ES2298266T3 - Modelado adaptativo de ruido de superficie durante medidas de distancias remotas. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para navegar una embarcación por medio de medición remota de distancias, que comprende las etapas de: medir una distancia entre la embarcación y una superficie sobre la cual se mueve la embarcación, registrar un movimiento relativo de la embarcación, recuperar información topográfica referida a la distancias vertical entre la superficie y el nivel medio del mar en ciertas posiciones geográficas, y combinar la distancias y el movimiento relativo con la información topográfica para determinar una posición geográfica, que se caracteriza porque la medición remota de distancias utiliza un modelo de ruido de medición, el cual, para cada posición geográfica, designa una estimación de la inclinación de la superficie que produce el ruido de medición cuando se ejecuta una medición de distancias

Description

Modelado adaptativo de ruido de superficie durante medidas de distancias remotas.

Antecedentes de la invención y técnica anterior

La presente invención se refiere, en general, a navegar aeronaves por medio de medición remota de distancias, en las que el ruido generado por la superficie es modelizado adaptativamente. Más en particular, la invención se refiere a un procedimiento y a un aparato de acuerdo con los preámbulos de la reivindicación 1 y de la reivindicación 10, respectivamente. La invención también se refiere a un programa de ordenador para ejecutar el procedimiento de acuerdo
con la reivindicación 1, y a un medio legible por ordenador que tiene un programa de este tipo grabado en el mismo.

Es conocido generalmente utilizar la tecnología de radar para determinar la distancia y el rumbo a los objetos (radar = detección y alcance por radio). También es posible determinar las relaciones de velocidad radial entre el radar y los objetos registrados efectuando una detección doppler.

El documento de patente británica GB A 2315941 describe un altímetro de radar para una aeronave que hace posible la detección de los objetos más elevados en el terreno, tales como edificios y árboles y la superficie real del terreno.

El documento de patente norteamericana US A 5892462 muestra un procedimiento para la evitación adaptativa de la colisión en vuelo contra objetos que se encuentran situados sobre el terreno. Una ruta aérea deseada es cotejada con una base de datos con el fin de determinar si la ruta incluye un riesgo de colisión con respecto a los objetos en el terreno. Si se considera necesario, se calcula y se presenta una ruta alternativa, lo cual evita el riesgo de colisionar con objetos situados en el terreno.

El artículo "Saab NINS - Un Sistema de Navegación Automatizado" por P. Bergljung et al, 1 de noviembre de 1999, No. A, Saab Dynamics AB, describe cómo se puede navegar una aeronave sobre la base de la apariencia de la superficie sobre la cual se mueve la aeronave. Un altímetro de radar en la aeronave envía señales hacia la superficie y determina la altitud sobre la superficie analizando las señales que están siendo reflejadas por la superficie. La información en la base de datos referente a la elevación de la superficie en el área en la cual se encuentra situada la aeronave se compara con la elevación de la superficie medida en último lugar. De esta manera se pueden extraer conclusiones respecto a la posición de la aeronave.

Una denominada envuelta de medición representa un volumen de incertidumbre con un grosor predeterminado, en el interior de la cual se estima que está situada la aeronave. Repitiendo las mediciones y actualizando la envuelta de medición, se puede limitar sucesivamente la envuelta de medición y las posiciones de las aeronaves pueden ser determinadas con una precisión más elevada. Un denominado filtro de navegación por referencia al terreno, que utiliza un altímetro de radar y que ha sido propuesto por el solicitante, supone que ciertas características del ruido están asociadas a la medición del radar. De esta manera, se supone que el ruido es debido al hecho de que la medición ocasionalmente no es ejecutada con respecto a la superficie de terreno real, sino con respecto a objetos que están situados sobre la superficie, tales como árboles, postes y mástiles. Con el fin de hacer independiente el filtro de navegación por referencia al terreno de tales ruidos, se selecciona la envuelta de medición con un grosor tal que se puede
decir que la aeronave ciertamente está situada en el interior de la envuelta de medición con independencia del ruido.

La medición por radar de la altitud también es susceptible al ruido variable debido a la capacidad variable de la superficie de reflejar las señales de radar. Las señales de radar son reflejadas y atenuadas con el grado máximo dependiendo del material y de la apariencia de la superficie. Además, la estructura de la superficie y su posible cubierta de vegetación influye en la manera con la que se generan los ecos del radar.

Por razones de precisión, naturalmente es deseable minimizar el área de incertidumbre cuando se determina la posición de una aeronave. De esta manera, la envuelta de medición debería hacerse lo más limitada posible. Sin embargo, si el grosor de la envuelta de medición se encuentra por debajo de la altura de los objetos que están situados sobre la superficie, existe el riesgo de que el filtro de navegación por referencia al terreno diverja, es decir, genere información de posición crecientemente errónea.

Las soluciones todavía conocidas modelizan el ruido de medición, que depende de las características de la superficie, de acuerdo con la presunción de que el ruido tiene una distribución estática. Tal modelización no puede tomar en cuenta las distintas características diferentes de las superficies en lo que se refiere a reflejar las señales de radar. Por el contrario, uno y el mismo modelo debe poder describir todas los posibles tipos de superficie simultáneamente. Esto hace que la eficiencia del filtro de navegación por referencia al terreno sea inferior a la óptima, en particular cuando la embarcación opera sobre una superficie que genera una cantidad de ruido relativamente pequeña.

Sumario de la invención

El objetivo de la presente invención es mitigar los problemas anteriores y mejorar de esta manera la precisión así como la robustez de las soluciones conocidas per se anteriormente, para la navegación por el terreno en base a la medición remota de distancias.

De acuerdo con un aspecto de la invención, el objetivo se consigue por un procedimiento para navegar una embarcación por medio de medición remota de distancias, como se ha descrito inicialmente, en el que se utiliza un modelo de ruido de medición que, para las posiciones geográficas particulares, indica la inclinación de la superficie que produce el ruido de medición cuando se ejecuta una medición de distancias.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, el objetivo se consigue por un programa de ordenador que se puede cargar directamente en la memoria interna de un ordenador, que comprende programas lógicos para ejecutar los pasos de cualquiera de los procedimientos descritos en el párrafo anterior, cuando el citado programa es ejecutado por un ordenador.

De acuerdo con todavía otro aspecto de la invención, el objetivo se consigue por un medio legible por ordenador, que tiene un programa grabado en el mismo, en el que el programa es para hacer que el ordenador ejecute el procedimiento propuesto en el penúltimo párrafo anterior.

De acuerdo con todavía otro aspecto de la invención, el objetivo se consigue por medio de un aparato para navegar una embarcación como se ha descrito inicialmente, en el que la base de datos almacena un modelo de ruido de medición, en el que en cada posición geográfica, indica una estimación de la inclinación de la superficie para producir el ruido de medición cuando ejecuta la medición de distancias con respecto a la superficie. A continuación, una unidad de control en el aparato utiliza el modelo de ruido de medición cuando calcula la posición geográfica de la embarcación.

La solución propuesta mejora la precisión así como la fiabilidad durante la determinación de la posición por medio de la medición remota de distancias. Esto, a su vez, hace que la seguridad del tráfico se pueda mejorar en cualquier clase de tráfico de embarcaciones cuando se utiliza dicho posicionamiento, tal como en la navegación de aeronaves y en la navegación marítima, así como por debajo de la superficie del agua.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se explicará ahora con más precisión por medio de realizaciones preferentes, que se muestran como ejemplos, y con referencia a los dibujos adjuntos.

La figura 1 ilustra cómo una aeronave equipada con un aparato de acuerdo con la invención pasa sobre un segmento de terreno, con lo cual se efectúa una primera etapa de un procedimiento conocido per se para determinar la posición geográfica de la embarcación,

la figura 2 muestra una etapa posterior del procedimiento para determinar la posición geográfica de la embarcación,

la figura 3 muestra todavía una etapa posterior el procedimiento de acuerdo con la figura 1,

las figuras 4a-c ilustran un procedimiento para modelizar el ruido de superficie durante la medición remota de distancias, de acuerdo con una primera realización de la invención,

la figura 5 ilustra el procedimiento de acuerdo con la primera realización de la invención, que está descrito con referencia a las figuras 4a-c,

la figura 6 ilustra un procedimiento para modelizar el ruido de superficie durante la medición remota de distancias, de acuerdo con una segunda realización de la invención,

la figura 7 ilustra por medio de un diagrama de flujos, el procedimiento general de acuerdo con la invención, que preferiblemente está controlado por un programa de ordenador, y

la figura 8 ilustra una realización de un aparato de acuerdo con la invención.

Descripción de realizaciones preferentes de la invención

La figura 1 muestra una aeronave 100 que está equipada con un aparato de acuerdo con la invención. La aeronave 100 pasa sobre un segmento de terreno en el que el aparato propuesto es activado y se promueve un procedimiento para determinar la posición de la aeronave 100. Inicialmente, se supone un conjunto set_{i} de envuelta de medición, que tiene un tamaño máximo y típicamente es un volumen cilíndrico que tiene varios kilómetros de anchura y cuya altura es arbitraria, en cuyo interior se presume que se encuentra situada la aeronave 100.

La figura 2 ilustra cómo el aparato en la aeronave 100, en una etapa posterior del procedimiento para determinar la posición de la aeronave 100, ejecuta una medición por radar de la altitud, por medio de lo cual la distancia en altura de la aeronave por encima de la superficie es determinada. El aparato incluye un radar cuyas antenas transmisora y receptora tienen ángulos lobulares relativamente grandes (por ejemplo, 40º - 60º). Sin embargo, en la figura, por razones de claridad, se muestra un ángulo lobular sustancialmente menor. La antena transmisora transmite una señal de radar y la antena receptora, que puede ser idéntica a la antena transmisora, recibe una señal reflejada. La diferencia de tiempo entre la señal transmitida y la señal recibida constituye una medida de la distancia h_{gnd}(i) entre la aeronave 100 y el objeto que refleja la señal transmitida, puesto que se supone que la señal de radar se propaga a una velocidad constante y conocida, esto es, a la velocidad de la luz. De acuerdo con la suposición básica, es el terreno situado debajo de la aeronave 100 lo que ha reflejado la señal transmitida. De esta manera, se supone que la aeronave 100 se encuentre situada a una distancias h_{gnd}(i) por encima del terreno.

Por medio de la medición por radar de la altitud, el conjunto set_{i} de la envuelta de medición puede ser reducido en altura a un grosor en particular. Este grosor está estipulado por una incertidumbre estimada de la altura en la medición por radar de la altitud. La altura de cualesquiera objetos situados sobre la superficie (en este caso la superficie del agua) establece un límite con respecto al grosor del conjunto set_{i} de la envuelta de medición. De esta manera, la precisión de la medición por radar de la altitud es determinada por la modelización de la capacidad de la superficie de reflejar las señales de radar. De acuerdo con soluciones conocidas anteriores, el límite inferior del grosor del conjunto set_{i} de la envuelta de medición se hace igual a la altura de los objetos más altos esperados en el terreno. Una disminución del grosor del conjunto set_{i} de la envuelta de medición por debajo de este límite pone en peligro la robustez de los procedimientos de medición, y eventualmente reduce la precisión en la determinación de la posición.

La figura 3 muestra una etapa todavía posterior del procedimiento para determinar la posición de la aeronave 100, cuando se ejecuta otra medición por radar de la altitud. El conjunto set_{i} de la envuelta de medición reducida en altura se expande en alguna extensión con el fin de tomar en consideración la incertidumbre de la posición que está siendo introducida debido al movimiento de la aeronave 100. Además, el conjunto set_{i} de la envuelta de medición se ha desplazado una distancia que se corresponde al movimiento estimado de la aeronave 100 desde la medición por radar previa de la altitud. Unos sensores en la aeronave 100, por ejemplo en forma de giroscopios inerciales, acelerómetros y medidores de presión pueden ser utilizados para registrar un movimiento de este tipo. La invención propone que el grosor de la envuelta de medición sea determinado adaptativamente de acuerdo con un procedimiento, que será descrito con mayor detalle con referencia las figuras 4-7, y con un aparato que se ilustra en la figura 8.

La medición por radar renovada de la altitud proporciona un valor actualizado de la estimación de la distancias h_{gnd}(i+1) al terreno. Se supone un nuevo conjunto set_{i+1} de la envuelta de medición sobre la base de esta estimación. Cuando se determina la posición de la aeronave 100 se realiza la suposición de que, por un lado, (a) la aeronave está situada en el interior del conjunto set_{i} de la envuelta de medición desplazada y expandida y por otro lado (b) que la aeronave está situada en el interior de un nuevo conjunto set_{i+1} de la envuelta de medición que se obtuvo por medio de la última medición de altitud por radar. De esta manera, se presupone que la aeronave 100 está situada en el interior de un volumen de corte set_{i+1} que se superpone al conjunto set_{i} de la envuelta de medición desplazada y expandida, así como al último conjunto set_{i+1} de la envuelta de medición. De esta manera, la posición de la aeronave 100 se puede estimar con una precisión que se corresponde al volumen de corte set_{i | i+1}.

Una determinación adicional de la posición refinada de la aeronave 100 se puede obtener por medio de mediciones repetidas del movimiento de la aeronave, mediciones por radar repetidas de la altitud y comparaciones con la información registrada referida a la elevación h_{top} del terreno sobre el nivel medio del mar en las posiciones geográficas particulares. Además, se puede adquirir una estimación de la elevación h_{msi} del la aeronave 100 sobre el nivel medio 300 del mar de acuerdo con la relación h_{msi} = h_{top} + h_{gnd}(i+1).

Típicamente, la elevación h_{top} real del terreno sobre el nivel medio del mar se supone que está registrada en ciertas posiciones geográficas en un patrón de cuadros ortogonales con unas distancias de 50 m en cada dirección entre dos puntos coordenados vecinos. Esta información se almacena en una base de datos en la aeronave 100. Una estimación de la elevación del terreno entre las posiciones almacenadas se calcula preferiblemente por medio de una interpolación bilineal.

Se ha mostrado que la desviación \Delta, con respecto tanto a la magnitud como al signo, entre los valores reales de la elevación del terreno sobre el nivel medio del mar y los valores medidos, varía sustancialmente dependiendo del tipo de lecho del terreno de un segmento de terreno en particular. La figura 4 muestra un diagrama 401 respecto a la desviación \Delta entre los valores de la elevación real y los valores de la elevación medida cuando el lecho del terreno es una "superficie de agua", tal como el mar abierto, un lago o una vía acuática grande. El eje X indica la magnitud de la desviación \Delta y el eje Y refleja, en principio, el número de desviaciones registradas de una magnitud en particular. Sin embargo, el número de desviaciones registradas aquí ha sido estandarizado, de manera que se obtenga un histograma que indica una probabilidad estimada P(X, Y) para una desviación dada cuando se ejecuta una medición por radar de la altitud en una posición X, Y, en la que el lecho del terreno es una "superficie de agua". Como se puede ver, la desviación \Delta siempre es relativamente pequeña para este tipo de lechos de terreno. Naturalmente, esto se puede explicar porque la distancia entre la base y la cresta de las olas es comparativamente pequeña, incluso cuando hay un mar agitado.

La figura 4b muestra un diagrama 402 de la desviación \Delta entre los valores de elevación real y medido cuando el lecho del terreno es "terreno abierto", tal como tierra cultivada, prados y otros tipos de terreno con una vegetación baja y relativamente uniforme. También aquí la probabilidad estimada P(X, Y) para una desviación particular \Delta cuando se ejecuta una medición por radar de la altitud en una posición X, Y está representada en forma de un histograma. De manera similar con una "superficie de agua", el tipo de lecho de terreno "terreno abierto" muestra una variación relativamente pequeña de la desviación \Delta debido al ruido de la superficie.

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Sin embargo, el "terreno boscoso", es decir, terreno cubierto por una vegetación alta y principalmente no homogénea, incluyendo árboles y matorrales, muestra una variación relativamente grande en la desviación \Delta entre los valores de elevación real y medida. Esto se ilustra en la figura 4c por medio de un diagrama 403. De nuevo, un histograma representa una probabilidad estimada de P(X, Y) para una desviación particular \Delta cuando se ejecuta una medición por radar de la altitud en una posición X, Y. A lo largo del eje X, se indica la magnitud de la desviación \Delta, la cual por supuesto puede asumir unos valores positivos relativamente grandes (como, por ejemplo, cuando se mide con referencia a las copas de los árboles) así como unos valores negativos relativamente grandes (cuando se mide en hoyos u otras depresiones) que no están registradas en la base de datos ni puede ser modelizadas de manera adecuada por medio de interpolación entre puntos de coordenadas registrados.

Se ha indicado la probabilidad más baja P_{min} en todo los diagramas 4a, 4b y 4c, que indica un valor por debajo del cual la probabilidad de una desviación \Delta en condiciones prácticas se puede aproximar a cero, es decir, se corresponde a una desviación máxima superior \Delta_{u} y una desviación máxima inferior \Delta_{d} respectivamente. De manera teórica, sin embargo, no hay problema para definir la función de probabilidad P(X, Y) para desviaciones arbitrariamente
grandes \Delta.

Sin duda es posible modelizar el ruido de la medición que está causado cuando se ejecutan unas mediciones por radar de la altitud con varios tipos de lechos de terreno, además de aquellos que se han mencionado más arriba. En principio, no hay limitación respecto al número de tipos de lechos de terreno modelizados. Sin embargo, en la práctica, a menudo es apropiado definir un modelo para "otro terreno", que se adjudica a todos los segmentos de terreno que no se pueden disponer en ninguna de las otras categorías (en este ejemplo, "superficie de agua", "terreno abierto", o "terreno boscoso"). La función de probabilidad de "otro terreno" debería tener una distribución entre una desviación máxima superior \Delta_{u} y una desviación máxima inferior \Delta_{d}, cuyo valor medio se mantiene por encima de cero. La diferencia entre la desviación máxima superior \Delta_{u} y la desviación máxima inferior \Delta_{d}, podía establecerse en un valor que está adaptado a los valores correspondientes para otros tipos de lechos de terreno utilizados. En el ejemplo que se ha descrito más arriba, podría ser apropiado asumir una diferencia entre \Delta_{u} y \Delta_{d} de "otro terreno" que fuese mayor que la diferencia correspondiente de "terreno abierto", pero menor que la diferencia correspondiente de "terreno boscoso".

Cuando se ejecutan mediciones remotas de distancias desde otros tipos de embarcaciones distintas de las aeronaves, tales como submarinos, por supuesto se debe utilizar un conjunto completamente diferente de tipo de lecho de terreno/superficie, los cuales se modelizan por medio de distribuciones de probabilidad diferentes. Sin embargo, el principio es el mismo con independencia del tipo de medición remota de distancias, tipo de embarcación, medio de transporte o tipo de lecho de terreno/superficie.

La figura 5 muestra, a título de un ejemplo práctico, como se realiza el procedimiento propuesto para la modelización del ruido de superficie de acuerdo con la realización de la invención, que ha sido descrita con referencia a las figuras 4a-c más arriba. La figura muestra un segmento de terreno que comprende tres tipos diferentes de lecho de terreno A, B y C que representan una bahía, un campo abierto y una parcela de terreno boscoso, respectivamente. Se supone que la influencia de estos tipos diferentes de superficies sobre las mediciones por radar de la altitud pueden ser descritas por medio de tres modelos de ruido de medición diferentes, incluyendo cada uno de ellos al menos un parámetro característico, es decir, N_{gnd}(A), N_{gnd}(B) y N_{gnd}(C), respectivamente. A una primera área A_{xy} definida por ciertas coordenadas geográficas, que se corresponde aproximadamente a la extensión de la bahía, se le adjudica un primer modelo de ruido de superficie N_{gnd}(A) que refleja un ruido de medición típico para una "superficie de agua". De igual manera, a una segunda área B_{xy} definida por coordenadas, que se corresponde aproximadamente a la extensión del campo abierto, se le adjudica un modelo de ruido de medición N_{gnd}(B) que refleja un ruido de medición típico de "terreno abierto", y respectivamente, a una tercera área C_{xy} definida por coordenadas, que se corresponde aproximadamente a la extensión de la parcela de terreno boscoso se le adjudica un modelo de ruido de medición N_{gnd}(C) que refleja un ruido de medición típico de "terreno boscoso". En cada uno de los conjuntos set_{i} y set_{i+1} de la envuelta de medición respectivamente, el volumen de corte set_{i \ | \ i+1} que se ha discutido con referencia las figuras 1-3 de esta manera puede incluir un número arbitrario de modelos de ruido de medición diferentes para modelizar el ruido de medición en el interior de áreas geográficas cubiertas por las envueltas.

Con el fin de explicar adicionalmente el procedimiento de acuerdo con esta realización de la invención, se muestra un límite superior S_{u} de la envuelta de medición y un límite inferior S_{d} de la envuelta de medición, que son aplicados cuando se ejecuta una medición por radar de la altitud desde una aeronave 500, con lo cual se obtiene la distancia medida por radar h_{gnd} al terreno. La distancia por radar h_{gnd} representa la altura preliminar h_{o} a la cual se supone que se encuentra situada inicialmente la aeronave 500. La altura preliminar se corresponde a una desviación \Delta igual a cero en el diagrama 4a-c, mientras que el límite superior S_{u} de la envuelta de medición y el límite inferior S_{d} de la envuelta de medición están dados por la desviación superior máxima \Delta_{u} y por la desviación inferior máxima \Delta_{d}, respectivamente. Como se ha mencionado más arriba, estas dos últimas se pueden establecer en valores infinitos. Sin embargo, en la práctica normalmente es razonable adjudicar a estos parámetros valores sustancialmente más bajos. Sin embargo, la función de probabilidad entre el límite superior S_{u} de la envuelta de medición y un límite inferior S_{d} de la envuelta de medición siempre está descrita por la forma del diagrama respectivo 401, 402 y 403. En ciertos casos puede ser suficiente aproximar la función de probabilidad a una distribución rectangular entre los límites superior S_{u} e inferior S_{d} de la envuelta de medición. La figura 5 muestra esquemáticamente como el ruido/incertidumbre en la medición por radar de la altitud producido por la superficie varía dependiendo del tipo de superficie, de acuerdo con la invención.

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Si por el contrario se ha utilizado un modelo estático cuando se estima el ruido de la superficie, la distancias entre el límite superior S_{u} de la envuelta de medición y un límite inferior S_{d} de la envuelta de medición debería haber sido constante en todo el segmento de terreno.

La figura 6 ilustra un procedimiento para modelizar el ruido de superficie que se produce cuando se ejecuta una medición por radar de la altitud de acuerdo con una segunda realización de la invención. Aquí se supone que una aeronave 610 está situada a una altura h_{o} en una primera posición X_{1}, Y_{1} a alguna distancias de un mástil 620 en una segunda posición X_{2}, Y_{2}. Puesto que el radar utilizado para conseguir la medición por radar de la altitud tiene un ángulo lobular relativamente grande, también los objetos que no están situados directamente por debajo del radar presentan el riesgo de generar unos reflejos (o ecos) de radar tan fuertes que se interpreten como reflejos del terreno. El grado de influencia de este efecto, por supuesto, depende de la distancia al objetivo y sus características, por ejemplo su forma, estructura superficial y material. Las construcciones metálicas, tales como los mástiles de celosías y postes de iluminación, generalmente generan ecos más fuerte que los objetos de materiales con una reflectividad inferior, tales como madera o piedra. La figura demuestra como una función de probabilidad modeliza el mástil conocido 620 y por lo tanto la altura desplaza un límite superior S_{u} de la envuelta de medición y un límite inferior S_{d} de la envuelta de medición en un grado relevante para las coordenadas geográficas en la proximidad al mástil 620. En la práctica, este desplazamiento de los límites de medición de la envuelta incluye una compensación de altura con respecto a la influencia esperada del mástil 620 en las señales de radar que se envían relacionadas con las mediciones por radar de la altitud en la proximidad del mástil 620. La compensación es la máxima inmediatamente encima del mástil 620, es decir, en la segunda posición geográfica X_{2}, Y_{2}. A continuación, la magnitud de la compensación disminuye de acuerdo con una relación especificada que depende de la distancia al mástil 620.

La figura 7 incluye un diagrama de flujo que ilustra el procedimiento general de acuerdo con la invención que está siendo aplicado cuando una embarcación navega con la ayuda de medición remota de distancias con respecto a una superficie. Una primera etapa 700 supone una envuelta de medición de un tamaño máximo, como en la primera etapa del procedimiento que se ha descrito con referencia a la figura 1 anteriormente. Una siguiente etapa 710 modeliza el ruido que se espera que produzca la superficie cuando se ejecuta una medición remota de la distancia con respecto a la superficie en cuestión. A continuación, una etapa 720 ejecuta una medición remota de la distancia con lo cual se obtiene una distancia entre la embarcación y la superficie. Una etapa subsiguiente 730 actualiza el tiempo de la envuelta de medición con respecto al movimiento de la embarcación, es decir, expande la envuelta. Una siguiente etapa 740 también actualiza el modelo para el ruido de la superficie debido a que la superficie que se encuentra situada por debajo de la embarcación puede ser ahora de un tipo diferente que cuando se ejecutó la medición remota previa de la distancia. Una siguiente etapa 750 ejecuta una medición remota renovada de la distancia y la envuelta de medición puede reducirse de acuerdo con el procedimiento que se ha descrito con referencia a la figura 3 anterior. A continuación, una etapa 760 investiga si la envuelta de medición ha sido reducida a un volumen vacío, es decir, si hay un solapamiento entre la envuelta previa de medición y la envuelta última de medición. Siempre que estas envueltas se superpongan, se puede determinar la posición con una precisión incrementada y el procedimiento retorna a la etapa 730 para una actualización temporal. En otro caso, el procedimiento retorna a la primera etapa 700, en la que de nuevo se supone una envuelta de medición de tamaño máximo.

Las etapas de procedimiento que se han descrito más arriba preferiblemente están controladas por un ordenador y de esta manera se pueden realizar en un código de programa lógico. Naturalmente, un código de este tipo se puede almacenar en un medio arbitrario legible por ordenador, se puede transferir por cualquier tipo de medio de transmisión y formato y se puede almacenar en la memoria primaria de un ordenador general.

La figura 8 ilustra esquemáticamente una realización de un aparato de acuerdo con la invención. El aparato comprende un medidor remoto de distancias 810, que típicamente constituye un radar, pero que de igual manera puede ser un medidor de distancias por láser o un medidor de distancias acústico, tal como un sonar. El medidor remoto de distancias 810 a su vez incluye al menos un medio 811 para la transmisión y recepción de las señales de medición. De esta manera, el al menos un medio 811 es una antena de radar, un láser y un sensor o sensores correspondientes de sonar. De acuerdo con una realización preferente de la invención, el medidor remoto de distancias 810 está equipado con dos medios separados 811 para la transmisión y recepción respectivas de las señales. El medidor remoto de distancias 810 suministra valores de distancias medidas h_{gnd} entre la embarcación y la superficie sobre la cual se desplaza, a una unidad de control 840. La unidad de control 840 también recibe señales \Deltah_{msl}, \DeltaX y \DeltaX de un medidor de movimiento 820, que representan las estimaciones del movimiento de la embarcación en el espacio.

En aquellos casos en los que la embarcación se desplaza por encima del nivel del mar, el medidor de movimiento 820 normalmente incluye un sensor barométrico, giroscopios inerciales, acelerómetros y/o un receptor GPS (GPS = Sistema de Localización Global). Cuando navega bajo el agua, el medidor de movimiento 820, por el contrario, incluye preferiblemente un medidor de presión diseñado para medir la presión del agua que rodea la embarcación, además de, por ejemplo, giroscopios inerciales y acelerómetros. Cuando se navega una embarcación a nivel del mar (es decir, típicamente una embarcación de superficie) normalmente es suficiente que el medidor de movimiento 820 incluya sensores para registrar movimientos horizontales, es decir, por ejemplo, giroscopios inerciales de dos dimensiones y acelerómetros. Además de la distancias medida h_{gnd} y las señales \Deltah_{msl}, \DeltaX y \DeltaY del medidor de movimiento 820, la unidad de control 840 recupera datos topográficos h_{top} (X, Y) y modelos de medición N_{gnd}(X, Y) para posiciones geográficas relevantes de una base de datos 830.

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Sobre la base de las señales \Deltah_{msl}, \DeltaX y \DeltaY, h_{gnd}, los datos topográficos h_{top} (X, Y) y los modelos de medición N_{gnd}(X, Y) del medidor de movimiento 820, el medidor de distancia remota 810 y la base de datos 830, respectivamente, a continuación la unidad de control 840 calcula la posición de la embarcación de acuerdo con el procedimiento propuesto.

Naturalmente, la presente invención no excluye que se utilicen parámetros adicionales al modelo de medición sugerido con el fin de describir los errores de medición que se espera que se produzcan durante las mediciones remotas de distancias. En particular, no se excluye que la invención se pueda combinar con una solución en la que se utiliza un parámetro de corrección de mediciones para modelizar las condiciones de medición en posiciones geográficas y alturas diferentes con respecto a la inclinación de un medidor remoto de distancias montado en una embarcación respecto a la medición de la distancias más corta entre la embarcación y la superficie sobre la cual se mueve la embarcación en un ángulo indeseado hacia la superficie.

Claims (13)

1. Un procedimiento para navegar una embarcación por medio de medición remota de distancias, que comprende las etapas de:

medir una distancia entre la embarcación y una superficie sobre la cual se mueve la embarcación,

registrar un movimiento relativo de la embarcación,

recuperar información topográfica referida a la distancias vertical entre la superficie y el nivel medio del mar en ciertas posiciones geográficas, y

combinar la distancias y el movimiento relativo con la información topográfica para determinar una posición geográfica, que se caracteriza porque

la medición remota de distancias utiliza un modelo de ruido de medición, el cual, para cada posición geográfica, designa una estimación de la inclinación de la superficie que produce el ruido de medición cuando se ejecuta una medición de distancias.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el modelo de ruido de medición incluye una función de probabilidad que designa una relación estadística entre una distancia medida y una distancia real correspondiente.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la función de probabilidad modeliza objetos conocidos que están situados sobre la superficie.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la función de probabilidad representa la probabilidad de ocurrencia de un error de medición cuando se ejecuta una medición remota de distancias en una primera posición geográfica debido a un objeto que se encuentra situado en una segunda posición geográfica.

5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la primera posición geográfica es idéntica a la segunda posición geográfica.

6. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-5, en el que la función de probabilidad modela un tipo particular de superficie con una capacidad específica estimada de reflejar las señales que están siendo utilizadas para ejecutar la medición remota de distancias.

7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la función de probabilidad representa la probabilidad de ocurrencia de un error de medición cuando se ejecuta la medición remota de distancias en una posición geográfica dentro de un área geográfica particular, que es debida a un error de medición producido por la superficie que genera una señal reflejada a una distancia diferente de la distancia real entre la embarcación y la superficie.

8. Un programa del ordenador que se puede cargar directamente en la memoria interna de un ordenador, que comprende programas lógicos para ejecutar las etapas de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7 cuando el citado programa funciona en el ordenador.

9. Un medio legible por ordenador, que tiene un programa grabado en el mismo, en el que programa es para hacer que un ordenador ejecute las etapas de cualquiera de las reivindicaciones 1-7.

10. Un aparato para navegar una embarcación por medio de medición remota de distancias, que comprende:

un medidor remoto de distancias que mide una distancias entre la embarcación y una superficie,

un medidor de movimiento que mide un movimiento relativo de la embarcación,

una base de datos que incluye información topográfica referida a la distancia vertical entre la superficie y el nivel medio del mar en unas ciertas posiciones geográficas, y

una unidad de control que calcula la posición geográfica de la embarcación sobre la base de una combinación de la distancias y el movimiento relativo con la información topográfica, que se caracteriza porque la base de datos almacena un modelo de ruido de medición el cual, para cada posición geográfica, designa una estimación de la inclinación de la superficie para producir ruido de medición cuando se ejecuta la medición de distancias, la unidad de control considera el modelo de ruido de medición cuando calcula la posición geográfica de la embarcación.

11. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el modelo de ruido de medición incluye una función de probabilidad que indica una relación estadística entre una distancia medida y una distancia real correspondiente.

12. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de la reivindicaciones 10 u 11, en el que la función de probabilidad modeliza objetos conocidos que están situados sobre la superficie.

13. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la función de probabilidad modeliza un tipo particular de superficie con una capacidad específica estimada de reflejar las señales que está siendo utilizadas para ejecutar la medición remota de distancias.