INDICE DEI CAPITOLI Indice dei Capitoli ................................................................................................................. Indice delle Figure .................................................................................................................. Sommario ............................................................................................................................... Abstract ................................................................................................................................. 1. Introduzione.......................................................................................................................... 1 1.1 Sistemi per la sorveglianza acustica subacquea............................................................ 1 1.2 Sistema per la sorveglianza a basso costo .................................................................... 1 2. Principi base di Acustica .................................................................................................... 3 2.1 Introduzione .................................................................................................................. 3 2.2 Propagazione delle onde acustiche................................................................................ 3 2.3 Propagazione attraverso due mezzi .............................................................................. 4 2.4 Intensità acustica .......................................................................................................... 6 2.5 Velocità del suono in mare ........................................................................................... 7 2.6 Propagazione acustica in mare.................................................................................... 10 2.6.1 Teoria dei Raggi ...................................................................................................... 10 2.7 Riflessioni sulla superficie e sul fondo marino........................................................... 16 2.8 Propagazione in acque basse....................................................................................... 18 3. Il Sonar .............................................................................................................................. 20 3.1 Introduzione ............................................................................................................... 20 3.2 Equazioni del sonar passivo........................................................................................ 21 3.3 Trasmission Loss........................................................................................................ 22 3.3.1 Diffusione geometrica.................................................................................. 22 3.3.2 Assorbimento............................................................................................... 23 3.3.3 Attenuazione Irreversibile............................................................................ 24 4. Rumore ambientale e generato dalle imbarcazioni ........................................................... 25 4.1 Introduzione ............................................................................................................... 25 4.2 Rumore ambientale..................................................................................................... 25 4.3 Rumore generato dalle imbarcazioni.......................................................................... 27 4.3.1 Rumore del sistema propulsivo ................................................................... 28 4.3.2 Rumore delle eliche .....................................................................................28 4.3.3 Rumore delle macchine ausiliarie................................................................ 29 4.3.4 Rumore idrodinamico ..................................................................................29 4.3.5 Firma acustica complessiva..........................................................................30 5. Analisi dei dati di rumore ..................................................................................................31 5.1 Introduzione ............................................................................................................... 31 5.2 Acquisizione dei segnali di rumore ............................................................................31 5.3 Il linguaggio di programmazione IDL........................................................................ 31 5.4 Analisi in frequenza.................................................................................................... 32 5.4.1 Analisi tempo-frequenza dei dati................................................................. 34 5.5 Informazioni evidenziate dagli spettrogrammi .......................................................... 35 5.6 Estrazione delle componenti frequenziali caratteristiche .......................................... 37 5.7 Processing multi-frequenza dei dati ........................................................................... 38 6. Localizzazione ...................................................................................................................40 6.1 Localizzazione della sorgente sonora mediante un singolo idrofono......................... 40 6.1.1 Algoritmo per la localizzazione................................................................... 40 6.2 Applicazione dell’algoritmo con dati iniziali reali..................................................... 41 6.2.1 Imbarcazione che passa a 50m veloce ....................................................... 44 6.2.2 Imbarcazione che passa a 100m veloce ...................................................... 45
6.3 Applicazione dell’algoritmo con dati iniziali non reali ............................................. 47 6.4 Velocità massima e minima ....................................................................................... 49 6.4.1 Imbarcazione che passa a 100m veloce ...................................................... 49 6.4.2 Imbarcazione che passa a 50m veloce ........................................................ 50 6.5 Informazioni sulla velocità dell’imbarcazione............................................................53 6.6 Analisi Cepstrale ........................................................................................................ 53 6.6.1 Trasformazioni omomorfe .......................................................................... 53 6.6.2 Cepstrum...................................................................................................... 55 6.6.3 Unwrap phase .............................................................................................. 57 6.6.4 Applicazioni del cepstrum all'analisi di segnali .......................................... 58 6.6.5 Applicazione del cepstrum........................................................................... 59 6.6 Conclusioni ................................................................................................................ 64 7. Localizzazione mediante due idrofoni .............................................................................. 65 7.1 Introduzione ............................................................................................................... 65 7.2 Determinazione del ritardo mediante correlazione .................................................... 67 7.2.1 Applicazione della cross-correlazione al nostro caso.................................. 68 7.3 Configurazione in verticale e sorgente in superficie ................................................. 69 7.4 Simulazione del sistema ............................................................................................ 71 7.4.1 Osservazioni ............................................................................................... 75 7.5 Stima della velocità ................................................................................................... 76 7.6 Osservazioni conclusive ............................................................................................ 78 7.7 Individuazione di un SUB.......................................................................................... 79 8. Sistema con due Idrofoni in verticale................................................................................ 83 8.1 Introduzione ............................................................................................................... 83 8.2 Simulazione.................................................................................................................83 8.3 Filtro di Kalman ......................................................................................................... 85 8.3.1 Implementazione del Filtro di Kalman ....................................................... 87 8.4 Simulazioni con Kalman............................................................................................. 89 8.4.1 Caso di un’imbarcazione che si muove a 100m con bassa velocità ............ 90 8.4.2 Caso di un’imbarcazione che si muove a 50m con bassa velocità .............. 91 8.4.3 Caso di un’imbarcazione che si muove a 50m con alta velocità..................92 8.5 Simulazione con dati reali........................................................................................... 94 9. Conclusioni ....................................................................................................................... 98 9.1 Sviluppi futuri ............................................................................................................ 98 Bibliografia ........................................................................................................................... 99 Appendici .............................................................................................................................100
