ES2544952T3

ES2544952T3 - Sistema de sonar y método que proporciona baja probabilidad de impacto sobre mamíferos marinos

Info

Publication number: ES2544952T3
Application number: ES06825741.9T
Authority: ES
Inventors: Iii James H. Rooney; Jesse T. Gratke; Ryan J. Lewis; Michael F. Janik; Thomas B. Pederson; William C. Zurawski; James H. Miller
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2015-09-07
Anticipated expiration: 2026-10-11
Also published as: US7486591B2; KR101522632B1; EP1938126A1; EP1938126B1; CA2625683C; CA2625683A1; TW200741238A; AU2006306650B2; AU2006306650A1; JP2009512857A; JP5680825B2; TWI398662B; WO2007050289A1; KR20080049817A; US20080043574A1

Abstract

Un sistema de sonar (180) que comprende: un generador de forma de onda (182) adaptado para generar una forma de onda de baja probabilidad de impacto en mamíferos marinos, LPMMI, que tiene un componente de modulación, un componente de duración de tiempo, un componente de ancho de banda, y un componente de la frecuencia central; y un transmisor de sonar (186) acoplado al generador de forma de onda y adaptado para transmitir una señal de sonido en el agua de acuerdo con la forma de onda LPMMI, donde la forma de onda LPMMI comprende una forma de onda modulada por desplazamiento de baja probabilidad de intercepción, LPI, que tiene un espectro ensanchado, caracterizado por que la forma de onda LPMMI tiene un componente de frecuencia central en el rango de 2500 a 6000 Hertz, un componente de ancho de banda en el rango de 500 a 2500 Hertz, y un componente de duración de tiempo en el intervalo de 10 mseg a 1,5 segundos; donde el componente de modulación de la forma de onda LPMMI se selecciona para hacer que la señal de sonido LPMMI asociada tenga un espectro de frecuencia de ancho relativamente estacionario que de ese modo suena diferente de una orca para reducir una respuesta de comportamiento a partir de un mamífero marino en comparación con la que se produciría cuando se transmite otra señal de sonido de acuerdo con otra forma de onda que tiene aproximadamente el mismo componente de duración de tiempo, aproximadamente el mismo componente de ancho de banda, y aproximadamente el mismo componente de frecuencia central de la forma de onda LPMMI pero que tiene un componente de modulación que comprende una modulación de frecuencia.

Description

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blanco se puede identificar por un retardo de tiempo del pico, y también una velocidad relativa puede ser identificada como resultado de la determinación de una frecuencia asociada con la réplica que produjo la mejor salida de correlador. Sin embargo, se entenderá que el uso de los canales de procesamiento en paralelo requiere un aumento sustancial en la carga de procesamiento del receptor.

5 Por último, otra técnica utilizada que se puede utilizar para minimizar la degradación del rendimiento (asociada con el procesamiento de filtro adaptado) es utilizar un conjunto de múltiples tipos de forma de onda en una secuencia de transmisión. Cada tipo de forma de onda se construye para optimizar su capacidad de proporcionar una pieza distinta de la información. Por ejemplo, una secuencia de transmisión podría utilizar cuatro transmisiones de FM seguidas de una sola frecuencia de transmisión de forma de onda tonal. Las formas de onda de banda ancha (FM) se construyen con un producto de ancho de banda de tiempo grande como para dar lugar a una compresión óptima de la forma de onda y por lo tanto optimizar la salida del correlador y el proceso de detección en la dimensión de tiempo/rango. La frecuencia tonal única puede tener características que optimizan el proceso de detección en la dimensión Doppler, reduciendo al mínimo el contenido de frecuencia y optimizando así la capacidad de determinar el

15 desplazamiento Doppler (es decir, la velocidad radial relativa) de la diana. Un mecanismo de retroalimentación permite que la información obtenida de las transmisiones Doppler proporcionar información de vuelta al procesamiento de anulación Doppler para optimizar la salida de correlación (es decir, el procesamiento de detección) mediante el ajuste de la forma de onda de réplica en consecuencia. En este caso, se entenderá que el uso de las múltiples formas de onda requiere un aumento en el procesamiento de receptor, un aumento en el diseño de transmisión del sistema, y que para cada ciclo de transmisión/recepción Doppler un ciclo de transmisión/recepción de rango/marcación de información se sacrifica.

Dos formas de onda comunes empleadas por los sistemas activos para las evaluaciones de rango/marcación son formas de onda de FM lineales y formas de onda de FM hiperbólicas. Cada señal tiene sus ventajas e

25 inconvenientes, que son conocidos por los expertos normales en la técnica.

La publicación Ning Xiang; Chu, D., "Fast m-sequence transform for quasi-backscatter sonar in fisheries and zooplankton survey applications," Signal Processing, 2004. Proceedings. ICSP’04. 2004 7th International Conference, vol.3, no., pp.2433, 2436 vol. 3, 31 agosto a 4 septiembre de 2004 se refiere a la aplicación de Secuencias de máxima longitud binarias (MLS) como señales de modulación para sistemas de sonar con el fin de estudiar la dinámica de los ecosistemas marinos de forma no invasiva.

Sumario de la invención

35 De acuerdo con la presente invención, un sistema de sonar incluye un generador de forma de onda de baja probabilidad de impacto en mamíferos marinos adaptado para generar una forma de onda de baja probabilidad de impacto en mamíferos marinos (LPMMI) que tiene un componente de modulación, un componente de duración de tiempo, un componente de ancho de banda, y un componente de frecuencia central. El sistema de sonar también incluye un transmisor sonar acoplado al generador de forma de onda y adaptado para transmitir una señal de sonido en el agua de acuerdo con la forma de onda de baja probabilidad de impacto en mamíferos marinos. El componente de modulación de la forma de onda LPMMI se selecciona para reducir una respuesta de comportamiento de un mamífero marino de la que se produciría cuando se transmite otra señal de sonido de acuerdo con otra forma de onda que tiene aproximadamente el mismo componente de duración de tiempo, aproximadamente el mismo componente de ancho de banda, y aproximadamente el mismo componente de frecuencia central que la forma de

45 onda LPMMI pero que tiene un componente de modulación que comprende una modulación de frecuencia. En algunas realizaciones del sistema de sonar, la forma de onda LPMMI comprende una forma de onda de baja probabilidad de interceptación (LPI) que tiene un espectro ensanchado.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, un método de detección de dianas utilizado en un sistema de sonar incluye generar una forma de onda de baja probabilidad de impacto en mamíferos marinos (LPMMI) que tiene un componente de modulación, un componente de duración de tiempo, un componente de ancho de banda, y un componente de frecuencia central. El método también incluye la transmisión de una señal de sonido en el agua de acuerdo con la forma de onda de baja probabilidad de impacto de mamíferos marinos. El componente de modulación de la forma de onda LPMMI se selecciona para reducir una respuesta de comportamiento de un

55 mamífero marino de la que se produciría cuando se transmite otra señal de sonido de acuerdo con otra forma de onda que tiene aproximadamente el mismo componente de duración de tiempo, aproximadamente el mismo componente de ancho de banda, y aproximadamente el mismo componente de frecuencia central que la forma de onda LPMMI pero que tiene un componente de modulación que comprende una modulación de frecuencia. En algunas realizaciones del método, la forma de onda LPMMI comprende una baja probabilidad de interceptación (LPI) que tiene una forma de onda de espectro ensanchado.

Breve descripción de los dibujos

Las características anteriores de la invención, así como la propia invención se pueden entender más completamente 65 a partir de la siguiente descripción detallada de los dibujos, en los cuales:

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La figura 1 es un gráfico que muestra un ejemplo de una forma de onda de tiempo de una señal de sonido generada por una orca; La figura 1A es un gráfico que muestra un espectro de potencia calculado a lo largo de la duración de la señal de sonido de la figura 1 generada por una orca;

5 La figura 1B es un gráfico que muestra un espectrograma calculado a lo largo de la duración de la señal de sonido de la figura 1 generada por una orca; La figura 2 es un gráfico que muestra una forma de onda ejemplar de la frecuencia modulada hiperbólica (HFM) representada gráficamente como una función del tiempo, que no es sino un ejemplo de una forma de onda que puede ser generada por un sistema de sonar convencional; La figura 2A es una gráfica que muestra un espectro de potencia calculado a lo largo de toda la duración de la forma de onda de la frecuencia modulada hiperbólica (HFM) de la figura 2. La figura 2B es un gráfico que muestra un espectrograma calculado a lo largo de toda la duración de la forma de onda de la frecuencia modulada hiperbólica (HFM) de la figura 2. La figura 3 es un gráfico que muestra una parte de un código de estado binario pseudoaleatorio;

15 La figura 3A es un gráfico que muestra una forma de onda de tiempo que tiene una modulación por desplazamiento de fase (PSK) de una única frecuencia de acuerdo con el código pseudoaleatorio de la figura 3; La figura 3B es un gráfico que muestra un espectro de potencia calculado a lo largo de la duración de la forma de onda de tiempo modulada PSK de la figura 3A; La figura 3C es un gráfico que muestra un espectrograma calculado a lo largo de la duración de la forma de onda modulada de tiempo PSK de la figura 3A; La figura 4 es un gráfico que muestra una parte de un código de estado binario pseudoaleatorio generado por un algoritmo genético; La figura 4A es un gráfico que muestra una forma de onda de tiempo de frecuencia única que tiene una modulación por desplazamiento de fase (PSK) de acuerdo con el código de algoritmo genético de la figura 4,

25 formando una señal codificada de fase de algoritmo genético; La figura 4B es un gráfico que muestra un espectro de potencia calculado a lo largo de la duración de la forma de onda de tiempo modulada PSK de la figura. 4A; La figura 4C es un gráfico que muestra un espectrograma calculado a lo largo de la duración de la forma de onda de tiempo modulada PSK de la figura 4A; La figura 5 es un diagrama de bloques de un sistema de sonar que tiene un generador de forma de onda de baja probabilidad de impacto marino (LPMMI); y La figura 6 es un diagrama de flujo de un método de uso de una forma de onda LPMMI en un sistema de sonar.

Descripción detallada de la invención

35 Tal como se utiliza aquí, el término "señal de sonido" se utiliza para describir una señal de presión que puede propagarse en el agua. Tal como se utiliza aquí, el término "forma de onda" se utiliza para describir una señal que puede existir en una variedad de medios. Por ejemplo, una forma de onda puede ser una señal de voltaje en un circuito electrónico. Para otro ejemplo, una forma de onda puede ser una señal de sonido. La forma de onda y la señal de sonido pueden tener cada una características de la señal, que incluyen, pero no se limitan a, una duración de tiempo (por ejemplo, tiempo de duración de un pulso), un ancho de banda, una frecuencia central, una magnitud

o intensidad, una modulación, y una velocidad de barrido de frecuencia. Será evidente que una forma de onda electrónica en un circuito electrónico que tiene particulares características de la señal se puede utilizar para generar una señal de sonido asociada que tiene las mismas o similares características de la señal. Por lo tanto, cuando se

45 habla de formas de onda en el presente documento, se apreciará que las mismas o similares características se aplican a una señal electrónica representada por la forma de onda y a la señal de sonido representada por la forma de onda.

La presente invención se refiere a formas de onda utilizadas en un sistema de sonar activo que proporcionan detección, localización, seguimiento y/o capacidades de clasificación de la diana similares a las del sistema de sonar convencional anteriormente descrito utilizando formas de onda de FM (tanto lineales como hiperbólicas) y las señales de sonido asociadas, mientras que, al mismo tiempo tiene características de la señal para evitar o reducir el daño a los mamíferos marinos. Estas formas de onda y señales de sonido asociadas se denominan aquí como formas de onda de "baja probabilidad de impacto en los mamíferos marinos" (LPMMI) y señales de sonido

55 asociadas.

Tal como se utiliza aquí, el término forma de onda de "baja probabilidad de intercepción" (LPI) y la señal de sonido asociada se utiliza para describir una familia de formas de onda y señales de sonido asociadas que generalmente son difíciles de detectar por un observador externo que no tenga conocimiento de las características específicas de la señales LPI. Una llamada señal de espectro ensanchado es un tipo de señal LPI. La señal de espectro ensanchado tiene características similares al ruido a lo largo de un ancho de banda relativamente amplio. Como se pondrá de manifiesto a partir de la discusión a continuación, cuando una señal de sonido LPI tiene ciertas características, también puede ser una señal de sonido LPMMI.

65 Mientras que algunos tipos particulares de formas de onda de baja probabilidad de interceptación (LPI) se describen a continuación que proporcionan una baja probabilidad de impacto en mamíferos marinos, otros tipos de formas de

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Las características 102 incluyen una característica dominante 102a, que corresponde al lóbulo principal 92a de la curva del espectro de potencia 92 de la figura 3B, así como características de menor importancia, de las cuales la característica menor 102b es sólo un ejemplo. La característica menor 102b corresponde con el lóbulo lateral 92b de la figura 3B.

5 La característica dominante 102a tiene un período de frecuencia de aproximadamente 1 kHz de acuerdo con el lóbulo principal 92a de la figura 3B, similar a la de las curvas 32a, 32b, 32c de la figura 2B, que fueron generadas por una orca, y similar a la curva 62 de la figura 2B, que es representativa del sonido generado por un sistema de sonar HFM convencional. El ruido de fondo se añadió a la forma de onda de tiempo 82 (una parte de la que se representa en la figura 3A) para asegurar que las características de fondo similares están presentes cuando se comparan las formas de onda de la orca con las formas de onda hechas por el hombre. El espectrograma 100 se calcula a partir de la suma resultante del ruido de fondo además de la forma de onda PSK 82 (figura 3A). El ruido de fondo que se ha añadido a la forma de onda PSK hecha por el hombre se obtuvo tomando muestras de sonidos del océano en las grabaciones de la orca, cuando las transmisiones de la orca no estaban presentes.

15 A diferencia ya sea la señal de sonido natural 12 (figura 1) producida por la orca o la señal de chirrido FM hecha por el hombre 42 (figura 2) descrita anteriormente, el espectrograma 100 de la señal de sonido PSK pseudoaleatoria 82 más el ruido no tiene un componente tonal de banda estrecha que contiene toda la energía de forma de onda en un momento dado que barre en frecuencia como una función del tiempo. En su lugar la señal de sonido PSK 82 tiene un espectro de frecuencia ancha relativamente estacionario. En el caso de la señal de sonido 82, se puede observar que la energía de forma de onda se propaga a través del espectro para toda la duración de la transmisión de manera que la energía en cualquier frecuencia en un momento dado es mucho menor que la energía de forma de onda en cualquier frecuencia en un momento dado que está asociada con las formas de onda barridas de banda estrecha, (por ejemplo, 42, la figura 2).

25 El espectrograma 100 para la forma de onda codificada de fase de secuencia M es significativamente diferente del espectrograma 30 (figura 1B) de la señal de sonido natural de la orca y del espectrograma 60 (figura 2B) de la señal de sonido de HFM a pesar de todas las formas de onda de tiempo asociadas y las señales de sonido asociadas tienen anchos de banda, frecuencias centrales y duraciones de tiempo similares.

Para un observador humano, una señal de sonido de espectro ensanchado generada de acuerdo con el espectrograma 100 de la figura 3A suena sustancialmente diferente de un sonido generado por una orca, que está representado por el espectrograma 30 de la figura 1B, o sonido generado por un sistema de sonar HFM, que está representado por el espectrograma 60 de la figura 2B. En términos generales, para el observador humano, la señal

35 de sonido de espectro ensanchado suena como un breve silbido, mientras que las otras señales de sonido como un chirrido de aves. Los mamíferos marinos, por lo tanto, no perciben que la señal de sonido de espectro ensanchado sea generada por una orca.

Una forma de onda de espectro ensanchado igual o similar a la fase de forma de onda codificada de secuencia M 82 de la figura 3A se puede utilizar para generar una señal de sonido en un sistema de sonar activo. La señal de sonido resultante puede tener características iguales o similares a la señal de sonido HFM convencional anteriormente descrita 42 de la figura 2, por ejemplo, la misma duración de tiempo (aproximadamente un segundo), frecuencia central (aproximadamente 3500 Hz), ancho de banda (aproximadamente 1 kHz), y nivel de fuente (aproximadamente 220 dB re 1 μPa a 1 metro).

45 Una variedad de factores son indicativos de un rendimiento teórico de cualquier sistema de sonar. Los factores asociados con el procesamiento de señales que ayudan a determinar el rendimiento de la porción de procesamiento de detección del sistema de sonar incluyen, pero no se limitan a, un producto tiempo-anchura de banda de una señal de sonido transmitida, un pico a nivel del lóbulo lateral de una réplica de correlación de la señal de sonido, una frecuencia central, un ancho de banda, y un tiempo de duración de la señal de sonido.

El rendimiento real de un sistema de sonar en condiciones de océano reales está influenciado además por una variedad de factores adicionales asociados con el hardware del sistema, otras etapas del procesamiento de la señal, así como los factores ambientales. Algunos factores ambientales adicionales incluyen, pero no se limitan a, una

55 degradación en el rendimiento en la presencia de reverberación, la presencia de ecos recibidos de múltiples rutas, y la presencia de una velocidad relativa entre el sistema de sonar y una diana. El efecto de una velocidad relativa se discute anteriormente en relación con la figura 2. Los factores ambientales adicionales pueden incluir también un efecto de absorción de sonido en el agua como una función de la frecuencia. Un ejemplo de un factor de hardware adicional puede incluir una exactitud con la que un amplificador y transductor de sonido (dentro de una porción de transmisión) es capaz de transmitir una señal de sonido, que representa con precisión una forma de onda deseada. Por ejemplo, se sabe que un transductor de sonido tiene características mecánicas, que imparten un filtro de ancho de banda en una generada. Por lo tanto, una señal de sonido transmitido tendrá la distorsión resultante de las características mecánicas.

65 Un sistema de sonar que utiliza señales de sonido de espectro ensanchado PSK puede tener teóricamente sustancialmente las mismas capacidades de detección, localización, seguimiento y clasificación que el mismo

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útil de anchos de banda de forma de onda es de aproximadamente 500 a 2500 Hz. Un rango útil de duraciones de tiempo es de 10 ms a 1,5 seg.

Como se discutió anteriormente, las secuencias de código de fase que tienen características de la señal que no 5 sean un estado binario también se pueden utilizar en la generación de formas de onda de espectro ensanchado. El algoritmo genético puede proporcionar códigos de fase de estado no binarios óptimos.

Una salida resultante (no mostrada) generada mediante la realización de una autocorrelación de la forma de onda 122 tiene una anchura de correlación teórica (gobernada por los puntos de potencia media sobre el pico) de 0,763 ms, que se traduce en una resolución de alcance de 0,573 metros utilizando una velocidad del sonido de 1500 m/seg. Como se ha descrito anteriormente en relación con las figuras 2 y 3, la forma de onda 122 puede ser generados de acuerdo con un parámetro de rendimiento fijo asociado con el nivel de interferencia máximo temporal de lóbulo lateral en la forma de onda correlacionada de 28 dB, de modo que los parámetros de rendimiento de esta forma de onda se pueden comparar con los parámetros de rendimiento de la forma de onda de HFM ejemplar 42 de

15 la figura 2 y a la forma de onda de espectro ensanchado 82 de la figura 3A, que se genera utilizando el código de fase de secuencia M 72de la figura 3. La forma de onda 122 ofrece una resolución de alcance teórico de 0,763 metros en comparación con los anteriormente descritos 0,928 metros para la forma de onda de HFM ventana convencional 42 de la figura 2 para el mismo nivel de interferencia temporal relativa de los lóbulos laterales.

Con referencia ahora a la figura 4B, un gráfico 130 incluye un eje horizontal en unidades de frecuencia en Hz y una escala vertical en unidades de decibelios. Una curva 132 es un espectro de potencia de una señal de sonido que puede ser generada por un sistema de sonar de acuerdo con la forma de onda de tiempo de PSK 122 de la figura 4A. La curva de espectro de potencia 132 ha sido normalizada a 0 dB, de modo que todos los niveles se representan con relación a un nivel máximo de potencia de 0 dB.

25 Esta curva 132 es representativa de la forma de onda de tiempo de PSK 122 descrita anteriormente de la figura 4A que tiene desplazamientos de fase de acuerdo con un código de fase 112 de la figura 4 derivada por el algoritmo genético que tiene una frecuencia portadora de aproximadamente 3500 Hz, una duración de tiempo de aproximadamente un segundo, y un ancho de banda de aproximadamente mil Hz.

La curva 132 tiene un lóbulo principal 132a, y una pluralidad de lóbulos laterales, de los cuales el lóbulo lateral 132b es sólo un ejemplo. Un experto en la técnica entenderá que la estructura con lóbulos de la curva 132 es un resultado de las formas de onda codificadas genéticamente 122 de la figura 4A. Se entenderá que una anchura 134 del lóbulo principal 132a está asociada con una tasa de bits del código genético 112 de la figura 4. Por lo tanto, el lóbulo

35 principal 132a puede tener una anchura 134 seleccionada de acuerdo con un producto de tiempo de ancho de banda deseado. Un experto en la técnica entenderá que un producto ancho de banda-tiempo está relacionado con una capacidad de detección de una señal en ruido. Aquí, el producto ancho de banda-tiempo es de aproximadamente 1.000 para una duración de un pulso de un segundo.

La forma de onda de tiempo de PSK 122 de la figura 4A se conoce como una forma de onda de espectro ensanchado basada en el hecho de que el espectro de banda ancha resultante 132 se consigue mediante la difusión de un componente espectral de banda estrecha (que es una sola frecuencia tonal que tiene dos fases en la frecuencia portadora deseada) a lo largo del espectro 130 a través de medios de modulación de fase.

45 Con referencia ahora a la figura 4C, un gráfico 140 incluye una escala horizontal en unidades de frecuencia y una escala vertical en unidades de tiempo en segundos. El gráfico 140 es un espectrograma representativo de la señal acústica que puede ser generada por un sistema de sonar, de acuerdo con la forma de onda PSK 122 de la figura 4A. Las características del espectrograma 142 del espectrograma 140 se extienden por un período de tiempo de aproximadamente un segundo y corresponde a la forma de onda de tiempo 122 de la figura 4A y para el espectro de potencia 132 de la figura 4B.

Las características 142 incluyen una característica dominante 142a, que corresponde al lóbulo principal 132a de la curva de espectro de potencia 132 de la figura 4B, así como características de menor importancia, de las cuales característica menor 142b es sólo un ejemplo. La característica menor 142b corresponde al lóbulo lateral 132b de la

55 figura 4B.

La característica dominante 142a tiene un período de frecuencia de aproximadamente 1 kHz de acuerdo con el lóbulo principal 132a de la figura 4B, similar a la de las curvas 32a, 32b, 32c de la figura 2B, que fueron generadas por una orca, y similar a la curva 62 de la figura 2B, que es representativa del sonido generado por un sistema de sonar HFM convencional. El ruido de fondo se añadió a la forma de onda de tiempo 122 de la figura 4A (una parte del cual se muestra en la figura 4A) para asegurar que las características de fondo similares están presentes cuando se comparan las formas de onda de la orca con las formas de onda hechas por el hombre. El espectrograma 140 se calcula a partir de una suma de la forma de onda de ruido de fondo más PSK resultante. El ruido de fondo que se ha añadido a la forma de onda PSK hecha por el hombre se obtuvo tomando muestras de sonidos del océano en las

65 grabaciones de la orca, cuando las transmisiones de la orca no estaban presentes.

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A diferencia ya sea la señal de sonido natural producida por la orca o a las señales de chirrido FM hechas por el hombre descritas anteriormente, el espectrograma 140 de la señal de sonido PSK 122 más el ruido no tiene un componente tonal de banda estrecha que contiene toda la energía de forma de onda en un momento dado que barre en frecuencia como una función del tiempo. En su lugar la señal de sonido PSK 122 tiene un espectro de frecuencia

5 ancha relativamente estacionario como una función del tiempo. En el caso de la señal de sonido 122, la energía de forma de onda se propaga a través del espectro para toda la duración de la transmisión de manera que la energía en cualquier frecuencia en un momento dado es mucho menor que la energía en cualquier forma de onda de una frecuencia dada en cualquier tiempo que está asociado con las formas de onda barridas de banda estrecha.

El espectrograma 140 para la forma de onda codificada de fase de algoritmo genético 122 es significativamente diferente que el espectrograma 30 (figura 1B) de la señal de sonido natural de la orca y del espectrograma 60 (figura 2B) de la señal de sonido de HFM a pesar de todas las formas de onda tienen anchos de banda y duración similares.

15 Al igual que la señal de pseudoaleatoria descrita anteriormente en relación con las figuras 3-3C, para un observador humano, una señal de sonido generada de conformidad con el espectrograma 142 de la figura 4C suena sustancialmente diferente de un sonido generado por una orca, que está representado por el espectrograma 30 de la figura 1B, o un sonido generado por un sonar HFM, que está representado por el espectrograma 60 de la figura 2B. En términos generales, para el observador humano, la señal de sonido suena como un breve silbido, mientras que las señales asociadas a la orca y el sonido tradicional de forma de onda de HFM como un chirrido de aves. Los mamíferos marinos, por lo tanto, no percibirán que la señal sonora codificada genéticamente de espectro ensanchado sea generada por una orca.

Una forma de onda de espectro ensanchado igual o similar a la fase algoritmo genético codificado de forma de onda

25 122 se puede utilizar para generar una señal de sonido en un sistema de sonar activo. La señal de sonido resultante puede tener características iguales o similares a la señal de sonido HFM convencional descrita anteriormente, por ejemplo, la misma duración de tiempo (aproximadamente un segundo), la frecuencia central (aproximadamente 3500 Hz), el ancho de banda (aproximadamente 1 kHz), y nivel de fuente (aproximadamente 220 dB re 1 μPa a 1 metro).

Como se ha descrito anteriormente en relación con la figura 3C, una variedad de factores son indicativos de un rendimiento teórico de cualquier sistema de sonar. Los factores se asocian con el procesamiento de señales que ayudan a determinar el rendimiento de la porción de procesamiento de detección del sistema de sonar incluyen, pero no se limitan a, un producto tiempo-anchura de banda de una señal de sonido transmitida, pico a nivel de los lóbulos laterales de la autocorrelación de la señal de sonido, frecuencia central, ancho de banda, y tiempo de duración de la

35 señal de sonido.

Un sistema de sonar activo que emplea una forma de onda de espectro ensanchado (construido por el uso de un código de fase generada por un algoritmo genético) que tiene un producto ancho de banda-tiempo idéntico a una forma de onda HFM tradicionalmente podría teóricamente lograr la detección, la localización, el seguimiento, y la capacidad de clasificación similares como el mismo sistema que emplea la forma de onda de HFM tradicional. Sin embargo, la señal de sonido de espectro ensanchado PSK codificada genéticamente no debe causar los mamíferos marinos se varen. Por lo tanto, la señal de sonido de espectro ensanchado PSK codificada genéticamente es una señal de sonido LPMMI.

45 Con referencia ahora a la figura 5, un sistema de sonar 180 incluye un generador de forma de onda de baja probabilidad de impacto en mamíferos marinos (LPMMI) 182 adaptado para generar una forma de onda 184a LPMMI y una réplica 184b de la forma de onda LPMMI 184a. La forma de onda LPMMI 184a puede ser una forma de onda de baja probabilidad de intercepción que tiene un espectro ensanchado. La forma de onda LPMMI 184a puede ser, pero no se limita a:

□: una señal codificada de fase pseudoaleatoria de secuencia M

□: una señal codificada de fase de algoritmo genético de estado binario.

□: una forma de onda de espectro ensanchado generada por medio de la modulación con un código de fase que tiene más de dos estados. Este código de fase se genera mediante un algoritmo genético.

55 □ una forma de onda de espectro ensanchado generada por medio de modulación con un código de fase utilizando códigos Barker.

□: una forma de onda de espectro ensanchado generada por medio de modulación con un código de fase usando códigos Gold.

□: una forma de onda de espectro ensanchado generado por medio de modulación con un código de fase utilizando códigos Welti.

En una realización particular, la forma de onda LPMMI 184a puede tener una frecuencia (central) portadora de aproximadamente 3.500 Hz, un ancho de banda de alrededor de 1.000 Hertz, y una duración de tiempo de aproximadamente un segundo para emular algunas características de la señal de sonido convencional HFM 42 de la 65 figura 2 utilizada en algunas formas de sistemas de sonar convencionales. Sin embargo, la forma de onda LPMMI 84a puede tener una frecuencia (central) portadora en el rango de 2500 a 6000 Hertz, un ancho de banda en el

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rango de 500 a 2500 Hz, y una duración de tiempo en el intervalo de 10 mseg a 1,5 seg.

El sistema de sonar 180 también incluye un transmisor de sonar 186 adaptado para recibir la forma de onda LPMMI 184a y para transmitir una señal de sonido 194 en el agua de acuerdo con la forma de onda LPMMI 184a. El

5 transmisor del sonar 186 puede incluir un amplificador de potencia 188 acoplado para recibir la forma de onda LPMMI 184a. El amplificador de potencia 188 está acoplado a uno o más elementos de transmisión 192, que están adaptados para generar la señal de sonido 194. En algunas realizaciones, los elementos de transmisión 192 están dispuestos en un arreglo sonar de transmisión (no mostrado), y la señal de sonido 194 es una señal de sonido en forma de haz. En algunas disposiciones, hay un amplificador de potencia separado asociado con cada uno de, o con grupos de los elementos de transmisión 192.

El sistema de sonar 180 también incluye un receptor de sonar 200 adaptado para recibir una señal de sonido 198 asociada con la señal de sonido transmitida 194 y para generar una señal acondicionada 208 de acuerdo con la señal de sonido recibida 198. La señal de sonido recibida 198 puede ser generada por un eco de la señal de sonido

15 transmitida 194 desde una diana 196.

El receptor de sonar 200 puede incluir uno o más elementos de recepción 202 adaptados para recibir la señal de sonido 198. En algunas realizaciones, los elementos receptores 202 están dispuestos en una disposición de sonar de recepción (no mostrado), que puede ser la misma que la disposición de sonar de transmisión o diferente de la disposición de sonar de transmisión. Los elementos de recepción 202 puede ser acoplados a un módulo de acondicionamiento de señales 206 adaptado para proporcionar una variedad de funciones, que pueden incluir, pero que no se limitan a, la amplificación, la ganancia variable en el tiempo, la demodulación de la portadora, el filtrado de paso de banda, y la formación de haz, y adaptados para generar una señal acondicionada 208 en conexión con ellas.

25 El sistema de sónar 180 también puede incluir un procesador de sonar 210 adaptado para procesar la señal acondicionada 208. El procesador de sonar 210 puede incluir un procesador de correlación 212, acoplado para recibir la forma de onda acondicionada 208. El procesador de correlación 212 está adaptado para proporcionar una señal de correlación 214, que puede ser acoplada a un procesador de detección 216. El procesador de sonar 210 también puede incluir un procesador de localización 220 acoplado al procesador de detección 216 y al procesador de correlación 212. El procesador de sonar 210 también puede incluir un procesador de clasificación 224 acoplado al procesador de detección 220 y al procesador de correlación 212. En algunas realizaciones, uno o más de los procesadores 216, 220, 224 puede ser omitido.

35 El procesador de correlación 212 está adaptado para correlacionar la forma de onda recibida 208 con una o más versiones 184b de la forma de onda LPMMI 184a. En algunas realizaciones, la una o más versiones 184b de la forma de onda LPMMI 184a puede representar una pluralidad de desplazamientos Doppler esperados de la señal de sonido recibida 198, de acuerdo con un movimiento relativo entre el sistema de sonar 180 y la diana 196. En consecuencia, el procesador de correlación 212 proporciona una forma de onda correlacionada 214.

El procesador de detección 216 está adaptado para detectar la diana 196 a partir de la forma de onda correlacionada 214 usando las estimaciones de energía de la señal frente a la energía del ruido derivado de la forma de onda correlacionada 214 como una función del tiempo y utilizando umbrales en base a modelos de ruido preestablecidos y un criterio de tasa de falsa alarma constante (CFAR). Una señal de detección 218 se proporciona,

45 lo cual es indicativo de una detección de la diana 196. El procesador de localización 220 está adaptado para recibir la señal de detección 218 y también la forma de onda correlacionada 214 y para proporcionar una señal de localización 224 en consecuencia, que es indicativa de una localización de la diana detectada 196 en el rango, y/o en profundidad, y/o en el ángulo de azimut y/o el ángulo de depresión. El procesador de clasificación 224 está adaptado para recibir la señal de detección 218 y también la forma de onda correlacionada 214 y para proporcionar una señal de salida 226 en consecuencia, lo que es indicativo de un tipo de diana 196.

Se debe apreciar que la figura 6 muestra un diagrama de flujo correspondiente a la técnica contemplada más adelante que se implementó en el sistema de sonar 180 (figura 5). Elementos rectangulares (tipificados por elemento 232 en la figura 6), en el presente documento indicados como "bloques de procesamiento," representan

55 instrucciones de software informático o grupos de instrucciones.

Alternativamente, los bloques de procesamiento representan etapas realizadas por circuitos funcionalmente equivalentes tales como un circuito de procesador de señal digital o un circuito integrado de aplicación específica (ASIC). El diagrama de flujo no representa la sintaxis de cualquier lenguaje de programación en particular. Por el contrario, los diagramas de flujo ilustran la información funcional que alguien de experiencia ordinaria en la técnica requiere para fabricar circuitos o para generar software de ordenador para realizar el procesamiento necesario del aparato en particular. Debe tenerse en cuenta que muchos elementos de programas de rutina, como la inicialización de bucles y variables y el uso de variables temporales no se muestran. Se apreciará por los expertos en la técnica que a menos que se indique lo contrario en el presente documento, la secuencia particular de bloques descrita es 65 sólo ilustrativa y se puede variar sin apartarse del espíritu de la invención. Por lo tanto, a menos que se indique lo contrario los bloques descritos a continuación están desordenados significando que, cuando sea posible, las etapas

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Claims

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