1)Generalità

Il presente studio di fattibilità, indirizzato esclusivamente alla componente "bagnata", deve verificare se i dati esposti nella specifica tecnica sotto riportata sono attuabili.
In particolare le caratteristiche della base acustica di emissione e della potenza elettrica da applicare a detta base nonché le peculiarità del ricevitore.
La pagina è divisa in quattro paragrafi:
-Il primo raccoglie tutte le informazioni dettate dalle specifiche tecniche.
-Il secondo espone l'equazione del sonar attivo
-Il terzo e il quarto mostrano le modalità di calcolo per verificare la fattibilità attesa.
In generale i calcoli sono approssimati a 0.5 dB.
L'elaborato si basa sull'equazione del sonar attivo già trattata in p44; si consiglia di rivedere con attenzione la pagina citata prima d'esaminare questo studio.

2)Dati di specifica

Il presente studio intende verificare la fattibilità di un sonar attivo conforme alle seguenti specifiche tecniche:
a) portata massima di scoperta 8 Km.
b)le prestazioni devono essere raggiunte in funzionamento direttivo e con singolo impulso della durata t = 6 mSec.
c) Il vano a proravia che deve alloggiare la base, all'interno della cuffia idrodinamica, ha le seguenti dimensioni:
- in pianta .8 m x .8 m.
- in altezza .6 m.
d)la frequenza di lavoro deve essere 12 KHz.
e) la potenza elettrica assorbita per l'emissione impulsiva deve essere We < 5000 W.
f)la banda di ricezione deve essere BW = 300 Hz -rivelazione quadratica-.
g)la probabilità di scoperta deve essere fissata al Pd = 50%.
h) la probabilità di falso allarme deve essere dell'ordine di Pfa = 0,1%.
i) deve essere assunto come livello di rumore del mare SS = 4.
l) il target strength del bersaglio, a quota periscopica, deve essere ipotizzato a TS = 15 dB.
m) condizioni di propagazione normale-strato isotermo.
n) propagazione del tipo sferico cilindrica.
o) rumore della piattaforma trascurabile.

3)L'equazione del sonar attivo

Lo studio inizia con l'esame del'equazione del sonar attivo che si ripropone:

TL = LI + TS - NL - DT + DI

nella quale valutare le variabili caratteristiche in funzione dei dati di specifica.

4)Calcolo delle variabili direttamente desumibili da specifica

Calcolo dell'attenuazione del suono TL:

TL = 120 dB + 20 Log R + 2 α R
nel percorso di andata e ritorno del suono, si valuta sulla base dei seguenti punti di specifica:
a) portata massima di scoperta R = 8 Km.
d)la frequenza di lavoro deve essere 12 K Hz.
m) condizioni di propagazione normale-strato isotermo.
n) propagazione del tipo sferico cilindrica.

Si calcola α con l'algoritmo:

α = (0.1 f²) / (1 + f²) + (40 f²) / ( 4100 + f² ) + (2.75 f²) / 10000

che per f = 12 KHz è : α = 1.8 dB/Km. quindi:
TL = 120 dB + 20 Log 8 + 2 x 1.8 x 8 = 167 dB

Calcolo del rumore del mare NL:
Sulla base dei punti:
i) deve essere assunto come livello di rumore del mare SS = 4.
o) rumore della piattaforma trascurabile.
Da Sonarmath; per ss = 4 e f = 12 KHz si ha: NL = 49 dB / micro Pa / Hz

Specificazione sul TS:
l) il target strength del bersaglio, a quota periscopica, deve essere ipotizzato a TS = 15 dB.
TS = 15 dB

Calcolo del DT:
Sulla base dei punti:
b)le prestazioni devono essere raggiunte in funzionamento direttivo e con singolo impulso da t = 6 mSec.
f)la banda di ricezione deve essere BW= 300 Hz -rivelazione quadratica-.
g)la probabilità di scoperta deve essere fissata al Pd = 50%.
h) la probabilità di falso allarme deve essere dell'ordine di fa = 0,1%.

DT = 5 Log( d BW / t )
Si determina d per: Pd = 50 % e Pfa = 0.1 % : d = 10 (si veda p5/pag.168/fig 4.3)
DT = 5 Log( d BW / t ) = 5 Log ( 10 x 300 / 0.006) = 28.5 dB

5)Calcolo delle variabili non deducibili direttamente da specifica

Le variabili non deducibili direttamente da specifica sono:
DI : guadagno di direttività del trasduttore di emissione/ricezione
LI : livello della pressione dell'impulso da emettere.
Il calcolo del DI si esegue dopo aver determinato le dimensioni del trasduttore in base ai dati:
c) Il vano a proravia che deve alloggiare la base, all'interno della cuffia idrodinamica, ha le seguenti dimensioni:
- in pianta .8 m x .8 m.
- in altezza .6 m.
d)la frequenza di lavoro deve essere 12 KHz.
Nello spazio indicato può trovare posto un trasduttore cilindrico dal diametro D = 0.7 m e di altezza H = .55
Come superficie emittente si considera la superficie della generatrice del cilindro pari a .7 x .55 = 0.38 mq ; applicando la formula:



per λ = 1500 / 12000 Hz = 0.125
si ha: g = 301 che in dB vale 10 Log 301 = 25 dB

Il computo di LI si esegue con l'equazione del sonar in 3) ed i dati finora calcolati
tenendo in debita considerazione il punto della specifica che impone:
e) la potenza elettrica assorbita per l'emissione impulsiva deve essere inferiore a 5000 We.

da TL = LI + TS - NL - DT + DI si ha:
LI = TL - TS + NL + DT - DI = 167 dB - 15 dB + 49 dB + 28.5 dB - 25 dB = 204 dB/microPa/m

Dato che LI può essere espresso anche in funzione della potenza acustica applicata (Pac) si può scrivere:

LI = 172 + 10 Log Pac

dove il termine 172 rappresenta la pressione acustica in dB/microPa/m generata da 1 W acustico applicato al trasduttore; ne segue:

10 log Pac = LI - 172 =
= 204 - 172 = 32 db / Wac ; pari a 1585 Wac

ipotizzando un rendimento del trasduttore del 50% ( generalmente è più elevato ) la potenza elettrica We richiesta durante l'emissione dell'impulso è We = 2 * Wac = 3169.
A questo punto, essendo We < 5000 W, la fattibilità del sonar attivo è assodata salvo il controllo della cavitazione che, pur non richiesto a specifica, è indispensabile.
A regime impulsivo la superficie di un trasduttore riesce a inviare in acqua una potenza acustica di circa 2.5 Wac / cmq senza che si sviluppi il fenomeno della cavitazione.
Nel nostro caso abbiamo che Wac = 1585 e l'area A di emissione, relativa a tutta la superficie laterale della base cilindrica, è :
A = 3.14 x 70 x 55 = 12000 cmq
ne segue il rapporto Wac/A = 1585 / 12000 = 0.13 Wac/cmq nettamente inferiore al limite di 2.5 Wac/cmq.
Con quest'ultimo calcolo la fattibilità del sonar attivo è infine verificata.

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