Simultaore Software Side Scan Sonar

Lo scopo di questo lavoro di tesi è la realizzazione di un simulatore di un Side Scan Sonar. Uno strumento di questo tipo può risultare utile ai fini di valutare le caratteristiche di sonar in commercio oppure come strumento di ricerca.

Il simulatore è stato realizzato in MATLAB, e lo schema di principio a cui si è fatto riferimento, è quello mostrato in figura 3.1.

I blocchi che costituiscono il simulatore sono i seguenti:

  • Generatore di fondale: Genera un fondale con una determinata rugosità, che tenga conto del particolare materiale di cui esso è composto. Al fondale può essere aggiunto un effetto a dune, tipico dei fondali sabbiosi e possono essere posizionati degli oggetti dalla geometria semplice.
  • Sonar: Prende in input parametri relativi al side scan sonar: Source Level, durata e frequenza dell’impulso, ampiezza angolare del fascio e portata massima del sonar (distanza massima rilevabile, che dipende dalla sensibilità del ricevitore) e genera in uscita una serie di parametri operativi.
  • Calcolo ombre: Individua i punti in ombra.
  • Calcolo angoli di incidenza e mesh: Scompone il fondale in triangolini, e per ciascuno di essi calcola area e angolo dell’onda incidente rispetto alla normale.
  • Calcolo Backscattering: A partire dagli angoli di incidenza, calcola in ciascun punto del fondale le Backscattering Strength e le pone a zero nei punti in ombra.
  • Rumore: Generatore di rumore gaussiano bianco. Esso viene moltiplicato per un fattore correttivo, che tiene conto dell’amplificazione dovuta al TVG (Time Variable Gain)
  • Equazione del Sonar: Per ciascun punto del fondale calcola l’intensità acustica retro-scatterata, facendo il prodotto tra Backscattering Strength e Area dei corrispondenti triangolini, e la riporta nel punto dove si trova il sonar.
  • Simula Movimento SSS: Scompone il terreno in celle di risoluzione e calcola quanta potenza ciascuna di esse, scattera verso il sonar.
  • Immagine: L’immagine si ottiene sommando l’intensità ricevuta da ciascuna cella di risoluzione con il rumore termico.

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