ES3040577T3 - Device and method for detecting and locating underwater objects - Google Patents
Device and method for detecting and locating underwater objectsInfo
- Publication number
- ES3040577T3 ES3040577T3 ES22773752T ES22773752T ES3040577T3 ES 3040577 T3 ES3040577 T3 ES 3040577T3 ES 22773752 T ES22773752 T ES 22773752T ES 22773752 T ES22773752 T ES 22773752T ES 3040577 T3 ES3040577 T3 ES 3040577T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- sonar
- vehicle
- underwater
- degrees
- underwater vehicle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/523—Details of pulse systems
- G01S7/526—Receivers
- G01S7/527—Extracting wanted echo signals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G7/00—Mine-sweeping; Vessels characterised thereby
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/06—Systems determining the position data of a target
- G01S15/08—Systems for measuring distance only
- G01S15/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
- G01S15/102—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics
- G01S15/107—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves using transmission of pulses having some particular characteristics using frequency agility of carrier wave
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/06—Systems determining the position data of a target
- G01S15/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/87—Combinations of sonar systems
- G01S15/872—Combination of several systems for attitude determination
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8902—Side-looking sonar
- G01S15/8904—Side-looking sonar using synthetic aperture techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/523—Details of pulse systems
- G01S7/526—Receivers
- G01S7/527—Extracting wanted echo signals
- G01S7/5273—Extracting wanted echo signals using digital techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/539—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G7/00—Mine-sweeping; Vessels characterised thereby
- B63G2007/005—Unmanned autonomously operating mine sweeping vessels
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/06—Systems determining the position data of a target
- G01S15/46—Indirect determination of position data
- G01S2015/465—Indirect determination of position data by Trilateration, i.e. two transducers determine separately the distance to a target, whereby with the knowledge of the baseline length, i.e. the distance between the transducers, the position data of the target is determined
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
La presente invención se refiere a un vehículo submarino provisto de un sonar para la detección de objetos bajo el agua. El sonar tiene una cobertura angular de elevación de entre 45 y 240 grados, y se orienta hacia la superficie cuando el vehículo submarino está en la fase de detección de un objeto bajo el agua. Además, posee una cobertura angular de rumbo inferior a 10 grados para obtener mediciones en un plano, donde todas las mediciones en un plano se obtienen en un solo ciclo de transmisión/recepción. El sonar permite detectar objetos sumergidos ubicados a una profundidad menor que la del vehículo submarino. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo y método de detección y localización de objetos sumergidos
La presente invención se refiere al campo de la detección y localización, mediante uno o más sonares, de objetos sumergidos o flotantes entre dos aguas tales como minas de orinque y minas a la deriva.
Una mina de orinque es una mina con flotabilidad positiva, sumergida o flotando entre dos aguas. Esta está conectada mediante un cable, llamado orinque, a un cuerpo muerto que reposa en el fondo, llamado sapo. Esta se activa automáticamente cuando un barco de superficie o un submarino entra en contacto con esta o pasa cerca. Estas son utilizadas a menudo de forma intensiva, representan una grave amenaza para las fuerzas marítimas y el tráfico marítimo comercial. Existe pues una necesidad real de detectarlas, localizarlas y destruirlas.
Aparte de los sonares (siglas de sound navigation and ranging en terminología anglosajona) de los cazadores de minas, la gran mayoría de los sonares existentes para detectar minas de orinque y a la deriva son sonares prospectivos conocidos como sonares de evitación (también llamados Mine and Obstacle Avoidance Sonar en terminología anglosajona o MOAS), instalados bajo el casco de los buques de superficie que son plataformas de alto valor (también llamadas High Value Unit en terminología anglosajona o HVU). La misión principal del sonar es la autoprotección del HVU y, para ello, debe detectar minas poco profundas a gran distancia frente al buque, con el fin de darle tiempo a ejecutar una maniobra de evitación, incluso cuando se lanza a toda velocidad, por ejemplo durante un tránsito.
La geometría de detección, muy horizontal debido a la baja inmersión del sonar y de las minas, es un desafío, especialmente en mares agitados. De hecho, esta geometría es muy desfavorable para la propagación del sonido, ya que la orientación casi horizontal de los rayos provoca pérdidas considerables por absorción, debidas en particular a las burbujas en mares agitados, que pueden provocar una extinción de la señal transmitida.
Estas limitaciones dan lugar a sonares complicados y costosos, lo que no es deseable para los sonares de drones para la búsqueda de minas. De hecho, estos drones están diseñados para pasar una cantidad sustancial de tiempo en campos minados para detectar y neutralizar minas y no solo evitarlas como un HVU. Las necesidades son portanto diferentes. Para un dron, la función de autoprotección, aunque esencial, sigue siendo secundaria con respecto a la misión principal de detectar minas en el fondo pero también en toda la columna de agua (los sonares que permiten realizar dichas detecciones se denominan generalmente Volume Search Sonar en la terminología anglosajona o VSS).
A modo de ilustración, la solicitud de patente US 2020/0333787 describe la implementación de un MOAS con escaneo electrónico en un dron de superficie. La solución es idéntica a la propuesta para las HVU, con los inconvenientes descritos anteriormente.
La patente US No. 5,506,812 describe un VSS de visión lateral, llamado TVSS (acrónimo de Toroidal Volume Search Sonar en terminología anglosajona). Se utiliza una antena cilíndrica transmisora y receptora montada en un pez remolcado, que sonoriza en un solo ping (es decir, un solo ciclo de transmisión/recepción) una zona toroidal de 3 grados de rumbo (llamada along-track en terminología anglosajona) y 360 grados de elevación (llamada across-track en terminología anglosajona), escaneando un gran volumen cilíndrico alrededor de la trayectoria del pez a medida que avanza. Esta geometría es eficaz para la detección debido a la exclusión de las reverberaciones de las interfaces de la superficie o del fondo de la mayoría de las puertas de alcance (o range gates en terminología anglosajona) en la columna de agua donde se buscan minas. Incluso se pueden detectar objetivos con un índice muy bajo. Sin embargo, el TVSS es complicado y por lo tanto costoso.
La solicitud internacional WO9603662A2 describe un vehículo submarino que comprende un sonar inferior para mapear el fondo marino y un sonar superior para mapear el hielo.
La solicitud de patente francesa FR 3010799 describe un sistema para detectar y localizar objetos submarinos sumergidos que flotan entre dos aguas, que comprende un sonar con escaneo mecánico para detectar objetos submarinos que han devuelto ecos de sonar después de la transmisión de un pulso acústico por el sonar.
La presente invención pretende superar los inconvenientes de la técnica anterior proporcionando un sistema que ofrece alta resolución en rumbo y permite la detección de minas cercanas a la superficie.
Divulgación de la invención
Para abordar al menos uno de los problemas mencionados anteriormente, se propone un vehículo submarino provisto de al menos un primer sonar y un segundo sonar para la detección de objetos submarinos, dicho al menos un primer sonar es un sonar cuya cobertura angular en elevación está comprendida entre 45 y 240 grados, está orientado hacia la superficie cuando el vehículo submarino está en fase de detección de un objeto submarino y cuya cobertura angular en rumbo es inferior a 10 grados para obtener mediciones en un plano, obteniéndose todas las mediciones de un plano en un ciclo de transmisión/recepción, permitiendo dicho al menos un primer sonar la detección de objetos submarinos situados a una profundidad inferior a la del vehículo submarino, caracterizándose dicho vehículo submarino porque el segundo sonar está configurado para detectar objetos submarinos situados a una profundidad superior a la del vehículo submarino, y porque el vehículo submarino comprende además medios de correlación para correlacionar datos de dicho al menos un primer sonar y dicho segundo sonar, identificándose y localizándose un objeto submarino en función de un resultado de correlación. El al menos un sonar es, por ejemplo, un sonar con escaneo cuyo escaneo se realiza mediante el movimiento del vehículo submarino.
Esta solución es más eficiente que las soluciones conocidas de la técnica anterior presentadas anteriormente y cuesta menos implementarla.
Según realizaciones particulares, el al menos un sonar está provisto de una antena de transmisión longitudinal orientada a lo largo del eje del vehículo submarino, permitiendo la transmisión de banda ancha.
Según realizaciones particulares, el al menos un sonar está provisto de una antena receptora transversal lineal o curva.
Según realizaciones particulares, la cobertura está orientada hacia delante en un plano vertical longitudinal del vehículo submarino, en un ángulo de entre 5 y 25 grados cuando el vehículo submarino está en fase de detección de un objeto submarino. El al menos un sonar puede en particular estar escaneando en un plano vertical longitudinal del vehículo submarino, siendo dicho escaneo en un plano vertical longitudinal del vehículo submarino controlado independientemente del avance del vehículo submarino.
Según realizaciones aún particulares, el al menos un sonar es un sonar multihaz.
Según realizaciones aún particulares, el al menos un sonar es un sonar lateral. Este puede incluir un sonar de antena sintética. Este puede ser de transmisión coloreada.
Según realizaciones aún particulares, el al menos un sonar consiste en una pluralidad de sonares.
Según realizaciones particulares, el segundo sonar puede ser en particular un sonar de antena sintética. Según realizaciones particulares, el vehículo es autónomo.
La invención se refiere también a un método de detección de un objeto submarino mediante un vehículo submarino provisto de al menos un primer sonar y un segundo sonar, comprendiendo el método la transmisión, por el al menos un primer sonar, de una señal acústica hacia la superficie según una cobertura angular en elevación de entre 45 y 240 grados y una cobertura angular en rumbo inferior a 10 grados, la adquisición de señales acústicas de retorno de la señal transmitida hacia la superficie, para obtener mediciones en un plano, obteniéndose todas las mediciones de un plano en un ciclo de transmisión/recepción, caracterizándose el método porque comprende además la transmisión, por el segundo sonar, de una señal acústica hacia el fondo, la adquisición de señales acústicas de retorno de la señal transmitida hacia el fondo y el procesamiento de las señales adquiridas para detectar y localizar un objeto submarino situado a una profundidad inferior a la del vehículo submarino, comprendiendo dicho procesamiento una correlación de datos obtenidos procesando las señales adquiridas de retorno de las señales transmitidas hacia la superficie y hacia el fondo. Este método permite la detección eficaz de objetos submarinos, especialmente de objetos submarinos situados cerca de la superficie.
Según realizaciones particulares, la señal acústica se emite hacia delante en un plano vertical longitudinal del vehículo submarino, en un ángulo de entre 5 y 25 grados.
Breve descripción de los dibujos
Otras características, detalles y ventajas de la invención aparecerán con la lectura de la descripción detallada a continuación. Esto es puramente ilustrativo y debe leerse junto con los dibujos adjuntos, en los que:
Figura 1
[Figura 1] ilustra un ejemplo de un vehículo submarino, visto de lado, provisto de varios sonares, según realizaciones de la invención;
Figura 2
[Figura 2] ilustra el vehículo submarino mostrado en la Figura 1, visto desde el frente;
Figura 3
[Figura 3] ilustra esquemáticamente un segundo ejemplo de configuración de un vehículo submarino, visto desde el frente, de acuerdo con realizaciones de la invención;
Figura 4
[Figura 4] ilustra un ejemplo de etapas para identificar una correlación entre datos de diferentes sonares con el fin de identificar un objeto en particular; y
Figura 5
[Figura 5] representa un diagrama de bloques esquemático de un dispositivo de procesamiento de información para implementar etapas de procesamiento de datos de sonares, por ejemplo las etapas ilustradas en la Figura 4.
Descripción detallada
Los inventores determinaron que al elegir un vehículo submarino como un pez remolcado o un dron de inmersión variable, que navegue cerca del fondo marino, no es útil implementar un sonar de detección en una columna de agua (es decir, un sonar tipo VSS) que cubra 360 grados en elevación sino solo una parte del hemisferio por encima del vehículo submarino, por ejemplo los 180 grados del hemisferio por encima del vehículo submarino, estando mejor cubierto el hemisferio ubicado debajo del vehículo submarino con un sonar de imágenes del fondo, por ejemplo un sonar de antena sintética (o SAS). De hecho, este último permite la detección de minas de fondo y minas de orinque corto (cuya inmersión es mayor o igual a la del vehículo submarino), con prestaciones muy superiores a las soluciones de tipo VSS conocidas. Además, al asociar la detección del flotador por un sonar que cubre parte del hemisferio por encima del vehículo submarino y del sapo, o posiblemente incluso del orinque, por el sonar de imágenes del fondo, se puede realizar una excelente clasificación y localización de minas de orinque (cuya inmersión es menor que la del vehículo submarino). Además, para el VSS es posible elegir un sonar disponible en el mercado para batimetría o inspección estructural, lo que reduce significativamente los costes del vehículo submarino de detección.
Según realizaciones particulares, se propone así utilizar un sonar, preferiblemente multihaz, orientado hacia la superficie del mar (es decir, hacia un punto cualquiera de la superficie, preferiblemente hacia el cenit del vehículo submarino o cerca) cuando el vehículo submarino se utiliza con fines de detección y localización de un objeto submarino (es decir, cuando está en fase de detección), que emite un código de banda ancha, por ejemplo según un ancho de banda comprendido entre 60 y 80 KHz, con una antena longitudinal orientada según el eje de movimiento del vehículo submarino, formando así al menos un haz fino en rumbo y ancho en elevación (por ejemplo del orden de 2 grados en rumbo y 180 grados en elevación, lo que se puede indicar 2 x 180). La señal recibida se recibe preferentemente mediante una antena orientada transversalmente, preferentemente curva, formando una pluralidad de haces finos en elevación (por ejemplo del orden de 2 grados) permitiendo así, por intersección de los haces de transmisión y recepción, la localización en elevaciónrumbo-distancia de cualquier objeto en un volumen cilíndrico cuya base está definida por el arco de círculo del haz de transmisión y el eje por el carril a lo largo del cual se desplaza el vehículo.
La utilización de haces muy finos en rumbo, así como la alta resolución en distancia, permite detectar y localizar minas a la deriva en la reverberación de superficie en excelentes condiciones (el problema de detección es formalmente idéntico al de detectar una mina de fondo en la reverberación de fondo). Según estas realizaciones, todas las mediciones efectuadas en un ping (es decir en un ciclo de transmisión/recepción) pertenecen a un volumen (o una franja) que puede ser similar a un plano, por ejemplo una franja perpendicular o sustancialmente perpendicular al movimiento del vehículo submarino. Las mediciones de diferentes planos se realizan en diferentes momentos, mediante escaneo, mediante el avance del vehículo submarino, y todas las mediciones del mismo plano se realizan en un solo ping. Se observa aquí que un ciclo de transmisión/recepción corresponde a una o más transmisiones realizadas en un instante dado y a la recepción de la(s) señal(es) transmitida(s) en ese instante.
El vehículo submarino puede ser un vehículo autónomo, por ejemplo un dron submarino, un vehículo operado remotamente o un vehículo remolcado por un buque de superficie, autónomo o no, como un pez remolcado.
La figura 1 ilustra esquemáticamente un ejemplo de un vehículo submarino 100, por ejemplo un dron submarino, equipado con sonares, visto desde un lado. Como se ilustra, el vehículo submarino 100 comprende aquí un primer sonar 105 tal como un sonar de escaneo, con visión lateral, montado en la parte superior del vehículo 100, o un sonar cenital, que permite la detección y localización de objetos, en particular minas de orinque o minas a la deriva, por ejemplo la mina 150, en la parte de una columna de agua situada entre el vehículo 100 y la superficie del agua. A continuación se describen ejemplos de características de dicho sonar. Según el ejemplo ilustrado en la Figura 1, el vehículo 100 comprende además un segundo sonar 110 tal como un sonar de escaneo, de visión lateral, montado en la parte inferior del vehículo 100 y que permite la detección y localización de objetos, en particular orinques y sapos de minas de orinque, por ejemplo el orinque 155 y el sapo 160, en la parte de una columna de agua situada entre el vehículo 100 y el fondo del agua. El sonar 110, por ejemplo, es un sonar de antena sintética. Este puede también asegurar la detección de minas de fondo, y más generalmente de cualquier objeto de índice comparable colocado en el fondo, así como la detección de minas de orinque cuyo flotador esté a una inmersión superior o igual a la del vehículo submarino 100. Asimismo, todavía a modo de ejemplo, el vehículo 100 incluye aquí un sonar frontal de evitación 115.
La figura 2 ilustra esquemáticamente el vehículo submarino 100 mostrado en la figura 1, visto desde el frente.
El sonar superior 105 incluye aquí una antena transmisora longitudinal que permite la transmisión de banda ancha en una franja transversal a la ruta. El sector de emisiones se compensa ventajosamente, por ejemplo, mediante un ánguloQdde 5 a 20 grados hacia adelante, para evitar un retorno al nadir. Según realizaciones, el sector de transmisión es estrecho en rumbo, formando por ejemplo un ánguloQlentre 1 y 4 grados, para garantizar, en combinación con la banda ancha, un buen rendimiento de detección en el volumen de reverberación de superficie, y amplio en elevación para proporcionar una buena cobertura volumétrica. El ángulo de transmisión en elevación, denotadoQt,está preferiblemente entre menos de 90 grados y más de 180 grados, por ejemplo un ángulo entre 45 y 240 grados. Este ángulo define la intersección del sonar, iguala Ihxlvo2AhXlv(dondeIho2Ahes la intersección horizontal yIves la intersección vertical), como se describe con referencia a la Figura 2, y por lo tanto, teniendo en cuenta la velocidad del vehículo submarino, la cobertura volumétrica del sonar. El sonar superior 105 es por ejemplo un sonar multihaz, también conocido como sonar de tipo MBES (multibeam echosounder en la terminología anglosajona), generalmente utilizado para aplicaciones de batimetría, o un sonar de barrido lateral, también conocido como sonar de tipo SSS (side-scan sonaren la terminología anglosajona), generalmente utilizado para aplicaciones de imágenes.
El sonar superior 105 incluye además una antena receptora transversal. Esta puede ser lineal o, ventajosamente, curvada para cubrir un ángulo de recepción mayor que 180 grados y maximizar la intersección vertical (de modo que la intersección verticalIvsea mayor o igual a la altura del aguaIpor encima del vehículo submarino), formando una pluralidad de vías en elevación, lo que permite una mejor detección y localización en elevación de los ecos.
Se observa aquí que la implementación de un sonar lateral da como resultado una falta de cobertura en un cilindro alrededor de la ruta. Esta ausencia se puede cubrir mediante el uso de un sonar frontal, por ejemplo el sonar frontal de evitación 115.
El sonar superior 105 es por ejemplo un sonar de la familia WBMS de la empresa Norbit (Norbit es una marca), por ejemplo un sonar WBMS STX. Estos sonares tienen una apertura de elevación de hasta 210 grados en un solo ping, una apertura de rumbo de 1 grado a una frecuencia de 400 kHz y 2 grados a 200 kHz, con un alcance mayor que 150 metros a una frecuencia de 400 kHz y 350 metros a 200 kHz. Estos ofrecen un ancho de banda superior a 60 kHz con un nivel sonoro de 220 dB a una frecuencia de 400 kHz y 214 dB a 200 kHz. El sonar WBMS STX tiene transmisión programable, lo que permite la deslocalización del sector de transmisión y la estabilización del cabeceo.
La figura 3 ilustra esquemáticamente un segundo ejemplo de configuración de un vehículo submarino 300, visto desde el frente, de acuerdo con realizaciones de la invención. Al igual que el vehículo submarino 100 ilustrado en las figuras 1 y 2, el vehículo submarino 300 comprende aquí un primer sonar 305, montado en la parte superior del vehículo 300 y que permite la detección de objetos, en particular minas de orinque o minas a la deriva, en la parte de una columna de agua situada entre el vehículo 300 y la superficie del agua. Asimismo, el vehículo 300 comprende además un segundo sonar 310 montado en la parte inferior del vehículo 300 y que permite la detección de objetos, en particular sapos de minas de orinque, en la parte de una columna de agua situada entre el vehículo 300 y el fondo del agua. De nuevo, el sonar 310 es, por ejemplo, un sonar de antena sintética. De manera similar, y a modo de ejemplo, el vehículo 300 incluye aquí un sonar de evitación frontal.
El sonar superior 305, por ejemplo, es un sonar de tipo SSS que consta de dos sonares. Como se ilustra, el ángulo de transmisión en elevación, indicadoQt,resulta de la combinación del ángulo de transmisión de cada uno de los dos sonares, denominadosQityQ2t.Nuevamente, preferiblemente este está entre menos de 90 grados y más de 180 grados, por ejemplo entre 45 y 240 grados. Los dos sonares que constituyen el sonar superior 305 pueden ser, por ejemplo, sonares de barrido lateral, en particular sonares de antena sintética.
La implementación de un sonar superior y un sonar inferior permite detectar en un solo paso minas de fondo, las minas de orinque y las minas a la deriva con excepción de un volumen ciego cercano al nadir del vehículo submarino. Este volumen ciego se puede llenar, de manera conocida, mediante la asociación de dos carriles sucesivos, cubriendo cada carril el volumen ciego del otro carril.
Según realizaciones particulares, el sonar superior es escaneado electrónicamente en un plano vertical longitudinal del vehículo submarino, permitiendo así desviar el haz de transmisión, por ejemplo para compensar el cabeceo del vehículo submarino y asegurar una cobertura óptima del volumen a pesar de los errores de asiento. En una extensión de esta variante, el sonar es de transmisión coloreada (la señal transmitida incluye varias frecuencias distintas) en rumbo permitiendo también compensar la guiñada de la plataforma y aumentar el número de oportunidades de detección. El sonar emite en la misma recurrencia, varios pulsos en subbandas disjuntas que cubren un intervalo en un plano vertical longitudinal del vehículo submarino. Según un ejemplo particular dado a título ilustrativo, un ancho de banda de 80 kHz se divide en 5 subbandas de 16 kHz cada una, que se transmiten en los sectores 90 grados 2 grados, 90 grados 1 grado, 90 grados, 90 grados -1 grado, 90 grados - 2 grados en un plano vertical longitudinal del vehículo submarino, lo que permite cubrir un sector de 6 grados sin pérdida de resolución, fijándose éste en 2 grados. Luego se pueden rastrear múltiples ecos de un objetivo e integrarlos de manera incoherente, utilizando la navegación del vehículo submarino o incluso la micronavegación en el caso de que el vehículo submarino esté equipado con un sonar de antena sintética. La integración incoherente permite reducir las fluctuaciones naturales de los ecos tanto de los objetivos como del medio (especialmente la reverberación superficial), y así aplanar las colas de la distribución de probabilidad de las amplitudes correspondientes y así aumentar la probabilidad de detección y reducir las falsas alarmas.
Según realizaciones particulares, el vehículo submarino comprende una unidad de procesamiento que recibe datos de los sonares superior e inferior para identificar una correlación entre estos datos con respecto a modelos predeterminados, por ejemplo para establecer una correlación entre datos susceptibles de representar una mina de orinque con datos susceptibles de representar un orinque o un sapo, permitiendo una excelente clasificación de la mina de orinque.
La figura 4 ilustra las etapas de dichas realizaciones. Como se ilustra, una primera etapa aquí tiene como objetivo obtener datos del sonar superior (etapa 400). En una etapa siguiente (etapa 405), los datos obtenidos se procesan, por ejemplo para reducir el ruido, y se comparan con datos representativos de objetos buscados, por ejemplo datos representativos de minas de orinque, almacenados en una base de datos 410, para determinar si es probable que los datos obtenidos caractericen un objeto buscado. Se puede asociar un nivel de confianza a cada objeto potencialmente identificado. Se determina preferentemente la posición de los objetos potencialmente identificados.
De manera similar, se obtienen datos del sonar inferior (etapa 415). En una siguiente etapa (etapa 420), los datos obtenidos del sonar inferior se procesan, por ejemplo para reducir el ruido, y se comparan con datos representativos de los objetos buscados, por ejemplo datos representativos de un orinque, un sapo o una mina de fondo, almacenados en una base de datos 425 para determinar si es probable que los datos obtenidos caractericen un objeto buscado. Se determina preferentemente la posición de los objetos potencialmente identificados.
En una siguiente etapa (etapa 430), se realiza una correlación entre los objetos potencialmente identificados a partir de los datos obtenidos del sonar superior y los objetos potencialmente identificados a partir de los datos obtenidos del sonar inferior a partir de referencias almacenadas en una base de datos 435. Así, por ejemplo, si los datos obtenidos del sonar superior se identifican potencialmente como representativos de una mina de orinque y si los datos obtenidos del sonar inferior se identifican potencialmente como representativos de un sapo, se puede incrementar el nivel de confianza asociado con la identificación de cada uno de estos objetos. Por el contrario, si, por ejemplo, los datos obtenidos del sonar superior se identifican potencialmente como representativos de una mina de orinque y si los datos obtenidos del sonar inferior se identifican potencialmente como representativos de una mina de fondo, no hay necesidad de modificar el nivel de confianza asociado con la identificación de cada uno de estos objetos. La posición relativa de objetos potencialmente identificados, por ejemplo la posición relativa de una mina de orinque y un sapo, también se utiliza preferiblemente para modificar el nivel de confianza asociado a la identificación de cada uno de estos objetos.
Se observa aquí que las bases de datos 410, 425 y 435 pueden ser bases de datos separadas o pueden constituir una o más bases de datos.
La Figura 5 muestra un diagrama de bloques esquemático de un dispositivo de procesamiento de información 500 para implementar las etapas descritas anteriormente, en particular las etapas descritas con referencia a la Figura 4. Según el ejemplo ilustrado, el dispositivo de procesamiento de información 500 comprende dos partes, una primera parte 500-1 que puede implementarse en un vehículo submarino según la invención y una segunda parte 500-2 perteneciente aquí a un sistema remoto, por ejemplo un barco de superficie. Los datos, por ejemplo datos de sonar, procesados o no procesados, pueden intercambiarse entre las partes 500-1 y 500-2 mediante una conexión por cable o un medio de comunicación inalámbrico.
Como se ilustra, el dispositivo 500 puede comprender una memoria 505 para almacenar instrucciones que permiten la implementación del método, los datos de la señal retrodispersada recibida y datos temporales para llevar a cabo las diferentes etapas de un método como se describió anteriormente.
El dispositivo puede comprender además un circuito 510. Este circuito puede ser, por ejemplo:
- un procesador capaz de interpretar instrucciones en forma de programa informático, o
- una tarjeta electrónica cuyas etapas del método de la invención se describen en el silicio, o
- un chip electrónico programable, como un FPGA ("Field-Programmable Gate Array" en inglés), un SOC ("System On Chip" en inglés), una GPU ("Graphics Processing Unit" en inglés) o un ASIC ("Application Specific Integrated Circuit" en inglés).
Los SOC o sistemas en chips son sistemas embebidos que integran todos los componentes de un sistema electrónico en un único chip. Un ASIC es un circuito electrónico especializado que combina funcionalidades personalizadas para una aplicación determinada. Los ASIC normalmente se configuran durante su fabricación y solo el usuario puede simularlos. Los circuitos lógicos programables de tipo FPGA (Matriz de Puertas Programables en Campo) son circuitos electrónicos que el usuario puede reconfigurar.
El dispositivo 500 puede comprender una interfaz de entrada 515, por ejemplo para recibir datos de uno o más sonares y una interfaz de salida 520, por ejemplo para transmitir estos datos, procesados o no procesados, y/o identificadores de objetos potencialmente identificados.
Además, el dispositivo puede comprender, para permitir una fácil interacción con un usuario y mostrar los resultados de la detección, una pantalla 525 y un teclado 530. Por supuesto, el teclado es opcional, especialmente en el caso de un ordenador, por ejemplo en forma de tableta con pantalla táctil. Como se ilustra, la pantalla y/o el teclado son preferiblemente remotos.
Dependiendo de la realización, la parte 500-1 del dispositivo 500 puede ser un ordenador, un componente electrónico u otro aparato que comprenda un procesador acoplado operativamente a una memoria, así como, dependiendo de la realización seleccionada, una unidad de almacenamiento de datos y otros elementos de hardware asociados tales como una interfaz de red y un lector de medios para leer un medio de almacenamiento extraíble y escribir sobre este medio (no se muestra en la figura). El medio de almacenamiento extraíble puede ser, por ejemplo, una tarjeta de memoria.
Dependiendo de la realización, la memoria, la unidad de almacenamiento de datos o el medio de almacenamiento extraíble contiene instrucciones que, cuando son ejecutadas por el circuito de control 510, hacen que el circuito de control 510 realice o controle las partes interfaz de entrada 515, interfaz de salida 520, almacenamiento de datos en la memoria 505 y/o procesamiento de datos de acuerdo con una o más realizaciones del método propuesto.
Se observa aquí que, si bien todas las etapas se pueden implementar en un dispositivo del vehículo submarino, algunas etapas se pueden implementar en el vehículo submarino mientras que otras etapas se implementan en un dispositivo remoto. Así, por ejemplo, la correlación entre objetos potencialmente identificados a partir de datos obtenidos del sonar superior y objetos potencialmente identificados a partir de datos obtenidos del sonar inferior se puede realizar en un dispositivo de un buque de superficie que recibe una identificación de los objetos potencialmente detectados.
Por supuesto, la presente invención no se limita a las realizaciones descritas anteriormente como ejemplos. Esta se extiende a otras variantes.
Dependiendo de la realización elegida, ciertos actos, acciones, eventos o funciones de cada uno de los métodos descritos en este documento podrán realizarse u ocurrir en un orden diferente a aquel en el que fueron descritos, o podrán sumarse, fusionarse o bien no ser realizados o no se producen, según sea el caso. Además, en algunas realizaciones, ciertos actos, acciones o eventos se realizan u ocurren al mismo tiempo y no sucesivamente.
Aunque se describe a través de un cierto número de ejemplos de realizaciones detalladas, el dispositivo y método propuestos incluyen diversas variantes, modificaciones y mejoras que serán evidentes para los expertos en la materia, entendiéndose que estas diversas variantes, modificaciones y mejoras son parte del alcance de la invención, tal como se define en las reivindicaciones siguientes. Además, diferentes aspectos y características descritos anteriormente pueden implementarse juntos, o por separado, o sustituirse entre sí, y todas las diferentes combinaciones y subcombinaciones de los aspectos y características están dentro del alcance de la invención. Además, es posible que algunos sistemas y equipos descritos anteriormente no incorporen todos los módulos y funciones descritos para las realizaciones preferidas.
Claims (14)
1. Vehículo submarino (100, 300) provisto de al menos un primer sonar (105, 305) y un segundo sonar (110, 310), para detectar objetos submarinos, el al menos un primer sonar (105, 305) es un sonar cuya cobertura angular en elevación está entre 45 y 240 grados, está orientado hacia la superficie cuando el vehículo submarino (100, 300) está en la fase de detección de un objeto submarino y cuya cobertura angular en rumbo es inferior a 10 grados para obtener mediciones en un plano, obteniéndose todas las mediciones de un plano en un ciclo de transmisión/recepción, permitiendo el al menos un primer sonar (105, 305) la detección de objetos submarinos ubicados a una profundidad inferior a la del vehículo submarino (100, 300), estando el vehículo submarino (100, 300) caracterizado porque el segundo sonar (110, 310) está configurado para detectar objetos submarinos ubicados a una profundidad superior a la del vehículo submarino (100, 300), y porque el vehículo submarino (100, 300) comprende además medios de correlación para correlacionar datos de dicho al menos primer sonar (105, 305) y de dicho segundo sonar (110, 310), identificándose y localizándose un objeto submarino según un resultado de correlación.
2. Vehículo según la reivindicación 1, según el cual el al menos un primer sonar (105, 305) está provisto de una antena de transmisión longitudinal orientada a lo largo del eje del vehículo submarino (100, 300), permitiendo la transmisión de banda ancha.
3. Vehículo según la reivindicación 1 o 2, según el cual el al menos un primer sonar (105, 305) está provisto de una antena receptora transversal lineal o curvada.
4. Vehículo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, según el cual la cubierta está orientada hacia delante en un plano vertical longitudinal del vehículo submarino (100, 300), en un ángulo de entre 5 y 25 grados cuando el vehículo submarino (100, 300) está en fase de detección de un objeto submarino.
5. Vehículo según la reivindicación 4, según el cual el al menos un primer sonar (105, 305) está escaneando en un plano vertical longitudinal del vehículo submarino (100, 300), siendo dicho escaneo en un plano vertical longitudinal del vehículo submarino (100, 300) controlado independientemente del avance del vehículo submarino (100, 300).
6. Vehículo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, según el cual el al menos un primer sonar (105, 305) es un sonar multihaz.
7. Vehículo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, según el cual el al menos un primer sonar (105, 305) es un sonar lateral.
8. Vehículo según la reivindicación 7, según el cual el al menos un primer sonar (105, 305) es un sonar de antena sintética.
9. Vehículo según la reivindicación 7 o la reivindicación 8 según el cual el al menos un primer sonar (105, 305) es de transmisión coloreada.
10. Vehículo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, según la cual el al menos un primer sonar (105, 305) consiste en una pluralidad de sonares.
11. Vehículo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 según el cual el segundo sonar(110, 310) es un sonar de antena sintética.
12. Vehículo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, según el cual el vehículo es autónomo.
13. Método de detección de un objeto submarino, mediante un vehículo submarino (100, 300) provisto de al menos un primer sonar (105, 305) y un segundo sonar (110, 310), comprendiendo el método
- la transmisión, por el al menos un primer sonar (105, 305), de una señal acústica hacia la superficie según una cobertura angular en elevación de entre 45 y 240 grados y una cobertura angular en rumbo inferior a 10 grados,
- la adquisición de señales acústicas de retorno de la señal transmitida hacia la superficie, para obtener medidas en un plano, obteniéndose todas las medidas de un plano en un ciclo de transmisión/recepción,
el método se caracteriza porque comprende además
- la transmisión, por el segundo sonar (110, 310), de una señal acústica hacia el fondo,
- la adquisición de señales acústicas de retorno de la señal transmitida hacia el fondo y
- el procesamiento de las señales adquiridas para detectar y localizar un objeto submarino situado a una profundidad menor que la del vehículo submarino (100, 300), comprendiendo dicho procesamiento una correlación de datos obtenidos procesando las señales adquiridas de retorno de las señales transmitidas hacia la superficie y hacia el fondo.
14. Método según la reivindicación 13, según el cual la señal acústica transmitida hacia la superficie es transmitida hacia delante en un plano vertical longitudinal del vehículo submarino (100, 300), en un ángulo de entre 5 y 25 grados.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2109189A FR3126505B1 (fr) | 2021-09-02 | 2021-09-02 | Dispositif et procédé de détection et localisation d’objets immergés |
| PCT/FR2022/051633 WO2023031553A1 (fr) | 2021-09-02 | 2022-08-31 | Dispositif et procédé de détection et localisation d'objets immergés |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES3040577T3 true ES3040577T3 (en) | 2025-11-03 |
Family
ID=79270333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES22773752T Active ES3040577T3 (en) | 2021-09-02 | 2022-08-31 | Device and method for detecting and locating underwater objects |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240353547A1 (es) |
| EP (1) | EP4396608B1 (es) |
| AU (1) | AU2022338269A1 (es) |
| ES (1) | ES3040577T3 (es) |
| FR (1) | FR3126505B1 (es) |
| WO (1) | WO2023031553A1 (es) |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4244026A (en) * | 1978-11-06 | 1981-01-06 | General Electric Company | Velocity measuring correlation sonar |
| US5506812A (en) | 1993-06-30 | 1996-04-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Toroidal volume search sonar |
| EP0772787B1 (en) * | 1994-07-22 | 1999-10-06 | Maridan A/S | A system for underwater survey operations |
| US7295492B2 (en) * | 2005-06-15 | 2007-11-13 | Lockheed Martin Corporation | Method and apparatus for correlation sonar |
| US7457198B2 (en) * | 2006-03-31 | 2008-11-25 | Scientific Solutions, Inc. | Swimmer detection sonar network |
| US8130592B2 (en) * | 2009-03-07 | 2012-03-06 | Lockheed Martin Corporation | Correlation method for SONAR or RADAR |
| US8116169B2 (en) * | 2009-05-13 | 2012-02-14 | Raytheon Company | Active sonar system and active sonar method using noise reduction techniques and advanced signal processing techniques |
| DE102011116613A1 (de) * | 2011-10-20 | 2013-04-25 | Atlas Elektronik Gmbh | Unbemanntes Unterwasserfahrzeug und Verfahren zum Lokalisieren und Untersuchen eines am Gewässergrund eines Gewässers angeordenten Objekts sowie System mit dem unbemannten Unterwasserfahrzeug |
| WO2014126847A2 (en) * | 2013-02-13 | 2014-08-21 | Farsounder, Inc. | Integrated sonar devices and methods |
| FR3010799B1 (fr) * | 2013-09-13 | 2015-08-28 | Thales Sa | Systeme de detection et de localisation d'objets immerges flottant entre deux eaux tels que des mines a orins et procede associe |
| FR3018611B1 (fr) * | 2014-03-14 | 2016-02-26 | Thales Sa | Sonar a antenne synthetique et procede de formation de voies d'antenne synthetique |
| FR3075974B1 (fr) | 2017-12-22 | 2019-12-27 | Ixblue | Drone marin de surface et procede de caracterisation d'un milieu subaquatique mis en œuvre par un tel drone |
| FR3076278B1 (fr) * | 2017-12-28 | 2019-11-22 | Thales | Vehicule sous-marin et procede de commande |
| CA3107826A1 (en) * | 2018-04-27 | 2020-01-30 | Klein Marine Systems, Inc. | Variable geometry sonar system and method |
| US11724787B2 (en) * | 2019-08-07 | 2023-08-15 | Raytheon Company | Methods and systems for determining a depth of an object |
-
2021
- 2021-09-02 FR FR2109189A patent/FR3126505B1/fr active Active
-
2022
- 2022-08-31 ES ES22773752T patent/ES3040577T3/es active Active
- 2022-08-31 WO PCT/FR2022/051633 patent/WO2023031553A1/fr not_active Ceased
- 2022-08-31 EP EP22773752.5A patent/EP4396608B1/fr active Active
- 2022-08-31 AU AU2022338269A patent/AU2022338269A1/en active Pending
- 2022-08-31 US US18/685,951 patent/US20240353547A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023031553A1 (fr) | 2023-03-09 |
| EP4396608A1 (fr) | 2024-07-10 |
| AU2022338269A1 (en) | 2024-03-14 |
| FR3126505A1 (fr) | 2023-03-03 |
| EP4396608C0 (fr) | 2025-08-06 |
| FR3126505B1 (fr) | 2024-02-02 |
| US20240353547A1 (en) | 2024-10-24 |
| EP4396608B1 (fr) | 2025-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11609316B2 (en) | Integrated sonar devices and methods | |
| EP2165214B1 (en) | A method and apparatus for determining the topography of a seafloor and a vessel comprising the apparatus | |
| AU2002365263B2 (en) | Docking information system for boats | |
| US20070159922A1 (en) | 3-D sonar system | |
| US10353059B2 (en) | System for detecting and locating submerged objects having neutral buoyancy such as moored mines and associated method | |
| AU2002365263A1 (en) | Docking information system for boats | |
| US11199624B2 (en) | Bathymetric system and bathymetry method corrected for altitude errors | |
| WO2007127271A2 (en) | 3-d sonar system | |
| JP2002168952A (ja) | 海底三次元構造の再構成方法 | |
| Violante | Acoustic remote sensing for seabed archaeology | |
| Bjørnø | Developments in sonar and array technologies | |
| CN111522013A (zh) | 一种基于侧扫声呐的海底目标定位装置 | |
| US11668821B2 (en) | Position correction using towed sensor | |
| US20240353547A1 (en) | Device and method for detecting and locating underwater objects | |
| Bjørnø | Developments in sonar technologies and their applications | |
| CN112882040B (zh) | 一种适用于大范围海底地貌探测的双频双基地声成像方法 | |
| Fossum et al. | HISAS 1030: High resolution synthetic aperture sonar with bathymetric capabilities | |
| RU2558017C1 (ru) | Активный гидролокатор | |
| Kunze | General aspects of application of horizontal echo sounding method to shipping | |
| McCartney | Underwater acoustic positioning systems: state of the art and applications in deep water | |
| Celuzza et al. | Feasibility of littoral imaging with a 3 kHz synthetic aperture sonar | |
| Schock | Synthetic aperture 3D buried object imaging | |
| Andrews et al. | Swathmap: Long range sidescan sonar mapping of the deep seafloor | |
| CN113359182A (zh) | 一种深海热液喷口快速搜寻定位装置、方法及系统 | |
| Hagen | Gap filler sensors for SAS |