Procedimiento para la detección de la trayectoria de vuelo de proyectiles.

Procedimiento para la detección de la trayectoria de vuelo de proyectiles, en el que por medio de un radar Doppler a lo largo de la trayectoria de vuelo del proyectil se detecta una secuencia de N detecciones de objetivos en los instantes tn con n ≥ 1... 5 N y N ≥ 3, con las velocidades radiales medidas vrad

(tn) y marcaciones azimutales α(tn) del proyectil y a partir de estas mediciones se calculan la trayectoria de vuelo y la dirección de movimiento del proyectil, caracterizado por que

- las mediciones vrad(tn) se adaptan en una primera adaptación no lineal de los parámetros a una relación analítica de la curva de tiempo de la velocidad radial vrad(t) del proyectil durante la transición de la zona de detección del radar y de esta manera se estiman las variables

v0: velocidad absoluta del proyectil,

d: distancia mínima de la trayectoria de vuelo del proyectil desde el radar,

td: instante en el que el proyectil pasa por el punto con la distancia mínima d y

- en una segunda adaptación no lineal de los parámetros se adaptan las mediciones α(tn) a una relación analítica de la curva de tiempo de la dirección radial en azimut α(t) y de esta manera se estima la dirección de la trayectoria de vuelo en azimut α0, y

- se determina la dirección azimutal del punto αd con distancia mínima de la trayectoria de vuelo del proyectil desde el radar a través de interpolación de la secuencia de valores medidos α(tn) en el instante t≥td.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DE2012/000209.

Solicitante: Airbus Defence and Space GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Willy-Messerschmitt-Strasse 1 85521 Ottobrunn ALEMANIA.

Inventor/es: SCHNEIDER, ROBERT, WEISS, GEORG, GRUNER, WILHELM, DR.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION;... > Sistemas que utilizan la reflexión o la rerradiación... > G01S13/72 (para el seguimiento en dos dimensiones, p. ej. combinación de seguimiento en ángulo y en distancia, radar de detección y seguimiento automático "track-while-scan")
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION;... > Sistemas que utilizan la reflexión o la rerradiación... > G01S13/50 (Sistemas de medida basados en el movimiento relativo del blanco)

PDF original: ES-2540737_T3.pdf

 

google+ twitter facebook

Fragmento de la descripción:

Procedimiento para la detección de la trayectoria de vuelo de proyectiles

La invención se refiere a un procedimiento para la detección de la trayectoria de vuelo de proyectiles.

El disparo de armas de fuego manuales desde la emboscada (por ejemplo, a través de los llamados francotiradores) representa una amenaza constante de soldados en el empleo en regiones en crisis.

Ya se conocen procedimientos, con los que deben obtenerse informaciones sobre el lugar y la dirección desde la que se realiza el disparo. Se basan en sensores acústicos, que calculan a través del canal de la boca la posición del tirador. En tales sensores acústicos es un inconveniente que se necesitan varios lugares de apoyo (micrófonos) distribuidos en el espacio y conectados en red. Además, tales sistemas acústicos se pueden perturbar fácilmente a través de ruidos del medio ambiente. De esta manera, no se pueden emplear o sólo con limitaciones sobre plataformas móviles o volantes.

Por lo demás, se conocen procedimientos ópticos, con los que se intenta descubrir las ópticas de objetivos de fusiles de tiradores de elite. El campo de aplicación de estos sistemas está muy limitado, puesto que no puede ser detectado el disparo a través de otras armas de fuego manuales. También estos sistemas son considerablemente perjudicados en su eficiencia a través de influencias del medio ambiente como fuentes de luz o polvo.

Se conoce a partir del documento DE 1 26 6 983 A1 un procedimiento para la detección de la trayectoria de vuelo y de la dirección del movimiento de proyectiles por medio de un radar de impulsos Doppler coherente. La medición de la distancia con respecto a un objeto detectado se realiza en este caso a través del tiempo de propagación de los impulsos del eco, mientras que la determinación de la velocidad del proyectil se determina de manera ventajosa por medio de la desviación de la frecuencia Doppler en la señal del eco.

Otro procedimiento para la detección de la trayectoria de vuelo y la dirección del movimiento de proyectiles se conoce a partir de Alien, M. R.; Stoughton, R. B.; A Low Cost Radar Concept for Bullet Direction Finding Proceedings of the 1996 IEEE National Radar Conference, 13-16 de Mayo de 1996, páginas 22-27.

El documento DE 4 12 247 A1 describe un sistema sensor, con el que se miden ángulos azimutales, ángulos de elevación, distancia radial y velocidad radial de un objetivo.

El documento DE 4 8 395 A1 describe un radar de monoimpulso para la determinación del azimut, la elevación y la distancia de un proyectil.

El cometido de la invención es crear un procedimiento, con el que se posibilita la detección de la trayectoria de vuelo y de la dirección de movimiento de proyectiles de una manera fiable y universal.

Este cometido se soluciona con el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 de la patente. Las formas de realización ventajosas son objeto de reivindicaciones dependientes.

Para la determinación de los parámetros de la trayectoria de vuelo de proyectiles (por ejemplo, proyectiles de fusiles), se supone que se trata en este caso de rectas y que la velocidad en la zona de detección es constante. Estas hipótesis no admisibles en una pluralidad de aplicaciones, en las que se trata de detectar la penetración de proyectiles en una zona de protección y de detectar la dirección, desde la que ha sido emitido el disparo. En este caso interesa o bien sólo la dirección en el plano (azimut) o adicionalmente también la dirección en elevación.

Como sensores para la solución de este cometido se puede empelar de manera conveniente un radar Doppler de régimen continuo con la capacidad para la goniometría. La resolución del ángulo se puede conseguir en este caso o bien a través de una pluralidad de antenas receptoras o de antenas emisoras/receptoras con efecto direccional o a través de la formación del haz digital (digital beam forming, DBF). El análisis de la señal Doppler posibilita una medición de la componente de la componente de la velocidad radial de los objetos detectados. La zona de cobertura del sensor de radar se puede dividir en segmentos angulares individuales, que son detectados por sensores individuales y/o sensores múltiples distribuidos en el espacio (módulos de emisión / recepción).

Puesto que los proyectiles poseen una velocidad más elevada que todos los objetos de reflexión, la extracción de señales relevantes se puede realizar a través de una discriminación espectral en forma de un filtro de paso alto. Esto se aplica también cuando el sensor está dispuesto sobre una plataforma móvil (con una velocidad sobre el suelo de hasta 3 km/h aproximadamente). De esta manera resulta una supresión efectiva de ecos parásitos.

La invención se explica en detalle, por otro lado, con la ayuda de figuras. En este caso:

La figura 1 muestra una curva de tiempo ejemplar de la componente de la velocidad radial durante el vuelo de un proyectil por delante del radar.

La figura 2 muestra una curva de tiempo ejemplar de la dirección goniométrica en el azimut durante el vuelo lateral de un proyectil delante del sensor.

La figura 3 muestra una ampliación del circuito ejemplar de un sensor de radar Doppler para goniometría angular vertical.

La curva de tiempo de la velocidad radial vraci(t) durante el tránsito de la zona de detección del sensor se describe - independientemente de la dirección de la trayectoria de vuelo del proyectil - a través de la relación analítica (1) [por ejemplo DE 29 42 355 A1). Dado el caso, se compone de los datos medidos - en el desarrollo siguiente se entiende por un sensor un radar Doppler de régimen continuo - dentro de varias mazas de antenas:

.( =

v2 (*_--O

W(^-Oa+rfa

(i)

En este caso, v designa la velocidad absoluta del proyectil, d es la distancia mínima de la trayectoria de vuelo desde el sensor (aunque éste punto nunca se alcanza de hecho, porque el proyectil impacta, por ejemplo, previamente en el suelo) y td es el instante, en el que el proyectil pasa por este punto de la máxima aproximación (point of closest approach, POCA). En este punto, la componente radial de la velocidad vrad(t) desaparece, lo que se muestra con claridad fácilmente.

En la figura 1 se representa de forma ejemplar una curva de este tipo de la velocidad radial para el vuelo de un proyectil con la velocidad propia de 8 m/seg a la distancia de 2 m por delante del sensor, donde se alcanza el POCA en el instante t = td = 1 mseg.

A partir de una secuencia de N detecciones de objetivos suministradas en los instantes tn con n = 1...N por el sensor Doppler con las velocidades radiales vrad(tn) medidas se realiza una adaptación no lineal de los parámetros a la relación (1), para determinar los parámetros, v, d y td o bien estimarlos en el sentido de un error mínimo (least mean square error, LMSE). Puesto que se trata de tres incógnitas, son necesarios a tal fin al menos N = 3 puntos de medición. Algoritmos adecuados a tal fin se proporcionan, por ejemplo en la Curve Fitting Toolboxde MATLAB®.

La relación de la goniometría angular del sensor de radar con la trayectoria de vuelo del proyectil se puede derivar a través de su descripción vectorial. La trayectoria de vuelo se da como igualación de la dirección de los puntos de una recta con el vector de velocidad v y el vector local con respecto a POCA da través de la función de tiempo

r(t) = d + v (t - td), (2)

que es idéntica con el vector de la dirección entre sensor y proyectil, cuando el sensor de radar se supone fijo estacionario en el origen del sistema de coordenadas.

Las componentes cartesianas del vector de dirección r se pueden expresar a través del ángulo de dirección en... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

'IProcedimiento para la detección de la trayectoria de vuelo de proyectiles, en el que por medio de un radar Doppler a lo largo de la trayectoria de vuelo del proyectil se detecta una secuencia de N detecciones de objetivos en los Instantes t con n = 1... N y N > 3, con las velocidades radiales medidas vrad(tn) y marcaciones azimutales a(tn) del proyectil y a partir de estas mediciones se calculan la trayectoria de vuelo y la dirección de movimiento del proyectil, caracterizado por que

- las mediciones vrad(tn) se adaptan en una primera adaptación no lineal de los parámetros a una relación analítica de la curva de tiempo de la velocidad radial vrad(t) del proyectil durante la transición de la zona de detección del radar y de esta manera se estiman las variables

vo: velocidad absoluta del proyectil,

d: distancia mínima de la trayectoria de vuelo del proyectil desde el radar, td: instante en el que el proyectil pasa por el punto con la distancia mínima d y

- en una segunda adaptación no lineal de los parámetros se adaptan las mediciones a(tn) a una relación analítica de la curva de tiempo de la dirección radial en azimut a(t) y de esta manera se estima la dirección de la trayectoria de vuelo en azimut oto, y

- se determina la dirección azimutal del punto ad con distancia mínima de la trayectoria de vuelo del proyectil desde el radar a través de interpolación de la secuencia de valores medidos a(tn) en el instante t=td.

2 - Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que a lo largo de la trayectoria de vuelo del proyectil se registran una secuencia de N marcaciones angulares del proyectil en elevación s(tn) y se adaptan estas mediciones en una tercera adaptación no lineal de los parámetros a una relación analítica de la curva de tiempo de la dirección angular en elevación e(t) y de esta manera se estima la dirección de la trayectoria de vuelo en elevación 8o y se determina la dirección azimutal del punto 6d con distancia mínima de la trayectoria del vuelo del proyectil desde el radar a través de interpolación de la secuencia de valores de medición e(tn) en el Instante t=td.

3 - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que la marcación angular se realiza a través de monoimpulso de amplitud o monolmpulso de fases.

4 - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la medición se realiza por medio de un radar Doppler de régimen continuo, que presenta varios módulos de emisión / recepción para diferentes sectores de ángulos espaciales.

5.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que en el módulo de emisión / recepción se generan diagramas de antenas selectivos de la dirección por medio de formación del haz digital.

6.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, caracterizado por que la señal de emisión del radar Doppler de régimen continuo está Impulsada con una modulación de frecuencia de forma sinusoidal, de manera que en el receptor de radar se evalúa la zona de frecuencia en torno a la segunda armónica de la señal de modulación.

7.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 4 a 6, caracterizado por que para la digitalización de una señal recibida se realiza una exploración de paso de banda.

8.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior 6, caracterizado por que para la prolongación del tiempo de integración coherente en el procesamiento Doppler se realiza una Integración de las señales de recepción sobre bloques-FFT con diferente longitud.

9.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior 8, caracterizado por que antes del procesamiento Doppler-FFT de la señal de recepción se realiza una corrección hipotética de la curva de la señal de recepción a través de multiplicación por un conjunto de chirridos lineales de frecuencia de diferente pendiente de la rampa y duración de tiempo.

1.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 4 a 9, caracterizado por que como frecuencia de funcionamiento del radar Doppler se emplea una función de la banda-Ku o banda-K.

11.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 4 a 9, caracterizado por que como frecuencia de funcionamiento del radar Doppler se emplea una frecuencia de la banda-S o banda-C.

12.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 4 a 9, caracterizado por que la antena

emisora de un módulo de emisión / recepción se realiza doble, presentando ambas antenas un desplazamiento angular vertical y emitiendo al mismo tiempo con diferentes frecuencias frxi y frx2 = frxi + Af, siendo la diferencia de frecuencia Af 1 Hz a 1 kHz.