Indice di riflessione dei corpi in mare

TS: Diagramma polar indicativo dell'indice di riflessione di un semovente navale

L' indice di riflessione dei corpi in mare nella scoperta sonar attiva è l'entità dell'energia restituita come eco dai corpi immersi a seguito della loro intercettazione di impulsi acustici.

Le caratteristiche di riflessione di un semovente sono tracciabili in coordinate polari, il diagramma indica come varia l'ampiezza, espressa in $dB$ , della riflessione in funzione dell'angolo di incidenza del suono e della durata degli impulsi ricevuti; maggiore è la superficie illuminata del semovente maggiore è l'indice di riflessione ^{[N 1]}.

Indice di riflessione

Un sonar attivo che emetta impulsi acustici per la ricerca di bersagli subacquei ottiene la riflessione su questi di una porzione dell’energia sotto forma di eco; per indice di riflessione o forza del bersaglio ^[1] s'intende il valore, espresso in $dB$ (deciBel), del rapporto fra l’intensità dell’energia riflessa e l’intensità dell’onda incidente.

L'indice di riflessione, o forza del bersaglio, viene definito comunemente dal termine $TS$ (Sigla inglese per Target Strength)^[2].

L'importanza dell'ampiezza del $TS$ nel calcolo delle portata di scoperta di un sonar attivo è sensibile: In un caso d'esempio la portata di scoperta del sonar si riduce da $28.9\ km\ a\ 27.5\ km$ se $TS$ varia da $15\ dB\ a\ 12\ dB$ .

Il calcolo del $TS$ per corpi aventi strutture ^{[N 2]} geometriche regolari è stato sviluppato ed è disponibile in apposite tabelle per Target Strength di alcune forme caratteristiche^[3].

Il calcolo del $TS$ di strutture non regolari, quali ad esempio un’unità sottomarina dotata di torretta ed altro che ne costituiscono l’insieme dello scafo, non è fattibile con precisione; la valutazione del $TS$ per dette strutture è affidata a rilievi sul campo.

TS di forme regolari

TS di una sfera

La sfera è il bersaglio acustico che, a parità di superficie di sezione con altri solidi, rende verso il sonar che lo ha illuminato l’eco più debole.

La sfera illuminata dall'impulso lo riflette, oltre che verso la sorgente sonora, anche verso tutte le altre direzioni dato che, in ciascun punto della superficie curva, l’angolo che forma il raggio incidente è uguale all’ angolo del raggio riflesso, che pertanto si allontana angolarmente dalla direzione di provenienza dell’impulso.

L’espressione per il calcolo del $TS$ di una sfera di grandi dimensioni e raggio $r$ è la più semplice tra tutte le formule di calcolo per i bersagli di forma regolare.

$TS=10\cdot \log _{10}{(r^{2}/4)}$

Formula valida sotto le condizioni:

$R>>r$

$(2\cdot \pi /\lambda )\cdot r>>1$

Indicando con:

$R$ la distanza della sfera dalla sorgente

$\lambda =c/f$

$c=$ la velocità del suono in mare $1530\ m/s.$

$f=$ la frequenza dell’impulso acustico

TS di un cilindro

Espressione per il calcolo del $TS$ di un cilindro di raggio $r$ e lunghezza $l$ di grandi dimensioni; l’impulso acustico lo colpisce in direzione perpendicolare all'asse:

$TS=10\cdot \log _{10}{(r\cdot l^{2}/2\cdot \lambda )}$

indicando con:

$\lambda =c/f$

$c=$ velocità del suono in mare: $1530\ m/s.$

$f=$ frequenza dell’impulso acustico

devono sussistere le seguenti due condizioni:

$R>l^{2}/\lambda$ ; dove $R$ è la distanza del cilindro dalla sorgente.

$(2\cdot r\cdot \pi /\lambda )>>1$

TS di una struttura irregolare

Per la misura del TS nel caso di una struttura irregolare, come può esserlo un sottomarino, non sono disponibili algoritmi di carattere generale, i valori della forza del bersaglio devono essere valutati sperimentalmente sul campo. La procedura di misura sperimentale deve avere il conforto che la metodologia impiegata sia corretta, validata con strutture regolari in vasca anecoica.

Procedura di misura

Tabella dati delle misure in vasca del $TS$ di una sfera con r = 0.5 m

1ª Fase - validazione del metodo in vasca anecoica

Calcolo del $TS$ di una piccola sfera.^{[N 3]}

Misura del $TS$ della sfera in vasca anecoica^{[N 4]}.

Confronto tra $TS$ calcolato e $TS$ misurato.^{[N 5]}

Stesura tabella riassuntiva dei dati calcolati e misurati:^{[N 6]}

2ª Fase - misure in mare

Tabella relativa alle misure in mare su sottomarino in disarmo

Rilievo dati sul campo^{[N 7]}

Elaborazione dati^{[N 8]}

Stesura tabella riassuntiva dei dati misurati e calcolo del $TS$ :

Dalla serie di misure in mare emerge un valore del $TS$ del sottomarino variabile da $23.1\ dB\ a\ 26.5\ dB$ .

La dispersione dei valori è dovuta, sia alla difficoltà dei rilievi acustici in ambiente non controllato^{[N 9]}, sia alle diverse frequenze dell'impulso.^[4]

note

Annotazioni

↑ L'aspetto del bersaglio incide notevolmente sull'indice di riflessione
↑ Gli studi sull'argomento sono stati sviluppati per la costruzione di bersagli artificiali necessari per l'addestramento del personale addetto alla conduzione del sonar; si evitava in tal modo il dispendioso impiego di due unità navali
↑ Le dimensioni della sfera devono essere irrilevanti rispetto alle dimensioni della vasca anecoica
↑ La vasca anecoica è indispensabile per misure acustiche in campo chiuso
↑ Il confronto tra dato calcolato e dato misurato si esegue, invece che sul $TS$ , sul livello dell'eco ricevuto
↑ Le differenze tra il $TS$ calcolato e quello misurato sono nell'ordine di dispersione delle misure acustiche
↑ Date le modeste potenze degli impulsi emessi non si hanno fenomeni di riverberazione
↑ L'elaborazione dati deve essere fatta sul posto di misura ad evitare che possibili incongruenze possano essere chiarite da ulteriori rilievi
↑ Nel caso specifico le misure acustiche sono state fatte alla banchina di un porto militare molto movimentato

Fonti

↑ Del Turco, pp. 124 - 127.
↑ Urick, pp. 201 - 325.
↑ De Dominics, p. 297.
↑ Andriani, testo.

Bibliografia

C. Del Turco, Sonar- Principi - Tecnologie – Applicazioni, Tip. Moderna La Spezia, 1992.

(EN) Robert J. Urick, Principles of underwater sound, 3ª ed., Mc Graw – Hill, 1968.
De Dominics, Principi di elettroacustica subacquea, 3ª ed., Elettronica San Giorgio-Elsag S.p.A. Genova, 1990, 1990.

Naval Research Laboratory Washington. D.C, 1974 C.R.Andriani, Submarine Target Strength Estimates at 1 kHz.

Collegamenti interni

Testo scaricabile liberamente

Collegamenti esterni

N° FASCI Selenia

Sonar FALCON

Schemi sonar FALCON

Testo discorsivo sul sonar

Testo tecnico sulla Correlazione

[1] L'aspetto del bersaglio incide notevolmente sull'indice di riflessione

[4] Gli studi sull'argomento sono stati sviluppati per la costruzione di bersagli artificiali necessari per l'addestramento del personale addetto alla conduzione del sonar; si evitava in tal modo il dispendioso impiego di due unità navali

[6] Le dimensioni della sfera devono essere irrilevanti rispetto alle dimensioni della vasca anecoica

[7] La vasca anecoica è indispensabile per misure acustiche in campo chiuso

[8] Il confronto tra dato calcolato e dato misurato si esegue, invece che sul $TS$ , sul livello dell'eco ricevuto

[9] Le differenze tra il $TS$ calcolato e quello misurato sono nell'ordine di dispersione delle misure acustiche

[10] Date le modeste potenze degli impulsi emessi non si hanno fenomeni di riverberazione

[11] L'elaborazione dati deve essere fatta sul posto di misura ad evitare che possibili incongruenze possano essere chiarite da ulteriori rilievi

[12] Nel caso specifico le misure acustiche sono state fatte alla banchina di un porto militare molto movimentato

[2] Del Turco, pp. 124 - 127.

[3] Urick, pp. 201 - 325.

[5] De Dominics, p. 297.

[13] Andriani, testo.

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[N 9]

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