Visualizza wikitesto di Algoritmi per i simulatori delle variabili sonar

{{risorsa|tipo=lezione|materia1=Sistemi di calcolo automatico per il sonar}}

A complemento di due lezioni relative alla materia al titolo: '''Sistemi di calcolo automatico per il sonar''',  dedicate alle simulazioni delle variabili per i sonar passivi (7^ Lezione) e attivi (10^ Lezione),  sono illustrati nella presente gli algoritmi utilizzati per la realizzazione dei file eseguibili; dette variabili sono definite con algoritmi derivati dalla letteratura specializzata e tradotti in linguaggio Visual Basic per la realizzazione delle routine di calcolo.  

Ritenendo utile che gli utilizzatori dei file   Sim.p.exe (per i sonar passivi) e Simatt.exe (per sonar attivi)
debbano conoscere le formule in questi implementate nella pagina saranno mostrati i
citati algoritmi accompagnati dalle routine di base compilate in VB.

I listati delle routine di calcolo sono utilizzabili singolarmente, a scopo d'esercitazione, una volta inseriti gli oggetti indicati <ref>Gli oggetti di Visual Basic nominati nelle routine sono ad esempio: j = Val(Text --.Text) dovranno pertanto essere nominati in base alla disposizione degli oggetti sostituendo i trattini -- con il numero distintivo di ciascun di questi.</ref> nei listati stessi.

=='''Algoritmi utilizzati nella 10^ Lezione (sonar attivo)''' ==
Le due equazioni del sonar attivo che consentono il calcolo della portata di scoperta <math> R </math> sono:

* 1A) <math> \ TL = LI + TS - NL - DT + DI   </math>
* 2A)<math> \  TL = 120 \ dB + 20 \ Log \ R + 2 \alpha ; R  </math>

in ciascuna di esse giocano variabili quali:

*-Per la 1A) le variabili <math> LI; NL; DT; DI  </math>
*-per la 2A) la variabile <math> \alpha </math>

Le variabili indicate a loro volta sono funzioni di altre variabili così come di seguito riportato.

== Equazione 1A)  Livello indice ==

<math> LI \ (dB) = 10 \ Log \ (Pe \cdot rd) + 171.6 </math>   dove:

* <math>Pe </math> = potenza elettrica destinata all'emissione 
* <math>rd = </math> rendimento elettroacustico (circa il <math> 50\%</math> )  

La routine in VB per il calcolo di LI è :

  Private Sub Command -- _Click()
 'calcolo LI in funzione di Pe.W rend. = 50%
 j = Val(Text --.Text) 'ingresso del valore di Pe
 If j = 0 Then GoTo fine
 LIa = 10 * Log(j / 2) / Log(10) + 171.6
 LI = Format(LIa, "######.#")
 Label --.Caption = LI
 fine:
 End Sub

== Equazione 1 A) - Rumore del mare ==
<math> NL \ (dB) = 20 \cdot Log \ f \ ^  {0.838} + jss \ \ </math> dove:

*<math> f </math> = frequenza 
*<math> jss </math> = variabile dipendente dallo stato del mare

La routine in VB per il calcolo di <math>  NL </math> è :

 Private Sub command -- _Click()
 x = Val(Text --.Text)
 Rem calcolo del livello spettrale del rumore del mare
 db = 5
 k = db / (20 * Log(2) / Log(10))
 If x = 0 Then GoTo fine
 Y = 20 * Log((x) ^ k) / Log(10)
 If Combo --.Text = "SS=0" Then livdB = 55 - Y - 10.8 'per ss=0
 If Combo --.Text = "SS=1/2" Then livdB = 55 - Y - 4.7 'per ss=1/2
 If Combo --.Text = "SS=1" Then livdB = 55 - Y + 0 'per ss=1
 If Combo --.Text = "SS=2" Then livdB = 55 - Y + 6.8 'per ss=2
 If Combo --.Text = "SS=4" Then livdB = 55 - Y + 11.6 'per ss=4
 If Combo --.Text = "SS=6" Then livdB = 55 - Y + 15 'per ss=6
 Text --.Text = Format(livdB, "###.#")
 Label --.Caption = Format(livdB, "###.#")
 fine:
 End Sub

==Equazione 1 A) - Soglia di rivelazione in correlazione ==

<math> DT \ (dB) = 5 \cdot Log \ (d \cdot BW / tc \ \ ) </math>  dove:
*<math> d </math> = variabile deducibile in base alle curve ROC stabilita la <math>  Priv. \ e \ Pfa.</math>
*<math> BW </math> = larghezza di banda del ricevitore
* <math> tc </math> = durata dell'impulso di trasmissione

La routine in VB per il calcolo del <math> DT </math> è :

 k = Val(Text --.Text) * 1000 'Frequenza di emissione
 k1 = Val(Text--.Text) 'Banda del ricevitore
 d = Val(Text -- .Text) 
 tc = Val(Text -- .Text) 'durata impulso
 DT = 5 * Log(d * k1 / (tc)) / Log(10)  'SOGLIA DI RIVELAZIONE IN CORRELAZ.

==Equazione 1 A) - Guadagno di direttività della base cilindrica ==

<math> DI \ (dB)= 10 \cdot Log \ [12.56 \cdot Sup / (1530 / f)^2] \ \  </math> dove: 

*<math> Sup = </math> superficie della proiezione della base su di un piano verticale
*<math>  f = </math>  frequenza di lavoro 

La routine in VB per il calcolo del <math>  DI </math> è :
 
 F = Val(Text--.Text) 'freq in KHz
 latoA = Val(Text--.Text) 'entra in cm
 latoB = Val(Text--.Text) 'entra in cm
 If latoA = 0 Then GoTo fine
 If latoB = 0 Then GoTo fine
 If F = 0 Then GoTo fine
 landa = 1.53 / F
 guad = 10 * Log((4 * 3.14 * (latoA / 100) * (latoB / 100)) / landa ^ 2) / Log(10)
 Label--.Caption = Format(guad, "##.#")
 fine:
 End Sub

==Equazione 2A) Attenuazione per assorbimento==
Secondo la formula di Thorp:

<math> \alpha = (0.1 \cdot f^2) / (1 + f^2) + (40 \cdot f^2) / (4100 + f^2) + (2.75 \cdot f^2) / 10000 \ \ </math>  dove:

*<math> f = </math> frequenza del segnale in <math> kHz</math> 

La routine in VB per il calcolo di <math> \alpha \ \ </math>  espressa in <math> dB/km </math> è :

  A = (0.1 * (f ^ 2)) / (1 + (f ^ 2)) + (40 * (f ^ 2)) / (4100 + (f ^ 2)) + (2.75 * (f) ^ 2) / 10000

== Equazioni 1 A)  e 2 A) Soluzione grafica della portata di scoperta==

-ROUTINE PER LA SELEZIONE DEL TIPO DI PROPAGAZIONE-

 If Combo--.Text = "Sferica" Then hhh = 20
 If Combo1--.Text = "Sfer.cil." Then hhh = 10

-ROUTINE GENERALE PER TRACCIARE LE CURVE-

 TL = (SL + TS - NL + DI - DT)  'MAX ATTENUAZIONE CONSENTITA
 For R = 0.1 To 50 Step 0.1
 TLP = 120 + 2 * hhh * Log(R) / Log(10) + 2 * A * R 'equazione attenuazione f(R)
 PSet (500 + 2 * 64.4 * R, 2 * 2240 - 11.2 * TLP), vbBlue
 PSet (500 + 2 * 64.4 * R, 2 * 2240 - 11.2 * TL), vbRed
 Next

==Equazioni 1A) e 2A) Soluzione numerico-iterativa per il calcolo della portata di scoperta==
-ROUTINE PER IL CALCOLO AUTOMATICO DI <math> R </math>-
 
 For R = 0.1 To 50 Step 0.001
 TLP = 2 * (60 + hhh * Log(R) / Log(10) + A * R) 'equazione attenuazione f(R)
 If Int(TLP) = Int(TL) Then distanza = R  'rivelazione distanza R
 If Int(TLP) = Int(TL) Then perdita = TLP / 2 'rivelazione TLp per distanza R
 Next
 Label --.Caption = Format(distanza, "###.0")
 fine:
 Circle (500 + 2 * 64.4 * distanza, 2 * 2240 - 22.4 * perdita), 100, vbRed

==Equazioni 1A 2A funzione di controllo -Monitoraggio della cavitazione-==
 
 Private Sub cavitazione()
 Label --.BackColor = vbGreen
 latoA = Val(Text --.Text) 'entra in cm
 latoB = Val(Text --.Text) 'entra in cm
 sup = 3.14 * latoA * latoB
 LI = Val(Text --.Text)
 pacdB = LI - 172
 Pac = 10 ^ (pacdB / 10)
 If sup = 0 Or sup < 0 Then GoTo fine
 If sup < 0.1 Then sup = 0.1
 wmax = Pac / sup 'deve essere inferiore a 2.5 w/cmq
 If wmax > 2.4 Then Label32.BackColor = vbRed
 Label--.Caption = "* Pac./cmq = " + Format(wmax, "#.#") + ""
 fine:
 End Sub

== '''Algoritmi utilizzati nella 7^ lezione (sonar passivo) '''==
 
Le due equazioni del sonar passivo che consentono il calcolo della portata di scoperta <math> R </math> sono:
*1P)  <math>TL = SL - NL - DT + DI + 10 \cdot Log \ BW    </math> 
*2P) <math> TL = 60 \ dB + 20 \cdot Log \ R +  \alpha \cdot R </math>
  

in ciascuna di esse giocano variabili quali:

*Per la 1P) le variabili <math> SL; NL; DT; DI; BW  </math> 
*Per la 2P) la variabile <math> \alpha </math>

Le variabili indicate a loro volta sono funzioni di altre variabili così come di seguito riportato.

==Equazione 1P) Livello della sorgente==

La routine in VB per il calcolo di <math> SL </math> è :

<math> SL = jvel - 20 \ Log \ (fm ^ {1.1004 }) </math> dove:

*<math> fm = {{ \sqrt (f1 \cdot f2) }} </math>  media geometrica dei limiti di banda in kHz 

*<math> jvel = </math> variabile funzione della velocità del bersaglio   


La routine in VB per il calcolo di <math> SL </math>  è :

 calcoloct()
 Rem calcolo del livello spettrale del rumore emesso da un CT
 X1 = Val(Text --.Text) 'freq. inferiore della banda
 X2 = Val(Text --.Text) 'freq. superiore della banda
 x = Sqr(X1 * X2) / 1000
 If x = 0 Then GoTo fine
 db = 6.67
 k = db / (20 * Log(2) / Log(10))
 Y = 20 * Log((x) ^ k) / Log(10)
 If Combo --.Text = "10 nodi" Then livdB = 127.5 - Y 'per 10 nodi
 If Combo --.Text = "15 nodi" Then livdB = 138 - Y 'per 15 nodi
 If Combo --.Text = "20 nodi" Then livdB = 145.4 - Y 'per 20 nodi
 If Combo --.Text = "25 nodi" Then livdB = 151.4 - Y 'per 25 nodi
 Label --.Caption = Format(livdB, "###.#")
 fine:
 End Sub

== Equazione 1P)  Rumore del mare ==
<math> NL \ (dB) = 20 \cdot Log \ f \ ^  {0.838} + jss \ \ </math> dove:

*<math> f </math> = frequenza 
*<math> jss </math> = variabile dipendente dallo stato del mare

La routine in VB per il calcolo di <math>  NL </math> è :

 Private Sub command -- _Click()
 x = Val(Text --.Text)
 Rem calcolo del livello spettrale del rumore del mare
 db = 5
 k = db / (20 * Log(2) / Log(10))
 If x = 0 Then GoTo fine
 Y = 20 * Log((x) ^ k) / Log(10)
 If Combo --.Text = "SS=0" Then livdB = 55 - Y - 10.8 'per ss=0
 If Combo --.Text = "SS=1/2" Then livdB = 55 - Y - 4.7 'per ss=1/2
 If Combo --.Text = "SS=1" Then livdB = 55 - Y + 0 'per ss=1
 If Combo --.Text = "SS=2" Then livdB = 55 - Y + 6.8 'per ss=2
 If Combo --.Text = "SS=4" Then livdB = 55 - Y + 11.6 'per ss=4
 If Combo --.Text = "SS=6" Then livdB = 55 - Y + 15 'per ss=6
 Text --.Text = Format(livdB, "###.#")
 Label --.Caption = Format(livdB, "###.#")
 fine:
 End Sub

==Equazione 1P Soglia di rivelazione in correlazione==

<math> DT = 5 \cdot Log \ [ d \cdot BW / (2 \cdot RC)] \ \ </math> dove:

* <math> d = </math>  variabile deducibile in base alle curve ROC stabilita la <math> Priv.\ e \ Pfa.</math>
* <math> BW = </math> larghezza di banda del ricevitore <math> (f2-f1) </math> 
* <math> RC = </math> costante di tempo dell'integratore

La routine in VB per il calcolo del <math> DT \ \ </math> è :

  DT = 5 * Log  (d * BW / (2 * rc)) / Log(10)

==Equazione 1P) - Guadagno di direttività della base cilindrica ==

<math> DI \ (dB)= 10 \cdot Log \ [12.56 \cdot Sup / (1530 / f)^2] \ \  </math> dove: 

*<math> Sup = </math> superficie della proiezione della base su di un piano verticale
*<math> f = {{ \sqrt (f1 \cdot f2) }} </math>  media geometrica dei limiti di banda in kHz

La routine in VB per il calcolo del <math>  DI </math> è :
 
 F = Val(Text--.Text) 'freq in KHz
 latoA = Val(Text--.Text) 'entra in cm
 latoB = Val(Text--.Text) 'entra in cm
 If latoA = 0 Then GoTo fine
 If latoB = 0 Then GoTo fine
 If F = 0 Then GoTo fine
 landa = 1.53 / F
 guad = 10 * Log((4 * 3.14 * (latoA / 100) * (latoB / 100)) / landa ^ 2) / Log(10)
 Label--.Caption = Format(guad, "##.#")
 fine:
 End Sub

==Equazione 1P Larghezza di banda espressa in dB ==

<math> 10 \cdot Log \cdot BW = 10 \cdot Log \ (f2-f1) \ \ </math> dove :

*f1 = frequenza inferiore della banda
*f2 = frequenza superiore della banda 

La routine in VB per il calcolo  è :

 Bw = 10 * Log \ (f2-f1) / Log(10)

==Equazione 2P) Attenuazione per assorbimento==
Secondo la formula di Thorp:

<math> \alpha = (0.1 \cdot f^2) / (1 + f^2) + (40 \cdot f^2) / (4100 + f^2) + (2.75 \cdot f^2) / 10000 \ \ </math>  dove:

*<math> f = {{ \sqrt (f1 \cdot f2) }} </math> frequenza media geometrica della frequenze della banda del ricevitore <math> kHz</math> 

La routine in VB per il calcolo di <math> \alpha \ \ </math>  espressa in <math> dB/km </math> è :

  A = (0.1 * (f ^ 2)) / (1 + (f ^ 2)) + (40 * (f ^ 2)) / (4100 + (f ^ 2)) + (2.75 * (f) ^ 2) / 10000

== Equazioni 1P) e 2P) Soluzione grafica della portata di scoperta==

-Routine per la selezione del tipo di propagazione-

 If Combo --.Text = "Sferica" Then hhh = 20
 If Combo --.Text = "Sfer.cil." Then hhh = 10

-Routine generale per tracciare le curve-

 For R = 0.1 To 100 Step 0.1
 TLP = (60 + hhh * Log(R) / Log(10) + a * R) 'equazione attenuazione f(R)
 If TLP > 200 Then TLP = 200
 PSet (500 + 64.4 * R, 500 + 2 * 2240 - 22.4 * TLP), vbBlue
 PSet (500 + 64.4 * R, 500 + 2 * 2240 - 22.4 * TL), vbRed
 Next

== Equazioni 1P) e 2P) Soluzione numerico-iterativa per il calcolo della portata di scoperta ==

 For R = 0.1 To 500 Step 0.1
 TLP = (60 + hhh * Log(R) / Log(10) + a * R) 'equazione attenuazione f(R)
 If Int(TLP) = Int(TL) Then distanza = R  'rivelazione distanza R
 If Int(TLP) = Int(TL) Then perdita = TLP 'rivelazione TLp per distanza R
 Next
 Label --.Caption = Int(distanza)
 fine:
 Circle (500 + 64.4 * distanza, 500 + 2 * 2240 - 22.4 * perdita), 100, vbRed

==Note==
<references/>

==Bibliografia==
*Raytehon, ''Sonar Performance Calculator'' Submarine Signal Division, Portsmouth

*Robert J. Urick, ''Principles of underwater sound'', 3ª ed., Mc Graw – Hill, 1968.

*Department of the Navy,'' Advanced Submarine Sonar Technology'', Washington D.C., Napers 93084 Bureau of Naval Personnel, 1965.

*C.  Del Turco, '' La correlazione '', Collana scientifica ed. Moderna La Spezia,1993





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