BR112015013194B1 - Método e aparelho arranjado para determinar uma velocidade de uma embarcação, e, meio de armazenamento legível por computador - Google Patents
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Abstract
MÉTODO E APARELHO ARRANJADO PARA DETERMINAR UMA VELOCIDADE DE UMA EMBARCAÇÃO, E, MEIO DE ARMAZENAMENTO LEGÍVEL POR COMPUTADOR. Descreve-se um método para determinar uma velocidade de uma embarcação, compreendendo as etapas de: detectar objetos na circunvizinhança da embarcação; selecionar um objeto tendo uma velocidade relativa à embarcação que está abaixo de um limiar pré-definido; e determinar a velocidade da embarcação para ser oposta à velocidade do objeto. Também é descrito um aparelho arranjado para realizar o método.
Description
[001] A presente invenção refere-se ao campo de Radares. Especificamente, refere-se à mitigação e possível correção de certos dados de navegação providos a um sistema de Radar a partir de outro sistema, como referências de navegação do navio (curso e celeridade corrigidos) a bordo do navio ou outra embarcação.
[002] Um sistema típico de Radar baseado no navio será provido com os dados de referência de navegação do navio (curso e celeridade relativa à terra) de modo que o movimento aparente dos objetos identificados pelo Radar no navio em deslocamento possa ser compensado pelo movimento do navio.
[003] Sob operação normal pode ser assumido que um curso confiável e preciso do navio e dado de celeridade estejam disponíveis, porém sob algumas circunstâncias como condições de falha, esse dado pode não estar disponível ou pode não ser tão preciso quanto o que seria esperado ou desejado.
[004] Como tal, há um desejo de melhorar a qualidade e a precisão dos dados de referência de navegação disponibilizados ao Radar.
[005] De acordo com um aspecto da presente invenção, um método de determinar a velocidade de uma embarcação é provido, compreendendo as etapas de: detectar objetos na vizinhança da embarcação; selecionar um objeto tendo uma velocidade relativa à embarcação que está abaixo de um limiar predefinido; e determinar a velocidade da embarcação para que seja oposta à velocidade do objeto.
[006] Preferencialmente, se uma pluralidade de objetos for detectada que tenham a velocidade relativa à embarcação a qual está abaixo do limiar predefinido, selecionando a pluralidade dos objetos e calculando uma velocidade média para a pluralidade de objetos.
[007] Preferencialmente, a etapa de calcular inclui a etapa de definir um vetor de velocidade individual para cada pluralidade de objetos e calcular um vetor de velocidade média por meio da equação:
em que (xméd, yméd) vetor de velocidade média, n é o número da piuraiidade de objetos e (xi , yi) ... (xn , yn) são os vetores de veiocidade individuais n.
[008] Preferenciaimente, a veiocidade determinada é comparada aos dados de ceieridade e curso da embarcação providos por outros meios, e quaiquer discrepância é registrada.
[009] Preferenciaimente, o dado de ceieridade e curso da embarcação está correto de acordo com a veiocidade determinada.
[0010] Preferenciaimente uma avaiiação da precisão da medida de veiocidade é feita, baseada no número de objetos estacionários detectados.
[0011] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é provido um apareiho arranjado para determinar a veiocidade da embarcação, compreendendo: uma unidade de processamento de sinai arranjada para ciassificar os sinais de Radar recebidos dos objetos de acordo com as suas ceieridades reiativas; uma unidade de veiocidade estimativa, arranjada para identificar e seiecionar dentre os objetos, um cuja veiocidade esteja abaixo do iimiar predefinido; e uma unidade de processamento de veiocidade, arranjada para determinar a veiocidade da embarcação para que seja oposta à veiocidade do objeto cuja ceieridade esteja abaixo da iinha predefinida.
[0012] Preferenciaimente, se a unidade de identificação de canai iento identifica e seleciona uma pluralidade de objetos que tem uma velocidade relativa à embarcação que esteja abaixo da linha predefinida, a unidade de processamento de velocidade é adicionalmente arranjada para calcular uma velocidade média para a pluralidade de objetos.
[0013] Preferencialmente, a unidade de processamento de velocidade é arranjada para calcular uma velocidade média para a pluralidade de objetos ao: definir uma velocidade individual para cada pluralidade de objetos; definir um vetor para cada velocidade individual; e calcular um vetor de velocidade média por meio da equação:
em que (xméd, yméd) é um vetor de velocidade média, n é o número da piuraiidade de objetos, e (xi , yi) ... (xn , yn) são os vetores de veiocidade individuais n.
[0014] Preferenciaimente, a unidade de processamento de veiocidade é arranjada para descontar um dos vetores de veiocidade individuai antes de caicuiar um vetor de veiocidade média.
[0015] Ainda em um aspecto adicionai, é provido um meio de armazenamento iegívei por computador tangívei, não transitório, tendo instruções que, quando executadas, fazem com que um dispositivo de computador reaiize quaiquer um dos métodos aqui definidos.
[0016] Para um meihor entendimento da invenção, e para mostrar como a modaiidade do mesmo pode ser ievada a efeito, será agora feita referência, a títuio de exempio, aos desenhos esquemáticos anexos, nos quais: a Figura 1 mostra uma vista aérea de uma embarcação dotada de um sistema de Radar; a Figura 2 mostra um fiuxograma de acordo com uma modaiidade da presente invenção; e a Figura 3 mostra um apareiho de acordo com uma modaiidade da presente invenção.
[0017] Figura 1 mostra uma representação da embarcação 1 no mar 6. Na particular configuração mostrada aqui, a embarcação está localizada em uma zona litoral, por exemplo, relativamente próxima à costa.
[0018] A embarcação está avançando na direção indicada pela seta 4 em uma dada celeridade. A embarcação está equipada com um sistema de Radar 2.
[0019] O sistema de Radar 2 é usado para identificar e rastrear objetos como aeronaves, embarcações ou mísseis. Dados de navegação, na forma de dados de curso e celeridade do navio são fornecidos ao Radar 2 de modo que a velocidade dos objetos possa ser ajustada para o movimento do navio e a velocidade calculada sobre o solo.
[0020] Entretanto, os dados do curso e celeridade não são sempre tão confiáveis quanto seria desejado e, portanto, as modalidades da presente invenção utilizam informações derivadas do Radar para derivar dado de curso e celeridade. Esse dado de curso e celeridade pode ser usado para definir um fator de correção que pode ser aplicado para o fornecido dado de curso e celeridade, ou pode ser simplesmente apresentado a um operador para efeitos de informação.
[0021] Um problema encontrado na maioria dos sistemas de Radar é a detecção e subsequente processamento de sinais que não são do interesse. Tais retornos são geralmente referidos como ecos indesejados e podem ser detectados a partir de objetos estacionários nas proximidades, detritos em deslocamento lento, como fragmentos e peças destroçadas, pontas de onda ou outras embarcações nas proximidades. Normalmente, etapas são feitas para minimizar o efeito dos ecos indesejados, mas as modalidades da presente invenção fazem uso dos ecos indesejados, a fim de inferir informação sobre o curso e a celeridade da embarcação.
[0022] Quando o Radar 2 realiza a varredura, os sinais de retorno são filtrados e processados para prover informação de alcance e informação de celeridade; o Radar retorna de alvos lentos que não são do interesse, como aqueles objetos estacionários nas proximidades, são suprimidos.
[0023] Figura 2 é um fluxograma que mostra as etapas em uma modalidade da invenção. A etapa 20 é a formação de faixas de objetos detectados pelo Radar, para determinar a sua velocidade relativa ao navio.
[0024] Para os fins da presente explicação, é importante perceber que a celeridade e a velocidade são diferentes, apesar de serem vulgarmente utilizadas intercambiavelmente. A celeridade é uma grandeza escalar, ou seja, ela não tem nenhum componente direcional, enquanto que a velocidade é uma grandeza vetorial que representa celeridade e direção. A menos que indicado de outra forma, modalidades da presente invenção estão relacionadas com a velocidade, ou seja, curso (direção) e celeridade, em conjunto.
[0025] Ao identificar os ecos indesejados estacionários ou em deslocamento lento, uma inferência da velocidade da embarcação pode ser feita. Que é, objetos que parecem estacionários quando a embarcação está se deslocando, estão na verdade apenas relativamente estacionários, ou seja, eles têm a mesma velocidade da embarcação e, portanto, parecem não estar em deslocamento. Em um ambiente litoral, a maioria dos objetos em deslocamento lento detectados estão provavelmente, absolutamente estacionários e parecem estar em deslocamento lento devido à velocidade da embarcação, que está se deslocando para longe ou em direção a eles.
[0026] Etapa 21 é a identificação do objeto lento. Aqui, qualquer retorno tendo uma celeridade maior que do que um limiar definido é descartado deste processo e apenas alvos lentos ou estacionários são considerados.
[0027] Na prática os objetos verdadeiramente estacionários não podem ser identificados a partir do objeto de deslocamento lento sem um conhecimento do movimento do navio. Contudo, ao assumir que em um ambiente litoral a maioria dos objetos rastreados será de objetos estacionários, em seguida, uma estimativa para a velocidade do navio pode ser feita. Por exemplo, se o retorno parecer estar se deslocando para longe da embarcação a uma celeridade X em uma posição de 30°, a celeridade da embarcação é calculada para ser X em uma posição de 210°.
[0028] É necessário definir uma velocidade média para todos os retornos recebidos no Radar, de modo que domo que possa ser usada como base para inferir a velocidade da embarcação. Matemática vetorial direta permite que uma média simples seja definida. Por uma questão de exemplo, considere o caso em que são detectados três retornos. Esses podem ser representados. Esses podem ser representados por um modo vetor usando o cartesiano ou as coordenadas (x,y), com a embarcação posicionada na origem (0,0). Os três vetores são (x-i, y-i) ; (x2, v2) ; (X3, y3). A média do vetor é definida como: (xméd, yméd) = ((xi + X2 + X3) 3 , (yi + y2 + y3)/3). Certamente, o mesmo método pode ser usado para qualquer número de vetores, como a situação genérica sendo definida como:
[0029] Essa matemática vetorial é executada na etapa 22.
[0030] De modo a eliminar quaisquer valores periféricos medidos, quer em termos de celeridade ou direção, um ou mais limiares podem ser aplicados para detectar retornos para remover quaisquer leituras potencialmente errôneas.
[0031] O limiar ou os limiares podem ser aplicados dinamicamente. Isto é, ao invés de usar um valor fixo de celeridade ou direção acima ou abaixo do qual quaisquer leituras serão ignoradas, o limiar ou os limiares podem mudar em tempo real. Um modo possível de fazer isto é analisar estatisticamente os resultados e descontar quaisquer resultados que se encontram mais de um número definido de desvios-padrão de um meio. Desse modo, uma figura mais confiável para a velocidade da embarcação deve ser determinada.
[0032] Desse modo, se a maioria dos retornos indicar uma certa direção geral, mas um ou dois estiver(em) claramente em uma direção diferente, o um ou dois que não se conformar(em) à maioria pode ser descontado.
[0033] Uma vez que a velocidade da embarcação tenha sido determinada como o estabelecido acima, há diversos usos possíveis para essa informação. Ela pode ser usada para checar duplamente as informações providas pelo sistema de informação. Nesse caso, ela pode ser simplesmente exibida ao operador, juntamente com a informação a partir do sistema de navegação. Também pode ser alimentada de volta para o sistema de navegação, novamente como uma dupla checagem.
[0034] Em um sistema mais adaptável, a informação da velocidade fornecida a partir do sistema de navegação pode ser modificada de acordo com a velocidade determinada, de acordo com uma modalidade da invenção, em uma tentativa de se obter uma leitura mais precisa.
[0035] Figura 3 mostra um esquema de um aparelho arranjado para realizar o método estabelecido acima. O aparelho 10 faz parte do sistema de processamento para o Radar 2.
[0036] O aparelho 10 compreende uma unidade de processamento de sinal 11. Esta é arranjada para receber uma entrada do circuito receptor de Radar. A unidade de processamento de sinal processa os sinais recebidos para identificar os objetos detectados pelo Radar.
[0037] Os resultados dessa unidade são passados a uma unidade de estimativa da velocidade 12. Essa unidade identifica apenas aqueles retornos alvo que são estacionários ou lentos, de acordo com um limiar definido. Alvos tendo uma celeridade acima do limiar definido são descartados deste processo.
[0038] Informações dos alvos lentos ou estacionários identificadas são, em seguida, passadas à unidade de processamento de velocidade 13. Ela executa a matemática vetorial descrita previamente para inferir a velocidade da embarcação. Essa unidade também executa qualquer desbaste dos dados que podem ser requeridos para remover amostras de dados periféricos que poderiam distorcer o resultado de um modo indesejado.
[0039] A saída da unidade de processamento de velocidade 13 é a informação sobre a velocidade, ou seja, curso e celeridade da embarcação, derivada de certos sinais de retorno de Radar medidos.
[0040] O sinal de saída pode ser usado para acionar uma unidade de exibição para que o operador tenha conhecimento da informação de velocidade inferida. Em alternativa, a velocidade calculada pode ser comparada com a informação de velocidade fornecida pelo sistema de navegação e pode ser utilizada para corrigir, ou, pelo menos, para sinalizar a um operador que existe uma discrepância. Isto pode ser sujeito a um limiar de modo que pequenas diferenças entre os dados de navegação e os dados calculados sejam ignorados.
[0041] Modalidades da invenção podem ser arranjadas para operar em diferentes modos, dependendo da posição relativa da embarcação. Por exemplo, se a embarcação estiver operando na zona litoral, é provável que haja mais ecos indesejados estacionários do que seria o caso em condições de mar aberto. Um pequeno número de retornos estacionários pode levar a que determinações errôneas da velocidade da embarcação sejam feitas, mas o reconhecimento de tais circunstâncias pode ser automatizado por métodos tais como o estabelecimento de um limiar para o número mínimo de objetos estacionários que devem contribuir para a estimativa da velocidade.
[0042] Modalidades da invenção são capazes de fazer uso de dados de ecos indesejados do Radar, que normalmente seria descartado ou de pouco interesse em uma operação normal de tal sistema, e usar os dados para informação da velocidade da embarcação. Esta informação pode ser vantajosamente usada para sinalizar possíveis questões com os dados de navegação providos à tripulação. Pode ser adicionalmente usada para corrigir ditos dados de navegação, se desejado.
[0043] Atenção é direcionada a todos os papéis e documentos que são arquivados simultaneamente com ou anteriores a esta especificação em relação a este pedido e que estão abertos à inspeção pública com esta especificação, e os conteúdos de tais papéis e documentos são aqui incorporados por referência.
[0044] Todas as características descritas nesta especificação (incluindo quaisquer reivindicações anexas, resumo e desenhos), e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo então descrito, pode ser combinado em qualquer combinação, exceto combinações em que pelo menos algumas de tais características e/ou etapas sejam mutuamente exclusivas.
[0045] Cada característica descrita nesta especificação (incluindo quaisquer reivindicações anexas, resumo e desenhos) pode ser substituída por características alternativas servindo ao mesmo, equivalente ou similar propósito, a menos que expressamente determinado o contrário. Assim, a menos que expressamente determinado o contrário, cada característica descrita é apenas um exemplo de uma série genérica de características equivalentes ou similares.
[0046] A invenção não se restringe a detalhes de modalidades anteriores. A invenção estende-se a qualquer uma nova, ou qualquer combinação nova, das características descritas nesta especificação (incluindo quaisquer reivindicações anexas, resumo e desenhos), ou a qualquer uma nova, ou qualquer combinação nova, das etapas de qualquer método ou processo assim descritos.
Claims (13)
1. Método para determinar uma velocidade de uma embarcação, em que a embarcação é um navio (1), localizado em uma zona litoral, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: detectar objetos na vizinhança da embarcação, usando um sistema de Radar (2) operável para identificar e rastrear os objetos; selecionar um objeto tendo uma velocidade relativa à embarcação que está abaixo de um limiar predefinido; e determinar a velocidade da embarcação para ser oposta à velocidade do objeto.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que se uma pluralidade de objetos for detectada, que tenha uma velocidade relativa à embarcação que está abaixo do limiar predefinido, selecionar a pluralidade de objetos e calcular (22) uma velocidade média para a pluralidade de objetos.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de cálculo inclui a etapa de definição de um vetor de velocidade individual para cada um da pluralidade de objetos e calcular um vetor de velocidade média, por meio da equação:
em que (xméd, yméd) é o vetor de velocidade média, n é o número da pluralidade de objetos, e (x1, y1) ... (xn, yn) são os vetores de velocidade individuais n.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos vetores de velocidade individuais é descontado antes de o vetor de velocidade média ser calculado.
5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um vetor de velocidade individual é descontado na base de uma análise estatística da pluralidade de objetos.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a velocidade determinada é comparada com a velocidade da embarcação e os dados do curso providos por outro meio, e qualquer discrepância é registrada.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a velocidade da embarcação e os dados do curso são corrigidos de acordo com a velocidade determinada.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que uma avaliação da precisão da medição da velocidade é feita, com base no número de objetos estacionários detectados.
9. Aparelho (10) arranjado para determinar uma velocidade de uma embarcação, em que a embarcação é um navio (1), localizado em uma zona litoral, caracterizado pelo fato de que compreende: uma unidade de processamento de sinal (11) arranjada para classificar os sinais de Radar recebidos de objetos de acordo com as suas velocidades relativas, em que ditos sinais de Radar são de um Radar operável para identificar e rastrear objetos; uma unidade de estimativa de velocidade (12) arranjada para identificar e selecionar dentre os objetos um cuja velocidade relativa está abaixo de um limiar predefinido; e uma unidade de processamento de velocidade (13) arranjada para determinar a velocidade da embarcação para ser oposta à velocidade do objeto cuja velocidade relativa está abaixo do limiar predefinido.
10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que se a unidade de estimativa de velocidade (12) identifica e seleciona uma pluralidade de objetos que tenha uma velocidade relativa à embarcação que está abaixo do limiar predefinido, a unidade de processamento de velocidade (13) está ainda arranjada para calcular uma velocidade média para a pluralidade de objetos.
11. Aparelho de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a unidade de processamento de velocidade (13) é arranjada para calcular a velocidade média para a pluralidade de objetos por: definir uma velocidade individual para cada um da pluralidade de objetos; definir um vetor para cada velocidade individual; e calcular um vetor de velocidade média por meio da equação:
em que (xméd, yméd) é o vetor de velocidade média, n é o número da pluralidade de objetos, e (x1, y1) ... (xn, yn) são os vetores de velocidade individuais n.
12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a unidade de processamento de velocidade (13) é adicionalmente arranjada para descontar um dos vetores de velocidade individuais antes de calcular um vetor de velocidade média.
13. Meio de armazenamento legível por computador não transiente e tangível, caracterizado pelo fato de que, quando executado, faz com que um dispositivo de computador execute o método como definido em uma das reivindicações 1 a 8.
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