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Il mwcasonar (termine che nasce come mwcqacronimo dell'espressione inglese mwcgmwcwsound mwdanavigation and mwdqranging) è una tecnica che utilizza la propagazione del suono sott'acqua per la navigazione, comunicazione o per rilevare la presenza e la posizione di mwdgsottomarini o oggetti sotto il livello del mare. Si distinguono in mwdwattivi e passivimwea.

Il sonar dei sottomarini è inoltre strumento indispensabile nelle fasi di emersione dei battelli.

Il sottomarino che deve riemergere utilizza il sonar per controllare che nell'arco dell'orizzonte non ci siano ostacoli che possano pregiudicare la sicurezza della manovra.

• Storia

• Localizzazione sonar

• I bersagli

• Localizzazione e visualizzazione dei bersagli

• Localizzazione di un bersaglio attivo

• Percorso dei segnali dei bersagli attivi

• Localizzazione con il metodo dell'eco

• Struttura di un semplice sonar

• Caratteristiche funzionali componente passiva

• Sequenza operativa in passivo

• Sistema di ricezione segnali

• Cofano elaborazione dati

• Elaborazione segnali dei bersagli

• Condizioni ambientali

• Calcolo portate di scoperta

• Computo livelli acustici

• Valutazione rumore del mare

• La portata funzione del rumore

• Probabilità di scoperta dei bersagli e falsi allarmi

• Caratteristiche funzionali componente attiva

• Sequenza operativa in attivo

• Generatore impulsivo di potenza e base acustica

• Modalità d'emissione e livelli

• Ricezione echi dei bersagli

• La riverberazione dopo l'impulso

• Eco e riverberazione

• Livello echi dei bersagli)

• Il TS dei sottomarini

• Portata sonar in funzione del TS

• Tipologie di sonar

• Prestazioni funzionali del sonar e computazioni tecniche specialistiche

• Note

• Bibliografia

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Venne inventato da mwfgPaul Langevin nel 1917. La marina inglese e quella tedesca considerarono il mwfwsottomarino, nel periodo tra le due guerre, un'arma superata soprattutto dopo l'avvento del dispositivo di rilevazione acustica detto "ASDIC" (mwgaAnti-Submarine Detection Investigation Committee), noto oggi come mwgqsonarcite-ref-boyne168-1-0[1]; furono i britannici i primi a sviluppare una tecnologia che permettesse di rilevare un oggetto attraverso il suonocite-ref-uboatnetasdic-2-0[2] e la scoperta del propagarsi delle onde sonore in acqua non era avvenuta durante la prima guerra mondiale e, per il rilevamento dei sommergibili, erano utilizzati dei semplici mwigidrofoni)cite-ref-boyne168-1-1[1]. Il sistema ASDIC era composto da un mwjwtrasduttore, contenuto in una cupola sotto la nave, che inviava onde acustiche che tornavano all'origine se riflesse da un oggetto sommerso, posto ad una distanza massima di circa 2700 m. La cupola poteva essere fissa, come nell'apparato mwkaType 123 installato sulle corvette della mwkqclasse Flower o retrattile come in alcune navicite-ref-asdicnl-3-0[3], quali il cacciatorpediniere mwlwHMS Campbeltown, dotato di un ASDIC mwmqType 124cite-ref-asdicnl-3-1[3]. Dall'eco veniva ricavata la direzione e la distanza dell'oggetto ma falsi segnali potevano essere generati dalle differenze di temperatura dell'acqua, correnti, banchi di pesci (mwngstrato riflettente profondo), ed inoltre l'ASDIC era efficace solo a velocità inferiori ai 15 nodi (28mwnw km/h), poiché a velocità superiori il rumore della nave avrebbe coperto gli echi; un ulteriore limite era rappresentato dal brandeggio del trasduttore, solo in senso orizzontale, con la conseguenza che il contatto veniva perso quando il bersaglio passava sotto la nave cacciatricecite-ref-4[4].

La procedura di utilizzo consisteva nell'uso dell'ASDIC in un arco da un lato all'altro della nave, fermando il trasduttore a distanze di pochi gradi per inviare un segnale, e le ricerche in gruppi di navi prevedevano l'allineamento delle navi a distanza compresa tra il miglio ed il miglio e mezzo; se veniva captata un'eco identificabile come sottomarino la nave avrebbe puntato verso il bersaglio e si sarebbe avvicinata a media velocità fino a trovarsi ad una distanza inferiore alle 1000 yard (910 m) e, nel frattempo, tramite il plotter veniva tracciata la direzione e la distanza, in modo da ricavare la rotta del sottomarino e la sua velocità. L'attacco veniva avanzato passando davanti al sottomarino per scaricare le bombe di profondità, lanciandole ad intervalli, seguendo uno schema tale da intrappolare il sottomarino. Per essere efficaci tuttavia, le bombe dovevano esplodere ad una distanza inferiore ai 6 metri e i primi sistemi ASDIC non erano in grado di determinare la profondità con sufficiente precisione; per questo motivo lo schema di sganciamento delle bombe prevedeva anche l'esplosione delle stesse a diverse profonditàcite-ref-navhist-5-0[5].

Il sistema ASDIC soffriva di alcuni limiti: gli U-Boot potevano scendere a profondità maggiori rispetto a quelli britannici e statunitensi, oltre i 700mwqg ft, pari a 210 m, oltre le capacità delle bombe di profondità britanniche, che potevano raggiungere i 350mwqw ft, circa 100mwra m, e l'esplosione di una bomba di profondità disturbava l'acqua, rendendo molto difficile la riacquisizione del contatto nemico se falliva il primo attacco; è da rilevare inoltre che il sistema non godeva della fiducia delle marine alleate e la mwrqRoyal Navy iniziò la guerra con un numero insufficiente di cacciatorpediniere e di ufficiali esperti in armi antisommergibilecite-ref-boyne169-6-0[6]. La situazione nel comando costiero della mwsgmwswRoyal Air Force era ancora più grave, poiché gli aerei da ricognizione non possedevano adeguata autonomia per il pattugliamento e non erano ancora state valutate le conseguenze che la scoperta del mwtaradar avrebbe avuto nella guerra sul marecite-ref-boyne169-6-1[6].

Anche altre marine iniziarono a sperimentare i primi modelli di ASDIC quando alcune unità, corvette ma anche mwugpescherecci armaticite-ref-7[7], vennero equipaggiati con personale non inglese, o apparati vennero installati su navi alleate, come il cacciatorpediniere olandese mwvwIsaac Sweerscite-ref-8[8].

In mwxqItalia lo studio e la costruzione dei sonar riprende dopo la Seconda Guerra mondiale nel 1951.

I primi sonar italiani per sottomarini, costruiti tra il 1960 e 1974, erano identificati con le sigle: mwxwIP60 - IP64 e mwyaIP70 - IP74S. Il loro nome, coniato in Italia, era: Apparati Ecoidrofonici.

La mwiwlocalizzazione sonar è una tecnica utilizzata per stabilire con precisione la posizione degli oggetti in mare, sia che si trovino in superficie che sotto di questa. Tra le sue applicazioni principali troviamo il suo impiego per usi militari, nei sistemi di mwjarilevamento sonar installati a bordo di semoventi navali.

Un semovente navale da localizzare è indicato con la dizione mwjgBersaglio.

Geometrie di localizzazione:

Tra le innumerevoli geometrie di localizzazione d'interesse quelle relative ai sottomarini:

La localizzazione dei bersaglicite-ref-9[9] gioca un ruolo fondamentale nella mwlgnavigazione in immersione di un sottomarino, sia che la navigazione avvenga per scopi di dislocamento, sia che avvenga per scopi di sorveglianza o attacco.

La posizione di un sottomarino nello spazio subacqueo può presentarsi nei più svariati aspetti: ad esempio, un’ipotetica situazione può vedere un sottomarino come localizzatore e altri tre natanti a distanza come bersagli.

Se due dei tre bersagli sono considerati attivi, il rumore da loro emesso s'irradia con onde acustiche, sotto forma di archi di cerchio. Esse si allontanano dai bersagli attivi verso il sottomarino. Al contrario, il terzo bersaglio, essendo passi o, non irradia rumore e perciò non viene rilevato.

Se il sottomarino, per non farsi scoprire, impiega nella ricerca la sola componente passiva, localizza soltanto i due bersagli citati e non rileva la presenza del terzo.

La situazione può essere modificata per necessità operative qualora il sottomarino debba localizzare tutti i possibili bersagli presenti nella zona, siano questi attivi o passivi.

In questo caso il sottomarino impiega nella ricerca la componente attiva anche se ciò denuncia la sua presenza.

Gli impulsi di energia acustica emessi dal sonar del sottomarino per produrre gli echi si propagano in mare con onde acustiche circolari di notevole intensità che si allontanano da esso, l'ampiezza degli echi di ritorno cite-ref-10[10]cite-ref-11[11] sono onde acustiche circolari a bassa intensità che si staccano dai bersagli.

In entrambe le situazioni il sottomarino rileva con notevole precisione la posizione dei bersagli scoperti, localizzandoli angolarmente, sia nel piano orizzontale, sia in quello verticale e mwrgmisurandone la distanza.

L’importanza dei rilievi è fondamentale per il sottomarino dato che rappresentano l’unico mezzo con il quale esso può spostarsi agevolmente nello spazio subacqueo senza correre il rischio di urtare altri corpi immersi, sia immobili che in navigazione; inoltre la localizzazione rende possibile al sottomarino mwsal'emersione senza il pericolo di trovarsi sulla traiettoria o, quanto peggio, sulla chiglia di una nave.

Il sonar associa la funzione di localizzazione con la funzione di identificazione dei bersagli.

L’identificazione stabilisce caratteristiche più salienti dei bersagli, quali ad esempio la lunghezza, la velocità, il tipo di mwswpropulsione ed altri elementi che permettono di conoscere la classe della nave o del sottomarino oggetto della localizzazione.

I bersagli, nel processo di localizzazione, possono essere indifferentemente: navi, sottomarini, siluri in corsa, sopraelevazioni del fondo marino, isole, coste e si possono dividere in due classi:

• classe dei bersagli passivi, quelli che per loro natura o per intendimento dell’uomo non irradiano rumori in mare;

• classe dei bersagli attivi, quelli che irradiano rumore in mare.cite-ref-12[12]

Nella prima classe si possono collocare: navi alla fonda, sottomarini naviganti in assetto particolarmente silenzioso, isole e coste.

Nella seconda classe si possono collocare: navi in movimento, navi ferme con macchinari in moto, sottomarini in normale navigazione, siluri ecc.

Il sonar localizza e identifica i bersagli in due modi differenti in dipendenza dell’appartenenza di questi ad una classe o all'altra; per la localizzazione e la identificazione dei bersagli passivi esso utilizza energia acustica propria, in modo da provocare una riflessione parziale di questa da parte del bersaglio, che così viene rivelato (metodo dell'mwwaeco). In questo tipo di impiego il sonar utilizza la sua componente attiva cite-ref-13[13].

Per la localizzazione e l’identificazione dei bersagli attivi esso utilizza il rumore irradiato naturalmente da questi, nel far ciò adopera la sua componente passiva.cite-ref-14[14].

Il sonar non può operare contemporaneamente con la componente attiva e con quella passiva, ma con opportuni accorgimenti può realizzare una quasi contemporaneità dei due modi operativi.

Un tempo i sonar installati sulle navi erano prevalentemente orientati al funzionamento attivo, poiché i rumori provocati dalle macchine non consentivano che essi potessero captare agevolmente il rumore irradiato naturalmente dai bersagli; oggi il problema citato non si pone, dato che le navi moderne sono dotate di mwzasonar a profondità variabile (VDS) indirizzabili a notevole distanza dalla nave.

Il sonar installato su di un sottomarino è prevalentemente orientato al funzionamento passivo per due ragioni fondamentali:

• Nel funzionamento attivo, emettendo energia acustica in mare, sarebbe facilmente individuabile, mentre il suo scopo precipuo è quello di passare inosservato;

• Con il sottomarino in assetto silenzioso si creano le condizioni ottimali per captare il rumore irradiato naturalmente dai bersagli.

Il sottomarino impiega la componente attiva del sonar soltanto in casi eccezionali: durante la navigazione, in tempo di pace, se non è comandato ad effettuare opera di sorveglianza dello spazio subacqueo e durante le fasi critiche di attacco al bersaglio nemico, quando ormai è indispensabile correre il rischio.

I bersagli localizzabilicite-ref-17[17] sono visualizzati all'operatore al sonar su di una consolle di presentazione e controllo.

Se un sottomarino in fase di scoperta si trova in immersione in una zona di mare, tra coste ed isole, nella quale sono presenti due navi in movimento può esplorare l'ambiente nell'intento di localizzare tanto i bersagli fissi quanto in movimento.

Dato che tutti i rilievi angolari del sonar sono effettuati facendo riferimento al sottomarino, esso diventa il centro della geometria della zona.

Tracciato un cerchio ideale facendo centro sul sottomarino, tutto ciò che in esso è compreso sarà visualizzato in coordinate polari sullo schermo circolare di presentazione con riferimento al punto centrale.

Nello schermo del sonar compaiono tracce diverse in dipendenza del suo modo operativo. Se il sonar lavora in attivo gli echi di tutti i bersagli compaiono sullo schermo sotto forma di piccoli segmenti luminosi che delineano la topografia della zona circostante il battello, questo compare come un punto luminoso al centro.

Un raggio luminoso è fatto ruotare dall'operatore per collimare i bersagli che, grazie ad un mw8wparticolare sistema di elaborazione del sonar, sono visibili sui mw9a 360 {\displaystyle 360} ° dell'orizzonte.

Se il sonar lavora in passivo, i rumori irradiati dai bersagli compaiono sullo schermo sotto forma di tracce radiali che indicano la direzione di provenienza del suono rispetto al battello che compare come un punto luminoso al centro.

Anche in questo caso è presente l’indice luminoso per collimare i bersagli.

I bersagli sono visualizzati sullo schermo del sonar secondo presentazione tipo A cite-ref-18[18]:

• Nella presentazione video compaiono campane luminose aventi ampiezza diversa a seguito della corrispondente ampiezza dei segnali generati dai bersagli cite-ref-19[19].

• Un indice luminoso verticale è posizionabile per la collimazione angolare dei bersagli.

La direzione misurata è riferita all'asse longitudinale del sottomarino.

La localizzazione di un bersaglio attivo implica la misura, con buona precisione, della sua distanza e della sua posizione angolare rispetto al nord.

In condizioni favorevolicite-ref-20[20] la capacità di scoperta di un sonar in funzionamento passivo si può stimare tra i quaranta e gli ottanta chilometri.cite-ref-21[21]

A grandi distanze si procede alla scoperta di un bersaglio e non alla sua localizzazione perché in questi casi è difficile una misura accurata della posizione angolare del bersaglio nel piano orizzontale, e impossibile la misura nel piano verticale.

Nella geometria di scoperta di un bersaglio in una sezione orizzontale dello spazio subacqueo si consideri il sottomarino durante la fase di rilevamento del bersaglio attivo, se la distanza tra sottomarino e bersaglio è di circa mwars 40 k m {\displaystyle 40\ km} e l'incertezza nella misura dell’angolo mwarw α α {\displaystyle \alpha } , entro il quale può indifferentemente trovarsi la direzione del bersaglio, è di mwar0 1.5 ∘ ∘ {\displaystyle 1.5^{\circ }} , l'ampiezza dell’arco in ogni parte del quale potrebbe essere indifferentemente posizionato il bersaglio dal calcolo risulterebbe essere dell’ordine di mwar4 1 k m {\displaystyle 1\ km} ; in questa situazione l’impiego del sonar potrebbe sembrare inutile viste le incertezze di localizzazione.

Se la velocità di spostamento di un bersaglio valutata mediamente a mwasa 40 k m / h {\displaystyle 40\ km/h} e che se questo muove verso il sottomarino devono trascorrere almeno mwase 30 {\displaystyle 30} minuti prima che la distanza si riduca dai mwasi 40 k m {\displaystyle 40\ km} iniziali a mwasm 20 k m {\displaystyle 20\ km} , ne segue che in questo sensibile intervallo di tempo la situazione si evolve.

A mano a mano che il bersaglio si avvicina, l’arco d'incertezza diventa sempre più piccolo, sia perché la distanza decresce, sia perché si riduce l’errore nella misura di mwasu α α {\displaystyle \alpha } ed il sonar stabilisce con molta precisione la posizione del bersaglio.

La scoperta di bersagli molto lontani, anche con sensibili incertezze nella loro localizzazione, rappresenta pertanto un elemento di primaria importanza per la sicurezza e l’operatività del battello.

I rumori, irradiaticite-ref-pazienza-22-0[22] dalle unità in navigazione, si propagano in mare e le onde acustiche colpiscono i sensori della base idrofonica del sottomarino, questi, eccitati meccanicamente, generano delle deboli tensioni elettriche che sono proporzionali all'eccitazione meccanica ricevuta.

Il cofano di amplificazione ed elaborazione riceve dagli elementi della base idrofonica le deboli tensioni elettriche prodotte, genericamente dette segnali idrofonici, e ne amplifica il livello in modo da renderle idonee per la successiva fase di trattamento.

I segnali idrofonici amplificati sono applicati al gruppo di elaborazione, questo estrae tutte le informazioni contenute in essi per fornirle al sistema di presentazione.

Il complesso di presentazione e controllo consente all'operatore del sonar di eseguire le azioni di localizzazione e di classificazione dei bersagli. Egli può vedere, su di uno schermo simile a quello televisivo, la rappresentazione topografica dello scenario subacqueo, nella quale si evidenziano, con strisce o archi luminosi, le posizioni dei bersagli.

Agendo sugli appositi comandi l’operatore può collimare una marca luminosa sulle tracce dei bersagli ottenendo, su appositi indicatori numerici, i dati che consentono la localizzazione.

Il trasmettitore di un sonar è impiegato per la generazione dell'energia necessaria per la localizzazione dei bersagli che, non emettendo rumore, devono essere scoperti con il metodo dell’ecocite-ref-23[23]. Il trasmettitore produce impulsi di energia elettrica che vengono applicati alla base di emettitori elettroacustici.

La base di emettitori è collocata, in alto a prua del battello, tra lo scafo resistente e il falso scafo, viene impiegata soltanto dopo l'immersione del sottomarino.

Gli impulsi di energia elettrica applicati agli emettitori acustici provocano la vibrazione di questi e la conseguente eccitazione delle particelle d’acqua circostanti. Si ha in questo modo la produzione di onde acustiche che si propagano in mare fino a colpire il bersaglio, questo riflette parte dell’energia acustica che lo ha colpito verso l’origine, dove viene captata e convertita in segnali elettrici dalla base ricevente.

Il sonar sinteticamente descritto rappresenta una configurazione delle più semplici impiegate un tempo a bordo dei sottomarini; i sonar di produzione recente, più sofisticati da un punto di vista tecnologico, sono costituiti con strutture simili a quella descritta, perché il loro funzionamento segue gli stessi principi fisici a cui si ispirano tutti i sistemi di localizzazione subacquea.

Descrizione sintetica del sonar USEA IP64; progettato e costruito nel 1960 per i sottomarini Classe Toti.

mwauuParti bagnate

Sono indicate come parti bagnate le strutture:

• Il sistema di sensori riceventi, detto base idrofonica,cite-ref-25[25] è collocato all'esterno del battello, sotto il falso scafocite-ref-26[26]cite-ref-delturco-a-27-0[27], in modo da restare completamente sommerso.

• La base cilindrica di trasmissione e ricezione impulsiva.

mwavgParti asciutte

Sono indicate come parti asciutte e comprendono di larga massima i componenti:

• Complesso di elaborazione, presentazione e controllo

• Cofano di amplificazione dei segnali idrofonici

• Cofano trasmettitore

Il sonar passivo cite-ref-28[28] cite-ref-relative-al-sonar-ipd74-usea-29-0[29] esegue la scoperta dei bersagli rivelando il loro rumore irradiato in mare.

Caratteristiche dei bersagli rilevate in passivo:

• Posizione angolare rispetto al Nordcite-ref-asse-longitudinale-del-battello-30-0[30]

• Traiettoria

• Misura della quota

• Misura della distanzacite-ref-la-misura-si-riferisce-alla-distanza-fisica-31-0[31]

• Altri particolari dati operativi

La sequenza operativa del sonar passivo raccoglie tute le funzioni e/o gli eventi che si sviluppano nel localizzatore ed in mare dall'inizio dell'attività di ricerca dei bersagli alla scoperta e visualizzazione delle loro tracce:

• Nel localizzatore ed in mare: Valutazioni delle condizioni ambientali (tracciamento dei raggi acustici e calcoli di previsione della portata)cite-ref-calcolo-dopo-rilievi-acustici-32-0[32]

• Nel localizzatore ed in mare: Trasduzione dei segnali acustici ricevuti con la base idrofonica in segnali elettrici.

• Soltanto in mare: Si affrontano i problemi dovuti al rumore del mare.

• Soltanto in mare: Si cerca di discriminare angolarmente tra i bersagli.

• Soltanto nel localizzatore: Elaborazione dati e visualizzazione delle tracce dei bersagli.

Il sistema dì ricezione dei segnali acustici di un sonar passivo è, a grandi linee, costituito da un gruppo di basi idrofoniche cite-ref-33[33] e da una complessa struttura di elaborazione dati che ne riceve i segnali elettrici.

Le basi idrofoniche possono essere di tipo circolare o conforme, quest'ultima è collocata lungo il profilo di prua del sottomarino.

Hanno il compito di trasdurre le pressioni acustiche generate dai bersagli in deboli tensioni elettriche da inviare al sistema ricevente del sonar passivo

Il cofano di elaborazione dati è composto dalle sezioni funzionali:

• Preamplificatori e connettori di collegamento con la base idrofonica, amplificano in modo selettivo i segnali idrofonici generati dalla base.cite-ref-34[34]

• Ricevitori a mwaaqfasci preformati Bf, Af, generano un insieme di fasci acustici per la scoperta dei bersagli per tutto l'arco dell'orizzonte

• Sistema di mwaayrilevamento angolare di precisione della posizione dei bersagli, è indirizzato sulla scorta delle indicazioni fornite dai fasci preformati.

L'elaborazione dei segnali acustici dovuti ai bersagli è affidata ad un complesso sistema di rivelazione dati governato ed interfacciato con la consolle di comando e controllo.

Funzioni esplicate dalla consolle:

• Presentazione a cascatacite-ref-35[35] dello scenario subacqueo per la funzione passiva, lo schermo video dedicato per tale compito è nella parte alta della consolle.

• Presentazione in coordinate cartesiane dei diagrammi relativi ai calcoli del percorso dei raggi acustici in marecite-ref-tracciamento-raggi-acustici-36-0[36]; lo schermo dedicato è nella parte inferiore della consolle.

• Presentazione video della funzione RLIcite-ref-37[37].

• Comando a mezzo volantino della punteria manuale; presentazione del valore angolare connesso con il rilevamento dei bersagli.

Il funzionamento del localizzatore è subordinato alle condizioni ambientali riscontrabili in mare; per la conoscenza dell'ambiente nei momenti operativi sono utilizzate diverse procedure e valutazioni, tra queste il tracciamento raggi acustici,

Dall'andamento delle traiettorie dei raggi acustici in mare, legate alle variazioni delle temperature dell'acqua, dipendono le capacità di scoperta dei sonar passivi.

Come attività propedeutica alla scoperta dei bersagli con il sonar passivo è necessario il computo ed il tracciamento grafico delle mwacctraiettorie dei raggi acustici in mare per individuarne le zone d'ombra.

Le diverse situazioni che si possono verificare a seguito dei molteplici andamenti delle traiettorie dei raggi acustici si estendono dall'impossibilità di qualsiasi rilevamento sonar, nelle zone d'ombra, alle capacità di scoperta dei bersagli a distanze eccezionali nei casi di canalizzazione del suono.

Il calcolo delle portate di scoperta è un dato indicativo delle probabili distanze coperte dal localizzatore passivo.

Il computo dipende da diverse variabilicite-ref-38[38], sia caratteristiche fisiche del sonar, sia rilevate o desunte al momento come, ad esempio, il rumore del mare.

Il mwadilivello dei segnali acustici mwadm S r {\displaystyle Sr} , espressi in mwadqdecibel, ricevuti dalle basi idrofoniche è dipendente dall'intensità e dalla frequenza del rumore emesso dal bersaglio e dalla sua distanza dal sonarcite-ref-39[39]; un valore d'esempio, tra gli innumerevoli possibili:

• bersaglio: cacciatorpediniere a mwads 10 {\displaystyle 10} nodi

• distanza: mwad0 10 k m {\displaystyle 10\ km}

• frequenza d'ascolto: mwad8 10 k H z {\displaystyle 10\ kHz}

mwaee S r = 24 d B / μ μ P a / H z {\displaystyle Sr=24\ dB/\mu Pa/Hz} cite-ref-ref-a-40-0[40]

Il rumore del mare è il fenomeno fisico più penalizzante nelle azioni di scoperta dei bersagli con il sonar passivo.

Le curve relative al rumore del marecite-ref-pazienza-361-362-41-0[41], indicano come varia la pressione acustica generata dal moto ondoso del mare in funzione dei due parametri fondamentali che caratterizzano la fisica del fenomeno:

• Lo stato del mare, indicato con la sigla SS (sigla inglese per Sea State)cite-ref-42[42]

• La frequenza delle vibrazioni acustiche

La mwaf4portata di scoperta di un sonar passivo indica in generale la probabile distanza alla quale questo può scoprire un bersaglio. La portata di scoperta non è un dato certo ma una previsione a carattere probabilistico che dipende dal rumore del marecite-ref-de-dominicis-242-288-43-0[43] mwagm N L {\displaystyle NL} (sigla inglese per Noise Level)

Il calcolo della portata massima per propagazione sferico-cilindrica per il sonar passivo si ottiene dalla soluzione del seguente sistema di equazioni in mwagu R {\displaystyle R} :

L'espressione logaritmica per il calcolo della portata di scoperta è mostrata nel sistemacite-ref-44[44]:

mwagw { T L = 60 + 20 ⋅ ⋅ log 10 ⁡ ⁡ R + α α ⋅ ⋅ R T L = S L + D I − − N L − − D T + 20 ⋅ ⋅ log 10 ⁡ ⁡ B W {\displaystyle {\begin{cases}TL=60+20\cdot \log _{10}{R}+\alpha \cdot R\\TL=SL+DI-NL-DT+20\cdot \log _{10}{\sqrt {BW}}\end{cases}}}

Assunti i valori delle variabili che compaiono nel sistema con dati reali, mwag4 N L {\displaystyle NL} escluso, si calcola la curva che mostra come la portata mwag8 R {\displaystyle R} vari da mwaha 46 k m p e r N L = 20 d B {\displaystyle 46\ km\ per\ NL=20\ dB} a mwahe R = 6 k m p e r N L = 80 d B {\displaystyle R=6\ km\ per\ NL=80\ dB}

Nelle operazioni di ricerca dei bersagli con il sonar, il più delle volte, le tracce dei segnali cite-ref-45[45] sullo schermo video si confondono con le tracce dei disturbi dovuti al rumore del mare.

In tali condizioni la scoperta dei bersagli non è una cosa certa ma dipende da mwaiivariabili a carattere probabilistico; in una percentuale x del tempo d'osservazione le tracce dei bersagli saranno visibili, in altra percentuale y del tempo saranno valutate erroneamente come segnali la tracce provocata dal rumore.

La probabilità di scoperta con il sonar è legata a coppie di variabili probabilistiche mwaiq P r i v . {\displaystyle Priv.} e mwaiu P f a . {\displaystyle Pfa.}

• Con la sigla mwaig P r i v . {\displaystyle Priv.} s'indica la percentuale di probabilità di rivelare il bersaglio.

• Con la sigla mwais P f a . {\displaystyle Pfa.} s'indica la percentuale di probabilità di avere un segnale di falso allarme invece del bersaglio. cite-ref-46[46].

Le variabili entrano in gioco nei ricevitori sonar dotati di processori in correlazionecite-ref-47[47] nelle fasi di contatto con un bersaglio quando il rumore ambiente è sensibile.

Nel calcolo della mwanmportata di scoperta di un sonar passivo giocano un ruolo primario le due mwanqvariabili P r i v . {\displaystyle Priv.} e P f a . {\displaystyle Pfa.} in dipendenza di alcune caratteristiche proprie del ricevitore del sonar e dei segnali da esso elaborati:

• la prima caratteristica dipende dal rapporto mwank S i / N i {\displaystyle Si/Ni} tra l'intensità del rumore emesso dal bersaglio e il rumore nell'ambiente marino.

• la seconda interessa la larghezza di banda del ricevitore

• la terza è legata al tempo d'integrazione del rivelatore

Se il rumore del mare è molto basso la probabilità di scoprire il bersaglio è elevata come indicato in figura di sinistra dove il picco del segnale è nettamente superiore ai picchi del rumore che lo contornano. Se il rumore del mare è molto elevato la probabilità di scoprire il bersaglio si riduce come indicato in figura di destra dove il picco del segnale si può confondere con i picchi del rumore.

Il sonar attivocite-ref-48[48] esegue la ricerca dei bersagli emettendo impulsi acustici ad alto livello per riceverne, come conseguenza, gli echi.

Caratteristiche dei bersagli dedotte dal sonar:

• Posizione angolare rispetto al Nordcite-ref-asse-longitudinale-del-battello-30-1[30]

• Traiettoria

• Misura della quota

• Misura della distanzacite-ref-la-misura-si-riferisce-alla-distanza-fisica-31-1[31]

• Rilevamento della velocità

• Altri particolari dati operativi

La sequenza operativa raccoglie tute le funzioni e/o gli eventi che si sviluppano nel sonar attivo e in mare dall'inizio dell'attività di ricerca dei bersagli alla scoperta e visualizzazione delle loro tracce.

• Nel localizzatore e in mare:

Valutazioni delle condizioni ambientali (tracciamento dei raggi acustici e calcoli di previsione della portata)cite-ref-calcolo-dopo-rilievi-acustici-32-1[32]

• Nel localizzatore:

comando per l'emissione degli impulsi acusticicite-ref-49[49]

• Nel localizzatore:

generazione degli impulsi elettrici da applicare alla base acustica d'emissione

• Nel localizzatore e in mare:

trasduzione degli impulsi elettrici in acustici con la base d'emissione

• In mare:

i problemi dovuti alla riverberazione a seguito emissione impulso in mare

• In mare:

i bersagli generano gli echi conseguenti all'emissione

• Nel localizzatore:

ricezione degli echi mascherati dalla riverberazione

• Nel localizzatore:

elaborazione dati e visualizzazione delle tracce dei bersagli

Il sistema dì generazione degli impulsi acustici di un sonar attivo è, a grandi linee, costituito da un generatore di potenza elettrica e da una base acustica d'emissione.

Il generatore di potenza di un sonar installato su di un sottomarino è in grado di generare impulsi elettrici dell'ordine di decine di migliaia di Watt.

La forma, la frequenza all'interno degli impulsi e la durata degli stessi possono variare in un'ampia gamma di valori suggeriti dalle condizioni operative al momento della ricerca dei bersagli.

La base acusticacite-ref-50[50] trasduce gli impulsi elettrici del generatore in impulsi acustici che si propagano in mare, mwasqinizialmente come onde sferiche e a seguire per onde cilindriche.

L'emissione degli impulsi del sonar può essere comandata in modalità panoramicacite-ref-51[51] o in modalità direzionalecite-ref-52[52].

Gli impulsi emessi dalla base acustica del sonar hanno, indicativamente, un livello di pressione pari a:cite-ref-53[53]

mwatu L I ≈ ≈ 230 d B / μ μ P a / 1 m {\displaystyle LI\approx 230\ dB/\mu Pa/1\ m} cite-ref-ref-a-40-1[40]

La ricezione dei segnali acustici dovuti agli echi dei bersagli, e la loro visualizzazione, è affidata a un complesso sistema di elaborazione dati governato e interfacciato con la consolle di comando e controllo.

Le molteplici funzioni esplicate dalla consolle sono:

• Presentazione a cascata dello scenario subacqueo per la funzione attiva, lo schermo video dedicato per tale compito è nella parte alta della consolle.

• Presentazione in coordinate cartesiane dei diagrammi relativi ai calcoli del percorso dei raggi acustici in marecite-ref-tracciamento-raggi-acustici-36-1[36]; lo schermo dedicato è nella parte inferiore della consolle.

• Presentazione video della funzione BDI cite-ref-54[54](in fase di emissione d'impulsi).

• Misura della velocità dei bersagli passivi mediante analisi dell'effetto Doppler.

• Comando a mezzo volantino della punteria manuale: presentazione del valore angolare connesso con il rilevamento dei bersagli.

• Comandocite-ref-55[55] per l'emissione impulsiva: omnidirezionale / direttiva / durata impulsi.

I fenomeni della riverberazione in mare accompagnano le emissioni acustiche del sonar attivo generate per l'illuminazione impulsiva dei bersagli, sono caratterizzati da tre tipi particolari che si manifestano, sia isolatamente, sia contemporaneamente in dipendenza delle caratteristiche dell'ambiente subacqueo.

Tipologie della riverberazione:

I tre tipi della riverberazionecite-ref-56[56]cite-ref-57[57]:

• mwawiriverberazione di superficie (causata dalla riflessione delle onde acustiche che colpiscono la superficie del mare), tanto più elevata quanto è l'increspatura del mare

• mwawqriverberazione di fondo (causata dalle riflessione delle onde acustiche che colpiscono il fondo del mare), tanto più elevata quando il fondo è roccioso

• mwawyriverberazione di volume (causata dalle riflessione delle particelle disperse in mare e altre cause)

Lo svolgersi del fenomeno:

Lo sviluppo del fenomeno della riverberazione è descrivibile in tre fasi:

• Prima fase - l'emissione dell'impulso del sonar;

• Seconda fase - la comparsa di una porzione dell'energia acustica riflessa dall'ambiente che la riverbera; prima giunge la riverberazione del volume d'acqua investito dall'impulso, successivamente le altre;

• Terza fase - la comparsa dell'eco del bersaglio coperto in parte dalla riverberazione.

L'eco del bersaglio, in base alla distanza dal sonar può comparire in mezzo alla riverberazionecite-ref-horton-334-342-58-0[58].

In particolari condizioni il rapporto tra eco e riverberazione non consente la rivelazione del bersaglio.

Quando un sonar attivo emette impulsi acustici per la ricerca di bersagli subacquei questi riflettono una porzione dell'energia ricevuta sotto forma di eco.

Il rapporto fra l'intensità dell'energia riflessa e l'intensità dell'onda incidente viene indicato come forza del bersaglio (TS):

TS (abbreviazione inglese per Target Strength)cite-ref-59[59]; il TS è espresso in mwayq d B {\displaystyle dB} (decibel).

L'entità del livello dell'eco dipende dalle caratteristiche volumetriche, di forma e di aspetto del bersaglio.

L'importanza dell'ampiezza del mwayc T S {\displaystyle TS} nel calcolo della portata di scopertacite-ref-60[60] di un sonar attivo è sensibile.

Il calcolo del mway4 T S {\displaystyle TS} per corpi aventi strutturecite-ref-studi-argomento-sviluppati-61-0[61] geometriche regolari è stato sviluppato ed è disponibile in apposite tabelle di testi specialistici.

IL calcolo del mwazq T S {\displaystyle TS} di strutture irregolari, quali ad esempio un'unità sottomarina dotata di torretta e altro che ne costituiscono l'insieme dello scafo, non è fattibile con precisione; la valutazione del mwazu T S {\displaystyle TS} per dette strutture è affidata a rilievi sul campo.

La portata di scoperta di un sonar attivo indica in generale la probabile distanza alla quale questo può scoprire un bersaglio. La portata di scoperta non è un dato certo ma una previsione a carattere probabilistico.

Il calcolo della portata massima per propagazione sferico-cilindrica per la componente attiva si ottiene dalla soluzione del seguente sistema di equazioni in mwaz0 R {\displaystyle R} :

mwaz8 { T L = 120 + 40 ⋅ ⋅ log 10 ⁡ ⁡ R + 2 ⋅ ⋅ α α ⋅ ⋅ R T L = L I + T S − − N L − − D T + D I {\displaystyle {\begin{cases}TL=120+40\cdot \log _{10}{R}+2\cdot \alpha \cdot R\\TL=LI+TS-NL-DT+DI\end{cases}}}

Assunti i valori delle variabili che compaiono nel sistema con dati reali, mwa0e T S {\displaystyle TS} escluso, si calcola la curva che mostra come la portata mwa0i R {\displaystyle R} vari da mwa0m 22 k m a 31 k m {\displaystyle 22\ km\ a\ 31\ km} per mwa0q T s {\displaystyle Ts} variabile da mwa0u 0 a 20 d B . {\displaystyle 0\ a\ 20\ dB.}

Una svariata serie di tipologie di sonar è illustrata con i link:

• mwa0oLocalizzatore subacqueo a cortina trainata

• mwa0wSonar a profondità variabile

• mwa04Sonar a scansione laterale

• mwa1aSonar ad alta risoluzione

• mwa1iSonar con telefono subacqueo

• mwa1qSonar per siluri

• mwa1ySonar di emergenza

• mwa1gSonar per sottomarini classe Sauro

• mwa1oSonar per sottomarini classe Toti

Per le prestazioni funzionali del sonar e le computazioni tecniche agli indirizzi:

Categoria sonar in Wikipedia: cliccare su mwa14sonar alla fine della voce

mwa2aCategoria sonar in Wikiversity

mwa2iCategoria Funzioni di correlazione

mwa2qCategoria Elettronica di bassa frequenza per il sonar

mwa2yCategoria:Calcolatori automatici per il sonar

mwa2gCategoria:Pubblicazioni sul sonar e la correlazione -download libero

mwa2oCorso:Applicazioni tecniche sul sonar

mwa2wCorso:Tecniche di correlazione per i segnali elettrici di bassa frequenza

mwa24Documentazione sulle tematiche sonar

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cite-note-2828. ↑ La dizione mwbco passivo indica che il sonar si limita soltanto a ricevere i segnali acustici emessi dai bersagli; non genera, pertanto, alcun segnale proprio

cite-note-relative-al-sonar-ipd74-usea-2929. ↑ Dati e fotografie di questa sezione sono relative al sonar IP74 USEA progettato per i sottomarini classe Sauro

cite-note-asse-longitudinale-del-battello-3030. ↑ Oppure rispetto all'asse longitudinale del battello sul quale è installato il sonar.

cite-note-la-misura-si-riferisce-alla-distanza-fisica-3131. ↑ La misura si riferisce alla distanza fisica tra sottomarino e bersaglio; da non confondersi con la portata che indica la probabile distanza massima di scoperta del bersaglio

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cite-note-3434. ↑ Generalmente il campo delle frequenze di lavoro di un sonar passivo si estende da mwbeqmwbeumwbey mwbec mwbeg mwbek mwbeo200 mwbes mwbewH mwbe0z mwbe4 mwbe8a mwbfa mwbfe7000 mwbfi mwbfmH mwbfqz mwbfu{\displaystyle 200\ Hz\ a\ 7000\ Hz} per la scoperta in bassa frequenza e da mwbfcmwbfgmwbfk mwbfo mwbfs mwbfw mwbf08000 mwbf4 mwbf8H mwbgaz mwbge mwbgia mwbgm mwbgq16000 mwbgu mwbgyH mwbgcz mwbgg{\displaystyle 8000\ Hz\ a\ 16000\ Hz} per l'alta frequenza

cite-note-3535. ↑ È un particolare sistema di visualizzazione dei bersagli che ha in ascisse la direzione di scoperta ed in ordinate il tempo trascorso dall'inizio del rilevamento (traccia la storia della traiettoria del bersaglio)

cite-note-tracciamento-raggi-acustici-3636. ↑ Generalmente l'operazione di tracciamento dei raggi acustici in mare viene fatta prima d'iniziare la fase di scoperta dei bersagli

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cite-note-5252. ↑ Tutta la potenza acustica disponibile è indirizzata verso una sola direzione prescelta

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cite-note-5454. ↑ La funzione BDI consente di scoprire eventuali accostate del bersaglio"

cite-note-5555. ↑ Negli anni 60 questa funzione era ad esclusiva disposizione del comandante del sottomarino; ciò per evidenti ragioni di sicurezza ad evitare che con un impulso emesso per errore si svelasse la presenza del sottomarino

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Altri progetti

• Wikiversità

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• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file sul sonar

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