Portata sonar passivo

La portata di un sonar passivo ^{[N 1]} indica in generale la probabile distanza alla quale un sonar può scoprire un bersaglio. La portata di scoperta non è un dato certo ma una valutazione di carattere probabilistico.

Validità dei calcoli di portata[modifica]

Tracciato propagazione anomala, in grigio la zona d'ombra. I bersagli che navigano nella zona non possono essere scoperti dal sonar

Le equazioni che regolano la stima della portata hanno valore soltanto se il bersaglio, e/o il sottomarino, non sono in una zona d’ombra.^{[N 2]}^[1]

Calcolo della portata di un sonar passivo[modifica]

Il calcolo^[2] ^{[N 3]} della portata^[3] per propagazione sferica per la componente passiva del sonar si ottiene dalla soluzione del sistema trascendente in $R$ dove tutte le variabili^{[N 4]} sono espresse in decibel:

${\begin{cases}TL=60+20\cdot \log _{10}{R}+\alpha \cdot R\\TL=SL+DI-NL-DT+10\cdot \log _{10}{BW}\end{cases}}$

dove:

Prima equazione[modifica]

$TL=$ attenuazione, espressa in ( $dB$ )^[4], dipendente da:

$R$ distanza espressa in $km$

$\alpha$ coefficiente d'assorbimento del suono in mare in $dB/km$ calcolabile con l'espressione: $\alpha =\left[{\frac {0.1\cdot f^{2}}{1+f^{2}}}\right]+\left[{\frac {40\cdot f^{2}}{4100+f^{2}}}\right]+\left[{\frac {2.75\cdot f^{2}}{10^{4}}}\right]$ con $f\ in\ kHz$ ^{[N 5]}.

L'attenuazione per assorbimento segue la legge di W H Thorp:^[5]

Seconda equazione[modifica]

$TL=$ attenuazione, espressa in ( $dB$ ) , dipendente da:

$BW=$ banda delle frequenze di ricezione del sonar in $Hz.$

Curve parametriche dalle quali rilevare il valore di $SL$

$SL=$ rumore spettrale irradiato dal bersaglio in $dB/\mu Pa$ $/{\sqrt {Hz}}/1\ m$ .^[6]

Il valore di $SL$ dipende dalla velocità stimata del bersaglio e dalla frequenza di ricezione del sonar.

$SL$ è deducibile da una serie di curve parametriche funzioni della frequenza; i parametri consentono di selezionare la velocità del bersaglio, dalla frequenza si evince il valore del rumore spettrale emesso.

Curve parametriche dalle quali rilevare il valore di $NL$

$NL=$ rumore spettrale del mare in $dB/\mu Pa$ $/{\sqrt {Hz}}$ .^[7]

$NL$ è deducibile da una serie di curve parametriche funzioni della frequenza; i parametri consentono di selezionare lo stato del mare^{[N 6]}, dalla frequenza si evince il valore del rumore spettrale generato dal mare.

$DI=$ guadagno di direttività della base idrofonica ricevente in $dB$ .

Il valore del guadagno di direttività della base ricevente dipende dalle sue dimensioni e dalla frequenza di lavoro.

Una tra le numerose formule per il calcolo del $DI=$ ^[8] è data dall'espressione:

$G\thickapprox {\frac {4\pi A-2\lambda {\sqrt {A}}+2\lambda ^{2}}{\lambda ^{2}}}$

Dove le variabili sono:

\lambda =1530/f

A=

superficie della base in

m^{2}

^{[N 7]}

Curve ROC; esempio per $d=2\ ;\ Pfa=10\ \%\ ;\ Priv=50\ \%$

$DT=$ soglia di rivelazione in correlazione in $dB$ calcolabile secondo l'espressione:

$DT=5\cdot log_{10}{[(BW\cdot d)/(2\cdot RC)]}$ ^[9]^{[N 8]}

dove:

$BW$ = banda delle frequenze di ricezione del sonar in $Hz$
$d$ = parametro probabilistico delle curve ROC^[10]^{[N 9]}
$RC$ = costante di tempo di rivelazione dei circuiti di correlazione.

Metodi di calcolo[modifica]

Esistono due metodologie di calcolo della portata:

grafica^{[N 10]}, usata nel 1960 per lo studio dei sonar IP60/64 per i sottomarini della Classe Toti

Risoluzione del sistema trascendente tramite computer

Esempio di calcolo con il metodo grafico[modifica]

In un sistema di assi cartesiani con ascisse $R\ in\ km$ e ordinate $TL\ in\ dB$ si tracciano:

la curva relativa alla prima equazione del sistema trascendente
la curva della seconda equazione

l'ascissa de loro punto d'intersezione, in $R$ , risolve il problema.

Soluzione grafica: la curva blu rappresenta la prima equazione del sistema ; la curva rossa rappresenta la seconda equazione del sistema. L'ascissa del punto d'intersezione delle due curve indica la portata calcolata, nell'esempio: $R=56\ km$

Significativa la soluzione grafica del sistema trascendente che rende $R=56\ km$ assunte le variabili:

$BW=4000\ Hz-6000\ Hz$ (banda del ricevitore sonar)
$fo=4900\ Hz$ (frequenza madia geometrica della banda)
$\alpha =0.34\ dB/km$ (coefficiente d'attenuazione per assorbimento per $fo=4900\ Hz$ )
$SL=136\ dB/\mu Pa$ $/{\sqrt {Hz}}/1\ m$ (livello di rumore emesso da un cacciatorpediniere a $25\ kn\ per\ fo=4900\ Hz$
$NL=54\ dB/\mu Pa$ $/{\sqrt {Hz}}$ (livello del rumore del mare allo stato $SS\approx 3\ per\ fo=4900\ Hz$
$DI=18\ dB$ (guadagno della base ricevente per a $fo=4900$ )
$DT$ ( soglia di rivelazione calcolata con i seguenti valori:

$BW=2000\ Hz\ ;\ RC=1\ s\ ;\ d=9$ ).

Il parametro $d$ presuppone: $(Priv=90\%;Pfa=5\%)$ ^{[N 11]}

Il valore calcolato di $R=56\ km$ è affetto dall'incertezza, dovuta al valore $d=9$ , che il bersaglio potrà essere scoperto soltanto per il $90\%$ del tempo d'osservazione, con la segnalazione del $5\%$ di false scoperte.

note[modifica]

Annotazioni

↑ detta anche portata di scoperta
↑ La zona d'ombra è la conseguenza di un modo di propagazione anomala del suono generato da una diversa temperatura del mare alle diverse quote.
↑ Il calcolo presuppone che il sistema ricevente della componente passiva del sonar in correlazione.
↑
Le sigle in inglese:
- $TL$ (Targeth Loss) = Attenuazione del segnale del bersaglio
- $SL$ (Source Level) = Livello del rumore emesso dal bersaglio
- $DI$ (Directvity Index) = Direttività della base ricevente
- $NL$ ( Noise Level) = Livello del rumore del mare
- $DT$ (Detection Threshold) = Soglia di rivelazione
- $BW$ (Bandwidth) = Banda di ricezione del sonar
↑ f = frequenza media geometrica degli estremi della banda di ricezione del sonar.
↑ Lo stato del mare è indicato con la sigla inglese SS ( Sea State)
↑ Nel caso del calcolo del guadagno di una base cilindrica il valore di $A$ può essere assunto dalla superficie del doppio della generatrice.
↑ Indicato da Urick come soglia di rivelazione (Detection Threshold)
↑ Questa variabile rende il calcolo della portata non deterministico
↑ La soluzione grafica del sistema trascendente aiuta alla miglior comprensione del calcolo della portata.
↑ Il calcolo è valido se il sistema ricevente della componente passiva del sonar è in correlazione.

Fonti

↑ Del Turco, pp. 210 - 225.
↑ Urick, pp. 17 - 30.
↑ De Dominics, pp. 395 - 397.
↑ Del Turco, pp. 203 - 210.
↑ Thorp p. 270.
↑ Del Turco, pp. 193 - 202.
↑ Del Turco, p. 176 - 184.
↑ Urick, pp. 31 - 70.
↑ Urick, p. 287.
↑ C.Del Turco, p. 168.

Bibliografia[modifica]

WH Thorp,, "Analytical description of the low frequency attenuation coefficient", Acoustical Society of America Journal, vol. 42, 1967, pag. 270..
(EN) Robert J. Urick, Principles of underwater sound, 3ª ed., Mc Graw – Hill, 1968.
Aldo De Dominicis Rotondi, Principi di elettroacustica subacquea, Genova, Elettronica San Giorgio-Elsag S.p.A., 1990.
Cesare Del Turco, Sonar Principi Tecnologie Applicazioni , edizione Accademia Navale - 3º Gruppo Insegnamento Armi Subacquee - Abilitazione Smg-Agg, .Prof. EA/ST, Livorno, 1992.
C. Del Turco, La correlazione, Tip. Moderna La Spezia 1992.

Collegamenti esterni[modifica]

N° FASCI Selenia

Sonar FALCON

Schemi sonar FALCON

Testo discorsivo sul sonar

Testo tecnico sulla Correlazione

[1] tta anche portata di scoperta

[2] La zona d'ombra è la conseguenza di un modo di propagazione anomala del suono generato da una diversa temperatura del mare alle diverse quote.

[5] Il calcolo presuppone che il sistema ricevente della componente passiva del sonar in correlazione.

[7] Le sigle in inglese:
$TL$ (Targeth Loss) = Attenuazione del segnale del bersaglio

$SL$ (Source Level) = Livello del rumore emesso dal bersaglio

$DI$ (Directvity Index) = Direttività della base ricevente

$NL$ ( Noise Level) = Livello del rumore del mare

$DT$ (Detection Threshold) = Soglia di rivelazione

$BW$ (Bandwidth) = Banda di ricezione del sonar

[5] $TL$ (Targeth Loss) = Attenuazione del segnale del bersaglio

[6] $SL$ (Source Level) = Livello del rumore emesso dal bersaglio

[7] $DI$ (Directvity Index) = Direttività della base ricevente

[8] $NL$ ( Noise Level) = Livello del rumore del mare

[9] $DT$ (Detection Threshold) = Soglia di rivelazione

[10] $BW$ (Bandwidth) = Banda di ricezione del sonar

[9] = frequenza media geometrica degli estremi della banda di ricezione del sonar.

[13] Lo stato del mare è indicato con la sigla inglese SS ( Sea State)

[15] Nel caso del calcolo del guadagno di una base cilindrica il valore di $A$ può essere assunto dalla superficie del doppio della generatrice.

[17] Indicato da Urick come soglia di rivelazione (Detection Threshold)

[19] Questa variabile rende il calcolo della portata non deterministico

[20] La soluzione grafica del sistema trascendente aiuta alla miglior comprensione del calcolo della portata.

[21] Il calcolo è valido se il sistema ricevente della componente passiva del sonar è in correlazione.

[3] Del Turco, pp. 210 - 225.

[4] Urick, pp. 17 - 30.

[6] De Dominics, pp. 395 - 397.

[8] Del Turco, pp. 203 - 210.

[10] Thorp p. 270.

[11] Del Turco, pp. 193 - 202.

[12] Del Turco, p. 176 - 184.

[14] Urick, pp. 31 - 70.

[16] Urick, p. 287.

[18] C.Del Turco, p. 168.

[N 1]

[N 2]

[1]

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[N 3]

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[N 4]

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[N 5]

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[N 6]

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[N 8]

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[N 9]

[N 10]

[N 11]