PT1766430E

PT1766430E - Processo de verificação para um processo para a obtenção passiva de parâmetros do alvo

Info

Publication number: PT1766430E
Application number: PT05739521T
Authority: PT
Inventors: Ulrich Steimel
Original assignee: Atlas Elektronik Gmbh
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2011-01-05
Also published as: IL177769A0; IL177769A; WO2005119291A1; WO2005119291A8; DE502005010389D1; DE102004026304B3; US20080034871A1; AU2005250540B2; AU2005250540A1; US7447112B2; EP1766430A1; ZA200606825B; ATE484760T1; EP1766430B1; NO20065981L; KR20070015520A; KR101059905B1

Description

DESCRIÇÃO "PROCESSO DE VERIFICAÇÃO PARA UM PROCESSO PARA A OBTENÇÃO PASSIVA DE PARÂMETROS DO ALVO" A presente invenção refere-se a um processo de verificação para um processo para a obtenção passiva de dados do alvo, de um alvo em movimento que emite energia de ondas, em particular som, com o qual em posições de trajecto sucessivas de um veiculo, em particular de uma embarcação, que determina as suas posições de trajecto com um sistema de navegação autónomo a bordo, em particular um sistema de navegação estimada, são medidos ângulos de marcação enquanto dados reais do alvo, através da marcação do alvo mediante uma instalação de marcação a bordo e a partir destes são determinados a distância do alvo, a velocidade do alvo, o curso do alvo e/ou a posição do alvo, enquanto outros dados reais do alvo.

De modo a determinar sem auto-denúncia a posição, a velocidade e o curso de um alvo, por exemplo um navio de superfície, um submarino ou um torpedo, enquanto os assim chamados dados do alvo, a partir de um veículo, por exemplo um submarino ou um navio de superfície, num processo para a determinação passiva de dados do alvo (documento DE 10129726 Al), conhecido por processo de TMA (processo de Target Motion Analysis), o som emitido pelo alvo é recebido por uma instalação de marcação sonora e o ângulo de marcação em relação ao alvo é medido. A partir deste ângulo de marcação, juntamente com a posição própria ou de trajecto do veículo é 1 continuamente estimada, partindo de uma posição inicial, uma posição do alvo, que o alvo que navega a uma velocidade estimada ocupará após um intervalo de tempo e é calculado um correspondente ângulo de marcação estimado. De modo iterativo reduz-se a diferença entre o ângulo de marcação medido e o estimado, até que seja ultrapassado por defeito um limite de erro, portanto o ângulo de marcação estimado corresponda ao ângulo de marcação medido até à tolerância de erro. A posição estimada subjacente é reconhecida como posição do alvo. A partir do ângulo de marcação e da posição do alvo são calculados a distância estimada em relação ao alvo, a velocidade do alvo e o curso do alvo. A determinação da posição própria ou de trajecto do veiculo é realizada de um modo conhecido com um sistema de navegação autónomo a bordo, habitualmente com um sistema de navegação estimada, com o qual a direcção de navegação e a distância percorrida são determinadas através de uma medição da velocidade do veiculo. A velocidade é apurada com um odómetro Doppler, no qual a energia de ondas é emitida de forma dirigida e recebida de forma deslocada pelo efeito Doppler após a reflexão pelo fundo ou por camadas do meio de transmissão. 0 deslocamento de Doppler é uma grandeza para a velocidade. Os odómetros Doppler em embarcações emitem ondas sonoras que são reflectidas, no caso do "bottom-track", pelo fundo do mar e, no caso do " water-track", por camadas de água. No caso do "water-track", a navegação estimada fornece posições de trajecto desviadas pela corrente dependentes da corrente na zona de medição, as quais são corrigidas com dados de correntes provenientes de atlas de correntes, de modo a se apurar a verdadeira posição própria do veiculo, a partir da posição de trajecto medida. 2

Para a prova da funcionalidade de um tal processo de TMA é realizado um assim chamado SAT (Sea Acceptance Test), no qual um ou vários alvos são marcados, a partir do veículo, com um ou vários sensores de uma instalação de marcação sonora. A partir dos ângulos de marcação relacionados com o norte, obtidos com as marcações, são estimados com o processo de tma, as distâncias do alvo, e a velocidade do alvo, o curso do alvo e a posição do alvo enquanto dados do alvo, os quais devem alcançar determinadas tolerâncias de erro após um determinado tempo de arranque (run-in-time) para a prova de funcionamento.

Um processo de acordo com o conceito genérico da reivindicação 1 encontra-se revelado no documento DE 4431851 Al. A invenção tem como objectivo subjacente o de indicar um processo de verificação que pode ser utilizado num SAT e com o qual a aceitação de um processo para a determinação passiva de dados do alvo pode ser realizada rapidamente e, de um modo preferido, online.

De acordo com a invenção, o objectivo é solucionado através das características na reivindicação 1. 0 processo de acordo com a invenção tem a vantagem de a funcionalidade do processo a verificar já poder ser avaliada durante o ensaio de funcionamento no mar e, no caso de resultados insuficientes, podem ser realizados um ou vários testes de repetição imediatamente a seguir, de modo que o SAT é temporalmente limitado. Isto significa uma poupança substancial de custos, uma vez que cada dia no mar, necessário para o SAT, com barco próprio como veículo que suporta a instalação de marcação e com um ou vários navios alvo, é associado a custos 3 elevados. 0 sistema de medição de posição por terra ou por satélite no barco próprio não submerso e no navio alvo utilizado como alvo de referência fornece valores de medição relacionados com a terra, com elevada precisão, a partir dos quais podem ser calculados valores absolutos muito precisos para o ângulo de marcação e a distância do alvo. Estes valores absolutos do ângulo de marcação e da distância do alvo, que foram determinados no mesmo momento que as marcações da instalação de marcação para o processo de TMA, são associados às posições de trajecto que o veiculo apurou com o sistema de navegação autónomo a bordo nos momentos das marcações para o processo de TMA. Com as posições de trajecto e os pares de valores a estas associados são calculadas as posições do alvo e a partir destas é estimado um trajecto de referência alisado do alvo, por exemplo mediante filtros de Kalman. A partir do trajecto de referência do alvo são por sua vez derivados os ângulos de marcação de referência, as posições de referência do alvo, as distâncias de referência do alvo, a velocidade de referência do alvo e/ou o curso de referência do alvo e comparados com os correspondentes dados reais do alvo, obtidos com o processo de TMA. Caso o desvio dos valores de referência em relação aos valores reais convirja para um erro predefinido, o resultado de verificação é positivo. Através deste modo de procedimento torna-se possível avaliar os assim chamados valores reais do alvo, estimados com o processo de TMA, através da comparação directa com os dados de referência do alvo. Devido ao facto de ser utilizado para o cálculo do tracto de referência do alvo, o mesmo trajecto próprio do veículo, ao longo do qual é aplicado o processo de TMA, as influências ambientais não precisam de ser consideradas. Assim, por exemplo um desvio pela corrente do veículo, que influencia as posições de trajecto apuradas pelo sistema de navegação autónomo a bordo, não tem que ser eliminado 4 através de cálculos de correcção, como é o caso em processos de verificação conhecidos. Para além disso, no caso de interferências nas indicações dos valores de posição do alvo, por exemplo em consequência de interferências na ligação rádio entre o alvo e o veiculo, existe a possibilidade de registar em memória todos os ângulos de marcação medidos e dados reais do alvo apurados a partir destes, e realizar outros ensaios de funcionamento. Os dados do alvo registados em memória podem ser novamente lidos a qualquer momento e o ensaio de aceitação interrompido pode assim ser concluído. 0 processo de verificação de acordo com a invenção proporciona além disso a vantagem de a introdução na tolerância de erro predefinida, dos dados do alvo estimados com o processo de TMA, poder ser avaliada online.

As formas de realização convenientes do processo de acordo com a invenção, com aperfeiçoamentos e configurações vantajosos da invenção, resultam a partir das outras reivindicações.

No que se segue, a invenção encontra-se descrita mais ao pormenor com base num exemplo de realização ilustrado no desenho. Neste caso, o desenho mostra um cenário de um SAT numa zona marítima com um veículo F em movimento e um alvo Z em movimento. 0 veículo F possui uma instalação de recepção sonora, com a qual é recebido o som emitido pelo alvo Z. A direcção de incidência do som é determinada como ângulo de marcação relativamente à direcção do norte geográfico em relação ao alvo, através de um processamento de sinais selectivo em termos de direcção. A determinação dos ângulos de marcação realiza-se em momentos ti (i = 0, 1, 2, ... 5) de medição sucessivos, nos quais o veículo F ocupa, devido à sua velocidade de navegação e ao seu 5 curso, por exemplo as posições 0, al a a5 de trajecto sobre o seu trajecto próprio (curva a), como é calculado pelo veículo através de navegação estimada com a utilização de um giroscópio para a medição da direcção, de um odómetro Doppler para a medição da velocidade e eventualmente de um acelerómetro e clinómetro. No momento to, o teste do processo inicia-se com a medição do primeiro ângulo de marcação em relação ao alvo Z. No momento t0 de medição, o veículo F ocupou a posição 0. Nos momentos ti e t2 de medição, o veículo F executa uma manobra.

No momento to de medição, o alvo Z encontra-se na posição 0 e é marcado pelo veículo F que se encontra na sua posição 0 inicial, com o ângulo de marcação 0o na direcção do norte. O alvo Z navega partindo da sua posição 0 inicial, com velocidade constante do alvo e curso constante do alvo, sobre um trajecto d do alvo e ocupa nos momentos ti com i = 1, 2, 3, 4, ..., nos quais é marcado pelo veículo F, por exemplo respectivamente as posições dl, d2, d3, d4, ... do alvo. O processo para a determinação passiva dos dados do alvo Z, nomeadamente os dados reais do alvo: marcação do alvo, distância do alvo, posição do alvo, curso do alvo e velocidade do alvo, no que se segue designado por processo de TMA (Target Motion Analysís), estima em relação a cada uma das posições al a a5 de trajecto do veículo F, a partir do ângulo de marcação medido na respectiva posição de trajecto, uma posição do alvo Z e calcula, com a utilização de uma velocidade estimada do alvo Z, um ângulo de marcação estimado em relação ao alvo Z, que corresponde à posição estimada do alvo z. Em seguida reduz-se de modo iterativo a diferença entre o ângulo de marcação medido e o estimado, até que seja ultrapassado por defeito um limite de erro. A posição estimada subjacente à ultrapassagem por defeito 6 do limite de erro é emitida como posição real do alvo, e a correspondente velocidade estimada como velocidade real do alvo e curso real do alvo. Isto é repetido em cada posição al a a5 de trajecto do veiculo F, na qual é medido um ângulo de marcação em relação ao alvo. 0 trajecto do alvo obtido mediante o processo de tma resulta na curva b com as posições bl a b4 do alvo. Uma descrição pormenorizada do processo de TMA encontra-se por exemplo no documento DE 10129726 Al.

Para a verificação da funcionalidade do processo de TMA, o veiculo F equipado com a instalação de marcação para o processo de TMA, por exemplo um submarino, que navega em estado semi-submerso durante o SAT, e a embarcação de superfície que serve como alvo, por exemplo um navio de superfície, são respectivamente equipados com um receptor GPS ou com um receptor DGPS mais preciso, do sistema de navegação por satélite. O veículo F e o alvo Z encontram-se em ligação rádio entre si. Com o início do processo de verificação, as posições do veículo F e do alvo Z são determinadas com elevada precisão mediante os receptores GPS, e nomeadamente sempre nos momentos ti, nos quais são realizadas, a partir do veículo F, marcações do alvo com a instalação de recepção sonora que se encontra a bordo, e são medidos ângulos de marcação relacionados com o norte. As posições 0, cl a c5 do veículo, medidos com o receptor GPS, resultam no verdadeiro trajecto próprio, relacionado com as coordenadas terrestres, do veículo F, de acordo com a curva c, e as posições 0, dl a d5 do alvo, determinadas com o receptor GPS do alvo Z, resultam no verdadeiro trajecto do alvo, relacionado com as coordenadas terrestres, de acordo com a curva d. As posições 0, dl a d5 do alvo, determinadas pelo receptor GPS do alvo Z, são transmitidas por rádio para o veículo F. O ângulo de marcação absoluto na direcção do norte e a distância absoluta 7 entre o veículo F e o alvo Z são calculados em relação às posições 0, dl a d5 do alvo (curva d), para cada uma das posições 0, cl a c5 do veículo (curva c) . No desenho, a título de exemplo para o momento t4, no qual o veículo F ocupa a posição c4 (curva c) e o alvo Z ocupa a posição d4 (curva d), o ângulo de marcação calculado encontra-se designado por β e a distância do alvo calculada designada por E.

Os ângulos de marcação absolutos e as distâncias do alvo absolutas, calculados, são ligados às posições 0, al a a5 de trajecto (curva a), medidas pelo veiculo F mediante navegação estimada, isto é, os pares de valores constituídos pelo ângulo de marcação e pela distância do alvo, calculados nos momentos ti (i = 0 ... 5), são respectivamente associados às posições 0, al a a5 de trajecto do veículo F, as quais o veículo F ocupou de acordo com o resultado da navegação estimada, nos momentos t0 a t5. Isto encontra-se ilustrado no desenho para o momento t4, no qual foi indicada a posição a4 de trajecto do veículo F (curva a) através de navegação estimada, na medida em que o par de valores β e E se encontra inserido em a4. Com todos estes pares de valores e com as posições de trajecto do veiculo F, auto-determinadas através de navegação estimada, e a estes associadas nos momentos correctos, é estimado um trajecto de referência alisado do alvo, por exemplo através da utilização de um filtro de Kalman. A partir do trajecto de referência do alvo são derivados valores de referência para a marcação (marcações de referência), a posição do alvo (posição de referência do alvo), a distância do alvo (distâncias de referência do alvo), a velocidade do alvo (velocidade de referência do alvo) e/ou o curso do alvo (curso de referência do alvo) . Como se encontra representado de forma simplificada no desenho, resultam as posições 0, bl a b4 de referência do alvo, inseridas sobre o trajecto b de referência do alvo e, em consequência de uma representação simplificada, estão conforme as posições 0, bl a b4 reais do alvo (curva b), determinadas com o processo de TMA. Os desvios habitualmente existentes não se encontram contemplados no desenho.

Para verificar se os dados reais do alvo, estimados com o processo de TMA, cumprem as exigências de precisão, portanto alcançam determinadas tolerâncias de erro após um tempo de arranque (run-in-time) predefinido, os dados reais do alvo, medidos com o processo de TMA, são comparados com os correspondentes dados de referência do alvo e a grandeza do desvio é respectivamente avaliada. Para este efeito são por exemplo formadas, por um lado, as diferenças entre os ângulos de marcação reais e os ângulos de marcação de referência e, por outro lado, as diferenças entre as distâncias reais do alvo e as distâncias de referência do alvo, e a convergência temporal das diferenças é avaliada. Caso as diferenças convirjam para zero após um tempo predefinido ou alcancem uma tolerância de erro predefinida, então a prova de funcionamento para o processo a verificar é concretizada. Como mostra o desenho, apesar do desvio pela corrente do trajecto próprio do veiculo F (curva a), medido pelo veiculo na água, em relação ao verdadeiro trajecto próprio do veiculo F (curva c), medido com o receptor GPS, os dados do alvo são recolhidos de forma correcta através do fundo, uma vez que o alvo é de igual modo desviado pela corrente. Para a verificação correcta do processo de TMA, as influências ambientais, no exemplo uma corrente existente na zona de teste, não precisam por conseguinte de serem aritmeticamente eliminadas, de modo que o seu conhecimento também não é necessário. 9

Para a determinação da posição do alvo Z no âmbito do processo de verificação durante o SAT pode também ser utilizado um radar instalado no veiculo F. Com o radar é medido o alvo Z em movimento nos momentos ti, nos quais o veiculo F ocupa respectivamente as posições 0 e al a a5 de trajecto de acordo com a curva a. 0 radar fornece ângulos de marcação e distâncias do alvo, a partir dos quais é por sua vez estimado um trajecto de referência do alvo, por exemplo mediante um filtro de Kalman. 0 modo de procedimento seguinte para a verificação é como se encontra descrito anteriormente. Em princípio seria também possível recolher com o radar, o curso de referência do alvo e a velocidade de referência do alvo e compará-los com os correspondentes dados reais do alvo, estimados pelo processo de tma . Devido ao facto de o curso de referência do alvo e a velocidade de referência do alvo serem no entanto medidos de forma bastante imprecisa pelo radar, prescinde-se da utilização destes dados de referência do alvo, aquando da verificação do processo de TMA.

Uma outra possibilidade de medição do alvo do SAT para a obtenção de dados de referência do alvo consiste em arrastar um assim chamado peixe sonoro pelo alvo. 0 peixe sonoro contém uma fonte de impulsos sonoros que emite, com uma cadência de emissão fixa, impulsos sonoros que são recebidos pela instalação sonora instalada no veículo F. Os momentos das marcações a partir do veículo e os momentos de emissão da fonte de impulsos sonoros do peixe sonoro encontram-se sincronizados entre si. A partir do ângulo de incidência dos impulsos sonoros recebidos é calculado o ângulo de marcação em relação ao peixe sonoro e a partir do tempo de propagação dos impulsos sonoros, é calculada a distância entre o veículo F e o peixe sonoro. Quando o comprimento de arrastamento do peixe sonoro é conhecido, a 10 marcação do alvo e a distância do alvo correspondentes podem ser calculadas a partir destes valores. De um modo de procedimento idêntico ao descrito anteriormente, é estimado, com as marcações do alvo e as distâncias do alvo, um trajecto de referência alisado do alvo, e a partir deste são derivados os referidos dados de referência do alvo que são comparados com os correspondentes dados reais do alvo do processo de TMA.

Uma medição do alvo mediante radar e peixe sonoro é utilizada quando a medição das posições do alvo e do veiculo F com o GPS causa problemas, por exemplo que as posições do alvo não possam ser transmitidas para o veiculo F devido a uma interferência na ligação rádio entre o alvo e o veiculo F.

Lisboa, 30 de Dezembro de 2010 11

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Processo de verificação para um processo para a obtenção passiva de dados do alvo, de um alvo (Z) em movimento que emite energia de ondas, em particular som, com o qual em posições de trajecto sucessivas de um veiculo (F), em particular de uma embarcação, que determina as suas posições de trajecto com um sistema de navegação autónomo a bordo, em particular um sistema de navegação estimada, são medidos ângulos de marcação enquanto dados reais do alvo, através da marcação do alvo (Z) mediante uma instalação de marcação a bordo e a partir destes são determinados a distância do alvo, a velocidade do alvo, o curso do alvo e/ou as posições do alvo, enquanto outros dados reais do alvo, caracterizado por as posições do alvo (Z) e do veiculo (F) serem medidas com um sistema de medição de posição por terra e/ou por satélite nos momentos das marcações do alvo a partir do veiculo (F), por os ângulos de marcação e as distâncias do alvo serem calculados a partir das posições do veiculo (F) e do alvo (Z) assim medidas, respectivamente correspondentes entre si, por ser estimado um trajecto de referência do alvo, de um modo preferido alisado, a partir dos pares de valores dos ângulos de marcação e das distâncias do alvo calculados e correspondentes entre si, e a partir das posições de trajecto apuradas com o sistema de navegação do veiculo, e associadas a estes pares de valores nos momentos correctos, e por serem derivados, a partir do trajecto de referência do alvo, os ângulos de marcação de referência, as posições de referência do alvo, as distâncias de referência do alvo, a velocidade de referência do alvo e/ou o curso de 1 referência do alvo e comparados com os correspondentes dados reais do alvo e a grandeza do desvio ser avaliada.
2. Processo de verificação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, para a avaliação da grandeza do desvio, ser formada a diferença e ser avaliada a sua convergência temporal.
3. Processo de verificação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por as posições do alvo e do veiculo serem medidas com um receptor GPS instalado no alvo e um no veiculo, do sistema de medição de posição por satélite, e as posições do alvo serem transmitidas, de um modo preferido, por rádio para o veículo. Lisboa, 30 de Dezembro de 2010 2 1/1 Ζ

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