Sonar FALCON: inseguimento dei bersagli

Vista prototipo Sonar FALCON per prove di laboratorio

Italia

-Arsenale Marina Militare

-La Spezia

-Inizio costruzione = 2000

-Fine costruzione = 2001

La funzione d'inseguimento dei bersagli consente di conoscere, istante dopo istante ed in modo automatico, la posizione angolare degli stessi rispetto all'asse del sottomarini, ciò durante le evoluzioni sia dei bersagli che di quest'ultimo.

Detta funzione, per il sonar FALCON, si realizza tramite software studiato nel contesto di tutta la filosofia funzionale di questo particolare apparato.

La realizzazione dell'inseguimento automatico del FALCON è diversa dal sistema ad anello, basato sullo zero della funzione relativa alla trasformata di Hilbert ma si sviluppa con criteri ritenuti più idonei per questa soluzione software; si avvale pertanto della funzione $C(r)$ e del suo massimo.

Vediamo ora come sono organizzate le funzioni operative per l'inseguimento automatico dei semoventi navali implementate nella routine principale del FALCON; dette funzioni sono impostate in Visual Basic 6.

Memorie video e indice di collimazione del FALCON

figura 1

Le memorie video del FALCON, generate da un processo di correlazione multiplo ( 288 funzioni di correlazione ), sono organizzate in matrici monodimensionali dichiarate nella stringa:

 Private a(287) As Single 

La matrice può essere scritta come: $y=a(x)$ ; dove $y$ è l'ordinata e $x$ l'ascissa.

Questa matrice, opportunamente scandita, genera la presentazione video riportata in figura 1:

In figura compaiono $288$ righe (ordinate della matrice) disposte a $1.25$° l'una dall'altra (ascisse della matrice) fino a coprire tutto l'arco dei $360$° dell'orizzonte.

La collimazione manuale del tracciato di figura 1 è affidata ad uno Scroll orizzontale che governa la variabile $t$ dichiarata con la stringa:

  Private t As Integer 

per (t variabile da 0 a 287)

e la matrice indice :

Dim indi(287) As String 

per ("indi" Variabile da $0\ a\ 360$° a passi di $1.25$°)

Variando la posizione dello Scroll si posiziona un indice verticale luminoso con il quale si esegue manualmente il puntamento del bersaglio così come mostra la figura 2:

figura 2

Il valore dell'angolo di collimazione è presentato su Label5 dalle stringhe:

 t = HScroll1.Value  
 Label5.Caption = indi(t) 

Con questa definizione angolare di $1.25$° l'errore strumentale massimo è di $0.625$°.

L'indice è posizionabile anche con un click del mouse nel punto desiderato.

Processo per l'inseguimento automatico

figura 3

Il processo, affidato ad una struttura software, segue il percorso:

Dichiara la matrice "bb" ausiliaria alla matrice "a"

 Dim bb(287) As Single

La matrice può essere scritta come: $y1=bb(x)$ ; dove $y1$ è l'ordinata e $x$ l'ascissa.

Definisce due limiti angolari della posizione dell'indice:

$li\$ e $\ ls\$ in $\ t-5\$ e $\ t+5\$ (tra $\ +/-6.25$°)

 li = t - 5  
 ls = t + 5 

copia i valori della matrice $a$, compresi nell'intervallo $li-ls$ , in $bb$

 For x = li To ls   
 bb(x) = 5 - a(x)  
 Next x    

Imposta due anelli For nidificati per la ricerca del massimo nell'intervallo $+/-6.25$° attorno a $t$

 For x = li To ls  
 For I = li To ls  
 If bb(x) = bb(I) Then bb(x) = bb(x) * 1.01 

   'se sono presenti due $bb(x)$ dello stesso livello ne aumenta uno dell' $1\%$ in modo da 
   'evitare che l'anello successivo oscilli nella determinazione tra due valori di $bb(x)>0$ 

 If bb(x) < bb(I) Then bb(x) = 0 'seleziona il bb(x) più grande 
 Next I 
 Next x  

Una volta selezionato il valore più grande di $bb(x)$, si assegna allo scroll l'ascissa $x$ di $y1=bb(x)$ che posiziona $t$ sul massimo di $C(r)$ di $a$

 For x = li To ls 
 If bb(x) > 0  Then HScroll1.Value = X 
 Next x 
 

Il processo si ripete in continuità, passo dopo passo, in funzione dell'evoluzioni del bersaglio lungo l'arco dell'orizzonte dato che la matrice $y=a(x)$ viene aggiornata dopo ogni scansione e con essa la ripetizione della sequenza sopra illustrata.

Dato che la $C(r)$ è ottenuta tramite un algoritmo di correlazione la sua velocità di assestamento sul massimo 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 $C(r)$ sul massimo sarà bassa e di conseguenza adatta soltanto per bersagli in lento movimento.

Per ottimizzare le condizioni d'inseguimento automatico del bersaglio il sonar FALCON è dotato di comando atto alla scelta della costante di tempo su tutte le $288$ routine di correlazione così come mostra, assieme a tutte le funzioni menzionate in precedenza, la figura 3:

Le routine sopra illustrate sono avviate da apposito pulsante virtuale "Ins.Aut" una volta puntato l'indice con lo scroll o con il click del mouse attorno al massimo del bersaglio scelto per l'inseguimento.

Bibliografia

• F. Balena, Microsoft Visual Basic 6 Mondadori Informatica, Milano, 2001.

• 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

• C. Del Turco, La matematica con il personal computer –metodi matematici e grafici in Qbasic, Editrice MODERNA La Spezia, 1998.