Side Scan Sonar – Introduzione

 Introduzione

Il Side Scan Sonar, è un tipo particolare di sonar, che monta lateralmente, due array di idrofoni. Il diagramma di irradiazione, tipicamente è costituito da una apertura in elevazione molto elevata (decine di gradi) e una apertura in azimuth molto stretta (dell’ordine del grado o una frazione).

sonar a scansione laterale
figura 1.1  Side Scan Sonar pronto all’immersione

L’inclinazione degli idrofoni rispetto alla direzione perpendicolare al fondale, detta nadir, è di qualche decina di grado. La figura 1.2 mostra il funzionamento.

Figura 1.2 Definizione dei parametri per un Side Scan Sonar [2]
Figura 1.2 Definizione dei parametri per un Side Scan Sonar

Data la bassa velocità del suono (nel mare in condizioni standard: c˜1500 m/s), anche alle basse frequenza, si hanno lunghezze d’onda relativamente piccole. Ad esempio a 100 kHz, la lunghezza d’onda è di circa 15 cm.

La velocità del suono è un parametro che è fortemente condizionato dalla profondità del mare, dipendendo esso da temperatura, salinità e pressione.

Poiché l’indice di rifrazione dipende dalla velocità del suono, e poiché questo varia in funzione della profondità, si ha un effetto di curvatura sui raggi che si propagano da e verso il fondale.

Il Side Scan Sonar è un sonar attivo che emette impulsi acustici. Sfruttando l’eco ricevuto, tramite un algoritmo di elaborazione delle immagini, è possibile ricostruire un’immagine del fondale.

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