MÉTODO PARA IDENTIFICAR UN REBUFO.

Un método para identificar una señal de rebufo dentro de una señal generada por una matriz (20) de sensores acústicos (22-28) que forman una antena,

que comprende:

definir un ancho para una ventana de tiempo que corresponde a un tiempo requerido para que el rebufo atraviese la matriz (20) de sensores acústicos (22-28);

detectar una señal de onda de choque dentro de la señal generada;

después de detectar la señal de onda de choque, medir la energía total (f(i)) de la señal generada en una serie de ventanas de tiempo como una función de tiempo y como una función del número de sensores acústicos (22- 28) que generaron la señal, en donde cada ventana de tiempo tiene el ancho definido y comienza en un intervalo de tiempo discreto después del tiempo en que se detectó la señal de onda de choque;

identificar una de las ventanas de tiempo que tiene una energía total medida (fmax(i)) mayor que cada una del resto de las ventanas de tiempo; y

asociar la ventana de tiempo identificada como correspondiente a la señal de rebufo.

Método para identificar un rebufo.

Resumen de la invención La presente invención hace referencia a tecnologías para las fuerzas de orden público y seguridad, y más particularmente a métodos y sistemas para determinar el origen y dirección de la trayectoria de proyectiles supersónicos. Los métodos y sistemas son capaces de determinar y distinguir la localización de los tiradores, incluso para grandes distancias entre el tirador y el sensor, y cuando no se recibe señal alguna o si se recibe sólo una señal débil del sonido de la boca del arma de fuego.

Antecedentes de la invención Se conocen sistemas y métodos que pueden determinar la dirección general y la trayectoria de proyectiles supersónicos, tales como balas y obuses, midiendo los parámetros asociados con la onda de choque generada por el proyectil. Un sistema tal, que se encuentra descrito en la patente estadounidense Nº 5, 241, 518, incluye al menos tres sensores separados, donde cada sensor incorpora tres transductores acústicos dispuestos en un plano. Los sensores generan señales en respuesta a la onda de choque que se relacionan con el acimut y ángulo de elevación con respecto al origen de la onda de choque. Las medidas de sólo la onda de choque no permiten determinar la distancia entre el sensor o sensores y el origen de la onda de choque. La información sobre distancia habitualmente se obtiene del fogonazo o rebufo.

El acimut y ángulo de elevación de un tirador en referencia a la ubicación del sensor habitualmente se determinan midiendo la información del tiempo de llegada (TOA, por sus siglas en inglés) de la señal de la boca del arma de fuego y la señal de la onda de choque en cada sensor. Cada uno de los sensores encuentra las señales en un momento diferente y genera una señal en respuesta a la presión del rebufo y la presión de la onda de choque. Las señales de los diferentes sensores se procesan, y puede determinarse una dirección (acimut y elevación) desde el sensor o sensores al origen del rebufo y onda de choque, y por lo tanto la trayectoria del proyectil.

Los sistemas convencionales utilizan micrófonos, que pueden estar ubicados relativamente cerca unos de otros (por ejemplo, a 1 metro de distancia) o lejos (por ejemplo, montados sobre un vehículo o llevados por soldados en el campo de batalla) , y miden de forma omnidireccional la presión del rebufo y la presión de la onda de choque en sus respectivas ubicaciones. Sin embargo, a menos que los sensores estén muy separados unos de otros y/o que la trayectoria se encuentre dentro de la antena, se necesita una precisión de sincronización muy alta para obtener soluciones sólo de onda de choque precisas, y se requieren técnicas especiales.

Una antena de gran tamaño puede ser una desventaja importante, por ejemplo, en sistemas montados en vehículos. Además, los sistemas con sólo una resolución de tiempo mínima pueden generar soluciones ambiguas en las cuales la información del tiempo de llegada de la onda de choque en un conjunto de sensores dado es casi idéntica para dos ubicaciones del tirador especularmente simétricas.

Los algoritmos convencionales requieren al menos 4 detecciones de onda de choque y rebufo, de modo tal que una matriz de 4 x 4 pueda invertirse para trazar un mapa de una onda plana en el TOA de la onda de choque. Pequeños errores en la determinación del TOA de choque y rebufo pueden producir errores sustanciales en los cálculos de la distancia. Además, los algoritmos convencionales asumen una velocidad de la bala constante a lo largo de la trayectoria de bala, que produce cálculos de distancia imprecisos para disparos de largo alcance a más de aproximadamente 300m.

Por lo tanto, hay una necesidad de algoritmos rápidamente convergentes capaces de calcular con precisión una distancia de tirador lejano. Existe también la necesidad de distinguir soluciones solamente con onda de choque, para la dirección del tirador. Existe además la necesidad de extraer señales de la boca del arma de fuego que pueden estar ocultas por señales acústicas no relacionadas con el rebufo.

Resumen de la invención La presente invención proporciona un método para identificar un rebufo según la reivindicación 1. En otro aspecto se proporciona un sistema para identificar un rebufo según la reivindicación 8.

La invención aborda deficiencias del arte previo, en varias realizaciones, proporcionando métodos y sistemas para calcular la distancia del tirador para disparos de largo alcance, en particular, cuando las señales de la boca del arma de fuego son débiles o se detectan en una cantidad insuficiente de canales de detección. Los métodos y sistemas revelados también mejoran la desambiguación de soluciones de la trayectoria del tirador de sólo onda de choque, con mejoras adicionales alcanzadas mediante la inclusión de un sonido débil de la boca del arma de fuego y/o detectado de manera no fiable en el proceso de optimización.

Para evitar que se interpreten señales parásitas (falsas) como formas de onda de la onda de choque, una trayectoria de proyectil puede eliminarse por considerarse falsa si la energía acústica de la forma de onda de la onda de choque medida tiene un valor menor que un valor umbral predeterminado en una banda de frecuencia predeterminada, por ejemplo, frecuencias entre aproximadamente 700 Hz y 10 kHz. De manera alternativa o adicional, una trayectoria de proyectil puede eliminarse por considerarse falsa si un intervalo de tiempo, donde una forma de onda de la onda de choque medida tiene un valor positivo, es inferior a un tiempo mínimo o superior a un tiempo máximo, por ejemplo, menos de aproximadamente 70μs o más de aproximadamente 300μs.

En realizaciones ventajosas, la energía total puede determinarse integrando la energía medida sobre la ventana, preferentemente sin tener en cuenta partes en la señal detectada causadas por ecos de la onda de choque. De manera ventajosa, el valor de la señal de cresta puede determinarse en la ventana con la energía total máxima y si el valor de la señal de cresta es mayor que la energía total medida en la ventana por un factor de relación predeterminado, el valor de la señal de cresta puede identificarse como un valor que está relacionado con la señal de la boca del arma de fuego.

Las realizaciones de la invención pueden incluir una o más de las siguientes características. La distribución de errores de sincronización de la antena y/o los sensores acústicos puede relacionarse con variaciones de ganancia, variaciones de muestreo y variaciones de la posición del sensor de los sensores de antena. El nivel de confianza para la desambiguación depende del tamaño de la antena, por lo que las antenas menores requieren mayor precisión de medición. Si existen dos soluciones ambiguas, la trayectoria discriminada del proyectil se selecciona en función de la relación entre los residuos para las dos soluciones ambiguas.

En otras realizaciones ventajosas, pueden determinarse las diferencias en el tiempo de llegada (TDOA, por sus siglas en inglés) para pares de sensores, designando un sensor que se encuentra primero con la onda de choque como un sensor de referencia, y configurando un primer bloqueo de un circuito de sincronización cuando la amplitud de, por ejemplo, la parte inicial de la señal solamente de onda de choque, en el sensor de referencia, cruza un valor umbral. El primer bloqueo activa contadores de inicio para cada uno de los demás sensores, estando en marcha el contador en cada uno de los otros sensores hasta que el sensor correspondiente se encuentra con la onda de choque. Cuando uno de los otros sensores se encuentra, por ejemplo, con la parte inicial de la señal solamente de onda de choque, determina un segundo bloqueo para ese sensor, que detiene el contador de inicio para ese sensor. A continuación, se registran los valores de TDOA para los otros sensores en relación con el sensor de referencia.

A partir de la siguiente descripción de realizaciones preferentes y a partir de las reivindicaciones, serán evidentes otras características y ventajas de la presente invención.

Breve descripción de los dibujos Estas y otras características y ventajas de la invención se comprenderán mejor mediante la siguiente descripción ilustrativa con referencia a los dibujos adjuntos, en los que los elementos se indican con referencias similares, y pueden no estar a escala.

La figura 1 muestra una vista transversal esquemática de un cono de Mach que intersecta una antena;

La figura 2 muestra de manera... [Seguir leyendo]

1. Un método para identificar una señal de rebufo dentro de una señal generada por una matriz (20) de sensores acústicos (22-28) que forman una antena, que comprende:

definir un ancho para una ventana de tiempo que corresponde a un tiempo requerido para que el rebufo atraviese la matriz (20) de sensores acústicos (22-28) ;

detectar una señal de onda de choque dentro de la señal generada;

después de detectar la señal de onda de choque, medir la energía total (f (i) ) de la señal generada en una serie de ventanas de tiempo como una función de tiempo y como una función del número de sensores acústicos (2228) que generaron la señal, en donde cada ventana de tiempo tiene el ancho definido y comienza en un intervalo de tiempo discreto después del tiempo en que se detectó la señal de onda de choque;

identificar una de las ventanas de tiempo que tiene una energía total medida (fmax (i) ) mayor que cada una del resto de las ventanas de tiempo; y asociar la ventana de tiempo identificada como correspondiente a la señal de rebufo.

2. El método según la reivindicación 1, en donde medir la energía total incluye integrar la energía medida sobre la ventana y sobre la cantidad de sensores acústicos.

3. El método según la reivindicación 1, que además incluye identificar los ecos de las ondas de choque y no considerar las ventanas en la señal generada correspondiente a los ecos de las ondas de choque identificadas.

4. El método según la reivindicación 1, que además incluye:

determinar un punto correspondiente a una energía pico en la ventana de tiempo identificada; y asociar el punto con el rebufo si la energía pico en el punto es mayor que una energía total medida del resto de los puntos en la ventana de tiempo identificada de un factor de relación dado.

5. El método según la reivindicación 4, que además incluye:

realizar una correlación cruzada sobre las señales de sensores acústicos que generaron la señal en una banda de frecuencia de rebufo correspondiente al rebufo para determinar un conjunto de medidas de TDOA de rebufo.

6. El método según la reivindicación 5, en donde la banda de frecuencia de rebufo es de entre aproximadamente 700 Hz y aproximadamente 10 kHz.

7. El método según la reivindicación 1, que además incluye utilizar la señal de rebufo para detectar una posición del tirador.

8. Un sistema para identificar una señal de rebufo dentro de una señal generada por una matriz (20) de sensores acústicos (22-28) formando una antena, que comprende:

medios para definir un ancho de una ventana de tiempo que corresponde a un tiempo requerido para que un rebufo atraviese la matriz (20) de sensores acústicos;

una pluralidad de sensores acústicos (22-28) para generar la señal;

medios para detectar una señal de onda de choque dentro de la señal generada;

medios, que responden a la detección de la señal de onda de choque, para medir la energía total (f (i) ) en una serie de ventanas de tiempo como una función de tiempo y como una función de la cantidad de sensores acústicos (22.28) que generaron la señal, en donde cada ventana de tiempo tiene el ancho definido y comienza en un intervalo de tiempo discreto después del tiempo en que se detectó la señal de onda de choque;

medios para identificar una de las ventanas de tiempo que tiene una energía total medida (fmax (i) ) mayor que cada una del resto de las ventanas de tiempo; y medios para asociar la ventana de tiempo identificada como correspondiente a la señal de rebufo.

Densidad de probabilidad