Fasci preformati per il sonar

I fasci preformati per il sonar consentono al localizzatore subacqueo la scoperta simultanea dei bersagli che si trovino in tutto l'arco dell'orizzonte relativo al sottomarino nel quale sono installati.^[1]

Compensatore elettromeccanico collegato con base circolare a prua del sottomarino

Rotazione del singolo lobo di direttività comandata manualmente

Agli inizi della seconda guerra mondiale per scoprire i bersagli con il sonar, nell'arco di tutto l'orizzonte, si faceva ruotare meccanicamente una piccola base acustica, e con essa la sua caratteristica di direttività nell'arco dei ${\displaystyle 360}$°; in un secondo tempo, con un particolare sistema detto compensatore^{[N 1][2]} si ruotava artificialmente il fascio di direttività della base lasciando la stessa ferma.

Queste operazioni richiedevano molto tempo nella ricerca su tutto l'arco dell'orizzonte, consentivano però ottime caratteristiche di precisione di rilevamento angolare dell'ordine di ${\displaystyle 0.1}$°.

Con lo sviluppo dell'elettronica nasce l'idea dei fasci acustici preformati, con essi tutto l'orizzonte subacqueo viene esplorato in modo istantaneo per tutti i ${\displaystyle 360^{\circ }}$.

Un sistema a fasci preformati in hardware è stato studiato per la prima volta in Italia nel 1960 per i sonar installati a bordo dei sottomarini Cl. Toti.^{[N 2]}

L'esplorazione simultanea dello spazio subacqueo è un processo tecnologico in grado di aumentare le capacità operative del sonar consentendogli la scoperta e la localizzazione dei bersagli in tutto l'arco dell'orizzonte nello stesso tempo d'osservazione.

Il sistema tecnologico si basa su di una molteplicità di elaboratori hardware o software^[3] opportunamente implementati nelle strutture del sonar; gli elaboratori hanno la funzione di generare molteplici fasci acustici dal cui numero dipende la precisione di rilevamento e la capacità di scoperta.

Un singolo fascio preformato consente la visualizzazione dei segnali acustici emessi dai semoventi navali in una determinata direzione; ${\displaystyle 72}$ fasci, ad esempio, indirizzati per le direzioni ${\displaystyle 0^{\circ }\ ;\ 5^{\circ }\ ;\ 10^{\circ }\ ;\ 15^{\circ }.....355}$° permettono la scoperta dei bersagli su tutto l'arco dell'orizzonte.

Il numero^[4] dei fasci preformati dipende dalla precisione di localizzazione imposta in fase di progetto.

Le strutture a fasci preformati hardware possono essere realizzate sia con rivelatori d'inviluppo che con correlatori.^{[N 3]}

Un sistema a fasci preformati hardware è formato da un insieme di strutture elettroniche, uguali tra loro, in numero pari al numero dei fasci voluti.

Una struttura a fasci preformati, di tipo analogico-digitale, vede la circuitazione relativa composta dai seguenti dispositivi:

• Due gruppi d'idrofoni facenti parte della base idrofonica installata sul sottomarino^{[N 5]}.
• Un blocco di tante unità di ritardo temporale quanti sono gli idrofoni impiegati
• Due blocchi elettronici per le somme, destra e sinistra, delle tensioni fornite dai due gruppi d'idrofoni.
• Un dispositivo per la misura della coerenza tra le due tensioni di somma.

Ciascun fascio esegue la rimessa in coerenza dei segnali idrofonici per compensare i diversi tempi di percorrenza del suono in mare^{[N 6]}, seguono due sommatori e il ricevitore in correlazione con integratore analogico.

Per un corretto funzionamento del sistema la caratteristica di direttività di ciascun fascio deve sovrapporsi alle adiacenti a circa ${\displaystyle -3\ dB}$ (decibel) rispetto al massimo.

Le diverse tensioni dei blocchi di formazione fasci sono esplorate, ciclicamente nel tempo, da un circuito serializzatore elettronico^[5] e da questo inviate al sistema di presentazione video di tipo panoramico.

Sonar a fasci preformati sviluppati in Italia nel periodo 1960-2002

Caratteristiche:

• Presentazione video in coordinate polari^{[N 8]}
• Sonar a 36 fasci preformati in alta frequenza^{[N 9]} ( uno ogni ${\displaystyle 10}$° ) impiegato prevalentemente alla scoperta dei bersagli con il metodo dell'eco^{[N 10]}

• Arco d'orizzonte esplorato: ${\displaystyle 0-360}$°

• Intensità d'illuminazione delle tracce dipendente dalle ampiezze dei segnali generate dai fasci preformati.

Caratteristiche:

• Presentazione video in coordinate polari^{[N 11]}

• Sonar in bassa frequenza con ${\displaystyle 70}$ fasci preformati ^{[N 12]}( uno ogni ${\displaystyle 5}$° per una copertura di ${\displaystyle \pm 175}$°)^{[N 13]}, in alta frequenza 36 fasci preformati^{[N 14]} (uno ogni ${\displaystyle 10}$°)^{[N 15]}

• Due posti di osservazione

• Arco d'orizzonte esplorato: ${\displaystyle 0-360}$°

• Intensità d'illuminazione delle tracce dipendente dalle ampiezze dei segnali generate dai fasci preformati.
• Questo apparato consentiva, con i fasci preformati, la scoperta veloce dei bersagli che, una volta individuati, potevano essere localizzati con notevole precisione da un compensatore meccanico ausiliario indirizzabile velocemente nella direzione voluta.

Caratteristiche:

• Presentazione video a cascata in coordinate angolo - tempo.

• Sonar in bassa frequenza a ${\displaystyle 70}$ fasci preformati^{[N 16]}( uno ogni ${\displaystyle 5}$° per una copertura di ${\displaystyle \pm 175}$°)^{[N 17]}, in alta frequenza ${\displaystyle 36}$ fasci preformati^{[N 18]} (uno ogni ${\displaystyle 10}$°)^{[N 19]}

• In ascisse l'arco d'orizzonte esplorato: ${\displaystyle -\ 175^{\circ }\ +\ 175}$°

• In ordinate il tempo trascorso con le tracce delle evoluzioni dei bersagli per memoria tattica.

• Intensità d'illuminazione delle tracce dipendente dalle ampiezze dei segnali generate dai fasci preformati.

• Questo apparato consentiva la localizzazione di precisione con un compensatore ausiliario così come nel sonar IP70.

Caratteristiche:^{[N 20][6]}

• Presentazione della traccia dei bersagli secondo coordinate cartesiane^{[N 21]}

• Sonar d'emergenza a ${\displaystyle 36}$ fasci preformati in bassa frequenza^{[N 22]} (uno ogni ${\displaystyle 10^{\circ }}$), studiato per i sottomarini Classi Toti e Sauro, da impiegare con la base idrofonica cilindrica a proravia del sottomarino:

In ascisse l'arco d'orizzonte esplorato: ${\displaystyle -\ 180^{\circ }\ +\ 180}$°

In ordinate le ampiezze dei segnali generate dai fasci preformati.

• Testi scaricabili liberamente
• 

Annotazioni

Fonti

• R.G. Pridham and R.A. Mucci,, A novel approach to digital beamforming,, Acoustica Society of America 63(2) , 1978..
• C. Del Turco, Sonar- Principi - Tecnologie Applicazioni, Tip. Moderna La Spezia, 1992.
• C. Del Turco, Sul calcolo del minimo numero di fasci preformati per il sonar, Rivista Tecnica Selenia - industrie elettroniche associate - vol. 11 n°3, 1990..
• - Archivio Direzione Arsenale M.M. La Spezia, 2000 C. Del Turco, Studio di un sistema di fasci acustici per localizzazione a coerenza d'onda naturale.

• Wikiversità contiene risorse su Fasci preformati per il sonar

• N° FASCI Selenia
• Sonar FALCON
• Schemi sonar FALCON
• Testo discorsivo sul sonar
• testo tecnico sulla Correlazione

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