ES2330470T3 - Procedimiento para la vigilancia del espacio/espacio aereo. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la optimización combinatoria automática de la determinación del objetivo de varios objetos móviles (1, 2, 3) por medio de varios (N) sensores (A, B, C) y sus geometrías (10, 11, 12), caracterizado porque un primer sensor (A) se define como sensor master y se calcula una curva espacial (A1) que se transmite a continuación a la geometría (11) de un sensor (B) definido como sensor slave y se tiene en cuenta en su geometría local (15), después se define otro sensor (C) como slave, en el que se calculan las curvas espaciales (B1-B3) de la correspondencia obtenida en el paso anterior y éstas se transmiten junto con la curva master (A1) a la geometría (12) del nuevo sensor slave (C) y se tiene en cuenta como geometría nueva (16), repitiéndose estos pasos al menos hasta que en un último paso (N1) el último sensor restante (N) se define como slave, el master (A1) y todas las mediciones, asignadas a éste, de los sensores slave (B, C... N-1), existentes hasta ahora, se transmiten a la geometría local del último sensor slave (N) y se comparan con las mediciones.

Description

Procedimiento para la vigilancia del espacio/espacio aéreo.

La invención se refiere a un procedimiento para la asignación de mediciones en 2D de un conjunto de sensores, especialmente para la defensa antiaérea.

Del documento EP0205794A1 se conoce un sistema de exploración panorámica para la vigilancia del espacio/espacio aéreo. Los objetivos reales, que proporciona un equipo localizador de infrarrojos en forma de señales de vídeo durante cada ciclo de búsqueda, se preparan en un dispositivo de preparación de datos y se discriminan y almacenan en un procesador de señales de infrarrojos en correspondencia con sus valores de elevación y valores acimutales. Las coordenadas de elevación, acimut y distancia del objetivo real, determinadas por los equipos, se envían a un dispositivo superior de dirección de fuego.

El documento DE1057788 da a conocer un dispositivo de radiotelemetría para la vigilancia del espacio aéreo. Un radar de impulsos Doppler en 2D se describe en el documento DE3688935T2. El documento DE3926216A1 da a conocer un radar multifunción. Un sistema secundario de radar se da a conocer en el documento DE4109981A1.

El documento DE-PS977646 ya da a conocer un procedimiento para la vigilancia del espacio aéreo de una región mayor con ayuda de equipos de radar de exploración panorámica de impulsos.

El documento DE19856231A1 da a conocer un procedimiento para la vigilancia de aviones que funciona mediante el uso de satélites. El documento DE10032433A1 se refiere también a un procedimiento para la vigilancia del espacio. El documento DE3637129C2 muestra un ensayo para determinar la posición de un avión en un sistema DME de tres vías. El documento US6338011 da a conocer un procedimiento para optimizar la determinación de un objetivo según el preámbulo de la reivindicación 1.

Debido a la interconexión de los sensores y de los equipos de dirección de fuego, estos pueden intercambiar entre sí sus mediciones actuales del estado del objetivo (lugar y velocidad) o enviar las mediciones a un ordenador preferentemente central. Para elaborar la situación aérea inmediata se analizan las señales recibidas de los respectivos equipos de dirección de fuego con el fin de determinar si proceden del mismo objetivo o de objetivos diferentes. Después de asignarse las mediciones entrantes en un intervalo de tiempo se informa cuántos objetivos se han registrado en un espacio aéreo, cuáles y qué cantidad de estos son nuevos, así como cuáles y qué cantidad de estos objetivos conocidos tienen un estado actualizado. La asignación en especial de objetivos, que vuelan muy juntos en el espacio, resulta difícil con procedimientos conocidos. Los errores de medición del lugar y la velocidad de un objetivo constituyen una fuente esencial de interferencia para una correcta asignación. Los errores se originan, por lo general, durante el proceso de medición o en caso de un ajuste necesario de tiempo que se produce mediante extrapolación en un período de tiempo común en comparación con otras mediciones. Los errores de medición aumentan la probabilidad de asignaciones erróneas. Los errores se deben también, como ya se mencionó, a la resolución espacial de los sensores conocidos de 2D, 2,5D que no pueden resolver una de las tres dimensiones espaciales o sólo lo pueden hacer de manera insuficiente. Así, por ejemplo, en el caso de un radar de búsqueda de 2D se mide sólo la distancia y el acimut de un objetivo respecto al sensor y sobre la elevación, por el contrario, no se dispone de ninguna información. Los sensores electroópticos pasivos suministran, por el contrario, mediciones de acimut y elevación, pero no se puede medir la distancia del objetivo.

A fin de poder comparar las mediciones, éstas se deben convertir en un sistema de coordenadas común y superior. La transformación de una medición local en 2D es posible sólo mediante una suposición de la tercera dimensión en otro sistema tridimensional de coordenadas. Esto sigue incrementando la inexactitud de la medición debido a una gran inseguridad de la medición. Por lo general, este tipo de mediciones resulta difícil de diferenciar, dificultándose así la asignación.

A los problemas técnicos relativos a la exactitud y la resolución se adiciona el tiempo empleado para la asignación. En el caso de grandes grupos interconectados de defensa antiaérea, que vigilan un espacio aéreo con numerosos objetivos, la asignación implica un gasto por concepto de cálculo y tiempo que permite sólo una actualización muy pequeña.

El documento DE4439742C2 propone un procedimiento para la optimización combinatoria automática de asignaciones durante el seguimiento de la trayectoria de varios objetos móviles. A partir de una matriz de asignación cualquiera, seleccionada más o menos de manera casual, pero válida, se genera una nueva matriz de asignación. A continuación se comprueba si ésta representa una solución mejor respecto a la matriz de asignación antigua. Si éste es el caso, esta matriz se conserva como nuevo punto de partida para una nueva búsqueda. Mediante este procedimiento se debe evitar una búsqueda duradera, así como obtener una calidad suficiente.

La invención tiene el objetivo de dar a conocer un procedimiento que permite realizar una asignación suficientemente exacta de los objetivos con un empleo mínimo de tiempo.

El objetivo se consigue mediante las características de la reivindicación 1.

La invención se basa en la idea de aprovechar la geometría conocida de las mediciones para asignarlas entre sí y solucionar las ambigüedades, determinándose simultáneamente mediante un corte espacial la posición 3D de un objetivo en el espacio.

Para la eficacia del procedimiento se presupone que se conozca la traslación, la rotación y el escalonamiento de cada sensor respecto a un sistema común de coordenadas, en el que se encuentran todos los sensores de un grupo. Esta premisa se puede considerar cumplida al menos si se ha instalado un sensor de vigilancia del espacio aéreo, si está determinada especialmente la orientación norte, si éste se encuentra nivelado y si su posición se determinó, por ejemplo, mediante GPS.

El procedimiento se basa en el efecto de que la dimensión faltante se puede interpretar como intervalo de medición, por lo que una medición bidimensional en el sistema superior describe una curva espacial en 3D a lo largo de la dimensión faltante. El objetivo se encuentra en el momento de la medición sobre esta curva y su posición en 3D es desconocida. Si un objetivo es observado por dos sensores de 2D, las curvas espaciales se cortan en el lugar del objetivo en caso de no existir errores de medición. A partir de este hecho, el procedimiento soluciona el problema de asignación mediante proyección del aviso de un equipo de dirección de fuego en la geometría local de los sensores de los equipos restantes de dirección de fuego.

El procedimiento comprende N-1 pasos por medición, siendo N la cantidad de sensores. En un primer paso se define un tipo de sensor master y se calcula su curva espacial. A continuación se transmite la curva a la geometría de otro sensor definido como sensor slave. Después se calculan las curvas espaciales de la correspondencia obtenida en el paso anterior y éstas se transmiten junto con la curva master a la geometría del próximo sensor, definido como nuevo sensor slave. Si la nueva información permite solucionar ambigüedades del primer paso, las mediciones correspondientes se borran de la lista de asignación. Se vuelven a registrar todos los partners nuevos, que se añaden, para la medición master. En el último paso se define el último sensor restante como slave. El master y todas las mediciones, asignadas a éste, de los sensores slave existentes hasta ahora se transmiten a la geometría local y se comparan con las mediciones. Después de la asignación de la medición local se comprueba si al master está asignada sólo como máximo en cada caso una medición de los sensores slave. Si éste no fuera el caso, se soluciona la ambigüedad en ese momento con la distancia menor de la respectiva medición en relación con el sensor. De este modo finaliza la asignación al master. Todas las mediciones asignadas se almacenan y ya no es necesario tenerlas en cuenta para la observación ulterior.

El mismo procedimiento se aplica en el primer sensor master hasta que todas las mediciones hayan sido asignadas. A continuación se define un sensor slave, existente hasta ahora, como el nuevo master y se aplica el procedimiento en los objetivos restantes.

Las ventajas de este procedimiento se pueden describir de la forma indicada a continuación. El procedimiento posibilita una asignación inequívoca de mediciones en 2D, así como en 2,5D de un grupo de sensores, comparándose todos los estados posibles físicamente y eliminándose las suposiciones erróneas respecto a la posición del objetivo. Cada medición se asigna como máximo a una medición de otro sensor, que se basa además en condiciones geométricas y, por tanto, reduce la dependencia de la decisión de cálculos de distancia. La asignación se realiza asimismo de manera individual por cada medición, de modo que ya no es necesario calcular todas las correspondencias posibles, ya que se eliminan comparaciones con mediciones ya asignadas. Esto reduce el gasto por concepto de cálculo, así como el tiempo necesario. La complejidad del procedimiento es lineal y resulta adecuada especialmente en escenarios con muchos sensores y objetivos. El procedimiento incluye todos los tipos posibles de sensores, tanto radares de búsqueda como sensores electroópticos o sensores de infrarrojos. Mientras más sensores suministren mediciones, más fiable e inequívoco será el resultado debido al aumento de las informaciones espaciales. Mediante el corte espacial ya se identifica/se conoce la posición en 3D del objetivo durante la asignación.

La invención se debe explicar en detalle por medio de un ejemplo de realización con dibujo y a partir del estado de la técnica.

Muestran:

Fig. 1 una representación de las mediciones en la pantalla de tres sensores de radar de búsqueda en 2D de un grupo interconectado de defensa antiaérea según el estado de la técnica,

Fig. 2 una representación de las pantallas de la figura 1 en el plano X-Y del sistema superior según el estado de la técnica,

Fig. 3 una representación de la matriz de asignación como resultado de la figura 2,

Fig. 4 una proyección de una curva espacial del primer radar de búsqueda en la geometría local del segundo radar de búsqueda,

Fig. 5 una proyección de la curva espacial del segundo radar de búsqueda en la geometría local del tercer sensor,

Fig. 6 una proyección de la curva espacial del primer radar de búsqueda en la proyección según la figura 5 y

Fig. 7 una posición del objetivo, determinada a partir de las asignaciones, en el plano X-Y del sistema superior de coordenadas.

En la figura 1 está representada una pantalla 10 de un primer sensor A de radar de búsqueda, así como otra pantalla 11 de un segundo sensor B de radar de búsqueda y una tercera pantalla 12 de un tercer sensor C de radar de búsqueda según el estado de la técnica. La pantalla 10 indica la distancia (metro) y la dirección (grado). Se visualizan tres objetivos como A1-A3. En la pantalla 11 del segundo sensor B de radar de búsqueda se visualizan tres objetivos como B1-B3 y en la pantalla 12 del tercer sensor C de radar de búsqueda se visualizan tres objetivos como C1-C3.

Para la correlación se transmiten las mediciones a la geometría 13 del sistema superior de coordenadas cartesianas. A tal efecto se necesita la posición del respectivo sensor A, B, C.

La figura 2 muestra la representación, conocida del estado de la técnica, de la medición de la figura 1 en el sistema superior. Con A, B, C se identifican las posiciones del radar, en las que se obtiene la representación/geometrías de las pantallas 10 a 12. Las mediciones se representan aquí sobre una recta que indica respectivamente desde la posición A, B, C del radar hacia los objetivos A1'-A3', B1'-B3', así como C1'-C3'. Especialmente la recta o la huella B1' muestra la influencia adicional del error de medición en la asignación según el estado de la técnica. La figura 3 visualiza en una matriz 14 de asignación que no es posible una asignación inequívoca de una medición en ningún caso. Cada medición de A' se adapta a cada medición de B. A esto se añade además la asignación posible de C' a ambos sensores A', B'.

Por tanto, sobre la base de las pantallas 10 a 12 de la figura 1 se calcula una curva espacial A1 en el sistema local de coordenadas del sensor A y se convierte según el procedimiento novedoso en la figura 4 en la pantalla 15, o sea, en la geometría local del radar B. Aquí se registran todas las mediciones que se tienen en cuenta para la asignación a A1. En el ejemplo, todas las mediciones de B (B1, B2, B3) son candidatas de asignación a A1. Por tanto, no es posible una asignación inequívoca, de modo que se han de tener en cuenta en adelante todas las mediciones de B, considerándose sólo mediciones a lo largo de la curva A1 para una asignación. No es necesario comparar las mediciones que se encuentran fuera de la zona correspondiente de distancia y acimut que describe la curva A1. La curva espacial A1 limita, por tanto, la zona de búsqueda para candidatos de asignaciones y reduce así la cantidad de comparaciones.

Para solucionar la ambigüedad, las curvas espaciales A1 y B1-B3 de las mediciones asignadas de los sensores A, B se proyectan en un paso ulterior en la geometría 16 del sensor C. Aquí se solucionan las ambigüedades.

En el ejemplo de la figura 4 se originan otras ambigüedades al proyectarse las curvas espaciales B1-B3 en la geometría de C. B1 se puede asignar tanto a C2 como a C3. B3 no se puede asignar a ninguna medición de C. El par B2-C1 presenta, sin embargo, una asignación inequívoca. Las nuevas ambigüedades se transmiten mediante la proyección de la curva espacial A1 a la geometría local de C (figura 6). A1 se corta con B1 durante la medición C3. Estos tres valores se asignan entre sí. Simultáneamente se soluciona tanto el problema de ambigüedad de A1 con B1-B3 como el de B1 con C2 y C3.

El procedimiento simplifica también la asignación para A2 y A3 que se pueden determinar de manera análoga. Las mediciones C3 y B1, ya asignadas, no se vuelven a tener en cuenta para esta asignación siguiente.

El corte de las curvas espaciales constituye otra ventaja. Como se conoce la posición en 3D de cada punto de la curva espacial, se puede detectar la elevación correspondiente en el punto de contacto de la medición local con la curva. De este modo queda determinada la posición del objetivo en el sistema superior de coordenadas.

Como solución para el ejemplo descrito se obtienen las siguientes asignaciones representadas en la figura 7.

Objetivo 1:

A1-B1-C3

Objetivo 2:

A2-B2-C1

Objetivo 3:

A3-B3

Objetivo 4:

C2

La imagen aérea (geometría 17 (geometría 13) del sistema superior de coordenadas cartesianas contiene cuatro objetivos, de los que tres son observados simultáneamente por al menos dos de los sensores y, por tanto, se puede calcular una posición en 3D. El objetivo 1 y el objetivo 2 son observados por todos los sensores A, B, C, mientras que el objetivo 3 sólo puede ser visto por A y B. El objetivo 4 no se mide con A y B, de modo que su existencia se descubrió sólo mediante la asignación correcta de la medición.

Claims (7)

1. Procedimiento para la optimización combinatoria automática de la determinación del objetivo de varios objetos móviles (1, 2, 3) por medio de varios (N) sensores (A, B, C) y sus geometrías (10, 11, 12), caracterizado porque un primer sensor (A) se define como sensor master y se calcula una curva espacial (A1) que se transmite a continuación a la geometría (11) de un sensor (B) definido como sensor slave y se tiene en cuenta en su geometría local (15), después se define otro sensor (C) como slave, en el que se calculan las curvas espaciales (B1-B3) de la correspondencia obtenida en el paso anterior y éstas se transmiten junto con la curva master (A1) a la geometría (12) del nuevo sensor slave (C) y se tiene en cuenta como geometría nueva (16), repitiéndose estos pasos al menos hasta que en un último paso (N1) el último sensor restante (N) se define como slave, el master (A1) y todas las mediciones, asignadas a éste, de los sensores slave (B, C... N-1), existentes hasta ahora, se transmiten a la geometría local del último sensor slave (N) y se comparan con las mediciones.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque si las nuevas informaciones solucionan ambigüedades del paso anterior, se borran las mediciones correspondientes de la lista (14) de asignación, pero se vuelven a registrar todas las nuevas que se añaden.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque después de la asignación de la medición local se comprueba si al master (A) está asignada sólo como máximo en cada caso una medición de los sensores slave (B, C), solucionándose, si éste no fuera el caso, la ambigüedad en ese momento con la distancia menor de la respectiva medición en relación con el sensor (B, C), finalizando así la asignación al master (A).

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque después de la asignación del primer sensor master (A) se define un próximo sensor slave (B) como master y se repiten los pasos en los objetivos restantes.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque para la correlación se transmiten las mediciones del master a la geometría (16) del respectivo sensor slave.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones mencionadas arriba, caracterizado porque mediante el corte de las curvas espaciales (A1, B1-B3, C1-C3) se conoce la posición en 3D de cada punto de la curva espacial (A1, B1-B3, C1-C3), pudiéndose detectar así directamente la dimensión faltante (elevación/distancia) en el punto de contacto de la medición local con la curva (A1, B1-B3, C1-C3).

7. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 5, caracterizado porque la complejidad de la asignación y, por tanto, el gasto provocado por concepto de cálculo se reducen al limitarse la cantidad de correlaciones a los candidatos a lo largo de las curvas espaciales que están proyectadas en la geometría del respectivo sensor slave.