lezione La funzione d'inseguimento automatico dei bersagli sonar
	Tipo: lezione
	Materia: Principi, sistemi e metodologie per la localizzazione subacquea passiva
	Avanzamento: lezione completa al 100%

La strategia d'inseguimento dei bersagli ^[1] consente di conoscere, istante dopo istante ed in modo automatico, la posizione angolare $\alpha$ degli stessi rispetto all'asse del sottomarino od il Nord, ciò durante le evoluzioni sia dei bersagli che di quest'ultimo.

La funzione d'inseguimento automatico si realizza tramite sistemi del tipo RLI (Right Left Indicator)

In questa lezione tratteremo di un sistema di principio adatto sia a soluzioni software che hardware.

Vediamo ora come sono, di massima, organizzate le funzioni operative per l'inseguimento automatico dei semoventi navali impostate su strutture caratteristiche definite dal termine : Sistemi di inseguimento automatico.

L'algoritmo di correlazione per il sistema d'inseguimento automatico

L'algoritmo di correlazione di cui al titolo risponde alla seguente espressione:

HC(r)=({\frac {1}{3.14}})Arcsen\left\{{\frac {\operatorname {sen} {[6.28DF(r-ra)]}}{[{6.28DF(r-ra)]}}}\operatorname {sen}[6.28Fo(r-ra)]\right\}

definita con le variabili:

$DF={\frac {f_{2}-f_{1}}{2}}$
$F_{o}={\frac {f_{1}+f_{2}}{2}}$

dove:

$f_{1}\ in\ Hz$ : frequenza inferiore della banda di ricezione

$f_{2}\ in\ Hz$ : frequenza superiore della banda di ricezione

$r$ variabile indipendente espressa in secondi
$ra=D\cdot \operatorname {sen}(\alpha ^{\circ })/1530$ ; ritardo dell'onda dovuto alla posizione angolare del bersaglio.
$\alpha$ ° = angolo di puntamento del bersaglio; in gradi sessagesimali
$D$ = lunghezza della base; in metri

ha l'andamento di figura 1 :

L'algoritmo $HC(\tau )$ è sviluppato tramite apposito blocco di correlazione dotato di sfasatori a $90$ ° secondo la figura 2:

Il processo di decisione per l'inseguimento automatico

Il processo di decisione, se affidato ad una struttura di calcolo, deve seguire il seguente percorso logico:

1- Se la $HC(r)=0$ il bersaglio è collimato con il "sistema in puntamento" e nessuna azione deve essere sviluppata.

2- Se la $HC(r)>0$ significa che il bersaglio si è spostato angolarmente a destra e pertanto il sistema d'inseguimento deve posizionare a destra il "sistema di puntamento" in modo da riportare la $CH(r)$ a livello zero.

3- Se la $HC(r)<0$ significa che il bersaglio si è spostato angolarmente a sinistra e pertanto il sistema d'inseguimento deve posizionare il "sistema di puntamento" in tal senso in modo da riportare la $HC(r)$ a livello zero.

Il processo si ripete in continuità, passo dopo passo, in funzione dell'evoluzioni del bersaglio lungo l'arco dell'orizzonte.

Dato che la $HC(r)$ è ottenuta tramite un algoritmo di correlazione la sua velocità di assestamento sugli zeri sarà subordinata alla costante di tempo del correlatore; per costanti di tempo piccole il sistema d'inseguimento sarà veloce, quindi adatto a bersagli ad elevata dinamica di spostamento pagando il prezzo di un modesto guadagno sul rapporto segnale/disturbo.

Per costanti di tempo elevate, tali da ottimizzare il rapporto segnale/disturbo la velocità di assestamento della HC(r) sullo zero sarà bassa e di conseguenza adatta soltanto per bersagli in lento movimento.

Scema a blocchi funzionali del sistema d'inseguimento automatico

Il processo sopra descritto è schematizzato a blocchi funzionali in figura 3, per soluzione secondo la sequenza d'eventi sotto riportata:

A- Supponiamo che la base idrofonica Bi sia colpita dal rumore di un bersaglio collocato angolarmente sull'asse della base stessa, supponiamo altresì che il "sistema di puntamento" Sp sia collimato perfettamente sul bersaglio.

In tali condizioni il correlatore Cr, avendo segnali coerenti d'ingresso, avrà un livello d'uscita: $HC(r)=0$ ed il blocco di decisione Dc non trasferirà nessuna informazione al modulo Cs che deve agire sul "sistema di puntamento", ne consegue che Sp resterà immobile sulla direzione del bersaglio.

B) Se il bersaglio si sposta a destra rispetto all'asse di Bi il "sistema di puntamento" Sp invia al correlatore Cr segnali non più coerenti tra loro e tali che il livello di $HC(r)$ risulta maggiore di zero.

L'informazione di $HC(r)>0$ viene acquisita da Dc che tramite Cs modifica il sistema di puntamento per riportarlo in condizioni di puntamento della nuova direzione fino a che nuovamente $HC(r)$ sia uguale a zero.

C- Se il bersaglio si sposta a sinistra rispetto all'asse di Bi il "sistema di puntamento" Sp invia al correlatore Cr segnali non più coerenti tra loro e tali che il livello di $HC(r)$ risulta inferiore a zero.

L'informazione di $HC(r)<0$ viene acquisita da Dc che tramite Cs modifica il sistema di puntamento per riportarlo in condizioni di puntamento fino a che nuovamente $HC(r)$ sia uguale a zero.

Le sequenze d'intervento del sistema portano la posizione angolare di Sp sempre sulla posizione angolare assunta dal bersaglio rendendo tale informazione all'operatore al sonar tramite l'indicatore Id; contemporaneamente l'operatore può ascoltare il rumore del bersaglio inseguito tramite il circuito d'ascolto As.

Un esempio numerico dell'andamento di HC( r )

L'andamento di $HC(r)$ per:

$F1=2000\ Hz$
$F2=10000\ Hz$
$D=1.35\ m$
$\alpha =27$ °
$ra=D\cdot \operatorname {sen}(\alpha ^{\circ })/1530=400\ \mu S$

è riportato in figura 4:

per $r$ variabile da $0\ a\ 1000\ \mu S.$

La curva mostra come la $HC(r)$ presenti uno zero per $r=ra=400\ \mu S$ oltre il quale è positiva o negativa in base alle variazioni di $r$ i più od in meno rispetto a $400\ \mu S$

Sul rumore nell'anello di figura 3

L'anello di figura 3, dipendendo da un processo di correlazione, è affetto da rumore - la varianza di $HC(r)$ - ; questo rumore porta il livello di $HC(r)$ ad ondulare attorno al valore normale producendo una serie di comandi spuri al blocco Dc che, tramite Cs, porta ad instabilità il valore di collimazione del sistema di puntamento Sp.

Questo problema è tanto più evidente quanto la costante di tempo del correlatore ^[2] è piccola al fine di rendere l'inseguimento automatico più veloce.

Per minimizzare l'azione del rumore nell'anello il blocco di decisione Dc è dipendente da un particolare ciclo d'isteresi che limita la risposta dell'anello entro frazioni di grado.

L'isteresi porta ad un inevitabile errore di puntamento ma rende stabile il sistema tutto.

Un sistema d'inseguimento automatico storico

E' interessante esaminare un "sistema di puntamento" in correlazione che nel 1970, primo in Europa, ha consentito la scoperta e l'inseguimento automatico dei bersagli nei sonar IP70 USEA installati sui sottomarini della classe Sauro.

La fotografia del manufatto ^[3] in oggetto è sotto riportata:

L'inserimento del "sistema di puntamento" nell'ambito dell'anello di figura 3 è riportato in figura 5:

note

↑ I bersagli sonar possono essere sia navi che siluri.
↑ Si veda Lezione 5^ della materia Sistemi riceventi in correlazione
↑ Il manufatto, denominato compensatore, consentiva rilevamenti sia manuali che automatici; in manuale per la scoperta dei bersagli con rilevamenti ad alta precisione, sia con elaborazione dei segnali in correlazione, sia per rivelazione d'energia.

Bibliografia

H. Chestnut and R. W. Mayer, Servomechanisms and regulating system design,Jon Wiley § Sons New York, 1959

C. Del Turco, La correlazione , Collana scientifica ed. Moderna La Spezia,1993

[1] I bersagli sonar possono essere sia navi che siluri.

[2] Si veda Lezione 5^ della materia Sistemi riceventi in correlazione

[3] Il manufatto, denominato compensatore, consentiva rilevamenti sia manuali che automatici; in manuale per la scoperta dei bersagli con rilevamenti ad alta precisione, sia con elaborazione dei segnali in correlazione, sia per rivelazione d'energia.

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