Misura della quota di un bersaglio sonar

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Questa voce è dedicata ad un argomento poco conosciuto; la misura della quota dei bersagli sonar e degli errori generati dalla propagazione anomala.

La misura della quota interessa, prevalentemente, le azioni operative di attacco nelle quali la distanza del bersaglio è contenuta in alcune migliaia di metri.


Il processo del misuratore di quota

figura 1: geometria per la misura della quota del bersaglio

La misura della quota di un bersaglio è affidata al rilevamento, nel piano verticale, delle variabili R e β; così come mostra la figura 1:

La quota Hqv (virtuale) è calcolata in funzione di R e β; secondo le espressioni:

Hqv=R⋅sen⁡β    1)

oppure:

Hqv=Ro⋅tan⁡β    2)


valida soltanto in condizioni di propagazione ideale [1]; le due variabili R e β possono essere rilevate come segue:

La distanza R può essere calcolata, o con il metodo dell'eco o con un misuratore passivo della distanza.

L'angolo β può essere rilevato da un sistema a fasci preformati collegato ad una base sferica, vedi figura 2; con i fasci che si sviluppano nel piano verticale:

  • Sottomarino con base sferica (non in scala)
    Sottomarino con base sferica (non in scala)
  • Figura 2: Base sferica
    Figura 2: Base sferica

Propagazione anomala del suono

figura 3: curva di propagazione anomala del suono

Una curva di propagazione anomala del suono è mostrata in figura 3 [2]:

Le variabili utilizzate nel grafico sono espresse con unità di misura anglosassoni:

Temperature: (°F ) in gradi Fahrenheit ( °F = °C x 9/5 + 32)

Profondità: (ft) in feet ( ft = mt x 3.281 )

Distanze: (yd) in yard (yd = m x 1.094 )


Nella parte di sinistra è mostrato un batitermogramma tipico nel quale si ha temperatura costante da quota 0 a quota 64 ft e temperatura decrescente in modo lineare da 64 ft in poi; come è noto a questo corrisponde il diagramma relativo alla velocità del suono (il bativelocigramma).

Nel diagramma di destra è tracciato un raggio acustico che si propaga dall'origine fino ad una distanza Ro≈2800 yd ; nel tratto compreso tra la sorgente e quota 64 ft il raggio curva leggermente dato il modesto gradiente della velocità del suono dovuto alla pressione, sotto quota 64 ft il raggio piega vistosamente a causa del sensibile gradiente della velocità del suono a seguito della variazione di temperatura per le quote oltre i 64 ft.

Nel calcolo della curva l'angolo di radenza del primo tratto del raggio è di 0.012 rad.

Valutazione della quota secondo la propagazione anomala

figura 4: Valutazioni sulla curva di propagazione anomala del suono

Se sulla curva di figura 3 ipotizziamo ad esempio un bersaglio alla distanza Ro=2200 yd visto sotto un angolo β=0.012 rad possiamo valutare a quale profondità reale si rileva il bersaglio; dall'esame della figura 4 risulta che alla distanza di 2200 yd la quota del bersaglio è di Hq=120 ft

Queste considerazioni sono state possibili grazie all'osservazione del tracciato della curva computato a priori. Template:Clear

Valutazione della quota secondo la propagazione ideale

figura 5

Supponiamo ora di non disporre della curva di figura 4 e che, durante un rilievo fisico indirizzato ala misura della quota di un bersaglio, si siano misurati con il sonar sia l'angolo β=0.012 rad, sia la distanza Ro=2200 yd, in tal caso la quota virtuale è calcolabile soltanto con la 2):

Hqv=2200⋅tan⁡(0.012 rad)=26.4 yd=79.2 ft.

Se tracciamo quest'ordinata nel diagramma di figura 4, all'ascissa Ro=2200 yd , e la congiungiamo con l'origine abbiamo la figura 5 nella quale si confronta il percorso di un raggio acustico in ambiente ideale a velocità del suono costante con un raggio in ambiente anomalo che parte con lo stesso angolo di radenza β.


Dalla figura si vede la differenza tra la quota virtuale Hqv pari a 79.2 ft, ottenuta dal calcolo, e la quota reale Hq di 120 ft dovuta al percorso anomalo del raggio; questo esempio mostra un errore di quota di ≈−39% rispetto alla quota reale.

Diverso sarebbe il caso in cui con β=0.012 rad fosse Ro=1800 yd:

Secondo la 2) si avrebbe :

quota virtuale: Hqv=1800 yd ⋅tan⁡(0.012 rad)=21.26 yd=63.78 ft.

e secondo il grafico di figura 4 : quota reale:  Hq=50 ft

in questo caso l'errore sarebbe positivo: ≈+27% rispetto alla quota reale.

note

  1. ↑ Si ha propagazione ideale quando le onde acustiche si propagano secondo i raggi di una sfera od un cilindro; generalmente la propagazione del suono in mare non è tale e si definisce come anomala.
  2. ↑ Il grafico, avendo le ascisse in yd e le ordinate in ft è deformato; ciò allo scopo di poter visualizzare ampiezze dell'angolo di radenza moto piccole, ad esempio β=0.012 rad.

Bibliografia

  • G. Pazienza, Fondamenti della localizzazione marina, Studio grafico Restani, La spezia, 1970.
  • Cesare Del Turco, Sonar- Principi - Tecnologie – Applicazioni , Tip. Moderna La Spezia, 1992


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