Fasci preformati

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lezione
Fasci preformati
Tipo di risorsa Tipo: lezione
Materia di appartenenza Materia: Principi, sistemi e metodologie per la localizzazione subacquea passiva
Avanzamento Avanzamento: lezione completa al 100%.

I fasci preformati sono una struttura hardware o software da implementare nel sonar affinché con esso si possano scoprire i bersagli [1] in modo istantaneo per tutti i 360° dell'orizzonte.

Un sistema a fasci preformati in hardware è stato studiato per la prima volta in Italia nel 1970 per i sonar IP70 / IP74 installati a bordo dei sottomarini Classe Sauro.

Un singolo fascio preformato consente la visualizzazione dei segnali acustici emessi dai semoventi navali in una determinata direzione; fasci indirizzati per le direzioni 0° ; 5° ; 10° ; 15° ;… 355° permettono la movimentazione del sottomarino in sicurezza.

Le strutture a fasci preformati possono essere realizzate sia con rivelatori d’energia che con correlatori.

Struttura a fasci preformati in hardware (processo di correlazione) [modifica]

Una struttura di tipo misto, analogica-digitale [2], è composta secondo la figura 1 dove, per semplicità, non sono mostrati gli amplificatori dei segnali idrofonici:

figura 1 Schema a blocchi dell'hardware di un fascio preformato

essa mostra uno dei 72 fasci preformati facenti parte di un sistema di scoperta sonar che si realizza ricevendo i segnali idrofonici dalla base conforme di un sottomarino.

Ciascun fascio si compone di un blocco di rimessa in coerenza per compensare i diversi tempi di percorrenza[3], due sommatori, un ricevitore in correlazione con integratore, ed un terminale d’uscita per la scansione video. Per un corretto funzionamento del sistema la caratteristica di direttività di ciascun fascio deve sovrapporsi alle adiacenti a circa –3 dB rispetto al massimo.

Fasci preformati e caratteristica di direttività[modifica]

Una generica caratteristica di direttività al traverso di una base conforme è tracciata in figura 2:

figura 2 Direttività con rivelatore d'energia - ascisse 5°/div. -

La larghezza del lobo a 0.7 del massimo è di 10° ; con un sistema a fasci preformati realizzato con rivelatori d’energia la copertura dell’orizzonte si ottiene con 36 fasci adiacenti.

La stessa base collegata ad un sistema a fasci preformati in correlazione assume l’aspetto di figura 3:

figura 3 Direttività con rivelatore in correlazione -ascisse 5°/div. -

dove la larghezza del lobo a 0.7 del massimo si riduce a 5°. Condizione vantaggiosa per il miglioramento del rapporto segnale/rumore ma costosa in termini di fattibilità richiedendo un numero di fasci superiori, da 36 a 72, rispetto alla rivelazione d’energia.

Struttura a fasci preformati in software[modifica]

Una struttura di tipo numerico è composta secondo la figura 4 dove, per semplicità, non sono mostrati gli amplificatori dei segnali idrofonici::

figura 4 Schema a blocchi per fascio numerico

Essa riporta uno degli n fasci preformati che si realizzano, via software [4], ricevendo i segnali idrofonici dalla base conforme del sonar: In figura sono evidenziate le parti più delicate del sistema: i convertitori analogico/digitali e la linea di trasmissione, che deve trasferire al blocco software i segnali idrofonici in forma numerica.

I convertitori A/D, per ridurre le interferenze dovute al battello, sono vicini alla base idrofonica. La linea di trasmissione è posata su di un lungo percorso per raggiungere il sistema di calcolo; date le frequenze di campionatura necessarie per il software la linea di trasmissione poneva la limitazione principale per questo modello di fasci preformati.[5]

Diversi studi interessanti sono stati condotti per rminimizzare questo problema.

Note[modifica]

  1. Agli inizi della II guerra mondiale per scoprire i bersagli con il sonar si faceva ruotare meccanicamente una piccola base acustica, e con essa la sua caratteristica di direttività nell'arco dei 360°; in un secondo tempo, con particolari sistemi si ruotava artificialmente il fascio di direttività della base lasciando la stessa ferma. Operazioni che per la ricerca su tutto l'arco dell'orizzonte richiedevano molto tempo. Con lo sviluppo dell'elettronica nasce l'idea dei fasci preformati, con essi tutto l'orizzonte subacqueo viene esplorato in modo istantaneo per tutti i 360°.
  2. La circuitazione relativa all'amplificszione e la messa in coerenza dei segnali è di tipo analgico, il circuito ricevente in correlazione è del tipo digitale.
  3. L'operazione di rimessa in coerenza consiste nel ritardare opportunamente i segnali idrofonici affinché tutti abbiano lo stesso tempo di percorrenza
  4. Gli algoritmi implementati nel calcolatore per la formazione dei fasci sono personalizzati dalle diverse imprese che costruiscono i sonar e sono estremamente riservati; correlazione e Ffsione sono i più recenti.
  5. Limitazione superata in parte dall'impiego di cavi in fibra di vetro

Bibliografia[modifica]

  • R.G. Pridham and R.A. Mucci, A novel approach to digital beamforming, Acoustica Society of America 63(2) , 1978.
  • R.G. Pridham and R.A. Mucci, Digital Interpolation Beamforming for Low-Pass and Bandpass Signals, in Proceedings of the IEEE. Vol. 67 n°6, 1979.
  • H.F. Mermoz, Spatial processing beyond adaptive beamforming, Acoustica Society of America 70(1) , 1981
  • Cesare Del Turco, Sul calcolo del minimo numero di fasci preformati per il sonar, in Rivista Tecnica Selenia - industrie elettroniche associate - vol. 11 n°3, 1990.
  • Cesare Del Turco, I sistemi direttivi nella localizzazione subacquea con il sonar, Rivista L'elettrotecnica - vol. LXXVI n°1, 1989.