>

Preamplificatori e connettori di collegamento con la base idrofonica, amplificano in modo selettivo i segnali impulsivi generati dalla base. Generalmente il campo delle frequenze di lavoro dell'intercettatore si estende da <math> 10000 \ Hz \ a \ 80000 \ Hz </math>.

Dove:

Circuiti a [[sonar a fasci preformati|fasci preformati]] Af, generano un insieme di fasci acustici per la scoperta dei vettori per tutto l'arco dell'orizzonte

<math> RLs = </math> livello della riverberazione in <math> dB/\mu Pa </math>

Sistema di [[sistemi direttivi subacquei|rilevamento angolare]] di precisione della posizione dei vettori, è indirizzato sulla scorta delle indicazioni fornite dai fasci preformati.

=== Elaborazione segnali dei vettori ===

[[File:xxsauro13dtc.jpg|thumb|left|Consolle di calcolo e presentazione delle tracce degli impulsi emessi dai vettori]]

L'elaborazione dei segnali acustici dovuti alle emissioni impulsive dei vettori è affidata ad un complesso sistema di rivelazione dati governato ed interfacciato con la consolle di comando e controllo.

Funzioni esplicate dalla consolle:

Presentazione a cascata: è un particolare sistema di visualizzazione degli impulsi che ha in ascisse la direzione di scoperta ed in ordinate il tempo trascorso dall'inizio del rilevamento (traccia la storia della traiettoria del vettore) dello scenario subacqueo per la funzione di scoperta, lo schermo video dedicato per tale compito è nella parte alta della consolle.

Presentazione in coordinate cartesiane dei diagrammi relativi ai calcoli del percorso dei raggi acustici in mare <ref group="N">Generalmente l'operazione di tracciamento dei raggi acustici in mare viene fatta prima d'iniziare la fase di scoperta dei bersagli</ref>; lo schermo dedicato è nella parte inferiore della consolle.

Presentazione video della funzione BDI <ref group="N">La funzione BDI consente di scoprire eventuali accostate del vettore</ref>.

Comando a mezzo volantino della punteria manuale; presentazione del valore angolare connesso con il rilevamento della posizione dei vettori.

== Calcolo della portata di scoperta ==

Il calcolo della portata di scoperta dell'intercettatore è simile a quello relativo al sonar passivo; le dimensioni delle variabili sono però diverse rispetto a quello dato che il primo è chiamato a lavorare in un campo di frequenze, livelli, e tempi di durata del fenomeno impulsivo, molto diversi dal secondo.

Nell'intercettatore il percorso dell'impulso emesso dal siluro è pari ad <math>(R_o) </math>, distanza fisica tra sonar e vettore.

[[File:zonaombra.jpg|thumb|right|200px|Tracciato propagazione anomala; in grigio la zona d'ombra]]

La portata di scoperta dell'intercettatore indica in generale la probabile distanza <math>(R) </math> alla quale tale componente può scoprire le emissioni di vettori lontani.

La portata di scoperta non è un dato certo, ma una previsione a carattere probabilistico.

Le equazioni che regolano la stima della portata sono valide se il sottomarino non è nella zona d’ombra, tale zona è generata dalla propagazione anomala del suono in mare<ref>{{cita | Del Turco|pp. 200-206}}.</ref>.

===Variabili===

Il [[portata sonar passivo|calcolo della portata]] richiede le seguenti variabili <ref group="N">variabili analoghe sono impiegate anche nel calcolo della portata di un sonar passivo</ref>:

campo delle frequenze di ricezione espresso in <math> Hz </math>

pressione acustica <math>LI </math> dell'impulso emesso dal vettore espressa in <math>dB /\mu Pa/1 \ m</math>.

distanza <math> R </math>, secondo le previsioni di calcolo della portata, tra vettore e l'intercettatore espressa in <math> km </math>

guadagno <math>DI </math> della base acustica dell'intercettatore espresso in <math> dB </math>

rumore del mare <math> NL </math> espresso in <math>dB /\mu Pa/ \sqrt{Hz}</math>

valori delle probabilità di falso allarme accettate, <math> Pfa </math>, espressi in percentuale <ref group="N">devono essere estremamente piccoli data la funzione di sorveglianza che l'intercettatore deve svolgere con un basso margine d'incertezza</ref>.

valori delle probabilità di rivelazione volute, <math> Priv </math>, espressi in percentuale <ref group="N">devono essere molto elevati data la funzione di sicurezza che devono offrire</ref>.

soglia di rivelazione dell'intercettatore <math>DT SL</math> =espressa in <math> dB </math>, livellodipende d'emissioneda del<math> sonarPriv in</math> e <math> dB/\muPfa Pa/1m</math>

===Algoritmo di previsione===

<math> R2 = </math> distanza del bersaglio in <math> Km </math>

La previsione della portata R dell'intercettatore si ottiene dalla soluzione del sistema trascendente:

<math>\begin{cases} TL = 60 + 20 \cdot \log_{10}{ R } + \alpha \cdot R\\

<math> \alpha = </math> coeff. d'assorbimento <math> dB/Km </math>

TL = SL + DI - NL - DT + 10 \cdot \log_{10}{ BW }

\end{cases}</math>

Il calcolo di <math>TL</math><ref group="N">I calcoli sono confortati dall'impiego del

<math> R1 = </math> distanza dalla zona riverberante in <math> Km </math>

Regolo Raytheon</ref><ref>{{cita | Raytheon |}}.</ref> nella prima equazione è volto a stabilire la massima attenuazione sostenibile dell'impulso emesso dal vettore con le variabili indicate nell'equazione data.

Maggiore sarà il valore di <math> LI </math> (pressione acustica dell'impulso emesso dal vettore) più elevata sarà la probabilità di scoperta.

<math> ss = </math> coefficiente di riflessione della superficie (formula di Chapman - Harris tra le diverse)

Maggiore sarà il valore del <math> DI</math> (guadagno della base ricevente del sottomarino) più elevata sarà la probabilità di scoperta.

<math> c = </math> velocità del suono <math> m/Sec. </math>

Maggiore sarà il valore del <math>NL</math> (livello del rumore del mare) minore sarà la probabilità di scoperta.

<math> \alpha r = </math> angolo di radenza di superficie in gradi

Maggiore sarà il valore del <math>DT </math> (soglia di rivelazione del ricevitore sonar) minore sarà la probabilità di scoperta.

<math> t = </math> durata dell'impulso di emissione <math> Sec. </math>

I valori delle probabilità di falso allarme<math> Pfa</math> sono implicite nel calcolo del <math>DT</math> e sono espressi in percentuale.

== Geometria per i calcoli della riverberazione di fondo ==

I valori delle probabilità di rivelazione <math> Priv</math> sono implicite nel calcolo del <math>DT</math> e sono espresse in percentuale.

La figura mostra un caso tra due sottomarini:

Stabilita l'attenuazione massima che l'intercettatore può accettare per la rivelazione degli impulsi emessi dal vettore, in base alle caratteristiche proprie e alle condizioni esterne, si deve impostare la seconda equazione per il calcolo dell'attenuazione che il suono subisce nel tratto di mare tra il vettore e l'intercettatore.

Il sonar che emette gli impulsi è su smg1.

Dato che l'attenuazione del suono in mare dipende, sia dalla divergenza dei raggi acustici, sia dall'assorbimento delle onde in funzione della frequenza della sorgente, questa dipendenza è espressa dalla seconda equazione:

Il bersaglio che deve essere rilevato è smg2.

<math>TL = 60 \ dB + 10 \cdot log_{10} {R} + \alpha \cdot R </math>

In questa equazione il valore di <math>TL</math> esprime l'attenuazione [[trasmissione del suono in mare|(per divergenza e assorbimento)]] della pressione dell'impulso acustico emesso dal vettore al variare della distanza <math>R</math> e del valore del coefficiente d'attenuazione <math> \alpha </math>.

[[File:riverberodifondo.jpg|thumb|left| Geometria per la riverberazione di fondo]]

{{clear}}

Nell'equazione è ipotizzata la propagazione sferico-cilindrica; il primo addendo, indicato in <math>60 \ dB</math> tiene conto del fatto che la variabile <math>R </math> è espressa in <math>km </math> invece che in metri.

Il calcolo dell'intensità della riverberazione di fondo è rimesso all'algoritmo:

Il secondo addendo è relativo all'attenuazione per divergenza per propagazione sferico-cilindrica, il terzo addendo, infine, è relativo all'attenuazione per assorbimento in funzione di <math>R</math> e della frequenza (tramite <math>\alpha</math>).

<math> RLs = SL - ( 120 + 40 \cdot \log_{10}{ R_o }) - 2 \cdot \alpha \cdot R_o + ss + ( c \cdot t \cdot R/2 ) \cdot \theta </math>

==== Esempio ====

Dove:

Un esempio di calcolo della portata di un intercettatore è risolvibile, per via grafica, assumendo le seguenti variabili:

Frequenza dell'impulso trasmesso dal vettore: <math> F = 60000 \ Hz </math>

<math>Livello RLsindice =di </math>trasmissione livelloipotizzato dellaper riverberazioneil intrasmettitore del vettore: <math>LI = 210 \ dB/\mu Pa /1m</math>

Livello del [[rumore del mare]] messo a calcolo per <math> SS = 6 </math> e <math> F = 60000 \ Hz </math> : <math>NL = 41 \ dB/\mu Pa/ \sqrt{Hz}</math>

Guadagno di direttività della base ricevente <ref group="N" >Dati i valori elevati delle frequenze impiegate nei sistemi d'intercettazione le basi di ricezione possono avere dimensioni modeste; ad esempio un base ricevente quadrata di 12 x 12 cm ha una direttività di circa 25 \ dB.</ref> dell'intercettatore del sottomarino: <math> DI = 26 \ dB </math>

Larghezza di banda del ricevitore:

<math> BW = 1500 \ Hz</math>

Durata d'impulso emesso dal vettore: <math> t = 0.001 \ s. </math>

Probabilità di scoperta: <math> Priv = 98 \% </math>

Probabilità di falso allarme <math> Pfa = 0.0001 \% </math>

Con questa coppia di [[probabilità di scoperta sonar|valori probabilistici dalle curve ROC]] si legge: <math> d = 25 </math>

Propagazione: sferico/cilindrica

Soglia di rivelazione calcolata con la formula <ref>{{cita|Urick|pp. 377-403}}.</ref>:

<math> DT = 5 \cdot log_{10} {(BW\cdot d / t)} </math> = <math> 5 \cdot log_{10} {(1500\cdot 25 / 0.001)}</math> = <math> 38 \ dB</math>

<math>Con SLi =dati </math>impostati livellosi d'emissioneapplica della sonarprima equazione in <math>TL dB/\mu Pa/1m</math> ottenendo:

<math> R2TL = LI + DI - DT - NL </math> distanza= del<math> bersaglio210 in\ dB + 26 \ dB - 38 \ dB - 41 \ dB </math> Km= <math> 157 \ dB </math>

Successivamente s'imposta la variazione del <math> TL </math> con la seconda equazione in funzione della distanza <math> R </math> e del coefficiente di assorbimento <math>\alpha</math>

<math> \alpha = </math> coeff. d'assorbimento <math> dB/Km </math>

<math>Il R1valore =di <math>\alpha</math> distanza,calcolato dallacon zonala riverberanteformula di fondoThorp in<ref>{{cita|Thorp|articolo}}.</ref> per <math> f</math> in <math> KmkHz </math>:

<math> \alpha = \left[ \frac{0.1 \cdot f^2}{1 + f^2} \right] + \left[ \frac{40\cdot f^2}{4100 + f^2} \right]+ \left[ \frac{2.75 \cdot f^2}{10^4} \right]</math>

<math> ss = </math> coefficiente di riflessione di fondo (si veda Ref1)

che, per <math> cF = 60 \ kHz </math> velocità del suonorende <math>\alpha m/Sec = 19.7 \ dB/km </math>

<math> \thetaTL = 60 \ dB + 20 \cdot log_{10} {R} + R \cdot \alpha</math> angolo= di<math>60 radenza di\ fondodB in+ gradi

20 \cdot log_{10} {R} + 19.7 \cdot R </math>

[[File:intercettatoredtc.jpg|thumb|left| Soluzione grafica della portata dell'intercettatore: curva rossa massima attenuazione consentita a calcolo, curva blu attenuazione in funzione della distanza]]

<math> t = </math> durata dell'impulso di emissione <math> Sec. </math>

In un sistema di assi cartesiani si tracciano:

la curva di <math> TL </math> della prima equazione (massima attenuazione consentita dal calcolo), risulta una parallela all'asse delle ascisse.

==Note==

la curva di <math>TL </math> della seconda equazione in funzione di <math> R.</math> (risulta una curva convessa).

L'ascissa de punto d'incontro delle due curve, <math>R = 4500 \ m </math>, corrisponde alla portata di scoperta dell'intercettatore. <ref group="N">Ricordare che nel caso in esempio la portata calcolata, di <math> 4500 </math> metri, è subordinata all'accettazione di una probabilità di falso allarme del <math>0.0001 \ \% </math> e di una probabilità di scoprire il vettore del <math>98 \%</math></ref>.

{{clear}}

==note==

;Annotazioni

<references group="N"/>

;Fonti

<references/>

==Bibliografia==

urik

* {{Cita libro|J.W. Horton,|titolo=Foundamentals of Sonar |editore= United States Naval Institute, Annapolis Maryland, 1959 |cid= Horton}}

pazienza

* {{Cita libro | C. Del Turco|titolo= Sonar- Principi - Tecnologie – Applicazioni |editore= Tip. Moderna La Spezia, 1992|cid= Del Turco}}

*{{Cita libro | autore= Robert J. Urick | titolo= Principles of underwater sound |editore= 3ª ed. Mc Graw – Hill, 1968. cap.five - six, Propagation of sound in the sea, pp. 99 - 197 | cid= Urick}}

* {{Cita libro|WH Thorp | titolo= Analytical description of the low frequency attenuation coefficient | editore= Acoustical Society of America Journal, vol. 42, 1967, pag. 270. |cid= Thorp}}

* {{Cita libro | autore= Raytheon | titolo= Sonar Performance Calculator |editore=, Submarine Signal Division - Portsmouth - USA, 1991|cid= Raytheon}}

==Collegamenti esterni==

[https://github.com/sonar2020/wiki/archive/refs/heads/main.zip N° FASCI Selenia]

[https://github.com/sonar2020/wiki2/archive/refs/heads/main.zip Sonar FALCON]

[https://github.com/sonar2020/Schemi-FALCON/archive/refs/heads/main.zip Schemi sonar FALCON]

[https://github.com/sonar2020/Sonar-Principi-Tecnologie-Applicazioni/archive/refs/heads/main.zip Testo discorsivo sul sonar]

[https://github.com/sonar2020/CorrelaTESTO/archive/refs/heads/main.zip testo tecnico sulla Correlazione]

{{Portale|guerra|marina|metrologia}}

[[Categoria:Sonar]]