CLASSIFICAZIONE DEL BERSAGLIO DALL'ECO RICEVUTO DAL SONAR

1)Sulla classificazione: questione generale
In un sistema sonar attivo il trasduttore invia in mare un impulso di energia acustica Pw per ottenerne l'eco di scoperta di un eventuale bersaglio.
Se l'impulso è di breve durata e la direzione di emissione forma con l'asse del bersaglio un angolo alfa non troppo piccolo (alfa è detto l'angolo d'aspetto ); si veda figura 01: l'impulso illuminerà progressivamente tutta la superficie del bersaglio.



L'impulso illumina il bersaglio, coprendo in sequenza gli intervalli A-A'; B-B'; C-C'; D-D' istante dopo istante, secondo tutta la sua lunghezza come mostra la figura 1:



Questa illuminazione progressiva porta ad una sequenza di echi che si differenziano in durata ed in ampiezza in base alle dimensioni delle parti del bersaglio che li generano così come mostra la figura 2:



Le figure mostrano che quando l'inizio dell'impulso tocca la prua del bersaglio (punto A) l'energia inizia a riflettersi, energia andrà calando quando la fine dell'impulso transiterà sul (punto A').
Quando l'inizio dell'impulso incontra il (punto B) l'ampiezza dell'energia riflessa ritorna a salire per poi successivamente decrescere al passaggio dell'impulso sul ( punto B').
In modo analogo le riflessioni per gli intervalli (C-C') e (D-D').
La parte eccedente al punto D' può ritenersi effetto del rumore ambiente (dovuto al solo rumore del mare).
Le caratteristiche di questa particolare sequenza delle eco possono essere utili per la classificazione del tipo di bersaglio.
Vista la geometria delle figure s'intuisce che tanto più breve è la durata dell'impulso tanto più precisa sarà la sagomatura di figura 2 e di conseguenza più aderenti al vero le informazioni sulle caratteristiche geometriche del bersaglio.
La lunghezza della traccia di figura 2 è funzione sia della lunghezza del bersaglio, sia dall'angolo d'aspetto alfa; l'ampiezza della traccia è invece funzione della forza del bersaglio (TS).
La riduzione della durata dell'impulso d'emissione è a favore, oltre che per l'analisi del profilo del bersaglio, ad una riduzione della riverberazione; impulsi corti, però, irradiano meno energia riducendo la portata di scoperta del sonar.

2)Sulla risoluzione della sagoma del bersaglio
Abbiamo già accennato che migliore risoluzione della sagoma del bersaglio si ha per impulsi molto corti; per avere un'idea della durata di questi impulsi prendiamo in esame il grafico di figura 3 che mostra il profilo dovuto alle successioni delle eco di un bersaglio della lunghezza di 150 m:



se nel profilo di figura 3 si volesse apprezzare la durata dello scalino più corto, indicato in rosso in circa 15 m, dovremmo stabilire la lunghezza Pw dell'impulso in :
Pw = 15 m / 1530 m/Sec = 10 mSec. o, se possibile, inferiore.

3)Sulla riduzione della portata al ridursi della durata dell'impulso
Nell'analisi della questione relativa alla classificazione di un bersaglio in dipendenza del suo profilo abbiamo accennato al fatto che ad una riduzione della durata Pw dell'impulso si associa una riduzione della portata di scoperta; un'idea della variazione della portata R in dipendenza della durata Pw si ottiene utilizzando il SONARMATH di pagina 6 dal quale, per la seguente serie di valori di Pw:

Pw1 = 5 mSec.--Pw2 = 10 mSec.--Pw3 = 30 mSec.
Pw4 = 70 mSec.--Pw5 = 120 mSec.--Pw6 = 250 mSec.

e con le seguenti impostazioni delle variabili di calcolo:

propagazione = sferica
f= 9000 Hz
BW = 300 Hz
SL = 230 dB/μPa/Hz
NL = 45 dB/μPa/Hz
DI = 24 dB
TS = 15 dB
d = 10
TS = 15 dB

si ottiene il diagramma di figura 4:



Come si vede, tra Pw1 e Pw6, si ha una variazione di portata di circa 3 Km, valore che, per il tipo di calcolo sviluppato dal SONARMATH, non tiene conto dell'effetto del disturbo generato dalla riverberazione.

4)Il disturbo dovuto alla riverberazione
*Premessa al paragrafo 4)*
-La figura 6 ha in ordinate il livello di pressione acustica espresso in dB/μBar/Hz invece che l'usuale dB/μPa/Hz
-L'entità del livello di pressione indicato in ordinate, non essendo noto il valore di TX ( SL ), è indicativo soltanto delle differenze dei vari livelli indicati dalle 6 curve.

Come visto in precedenza l'impiego di un impulso corto per la risoluzione del profilo del bersaglio rappresenta la conclusione del problema; tale conclusione però non considera il disturbo dovuto alla riverberazione ma soltanto il rumore del mare.
La riverberazione dopo l'emissione dell'impulso, della quale abbiamo già trattato in p86; p88; p90, genera disturbo, sia in dipendenza della durata di Pw, sia dalla distanza tra sonar e bersaglio, sia dalla profondità operativa del sonar.
Presi in esame una serie di valori di Pw quali:
Pw1 = 5 mSec.--Pw2 = 10 mSec.--Pw3 = 30 mSec.
Pw4 = 70 mSec.--Pw5 = 120 mSec.--Pw6 = 250 mSec.
e considerando le condizioni di misura:
-distanza dal generatore = 1 Km
-profondità sonar 300 m.
-potenza d'emissione costante
-banda di ricezione = 300 Hz
con i valori rilevati compiliamo una tabella che mostra la variazione del livello di riverberazione globale in funzione della durata di Pw.

Questi valori si attenuano, con il crescere della distanza, così come mostra il diagramma di figura 6:



Come si vede l'effetto della riverberazione è a favore dell'impiego dell'impulso corto anche se la condizione si capovolge secondo quanto indicato al paragrafo precedente.
Nel diagramma è riportata una riga orizzontale rossa indicativa del livello del rumore del mare per SS = 2, misurato, come la riverberazione, in banda 300 Hz; questo ad indicare, in questo caso, che la riverberazione è superiore al rumore del mare per SS = 2.





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