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AVALIAÇÃO PARCIAL DO CURSO – Outubro 2013

 

QUESTÃO

O Sonar marítimo é instrumento acústico para detectar e localizar artefatos submarinos. Ele funciona similar ao radar, mas empregando pulsos sonoros, isto porque as ondas eletromagnéticas praticamente não se propagam sob a água. Um pulso do sonar (“ping”) é emitido e retorna ao emissor ao encontrar um obstáculo. Medindo-se o tempo que o “ping” levou para ir e voltar, avalia-se a distância do objeto ecoado. Um fenômeno que prejudica os sonares são as camadas termais, camadas de água que sofrem uma mudança brusca de temperatura, que desviam as ondas dos sonares, criando zonas de “sombra”. O receptor detecta e amplifica os pulsos acústicos de eco refletidos por artefatos. A velocidade de propagação da onda sonora, tanto no percurso de ida quando no de reflexão, é a velocidade de propagação na água. O sinal acústico refletido sofre um retardo no tempo devido ao percurso de ida-e-volta. Sendo r(t) a distância do alto-falante ao obstáculo - que pode não se manter constante artefato, o “ping” recebido sofre um retardo expresso por 2r(t)/v seg, em que v é a velocidade de propagação do som na camada termal.

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Figura. Sistema de sonar.

 

 

QUESTÃO. A velocidade e a direção das ondas sonoras dependem da temperatura, salinidade e profundidade da água. Por simplicidade, considera-se apenas o caso de uma única camada. Para os cálculos, assuma que velocidade do pulso na água é de 1.438 m/s, a uma temperatura de 10oC. Pulso acústico transmitido A description.... Aqui f0= 650 Hz denota a frequência do ping irradiado e a denota a atenuação do sinal, medida no "front-end" do sonar, usualmente grande, i.e., a<<1. Outro ping só é emitido após receber o “retorno”. O arquivo de dados .mp3 encontra-se disponível em http://www2.ee.ufpe.br/codec/sonar.mp3 (ouça e use um aplicativo do tipo audacity® para processá-lo).

 

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Dispondo do arquivo do sinal de ping, indique como estimar o alcance do alvo (calcule a distancia em m). No caso de alvo submerso em movimento, assuma que a distância objeto-sonar variante no tempo pode ser representada em série de MacLaurin, sendoA description... o alcance nominal;A description... a velocidade do artefato; A description... sua aceleração etc. Como aproximação, suponha que o objeto move-se sob a água com velocidade praticamente constante. Neste caso, o sinal acústico captado é: A description....

 

A frequência do som recebido difere da frequência do ping pela "frequência Doppler". Qual o tipo de modulação sofre o sinal acústico? Sugira um circuito para estimar a velocidade relativa do artefato. Avalie a frequência do ping recebido usando um aplicativo com FFT. Qual o valor de fdoppler? Calcule também a velocidade do artefato detectado, em relação ao sonar, em km/h. Aproximando-se ou afastando-se do sonar? Qual o efeito sonoro quando o artefato se aproxima do sonar?

 

 

Auxilio: se você não dispõe de um aplicativo, estas telas [Audacity] possibilitam estimar a distancia entre dois pings. O espectro anexo ilustra o espectro do primeiro ping.

posição inicio ping.JPG

posição inicio proximo ping.JPG

spectrum.JPGEspectro do ping.