Attenuazione in acqua di mare – Legge di Thorp

L’acqua di mare introduce un attenuazione all’onda acustica che si propaga al suo interno, sia per effetto dell’attrito, sia per effetto della presenza di solfato di magnesio (MgSO4), acido borico (B(OH)3 ) ed altre sostanze disciolte. L’attenuazione introdotta, nota come perdita per assorbimento è una funzione crescente della frequenza.

Sperimentalmente, si è verificato, che l’attenuazione che il mezzo introduce, è di tipo esponenziale.

Tipicamente si fa riferimento all’attenuazione logaritmica riferita ad una unità di distanza. Per ottenerla, si può utilizzare la legge di Thorp:

 \(\begin{matrix} \alpha =\left[ \frac{0.1{{f}^{2}}}{1+{{f}^{2}}}+\frac{40{{f}^{2}}}{4100+{{f}^{2}}}+2.75\cdot {{10}^{-4}}\cdot {{f}^{2}}+0.003 \right]/0.9144 & \left[ dB/Km \right]  \\ \end{matrix}\)

La frequenza deve essere misurata in kHz ed il risultato è espresso in dB/Km.  Nell’equazione, il primo termine è dovuto al solfato di magnesio, il secondo ed il terzo all’acido borico ed infine la costante è dovuta all’acqua [9]. In figura 2.2 è mostrato l’andamento grafico dell’attenuazione in funzione della frequenza.

Legge di Thorp - Grafico
Figura 2.2 Legge di Thorp

Per valutare l’attenuazione, bisogna moltiplicare per la distanza espressa in km:

\(AL(dB)=\alpha ‘D(Km)\)

Simulatore side scan sonar

Capitolo 1   Side Scan Sonar – Principi di funzionamento

1.1       Introduzione

1.2       Risoluzione

1.3       Impulso trasmesso

1.4       Schema a blocchi di un side scan sonar

1.5       Post-Elaborazione del segnale ricevuto

1.6       L’equazione del sonar

1.7       Unità di misura.

Capitolo 2    Parametri acustici in ambiente marino.

2.1       Introduzione.

2.2       Velocità del suono.

2.3       Attenuazione per assorbimento.

2.4       Effetto di curvatura dei raggi

2.5       Riflessione.

2.6       Scattering.

2.7       Legge di Lambert

2.8       Ombre acustiche.

Capitolo 3  Descrizione del Software MATLAB.

3.1       Schema di principio del simulatore.

3.2       Modelli Teorici Simulatori Sonar

3.3       Approccio cell scattering.

3.4       Parametri di ingresso e approssimazioni

3.5       Generazione della rugosità del fondale.

3.6       Batimetria.

3.7       Posizionamento di oggetti sul fondale.

3.8       Backscattering.

3.9       Algoritmo di individuazione dei punti in ombra.

3.10     Impronta a terra e divisione in celle di risoluzione.

3.11     Simulazione del movimento del sonar

3.12     Algoritmo di correzione per i punti a quota non nulla 

3.13     Aggiunta del rumore.

Capitolo 4  Risultati e Simulazioni MATLAB

4.1  Risultati e  Simulazioni.

Appendici

Appendice A.

Appendice B.

Appendice C.

Riferimenti

[1]  Paul C. Etter, Underwater Acoustic Modelling  and  Simulation, third edition. Spon Press, 2003

[2]  BLONDEL, Philippe. The handbook of sidescan sonar. Springer, 2007

[3]  GODDARD, Robert P. The sonar simulation toolset, release 4.6: Science, mathematics, and algorithms. WASHINGTON UNIV SEATTLE APPLIED PHYSICS LAB, 2008.

[4]  ETTER, Paul C. A review of recent developments in underwater acoustic modeling. The Journal of the Acoustical Society of America, 2011, 129: 2631

[5]  JACKSON, Darrell R.; RICHARDSON, Michael; RICHARDSON, M. Michael D. High-frequency seafloor acoustics. Springer Science+ Business Media, 2006

[6]  LURTON, Xavier. An introduction to underwater acoustics: principles and applications. Springer-Praxis, 2002.

[7] SOWMYA, S. T. V. Study of Reverberation Time Series and Echo Detection Algorithm in Reverberation Limited Scenarios

[8] HODGKISS JR, W. An oceanic reverberation model. Oceanic Engineering, IEEE Journal of, 1984, 9.2: 63-72.

[9] AINSLIE, Michael. Principles of sonar performance modelling. Springer, 2010.

[10] PORTER, Michael B.; LIU, Yong-Chun. Finite-element ray tracing, theoretical and computational acoustics. World Scientific Publishing Co, 1994, 2: 90.

[11] Finn B. Jensen, William A. Kuperman, Michael B. Porter, Henrik Schmidt Computational Ocean Acoustics, 2th edition, 2011, Springer

[12] By Gorm Wendelboe, (2007). Acoustical Identification of Sea-Mines.Ph.D.
Thesis. Technical University of Denmark: Oersted(DTU)

[13] HODGES, Richard P. Underwater acoustics: Analysis, design and performance of sonar. Wiley, 2011