SONAR-INFO-p168
Simulatore di bersagli idrofonici 1) Generalità 2) La configurazione del simulatore 3)Il generatore di rumore e i filtri -blocchi 1);2);3) di figura 1- 4) La valutazione e la costruzione dei ritardi per le sezioni di simulazione 5) Sulle direzioni da simulare 6)Fattibilità
Nella conduzione degli apparati sonar a bordo dei sommergibili è necessario,
periodicamente, un controllo delle prestazioni generali dell'apparato e della precisione di
rilevamento al fine di garantire la costanza delle condizioni ottimali di scoperta.
La soluzione del problema si ha con l'impiego di un simulatore di bersagli in grado di generare
segnali sintetici da applicare all'ingresso dei preamplificatori idrofonici in modo che il
controllo coinvolga tutta la catena di processo dei segnali captati in mare.
Il simulatore, date le particolari funzioni da svolgere in diversi locali lontani dal sonar,
deve essere di tipo portatile.
Se il sonar di un sommergibile è asservito a due basi idrofoniche, quali la conforme, per la
ricezione nella gamma delle basse frequenze (BF), e la circolare per la scoperta nella gamma delle
alte frequenze (AF), il simulatore deve essere progettato per la generazione di due diverse
tipologie di segnali che consentano il controllo di entrambe le componenti di scoperta
dell'apparato.
In questo caso la struttura del simulatore può essere, di massima, secondo lo schema a
blocchi di figura 1.
Nella figura il blocco 1) individua il generatore di rumore comune ai due canali, i blocchi 2) e 3)
le operazioni di selezione della banda dei segnali simulati, ed infine i blocchi 4) e 5) per
l'impostazione dei ritardi necessari alla simulazione dei segnali idrofonici su tutto l'arco
dell'orizzonte per le due bande operative.
Data la necessità di avere un simulatore portatile si può escludere a priori la sua realizzazione
con componenti analogici dato il loro notevole ingombro, in particolare nella realizzazione
dei blocchi 4) e 5), destinati alla formazione dei ritardi, che in tal caso dovrebbero essere
costruiti con catene con cellule L-C. (si veda p2/4.3/90)
Visto quanto sopra non resta che impostare il progetto con circuitazione digitale così come
nei successivi paragrafi.
Il progetto dei blocchi può essere affrontato iniziando secondo la struttura di un generatore
di rumore pseudocaotico (GRP) così come illustrato in p5/cap 3/ par 3.1.3 che sotto riportiamo
integralmente:
Secondo quanto illustrato sul GRP vediamo come tale circuito sia facilmente dimensionabile
nel caso che la banda di frequenze desiderata sia, ad esempio, da 0 a 8000 Hz, campo in linea con la simulazione di segnali per il
controllo della componente sonar asservita alla base conforme: scoperta in BF.
Infatti secondo l'espressione 3.2 si può calcolare facilmente il nuovo valore della frequenza
di clock (Fck) per avere come estremo superiore della banda la frequenza voluta (Fmax) di 8000 Hz; ha:
Fmax = 0.6 Fck -- quindi:
Fck = Fmax / 0.6 = 8000 Hz / 0.6 = 13330 Hz
Il generatore GRP dimensionato in questo modo ingloba anche la funzione del blocco 2) di figura 1
che è previsto per la limitazione della banda di lavoro di questa sezione del simulatore.
Nel caso invece che il GRP debba generare la banda di frequenze necessarie per la simulazione
dei segnali per la componente asservita alla base circolare, scoperta in AF , ad esempio da
9000 Hz a 16000 Hz, il valore di FcK dovrà essere portato su comando a:
Fck = 16000 Hz / 0.6 = 26666 Hz
In questo caso il generatore GRP non ingloba la funzione del blocco 3) di figura 1 che
deve comunque essere dimensionato come passa alto con taglio a circa 9000 Hz.
Per la valutazione e la costruzione dei ritardi relativi ai blocchi 4) e 5) di figura 1 ci possiamo servire, come
semplice traccia, del disegno di figura 2 nel quale si mostra un generico profilo di base idrofonica
conforme e un insieme di 6 idrofoni presi ad esempio e indicati con i numeri: 1;2;3:4:5;6:
Il fronte d'onda da simulare è individuato dalle due parallele blu, la sua direzione è inclinata
dell'angolo α rispetto all'asse del battello e segna 6 diversi percorsi del suono indicati, in rosso,
rispettivamente con le sigle ζ1; ζ2; ζ3; ζ4; ζ5; ζ6.
Come si vede l'idrofono "4" è colpito per primo con ritardo ζr4 = 0 mentre gli altri 5 sono
colpiti, successivamente, in tempi diversi; compito del simulatore, nel simulare un bersaglio per α°, è quindi
quello di assegnare un segnale a ritardo ζr4;= 0 al preamplificatore dell'idrofono 4
e lo stesso segnale diversamente ritardato secondo ζr1; ζr2; ζr3; ζr5; ζr6
agli altri 5 ingressi dei preamplificatori idrofonici.
I ritardi temporali si calcolano secondo l'espressione:
ζrn = ζn / 1530.
Per la simulazione di un diverso fronte d'onda, ad esempio per la direzione α'°, al gruppo
dei 6 preamplificatori idrofonici vengono assegnati ritardi diversi dai precedenti quali:
ζr1'; ζr2'; ζr3'; ζr4'; ζr5'; ζr6'.
Quindi per ogni direzione simulata a ciascun preamplificatore sarà applicato un segnale
diversamente ritardato in funzione dell'angolo α° ; variabilità generata dalla diversa
impostazione di registri a slittamento "SR", a ritardo variabile, comandati da una memoria Eprom
opportunamente programmata; la Eprom è indirizzata da:
-commutazione base circolare/base conforme
-valore dell'angolo α°
-scansione dinamica sincrona per banco memorie volatili d'impostazione ritardi SR
così come mostra la figura 3.
La Eprom contiene di fatto, secondo numerazione esadecimale, il numero delle cellule
di ritardo per l'impostazione degi SR per la generazione dei segnali del simulatore.
Il clock degli SR (rettangolo viola di figura 3) determina il ritardo di ciascuna cellula
secondo l'espressione:
ζsr = 1 / fclkSR
L'uscita di ciascun "SR" viene adeguatamente ridotta prima dell'invio dei segnali
ai preamplificatori tramite adatti attenuatori "att.".
Se ad esempio il sonar è dotato di 36 fasci preformati, disposti a 10° l'uno dall'altro, è
opportuno che la simulazione sia per direzioni non coincidenti con i fasci, nel caso indicato
si potrebbero generare fronti d'onda per α = 7.3° e suoi multipli in modo da
controllare, oltre la funzionalità generale del sonar, anche la precisione d'interpolazione
del sistema a fasci.
Il simulatore sopra descritto è stato progettato secondo le linee indicate e costruito, in
forma prototipica, come obiettivo finale di un Corso d'Istruzione tenuto presso L'Arsenale MMI
di La Spezia nel 1996.
Il prototipo individuato con la sigla DIBSEI è stato impiegato per il controllo periodico
dei sonar IP70 e IPD70 montati sui sommergibili della classe Sauro.
Successivamente, grazie alla particolare struttura, mediante la sola sostituzione della Eprom,
è stato impiegato per il collaudo del sonar FALCON.
A memoria di tale attività la scansione di una pagina del brogliaccio di progetto
che riguarda l'impostazione numerica della Eprom:
