Intercettatore sonar

Per Risoluzione angolare nella scoperta sonar s'intende la capacità di un sistema elettroacustico di rilevamento di risolvere angolarmente la posizione di due bersagli molto vicini tra loro.

Convenzione

Si conviene che la risoluzione angolare tra due bersagli sia accettabile quando le due curve di direttività, relative al rilevamento di questi, s'intersecano ad un livello uguale od inferiore a ${\displaystyle -3dB}$  rispetto al massimo delle ampiezze come mostra la figura:

 

* Intersezione a ${\displaystyle -3dB}$ 

La risoluzione angolare ${\displaystyle \Delta \phi }$  è identificabile con la larghezza, a Errore del parser (errore di sintassi): {\displaystyle -3dB <math>, del lobo di direttività. == Caratteristica di direttività presa a modello== Lo studio della risoluzione angolare del sonar si avvale della funzione Gaussiana, curva presa a modello in sostituzione <ref> Si veda la pagina: [[Trasformazione delle caratteristiche di direttività del sonar]] </ref> di qualsiasi diagramma di direttività rilevato in mare o calcolato con gli algoritmi classici. La funzione è espressa con l'esponenziale: <math> Y = exp(- \alpha\cdot \beta^2)}

La curva menzionata è riportata in figura secondo le seguenti variabili d'esempio:

${\displaystyle \alpha =0.0188}$ 

Direzione di puntamento ${\displaystyle \beta }$  in scisse con scala ${\displaystyle 5}$ °/div.

Direzione del massimo ${\displaystyle \beta _{0}}$ 

Ampiezza normalizzata ${\displaystyle Y(\beta )}$  in ordinate ${\displaystyle 0.1}$  / div.

Larghezza del lobo di direttività ${\displaystyle \theta }$  misurata a ${\displaystyle -3dB}$ 

 

*Funzione gaussiana sostitutiva

La curva di figura può essere interpretata come la visione oscilloscopica dell'uscita dell'interpolatore di un sistema a fasci preformati di un sonar, con un fascio ogni ${\displaystyle 10}$ °, che sta elaborando il segnale acustico di una sorgente disposta per la direzione ${\displaystyle \beta _{0}}$ °

Presentazione di curve distintive di due bersagli

Se nell'ipotesi della figura precedente si suppone che il sistema a fasci preformati nella ricerca dei bersagli ne trovi due di pari livello indice ${\displaystyle (LI)}$ , disposti rispettivamente per ${\displaystyle \beta =0}$ ° e ${\displaystyle \beta =10}$ ° ,l'uscita dell'ipotetico interpolatore potrà essere costruita secondo il diagramma di figura:

 

Funzioni gaussiane interferenti

Le curve mostrano, ciascuna con il proprio massimo, la posizione angolare di due bersagli vicini:

Il primo bersaglio per rilevamento ${\displaystyle \beta =0}$ °

Il secondo bersaglio per rilevamento ${\displaystyle \beta =10}$ °

Le due curve s'intersecano ad un livello di circa ${\displaystyle -3.7dB}$  rispetto ai loro massimi; valore inferiore ai ${\displaystyle -3}$  dB enunciati nella convenzione.

Da un punto di vista tecnico se pensiamo le due curve come risultato della scansione dell'orizzonte subacqueo eseguita dal sonar attraverso un sistema di fasci preformati con interpolazione, fasci disposti a ${\displaystyle 10}$ ° l'uno dall'altro, i bersagli saranno collimati con ottima risoluzione angolare, ciascuno per la propria direzione, dato che l'interferenza di un fascio sull'attiguo è irrilevante.

Se supponiamo invece che il sistema a fasci preformati, per migliorare la precisione di rilevamento, sia costruito con fasci distanti l'uno dall'altro di ${\displaystyle 5}$ °, dobbiamo osservare che il fascio puntato per ${\displaystyle 5}$ ° riceve contributi di segnali, non coerenti, dai due fasci adiacenti puntati su due diversi bersagli.

Deve pertanto essere valutata l'ampiezza del fascio a ${\displaystyle 5}$ ° per controllare se sussiste sempre la convenzione iniziale.

Calcolo dell'ampiezza del fascio intermedio a ${\displaystyle 5}$°

La valutazione dell'ampiezza del fascio intermedio a ${\displaystyle 5}$ ° può essere calcolata secondo la seguente procedura per ${\displaystyle \alpha =0.0188}$ :

• Impostazione della funzione Gaussiana, ${\displaystyle S_{1}}$ , per il fascio a ${\displaystyle 0}$ °

${\displaystyle S_{1}=exp(-\alpha \cdot \beta ^{2})}$ 

• Impostazione della funzione Gaussiana, ${\displaystyle S_{2}}$ , per il fascio a ${\displaystyle 10}$ °

${\displaystyle S_{2}=exp[-\alpha \cdot (\beta +10)^{2}]}$ 

• Calcolo della funzione somma ${\displaystyle S_{3}}$  tra ${\displaystyle S_{1}}$  e ${\displaystyle S_{2}}$ : per evidenziare il segnale sul fascio a ${\displaystyle 5}$ °

${\displaystyle S_{3}={\sqrt {(S_{1})^{2}+(S_{2})^{2}}}}$  = ${\displaystyle {\sqrt {[exp(-\alpha \cdot \beta ^{2})]^{2}+[exp(-\alpha \cdot (\beta +10)^{2}]^{2}}}}$ 

Il grafico di S_3 è mostrato in figura:

 

Funzione S_3

In virtù dell'ampiezza della sella ${\displaystyle (sl)}$ , circa ${\displaystyle 0.1}$ , che si forma sul fascio a ${\displaystyle 5}$ ° è possibile discriminare tra il bersaglio a ${\displaystyle 0}$ ° e quello a ${\displaystyle 10}$ °: la ${\displaystyle S_{3}}$  mostra infatti , da un punto di vista tecnico, la risoluzione angolare Δφ del sonar in esame.

La risoluzione angolare per bersagli con diverso livello indice

Se i due bersagli del sonar generano, come mostrato in precedenza, lo stesso livello di pressione acustica sulla base ricevente del sonar, il diagramma illustrato interpreta correttamente la presentazione video della scansione con interpolazione del sistema a fasci preformati.

Se invece i due bersagli non generano la stessa pressione acustica sulla base ricevente la curva di scansione tra i fasci si deforma con un deterioramento progressivo della capacità di risoluzione del sonar tanto più marcato quanto aumenta la differenza dei due livelli di pressione.

Per avere un'idea del fenomeno supponiamo che , nel caso precedente , i livelli di pressione acustica ricevuti dalla base del sonar siano nel rapporto: ${\displaystyle S2/S1=0.5}$ 

Questa nuova condizione, con ${\displaystyle S2<S1}$  , è rappresentata dalla nuova figura:

 

Fasci a diverso livello

La figura mostra con tutta evidenza che questa situazione consente con difficoltà la discriminazione del bersaglio ${\displaystyle S2}$  in quanto l'ampiezza della sella ${\displaystyle (sl)}$  è praticamente irrilevante.

In figura la capacità di risoluzione angolare del sonar non rispetta l'assunto iniziale: "la risoluzione angolare Δφ è identificabile con la larghezza, a -3dB, del lobo di direttività; ovvero: Δφ = θ" = 10°".

Con la variazione del rapporto </math> S2 / S1 </math>, per valori inferiori ad ${\displaystyle 1}$  , per mantenere il valore dell'ampiezza della sella ${\displaystyle (sl)}$  al livello di circa ${\displaystyle 0.1}$  , così come illustrato al paragrafo, è necessario assumere un valore più ampio di Δφ accettando il degrado delle prestazioni del sonar secondo il diagramma riportato in figura:

Nel caso già considerato in figura si può ottenere un'ampiezza di ${\displaystyle (sl)}$  di circa ${\displaystyle 0.1}$  se si dispongono i due bersagli ad una distanza angolare, indicata in figura 7 con le coordinate blu, pari a circa ${\displaystyle 14}$ ° , così come illustrato in figura

Conclusioni

Nello svolgimento del tema posto è stata assunta un'ampiezza di ${\displaystyle (sl)=0.1}$ , pari a circa il ${\displaystyle 10\%}$  dell'ampiezza di ${\displaystyle S1}$  come conseguenza dell'assunto convenzionale che indica : Δφ = θ ;ciò assicura una facile risoluzione tra i bersagli da discriminare.

Si comprende che anche valori di ${\displaystyle (sl)}$  inferiori a ${\displaystyle 0.1}$  consentono, entro certi limiti, la discriminazione tra le due sorgenti acustiche se il rumore dell'ambiente subacqueo lo consente.

La trattazione dell'argomento, al di là delle possibili scelte e condizioni ambientali, vuole mostrare come uno dei parametri più significativi del sonar sia subordinato a particolari condizioni che non sempre possono verificarsi; la risoluzione angolare risulta dipendente, per quanto visto, dal rapporto tra le pressioni acustiche che colpiscono la base ricevente del sonar; pressioni acustiche dei bersagli che possono variare sia per le stazze dei mezzi che le generano, sia per le loro velocità che per la loro distanza dal sonar.

Note

Voci correlate

• Algoritmi di correlazione nel rilevamento sonar

• Base idrofonica

• 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

• Rumore delle navi

• Stato del mare

• Trasformazione delle caratteristiche di direttività del sonar

• Funzione d'intercettazione del sonar degli impulsi emessi dai vettori

• Prototipi sonar per vettore A184

Bibliografia

• Robert J. Urick, Principles of underwater sound, Mc Graw – hill, 3^ ed. 1968

• Cesare Del Turco, Sul calcolo del minimo numero di fasci preformati per il sonar, Rivista Tecnica Selenia - industrie elettroniche associate - vol. 11 n°3, 1990.

• Giuseppe Pazienza, Fondamenti della localizzazione marina, Studio grafico Restani La Spezia, 1970