Método y sistema para corregir por la curvatura de la onda de presión en la determinación de la trayectoria de un proyectil.

Un método de determinar una trayectoria (2) de un proyectil (1) que comprende:

a) medir los parámetros de una onda de presión (3);

b) determinar (200) vectores de apuntamiento unitario basándose en los parámetros medidos;

c) determinar (202) una trayectoria basándose en los vectores de apuntamiento unitario;

d) generar (204) parámetros calculados basados en la trayectoria, y

caracterizado por comprender

e) perturbar (300; 306) los vectores de apuntamiento unitario para minimizar (302, 308) la diferencia entre los parámetros medidos y los parámetros calculados; y

f) determinar (304; 310) una nueva trayectoria basada en los vectores de apuntamiento unitario perturbados.

Método y sistema para corregir por la curvatura de la onda de presión en la determinación de la trayectoria de un proyectil

Antecedentes de la invención.

En la técnica se ha reconocido durante mucho tiempo que se podrían utilizar medios acústicos para determinar una parte de la trayectoria de un proyectil, y la técnica, en general, ha utilizado dichos medios acústicos para localizar el punto en el que un proyectil pasa en o cerca de un blanco de adiestramiento para evaluar la precisión de las pequeñas armas de fuego en lugar de los blancos de papel más convencionales. Un ejemplo de lo anterior es la patente de EE.UU. número 4.514.621. Básicamente, estos dispositivos funcionan por medio de una rejilla de sensores acústicos en la que el plano de los sensores es normal a la trayectoria del proyectil, por ejemplo, una bala de rifle. Cuando la bala de rifle pasa a través de la rejilla de sensores, los sensores pueden localizar el paso de la bala a través de esa rejilla de sensores mediante un cálculo de los retardos de tiempo de los sensores.

En lugar de usar una rejilla de sensores acústicos para determinar la trayectoria de un proyectil, se podrían utilizar aros alargados curvos con transductores acústicos en sus extremos. Cuando una bala pasa por las proximidades de los aros curvos, se puede calcular la posición de la bala que pasa por dichos aros curvos, y la patente de EE.UU. nº

4.351.026 es representativa de tales cálculos. Se podrían usar también aros curvos donde el blanco se esté moviendo dentro de un campo definido normal a los aros, y la patente de EE.UU. Nº 5.025.424 es representativa de dicha técnica.

De un modo algo similar, la patente de EE.UU. nº 4.885.725 sugiere una pluralidad de transductores acústicos conectados mecánicamente y agrupados triangularmente en lugar de aros curvos, para determinar el punto en que la bala pasa por la zona del blanco y para proporcionar alguna indicación de la velocidad de esa bala.

Las patentes anteriores están dirigidas principalmente a evaluar el fuego de un aprendiz. Algunas patentes están orientadas a determinar la dirección general del fuego enemigo hacia un dispositivo militar, tal como un helicóptero. Por ejemplo, la patente de EE.UU.4.659.034 sugiere el uso de una pluralidad de transductores dispuestos sobre un blanco móvil (remolcado) , y, mediante el uso de dichos transductores, determinar la precisión del fuego hacia ese blanco. Esa precisión del fuego incluye lo cerca que el proyectil llega a la zona del blanco remolcado ( a la que se denomina “distancia de aproximación al blanco”) La patente de EE.UU. Nº 4.323.993 determina similarmente una distancia de aproximación al blanco mediante transductores acústicos, y, en particular, en esta patente la distancia de aproximación al blanco es calculable incluso aunque el proyectil falle conjuntamente al blanco remolcado.

La patente de EE.UU. número 4.805.159 provee un método para estimar la distancia de aproximación entre un proyectil y un blanco móvil de adiestramiento. En la realización de esta estimación, se estima también al menos una fracción de la trayectoria del proyectil. Sin embargo, como señala esta patente, las estimaciones de al menos una fracción de la trayectoria del proyectil sí implican una serie de posibles estimados de la trayectoria real del proyectil, y para eliminar estimados erróneos, se usan transductores adicionales para seleccionar consecutivamente estimados verdaderos de entre estimados erróneos.

En desarrollos adicionales, la patente de EE.UU. Nº 5.544.129 y los documentos DE 3524753 A1, GB 2105464, GB 2181240, y GB 2246861 tratan de la detección de fenómenos acústicos para la detección de disparos. Estas patentes tratan de la detección de de la onda expansiva de hocico en lugar de la onda de choque del proyectil para determinar la trayectoria del proyectil, tal como una bala. Se realiza la aproximación de una onda plana para la onda expansiva para la detección de los tiempos.

La patente de EE.UU. Nº 5.930.202 divulga un sistema básico de dos sensores cada uno con al menos 3 elementos de detección para la determinación de trayectorias. El sistema detecta la onda de choque del proyectil. El sistema tiene una longitud de base muy amplia (separación entre sensores) . Como resultado, se supone que el proyectil se desplaza paralelamente al suelo. Por consiguiente, el sistema no es capaz de distinguir elevación, a no ser que se detecte una explosión de hocico adicional.

Por tanto, en general, la técnica anterior principalmente usa sensores, especialmente transductores acústicos, en diversas disposiciones espaciales para determinar la distancia de aproximación de un proyectil que pase a través de

o cerca de un blanco. Algunos de estos sistemas de la técnica podrían proveer una dirección general de una trayectoria local del proyectil, pero estos sistemas no son capaces de proporcionar una información precisa en cuanto a la totalidad de la trayectoria del proyectil y por tanto, de la posición de la fuente de ese proyectil. Adicionalmente, estos sistemas de la técnica anterior, cualquiera que sea su configuración, deben tener un conocimiento previo de la dirección o de la velocidad del proyectil, con el fin de determinar la trayectoria local del proyectil.

Recientemente, se han hecho varios intentos para proporcionar una solución completa en la determinación de la trayectoria de un proyectil. Por ejemplo, las patentes de EE.UU. números 5.258.962, 5.241.518, 4.885.725 y 4.323.993; y las patentes extranjeras números EP 0.259.428, EP 0064477 A, EP 0684485 y WO 91/108876

proporcionan todas una solución completa suponiendo que la fracción de la onda de choque cónica que impacta con un sensor tiene forma plana. Esto conduce a un error en la obtención de la dirección de llegada del proyectil que se hace más grave a medida que disminuye la distancia de aproximación de la trayectoria, como se describe con más detalle más adelante.

Cuando un proyectil supersónico atraviesa el aire a lo largo de su trayectoria, crea una onda de choque cónica. La onda de choque cónica se extiende hacia afuera desde la parte trasera del proyectil. Cuando la onda de choque se expande fuera de la trayectoria del proyectil, se encuentra con los sensores. Con el fin de localizar la trayectoria en un espacio tridimensional, todos los sistemas acústicos relevantes hacen la misma hipótesis fundamental; suponen que los elementos de detección dentro de cada sensor están espaciados muy cerca unos de otros en comparación con la distancia entre el sensor y la trayectoria. Esto permite la hipótesis subsiguiente de que el segmento de la onda de choque que impacta contra un sensor individual (y sus elementos en relación de asociación con él) es una onda plana lisa. Como la trayectoria tiene una distancia de aproximación menor a un sensor, esta hipótesis plana conduce a un error creciente en la determinación de la aproximación y ubicación de la trayectoria. Si el sensor es parte de un sistema de blanco, esto conducirá a errores crecientes del punto de impacto del blanco. Este error surge porque el segmento real del cono de choque que impacta con el sensor es curvo. Esta discrepancia entre las formas de onda de choque curvas y lisas conduce a la generación de un vector de apuntamiento unitario que está desalineado con respecto al vector de apuntamiento unitario real. Esto, a su vez, causa una desalineación de la trayectoria deducida y de cualquier punto de impacto proyectado.

De acuerdo con lo anterior, existe actualmente una práctica general en suponer que una onda de choque plana impacta con el sensor. La normal a este plano supuesto se puede calcular entonces a partir de las diferencias de tiempos de llegada en los elementos de sensor. Esto funciona bien cuando la aproximación al segmento de la onda de choque está más próxima a un plano en cuanto a su forma que a un cono. Ello, por tanto, es una buena aproximación cuando la fuente de choque (trayectoria) esté lejos del sensor. Pero cuando se requiera mayor precisión, es necesario eliminar esta aproximación plana y calcular a partir de la geometría cónica exacta de la onda de choque, con independencia de cualesquiera otros errores.

Por tanto, existe una necesidad de eliminar los errores anteriormente descritos creados por la aproximación plana de la onda de choque. Además se necesita lograr un ajuste óptimo para todos los datos del sensor; minimizando de ese modo los errores de temporización intrínsecos,... [Seguir leyendo]

1. Un método de determinar una trayectoria (2) de un proyectil (1) que comprende: a) medir los parámetros de una onda de presión (3) ; b) determinar (200) vectores de apuntamiento unitario basándose en los parámetros medidos; c) determinar (202) una trayectoria basándose en los vectores de apuntamiento unitario; d) generar (204) parámetros calculados basados en la trayectoria, y caracterizado por comprender e) perturbar (300; 306) los vectores de apuntamiento unitario para minimizar (302, 308) la diferencia entre

los parámetros medidos y los parámetros calculados; y f) determinar (304; 310) una nueva trayectoria basada en los vectores de apuntamiento unitario perturbados.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la etapa (a) comprende detectar la onda de presión (3) creada por el proyectil (1) con un número de elementos de sensor (60, 61, 62) y medir los tiempos que los elementos de sensor tardan en encontrar a la onda de presión, la etapa (d) comprende generar los tiempos calculados basados en la trayectoria, y que comprende además:

g) determinar una diferencia entre los tiempos medidos y los tiempos calculados;

h) determinar (314) si la diferencia entre los tiempos está dentro de un intervalo aceptable; y

i) si la diferencia está fuera del intervalo aceptable, repetir las etapas e) -h) , de otro modo localizar una fuente del proyectil basándose en la nueva trayectoria.

3. El método de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en donde la etapa b) (200) se realiza basándose en una aproximación plana para la onda de presión (3) .

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa d) (204) se realiza basándose en una onda de presión cónica.

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los vectores de apuntamiento unitario se perturban en dos planos.

6. El método de la reivindicación 5, en donde los dos planos son perpendiculares entre sí.

7. El método de la reivindicación 2, que comprende además:

determinar (206, 208) una trayectoria inicial para el proyectil (1) basada en los vectores de apuntamiento unitario;

en el que la etapa d) comprende calcular los tiempos en que la onda de presión debería haber sido detectada por los elementos de sensor (60, 61, 62) basándose en la trayectoria inicial;

que comprende además, después de la etapa f) , recalcular los tiempos calculados basándose en la nueva trayectoria;

en donde las etapas e) -h) se repiten para un período predeterminado de tiempo, hasta que la diferencia de tiempos esté dentro de un intervalo aceptable o hasta que se hayan realizado un número predeterminado de iteraciones.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la diferencia se minimiza (302; 308) usando un método de interpolación polinómica.

9. El método de la reivindicación 7 o de la reivindicación 8, en donde la trayectoria inicial se calcula usando una geometría plana para la onda de presión (3) .

10. El método de la reivindicación 7, en el que la etapa de recalcular se realiza usando una geometría cónica para la onda de presión (3) .

11. El método de la reivindicación 8, en el que la trayectoria inicial se determina basándose en los tiempos calculados de la etapa d) .

12. Un aparato para determinar una trayectoria de un proyectil (1) que comprende:

como mínimo dos sensores espaciados cada uno de los cuales comprende al menos dos elementos de sensor (60, 61, 62) capaces de encontrar una onda de presión (3) generada por el proyectil y capaces de generar señales en respuesta a la onda de presión, estando relacionadas las señales con un ángulo de azimut y de elevación de un vector de apuntamiento unitario;

medios para calcular, a partir de las señales, los vectores de apuntamiento unitario para cada uno de los sensores;

medios para calcular una primera trayectoria del proyectil basándose en los vectores de apuntamiento unitario, y caracterizado porque comprende

medios para retrocalcular los tiempos de la primera trayectoria basándose en una geometría cónica de la 10 onda de presión.

13. Un medio de almacenamiento de información utilizable por ordenador que guarda los medios de código del programa legibles por ordenador para causar que un ordenador realice el método de determinar una trayectoria según la reivindicación 1.