Parametri di Input MATLAB

Parametri di Input MATLAB

Nella realizzazione del simulatore si sono assunte particolari ipotesi di lavoro:

  • Velocità del suono costante: c=1500m/s
  • Raggi rettilinei.
  • Diagramma di irradiazione costante all’interno degli angoli di apertura dell’idrofono e nullo al di fuori.
  • Non si è tenuto conto della riverberazione di volume, né di quella di superficie, ma solo di quella proveniente dal fondale.
  • Il rumore è solo termico (ipotesi molto realistica dato che al di sopra dei 100kHz, il rumore termico supera di gran lunga il rumore ambientale).
  • Non si è considerato l’effetto doppler dovuto al movimento del sonar.

Prima di lanciare una simulazione, vanno definiti i parametri del sonar e dell’ambiente, che sono i seguenti:

  • h, l’altezza rispetto al suolo a cui viaggia il sonar.
  • f0, la frequenza di lavoro (Hz)
  • T, la durata dell’impulso (sec)
  • Teta_I_grad, l’inclinazione rispetto all’asse z dell’idrofono (gradi)
  • Teta_EL_grad, l’angolo di elevazione del fascio irradiato dall’idrofono (gradi)
  • SL, Source Level (dB re 1uP @ 1m)
  • dx, è il passo di campionamento del fondale (m)
  • RMAX, distanza massima rilevabile, dipende dalla sensibilità del ricevitore (m)
  • INTER_PING è lo spostamento, in multipli interi del passo di campionamento, che il sonar compie tra un impulso e il successivo.
  • K1, posizione del parallelepipedo (indice di tile)
  • K2, posizione del semicilindro (indice di tile)
  • (Xpar, Ypar), coordinare del parallelepipedo all’interno del tile, tenendo presente che l’origine degli assi è al centro del tile (m).
  • Lpar, lato del quadrato di base del parallelepipedo (m).
  • Hpar, altezza del parallelepipedo (m).
  • (Xcilindro,Ycilindro), coordinate del semicilindro all’interno del tile (m).
  • Lcilindro, lunghezza del semicilindro
  • Rcilindro, Raggio del semicilindro
  • alfa1, rotazione del parallelepipedo rispetto agli assi del terreno (gradi).
  • alfa2, rotazione del semicilindro rispetto agli assi del terreno (gradi).

A partire dagli input, il file parametri.m, genera una serie di parametri derivati, attraverso le formule caratteristiche del sonar ad apertura reale:

  • I0: intensità acustica alla distanza di un metro dalla sorgente (W/)
  • Tr: Tempo tra un impulso e il successivo (sec)
  • v: velocità a cui viaggia il sonar (m/s)
  • Rmin, distanza minima tra sonar e impronta a terra (m)
  • Rmax, distanza massima tra sonar e impronta a terra (m)
  • y_min, distanza minima tra proiezione a terra del sonar e impronta acustica (m)
  • y_max, distanza massima tra proiezione a terra del sonar e impronta acustica (m)
  • DR, dimensione di una cella di risoluzione in distanza del sonar
  • SWATH, lunghezza dell’impronta a terra
  • D, durata dell’eco
  • Vmax, la velocità massima a cui si può viaggiare senza lasciare buchi.

Al termine dell’esecuzione, il file parametri.m genera un file parametri_sonar.mat in cui vengono salvati tutti i dati.

Tile: è un termine inglese che significa mattonella. Per ottenere un’agevole manipolazione del fondale è convenuto suddividere il fondale in sotto porzioni di forma quadrata. Tali sottoparti sono state nominate Tile.

Simulatore side scan sonar

Autore del software sviluppato in MATLAB:  Ing Casparriello Marco 

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