DISPOSITIVO PARA DETERMINAR LA VELOCIDAD PROPIA DE UN VEHÍCULO ACUÁTICO.

Dispositivo para determinar la velocidad propia de un vehículo acuático (10) por medición Doppler,

que comprende al menos una antena (111 a 114) dispuesta en dicho vehículo acuático (10), cuya antena consta de un gran número de transductores electroacústicos (13) yuxtapuestos de manera equidistante con una característica de emisión y recepción de banda ancha y, debido a la activación desfasada de los transductores (13), presenta una dirección principal (12) para la emisión y recepción de ondas acústicas, la cual está inclinada según un ángulo (α) con respecto al plano abarcado por los ejes longitudinal y transversal del vehículo, estando distribuido el número total de transductores (13) en varios grupos (20) que pueden funcionar en paralelo y tienen el mismo número de transductores, caracterizado porque el número total de transductores (13) se ha elegido de modo que los transductores (13) dentro del grupo (20) puedan combinarse para obtener subgrupos (21) aptos para funcionar en paralelo y dotados del mismo número de transductores, y, manteniendo inalterada la dirección principal (12) de la antena (111 a 114), todos los transductores (13) en cada uno de los grupos (20) que funcionan en paralelo sean activados discrecionalmente con una primera frecuencia de emisión (fS) y con los mismos desfases y/o todos los transductores (13) en cada uno de los subgrupos (21) que forman en paralelo sean activados con al menos una segunda frecuencia de emisión correspondiente a un múltiplo entero de la primera frecuencia de emisión (fS) y bajo un desfase igual al mismo múltiplo entero con respecto a los desfases en los grupos (20) que funcionan en paralelo, viniendo determinado el múltiplo por el número de subgrupos (21) que funcionan en paralelo dentro de cada grupo (20)

La invención concierne a un dispositivo para determinar la velocidad propia de un vehículo acuático por medición Doppler del género definido en el preámbulo de la reivindicación 1.

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

En estos llamados registros Doppler se emite energía acústica con la frecuencia de emisión fS bajo un ángulo de 5 inclinación α con respecto al plano de movimiento del vehículo acuático, se refleja dicha energía desde el fondo del mar o desde el agua y se reciben nuevamente las porciones reflejadas de la energía acústica, cuya frecuencia se ha desplazado con respecto a la frecuencia de emisión fS en una cuantía igual al llamado desplazamiento de frecuencia Doppler fD. A partir del desplazamiento de frecuencia Doppler fD se determina la velocidad v del vehículo según

10 ·cos·2SDfcvf

en donde c es la velocidad del sonido en el agua. Si, mediante una activación desfasada de los distintos transductores, se ajusta el ángulo de inclinación α de la dirección de emisión y de recepción, que usualmente se denomina dirección principal de la antena, el desplazamiento de frecuencia Doppler medido es entonces independiente de la velocidad c del sonido y el montaje de la antena en el vehículo acuático resulta ser más sencillo, ya que la antena puede realizarse como una antena plana que se orienta en dirección paralela al plano de movimiento del vehículo acuático. 15

En un registro Doppler conocido (documento DE 1 798 276 C1) los transductores de la antena están divididos en grupos de funcionamiento en paralelo, alimentándose los transductores de cada grupo con un campo giratorio proveniente de un generador polifásico, cuyo campo giratorio gira periódicamente con la frecuencia de emisión fS. La dirección de giro del campo giratorio determina si la dirección principal de la antena inclinada con respecto al plano de movimiento del vehículo acuático está orientada hacia la proa del barco o hacia la popa del mismo. Mediante la constitución de la 20 antena, es decir, la distancia entre los transductores hechos funcionar en la misma fase, y el ángulo de inclinación deseado α de la dirección principal de la antena, que usualmente está comprendido entre 45º y 60º, se fija la frecuencia de emisión fS en forma inalterable.

Un registro Doppler conocido (documento US 5 694 372) presenta un conjunto de transductores dispuestos sobre una superficie plana fijada al casco de un barco portador y medios para suministrar a estos transductores señales que 25 poseen una primera frecuencia y una segunda frecuencia, que son diferentes una de otra y que son consecutivas, así como fases diferentes. Los transductores están dispuestos en filas y subdivididos en dos grupos de modo que cada segundo transductor pertenece a uno de los dos grupos. Los transductores de un grupo se activan alternativamente con una señal y con una señal desfasada en 180º, y los transductores del otro grupo se activan con una señal desfasada en 90º y en menos 90º. Las señales situadas en los transductores consecutivos en el orden de sucesión tienen en una 30 primera secuencia una primera frecuencia y en una segunda secuencia una segunda frecuencia diferente de la anterior. Se obtienen así dos lóbulos de emisión que están inclinados en direcciones contrarias con el mismo ángulo respecto de la normal a la superficie plana portadora de los transductores.

Un sistema acústico conocido de medida de velocidad (documento US 2003/0076742 A1) presenta una disposición de transductores que trabaja con baja frecuencia y otra disposición de transductores que trabaja con alta frecuencia, cada 35 una de ellas con un gran número de transductores electroacústico. Las dos disposiciones de transductores están alojadas en una carcasa común y pueden ser activadas discrecionalmente para la medición de la velocidad, con lo que se puede emitir discrecionalmente con una frecuencia alta o una frecuencia bala.

La invención se basa en el problema de mejorar un dispositivo de la clase citada al principio de modo que se incremente su intervalo de utilización tanto respecto de la naturaleza del agua y las condiciones del agua como respecto de la clase 40 de vehículo y se garantice en cualquier caso de aplicación una medición precisa de la velocidad.

El problema se resuelve según la invención con las características de la reivindicación 1.

El dispositivo según la invención tiene la ventaja de que la medición Doppler no tiene que realizarse con una frecuencia de trabajo fijamente preestablecida y, por tanto, no se fija invariablemente el intervalo de trabajo del dispositivo, sino que el intervalo de trabajo puede adaptarse a las respectivas condiciones reinantes mediante una selección de otra 45 frecuencia de emisión. Así, en agua somera se puede conmutar a una alta frecuencia de emisión que permita una medición Doppler precisa incluso en agua somera. En aguas más profundas se puede conseguir una profundidad de medida suficientemente grande por conmutación a una baja frecuencia de emisión debido a la menor atenuación de las ondas acústicas. En conjunto, debido a la posibilidad de la conmutación a diferentes frecuencia de emisión se puede conseguir un intervalo de operación del dispositivo de uno a algunos centenares de metros y, por tanto, se pueden 50 realizar mediciones de precisión en aguas someras hasta aguas profundas. En todos los casos, se mantiene inalterado el ángulo de inclinación de la dirección principal de la antena con respecto al plano de movimiento del vehículo acuático.

A causa de esta flexibilidad de su intervalo de trabajo, el dispositivo según la invención puede utilizarse con resultados de medida igualmente buenos tanto en barcos de superficie como en submarinos y vehículos acuáticos sumergibles de pequeña forma de construcción que operan autónomamente, los llamados AUVs o vehículos acuáticos no tripulados, 55

que navegan frecuentemente a una distancia relativamente pequeña del fondo del mar. En muchos vehículos acuáticos se llevan registros Doppler usualmente en paralelo con otros equipos de emisión y recepción electroacústicos instalados en el vehículo acuático, tales como instalaciones de sonar. Debido a la posibilidad de conmutación de la frecuencia de emisión del registro Doppler se puede evitar un conflicto originado por la frecuencia entre el funcionamiento de emisión y/o el funcionamiento de recepción de las instalaciones de sonar y el registro Doppler, y todos ellos pueden hacerse 5 funcionar en paralelo sin interrupciones. Sin embargo, por medio de los transductores de banda ancha se pueden irradiar al mismo tiempo también ondas acústicas con diferentes frecuencias de emisión cuando esto sea necesario en determinadas aplicaciones.

Formas de realización convenientes del dispositivo según la invención, junto con perfeccionamientos y ejecuciones ventajosas de la misma, se desprenden de las demás reivindicaciones. 10

Según una forma de realización ventajosa de la invención, los transductores activados en la misma fase en los diferentes grupos están conectados cada uno de ellos a un amplificador de potencia común, es decir que están fijamente cableados con los amplificadores de potencia. Por tanto, independientemente de la conmutación de la frecuencia de emisión, son necesarios solamente tantos amplificadores de potencia como grupos de transductores que funcionan en paralelo estén presentes en la antena. Por tanto, frente a registros Doppler convencionales y a pesar de la 15 posibilidad de la conmutación de la frecuencia de emisión y de la radiación múltiple de frecuencias de emisión, es necesario solamente un gasto reducido en amplificadores de potencia.

Según una forma de realización ventajosa de la invención, los transductores están fabricados de un material compuesto piezoeléctrico, un llamado composite, en el que está incrustado en un polímero un gran número de elementos cerámicos que son contactados por superficies metálicas en su lado frontal. Con este material compuesto se puede fabricar la 20 antena a bajo coste, ya que, para la formación de sus transductores, únicamente tienen que formarse los electrodos de estos transductores por corrosión de las superficies metálicas. La antena así obtenida posee una característica de emisión y de recepción que presenta un gran ancho de banda de frecuencia y una alta potencia de emisión y una alta sensibilidad de recepción, junto con pequeños niveles secundarios.

Según una forma de realización preferida de la invención,...

1. Dispositivo para determinar la velocidad propia de un vehículo acuático (10) por medición Doppler, que comprende al menos una antena (111 a 114) dispuesta en dicho vehículo acuático (10), cuya antena consta de un gran número de transductores electroacústicos (13) yuxtapuestos de manera equidistante con una característica de emisión y recepción 5 de banda ancha y, debido a la activación desfasada de los transductores (13), presenta una dirección principal (12) para la emisión y recepción de ondas acústicas, la cual está inclinada según un ángulo (α) con respecto al plano abarcado por los ejes longitudinal y transversal del vehículo, estando distribuido el número total de transductores (13) en varios grupos (20) que pueden funcionar en paralelo y tienen el mismo número de transductores, caracterizado porque el número total de transductores (13) se ha elegido de modo que los transductores (13) dentro del grupo (20) puedan 10 combinarse para obtener subgrupos (21) aptos para funcionar en paralelo y dotados del mismo número de transductores, y, manteniendo inalterada la dirección principal (12) de la antena (111 a 114), todos los transductores (13) en cada uno de los grupos (20) que funcionan en paralelo sean activados discrecionalmente con una primera frecuencia de emisión (fS) y con los mismos desfases y/o todos los transductores (13) en cada uno de los subgrupos (21) que forman en paralelo sean activados con al menos una segunda frecuencia de emisión correspondiente a un 15 múltiplo entero de la primera frecuencia de emisión (fS) y bajo un desfase igual al mismo múltiplo entero con respecto a los desfases en los grupos (20) que funcionan en paralelo, viniendo determinado el múltiplo por el número de subgrupos (21) que funcionan en paralelo dentro de cada grupo (20).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera frecuencia de emisión (fS) es una frecuencia muy baja prefijada por la dirección principal (12) y la distancia (d) de los transductores. 20

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque unos transductores (13) activados en igual fase dentro de los diferentes grupos (20) están fijamente conectados cada uno de ellos a un amplificador de potencia común (19).

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los transductores (13) están fabricados de un material compuesto con un gran número de elementos cerámicos (14) empotrados en un polímero (15), que están hechos de una cerámica piezoeléctrica o electrostritiva y que son contactados en su lado frontal por 25 unos electrodos (16, 17).

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque la antena (111 a 114) está formada en un sector de una placa (18) de material compuesto y los electrodos (16, 17) que contactan con los elementos cerámicos (14) en al menos un lado frontal están realizados en forma de tiras con una longitud de las tiras mayor que la anchura de dichas tiras y están yuxtapuestos dejando una rendija de separación, visto en el sentido de la anchura de las tiras, estando orientada 30 la longitud de las tiras en ángulo recto con la línea de proyección de la dirección principal deseada (12) de la antena (111 a 114) sobre el plano de la placa.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque la longitud de las tiras de los electrodos (16, 17) consecutivos en la disposición yuxtapuesta disminuye desde el electrodo central (16, 17) hasta los dos electrodos exteriores. 35

7. Dispositivo según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el sector está curvado de forma cóncava en la dirección de la longitud de las tiras de los electrodos (16, 17).

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque la curvatura del sector está adaptada al dominio de frecuencia cubierto por las frecuencias de emisión.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque están previstos sobre la placa (18) 40 cuatro sectores que forman cada uno de ellos una antena (111 a 114) y que están decalados uno respecto de otro en un ángulo circunferencial de 90º.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque la placa (18) está dispuesta en el vehículo (10) de modo que una de las direcciones principales (12) de las antenas (111 a 114) formadas por los sectores mira hacia proa, una mira hacia popa, una mira hacia estribor y una mira hacia babor. 45

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque están previstos sobre la placa (18) dos sectores que forman cada uno de ellos una antena (111) y que están girados uno respecto de otro en un ángulo circunferencial de 90º.