Schwenksonar

Das Sonar schwenkt von −30° bis +30° und zurück. Es misst entlang eines ideal dünnen Schallstrahls die Entfernung zur ersten Oberfläche. Es gibt keine Hintergrundwand. Ohne Treffer innerhalb von 5 m wird kein Echo angezeigt; 5 m ist nur die Messbereichsgrenze. Der Kreis hat einen Radius von 0,37 m, das gleichseitige Dreieck hat eine Seitenlänge von etwa 0,58 m und eine Höhe von 0,50 m. Beide sind verschiebbar. Bei Verdeckung zählt die nächste Oberfläche. Messpunkte werden erst bei einer neuen Messung am jeweiligen Winkel aktualisiert, auch nach dem Verschieben oder Ausblenden eines Objekts.

Abtastung: Der Winkelschritt Δθ ist der Abstand benachbarter Messrichtungen. Die Messrate (hier Pingrate) fₚ gibt die Zahl der ausgesendeten Messimpulse pro Sekunde an: Ein Ping liefert hier höchstens einen Entfernungswert. Sie ist weder die Schallfrequenz noch die elektronische Abtastrate des empfangenen Signals. Der Strahl schwenkt konstant mit 20°/s: 3 Sekunden pro Richtung, 6 Sekunden für Hin- und Rückweg. Winkelschritt und Messrate sind gekoppelt: Δθ = ω / fₚ mit ω = 20°/s. Wer einen Wert ändert, passt damit automatisch den anderen an. Gröbere Abtastung kann kleine Objekte übersehen. Beim Ändern einer Einstellung beginnt eine neue Messung mit leerem Diagramm. Ein kleiner Winkelschritt bedeutet eine dichtere räumliche Abtastung. Das tatsächliche Winkelauflösungsvermögen hängt auch von der Schallbündelbreite ab; die Entfernungsauflösung unter anderem von Bandbreite und Impulsform. Diese Effekte werden hier nicht simuliert.

Kleine Störobjekte: Sechs feste Objekte mit 3,6 cm Durchmesser erzeugen geometrisch berechnete Echos, wenn eine Messrichtung sie trifft. Die Ausgangsanordnung liegt zwischen den groben Messrichtungen: Bei 2 Messungen/s bleiben sie unentdeckt, bei 40 Messungen/s werden sie erfasst, sofern kein näherer Körper sie verdeckt. Solche unerwünschten Echos realer Objekte heißen hier Störechos (Clutter). Sie sind kein zufälliges Messrauschen und keine von hoher Messrate erzeugten Scheinechos. Eine hohe Messrate liefert mehr Details, kann aber ohne Auswahl relevanter Ziele die Anzeige unübersichtlicher machen. Auch grobe Abtastung kann kleine Objekte treffen, wenn sie passend liegen. Die Farben kennzeichnen die bekannten Modellobjekte; ein reales Sonar erkennt daraus nicht automatisch deren Form oder Identität.

Echoortung: r = c · Δt / 2, mit der Schallgeschwindigkeit c und der Hin- und Rücklaufzeit Δt. Hier wird r geometrisch berechnet; die Schalllaufzeit wird nicht animiert. Jeder geometrische Treffer wird als nachweisbares Echo angenommen. Reale Nachweisbarkeit hängt unter anderem von Größe, Material, Orientierung, Wellenlänge und Empfangsschwelle ab. Optionales Entfernungsrauschen; keine endliche Schallbündelbreite, Beugung, Mehrwege oder winkelabhängigen Echoverluste. Das ist ein vereinfachtes Sonarmodell mit Schall, kein Radar mit elektromagnetischen Wellen.

Messungenauigkeiten: Mit Häkchen erhält jeder neue Treffer eine unabhängige, normalverteilte Entfernungsabweichung mit Mittelwert null und Standardabweichung σ = 0,015 m + 0,01 · r. Bei 3 m sind das 4,5 cm; etwa 68 % der Abweichungen liegen zwischen −σ und +σ. Diese illustrative Modellwahl bildet keinen bestimmten Sensor nach. Werte werden auf den Messbereich 0 bis 5 m begrenzt. Die Szene zeigt weiterhin die tatsächliche Oberfläche, Diagramm und Zahlenanzeige zeigen die verrauschte Messung. Ohne Treffer entsteht auch mit Rauschen kein Echo. Umschalten leert das Diagramm und startet einen neuen Schwenk.