ES2297323T3

ES2297323T3 - Procedimiento para la determinacion pasiva de datos de un objetivo.

Info

Publication number: ES2297323T3
Application number: ES04026969T
Authority: ES
Inventors: Ulrich Dr. Steimel
Original assignee: Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2008-05-01
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: DE10352738A1; DE10352738B4; EP1531339A2; DE502004005953D1; EP1531339A3; EP1531339B1; ATE384270T1

Abstract

Procedimiento para la determinación pasiva de datos de un objetivo por recepción selectiva en dirección de ondas sonoras que son irradiadas o emitidas por el objetivo, con una disposición de transductores electroacústicos de una instalación de recepción sobre un vehículo portador, a partir de ángulos de marcación estimados, que se obtienen a partir de posiciones estimadas del objetivo, y de ángulos de marcación medidos, minimizándose iterativamente la diferencia entre ángulos de marcación medidos y estimados, caracterizado porque se prefijan valores límite para la distancia y/o el rumbo y/o la velocidad del objetivo a fin de obtener condiciones marginales, y porque se determinan con las condiciones marginales sobre un haz de marcación bajo un ángulo de marcación medido componentes de posición y componentes de velocidad para estimar la posición del objetivo y se emplean estas componentes para minimizar la diferencia de ángulos de marcación en un procedimiento de cálculo iterativo no recursivo.

Description

Procedimiento para la determinación pasiva de datos de un objetivo.

La invención concierne a un procedimiento para la determinación pasiva de datos de un objetivo mediante la recepción selectiva en dirección de ondas sonoras de la clase citada en el preámbulo de la reivindicación 1.

Para determinar como datos de un objetivo sin delación propia desde un vehículo portador, por ejemplo un buque de superficie o un submarino, la posición, velocidad y rumbo del objetivo, por ejemplo un buque de superficie, un submarino o un torpedo, se reciben con una instalación de recepción de sonar ondas sonoras del ruido del objetivo y se miden ángulos de marcación con respecto al objetivo. A partir de estos ángulos de marcación se estima, juntamente con las posiciones propias del vehículo portador, una posición del objetivo y se calcula un ángulo de marcación estimado correspondiente. Se reduce iterativamente la diferencia entre el ángulo de marcación medido y el ángulo de marcación estimado hasta que se caiga por debajo de un límite de error. La posición básica estimada se reconoce como posición del objetivo.

Partiendo de una posición inicial del objetivo, que se selecciona, por ejemplo, arbitrariamente como posición de partida sobre un primer haz de marcación o que es conocida por otros sensores que se encuentran a bordo, se calculan posiciones a partir de componentes x-y estimados para el objetivo y a partir de ellas se determinan ángulos de marcación estimados. El vehículo portador se desplaza para las mediciones de ángulos de marcación con rumbo constante durante un periodo de tiempo prefijado y recorre un camino que se denomina trayecto propio, y después de un cambio de rumbo se sigue marcando el objetivo por medio de este trayecto propio. Los respectivos ángulos de marcación medidos se comparan con los ángulos de marcación estimados y se forma una diferencia de ángulos de marcación, en cuyo mínimo el ángulo de marcación estimado suministra el ángulo de marcación verdadero, salvo un error residual. El error residual depende de un umbral prefijable. Una disposición de filtro de esta clase se ha descrito, por ejemplo, en el documento DE 34 46 658 C2. El tiempo de iteración de esta disposición de filtro viene determinado decisivamente por entradas adicionales. Por ejemplo, se ingresan la posición inicial o los valores de apoyo que se obtienen por observación o por valores de medida de otros sensores a bordo del vehículo portador, por ejemplo observaciones de periscopio o mediciones de radar. A partir de estos valores de apoyo se obtienen coeficientes de filtrado que conducen a una primera estimación mejorada de la posición del objetivo.

Se conoce por la patente US 5 877 998 otro procedimiento en el que, en contraposición a la minimización iterativa descrita de la diferencia de ángulos de marcación, se estiman de forma recursiva como datos de un objetivo la posición y la velocidad del objetivo. Con un modelo de movimiento para el vehículo portador se obtienen datos de movimiento del vehículo portador a partir de datos de sensores de navegación. En un segundo modelo se modelan datos de movimiento del objetivo para fines de predicción. A partir de señales de recepción que se reciben durante el viaje a lo largo de un trayecto propio se obtienen ángulos de marcación, la variación temporal del ángulo de marcación, es decir, la velocidad angular de marcación, y la variación de la velocidad angular de marcación. Se filtran estos datos de medida y se les utiliza para la predicción de datos del objetivo. Los datos predichos del objetivo se corrigen con los datos de medida filtrados provenientes de dos trayectos propios precedentes y se alimentan al modelo de datos de movimiento del objetivo para la siguiente predicción. Para cada nueva estimación de datos del objetivo es necesaria una maniobra del vehículo portador, ya que solamente entonces se presentan de nuevo datos de medida filtrados para una corrección y una nueva predicción.

En el documento US 6 009 185 se ha descrito un procedimiento en el que, para la estimación de los datos del objetivo por medio de una red neuronal, se emplean la posición inicial del objetivo y el conocimiento a priori sobre el objetivo, el comportamiento del objetivo y el sector del objetivo. El conocimiento a priori incluye, por ejemplo, la máxima velocidad posible del objetivo, la profundidad y las variaciones de profundidad del objetivo, las aceleraciones, el comportamiento de maniobra típico y los datos del medio ambiente. Partiendo de la posición inicial conocida y con ayuda del conocimiento a priori se formulan hipótesis sobre recorridos del objetivo en un sistema de coordenadas tridimensionales y se comparan éstos por correlación con recorridos del objetivo estimados a partir de contactos con dicho objetivo. Para el funcionamiento de este procedimiento es necesario el conocimiento de valores de apoyo de otros sensores, aquí especialmente la posición inicial del objetivo.

El cometido de la presente invención consiste en crear un procedimiento de la clase citada en el preámbulo de la reivindicación 1, en el que, empleando la disposición de filtro citada, el tiempo de iteración sea comparable o resulte incluso más corto, sin que se necesiten, como valores de apoyo, valores de medida de otros sensores a bordo del vehículo portador.

El problema se resuelve según la invención por medio de las características de la parte caracterizadora de la reivindicación 1.

Las señales de recepción de al menos una disposición de transductores electroacústicos, por ejemplo una base en herradura o una antena lateral a bordo de un submarino utilizado como vehículo portador y/o una antena arrastrada remolcada por un buque de superficie o un submarino se combinan selectivamente en dirección en la instalación de recepción de sonar para obtener señales de grupo y se observan los niveles de las señales de grupo. Un aumento del nivel indica que un objetivo está situado sobre un haz de marcación de un primer ángulo de marcación asociado a la señal de grupo. La distancia del objetivo es desconocida y solo se presenta su marcación. Por medio del localizador se prefija, por ejemplo, un valor límite para una distancia máxima posible del objetivo, la cual es deducida por dicho localizador a partir de conocimientos geográficos y oceanográficos y de la especificación de la instalación de recepción de sonar, por ejemplo sesenta kilómetros. A partir de una situación de amenaza posible para el vehículo portador se deduce una distancia mínima de, por ejemplo, un kilómetro. Los valores límites de la velocidad están situados entre algo más de cero nudos, para excluir objetivos no movidos, y datos de velocidad máxima de lanchas rápidas o torpedos. Incluso valores prefijados aproximados acortan el tiempo de cálculo y hacen posible que se excluyan estimaciones de posiciones del objetivo que es imposible que puedan ser captadas con la instalación de recepción de radar. A partir de estos valores límite prefijados se obtienen, y se toman como base para la estimación de la posición del objetivo, condiciones marginales para componentes de posición y componentes de velocidad con las cuales se determina el ángulo de marcación estimado para minimizar la diferencia de ángulos de marcación.

La ventaja del procedimiento de la invención según la reivindicación 1 consiste en que por medio de los valores límite se introducen en el proceso de estimación iterativo tan solo parámetros física y técnicamente convenientes sobre la posición del objetivo, su velocidad y su rumbo. Se excluyen de antemano resultados completamente ilógicos, como, por ejemplo, una velocidad de cien nudos o una distancia de mil kilómetros, que, en el caso de señales de recepción fuertemente afectadas de ruido, han podido producirse perfectamente hasta ahora en el ámbito de la iteración.

El valor límite superior para la distancia del objetivo se deduce, por ejemplo, de programas de propagación del sonido para el sector marino que se encuentran a bordo. Dado que el objetivo puede ser localizado tan solo en las zonas que permiten una transmisión de sonido desde el objetivo hasta el lugar de recepción y corresponden al alcance de localización de la instalación de recepción de sonar, es ventajoso aprovechar estos conocimientos, dado que los objetivos más alejados no podían en absoluto ser detectados.

Solamente ya la restricción del rumbo a objetivos que se están aproximando según el ventajoso perfeccionamiento del procedimiento de la invención conforme a la reivindicación 2 aumenta drásticamente la velocidad de convergencia de la estimación de posición, incluso aunque el rumbo del objetivo discurra casi en ángulo recto con el haz de marcación y no se tenga ya en cuenta un rumbo de alejamiento ligeramente diferente del mismo para la estimación de posición. La primera entrada de la limitación del rumbo a objetivos que se están aproximando cuida ya que se excluyan estimaciones de posición erróneas.

Los valores límite para la velocidad del objetivo se deducen de propiedades de traslación de diferentes vehículos acuáticos, por ejemplo buques de superficie, submarinos y torpedos.

Como quiera que se mide la variación del ángulo de marcación, es posible, según el ventajoso perfeccionamiento del procedimiento de la invención conforme a la reivindicación 3, establecer la dirección del rumbo con respecto al primer haz de marcación y restringir aún más con este indicativo lateral los límites para el rumbo con el que objetivo se aproxima a la instalación de recepción de sonar.

Mediante la prefijación de valores límite se adapta la estimación de los datos del objetivo a la realidad. Un procedimiento de cálculo iterativo no recursivo para minimizar la diferencia de ángulos de marcación o el cuadrado de esta diferencia ha sido resuelto por un procedimiento para resolver ecuaciones lineales en condiciones secundarias según el método de los mínimos cuadrados de error y se ha descrito en el capítulo 23, páginas 158 a 173, Linear Least Squares with linear inequality constraints, en el libro "Solving least squares problems" de Charles R. Lawson, Richard J. Hansen, Classics, In Applied Mathematics, SIAM, ISBN-0-89871-356-0, 1995. Además, existe un programa LSQLIN.M y LSI.M en MATLAB optimisation tool box, que resuelve numéricamente el algoritmo indicado en el libro. Esta herramienta matemática es extraordinariamente adecuada para determinar la posición del objetivo a partir de valores límite prefijados, con la ventaja de que incluso en condiciones de localización muy difíciles se pueden casi reducir a la mitad los tiempos de convergencia para la determinación de los datos del objetivo.

Durante el viaje del vehículo portador por el respectivo trayecto propio a lo largo de su rumbo se miden continuamente ángulos de marcación. En el ventajoso perfeccionamiento del procedimiento de la invención según las reivindicaciones 4 y 5 se utiliza el ángulo de marcación últimamente medido después de un intervalo de tiempo prefijable para restringir aún más los valores límite para posibles velocidades y distancias del objetivo en rumbo de aproximación. Para que el objetivo pueda alcanzar justamente todavía desde la máxima distancia sobre el primer haz de marcación el haz de marcación últimamente medido a fin de que sea marcado allí, tiene que desplazarse hacia allí con velocidad máxima. A partir de la longitud en vertical entre la máxima distancia y el haz de marcación asociado a la última marcación, dividido por el intervalo de tiempo, se determina el límite superior de la velocidad. La longitud en vertical con respecto al primer haz de marcación incluye el ángulo de rumbo mínimo para el rumbo de aproximación y forma el valor límite inferior para el rumbo. El límite inferior de la velocidad o la distancia mínima se obtiene debido a que el objetivo recorre durante el intervalo de tiempo a lo largo del valor límite medio para el rumbo un camino que va desde la distancia mínima del objetivo sobre el primer haz de marcación hasta el último haz de marcación. Este camino, dividido por el intervalo de tiempo, indica el límite para la velocidad mínima.

El otro valor límite superior del rumbo se obtiene según el ventajoso perfeccionamiento de la reivindicación 6 debido a que el objetivo alcanza el segundo haz de marcación desde la distancia mínima sobre el primer haz de marcación con velocidad máxima durante el intervalo de tiempo. Un tramo de recorrido correspondiente a la velocidad máxima teniendo en cuenta el intervalo de tiempo corta el último haz de marcación e incluye el ángulo de rumbo máximo.

A partir de los valores límite para las velocidades y el rumbo se calculan según el ventajoso perfeccionamiento del procedimiento de la invención conforme a las reivindicaciones 7, 8 y 9 las condiciones marginales en un sistema de coordenadas x-y para estimar una nueva posición del objetivo. Se parte de la consideración de que el objetivo podría moverse a lo largo de los dos valores límite para el rumbo con velocidades mínima y máxima dentro del intervalo de tiempo y ocupa posiciones nuevas sobre el siguiente haz de marcación. Los valores límite de la velocidad se descomponen en componentes de velocidad ortogonales cuyos valores extremos abarcan un sector límite. Este sector límite delimita en valor absoluto y dirección todos los vectores de velocidad posibles para el objetivo e indica las componentes de velocidad correspondientes. Con estas componentes de velocidad y con las componentes de posición en las direcciones x-y para todas las distancias dentro de los límites prefijados sobre el primer haz de marcación se estiman una posición del objetivo y un vector de velocidad del objetivo que mira en la dirección del rumbo. A partir de la trayectoria del objetivo resultante de esto, la cual se cruza con un abanico de marcaciones de haces de marcación de los ángulos de marcación medidos hasta ahora, se estiman posiciones del objetivo y se obtienen ángulos de marcación estimados. Todos los ángulos de marcación estimados se aprovechan juntamente con los ángulos de marcación medidos para determinar el mínimo cuadrado de error y se busca el mínimo de las diferencias de ángulos de marcación. La ventaja consiste especialmente en una restricción adicional del sector de inseguridad para posibles posiciones de partida del objetivo y posibles vectores de velocidad y, por tanto, para una más rápida convergencia del procedimiento de filtrado por medio de menos pasos de iteración.

Los ventajosos perfeccionamientos del procedimiento de la invención según las reivindicaciones 10 a 12 han tenido en cuenta la diferencia de los valores límite para un rumbo de aproximación al determinar las condiciones marginales para las componentes de velocidad a fin de que se puedan minimizar aún más los tiempos de convergencia. El sistema de coordenadas cartesianas para determinar las condiciones marginales se gira con respecto al sistema de referencia para marcación y rumbo en la medida de un ángulo de giro de optimización que se elige en función de la diferencia de los ángulos de rumbo establecidos por los valores límite. De este modo, con valores límite orientados solamente a la derecha o solamente a la izquierda y con una diferencia menor de 90º, se restringe el sector límite a un cuadrante. En el caso de una diferencia de los ángulos de rumbo establecidos por los valores límites entre 90º y 180º se elige el ángulo de giro de optimización de modo que las velocidades máxima y mínima a lo largo de los valores límite del rumbo estén situadas simétricamente al eje y en dos cuadrantes.

Con el ventajoso perfeccionamiento del procedimiento de la invención según la reivindicación 13 se elige el ángulo de giro de optimización igual al ángulo de marcación negativo medido en el caso de una diferencia de los ángulos de rumbo prefijados mayor de 180º, en la que el rumbo puede estimarse incluso como rumbo de alejamiento.

Para la determinación pasiva de los datos del objetivo, el vehículo portador se desplaza a lo largo de un trayecto propio con velocidad y rumbo constantes y mide el ángulo de marcación con respecto al objetivo. Empleando una antena montada a bordo y una antena remolcada situada más atrás del vehículo portador se pueden determinar ya los datos del objetivo sin cambio de rumbo. Cuando el vehículo portador presenta solamente una única antena de recepción para fines de marcación, los datos del objetivo pueden ser determinados únicamente tras una primera maniobra propia. El ventajoso perfeccionamiento del procedimiento de la invención según la reivindicación 14 permite ya una medición de datos del objetivo al transitar por el primer trayecto propio empleando solamente una antena de recepción. Se sabe por el documento DE 101 29 726 A1 que la frecuencia de recepción depende de la componente de velocidad radial propia del vehículo portador y de la velocidad radial del objetivo orientada en la misma dirección. En conocimiento de la velocidad propia se puede eliminar la porción propia en el desplazamiento Doppler y se puede considerar única y exclusivamente la porción del objetivo. Prescindiendo de la variación de la frecuencia a lo largo del tiempo, la llamada excursión de la frecuencia, tiene lugar una variación del ángulo de marcación en función del tiempo durante el viaje a lo largo del trayecto propio. El tiempo hasta que pueden estimarse datos del objetivo en forma estable se denomina tiempo de convergencia. El tiempo de convergencia es tanto más corto cuanto mayor sea la excursión de la frecuencia al transitar por un trayecto propio.

Después de la detección de un objetivo se someten las señales de grupo de la disposición de transductores electroacústicos a una transformada de Fourier y se determina la frecuencia de líneas espectrales en el espectro de frecuencia de las señales de grupo. La frecuencia de la línea espectral con el máximo nivel o la máxima distancia en frecuencia de líneas espectrales contiguas sirve de base como frecuencia propia, juntamente con el ángulo de marcación medido, para la estimación de los datos del objetivo. Se estiman posiciones del objetivo y se obtienen ángulos de marcación estimados correspondientes a ellas. Entre el ángulo de marcación medido y el estimado se determina una diferencia de ángulos de marcación. Además, a partir de las mismas posiciones estimadas del objetivo y de sus variaciones temporales se estiman un desplazamiento Doppler y una frecuencia de emisión irradiada o emitida desde el objetivo. La frecuencia de emisión estimada se desplaza en frecuencia de conformidad con el desplazamiento Doppler estimado y forma la frecuencia Doppler estimada, de la cual se resta la frecuencia de recepción. La diferencia entre frecuencia de recepción y frecuencia Doppler estimada se emplea como diferencia de frecuencia juntamente con la diferencia de ángulos de marcación para la

\hbox{determinación
de los datos del objetivo según el  algoritmo de mínimos cuadrados
medios.}

Para los valores límite prefijados de la velocidad se cumple que, según el ventajoso perfeccionamiento del procedimiento de la invención conforme a la reivindicación 14, se obtienen límites del desplazamiento Doppler y se combinan éstos con la frecuencia de recepción medida. Se obtienen así valores límite de la frecuencia de emisión estimada. A partir de las posiciones estimadas del objetivo se obtienen desplazamientos Doppler y se combinan éstos con la frecuencia de emisión estimada y con sus límites. La diferencia de frecuencia con respecto a la frecuencia de recepción medida se minimiza iterativamente para la determinación de datos del objetivo juntamente con la diferencia de ángulos de marcación. La ventaja del procedimiento de la invención según la reivindicación 14 consiste especialmente en que en la minimización de la diferencia de frecuencia se toman como base las frecuencias Doppler estimadas que se determinan a partir de posibles componentes de velocidad de la posición estimada del objetivo y de sus límites. Teniendo en cuenta la marcación con respecto al objetivo, estas componentes de velocidad corresponden a los límites de una componente de velocidad radial que a su vez provoca el desplazamiento Doppler de la frecuencia de emisión del objetivo. Debido a la determinación y a la agregación de la frecuencia de recepción para estimar los datos del objetivo existe la ventaja de determinar una primera posición del objetivo o la posición de partida sin maniobra propia, separar y determinar varios objetivos y sus datos de objetivo bajo la misma marcación y acortar aún más los tiempos de convergencia para las estimaciones de la posición del objetivo.

Se describe seguidamente la invención con más detalle ayudándose del dibujo ilustrativo de un ejemplo de realización de un procedimiento para la determinación pasiva de datos de un objetivo con una instalación de recepción de sonar. Muestran:

La figura 1, un escenario para la determinación de datos de un objetivo con valores límite,

Las figuras 2 y 3, sistemas de coordenadas x-y para determinar las condiciones marginales para componentes de velocidad ortogonales,

La figura 4, diagramas que ilustran la convergencia de datos de un objetivo,

La figura 5, un escenario modificado,

La figura 6, un sistema de coordenadas x-y con posiciones de objetivo verdaderas y estimadas,

La figura 7, un esquema de bloques y

Las figuras 8 y 9, gráficas de errores para diferentes distancias del objetivo.

La figura 1 muestra un escenario en un sistema de coordenadas x-y para la determinación pasiva de datos de un objetivo. Con una disposición de transductores electroacústicos de una instalación de recepción de sonar, por ejemplo una antena lineal a bordo de un vehículo portador o una antena arrastrada, se detecta un ruido irradiado por un objetivo desde una dirección de incidencia a lo largo de un primer haz de marcación P_{prim} bajo un primer ángulo de marcación B_{prim}. El objetivo se encuentra en un rumbo de aproximación B_{prim} + 90 < K_{min} \leq K \leq K_{max} < B_{prim} - 90. En el instante t_{0} el vehículo portador se encuentra en el origen 0/0. El eje y indica la dirección Norte N_{0} como dirección de referencia. En el instante t_{1} el vehículo portador ha alcanzado el lugar II con velocidad propia constante V_{prop}, mientras que el objetivo, en su rumbo K con una velocidad V, ocupa una posición inmediata siguiente del mismo. Sobre el primer haz de marcación P_{prim} se han designado con Z_{0min} y Z_{0max} unos valores límite prefijados R_{min} y R_{max} para la distancia del objetivo y se han registrado valores límite prefijados K_{min} y K_{max} para un rumbo de aproximación del objetivo. Cuando el objetivo se aproxima directamente sobre el haz de marcación P_{prim}, en rumbo de colisión, al vehículo portador, el valor límite máximo para el rumbo asciende a

1

Cuando el objetivo se sigue moviendo de través, el ángulo de rumbo asciende a

2

Una migración de la marcación del ángulo de marcación B_{prim} al último ángulo de marcación B_{ult} muestra que el objetivo no avanza en rumbo de colisión. La variación temporal de la marcación restringe el curso mediante un indicativo lateral a la derecha y a la izquierda del haz de marcación P_{prim} y, por tanto, limita el rumbo:

3

Se prefija un valor límite para la velocidad máxima V_{max} y se presupone que se mueve el objetivo Z, de modo que el límite inferior de la velocidad V_{min} > 0 es:

4

El objetivo se puede mover con la velocidad máxima desde Z_{0max} con R_{max} o desde Z_{0min} con R_{min} en la medida del tramo de recorrido V_{max} dt, bajo un ángulo de rumbo B_{prim} + 90º \leq K < B_{prim} + 180º, hasta un lugar situado sobre los arcos de circulo 10 y 11 indicados con línea de trazos. Cuando la velocidad V es más pequeña, el objetivo se encuentra dentro de los segmentos de circulo indicados. Teniendo en cuenta los valores límite R_{min}, R_{max}, K_{min}, K_{max} y V_{max} Se calculan las condiciones marginales para las coordenadas de la posición estimada del objetivo.

Dado que la distancia R al objetivo puede estar entre R_{min} y R_{max}, el posible sector del objetivo queda contorneado y limitado por la superficie rayada en la figura 1.

En la figura 2a se prefija como ejemplo adicional un curso de aproximación del objetivo de, por ejemplo, 100 < K < 260 como valores límite para el rumbo. El ángulo de marcación asciende a B_{prim} = 0º. A partir de observaciones se obtienen, por ejemplo, valores límite de la velocidad V_{min} < V < V_{max} con 5N < V < 20N (N = nudo). La diferencia entre ángulo de rumbo máximo K_{max} < 260º y ángulo de rumbo mínimo K_{min} > 100° asciende a

5

La figura 2a muestra para este ejemplo en un sistema de coordenadas cartesianas la descomposición de los valores límite de la velocidad a lo largo de los ángulos de rumbo máximo y mínimo K_{max}, K_{min} en componentes de velocidad x-y ortogonales a una distancia cualquiera entre los valores límites de R. El origen del sistema de coordenadas identifica esta distancia. Las componentes de velocidad x-y son, aparte de las componentes de posición x-y para los valores límite de la distancia, las condiciones marginales para su entrada en el cálculo de iteración a fin de determinar el mínimo de la diferencia de ángulos de marcación o de la diferencia de ángulos de marcación elevada al cuadrado derivada de los ángulos de marcación medido y estimado. Los valores límite V_{max} y V_{min} de la velocidad orientados en las direcciones de rumbo mínima y máxima se descomponen en componentes de velocidad \pm V_{xmax}/\pm V_{ymax} y \pm V_{xmin}/\pm V_{ymin}. Un rectángulo rayado confinado por las componentes de velocidad máxima y mínima en las direcciones x e y circunscribe un sector límite dentro del cual se puede mover el objetivo con una respectiva velocidad que está limitada por las condiciones marginales

6

A partir de los seis valores límite se obtienen ocho condiciones marginales que se procesan en el algoritmo de cálculo. Con estas condiciones marginales de velocidad derivadas de los valores límite del rumbo y la velocidad y con las condiciones marginales de posición derivadas de los valores límite para la distancia se obtienen posiciones del objetivo y se estima un ángulo de marcación correspondiente. Estos ángulos de marcación estimados correspondientes se comparan con el ángulo de marcación medido. La diferencia de ángulos de marcación más pequeña identifica entonces la posición estimada sobre el haz de marcación medido con el vector de velocidad correspondiente en la dirección del rumbo. Al comienzo de la determinación de los datos del objetivo se diferencian muy fuertemente la posición y el vector de velocidad para cada diferencia mínima obtenida de ángulos de marcación hasta que estos parámetros convergen y, una vez recalculados, llegan a una posición de partida sobre el primer haz de marcación con valores idénticos. Los tiempos de convergencia son tanto más pequeños cuanto mejor coinciden los valores límite eficaces para el cálculo con los valores límite prefijados para la velocidad V y el rumbo K.

Los valores límite eficaces V*_{min}, V*_{max} para la velocidad, que confinan los valores límite prefijados V_{min} y V_{max}, ascienden según la figura 2:

7

con

8

Los valores límite eficaces K*_{min}, K*_{max}, que confinan los valores límite para K, ascienden a

9

Para conseguir las condiciones simétricas mostradas en la figura 2a para la obtención de las condiciones marginales derivadas de los valores límite para velocidad y rumbo, de modo que sea mínima la desviación entre los valores límite eficaces por la descomposición en componentes y los valores límite prefijados, se gira el sistema de coordenadas en un ángulo de giro de optimización \alpha según la figura 2b en sentido contrario a la dirección Norte N para la marcación y el rumbo. El ángulo de giro de optimización \alpha depende de los valores límite para el rumbo K

10

En el caso según la figura 2a se tiene que \alpha = 0, ya que el eje y es también la dirección de referencia N para la marcación y los valores límite K con K_{max} y K_{min} están situados en dos cuadrantes simétricos con respecto al eje y.

La figura 3 muestra una determinación de las condiciones marginales a partir de los valores límite de la velocidad cuando los valores límite para el rumbo K están situados en el mismo cuadrante. Los valores límite para el rumbo K están prefijados:

11

Los valores límite para la velocidad V están prefijados:

12

Resultan de esto las condiciones marginales como

13

en donde

14

y

15

El rectángulo rayado indica el sector límite dentro del cual el objetivo puede alcanzar la posición inmediata siguiente bajo el respectivo rumbo con la respectiva velocidad.

Los valores límite eficaces V*_{min}, V*_{max} para la velocidad V ascienden a

16

y los valores límite eficaces K*_{min}, K*_{max} para el rumbo K resultan de:

17

Los límites eficaces confinan los valores límite prefijados para V y K.

La figura 4 muestra en diagramas temporalmente consecutivos, designados como figura 4.1 a figura 4.4, el proceso de convergencia para la determinación pasiva de los datos del objetivo. Partiendo de una marcación B_{prim} según la figura 4.1 se registran los valores límite prefijados para la distancia R con R_{max} y R_{min} sobre el primer haz de marcación. Los valores límite prefijados para el rumbo K con K_{max} y K_{min}, así como los valores límite prefijados para la velocidad V con V_{max} y V_{min} se han registrado como vectores de velocidad en la distancia máxima R_{max} y en la distancia R_{min}. El objetivo puede ocupar cualquier distancia de partida entre R_{max} y R_{min} con los valores límite prefijados para V y K. Se presupone que el objetivo se mueve durante su viaje con velocidad constante y rumbo constante. Después de varios intervalos de tiempo y varias mediciones del ángulo de marcación se mide el ángulo de marcación B_{1} en el instante t_{1} según la figura 4.2. Las condiciones marginales para la distancia y la velocidad se han ingresado en el algoritmo de cálculo como componentes de posición y componentes de velocidad de conformidad con las explicaciones ofrecidas en relación con las figuras 2a y 2b. Se obtiene el mínimo entre todos los ángulos de marcación medidos hasta el ángulo de marcación B_{1} y los ángulos de marcación estimados y se estima el vector de estado resultante del objetivo, a saber, la posición de partida, la velocidad y el rumbo del objetivo. El rumbo correspondiente K_{1} y la velocidad V_{1} están registrados también en la figura 4.2 e igualmente está registrada la posición de partida R_{01} sobre el primer haz de marcación. Una trayectoria V_{1} t del objetivo, comenzando con el primer haz de marcación bajo el ángulo de marcación medido B_{prim}, corta un abanico de haces de marcación que está tendido debajo de todos los ángulos de marcación medidos, e identifica sobre el haz de marcación la última posición Z_{1} del objetivo bajo el ángulo de marcación B_{1} últimamente medido.

Después de un tiempo adicional t_{2} se mide según la figura 4.3 un último ángulo de marcación B_{2}. Para determinar la posición Z_{2} del objetivo se ingresan en el algoritmo de cálculo las mismas condiciones marginales para velocidad y distancia según la figura 4.1. Con la diferencia de ángulos de marcación ahora obtenida entre ángulos de marcación medidos y estimados se determina la posición Z_{2} el vector de velocidad correspondiente del objetivo. El rumbo correspondiente K_{2} y la velocidad V_{2} se pueden deducir de una posición de partida R_{02}. Esta posición de partida está entre R_{max} y R_{min} sobre el primer haz de marcación y es distinta de la posición de partida R_{01} según la figura 4.2.

Las mediciones siguientes del ángulo de marcación, incluido el último ángulo de marcación B_{ult} en el instante t_{3}, confirman la posición de partida R_{02}, la velocidad V_{2} y el ángulo de rumbo K_{2}, ya que la última estimación de estado está situada también en un mínimo de la diferencia de ángulos de marcación que puede asignarse a este rumbo K_{2} y esta velocidad V_{2}. Por tanto, se confirma la posición de partida con R_{02} entre R_{min} y R_{max}.

La figura 5 ilustra la correlación geométrica de la determinación de la posición a partir de las condiciones marginales para las componentes de velocidad y las componentes de distancia. Partiendo de la figura 1, el vehículo portador ha ocupado el lugar II después del intervalo de tiempo dt. El objetivo se marca bajo un ángulo de marcación B_{ult}. Con esta marcación y el ángulo de marcación B_{ult} se pueden restringir aún más las condiciones marginales para estimar la siguiente posición del objetivo. En el instante t_{0} se mide el ángulo de marcación B_{prim} y se prefijan una distancia mínima R_{min} \leq R del objetivo y un rumbo de aproximación

18

En el instante t_{1} se mide el ángulo de marcación B_{ult} y se restringen así los valores de rumbo:

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Se suponen para la velocidad valores límite

20

con los que se ha movido el objetivo, hasta que se le marca bajo el ángulo de marcación B_{ult}. A este fin, se tiene que poder alcanzar justamente todavía el último haz de marcación P_{ult} por parte de un R_{max} sobre el primer haz de marcación P_{prim} con la velocidad V_{max}. Esta condición, el valor límite superior de la velocidad, conduce al valor límite R_{max} sobre el primer haz de marcación P_{prim} y está identificada como tramo de recorrido V_{max} dt. Este tramo de recorrido V_{max} dt se registra en Z_{0min} y se le hace que se corte con el haz de marcación P_{ult}. Este trayecto forma la limitación del rumbo máximo K_{max} con el cual el objetivo alcanza el segundo haz de marcación P_{ult} con la velocidad máxima V_{max}:

21

Un valor límite móvil para la velocidad mínima es el resultado del punto de intersección de la perpendicular media al primer haz de marcación P_{prim} en Z_{0min} y el punto de intersección con el último haz de marcación P_{ult} cuando el objetivo se traslada con velocidad mínima V_{min} a lo largo del ángulo del rumbo mínimo con respecto al haz de marcación P_{ult}. Los valores límite para la velocidad se prefijan ahora con:

22

Los valores límite de la velocidad se convierten en componentes de velocidad V_{x}, V_{y} y se determinan por cada coordenada uso valores extremos como condiciones marginales para V_{x} y V_{y}:

23

24

A partir de las componentes de velocidad V_{x} y V_{y} se calculan componentes de recorrido mediante multiplicación por el intervalo de tiempo dt. Con las componentes de recorrido y las coordenadas de los lugares de ubicación del objetivo Z_{0min} (minX_{0}/minY_{0}) y Z_{0max} (maxX_{0}/maxY_{0}) se calculan componentes suma y a partir de éstos se obtienen condiciones marginales para la estimación de la posición del objetivo sobre el último haz de marcación.

En los valores límite para la distancia R se determinan condiciones marginales para la posición Z_{0} del objetivo:

25

Las componentes de velocidad según las desigualdades (9) y (10), multiplicadas por el intervalo de tiempo dt, se convierte en componentes de recorrido a partir de las cuales se estima la posición del objetivo entre Z_{1min} (minX_{1}/
minY_{1}) y Z_{1max} (maxX_{1}/maxY_{1}):

26

27

28

la cual está situada sobre el último haz de marcación P_{ult} bajo el último ángulo de marcación medido B_{ult}. Con estas condiciones marginales se determinan de nuevo la posición de partida del objetivo por medio de un procedimiento iterativo y mediante minimización de las diferencias de marcación.

El mínimo indica la posición de partida Z_{0} del objetivo y las componentes de velocidad v_{x} y v_{y}, que determinan un vector de velocidad V en la dirección del rumbo K. Si se confirma esta estimación de estado con cada siguiente medición de ángulo de marcación debido a que las diferencias correspondientes de los ángulos de marcación son un mínimo, la posición del objetivo estimada sobre el último haz de marcación es también la verdadera posición del objetivo y el rumbo pertinente y la velocidad pertinente corresponden a los verdaderos datos del objetivo.

La figura 6 muestra a título de ejemplo la estimación del ángulo de marcación correspondiente B_{est} y la minimización de la diferencia de ángulos de marcación entre el ángulo de marcación medido B_{ult} = B_{med} y el ángulo de marcación estimado B_{est}, la cual se realiza para todas las mediciones B_{imed} del ángulo de marcación simultáneamente con las mismas condiciones marginales para las componentes de velocidad x e y y para las componentes de posición x e y, partiendo de una posición inicial Z_{0} que está dentro de los valores límite para R_{0}:

29

En el sistema de coordenadas x-y de la figura 1 se ha representado en un instante t_{1} el vehículo portador con la posición propia x_{E}, y_{E} en el origen de coordenadas del sistema de coordenadas x-y. En este instante, el objetivo se encuentra en la posición verdadera Z_{verd}. Ha abandonado su posición inicial o de partida Z_{0} en las coordenadas X_{0verd}, y_{0verd}, que están situadas dentro de las condiciones marginales para la posición de partida min x_{0}/min y_{0} y max x_{0}/max y_{0}, con la velocidad v_{xverd}, v_{yverd}, que está situada dentro de las condiciones marginales para la velocidad v_{xmin} y v_{ymin}, y ha recorrido las componentes de recorrido v_{xverd} \cdot \Deltat y v_{yverd} \cdot \Deltat. La nueva posición verdadera Z_{verd} del objetivo conduce a la medición de un ángulo de marcación B_{med}. La nueva posición Z_{verd} se determina iterativamente mediante una posición estimada Z_{est} y cálculo del ángulo de marcación estimado correspondiente B_{est} por minimización de la diferencia de ángulos de marcación entre B_{med} y B_{est} para todos los valores límite eficaces prefijados.

Se supone que el objetivo se mueve desde la coordenada x_{0verd} con un error de recorrido \Deltax_{0} hasta la coordenada R_{xest} en dirección x con una velocidad v_{x} y un error de componente de velocidad \Deltav_{x} en un intervalo de tiempo \Deltat. En dirección y, el objetivo se ha movido durante el intervalo de tiempo \Deltat desde la coordenada y_{0verd} hasta la coordenada R_{yest} con un error de recorrido \Deltay_{0} y una velocidad v_{yest} con un error de componente de velocidad \Deltav_{y}. Las coordenadas del objetivo se calculan como siendo:

30

con los errores \DeltaR_{x}, \DeltaR_{y}. Después de reconversión se obtiene

31

A partir de esto se calcula el ángulo de marcación estimado B_{est}:

32

La verdadera posición Z_{verd} está determinada cuando los errores \DeltaR^{x} = \Deltax_{0} + \Deltav_{x} \cdot \Deltat y \DeltaR_{y} = \Deltay_{0} + \Deltav_{y} \cdot \Deltat son iguales a cero. Se han estimado entonces correctamente las componentes de velocidad v_{x} y v_{y} que han conducido a la ocupación de la nueva posición verdadera Z_{verd} del objetivo. El ángulo de marcación estimado correspondiente B_{est} es igual al ángulo de marcación verdadero B_{verd} y asciende a:

33

Los datos del objetivo P = (x_{0}, y_{0}, v_{x}, v_{y}) están correctamente estimados cuando el vector de error es igual a cero:

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34

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Para la determinación de los datos del objetivo se minimiza iterativamente para todas las mediciones la suma de las diferencias de ángulos de marcación entre los ángulos de marcación estimados y los ángulos de marcación medidos bajo los mismos valores límite para la posición inicial, la velocidad y el rumbo:

35

La posición inicial Z_{0} y las posiciones Z_{iverd} del objetivo están entonces determinadas salvo en un error residual que se fija por medio de un umbral que determina el mínimo. Se tiene entonces que

36

La incorporación de una frecuencia Doppler estimada hace posible una estimación de posición sin maniobra propia mediante una minimización simultánea de una diferencia de frecuencia entre la frecuencia de recepción medida y la frecuencia Doppler estimada teniendo en cuenta la estimación del ángulo de marcación según I.

El objetivo ha abandonado la posición inicial Z_{0} con la velocidad v según la figura 6. En conocimiento del ángulo de marcación verdadero B_{verd}, las componentes de velocidad v_{x} y v_{y} del objetivo se convierten en una componente de velocidad radial V_{R} que mira en la dirección entre la posición propia x_{E}, y_{E} y la posición verdadera P_{verd} del
objetivo

37

Esta componente de velocidad radial V_{R} tiene en cuenta las componentes de velocidad radial del objetivo V_{RZ} y del vehículo portador V_{RE} sumadas con signo correcto

38

A causa de la componente de velocidad radial V_{R} se desplaza en frecuencia una frecuencia de emisión F_{sverd} contenida y emitida en la señal de emisión o en el ruido del objetivo y se recibe una frecuencia de emisión afectada de Doppler como en frecuencia de recepción F_{verd}; según se describe en el capítulo 7.4 "Der Dopplereffekt", páginas 334, 335, en el libro de texto "Experimentalphysik I", segunda parte, Edgar Lüscher, Hochschultaschenbuch, Bibliographisches Institut, Mannheim, 1967, se cumple para la frecuencia Doppler:

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39

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La componente de velocidad radial V_{R} depende, según las ecuaciones (1c, 2c), de la velocidad c del sonido, las componentes de velocidad v_{x} y v_{y} en las direcciones x e y, y el ángulo de marcación B_{verd}.

Las componentes de velocidad v_{x} y v_{y} son iguales a la variación temporal de las coordenadas x-y del objetivo:

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40

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Con las ecuaciones (a) y (b) se obtiene:

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41

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Agregando el ángulo de marcación verdadero B_{verd} entre la dirección de referencia N_{0} y la dirección hacia la posición verdadera P_{verd} del objetivo

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42

se obtiene con las ecuaciones (a) y (b) para la distancia verdadera R_{verd} al objetivo

43

en donde se tiene que

44

En la ecuación (c) para lo componente de velocidad radial V_{R} se insertan ahora las ecuaciones (e), (f), (g), (h) e (i) y se obtiene para el desplazamiento Doppler en función del vector de error \DeltaP = (\Deltax_{0}, \Deltay_{0}, \Deltav_{x}, \Deltav_{y}):

45

La frecuencia de emisión F_{s} que se irradia desde el objetivo se estima con un error \DeltaF_{s}

46

y suministra, juntamente con el desplazamiento Doppler Q, la frecuencia de recepción F_{med}.

La frecuencia Doppler F_{verd} se estima con una diferencia de error \DeltaF como error:

47

Dado que la frecuencia de emisión F_{s} es desconocida, hay que ampliar el vector de error \DeltaP en la medida de un termino de error adicional \DeltaF_{s} para la estimación de la frecuencia de emisión F_{sest}:

48

En este caso, la frecuencia Doppler estimada F_{iest} es igual a la frecuencia de recepción medida F_{imed} para \DeltaP = 0, es decir, cuando se ha estimado correctamente la frecuencia de emisión.

Se obtiene para la frecuencia Doppler estimada F_{iest} una suma que es igual a la frecuencia de recepción medida F_{imed} más la diferencia de frecuencia \DeltaF_{i}:

49

Para determinar la frecuencia Doppler se tiene que minimizar la diferencia de frecuencia \DeltaF_{i}.

Se mejora la determinación de los datos del objetivo se prefijan valores límite para la frecuencia de emisión F_{s} irradiada por el objetivo y se agregan éstos al algoritmo. La frecuencia de emisión F_{s} irradiada por el objetivo experimenta su desplazamiento Doppler debido a la componente de velocidad radial V_{R} con respecto al vehículo portador y se la mide como frecuencia de recepción F_{med} = F juntamente con el primer ángulo de marcación B_{prim}:

50

Teniendo en cuenta el desplazamiento Doppler, la frecuencia de emisión F_{s} es:

51

A partir de los valores límite para la velocidad V_{min} \leq V \leq V_{max} se obtienen valores límite para la frecuencia de emisión F_{s}:

52

Los valores límite para la frecuencia de emisión se tienen en cuenta en la determinación del error \DeltaF_{s} para estimar la frecuencia de emisión y, por tanto, también para minimizar la diferencia de frecuencia \DeltaF entre la frecuencia de recepción medida F_{med} y la frecuencia Doppler estimada F_{est}.

Se pueden tener en cuenta otras inseguridades de medida para la frecuencia de recepción y la velocidad c del sonido.

La figura 7 muestra un esquema de bloques de una instalación de recepción de sonar para determinar los datos P del objetivo con una disposición de filtro adaptativo para evaluar ángulos de medición medidos B_{imed} y frecuencias de recepción medidas F_{imed}. Las señales de recepción de una disposición de transductores 10 son combinadas como señales de grupo en un formador de dirección 11 por compensación de tiempo de propagación o de fase y se detecta un objetivo bajo un ángulo de marcación B_{imed} con un circuito de medida 12. El circuito de medida 12 es activado por un circuito de control 13 a la distancia de intervalos de tiempo \Deltat_{i}. El procesamiento completo de las señales se efectúa a la distancia de los intervalos de tiempo \Deltat. Un circuito de estimación 15 recibe como datos de entrada de un dispositivo de brújula 16 la dirección Norte como dirección de referencia N_{0}, la posición propia x_{E}, y_{E} de la disposición de transductores 10 desde una instalación de navegación 17 situada a bordo y, desde un circuito de estado de partida 18, condiciones marginales para la estimación de posición que se obtienen a partir de valores límite para la distancia R, la velocidad V y el rumbo K del objetivo. A partir del ángulo de marcación B_{prim} últimamente medido y el valor límite para la distancia R se determinan las condiciones marginales para las componentes de posición x_{0}/y_{0}

53

A partir de los valores límite prefijados para la velocidad V y el rumbo K se determinan las condiciones marginales para las componentes de velocidad V_{x}/V_{y}:

54

tal como se ha explicado en relación con las figuras 2 y 3 para los casos

55

La frecuencia de emisión estimada F_{s} y los valores límite

56

se obtienen en un circuito de frecuencia 19 que está unido por el lado de entrada con el circuito de estado de partida 18. Las señales de grupo en la salida del formador de dirección 11 se analizan en un circuito 24 de análisis de frecuencia. La frecuencia de recepción obtenida se alimenta al circuito de frecuencia 19 y a un circuito de diferencia 23.

El circuito de estado de partida 18 suministra componentes de posición x_{i} e y_{i} y componentes de velocidad v_{ix}, y v_{iy} en las direcciones x e y, el circuito de frecuencia 19 suministra frecuencias de emisión F_{s} y un circuito de estimación de error 20 suministra un vector de error \DeltaP_{0} = (\Delta_{x0}, \Delta_{y0}, \Delta_{vx}, \Delta_{vy}, \DeltaF_{s}). A partir de estos datos de entrada se estiman en el circuito de estimación 15, de conformidad con las ecuaciones de estimación (A) y (B), componentes de recorrido R_{xiest}, R_{yiest} y errores de recorrido \DeltaR_{xi}, \DeltaR_{yi} de una posición estimada. A partir de las componentes de recorrido estimadas R_{xiest}, R_{yiest} y sus variaciones temporales \dot{R}_{xiest} y \dot{R}_{yiest}, así como de los errores \DeltaR_{xi}, \DeltaR_{yi} y \Delta\dot{R}_{xi} y \Delta\dot{R}_{yi} se obtiene la diferencia de frecuencia \DeltaF_{i} dentro de los límites para la frecuencia de emisión que prefija el circuito de frecuencia 19. A partir de estos valores estimativos dentro de los valores límite se calculan, en un circuito de arcotangente 21, ángulos de marcación estimados B_{iest} según la ecuación I.

En el circuito de diferencia 23, que está pospuesto al circuito de medida 12, al circuito de estimación 15 y al circuito 24 de análisis de frecuencia, se obtienen diferencias de ángulos de marcación y diferencias de frecuencia dentro de los valores límite prefijados.

A través de i = l_{K} mediciones por trayecto propio, cuyo número l_{K} es prefijado en un circuito de control 60, se evalúan los ángulos de marcación medidos y estimados B_{imed} y B_{iest}. La duración en tiempo l_{K} \cdot \Deltat indica la longitud del filtro.

El circuito de estado de partida 18 determina a partir de los valores límite para el rumbo un ángulo de giro de optimización \alpha, tal como se ha explicado en relación con la figura 2b. Este ángulo de giro de optimización \alpha se tiene en cuenta para la determinación de las condiciones marginales para las componentes de velocidad y también para la estimación de la posición en el circuito de estimación 15.

Las salidas del circuito de diferencia 23 están unidas con un circuito de iteración 30 en el que se forma iterativamente el mínimo de la suma de la diferencia de ángulos de marcación y la diferencia de frecuencia o sus valores diferencia elevados al cuadrado. La minimización se realiza hasta que el vector de error \DeltaP_{1} caiga por debajo de un umbral inferior \DeltaP_{1} menor/igual que \DeltaP_{min}.

Para cada ángulo de marcación medido B_{imed} se obtienen, en el circuito de estimación 15, componentes de recorrido R_{xest} y R_{yest}, así como errores de recorrido \DeltaR_{x} y \DeltaR_{y} dentro de los valores límite para la distancia, la velocidad y el rumbo y la frecuencia de emisión hasta que el vector de error \DeltaP_{1} caiga por debajo de un umbral inferior \DeltaP_{1} \leq \DeltaP_{min} y los datos del objetivo hayan convergido en un valor. Exceptuado un error residual fijado por el umbral, el ángulo de marcación estimado B_{est} es entonces igual al ángulo de marcación medido verdadero B_{verd} y las componentes de recorrido y de velocidad estimadas R_{xest}, R_{yest}, V_{xest}, V_{yest} son entonces iguales a las componentes de recorrido y de velocidad verdaderas R_{xverd}, R_{yverd}, V_{xverd}, V_{yverd} y la frecuencia Doppler estimada F_{iest} es igual a la frecuencia Doppler verdadera recibida F_{verd}. El circuito de umbral 31 utilizado para ello está pospuesto al circuito de iteración 30 y activa la disposición de estimación de error 20. Al caer por debajo del umbral \DeltaP_{min}, se representan los datos P del objetivo en un indicador 100.

Las figuras 8 y 9 muestran resultados de la valoración del procedimiento según la invención. Como límite se prefijan para un objetivo que se está aproximando:

57

Debajo de los diagramas están indicadas la longitud L del trayecto propio en (m), la velocidad V en (N) y el rumbo K (en grados) del vehículo portador.

La figura 8 muestra la convergencia del procedimiento para el caso en el que el objetivo se encuentre bajo un primer ángulo de marcación de B_{prim} = 0º y a una distancia inicial de 30 kilómetros. El objetivo se desplaza con una velocidad de 10 nudos en un rumbo de K = 170º. Se indican horizontalmente el tiempo de medida y verticalmente el respectivo error para el rumbo en el diagrama superior, para la distancia en el diagrama central y para la velocidad en el diagrama inferior. Se ve que el rumbo comienza a converger después de 10 minutos y al cabo de aproximadamente 20 minutos el error de rumbo es \DeltaK < \pm 5º, mientras que en el procedimiento convencional este valor se consigue únicamente después de 30 minutos. La estimación de la distancia muestra ya al cabo de 12 minutos un error que es más pequeño que un 10% y que al cabo de 16 minutos es más pequeño que un 5%. La estimación de velocidad comienza a converger después de 11 minutos. Después de 20 minutos, la estimación presenta un error de \DeltaV = \pm 1,5 m/s. La estimación de datos del objetivo se efectuó sin análisis de frecuencia ni determinación de una frecuencia de recepción, de modo que no se emplean valores límite para la frecuencia de emisión.

La figura 9 muestra los errores en función del tiempo para un objetivo que se encuentra al comienzo de las mediciones bajo B_{prim} = 0º y a una distancia inicial de 20 km. El objetivo se desplaza con una velocidad de 10 nudos sobre un rumbo de 180º. El error de rumbo es ya al cabo de 11 minutos más pequeño que 5º y el error de distancia está situado al cabo de 11 minutos por debajo de un 10% y al cabo de 16 minutos por debajo de un 5%. La estimación de la velocidad comienza ya a converger al cabo de 7 minutos. Después de 20 minutos, el error es más pequeño que 1 m/s.

Si se comparan estos resultados con una estimación de los datos del objetivo sin valores límite, se comprueba que los tiempos de convergencia son sensiblemente más cortos y todavía descienden aun cuando se emplee el desplazamiento Doppler de una frecuencia de emisión prefijada dentro de límites por comparación con una frecuencia de recepción medida para minimizar la diferencia de ángulos de marcación y de frecuencia según el algoritmo de mínimos cuadrados.

Claims

1. Procedimiento para la determinación pasiva de datos de un objetivo por recepción selectiva en dirección de ondas sonoras que son irradiadas o emitidas por el objetivo, con una disposición de transductores electroacústicos de una instalación de recepción sobre un vehículo portador, a partir de ángulos de marcación estimados, que se obtienen a partir de posiciones estimadas del objetivo, y de ángulos de marcación medidos, minimizándose iterativamente la diferencia entre ángulos de marcación medidos y estimados, caracterizado porque se prefijan valores límite para la distancia y/o el rumbo y/o la velocidad del objetivo a fin de obtener condiciones marginales, y porque se determinan con las condiciones marginales sobre un haz de marcación bajo un ángulo de marcación medido componentes de posición y componentes de velocidad para estimar la posición del objetivo y se emplean estas componentes para minimizar la diferencia de ángulos de marcación en un procedimiento de cálculo iterativo no recursivo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los valores límite para el rumbo se eligen más pequeños o iguales que el ángulo recto a la derecha y a la izquierda con respecto al haz de marcación del ángulo de marcación medido.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque se determinan la variación temporal de ángulos de marcación medidos y la dirección de variación, porque se fijan en dirección de variación uno de los valores límite del rumbo por medio del haz de marcación medido y el otro valor límite por medio de un ángulo recto y porque, en caso de una dirección de variación negativa, el rumbo está a la izquierda del haz de marcación, mientras que, en caso de una dirección de variación positiva, dicho rumbo está a la derecha de dicho haz.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se prefijan sobre el primer haz de marcación del primer ángulo de marcación medido al menos una distancia mínima como un valor límite para la distancia y un rumbo de aproximación perpendicular al primer haz de marcación como un valor límite del rumbo, porque se mide después de un intervalo de tiempo un último ángulo de marcación, y porque, teniendo en cuenta el intervalo de tiempo, se ajusta el valor límite superior de la distancia y/o de la velocidad por medio de la vertical sobre el último haz de marcación.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se prefijan sobre el primer haz de marcación del primer ángulo de marcación medido al menos una distancia máxima como un valor límite para la distancia y un rumbo de aproximación perpendicular al primer haz de marcación como un ángulo límite del rumbo, porque se mide un último ángulo de marcación después de un intervalo de tiempo y porque, teniendo en cuenta el intervalo de tiempo, se ajustan el valor límite inferior de la distancia y/o de la velocidad por medio de la vertical sobre el último haz de marcación y el trayecto hasta el punto de intersección con el primer haz de marcación.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque, teniendo en cuenta el intervalo de tiempo, se registra sobre el primer haz de marcación, desde el valor límite inferior de la distancia, un tramo de recorrido que corresponde al valor límite superior de la velocidad y porque el punto de intersección con el último haz de marcación proporciona el segundo valor límite para el rumbo de un objetivo que se está aproximando.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque, para determinar las condiciones marginales para las componentes de posición, se descomponen los valores límite para la distancia en componentes de posición ortogonales y se descomponen los valores límite para la velocidad para todos los ángulos de rumbo dentro de los valores límite para el rumbo en componente de velocidad x-y ortogonales en un sistema de coordenadas cartesianas, y porque se determinan las componentes de velocidad x mínima y máxima y las componentes de velocidad y mínima y máxima que forman las condiciones marginales de las componentes de velocidad para la estimación de la posición del objetivo y de su velocidad dentro de los valores límite para la distancia.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las componentes de velocidad x mínima y máxima y las componentes de velocidad y mínima y máxima abarcan un sector límite, porque a partir de la componente de velocidad x máxima y la componente de velocidad y máxima se obtiene un valor límite eficaz superior y a partir de la componente de velocidad x mínima y la componente de velocidad y mínima se obtiene un valor límite eficaz inferior para la velocidad, y porque a partir de los valores de esquina del sector límite se determina un valor límite eficaz superior para el rumbo que se toma como base para la estimación de la posición del objetivo y de su velocidad.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque a partir de los valores límite para la velocidad y el rumbo se determinan componentes de velocidad ortogonales y, según la dirección, el máximo y el mínimo de estas componentes de velocidad, que, teniendo en cuenta el intervalo de tiempo, se convierten en componentes de recorrido, porque se añaden los mínimos y máximos de las componentes de recorrido a todas las componentes de posición entre los valores límite superior e inferior de la distancia, porque con estas componentes suma se estiman posiciones y se obtienen ángulos de marcación estimados correspondientes, y porque se minimiza iterativamente la diferencia de ángulos de marcación o la diferencia de ángulos de marcación elevada al cuadrado entre ángulos de marcación estimados y medidos, proporcionando la posición estimada al alcanzar el mínimo la distancia sobre el haz de marcación perteneciente al último ángulo de marcación medido, así como el rumbo y la velocidad del objetivo.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque el sistema de coordenadas cartesianas se gira en un ángulo de giro de optimización prefijable con respecto al sistema de referencia para la marcación y porque se prefija el ángulo de giro de optimización en función de la diferencia de los ángulos de rumbo máximo y mínimo determinados por los valores límite del rumbo.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque para un rumbo de aproximación prefijado, cuyos valores límite encierran una diferencia de ángulos de rumbo de menos de 90º, el ángulo de giro de optimización es igual a la diferencia de 90º menos el ángulo de rumbo mínimo.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque para un rumbo de aproximación prefijado, cuyos valores límite presentan una diferencia de ángulos de rumbo de al menos 90º y a lo sumo 180º, el ángulo de giro de optimización es igual a la diferencia de 180º menos la mitad de la suma de los ángulos de rumbo.

13. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2 y 10, caracterizado porque para un rumbo cuyos valores límite confinan una diferencia de ángulos de rumbo de más de 180º, el ángulo de giro de optimización es igual al ángulo de marcación negativo medido.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que se someten las ondas sonoras recibidas bajo el ángulo de marcación a un análisis de frecuencia y se determina como frecuencia de recepción la frecuencia de al menos una línea espectral, se obtiene una diferencia entre la frecuencia de recepción y una frecuencia Doppler estimada, se determina la frecuencia Doppler estimada a partir de una frecuencia de emisión estimada irradiada por el objetivo y un desplazamiento Doppler derivado de posiciones estimadas del objetivo que se aprovechan para obtener el ángulo de marcación estimado, y se determinan también sus variaciones temporales en la dirección de marcación, caracterizado porque se obtienen valores límite de la frecuencia de emisión estimada a partir de la frecuencia de recepción medida y de desplazamientos Doppler medidos para los valores límite prefijados de la velocidad, porque se determinan con los valores límite de la frecuencia de emisión estimada unos valores límite de la frecuencia Doppler estimada que, restados de la frecuencia de recepción medida, proporcionan una frecuencia diferencia, y porque se determina iterativamente el mínimo de la suma de la diferencia de ángulos de marcación y la diferencia de frecuencia o de sus valores diferencia elevados al cuadrado, proporcionando la posición estimada al alcanzar el mínimo los datos del objetivo.

15. Procedimiento según una o más de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque a partir de las condiciones marginales tomadas como base para el mínimo de la diferencia de ángulos de marcación se determinan la velocidad y el rumbo del objetivo para todas las mediciones de ángulos de marcación y se comparan dicha velocidad y dicho rumbo entre ellos, y porque, en caso de igualdad en varias mediciones de ángulos de marcación, convergen la determinación de la velocidad y la determinación del rumbo y la posición determinada a partir de éstos sobre el primer haz de marcación es la posición de partida verdadera del objetivo.