Outono 2002 13.00 Conjunto de problemas 9 - Respostas 1. Sistema de Tomografia Acústica do Oceano (a) (b) Local Distância da fonte Tempo de percurso Mudança no tempo de percurso por 1 m/seg. Ilhas Aleutas 3000 km,55 1,33 Tóquio 6200 km 1,14 2,75 Brisbaine 7500 km 1,38 3,33 Punta Arenas 12000 km 2,22 5,33 São Francisco 3800 km 0,70 1,69 Modelo de propagação mista: diferentes valores de r. para cada um dos cinco Local Distância da fonte TL Ilhas Aleutas 3000 km 122 Tóquio 6200 km 148 Brisbaine 7500 km 158 Punta Arenas 12000 km 191 São Francisco 3800 km 129 Primeiro, façamos uma suposição pessimista sobre o ruído, ex.: alto tráfego de navegação e estado do alto mar, dá NL de aproximadamente 74dB. Local Distância da fonte SL-TL (NL-DI) Ilhas Aleutas 3000 km 4,5 Tóquio 6200 km -21 Brisbaine 7500 km -30 Punta Arenas 12000 km -64 São Francisco 3800 km -2,1 Obviamente, o sistema não funciona em estações distantes sob estas condições. A seguir, vamos fazer uma suposição pessimista sobre ruído, ex.: baixo tráfego de navegação e estado de mar baixo, dá NL de aproximadamente 48 db. Local Distância da fonte SL-TL (NL-DI) Ilhas Aleutas 3000 km 30,5 Tóquio 6200 km 5 Brisbaine 7500 km -4 Punta Arenas 12000 km -38 São Francisco 3800 km 23 Obviamente, o sistema não funcionará em estações tão distantes! Na prática, há "truques" de processamento de sinal para detectar sinais muito fracos. Se uma forma de onda codificada for usada como sinal transmitido, é possível detectar sinais tão fracos quanto -20 ou -30 db.
2 (c) Necessário para resolver SL - TL = 120 184 - TL = 120 TL = 64, isto ocorre em aproximadamente 1580 metros. (d) Esta é provavelmente uma distância muito grande para o Havaí que tem uma grande população de baleias. 2. Análise de desempenho do sistema de navegação Odyssey As freqüências de operação dos dois sistemas são 10 khz e 300 khz. Usando a tabela de absorção na página 15 das anotações, os valores para alfa são aproximadamente 1 db/km e 63 db/km. 1. A faixa de transição R t é dada pela fórmula metros a 10kHz e 137 metros a 300 khz. 2. A tabela abaixo mostra a perda de transmissão de via única TL para cada sistema, usando as fórmulas para propagação esférica e para propagação cilíndrica. Todas as respostas estão em db re 1 metro. f = 10 khz f = 300 khz faixa TL (esférico) TL (cilíndrico) TL (esférico) TL (cilíndrico) 10 20 10 20,6 11 100 40,1 20,1 46,3 26,3 1000 61 31 123 93 10k 90 50 710 670 3. Resolva a equação de sonar passivo para TL: TL = SL - (NL - DI) - DT 190 - (80-0) - 20) = 90 db re 1 metro. A partir da tabela acima, vemos que TL = 90 db em uma distância de 10km, e então terminamos. 4. Novamente, resolva a equação de sonar passivo para TL: Então precisamos resolver a equação A resposta é 301 metros. TL = SL - (NL - DI) DT 190 - (100-0) - 20) = 70 db re 1 metro. 70-20 log r + 63. r x 10 --3
3 13.00 conjunto de problema 9 - respostas 5. O sistema SHARPS é mais preciso porque em uma freqüência mais alta, podemos medir o tempo de percurso de um pulso acústico mais precisamente. Por isto, podemos medir a distância entre o AUV e cada um dos sinais mais precisamente. Um bom método de detecção de sinal deveria estar apto a medir o tempo de percurso de um pulso acústico dentro de dez períodos da freqüência de transporte, o que se iguala a 1 milisegundo para o sistema LBL padrão e 33 milisegundos para o sistema SHARPS. Na prática atual, o sistema LBL de 10 khz é preciso alguns metros e o sistema SHARP é preciso (retransmissível) dentro de alguns poucos centímetros. Além disso para resolução de tempo, uma importante fonte adicional de erro no cálculo da navegação é a inecrteza da calibração das posições dos sinais.
4 3. (a) distância máxima = 300 a = 10/(distância máxima *,001) = 33 pegue f = 100kHz que tem um a = 31? = 1500/f = 0,0015? = ± 10graus D = 29,5*?/? = 0,044 metros Pegue NL = 30dB (entre os estados do mar 3 e 6 no gráfico) Alvo: esfera com radio = 0,25 metros Para TL, use propagação esférica + absorção Vamos assumir um valor de DT = 10 db SL - 2TL + TS - (NL - DI) = DT SL = 2TL = TS + NL - DI + DT SL = 2*58,8 - (-18) + 30-19,3 + 10 = 156 db SL = 171 + 10log P + DI 156 = 171 + 10logP + 19,3 10logP = 156-171 - 19,3 = -34,3 db P =,3 mwatt (Estes podem parecer um pequeno valor, mas são OK) Quando computamos r, a partir de uma resolução de distância desejada. Não é pedido no problema, mas um valor razoável é usar o tamanho do objeto que estamos buscando (0,5 metros). Potência média: Tempo de vôo T: 2*300/1500 = 0,4 segundos Definir intervalo de silvo T p igual ao tempo de vôo (0,4 segundos) (b) Golfinhos podem detectar uma esfera de 3 cm a uma distância de 72 metros com NL = 100. O seu sistema pode fazer isto? Como precisamos mudar o modelo? r = 72 metros.
5 Nosso sistema pode fazer isto. Precisamos aumentar SL para 55 db para que este funcione. A potência deve ser dramaticamente aumentada.