Portata sonar passivo

La portata di un sonar passivo ^{[N 1]} indica in generale la probabile distanza alla quale un sonar può scoprire un bersaglio. La portata di scoperta non è un dato certo ma una valutazione di carattere probabilistico.

Validità dei calcoli di portata

Tracciato propagazione anomala, in grigio la zona d'ombra. I bersagli che navigano nella zona non possono essere scoperti dal sonar

Le equazioni che regolano la stima della portata hanno valore soltanto se il bersaglio, e/o il sottomarino, non sono in una zona d’ombra.^{[N 2]}^[1]

Calcolo della portata di un sonar passivo

Il calcolo^[2] ^{[N 3]} della portata^[3] per propagazione sferica per la componente passiva del sonar si ottiene dalla soluzione del sistema trascendente in $R$ dove tutte le variabili^{[N 4]} sono espresse in decibel:

${\begin{matrix} T L = 60 + 20 \cdot \log_{10} R + α \cdot R \\ T L = S L + D I - N L - D T + 10 \cdot \log_{10} B W \end{matrix}$

dove:

Prima equazione

$T L =$ attenuazione, espressa in ( $d B$ )^[4], dipendente da:

$R$ distanza espressa in $k m$

$α$ coefficiente d'assorbimento del suono in mare in $d B / k m$ calcolabile con l'espressione: $α = [\frac{0.1 \cdot f^{2}}{1 + f^{2}}] + [\frac{40 \cdot f^{2}}{4100 + f^{2}}] + [\frac{2.75 \cdot f^{2}}{1 0^{4}}]$ con $f i n k H z$ ^{[N 5]}.

L'attenuazione per assorbimento segue la legge di W H Thorp:^[5]

Seconda equazione

$T L =$ attenuazione, espressa in ( $d B$ ) , dipendente da:

$B W =$ banda delle frequenze di ricezione del sonar in $H z .$

Curve parametriche dalle quali rilevare il valore di $S L$

$S L =$ rumore spettrale irradiato dal bersaglio in $d B / μ P a$ $/ \sqrt{H z} / 1 m$ .^[6]

Il valore di $S L$ dipende dalla velocità stimata del bersaglio e dalla frequenza di ricezione del sonar.

$S L$ è deducibile da una serie di curve parametriche funzioni della frequenza; i parametri consentono di selezionare la velocità del bersaglio, dalla frequenza si evince il valore del rumore spettrale emesso.

Curve parametriche dalle quali rilevare il valore di $N L$

$N L =$ rumore spettrale del mare in $d B / μ P a$ $/ \sqrt{H z}$ .^[7]

$N L$ è deducibile da una serie di curve parametriche funzioni della frequenza; i parametri consentono di selezionare lo stato del mare^{[N 6]}, dalla frequenza si evince il valore del rumore spettrale generato dal mare.

$D I =$ guadagno di direttività della base idrofonica ricevente in $d B$ .

Il valore del guadagno di direttività della base ricevente dipende dalle sue dimensioni e dalla frequenza di lavoro.

Una tra le numerose formule per il calcolo del $D I =$ ^[8] è data dall'espressione:

$G \approx \frac{4 π A - 2 λ \sqrt{A} + 2 λ^{2}}{λ^{2}}$

Dove le variabili sono:

λ = 1530 / f

A =

superficie della base in

m^{2}

^{[N 7]}

Curve ROC; esempio per $d = 2; P f a = 10 %; P r i v = 50 %$

$D T =$ soglia di rivelazione in correlazione in $d B$ calcolabile secondo l'espressione:

$D T = 5 \cdot l o g_{10} [(B W \cdot d) / (2 \cdot R C)]$ ^[9]^{[N 8]}

dove:

$B W$ = banda delle frequenze di ricezione del sonar in $H z$
$d$ = parametro probabilistico delle curve ROC^[10]^{[N 9]}
$R C$ = costante di tempo di rivelazione dei circuiti di correlazione.

Metodi di calcolo

Esistono due metodologie di calcolo della portata:

grafica^{[N 10]}, usata nel 1960 per lo studio dei sonar IP60/64 per i sottomarini della Classe Toti

Risoluzione del sistema trascendente tramite computer

Esempio di calcolo con il metodo grafico

In un sistema di assi cartesiani con ascisse $R i n k m$ e ordinate $T L i n d B$ si tracciano:

la curva relativa alla prima equazione del sistema trascendente
la curva della seconda equazione

l'ascissa de loro punto d'intersezione, in $R$ , risolve il problema.

Soluzione grafica: la curva blu rappresenta la prima equazione del sistema ; la curva rossa rappresenta la seconda equazione del sistema. L'ascissa del punto d'intersezione delle due curve indica la portata calcolata, nell'esempio: $R = 56 k m$

Significativa la soluzione grafica del sistema trascendente che rende $R = 56 k m$ assunte le variabili:

$B W = 4000 H z - 6000 H z$ (banda del ricevitore sonar)
$f o = 4900 H z$ (frequenza madia geometrica della banda)
$α = 0.34 d B / k m$ (coefficiente d'attenuazione per assorbimento per $f o = 4900 H z$ )
$S L = 136 d B / μ P a$ $/ \sqrt{H z} / 1 m$ (livello di rumore emesso da un cacciatorpediniere a $25 k n p e r f o = 4900 H z$
$N L = 54 d B / μ P a$ $/ \sqrt{H z}$ (livello del rumore del mare allo stato $S S \approx 3 p e r f o = 4900 H z$
$D I = 18 d B$ (guadagno della base ricevente per a $f o = 4900$ )
$D T$ ( soglia di rivelazione calcolata con i seguenti valori:

$B W = 2000 H z; R C = 1 s; d = 9$ ).

Il parametro $d$ presuppone: $(P r i v = 90 %; P f a = 5 %)$ ^{[N 11]}

Il valore calcolato di $R = 56 k m$ è affetto dall'incertezza, dovuta al valore $d = 9$ , che il bersaglio potrà essere scoperto soltanto per il $90 %$ del tempo d'osservazione, con la segnalazione del $5 %$ di false scoperte.

note

Annotazioni

↑ detta anche portata di scoperta
↑ La zona d'ombra è la conseguenza di un modo di propagazione anomala del suono generato da una diversa temperatura del mare alle diverse quote.
↑ Il calcolo presuppone che il sistema ricevente della componente passiva del sonar in correlazione.
↑
Le sigle in inglese:
- $T L$ (Targeth Loss) = Attenuazione del segnale del bersaglio
- $S L$ (Source Level) = Livello del rumore emesso dal bersaglio
- $D I$ (Directvity Index) = Direttività della base ricevente
- $N L$ ( Noise Level) = Livello del rumore del mare
- $D T$ (Detection Threshold) = Soglia di rivelazione
- $B W$ (Bandwidth) = Banda di ricezione del sonar
↑ f = frequenza media geometrica degli estremi della banda di ricezione del sonar.
↑ Lo stato del mare è indicato con la sigla inglese SS ( Sea State)
↑ Nel caso del calcolo del guadagno di una base cilindrica il valore di $A$ può essere assunto dalla superficie del doppio della generatrice.
↑ Indicato da Urick come soglia di rivelazione (Detection Threshold)
↑ Questa variabile rende il calcolo della portata non deterministico
↑ La soluzione grafica del sistema trascendente aiuta alla miglior comprensione del calcolo della portata.
↑ Il calcolo è valido se il sistema ricevente della componente passiva del sonar è in correlazione.

Fonti

Bibliografia

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Cesare Del Turco, Sonar Principi Tecnologie Applicazioni , edizione Accademia Navale - 3º Gruppo Insegnamento Armi Subacquee - Abilitazione Smg-Agg, .Prof. EA/ST, Livorno, 1992.
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Collegamenti esterni

N° FASCI Selenia

Sonar FALCON

Schemi sonar FALCON

Testo discorsivo sul sonar

Testo tecnico sulla Correlazione

[1] tta anche portata di scoperta

[2] La zona d'ombra è la conseguenza di un modo di propagazione anomala del suono generato da una diversa temperatura del mare alle diverse quote.

[5] Il calcolo presuppone che il sistema ricevente della componente passiva del sonar in correlazione.

[7] Le sigle in inglese:
$T L$ (Targeth Loss) = Attenuazione del segnale del bersaglio

$S L$ (Source Level) = Livello del rumore emesso dal bersaglio

$D I$ (Directvity Index) = Direttività della base ricevente

$N L$ ( Noise Level) = Livello del rumore del mare

$D T$ (Detection Threshold) = Soglia di rivelazione

$B W$ (Bandwidth) = Banda di ricezione del sonar

[5] $T L$ (Targeth Loss) = Attenuazione del segnale del bersaglio

[6] $S L$ (Source Level) = Livello del rumore emesso dal bersaglio

[7] $D I$ (Directvity Index) = Direttività della base ricevente

[8] $N L$ ( Noise Level) = Livello del rumore del mare

[9] $D T$ (Detection Threshold) = Soglia di rivelazione

[10] $B W$ (Bandwidth) = Banda di ricezione del sonar

[9] = frequenza media geometrica degli estremi della banda di ricezione del sonar.

[13] Lo stato del mare è indicato con la sigla inglese SS ( Sea State)

[15] Nel caso del calcolo del guadagno di una base cilindrica il valore di $A$ può essere assunto dalla superficie del doppio della generatrice.

[17] Indicato da Urick come soglia di rivelazione (Detection Threshold)

[19] Questa variabile rende il calcolo della portata non deterministico

[20] La soluzione grafica del sistema trascendente aiuta alla miglior comprensione del calcolo della portata.

[21] Il calcolo è valido se il sistema ricevente della componente passiva del sonar è in correlazione.

[3] Template:Cita.

[4] Template:Cita.

[6] Template:Cita.

[8] Template:Cita.

[10] Template:Cita.

[11] Template:Cita.

[12] Template:Cita.

[14] Template:Cita.

[16] Template:Cita.

[18] Template:Cita.

[N 1]

[N 2]

[1]

[2]

[N 3]

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Portata sonar passivo

Indice

Validità dei calcoli di portata