ES2926465T3 - Detección de objetos en el mar por medio de emisores de sonar móviles - Google Patents
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Abstract
Al ampliar la función del sonar, los objetos sin firma activa pueden detectarse utilizando un sonar pasivo. Los emisores de sonar utilizados para este propósito se colocan en posición utilizando un soporte adecuado o manualmente y emiten sonido de sonar mientras se hunden o flotan lentamente en el líquido. El detector recibe en un sistema las señales recibidas directamente del emisor del sonar y las señales reflejadas por el objeto y determina a partir de ellas la posición del objeto a detectar. Se puede lograr una precisión mejorada utilizando una pluralidad de emisores de sonar en cualquier disposición deseada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Detección de objetos en el mar por medio de emisores de sonar móviles
La invención se refiere a un procedimiento para detectar objetos con o sin firma activa en un fluido con la ayuda de un sonar pasivo. Para ampliar las funciones del sonar, resulta útil localizar con la ayuda de un sonar pasivo objetos situados en el mar que no tengan una firma activa. Es generalmente sabido que hasta ahora se realiza con diversos procedimientos el despliegue de boyas de sonar, por ejemplo, con un proyectil (documento DE102007048073) y la detección de objetos como, por ejemplo, submarinos (documento GB2320556) mediante sistemas en combinación con boyas de sonar equipadas con hidrófonos, como por ejemplo del tipo DIFAR. También es conocido ya el despliegue de detonadores para analizar el entorno (documento US5164919).
Asimismo, se considera estado de la técnica la reunión de un emisor sónico y un hidrófono en una boya sonar (documento DE000003934747) como sistema cerrado y vinculado a una plataforma de evaluación. Todas estas posibilidades de localización tienen varias desventajas, entre ellos el hecho de que no se pueden superar las transiciones de diferentes capas de agua, las llamadas termoclinas. Por lo tanto, una detección exhaustiva sólo es posible de forma limitada. Además, los sistemas vinculados a una plataforma de evaluación conllevan la desventaja de que de la plataforma de evaluación siempre salen de por sí señales interferentes.
El documento US2010/246321A1 muestra un sistema transductor acústico balístico que comprende un procesador y uno o varios sensores acústicos. Los sensores se posicionan en unas aguas y están comunicados con el procesador. El sistema está configurado de tal manera que energía acústica generada por un proyectil no explosivo al incidir en el agua, entra y se hunde en el agua, siendo detectada por el o los sensores acústicos. El procesador está configurado de tal manera que procesa la energía acústica detectada por el o los sensores acústicos.
Andrzej Elminowicz y col.: "Bistatic systems", Archives of Acoustics, vol. 31, 4 2006, páginas 1 a 6, XP002738777 describe las principales características del funcionamiento biestático de un sistema hidroacústico, su modelo de rendimiento y las limitaciones impuestas por las condiciones ambientales y de propagación en aguas poco profundas.
Lu Jia y col.: "The research on the coverage of multistatic sonar under various work modes", 2013 Oceans - San Diego, MTS, 23 de septiembre de 2013, páginas 1 a 4, XP032567919 muestra el área de cobertura del sonar biestático considerando la pérdida de absorción.
El documento US4,060,790A describe un procedimiento para detectar la presencia de un submarino enemigo dentro de una determinada masa de agua sin revelar al submarino enemigo la posición de un buque de escucha fuera de la masa de agua.
El documento US2006/083110A1 muestra un sistema y un procedimiento para la medición de distancia biestática por medio de un sonar activo.
El objetivo de la invención consiste en proporcionar de manera sencilla un procedimiento genérico.
La invención consigue el objetivo porque se posicionan varios emisores de sonar que emiten sonido sonar y porque en un sistema detector se determina la posición del objeto a partir de las señales recibidas directamente y de las señales reflejadas por el objeto que ha de ser detectado. La determinación de la posición se realiza teniendo en cuenta la intensidad de la señal recibida y la atenuación y el recorrido de señal que pueden deducirse de ella. Se usan varios emisores de sonar (2) juntos, usándose diferentes frecuencias para distinguir los emisores de sonar.
En contexto con la invención, el término intensidad de señal también incluye magnitudes similares. En particular, en lugar de la intensidad de señal, también puede referirse a la fuerza de señal, la potencia de señal, la amplitud de señal, la sonoridad, el nivel de presión sonora, el nivel de intensidad sonora o simplemente el valor de salida relativo del receptor de señales, por ejemplo en voltios o amperios.
Otras realizaciones de la invención son los procedimientos según las reivindicaciones 2 a 5.
La posibilidad de desplegar el emisor de sonar hace posible de una manera sencilla la localización rápida de este tipo de objetos en el fluido, que no tengan una firma activa. Para la realización del procedimiento según la invención resultan adecuadas en particular una ojiva de cohete modificada o una munición de cañón especial. Alternativamente, el emisor de sonar puede ser desplegado manualmente. En otras formas de realización, el emisor de sonar o una pluralidad de emisores de sonar pueden ser desplegados por una aeronave, en particular un helicóptero o una aeronave no tripulada flotable.
Al ser desplegado un emisor de sonar de este tipo, comienza a emitir la señal de sonido. El detector recibe el sonido por vía directa, así como las reflexiones sonoras de objetos. El ángulo de recepción hacia el emisor de sonar es conocido a causa del sonido recibido directamente; la posición de un objeto reflectante puede calcularse sobre la base
de la reflexión recibida. Diferentes ángulos de emisión en posición relativa al barco hacen posible en este contexto una localización mejorada. Por lo tanto, resulta especialmente ventajoso calibrar previamente el peso del emisor de sonar para hacer que se hunda lentamente o flote libremente bajo la superficie. A efectos de la invención, se entiende por hundimiento lento una velocidad de hundimiento no superior a 10 m/s, preferiblemente no superior a 5 m/s. Además, a efectos de la invención, se entiende por hundimiento lento una velocidad de hundimiento de al menos 0,01 m/s, preferiblemente de al menos 0,1 m/s.
El efecto de flotación libre puede aparecer, por ejemplo, por cambios de densidad del agua en capas térmicas. En este caso, el emisor de sonar primero se hunde lentamente desde la superficie, hasta que el emisor de sonar alcanza una capa térmica. Debido al cambio de densidad en la capa térmica, el emisor de sonar no se sigue hundiendo, sino que permanece en la capa térmica y flota libremente.
Pero el efecto de flotación también puede lograrse mediante medidas conocidas de por sí para el control de flotabilidad del emisor de sonar. Este tipo de medidas son, por ejemplo, la instalación y el control de cuerpos de flotabilidad, de tal forma que la fuerza de flotación y de peso se equilibren a una determinada profundidad. También se habla de un control de flotabilidad neutro.
En otra forma de realización de la invención, antes del despliegue del emisor de sonar, se adapta la masa del emisor de sonar, de manera que el peso específico calibrable (densidad) del cuerpo total que lleva el emisor de sonar es mayor que el del agua en la superficie del agua. Dado que la densidad del emisor de sonar es mayor que la densidad del agua, se hunde. Ajustando la diferencia de densidad, se puede ajustar la tasa de hundimiento.
Para seguir aumentando aún más la precisión del sistema, varios emisores de sonar este tipo se posicionan en disposiciones discrecionales. Además, se emplean diferentes frecuencias para poder distinguir los emisores del sonar. La frecuencia / las frecuencias utilizadas por el transmisor pueden configurarse poco antes de su posicionamiento: Esto puede realizarse preferiblemente mediante una interfaz de programación inalámbrica o también por cable.
En otras formas de realización de la invención, el emisor de sonar presenta una interfaz de programación inalámbrica o una interfaz de programación por cable. Esta interfaz de programación se usa para la programación del emisor de sonar.
Puede estar previsto que también se puedan predefinir a través de la interfaz de programación otras propiedades del emisor de sonar y de la señal que ha de ser emitida. En particular, el momento y la duración de la emisión, la emisión al alcanzar una determinada profundidad o posición, la sincronización de la hora en el emisor de sonar con la hora en el receptor o con una hora global, o la intensidad de señal de emisión puede predefinirse y ajustarse mediante programación a través de la interfaz de programación.
Un ejemplo de realización de la invención está representado esquemáticamente en el dibujo. La figura muestra un vehículo acuático 1 que se encuentra en una primera posición. En el caso del ejemplo aquí descrito, un emisor de sonar 2 se despliega a una distancia de aproximadamente 3,3 kilómetros y comienza a emitir ondas sonoras con la intensidad de señal so. Estas ondas sonoras son registradas y evaluadas tanto por vía directa (líneas continuas) como en forma de reflexiones en un objeto 3 que ha ser localizado (líneas de puntos) por el receptor 1, situado a bordo del vehículo acuático, del sistema detector no representado en la figura. Se detectan las intensidades de señal si y S2 así como los ángulos correspondientes (¡>1 y <¡¡2. @ es la medida de atenuación de la reflexión. El recorrido total de la señal reflejada en el caso descrito aquí es de 6,7 kilómetros, lo que puede determinarse a partir de la atenuación experimentada por las señales. En este caso, se supone que se puede partir de una medida de atenuación constante t por longitud de recorrido para la propagación en el agua de mar. De esta manera, puede calcularse la distancia según la siguiente fórmula:
con:
x: Distancia al objeto 3
so: Intensidad de señal en el emisor de sonar 2
si: Intensidad de señal en el detector, directamente desde el emisor de sonar 2
S2: Intensidad de señal en el detector tras la reflexión en el objeto 3
t: Medida de amortiguación por longitud de recorrido
Q : Medida de atenuación de la reflexión
$i : Ángulo en el detector, directamente desde el emisor de sonar 2
$2. Ángulo en el detector tras la reflexión en el objeto 3
Junto con la dirección $2 del objeto 3 hacia el vehículo acuático 1, se puede determinar la posición.
De esta manera, la zona de estancia del objeto 3 puede ser determinada con cierta falta de nitidez. La dispersión restante se basa en la inexactitud de la intensidad de señal y la resolución angular del emisor de sonar pasivo, así
como en los valores empíricos promediados para la reflexión ^ y la medida de atenuación r. Se añade que el objeto 3 no es un punto, sino que tiene una extensión. La resolución espacial del sistema mejora de manera duradera mediante el uso de emisores de sonar 2 adicionales de este tipo o la utilización de varias señales recibidas. A este respecto, cabe mencionar aquí, en particular, los procedimientos matemáticos para problemas inversos, que han hecho posible, por ejemplo, la tomografía computerizada, con los que pueden ser tenidas en cuenta una medida de
amortiguación no constante i y una amortiguación de reflexión Q , dado el caso, desconocida. Por lo tanto, ampliando la función del sonar de esta manera, los objetos sin firma activa pueden ser detectados con un sonar pasivo. Los emisores de sonar empleados para ello, preferiblemente se posicionan manualmente con un soporte adecuado o por lanzamiento desde un helicóptero, y emiten el sonido de sonar mientras se hunden lentamente o flotan. La precisión del sistema puede aumentarse empleando múltiples emisores de sonar.
Para mejorar la precisión, en una variante, inmediatamente después del despliegue del emisor de sonar 2 puede ser detectada la intensidad de señal s i. Dado que en este momento es conocida la distancia del emisor de sonar 2 con respeto al receptor 1, se puede determinar con precisión la medida de atenuación por longitud de recorrido t, de manera que se tienen en cuenta condiciones locales, como la temperatura y la salinidad del agua. En una primera aproximación, este valor t se utiliza entonces a continuación.
Claims (5)
1. Procedimiento para detectar objetos con o sin firma activa en un fluido con la ayuda de un sonar pasivo, en el que se posicionan varios emisores de sonar (2) que emiten sonido de sonar, y en el que, en un sistema detector, la posición del objeto (3) en el receptor (1) es determinada a partir de las señales recibidas directamente y de las señales reflejadas por el objeto (3) que ha de ser localizado, y en el que la determinación de la posición se realiza teniendo en cuenta la intensidad de señal recibida y la atenuación y el recorrido de señal que pueden deducirse de esta, caracterizado porque se usan varios emisores de sonar (2) juntos, usándose diferentes frecuencias para distinguir los emisores de sonar.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un emisor de sonar de la pluralidad de emisores de sonar (2) se hunde lentamente o flota.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el peso específico, calibrable antes del despliegue, de un cuerpo total que lleva un emisor de sonar de la pluralidad de emisores de sonar (2), es mayor que el del agua en la superficie del agua.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para la programación de un emisor de sonar (2) de la pluralidad de emisores de sonar se usa una interfaz de programación inalámbrica.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para la programación de un emisor de sonar (2) de la pluralidad de emisores de sonar se usa una interfaz de programación por cable.
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