Le tre configurazioni del sonar FALCON

Le motivazioni del pogetto FALCON:

Il sonar FALCON è stato concepito, sia come sonar d'emergenza, nei casi d'avaria del sonar principale, sia come componente ausiliaria di detto apparato per incrementarne le capacità di scoperta.

Il progetto del sonar FALCON

Il progetto originale del FALCON, di prima configurazione, inizialmente concepito per l'impiego delle basi idrofoniche circolari dei sottomarini Cl. Sauro, vedi figura 1:

figura 1

è stato modificato per l'utilizzo di basi diverse installate su sottomarini di più recente costruzione: basi idrofoniche d'illuminazione e conformi del tipo mostrato rispettivamente nelle figure 2 e 3 non in scala tra loro e con figura 1:

figura 3

figura 2

Confronto tra le presentazioni dinamiche delle tre soluzioni

Il materiale software illustrato in questa lezione, che consente una visione dinamica del pannello operativo del FALCON, viene esposto al di fuori delle sedi tecniche entro le quali è stato sviluppato.

Il confronto tra queste tre configurazioni è più significativo se mostrato in forma dinamica con i pannelli di comando e controllo del sonar così come si presentano all'operatore.

A questo scopo è stato sviluppato un programma dimostrativo, mediante il noto Visual Basic, in grado di valutare in fase dinamica il comportamento del sistema nelle diverse soluzioni

La grafica di presentazione video delle tre configurazioni è la stessa della soluzione originale, mentre il software è modificato per consentire una visione dinamica anche in assenza di base idrofonica e di elettronica di processo.

Caratteristiche tecniche comuni alle tre configurazioni

Le caratteristiche tecniche di seguito illustrate, comuni alla tre configurazioni, sono relative allo stesso pannello di comando e controllo mostrato in figura 4:

figura 4

• I segnali di rumore che sono utilizzati dal software per la simulazione dell'ambiente subacqueo hanno come generatore numerico l'istruzione vb "Rnd" relativa alla produzione di numeri casuali da $0\ ad\ 1$.

• La banda di frequenza simulata, dipendente dal valore di un temporizzatore vb "Timer1", è dell'ordine di $2000\ Hz$.

• Il valore della costante di tempo relativa all'integrazione del processo di correlazione è variabile, a comando dell'operatore dal selettore Integrazione , e può assumere i seguenti valori espressi in minuti secondi: $RC=(0.05)\ ;\ (0.1)\ ;\ (0.2)\ ;\ (0.4)\ ;\ (0.8)\ S.$

Variando la costante d'integrazione si può osservare la riduzione della varianza sulla presentazione video.

• Il comando dell'indice verticale di collimazione è affidato allo scroll orizzontale Puntamento, tutti i rilevamenti angolari sono riferiti all'asse del battello.

• Il valore del rapporto $Si/Ni$ all'ingresso del sonar, indicato nell'apposita finestra, è determinato mediante calcolo dal livello del processo di correlazione; non è mai inferiore a $-25\ db$, valore sotto il quale il sonar non consente la rivelazione del bersaglio.

• I pulsanti G.video+ e G.video- consentono la regolazione dell'ampiezza del tracciato video.

• I pulsanti Fz; Fz+ ; Fz- permettono la regolazione del livello medio di correlazione.

• Il pulsante Riprist. param. riporta tutte le regolazioni alla condizione d'accensione.

• Il gruppo di comandi Calcoli di portata permette una valutazione approssimata della distanza del bersaglio; questa computazione è basata sul rilievo del rapporto $Si/Ni$ indicato in precedenza.

• Il pulsante Ins.Aut. genera, dopo il puntamento, l'inseguimento automatico del bersaglio.

• Il pusante Puntamento audio consente l'ascolto dei rumori emessi dai bersagli collimati con la slitta Puntamento

• Il pulsante Simul. abilita il processo automatico per la simulazione di un teatro operativo

• Il pulsante Interp. consente l'interpolazione del tipo $\operatorname {sen} x/x$ dei tracciati video nell'intorno della direzione collimata.

I settori di scoperta di ciascuna delle tre soluzioni

Soluzione originale

Con la configurazione relativa all'impiego della base circolare di figura 1 si realizza un settore di scoperta di $360$° salvo le limitazioni di copertura dovute alla struttura del battello; il settore di scoperta è mostrato in figura 5:

figura 5

La figura mostra che nel settore di scoperta di $+/-180$° le ondulazioni sulla presentazione video, dovute alla simulazione del solo rumore del mare , sono distribuite lungo tutto l'arco dell'orizzonte.

La risoluzione angolare è pari a $1.25$°

In questo caso con il pulsante Simul. si possono visualizzare tre bersagli aventi le seguenti caratteristiche:

• Il bersaglio a) simula una nave in movimento, avanti-indietro, su di un settore circolare a proravia, che si estende da circa $200\ a\ 300$ gradi. Il bersaglio se opportunamente collimato può essere inseguito in automatico.

• bersaglio b) simula una nave in allontanamento a rotta costante. Il livello del segnale, se il bersaglio è opportunamente collimato, può essere monitorato mediante il valore di $Si/Ni$ che decresce mano a mano che la nave si allontana.

• bersaglio c) simula una nave ferma sul rilevamento $70$° circa.

(NB: i movimenti dei bersagli, per rendere più evidente la simulazione, non sono aderenti alle velocità effettive delle navi).

Soluzione con base d'illuminazione

Con la configurazione relativa all'impiego della base d'illuminazione di figura 2 si realizza un ampio settore di scoperta a proravia e uno stretto settore a poppavia: i settori di scopertasono mostrati in figura 6:

figura 6

La figura mostra che le ondulazioni sulla presentazione video, dovute alla simulazione del solo rumore del mare, sono distribuite uniformemente nei due settori.

La configurazione che prevede l'impiego della base di illuminazione copre i due settori:

• a poppavia da $200\ a\ 160$ gradi
• a proravia da $275\ a\ 85$ gradi

La risoluzione angolare è pari a $1.405$°

Anche in questo caso con il pulsante Simul. si possono visualizzare tre bersagli aventi le seguenti caratteristiche:

• bersaglio a) simula una nave in movimento, avanti-indietro, su di un settore circolare a proravia, che si estende da circa $200\ a\ 300$ gradi. Il bersaglio se opportunamente collimato può essere inseguito in automatico soltanto nell'arco compreso tra $85\ e\ 275$ gradi.

• bersaglio b) simula una nave in allontanamento a rotta costante. Il livello del segnale,

se il bersaglio è opportunamente collimato, può essere monitorato mediante il valore di $Si/Ni$ che decresce mano a mano che la nave si allontana.

• bersaglio c) simula una nave ferma su rilevamento $50$° circa.

Soluzione con base conforme

Con la configurazione relativa all'impiego della base conforme di figura 2 si realizza un settore di scoperta di $120$° a sola poppavia : il settore di scoperta è mostrato in figura 7:

figura 7

La figura mostra che nel settore di scoperta di $+/-60$° le ondulazioni sulla presentazione video, dovute alla simulazione del solo rumore del mare, sono distribuite uniformemente.

La risoluzione angolare è pari a $1.25$°

Come nella soluzione precedenza con il pulsante Simul. si possono visualizzare tre bersagli aventi le seguenti caratteristiche:

• bersaglio a) simula una nave in movimento, avanti-indietro, su di un settore circolare a proravia, che si estende da circa $300\ a\ 60$ gradi.

Il bersaglio se opportunamente collimato può essere inseguito in automatico soltanto nell'arco compreso tra $300\ e\ 60$ gradi.

• bersaglio b) simula una nave in allontanamento a rotta costante.

Il livello del segnale, se il bersaglio è opportunamente collimato, può essere monitorato mediante il valore di $Si/Ni$ che decresce mano a mano che la nave si allontana.

• bersaglio c) simula una nave ferma sul rilevamento $50$° circa.

Informazioni sull’impiego del software

Il software in oggetto è disponibile in formato file.exe cliccando su FALCON 3 Config. oppure falcon3

All'avvio del programma citato si ha una semplice pagina con tre opzioni sulla quale, cliccando le diciture, si seleziona una delle tre versioni del sonar.

A seguito della selezione il programma richiede tempo per caricare le matrici di calcolo, una volta ultimata l'operazione si visualizza la schermata operativa voluta.

Tutti i comandi e le regolazioni sono possibili come se il FALCON fosse operativo in mare.

Non è disponibile il canale audio data l'assenza dell'hardware esterno.

Una volta esaminata la presentazione voluta si deve ritornare al file eseguibile per impostare una diversa soluzione.

Bibliografia

• C. Del Turco, Sistema di Fasci Acustici per Localizzazione a Coerenza d'Onda Naturale , Direzione Arsenale M.M. di La Spezia, 2002

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

Riferimenti

• C. Del Turco, Corso di istruzione per lo sviluppo di un nuovo software per l'adattamento del sonar Falcon alle basi idrofoniche dei sommergibili di nuova generazione, - Presso Arsenale M.M.I La Spezia, 2005