Fasci preformati

I fasci preformati sono una struttura hardware o software da implementare nel sonar affinché con esso si possano scoprire i bersagli in modo istantaneo per tutti i $360$° dell'orizzonte.

Un sistema a fasci preformati in hardware è stato studiato per la prima volta in Italia nel 1970 per i sonar IP70 / IP74 installati a bordo dei sottomarini Classe Sauro.

Un singolo fascio preformato consente la visualizzazione dei segnali acustici emessi dai semoventi navali in una determinata direzione; $72$ fasci indirizzati per le direzioni $0^{\circ }\ ;\ 5^{\circ }\ ;\ 10^{\circ }\ ;\ 15^{\circ }.....355$° permettono la movimentazione del sottomarino in sicurezza.

Le strutture a fasci preformati possono essere realizzate sia con rivelatori d’energia che con correlatori.

Struttura a fasci preformati in hardware (processo di correlazione)

Una struttura di tipo misto, analogica-digitale , è composta secondo la figura 1 dove, per semplicità, non sono mostrati gli amplificatori dei segnali idrofonici:

figura 1 Schema a blocchi dell'hardware di un fascio preformato

essa mostra uno dei $72$ fasci preformati facenti parte di un sistema di scoperta sonar che si realizza ricevendo i segnali idrofonici dalla base conforme di un sottomarino.

Ciascun fascio si compone di un blocco di rimessa in coerenza per compensare i diversi tempi di percorrenza del suono in mare , due sommatori, un ricevitore in correlazione con integratore analogico , ed un terminale d’uscita per la scansione video.

Per un corretto funzionamento del sistema la caratteristica di direttività di ciascun fascio deve sovrapporsi alle adiacenti a circa $-3\ dB$ rispetto al massimo.

Fasci preformati e caratteristica di direttività

Una generica caratteristica di direttività al traverso di una base conforme è tracciata in figura 2:

figura 2 Direttività con rivelatore d'energia - ascisse 5°/div. -

La larghezza del lobo a $0.7$ del massimo è di $10$° ; con un sistema a fasci preformati realizzato con rivelatori d’energia la copertura dell’orizzonte si ottiene con $36$ fasci adiacenti.

La stessa base collegata ad un sistema a fasci preformati in correlazione assume l’aspetto di figura 3:

figura 3 Direttività con rivelatore in correlazione -ascisse 5°/div. -

dove la larghezza del lobo a $0.7$ del massimo si riduce a $5$°. Condizione vantaggiosa per il miglioramento del rapporto segnale/rumore ma costosa in termini di fattibilità richiedendo un numero di fasci superiori, da $36\ a\ 72$, rispetto alla rivelazione d’energia.

Struttura a fasci preformati in software

Una struttura di tipo numerico è composta secondo la figura 4 dove, per semplicità, non sono mostrati gli amplificatori dei segnali idrofonici:

figura 4 Schema a blocchi per fascio numerico

Essa riporta uno degli n fasci preformati che si realizzano, via software , ricevendo i segnali idrofonici dalla base conforme del sonar: In figura sono evidenziate le parti più delicate del sistema: i convertitori analogico/digitali e la linea di trasmissione, che deve trasferire al blocco software i segnali idrofonici in forma numerica.

I convertitori A/D, per ridurre le interferenze dovute al battello, sono vicini alla base idrofonica.

La linea di trasmissione è posata su di un lungo percorso per raggiungere il sistema di calcolo; date le frequenze di campionatura necessarie per il software la linea di trasmissione poneva la limitazione principale per questo modello di fasci preformati

Diversi studi interessanti sono stati condotti per minimizzare questo problema

I ricevitori in correlazione, implementati nel blocco software, hanno l'integrazione di tipo numerico.

Bibliografia

• R.G. Pridham and R.A. Mucci, A novel approach to digital beamforming, Acoustica Society of America 63(2) , 1978.
• R.G. Pridham and R.A. Mucci, Digital Interpolation Beamforming for Low-Pass and Bandpass Signals, in Proceedings of the IEEE. Vol. 67 n°6, 1979.
• H.F. Mermoz, Spatial processing beyond adaptive beamforming, Acoustica Society of America 70(1) , 1981
• Cesare Del Turco, Sul calcolo del minimo numero di fasci preformati per il sonar, in Rivista Tecnica Selenia - industrie elettroniche associate - vol. 11 n°3, 1990.
• Cesare Del Turco, I sistemi direttivi nella localizzazione subacquea con il sonar, Rivista L'elettrotecnica - vol. LXXVI n°1, 1989.