Sonar FALCON dal vivo: Pannello operativo e presentazione dinamica dello scenario subacqueo. -Software in versione originale-

Questa lezione consente, per la prima volta dall'epoca del progetto del sonar FALCON, di esaminarne il funzionamento dinamico su software originale grazie al file eseguibile falcon.exe derivato dal file sorgente del prototipo.

Per una più esaustiva comprensione del testo si deve fare riferimento:

• lezioni 1^ e 2^ dalla materia Principi, sistemi e metodologie per la localizzazione subacquea passiva

• lezioni 6^ e 7^ dalla materia Ricevitori in correlazione

Vista del prototipo

Prima d'iniziare ad impiegare su P.C . il software del sonar FALCON è utile una vista d'insieme, figura 1, per valutare, nelle modeste dimensioni, la facilità d'inserimento nel locale AS dei sottomarini Cl. Sauro assieme al Sonar operativo IPD70.

figura 1

I segnali idrofonici applicati al FALCON erano direttamente convogliati dalla base circolare, figura 2, al miditower del prototipo.

figura 2

Illustrazione dei comandi e presentazione video del FALCON in condizioni operative

Nella figura 3 lo schermo del P.C, dopo il lancio del file falcon.exe, con i dettagli delle funzioni e dei comandi marcate in rosso:

figura 3

• 1-Rapporto Si/Ni tra il segnale è il rumore
• 2-Costante di tempo d'integrazione impostata
• 3-Direzione collimata con l'indice (cursore verticale)
• 4-Distanza del bersaglio a carattere indicativo
• 5-Tempo trascorso dall'accensione apparato (per controllo autonomia)
• 6-Zona di presentazione dati dinamici
• 7-Tracciato dell'elaborato video dal sonar
• 8-Indice di collimazione della direzione dei bersagli
• 9-Traccia di un segnale idrofonico persistente con oscillazioni
• 10-Tracce di rumore a comparsa ed ampiezza casuale
• 11-Scala degli angoli di rilevamento idrofonici $(-180^{\circ },0,+180)$° rispetto all'asse del sottomarino)
• 12-Comando d'impostazione della costante di tempo d'integrazione nel processo di correlazione FALCON
• 13-Slitta di comando posizione indice di collimazione ( Stessa operazione è fattibile con rapidità con il mouse)
• 14-Comando per l'inserzione del sistema automatico per l'inseguimento dei bersagli
• 15-Regolazione ampiezza video (incremento)
• 16-Regolazione ampiezza video (decremento)
• 17-Inserzione simulatore per esercitazioni e controlli
• 18-Impostazione dati per calcolo indicativo della distanza del bersaglio
• 19-Pulsante per abilitazione ascolto rumore bersaglio collimato con l'indice

Il sonar FALCON all’accensione

La prima schermata dopo il lancio di falcon.exe oppure exefalcon è dedicata ai rilievi d’esercitazione grazie al simulatore interno che entra per primo in azione ; questa situazione è evidenziata dal comando "Simul. (17) che assume il colore rosso.

La sola presentazione video (6) su P.C. è mostrata in figura 4:

figura 4

Se osserviamo sul P.C. la schermata dinamica originale, con riferimento agli indicatori numerici rossi di figura 3, abbiamo:

Il tracciato, evidenziate in giallo, mostra tre campane ciascuna generata dal simulatore per rendere attivo lo scenario subacqueo.

Le campane indicate con B1; B2; B3, rappresentano le tracce relative alla scoperta simultanea di tre bersagli idrofonici.

Sul bersaglio B1 collimato con l’indice (8)

Si tratta di un bersaglio vicino che si sposta a distanza costante dal sottomarino seguendo una traiettoria circolare in avanti ed indietro.

Collimato con l’indice il culmine della campana di B1 e disponendo con il pulsante (14) Ins. Aut, (inseguimento automatico) si osserverà l’escursione angolare del bersaglio, visibile nell'indicatore (3) BRQ, variare da $191$° a $241$° e viceversa con un livello di segnale buono così come mostra l’indicatore (1) con un rapporto $Si/Ni=+20\ dB$.

Sul bersaglio B2 collimato con l’indice (8)

Collimato con l’indice il culmine della campana di B2 si osserverà che si tratta di un bersaglio in allontanamento su rotta costante di $330$° , a seguito della manovra di allontanamento l’indice puntato sul massimo della campana indica sul (1) un indebolimento del segnale generato che mostra il deterioramento del rapporto $Si/Ni$ da $+5\ dB$ a $-25\ dB$

Sul bersaglio B3 collimato con l’indice (8)

Collimato con l’indice il culmine della campana di B3 si osserverà che si tratta di un bersaglio fermo a notevole distanza per $68.75$° , con un debole segnale indicato da (1) in $-6\ dB$.

Il sonar FALCON in fase operativa

Per passare dalla fase di simulazione alla fase operativa si deve cliccare sul pulsante "Simul"(17) cha perderà la colorazione rossa.

La fase operativa è a sua volta generata da una apposita routine accessoria di simulazione, estranea al FALCON, ma necessaria per l'esposizione che segue.

La routine accessoria, al suo lancio, è dimensionata di massima con i seguenti valori delle variabili acustiche:

• Frequenza di lavoro del sonar: $f=2000\ Hz$
• Stato del mare : $SS=2$
• Velocità del bersaglio: $15$ nodi
• Costante di tempo d'integrazione : $RC=0.1\ S$
• Distanza dal bersaglio : $R=30000\ m$

Le situazioni operative sono molteplici, queste le più importanti:

Presentazione video del rumore emesso da un bersaglio

Il tracciato video (6) relativo alla scoperta di un bersaglio lontano è riportato in figura 5 dove la routine accessoria di simulazione genera, sia il rumore del mare, sia un bersaglio sintetico per $35$°:

figura 5

Per questa presentazione video è stata impostata una bassa costante di tempo d'integrazione ( $0.1\ S.$) con il selettore (12) in modo da evidenziare la presenza del rumore che rende incerta la scoperta del bersaglio.

La figura mostra infatti alcuni picchi di rumore, d'ampiezza dell'ordine di quella del bersaglio sintetico, che rende incerto il rilevamento angolare dello stesso.

Una volta lanciato falcon.exe si possono osservare le fluttuazioni del rumore generico e le oscillazioni a destra del bersaglio del rumore che, in fase operativa, possono essere confusi con altri bersagli.

La misura del rapporto Si/Ni all'ingresso del ricevitore

Una volta collimato il bersaglio si osserva che l'ampiezza massima del segnale mostra leggere variazioni, ciò è dovuto alla presenza del rumore che altera il segnale.

L'entità di queste variazioni si traduce nel rapporto tra segnale e disturbo all'ingresso del ricevitore.

Il rapporto $Si/Ni$ è calcolato automaticamente dal software e presentato nell'indicatore (1), in questo caso, date le oscillazioni dell'ampiezza del segnale si hanno valori di $Si/Ni$ variabili tra $-1\ e\ 0\ dB$

Collimazione del bersaglio sintetico con bassa costante di tempo

Se nelle condizioni indicate in precedenza si collima con l'indice (8) il picco del segnale l'indicatore (3) evidenzia un BRQ di $35$°.

In questo caso, una volta collimato il bersaglio, se inseriamo l'inseguimento automatico (14) l'indicatore resta fisso su $35$° dato che il bersaglio è fermo.

Collimazione dei presunti bersagli oltre i 35°

Posizionando l'indice di collimazione (8) sui picchi del rumore e inserendo l'inseguimento automatico (14) l'indicatore (3) mostrerà rilevamenti casuali e l'indice (8) si sposterà angolarmente in modo casuale.

Collimazione del bersaglio sintetico con alta costante di tempo

Queso tipo di rilievo si esegue con il selettore (12) disposto per una costante di tempo pari a $RC=0.8\ S$ allo scopo di abbattere il rumore e ridurre l'incertezza di collimazione.

Con la nuova costante di tempo la presentazione video mostrerà come l'ondulazione del rumore si è notevolmente ridotta è non sono presenti falsi bersagli così come riporta la figura 6:

figura 6

Collimando con l'indice (8) il picco del segnale l'indicatore (3) evidenzia il solito valore di BRQ di $35$°.

Sul rumore e sui segnali

Nella simulazione che genera la figura 5 la routine accessoria imposta automaticamente sia la velocità del bersaglio a $15$ nodi, sia il livello di rumore pari ad uno stato del mare di $SS=2$, ciò allo scopo di vedere la traccia di un segnale proveniente da un bersaglio lontano.

Utilizzando il selettore della velocità del bersaglio (Vb) (18) è possibile passare da $Vb=15\ a\ Vb=10$ nodi con il risultato che la tracia del bersaglio che naviga ora a velocità inferiore si confonde con il rumore come indicato in figura 7:

figura 7

Per la ricerca di un eventuale bersaglio è possibile aumentare l'ampiezza della presentazione video utilizzando il pulsante G.Video + (16) così come mostra la figura 8 nella quale non compare alcun segnale:

figura 8

Per ridurre le ondulazioni di rumore di figura 8 si può aumentare la costante di tempo a $0.8\ S$ come in figura 9 senza ottenere comunque la scoperta del bersaglio:

figura 9

Bersagli a velocità diverse

Agendo sul selettore (18) si possono inserire nella routine accessoria valori elevati delle velocità del bersaglio ottenendo i seguenti risultati:

Velocità del bersaglio di $20$ nodi

Per $Vb=20$ si ha su (6) la presentazione video di figura 10 con un rilievo del rapporto segnale / disturbo su(1) di $Si/Ni=+7;\ +9\ dB$

figura 10

Velocità del bersaglio di $25$ nodi

Per $Vb=25$ si ha su (6) la presentazione video di figura 11 con un rilievo del rapporto segnale / disturbo su (1) di $Si/Ni=+13\ ;+15\ dB$

figura 11

Velocità del bersaglio di $30$ nodi

Per $Vb=30$ si ha su (6) la presentazione video di figura 12 con un rilievo del rapporto segnale / disturbo su (1) di $Si/Ni=+19\ ;+20\ dB$

figura 12

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