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[[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.
==Prototipi sonar per il vettore A184 ==
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]].
La voce '''Prototipi sonar per il vettore A184''' è relativa agli studi ed alle realizzazioni prototipiche sviluppate presso la Soc. USEA nel 1967 .
==Descrizione==
L’obiettivo consisteva nella costruzione di sistemi sonar, attivi e passivi, da inserire nelle ogive dei siluri nominati [[A184]]; a detto progetto fu dato il nome di Autoguida 1967 ( AG67 ).
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 ===
I prototipi AG67 comprendevano [[base idrofonica|basi acustiche]] ortogonali, preamplificatori, [[Effetti della cavitazione nell'impiego del sonar|trasmettitori]] e [[Ricevitore in correlazione|ricevitori]] a fasci preformati; tutto contenuto all'interno dell’ogiva.
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 ===
La sperimentazione dei prototipi fu condotta con un'ogiva acustica montata, con apposito fondello-supporto, sulla parte superiore di un sommergibile operativo; con apposito cavo i segnali di emissione e ricezione venivano convogliati in apposito locale del battello per i rilievi del caso.
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>
Il vettore multiruolo <math> A184 </math>, dall’aspetto simile al vettore [[MU 90]], ha dimensioni maggiori, un sistema di filoguida e una acustica dell’ogiva molto sviluppati.
Nel localizzatore ed in mare: Trasduzione degli impulsi acustici ricevuti con la base idrofonica in segnali elettrici.
La strategia implementata in questo tipo di vettori prevede il controllo via cavo, del loro percorso per un lungo tratto di mare, circa <math>20000</math> metri per l'indirizzamento del vettore sul bersaglio in un intorno di raggio non inferiore a <math>1500</math> metri; raggiunto il limite di distanza prevista il siluro si sgancia dalla filoguida ed inizia in modo autonomo, con il proprio sonar, la localizzazione precisa del bersaglio con la componente passiva e/o quella attiva in base alla programmazione impostata.
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
Dato che i bersagli possono essere indifferentemente navi di superficie che sommergibili la localizzazione prevede la determinazione precisa, sia della direzione
del bersaglio nel piano orizzontale, che dell'angolo tra l'orizzonte e la congiungente
siluro-bersaglio nel piano verticale.
Soltanto nel localizzatore: Elaborazione dati e visualizzazione delle tracce degli impulsi emessi dai vettori.
Questa duplice misura è possibile grazie alla struttura ogivale della testa del siluro che consente la realizzazione di due sistemi di fasci preformati ortogonali tra loro.
=== Sistema di ricezione ===
== Caratteristiche delle basi acustiche dell’ogiva ==
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.
L'ogiva acustica, schematizzata in figura , supporta due [[base idrofonica|basi idrofoniche]] ciascuna
posizionata sulle circonferenze giacenti su piani ortogonali del supporto:
==== Base idrofonica ====
[[File:a184.jpg|thumb|left|350px| *Ogiva vettore con basi idrofoniche a croce]]
{{clear}}
[[File:circolaredtc.jpg|thumb|left|103x103px|Base acustica cilindrica]]
I trasduttori delle due basi; per il piano orizzontale e per quello verticale sono evidenziati con dischetti neri; la base orizzontale è estesa su tutto l'arco dell'ogiva mentre quella verticale ne occupa soltanto una porzione.
Ha il compito di trasdurre le pressioni acustiche dagli impulsi generati dai vettori in deboli tensioni elettriche da inviare al sistema ricevente dell'intercettatore.
Dal vero l'ogiva si presenta con una superficie uniforme senza traccia dei sensori idrofonici, sensori che sono ricoperti con uno strato leggero di resina epossidica trasparente al suono.
==== Cofano elaborazione dati ====
La ricezione della base orizzontale è stata progettata per generare fasci preformati aventi i lobi con le stesse caratteristiche su tutte le direzioni, è limitata in un arco di circa <math>\pm 45</math>° rispetto all'asse longitudinale del vettore.
[[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
La ricezione della base verticale<ref>La base verticale del vettore ha un numero d'idrofoni sensibilmente inferiore alla base orizzontale.</ref>, date le geometrie nel campo, è limitata in un arco di circa <math> \pm 10</math>°.
Ricevitori a fasci preformati in Af
Con ciascuna base si rilevano dati angolari, sul piano orizzontale e su quello verticale, necessari per l'autoguida del vettore verso il bersaglio.
Sistema di rilevamento angolare di precisione della posizione dei vettori
== Dettagli della geometria della base acustica orizzontale==
Il cofano di elaborazione dati è composto dalle sezioni funzionali:
Il disegno della base acustica che si sviluppa nel piano orizzontale, per evidenziare l'arco utile con il quale si compongono i fasci preformati<ref> Anche per la base idrofonica che si sviluppa nel piano verticale il processo di formazione fasci è analogo a quello per la base orizzontale</ref> è mostrata in figura:
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>.
[[File:ag671u.jpg|thumb|left|350px| *Ogiva vettore con basi idrofoniche a croce]]
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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
Con tale geometria tutti i fasci preformati compresi tra <math>\pm 45</math>° hanno le stesse caratteristiche di guadagno e di sensibilità; date le dimensioni dell'ogiva tutte le lunghezze delle corde, accoglienti la proiezione degli idrofoni che formano un fascio, sono dell'ordine di <math> 35 cm </math>.
Sistema di [[sistemi direttivi subacquei|rilevamento angolare]] di precisione della posizione dei vettori, è indirizzato sulla scorta delle indicazioni fornite dai fasci preformati.
Nella figura il numero dei sensori non corrisponde a quello reale.
=== TecnicheElaborazione per il progettosegnali dei fascivettori preformati===
[[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.
I fasci preformati progettati per i prototipi AG67 prevedevano il rifasamento delle tensioni generate dagli idrofoni e non la loro rimessa in coerenza <ref>Il processo di rifasamento dei segnali si realizza in spazi nettamente inferiori di quanto sarebbe necessario per la loro rimessa in coerenza</ref>; ciò in virtù del fatto che il sonar doveva operare prevalentemente in attivo, con impulsi di frequenza nota (salvo il Doppler), e in passivo in banda estremamente stretta.
Funzioni esplicate dalla consolle:
Gli sfasamenti calcolati erano realizzati tramite le cellule R-C riportate in figura secondo caratteristici criteri di progetto.
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.
[[File:ag672u.jpg|thumb|left|350px| Cellula di rifasamento per segnali a banda stretta]]
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A seguito dell'industrializzazione dell'ogiva la struttura dei fasci rimase praticamente identica salvo una notevole riduzione dei volumi di tutta l'elettronica.
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.
Ad oggi la struttura attuale dei fasci preformati dell'ogiva del vettore A184 può essere sviluppata sia con il metodo indicato, sia con sistemi numerici su processori veloci che richiedono la digitalizzazione delle tensioni idrofoniche.
Presentazione video della funzione BDI <ref group="N">La funzione BDI consente di scoprire eventuali accostate del vettore</ref>.
== La portata di scoperta dell’ogiva acustica.==
Comando a mezzo volantino della punteria manuale; presentazione del valore angolare connesso con il rilevamento della posizione dei vettori.
Per il particolare modo d'impiego il sonar dell'ogiva deve consentire la portata di scoperta voluta, indicata in precedenza in <math>1500</math> metri, fissate, di massima, le seguenti probabilità di rivelazione e falso allarme:
== Calcolo della portata di scoperta ==
<math> Priv = 99% </math>
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.
<math> Pfa = 0.01 % </math>
[[File:zonaombra.jpg|thumb|right|200px|Tracciato propagazione anomala; in grigio la zona d'ombra]]
Il [[portata di scoperta del sonar|calcolo della portata]] dell'ogiva è risolto per via grafico-numerica
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.
secondo le seguenti variabili:
Frequenza dell'impulso trasmesso dal vettore: <math> F = 30000 Hz </math>
La portata di scoperta non è un dato certo, ma una previsione a carattere probabilistico.
*[[Effetti della cavitazione nell'impiego del sonar|Livello indice di trasmissione]] ipotizzato per il trasmettitore del vettore :
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>.
<math>LI = 210 dB/\mu Pa/1m</math>
===Variabili===
*Livello del rumore messo a calcolo: [[Stato del mare|rumore del mare]] + rumore del vettore:
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>
<math>NL = 57 dB/\mu Pa/Hz</math>
pressione acustica <math>LI </math> dell'impulso emesso dal vettore espressa in <math>dB /\mu Pa/1 \ m</math>.
*Forza del bersaglio <math>TS = 15 dB</math>
distanza <math> R </math>, secondo le previsioni di calcolo della portata, tra vettore e l'intercettatore espressa in <math> km </math>
*Larghezza di banda del ricevitore:
guadagno <math>DI </math> della base acustica dell'intercettatore espresso in <math> dB </math>
<math> BW = 1300 Hz</math>
*Duratarumore d'impulsodel emessomare dal<math> vettore:NL </math> tespresso =in <math>dB 0.0025/\mu Sec.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>.
*Probabilità di scoperta: <math> Priv = 99% </math>
*Probabilità di falso allarme <math> Pfa = 0.01 % </math>
*Con questa coppia di valori probabilistici dalle curve ROC si legge: <math> d* = 37 </math>
*Propagazione : sferica
*[[Differenziale di riconoscimento del sonar|Soglia di rivelazione]] calcolata con la formula:
<math> DT = 5 \cdot log_{10} {(BW\cdot d* / t)} </math> = <math> 5 \cdot log_{10} {(1300\cdot 37 / 0.0025)}</math> = <math> 36 dB</math>
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>.
Con i dati impostati si applica la prima equazione in <math>TL </math> ottenendo:
<math> TL = LI + DI + TS - DT - NL </math> = <math> 210 dB + 23 dB + 15 dB - 36 dB - 57 dB </math> = <math> 155 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>
Il valore di <math>\alpha</math> ,calcolato con la formula di Thorp per <math> f</math> in <math> KHz </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>
che,soglia di rivelazione perdell'intercettatore <math>DT F</math> =espressa 30in KHz<math> dB </math>, dàdipende da <math>\alpha Priv =</math> e 7.5<math> dB/KmPfa </math>
===Algoritmo di previsione===
<math> TL = 60 dB + 20 \cdot log_{10} {R} + R \cdot \alpha</math> = <math>60 dB +
La previsione della portata R dell'intercettatore si ottiene dalla soluzione del sistema trascendente:
20 \cdot log_{10} {R} + 7.5 \cdot R </math>
La soluzione grafica del problema in figura:
[[File:ag1700u.jpg|thumb|left|350px| Soluzione grafica per la portata del vettore]]
{{clear}}
E’ tracciata la curva di <math> TL </math> della prima equazione (retta rossa parallela alle ascisse)
È tracciata la curva di <math>TL </math> della seconda equazione in funzione di <math> R. </math> (in blu).
Il risultato della computazione, punto d'intersezione tra le due curve, indica una portata di<math> 1700 </math> metri, di poco superiore a quella dichiarata ( <math> 1500 </math> metri ) come caratteristica rilevante per il vettore.
Osservazione: La portata calcolata, a carattere probabilistico, è sempre subordinata alla scelta di:
<math> Priv = 99% </math>
<math> Pfa = 0.01 % </math>
==Note==
<references/>
==Voci correlate==
*[[Algoritmi di correlazione nel rilevamento sonar]]
*[[Base idrofonica]]
*[[Collimazione dei bersagli mediante trasformata di Hilbert]]
*[[Cortine idrofoniche cilindriche]]
*[[Differenziale di riconoscimento del sonar]]
*[[Effetti della cavitazione nell'impiego del sonar]]
*[[Fasci preformati]]
*[[Fenomeni della riverberazione in mare]]
*[[Forza del bersaglio nella scoperta sonar attiva]]
*[[Impostazione della soglia di rivelazione del sonar]]
*[[Misura della distanza tramite sonar]]
*[[Portata di scoperta del sonar]]
*[[Propagazione del suono in mare]]
*[[Ricevitore in correlazione]]
*[[Rumore delle navi]]
*[[Stato del mare]]
*[[Trasformazione delle caratteristiche di direttività del sonar]]
*[[Funzione d'intercettazione del sonar degli impulsi emessi dai vettori]]
== Bibliografia==
*Robert J. Urick, ''Principles of underwater sound '', Mc Graw – Hill|edizione=3ª, 1968
*Aldo De Dominics Rotondi, ''Principi di elettroacustica subacquea'' , Elettronica San Giorgio-Elsag S.p.A. Genova, 1990.
* Nat. Def. Res.Comm. Div.6 Sum. Tech. rep. vol.22, ''Acoustic Torpedoes'',1946
==Curve==
[[File:1dfpriv.jpg|thumb|left|350px|* d* = f( Priv.)]]
{{clear}}
[[File:2dfpriv.jpg|thumb|left|350px| DT = f( d* )]]
{{clear}}
[[File:3dfpriv.jpg|thumb|left|350px| R = f( DT ) ]]
{{clear}}
[[File:4dfpriv.jpg|thumb|left|350px| Priv. = f(R) ]]
{{clear}}
==Bozza del testo==
==Calcolo della probabilità di scoperta come funzione della distanza del bersaglio==
Il problema relativo al calcolo della probabilità di scoperta in passivo <math>(Priv.)</math> in funzione della distanza del bersaglio, <math> Priv. = f (R)</math> è stato sviluppato per mostrare come varia la probabilità di scoperta <math>(Priv) </math> in funzione della variazione della distanza del bersaglio.
== Calcolo di una portata di scoperta di riferimento==
Per raggiungere l'obiettivo i computi iniziano con un calcolo di portata di scoperta
di riferimento per un sonar passivo secondo le equazioni:
<math>\begin{cases} TL = 60 + 20 \cdot \log_{10}{ R } + \alpha \cdot R\\
\end{cases}</math>
Il calcolo di <math>TL</math><ref group="N">I calcoli sono confortati dall'impiego del
dove, nella prima equazione:
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>TL = </math> attenuazione, espressa in deciBel, dipendente dalla distanza <math>R</math> espressa in km e dal [[Propagazione del suono in mare|coefficiente d'assorbimento ]] <math>\alpha</math>
Maggiore sarà il valore del <math> DI</math> (guadagno della base ricevente del sottomarino) più elevata sarà la probabilità di scoperta.
e nella seconda equazione:
Maggiore sarà il valore del <math>NL</math> (livello del rumore del mare) minore sarà la probabilità di scoperta.
<math>TL = </math> attenuazione, espressa in deciBel, dipendente da:
*<math>BW = </math> banda delle frequenze di ricezione del sonar in Hz.
*<math> SL = </math> rumore "spettrale" irradiato dal bersaglio in dB/<math>\mu </math> Pa/ <math>\sqrt{Hz}</math>.
*<math>NL = </math>rumore "spettrale" del mare in dB/<math>\mu </math> Pa/ <math>\sqrt{Hz}</math>.
*<math>DI =</math> guadagno di direttività della base idrofonica ricevente in dB.
*<math>DT =</math> [[Differenziale di riconoscimento del sonar|soglia di rivelazione]] in correlazione in dB<ref name=Urick /> a sua volta dipendente da:
:*<math>d</math> = parametro probabilistico<ref> Questa variabile rende il calcolo della portata non deterministico</ref>
:*<math>BW</math> = banda del ricevitore
:*<math>RC</math> = costante d'integrazione del rivelatore
Maggiore sarà il valore del <math>DT </math> (soglia di rivelazione del ricevitore sonar) minore sarà la probabilità di scoperta.
=== Calcolo della portata di riferimento con il metodo grafico ===
Significativa la soluzione grafica del sistema trascendente con le variabili:
*<math>SL = 140 dB</math>
*<math>NL = 58 dB</math>
*<math>DI = 10 dB</math>
*<math>BW = 2000 Hz</math>
*<math>RC = 0.1 s</math>
*<math>d = 28 ( Priv = 99\%; Pfa = 0.1\% )</math>
I valori delle probabilità di falso allarme<math> Pfa</math> sono implicite nel calcolo del <math>DT</math> e sono espressi in percentuale.
Con questi valori si ottiene questo grafico:
[[File:xxxxxx.jpg|thumb|350px|left]]
{{clear}}
in cui:
*la curva blu rappresenta la prima equazione del sistema
*la retta rossa rappresenta la seconda equazione del sistema
*l'ascissa del loro punto d'intersezione indica la portata calcolata, nell'esempio: <math>R = 46 </math> Km
I valori delle probabilità di rivelazione <math> Priv</math> sono implicite nel calcolo del <math>DT</math> e sono espresse in percentuale.
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.
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:
<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>.
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.
l'impiego del calcolatore delle curve ROC e un insieme di routine accessorie
da eseguire su P.C. per le soluzioni di equazioni trascendenti con metodi iterativi.
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>).
==Calcolo della portata di un sonar passivo di riferimento ==
Per sviluppare quanto accennato nelle generalità è necessario impostare il calcolo
della portata di un sonar passivo di riferimento secondo la sequenza delle variabili quali
F1 ; F2   estremi di banda delle frequenze di ricezione:
F1 = 1000 Hz;
==== Esempio ====
F2 = 3000 Hz
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>
Livello indice di trasmissione ipotizzato per il trasmettitore del vettore: <math>LI = 210 \ dB/\mu Pa/1m</math>
fo frequenza media geometrica nella banda: fo = 1.7 KHz
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>
SL   s'ipotizza come sorgente del segnale un cacciatorpediniere di vecchia generazione che naviga a 20 nodi; dai tabulati in letteratura, per fo = 1.7 KHz, si ha:
SL = 140 db/microPascal/Hz
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:
NL   s'ipotizza il mare a forza 2; dai tabulati in letteratura, per fo = 1.7 KHz, si ha:
NL = 58 dB/microPascal/Hz
<math> BW = 1500 \ Hz</math>
DI   si assume un guadagno di direttività della base ricevente di: DI = 10 dB
Durata d'impulso emesso dal vettore: <math> t = 0.001 \ s. </math>
RC   si pone a calcolo una costante di tempo d'integrazione di: RC = 0.1 Sec.
Probabilità di scoperta: <math> Priv = 98 \% </math>
d   si stabilisce di avere una probabilità di scoperta del 99% con una probabilità di falso allarme del 0.1 %; d = 28
Probabilità di falso allarme <math> Pfa = 0.0001 \% </math>
Propagazione   s'ipotizza di operare a quote profonde con: propagazione sferico/cilindrica
Con questa coppia di [[probabilità di scoperta sonar|valori probabilistici dalle curve ROC]] si legge: <math> d = 25 </math>
BW   la larghezza di banda del ricevitore è: BW = F2-F1 = 2000 Hz
Propagazione: sferico/cilindrica
DT   il valore è: DT = 27.2 dB
Soglia di rivelazione calcolata con la formula <ref>{{cita|Urick|pp. 377-403}}.</ref>:
Con i dati impostati si applica l'equazione 1) ottenendo:
<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>
TL = SL + DI - NL - DT + 10 Log BW = 140 dB + 10 dB - 58 dB - 27.2 dB + 10 Log 2000 = 97.8 dB
Dopo il calcolo del TL si computa ora la variazione del TL in funzione della distanza
R e del coefficiente di assorbimento "a"
TL = 60 dB + 20 Log R + a R = 60 dB + 20 Log R + 0.1 R <br><br>
dove il valore di "a" ,calcolato con la formula riportata in p42, è: a = 0.1 dB/Km
La soluzione del sistema tra la 1) e la 2) porta ad un valore di R = 46 Km.
Questo esercizio mostra come, con le variabili indicate per i calcoli della portata, alla coppia Priv = 99% e Pfa. = 0.1% corrisponda un valore della distanza di R = 46 Km; per valori crescenti di questa distanza calcoleremo la riduzione della probabilità di rivelazione (Priv.) di questo sonar di riferimento.
==Processo di calcolo di Priv. = f (R) ==
Il computo della funzione Priv. = f (R) inizia con la stesura di una tabella da ricavarsi con il calcolatore curve ROC di P80.
Fissato il valore di Pfa. = 0.1 %, come da sonar di riferimento, si computano 20 valori del parametro "d" per altrettanti valori di Priv. da Priv = 5% a Priv = 99% a passi del 5%, dopo lungo e complesso lavoro il calcolatore ROC fornisce tutti i dati per compilare la tabella:
Alla prima tabella segue la seconda nella quale, sempre secondo le variabili del sonar di riferimento, si calcola il valore del DT in funzione del "d" ricavato da tab.1 [DT = f (d)] secondo l'espressione:
DT = 5 Log[ d BW / (2 RC) ]
Con i valori del DT della tab.2, secondo l'equazione:
60 + 20 log R + 0.1 R = SL + DI - NL - DT + 10 log BW
che in base ai dati del sonar di riferimento ed esplicitata in R diventa:
20 log R + 0.1 R = 65 - DT
si risolve in R tramite processi iterativi al P.C. ottenendo infine la tabella 3
Con i dati impostati si applica la prima equazione in <math>TL </math> ottenendo:
Si può osservare che l'ultima coppia di tabella coincide, come voluto, con la distanza computata per il sonar di riferimento: R = 46 Km per Pfa = 0.1 % e Priv. = 99%.
<math> TL = LI + DI - DT - NL </math> = <math> 210 \ dB + 26 \ dB - 38 \ dB - 41 \ dB </math> = <math> 157 \ dB </math>
La soluzione del problema posto è ora mostrata in forma di grafico nella figura 1; in essa sono riportate le coppie di numeri di tabella 3 con la Priv. in ordinate, che decresce in funzione della distanza R in ascisse che da R = 46 Km s'incrementa verso i 70 Km; sempre per Pfa. = 0.1% costante.
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>
In figura, tracciate in rosso, le coordinate della coppia di valori di partenza caratteristici del sonar di riferimento.
Il valore di <math>\alpha</math> ,calcolato con la formula di Thorp <ref>{{cita|Thorp|articolo}}.</ref> per <math> f</math> in <math> kHz </math>:
<IMG height=500 alt="" src="f1.jpg" width=660 border=0> figura 1 <br><br>
== Iinterpretazione della curva ==
<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>
Una volta fissata la soglia di falso allarme (Pfa. = 0.1%) la probabilità di rivelazione Priv, riportata in ordinate, decresce con l'aumentare della distanza R riportata in ascisse. E' naturale che l'insieme delle computazioni e il grafico devono essere ripetuti per un sonar di riferimento diverso da quello di paragrafo 2. <
che, per <math> F = 60 \ kHz </math> rende <math>\alpha = 19.7 \ dB/km </math>
==Osservazioni sul significato dei calcoli ==
I risultati dei calcoli che hanno portato alla figura 1, anche se non hanno risvolti in situazioni operative reali, possono essere immaginati frutto di rilievi sul campo e così giustificati sulla base delle variabili riportati in precedenza:
<math> TL = 60 \ dB + 20 \cdot log_{10} {R} + R \cdot \alpha</math> = <math>60 \ dB +
Se l'operatore addetto al sonar, dopo i calcoli di portata da svolgere secondo il paragrafo 2), imposta la soglia
20 \cdot log_{10} {R} + 19.7 \cdot R </math>
di rivelazione affinché la probabilità di falso allarme (Pfa.) sia quella messa a calcolo nel citato paragrafo:
Pfa = 0.1 %; potrà osservare come la probabilità di rivelazione (Priv.) al livello del 99% con il bersaglio
per R = 46 Km
si riduca al solo 5% quando il bersaglio, allontanandosi raggiunge la distanza R = 69 Km.
[[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]]
==Calcolo della portata di un sonar passivo di riferimento ==
Per sviluppare quanto accennato nelle generalità è necessario impostare il calcolo
della portata di un sonar passivo di riferimento secondo la sequenza delle variabili quali
F1 ; F2   estremi di banda delle frequenze di ricezione:
F1 = 1000 Hz;
In un sistema di assi cartesiani si tracciano:
F2 = 3000 Hz
la curva di <math> TL </math> della prima equazione (massima attenuazione consentita dal calcolo), risulta una parallela all'asse delle ascisse.
fo frequenza media geometrica nella banda: fo = 1.7 KHz
la curva di <math>TL </math> della seconda equazione in funzione di <math> R.</math> (risulta una curva convessa).
SL   s'ipotizza come sorgente del segnale un cacciatorpediniere di vecchia generazione che naviga a 20 nodi; dai tabulati in letteratura, per fo = 1.7 KHz, si ha:
SL = 140 db/microPascal/Hz
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==
NL   s'ipotizza il mare a forza 2; dai tabulati in letteratura, per fo = 1.7 KHz, si ha:
NL = 58 dB/microPascal/Hz
;Annotazioni
DI   si assume un guadagno di direttività della base ricevente di: DI = 10 dB
<references group="N"/>
;Fonti
<references/>
==Bibliografia==
RC   si pone a calcolo una costante di tempo d'integrazione di: RC = 0.1 Sec.
* {{Cita libro|J.W. Horton,|titolo=Foundamentals of Sonar |editore= United States Naval Institute, Annapolis Maryland, 1959 |cid= Horton}}
d   si stabilisce di avere una probabilità di scoperta del 99% con una probabilità di falso allarme del 0.1 %; d = 28
* {{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==
Propagazione   s'ipotizza di operare a quote profonde con: propagazione sferico/cilindrica
[https://github.com/sonar2020/wiki/archive/refs/heads/main.zip N° FASCI Selenia]
BW   la larghezza di banda del ricevitore è: BW = F2-F1 = 2000 Hz
DT   il valore è: DT = 27.2 dB
Con i dati impostati si applica l'equazione 1) ottenendo:
TL = SL + DI - NL - DT + 10 Log BW = 140 dB + 10 dB - 58 dB - 27.2 dB + 10 Log 2000 = 97.8 dB
Dopo il calcolo del TL si computa ora la variazione del TL in funzione della distanza
R e del coefficiente di assorbimento "a"
TL = 60 dB + 20 Log R + a R = 60 dB + 20 Log R + 0.1 R <br><br>
dove il valore di "a" ,calcolato con la formula riportata in p42, è: a = 0.1 dB/Km
La soluzione del sistema tra la 1) e la 2) porta ad un valore di R = 46 Km.
Questo esercizio mostra come, con le variabili indicate per i calcoli della portata, alla coppia Priv = 99% e Pfa. = 0.1% corrisponda un valore della distanza di R = 46 Km; per valori crescenti di questa distanza calcoleremo la riduzione della probabilità di rivelazione (Priv.) di questo sonar di riferimento.
==Processo di calcolo di Priv. = f (R) ==
Il computo della funzione Priv. = f (R) inizia con la stesura di una tabella da ricavarsi con il calcolatore curve ROC di P80.
Fissato il valore di Pfa. = 0.1 %, come da sonar di riferimento, si computano 20 valori del parametro "d" per altrettanti valori di Priv. da Priv = 5% a Priv = 99% a passi del 5%, dopo lungo e complesso lavoro il calcolatore ROC fornisce tutti i dati per compilare la tabella:
<table border="5" width="30%" align="left" bordercolor="#ffffff" >
<tr>
<td> Priv. % </td>
<td> 5 </td>
<td> 10 </td>
<td> 15 </td>
<td> 20 </td>
<td> 25 </td>
<td> 30 </td>
<td> 35 </td>
<td> 40 </td>
<td> 45 </td>
<td> 50 </td>
<td> 55 </td>
<td> 60 </td>
<td> 65 </td>
<td> 70 </td>
<td> 75 </td>
<td> 80 </td>
<td> 85 </td>
<td> 90 </td>
<td> 95 </td>
<td> 99 </td>
</tr>
<tr>
<td> "d" </td>
<td> 1.8 </td>
<td> 2.9 </td>
<td> 3.8 </td>
<td> 4.7 </td>
<td> 5.4 </td>
<td> 6.1 </td>
<td> 6.8 </td>
<td> 7.6 </td>
<td> 8.3 </td>
<td> 9 </td>
<td> 9.8 </td>
<td> 10 </td>
<td> 11 </td>
<td> 12 </td>
<td> 13 </td>
<td> 14 </td>
<td> 16 </td>
<td> 18 </td>
<td> 21 </td>
<td> 28 </td>
</tr>
</table> tab. 1)
Alla prima tabella segue la seconda nella quale, sempre secondo le variabili del sonar di riferimento, si calcola il valore del DT in funzione del "d" ricavato da tab.1 [DT = f (d)] secondo l'espressione:
DT = 5 Log[ d BW / (2 RC) ]
Con i valori del DT della tab.2, secondo l'equazione:
60 + 20 log R + 0.1 R = SL + DI - NL - DT + 10 log BW
che in base ai dati del sonar di riferimento ed esplicitata in R diventa:
20 log R + 0.1 R = 65 - DT
si risolve in R tramite processi iterativi al P.C. ottenendo infine la tabella 3
Si può osservare che l'ultima coppia di tabella coincide, come voluto, con la distanza computata per il sonar di riferimento: R = 46 Km per Pfa = 0.1 % e Priv. = 99%.
[https://github.com/sonar2020/wiki2/archive/refs/heads/main.zip Sonar FALCON]
La soluzione del problema posto è ora mostrata in forma di grafico nella figura 1; in essa sono riportate le coppie di numeri di tabella 3 con la Priv. in ordinate, che decresce in funzione della distanza R in ascisse che da R = 46 Km s'incrementa verso i 70 Km; sempre per Pfa. = 0.1% costante.
[https://github.com/sonar2020/Schemi-FALCON/archive/refs/heads/main.zip Schemi sonar FALCON]
In figura, tracciate in rosso, le coordinate della coppia di valori di partenza caratteristici del sonar di riferimento.
[https://github.com/sonar2020/Sonar-Principi-Tecnologie-Applicazioni/archive/refs/heads/main.zip Testo discorsivo sul sonar]
<IMG height=500 alt="" src="f1.jpg" width=660 border=0> figura 1 <br><br>
== Iinterpretazione della curva ==
[https://github.com/sonar2020/CorrelaTESTO/archive/refs/heads/main.zip testo tecnico sulla Correlazione]
Una volta fissata la soglia di falso allarme (Pfa. = 0.1%) la probabilità di rivelazione Priv, riportata in ordinate, decresce con l'aumentare della distanza R riportata in ascisse. E' naturale che l'insieme delle computazioni e il grafico devono essere ripetuti per un sonar di riferimento diverso da quello di paragrafo 2. <
{{Portale|guerra|marina|metrologia}}
==Osservazioni sul significato dei calcoli ==
I risultati dei calcoli che hanno portato alla figura 1, anche se non hanno risvolti in situazioni operative reali, possono essere immaginati frutto di rilievi sul campo e così giustificati sulla base delle variabili riportati in precedenza:
[[Categoria:Sonar]]
Se l'operatore addetto al sonar, dopo i calcoli di portata da svolgere secondo il paragrafo 2), imposta la soglia
di rivelazione affinché la probabilità di falso allarme (Pfa.) sia quella messa a calcolo nel citato paragrafo:
Pfa = 0.1 %; potrà osservare come la probabilità di rivelazione (Priv.) al livello del 99% con il bersaglio
per R = 46 Km
si riduca al solo 5% quando il bersaglio, allontanandosi raggiunge la distanza R = 69 Km.
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