Misura della distanza tramite sonar
La misura della distanza tramite il sonar è la capacità del sistema di determinare, tramite la ricezione delle onde acustiche emesse da un semovente navale, la distanza del semovente stesso.
Diversi metodi sono stati sviluppati per la misura della distanza; due di questi utilizzano:
- La curvatura delle onde acustiche in mare
- La riflessione delle onde acustiche sul fondo
Misura della distanza mediante valutazione della freccia del fronte d'onda
modificaIn via teorica il calcolo della distanza si sviluppa studiando la geometria nel piano orizzontale dedotta dal contesto operativo di figura 1:
Per l'utilizzo della geometria sul campo il sottomarino era[1] dotato di particolari basi acustiche riceventi torreggianti sullo scafo (figure 2 e 3 ):
In figura 4 un dettaglio ingrandito, deformato nelle proporzioni, della situazione operativa; il grafico di una sola onda generata dal bersaglio che colpisce il sottomarino:
Il fronte d'onda colpisce inizialmente l'elemento centrale della base, di seguito, dopo aver percorso la lunghezza della freccia , colpisce i due elementi estremi.
Dalla geometria di figura 4 si ricava:
dato che la lunghezza della freccia è irrilevante rispetto alla distanza si scrive:
quindi
La misura della distanza viene computata valutando il ritardo temporale, , necessario al fronte d'onda per percorre in mare la freccia :
dove velocità del suono in mare.
Essendo
si ha la distanza in funzione del tempo di ritardo :
Esame numerico dell'algoritmo
modificaL'esame dell'algoritmo sviluppato in precedenza si rende necessario per valutare l'entità del ritardo il cui valore, se troppo piccolo, crea problemi nella sua misura e incide sulla precisione di calcolo.
Dalla funzione:
si esplicita il tempo tf:
In figura 5 una famiglia di curve parametriche in sono tracciate per funzione di variabile da a . I parametri sono:
; ;
I grafici mostrano che minore è la distanza minore è l'entità del ritardo che il misuratore della distanza deve elaborare.
Gli errori nella valutazione del tempo tf
modificaDue possono essere le cause d'errore più rilevanti nella misura di :
- - Un rapporto sfavorevole tra il segnale e il disturbo , dove quest'ultimo dipende, prevalentemente, dallo stato del mare
- - La deformazione del fronte d'onda dovuta a riflessioni dal fondo e dalla superficie così come mostrato in figura 6:
La misura della distanza per riflessione dal fondo
modificaIl metodo[2] utilizza la riflessione dal fondo dei raggi acustici generati dai semoventi navali; la geometria del campo operativo è mostrata, in figura 7, nel piano verticale:
Se i due mezzi sono alla stessa quota, ovvero per , e i due raggi acustici che incidono sul fondo sono uguali, l'algoritmo per il calcolo della distanza è:
dove:
quota del sottomarino
angolo di depressione
Se i due mezzi si trovano a quote diverse; uno alla quota e l'altro alla quota il calcolo di si esegue con la formula:
Il calcolo della distanza sarà tanto più attendibile quanto potrà esserlo la valutazione della differenza di quota
La misura della distanza per riflessione sul fondo utilizza una caratteristica base acustica[3] semisferica, in figura 8, non visibile all'esterno del battello perché sistemata sotto il falso scafo.
Gli errori nella misura della distanza per riflessione
modificaLe cause d'errore più rilevanti nella misura della distanza, oltre alla differenza di quota dei due battelli, sono:
- Un rapporto sfavorevole tra il segnale e il disturbo , dove quest'ultimo dipende, prevalentemente, dallo stato del mare
- L'alterazione dell'inclinazione dei raggi acustici a seguito fenomeni legati alla propagazione del suono in mare
Note
modifica- ↑ Questa metodologia di misura con basi acustiche sopra scafo è stata impiegata nel periodo della II guerra mondiale.
- ↑ Metodi più innovativi sono stati studiati nel tempo ma restano coperti dal segreto militare.
- ↑ Nei sonar moderni sono impiegati più sistemi di scoperta con annesse basi acustiche, i dati elaborati vengono poi fusi per ricavare variabili più attendibili.
Bibliografia
modifica- G. Clifford Carter, Coherence and Time Delay Estimation, Proceedings of the IEEE vol.75 no 2, 1987.
- Billur Barshan – All Safak Sekmen, Radium of curvature estimation and localization of targets using multiple sonar sensor, J. Acoust. Soc. Am. Vol. 105. no 4, 1999.
- Del Turco, Sonar- Principi - Tecnologie – Applicazioni, Tip. Moderna La Spezia, 1992.