pati nell’ambito dell’attività del progetto. Per una descrizione più accurata dei test e-

I S ^EA T ^{RIALS DEL} P ^ROGETTO SITAR

In questo capitolo saranno brevemente descritti i Sea-Trials del Progetto SITAR (Sea-

floor Imaging and Toxicity: Assessment of Risk caused by buried waste), ovvero i test

eseguiti in mare, per verificare, in condizioni realistiche, le capacità dei metodi svilup-

pati nell’ambito dell’attività del progetto. Per una descrizione più accurata dei test e-

seguiti si faccia riferimento alla relativa bibliografia riportata in calce al capitolo

6.1 I NTRODUZIONE

Uno degli obiettivi del progetto SITAR (Seafloor Imaging and Toxicity: Assessment of Risk caused by buried waste) è lo sviluppo di una metodologia di imaging tridimensio- nale ad alta risoluzione, basata sull’utilizzo di un sistema sonar in configurazione multi- statica

Lo scopo dei test eseguiti in mare è stato quello di verificare le metodologie ed i sistemi acustici sviluppati nell’ambito del progetto SITAR in condizioni realistiche, nel sito di dismissione di rifiuti nel Möja Soderfjärd Bay, collocato a circa 45 Km ad Est di Stoc- colma. Le linee guida dei test sono state principalmente due:

1. test di un innovativo sistema sonar (basato sul principio del bottom-penetrating parametric sonar) ad apertura sintetica (SAS, Synthetic Aperture Sonar), in gra- do di individuare bersagli anche interrati nel fondale, ma dotato della capacità di imaging caratteristica di un sidescan sonar tradizionale

2. acquisizione di segnali di scattering in configurazione multistatica

Personale scientifico proveniente dai diversi patner del progetto, ha partecipato alla rea- lizzazione dei Sea-Trials, chi con la responsabilità di eseguire i test, altri incaricati di operare in funzione di data quality control, relativamente ai dati acquisiti.

In questo capitolo saranno descritti brevemente il sito, le metodologie di acquisizione

dei dati e le relative strumentazioni tecniche utilizzate. Non si intende assolutamente fa-

re una relazione dettagliata dell’avvenimento (il lettore interessato potrà fare riferimen-

to alla bibliografia riportata in calce al capitolo), ma descrivere brevemente

un’esperienza rimarcabile, compiuta in prima persona dell’autore, intesa come integra-

zione e completamento dell’attività di ricerca realizzata presso l’Università di Bath

6.2 I L SITO

Il sito prescelto per i Sea-Trials è stato localizzato nella Möja Soderfjärd Bay, collocata a circa 45 Km ad Est di Stoccolma. L’area è stato utilizzata, dai primi del 1900 fino al 1965, come discarica per materiale bellico obsoleto della Regia Marina Svedese e rifiuti ordinari civili [1]. Documentazione disponibile a riguardo, indica che l’ammontare del munizionamento affondato nella zona, di diverso tipo e dimensioni, dovrebbe essere dell’ordine delle decine di tonnellate. La profondità del fondale è variabile tra i 70 e 105 metri. La figura 6.2.1 indica la localizzazione del sito, evidenziato sulla mappa median- te un circolo di colore rosso [1].

Figura 6.2.1 – Localizzazione del sito di dismissione nella Möja Soderfjärd Bay (cortesia FOI)

Le condizioni ambientali del sito sono molto ben documentate da diverse agenzie, quali

Swedish Environmental Protection Agency, Swedish Geological Survey, etc. In partico-

lare quest’ultima, ha controllato l’area di interesse, indicando che il sedimento sul fon-

dale è di tipo limo ad elevato contenuto gassoso e rilevando la presenza di un certo nu-

mero di oggetti appoggiati e/o interrati sul fondale. Infine, da un punto di vista logisti-

co, il sito, non essendo in mare aperto, è ben protetto da condizioni meteorologiche av-

verse, assicurando così un certo livello di sicurezza per i partecipanti ai Sea-Trials [2].

6.3 I BATTELLI

I test, eseguiti nel periodo 22 Settembre – 10 Ottobre 2003, sono stati realizzati con l’ausilio di due vascelli, la R/V Altair, che ha eseguito le manovre relative al deplo- yment del prototipo del sonar parametrico, e la HMS Fårösund, dedicata specificata- mente al supporto per l’acquisizione dei dati di scattering in configurazione multistati- ca. La figura 6.3.1 mostra la R/V Altair in una fase operativa dei test. Si osservi sul fianco del vascello la struttura di supporto del prototipo del sistema sonar (evidenziata da un circolo giallo).

Figura 6.3.1 – R/V Altair durante i test nella Möja Soderfjärd Bay

(cortesia FOI)

La figura 6.3.2 mostra la HMS Fårösund ancorata nella le fase operative dei test. E’ ben visibile sulla poppa della nave la cabina prefabbricata contenente la strumentazione tec- nica necessaria per la manovra del Remotely Operated Vehicle (ROV) e l’acquisizione dei dati di scattering.

Figura 6.3.2 – HMS Fårösund ancorata nella Möja Soderfjärd Bay

(cortesia FOI)

6.4 T ECNICA DI ACQUISIZIONE DEI DATI DI SCATTERING

La figura 6.4.1 illustra in linea di principio la tecnica operativa per l’acquisizione dei dati di scattering acustico utilizzata durante i Sea Trias. Un ROV (Remotely Operated Vehicle), sviluppato dalla Swedish Defence Research Agency (FOI) e chiamato PLUMS (PLatform for Underwater Measurement System), seguendo una traiettoria ret- tilinea, sorvola un possibile bersaglio. Il sistema mobile è dotato di un sonar parametri- co (TOPAS, Topographical Parametric Sonar), caratterizzato da un fascio di emissione molto stretto [3, pag. 11], con il quale viene illuminato il fondale. I segnali di scattering vengono ricevuti mediante una catena di idrofoni opportunamente disposta. Analizzan- do i segnali segnali ricevuti è possibile determinare l’esatta posizione ed il Target Strengh del punto insonificato.

Figura 6.4.1 – Schematizzazione della tecnica operativa per l’acquisizione

dei dati di scattering [5]

La posizione e l’andatura del ROV è stata controllata accuratamente mediante un siste- ma di posizionamento acustico commerciale di tipo Long Base Line (LBL) e prodotto dalla Sonardyne. Quattro transponder sono stati posizionati sul fondale marino e la loro posizione relativamente al vascello, determinata mediante un sistema differenziale GPS (Differential Global Positioning System). Il ROV è dotato di un opportuno trasduttore acustico che permette di comunicare con i quattro transpoder. Il trasduttore ed i 4 tran- sponder dialogano tra loro, inviandosi reciprocamente degli impulsi acustici. Stimando il tempo di percorrenza dei diversi tragitti tra i transpoder ed il trasduttore è possibile determinarne la distanza relativa. Ciò consente di individuare la posizione del ROV mediante un sistema di assi coordinati X-Y. Una visualizzazione schematica del funzio- namento del PLUMS e dei quattro transponder è riportata in figura 6.4.2.

Figura 6.4.2 – PLUMS in configurazione monostatica [5]

I movimenti e la posizione del PLUMS sono stati monitorati per mezzo di una consolle

computerizzata. Il dispositivo è predisposto sia per una guida manuale, sia per una gui-

da automatizzata, dopo aver impostato la voluta rotta.

La figura 6.4.3 mostra la consolle di guida e controllo del dispositivo.

Figura 6.4.3 – Consolle di guida e controllo del PLUMS (cortesia FOI)

La figura 6.4.4 riporta un’immagine del PLUMS. Il sonar parametrico è ben visibile alla

sinistra del sistema, inclinato in avanti di un’opportuno angolo, pronto per eseguire una

scanzione in configurazione bistatica. Alcune eliche disposte lungo il corpo del ROV

permettono di controllarne l’attitudine e la stabilità, nonché la mobilità. Il cerchio fucsia

evidenzia il trasduttore acustico utilizzato per comunicare con i quattro transponder,

mentre il cerchio giallo evidenzia uno dei sei idrofoni montati sulla testa del sonar pa-

rametrico ed utilizzabili in caso di funzionamento in configurazione monostatica. In fa-

se di trasmissione sono stati utilizzati impulsi di Ricker a frequenza pari a 5, 10 e 20

kHz, ed impulsi chirp, con banda compresa tra 8÷16 kHz e 10÷20 kHz.

Figura 6.4.4 – Fase di ammaraggio del PLUMS, cerchio fucsia: trasduttore acustico

cerchio giallo: idrofono (cortesia FOI)

Due diverse catene di idrofoni sono state utilizzate per la ricezione dei dati di scattering,

entrambe costituite da otto idrofoni ed entrambe hanno dato problemi di funzionamen-

to. La prima, fornita da Vibrometric, si è rivelata totalmente inaffidabile, avendo un

funzionamento di tipo random (alle volte funzionava, altre volte risultava troppo rumo-

rosa). La scelta è necessariamente caduta sulla seconda, autocostruita dalla FOI, ma che

comunque presentava tre degli otto idrofoni presenti non funzionanti. La geometria e-

satta della disposizione degli idrofoni lungo la catena è riportata in [5], insieme ad una

interessante foto scattata dal ROV Viktoria (vedi paragrafo 6.6) di uno degli idrofoni

della catena, una volta che questa è stata calata nella posizione di lavoro. In questa im-

magine si può osservare come l’idrofono sia disallineato rispetto la direzione di lavoro

ideale, quella verticale. Tale evento ha in pratica modificato il diagramma di irradiazio-

ne del dispositivo, effetto di cui si è dovuto tener conto in fase di post-processing dei

dati [5].

La figura 6.4.5 mostra la visualizzazione dei segnali ricevuti dalla catena di idrofoni, durante una scansione in configurazione bistatica.

Figura 6.4.5 – Rappresentazione dei segnali acquisiti durante una scanzio- ne (cortesia FOI)

Infine i segnali acquisiti, opportunamente campionati (ad una frequenza pari a 200803.2

Hz), sono stati salvati su disco rigido, insieme ai dati di navigazione ed attitudine del

ROV. Si osservi che, nel decodificare i dati relativi alla posizione e soprattutto al timing

di emissione degli impulsi, sono state riscontrate alcune difficoltà, sia in fase elabora-

zione quasi in real-time, che in fase di post-elaborazione [5]. In particolare, tali difficol-

tà hanno praticamente reso parzialmente inefficace l’attività di data quality control, im-

pedendo un primo processo di elaborazione a bordo del vascello, utilizzando gli algo-

ritmi (inviluppo complesso e Short Time Fourier Transform) già disponibili al momento

della realizzazione dei test.

6.5 M ISURA DEL PROFILO DI VELOCITÀ DEL SUONO

Il profilo di velocità del suono in acqua influenza la propagazione dell’onda acustica.

Per questo motivo, lungo tutta la durata dei test, sono state compiute diverse misure del- le condizioni ambientali mediante una sonda Falmouth Scientific 3" Micro CTD. Tale sonda permette, mediante opportuni sensori, misure accurate su conduttività, temperatu- ra e pressione. La figura 6.5.1 mostra la preparazione della sonda per una misura.

Figura 6.5.1 – Preparazione della sonda CTD (cortesia FOI)

Mediante l’uso di appositi modelli parametrici, è infine possibile ricavare dai dati ac-

quisiti dalla sonda, il profilo di velocità del suono.

6.6 ROV V IKTORIA

La HMS Fårösund è una nave della marina militare svedese opportunamente equipag- giata per il supporto ad operazioni di dragamine. Tra le varie attrezzature di bordo è compreso anche un ROV dotato di telecamera, utile in fase di sminamento, per identifi- care una mina senza dover compromettere la sicurezza di personale e/o materiale. Tale mezzo è stato utilizzato durante i Sea Trials per localizzare ed identificare con accura- tezza il bersaglio. La figura 6.6.1 mostra il ROV di bordo denominato Viktoria.

Figura 6.6.1 – ROV Viktoria: dotazione di bordo della HMS Fårösund (cortesia FOI)

Il bersaglio, oggetto delle prove di scattering, è visibile nell’immagine rappresentata in

figura 6.6.2 e prodotta dalla telecamera del ROV Viktoria. L’obiettivo, parzialmente in-

Figura 6.6.2 – Immagine del bersaglio dalla telecamera del ROV Viktoria (cortesia FOI)

Si noti che la geometria di tale bersaglio è decisamente diversa da quella dei bersagli

utilizzati per la raccolta dei dati di scattering nella fase sperimentale eseguita nei labora-

tori dell’Università di Bath. Per poter confrontare i dati raccolti con dati acquisiti in la-

boratorio, è stato costruito appositamente un bersaglio in acciaio (in scala 10:1, circa)

ed utilizzato, presso l’Università di Bath (U.K.), per l’acquisizione di ulteriori dati di

scattering, in una fase postuma ai Sea Trials [6].

6.7 C OMMENTI E CONCLUSIONI

In questo capitolo sono stati brevemente descritti i Sea Trials, ovvero i test in mare ese- guite in condizioni realistiche, programmati nel Progetto Sitar. In particolare sono stati dati cenni sulla metodologia di acquisizione dei dati e le apparecchiature utilizzate du- rante i test. Nonostante gli inconvenienti tipici, e non, incontrati durante le fase operati- ve di una fase sperimentale in mare, il set di dati raccolto è stato utilizzato in maniera proficua in fase di post-processing [5]. In questo contesto,è stata infatti verificata l’ottima qualità dei processi di deconvoluzione del segnale ricevuto e di localizzazione del bersaglio, due metodologie specificamente sviluppate nell’ambito delle attività del progetto SITAR [4] [5]. Il lettore interessato ad una descrizione esaustiva dei test, faccia riferimento alla bibliografia riportata in calce al capitolo.

Partecipare ai Sea Trials è stato, per l’autore di questa tesi, un’esperienza due volte im-

portante. infatti, se da un lato si è avuta la possibilità di confrontarsi in prima persona

con i problemi tecnici che solo in certe situazioni si possono verificare, non da meno è

l’arricchimento umano e culturale conseguito lavorando, per diversi giorni ed a stretto

contatto con un’equipe scientifica internazionale.

6.8 B IBLIOGRAFIA

[1] P. Moren, Sitar: Main sea trial plan (WP-4) Sep. 22 - Oct. 10, 2003, FOI FOI Memo Dnr 03-686:7, 2003

[2] P. Jonsson, I. Karasalo, A. Nilsson, L. Balk, A. Caiti, Underwater acoustic im- aging for the assessment of seafloor waste: the SITAR Project, 10

International Congress on Sound and Vibration 7-10 July 2003, Stockholm, Sweden

[3] J. Pihl, E. Dalberg, J. Hegethorn, S. Ivansson, M. Levonen, P. Moren, B. Nils- son, E. Parastates, Ö. Staaf, G. Sundin, P. Söderberg, Multistatic sonor for shal- low water surveillance, FOA Methodology Report, December 2000

[4] P. Dobbins, Ph. Blondel, N. Pace, I. Karasalo, SITAR, Localisation and imaging of seafloor targets with multiple aspect scattering, 10

International Congress on Sound and Vibration 7-10 July 2003, Stockholm, Sweden

[5] P. Dobbins, Ph. Blondel, Multiple aspect scattering: analisys of sea trials data, SITAR Report WP-1, Delirevable D23, 19 Oct. 2004

[6] Ph. Blondel, M. Cosci, P. Dobbins, N. Jayasundere; Bistatic Sonars – Theory, applications and potential for underwater archaeology, 8 pp., Proc. First Inter- nal Congress on the Application of Recent Advances in Underwater Detection and Survey Techniques to Underwater Archaeology, T. Akal, R.D. Ballard, G.F.

Bass (eds), May 2004 (in press)