Indice_Capitoli - Sistema ETD

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