Risoluzione angolare nella scoperta sonar

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lezione
Risoluzione angolare nella scoperta sonar
Tipo di risorsa Tipo: lezione
Materia di appartenenza Materia: Principi, sistemi e metodologie per la localizzazione subacquea passiva
Avanzamento Avanzamento: lezione completa al 100%.

La risoluzione angolare nella scoperta sonar indica la capacità del sistema elettroacustico di rilevamento a distinguere angolarmente la posizione di due bersagli molto vicini tra loro.

Convenzioni[modifica]

Si conviene che la risoluzione angolare tra due bersagli sia accettabile quando le due curve di direttività, relative al rilevamento di questi, s'intersecano ad un livello uguale od inferiore a rispetto al massimo delle ampiezze, come mostra la figura 1:

figura 1 Intersezione a

In altri termini; la risoluzione angolare è identificabile con la larghezza, a , del lobo di direttività.

Si conviene inoltre che negli sviluppi analitici che seguono si consideri il rumore del mare irrilevante rispetto ai livelli acustici generati dai bersagli sulla base ricevente del sonar.

Caratteristica di direttività presa a modello[modifica]

Lo studio della risoluzione angolare del sonar si avvale della funzione Gaussiana, curva presa a modello in sostituzione[1] di qualsiasi diagramma di direttività rilevato in mare o calcolato con gli algoritmi classici.

La funzione è espressa con l'esponenziale: =

La curva menzionata è riportata in figura 2 secondo le seguenti variabili d'esempio:

Direzione di puntamento in scisse con scala °/div.

Direzione del massimo

Ampiezza normalizzata in ordinate / div.

Larghezza del lobo di direttività misurata a

figura 2 Funzione gaussiana sostitutiva

La curva di figura 2 può essere interpretata come la visione oscilloscopica dell'uscita dell'interpolatore di un sistema a fasci preformati di un sonar, con un fascio ogni °, che sta elaborando il segnale acustico di una sorgente disposta nella direzione °

Presentazione di curve distintive di due bersagli[modifica]

Se nell'ipotesi della figura precedente si suppone che il sistema a fasci preformati nella ricerca dei bersagli ne trovi due di pari livello di pressione acustica, disposti rispettivamente per ° e °, l'uscita dell'ipotetico interpolatore potrà essere costruita secondo il diagramma di figura 3:

figura 3 Funzioni gaussiane interferenti

Le curve di figura 3 mostrano, ciascuna con il proprio massimo, la posizione angolare di due bersagli vicini:

Il primo bersaglio per rilevamento °

Il secondo bersaglio per rilevamento °

Le due curve s'intersecano ad un livello di circa rispetto ai loro massimi; valore inferiore ai enunciati nella convenzione.

Da un punto di vista tecnico le due curve possono essere considerate come risultato della scansione dell'orizzonte subacqueo eseguita dal sonar attraverso un sistema di fasci preformati con interpolazione.

Con i fasci disposti a ° l'uno dall'altro i bersagli saranno collimati con ottima risoluzione angolare, ciascuno per la propria direzione, dato che l'interferenza di un bersaglio sulla direttività dell'attiguo è irrilevante.

Se il sistema a fasci preformati, per migliorare la precisione di rilevamento, è costruito con fasci distanti l'uno dall'altro di °, il fascio puntato per ° (dove non c’è bersaglio) riceve contributi di segnali, non coerenti, dai due bersagli per ° e °

Deve pertanto essere valutata l'ampiezza del fascio a ° per controllare se sussiste sempre la convenzione iniziale.

Ampiezza fascio intermedio per ° a seguito interferenze fasci adiacenti[modifica]

L'ampiezza del fascio intermedio a ° può essere calcolata secondo la seguente procedura per , valore assunto, come in precedenza, a titolo d’esempio:

  • Impostazione della funzione Gaussiana, , per il fascio a °

  • Impostazione della funzione Gaussiana, , per il fascio a °

  • Calcolo della funzione somma tra e : per evidenziare l’effetto dei segnali interferenti sul fascio a °

=

Nel grafico di , mostrato in figura 4, è visibile la sella :

figura 4 Funzione S_3

In virtù dell'ampiezza della sella [2], circa , che si forma sul fascio a ° è possibile discriminare tra il bersaglio a ° e quello a °: la mostra infatti, da un punto di vista tecnico, la risoluzione angolare del sonar in esame.

Se la sella fosse molto più piccola sarebbe difficile la risoluzione angolare tra i due bersagli.

La risoluzione angolare tra bersagli con diverso livello di pressione acustica[modifica]

Se i due bersagli del sonar generano, come mostrato in precedenza, lo stesso livello di pressione acustica sulla base ricevente del sonar, il diagramma illustrato interpreta correttamente la presentazione video della scansione con interpolazione del sistema a fasci preformati.

Se invece i due bersagli non generano la stessa pressione acustica sulla base ricevente la curva di scansione tra i fasci si deforma con un deterioramento progressivo della capacità di risoluzione del sonar tanto più marcato quanto aumenta la differenza dei due livelli di pressione.

Per avere un'idea del fenomeno supponiamo che, nel caso precedente, i livelli di pressione acustica ricevuti dalla base del sonar siano nel rapporto:

Questa nuova condizione, con , è rappresentata dalla nuova figura 5 :

figura 5 Fasci a diverso livello

La figura mostra con tutta evidenza che questa situazione consente con difficoltà la discriminazione del bersaglio in quanto l'ampiezza della sella è praticamente irrilevante e non rispetta una delle convenzioni iniziali.


Osservazioni sulle computazioni[modifica]

Nello sviluppo delle computazioni è stata assunta un'ampiezza di , pari a circa il dell'ampiezza di come conseguenza dell'assunto convenzionale che indica come ampiezza del lobo di direttività rilevato a ; ciò assicura una facile risoluzione tra i bersagli da discriminare.

Si comprende che anche valori di inferiori a permettono, entro certi limiti, la discriminazione tra le due sorgenti acustiche se il rumore dell'ambiente subacqueo lo consente.

La trattazione dell'argomento, al di là delle possibili scelte e condizioni ambientali, vuole mostrare come uno dei parametri più significativi del sonar sia subordinato a particolari condizioni che non sempre possono verificarsi; la risoluzione angolare risulta dipendente, per quanto visto, dal rapporto tra le pressioni acustiche che colpiscono la base ricevente del sonar e che possono variare sia per le stazze dei mezzi che le generano, per le loro velocità e per la loro distanza dal sonar.

Note[modifica]

  1. Si veda la pagina: Trasformazione delle caratteristiche di direttività del sonar
  2. La sella indica il decremento d'ampiezza tra un fascio e il fascio adiacente e concretizza la possibilità di risolvere la posizione angolare tra due bersagli.

Bibliografia[modifica]

  • Robert J. Urick, Principles of underwater sound, Mc Graw – hill, 3ª ed. 1968
  • Cesare Del Turco, Sul calcolo del minimo numero di fasci preformati per il sonar, Rivista Tecnica Selenia - industrie elettroniche associate - vol. 11 n°3, 1990.
  • Giuseppe Pazienza, Fondamenti della localizzazione marina, Studio grafico Restani La Spezia, 1970