Métodos y aparato para proporcionar estimación de altitud de blanco en un sistema de radar bidimensional.

Un método, incluyendo:

seguir un contacto usando un sensor en un sistema de radar bidimensional (300) para determinar una posiciónrelativa y una velocidad relativa del contacto con respecto al sensor;

determinar un tiempo estimado al punto de aproximación más cercano, TCPA, para el contacto (302) usando laposición relativa y la velocidad relativa;

determinar un punto de aproximación más cercano estimado, CPA, para el contacto (302) a partir del TCPAestimado;

determinar una distancia de línea de visión transversal estimada en el CPA estimado en base al TCPA estimado ylos datos de seguimiento de posición relativa y velocidad relativa; y

estimar una altitud para el contacto a partir del punto de aproximación más cercano estimado, CPA, y la distancia delínea de visión transversal estimada (308).

Métodos y aparato para proporcionar estimación de altitud de blanco en un sistema de radar bidimensional

Antecedentes Como es conocido en la técnica, los radares marítimos convencionales para la navegación de barcos y para vigilancia costera (por ejemplo, los sistemas terrestres de seguimiento de barcos (VTS) ) detectan y miden la posición de barcos y otros contactos discretos en un espacio bidimensional. Este espacio es idealizado típicamente como un plano (tangente) a nivel local a tierra coordenado en coordenadas polares radáricas naturales de rango R y azimut verdadero A o en coordenadas cartesianas (x, y) apuntando x positivo en una dirección Este y apuntando y positivo al Norte. Cuando estos radares también están configurados con ayuda de punteo de radar automática (ARPA) , la posición de un contacto es rastreada en el tiempo, y se deriva un vector de velocidad.

Se usan radares ARPA para barcos para alertar automáticamente a la vigilancia del barco de posibles colisiones detectando y siguiendo automáticamente otros barcos y generando una alerta en determinadas condiciones que implican el movimiento relativo del propio barco y del contacto seguidos por el radar. Suponiendo que tanto el propio barco como el contacto bajo seguimiento mantendrán sus velocidades constantes, es posible calcular un punto de aproximación más cercano (CPA) y un tiempo hasta el punto de aproximación más cercano (TCPA) . Si tanto CPA como TCPA son inferiores a límites seleccionados, entonces se da una alerta de posibilidad de colisión.

El artículo “Use of an Adapted Marine Radar for the Short-Range Detection and Tracking of Small Birds in Flight” de R. L. Millikin y J. R. Buckley, IEEE 2001 Internacional Geoscience and Remote Sensing Symposium, Sydney, Australia, Julio 2001, describe la estimación de posición 3-d para un radar 2-d, como también lo hace la solicitud relacionada US2004/0233098.

Resumen La presente invención se define en las reivindicaciones a las que se hace referencia. Proporciona métodos y aparato para sistemas de radar bidimensional, tales como sistemas de radar de navegación de barcos, para estimar altitudes de blancos aéreos, tales como un avión. Con esta disposición, se puede determinar si los contactos de radar presentan una amenaza potencial en base a criterios seleccionados. Aunque las realizaciones ejemplares se muestran y describen primariamente en unión con sistemas de radar bidimensional para barco, por ejemplo, sistemas de radar navegacional, se entiende que la invención es aplicable a sistemas de radar bidimensional en general en los que sea deseable estimar la altitud de un contacto de radar.

Breve descripción de los dibujos Las características anteriores de esta invención, así como la invención propiamente dicha, se pueden entender más plenamente a partir de la descripción siguiente de los dibujos, en los que:

La figura 1 representa un sistema de radar bidimensional que puede estimar la altitud de un contacto de radar según una realización ejemplar de la invención.

La figura 2 es una ilustración gráfica que representa una trayectoria con altitud cero y una trayectoria con altitud relativamente grande.

La figura 3 es un diagrama de flujo que representa una secuencia ejemplar de pasos para estimar la altitud en un sistema de radar bidimensional.

La figura 4 es una ilustración tridimensional de la historia de movimiento de un contacto aéreo y un radar abordo de un barco de superficie, manteniendo ambos constante su velocidad durante todo el período de la simulación.

La figura 5 es la presentación de la figura 4 proyectando la coordenada z en el plano x, y.

La figura 6 representa cómo cambia con el tiempo el rango desde el radar al contacto aéreo durante el escenario ilustrado en la figura 4 y la figura 5 y también representa el tiempo (TCPA) en que el rango es un mínimo y el rango mínimo (CPA) .

La figura 7 representa cómo el azimut verdadero (o rumbo) desde el radar al contacto aéreo parecerá variar en el escenario de la figura 4, la figura 5 y la figura 6, donde este cambio de azimut en función del tiempo es diferente de la misma función para un contacto de superficie que sigue la misma trayectoria proyectada en el plano x, y.

La figura 8 ilustra la diferencia en la vista proyectada del recorrido medido del radar del contacto aéreo desde el recorrido en línea recta verdadera, donde la curvatura aparente es debida a falsas aceleraciones medidas por el radar 2D desde la altitud del contacto aéreo.

La figura 9 es similar a la figura 6 con respecto a un avión más bajo.

La figura 10 es similar a la figura 8 con respecto a un avión más bajo.

Descripción detallada En general, la presente invención proporciona métodos y aparato para identificar amenazas aéreas en un sistema de radar bidimensional (2D) , tal como sistemas de radar de navegación de barcos. En realizaciones ejemplares, se facilitan estimaciones de altitud para contactos de radar, tal como un avión. En vista de la amenaza del terrorismo contra barcos, es deseable usar radares marítimos 2D como sensores de vigilancia de zona ancha y sistemas de aviso precoz contra una clase más amplia de amenazas. Los radares navegacionales 2D son adecuados para esta función, por ejemplo porque están licenciados para uso en puertos internacionales y vías navegables mediante el tratado para la Seguridad de la Vida en el Mar (SOLAS) y la especificación de la Organización Marítima Internacional (IMO) . Para contrarrestar una amenaza terrorista en superficie, tal como un barco, en una realización la información de la trayectoria atacante es enviada a un sistema de mando y control o combate del que un operador humano puede determinar la necesidad de hacer frente a la amenaza.

Como parte de la decisión de intervención, en una realización ejemplar, el operador de un sistema de combate puede optar por “observar” la amenaza usando sensores adicionales tales como cámaras electroópticas o de infrarrojos (EOIR) . Para acortar el tiempo que se tarda en responder a una amenaza, es deseable hacer que el sistema de combate utilice automáticamente la trayectoria ARPA para dirigir la cámara EOIR a la amenaza de superficie.

Se entiende que, en los sistemas convencionales cuando la amenaza es un avión bajo lento, los radares marítimos estándar todavía pueden detectar y seguir el contacto, pero el sistema de combate supondrá que la posición de trayectoria estará en la superficie del mar cuando, de hecho, el avión puede estar a una milla de altura. En esa condición, cuando el sistema de combate intente dirigir la cámara EOIR, la cámara puede no hallar la amenaza porque tiene un campo de visión (FOV) demasiado estrecho. Una analogía es que el FOV de la cámara EOIR se asemeja a mirar a través de una paja. En tal caso, el operador humano asume que el radar tiene una trayectoria falsa e ignora la amenaza porque nada del rumbo referido aparece en la superficie del mar en el FOV de la cámara. Aunque el operador pueda localizar la amenaza, se pierde un tiempo valioso mientras el operador dirige manualmente las cámaras en busca de la amenaza.

Proporcionando estimaciones de altitud de posibles amenazas, los métodos y aparato de la invención proporcionan un mecanismo para localizar blancos en tres dimensiones en un sistema de radar 2D. Realizaciones ejemplares de la invención son adecuadas para radares navegacionales que pueden estar abordo de un barco o tener una posición estática.

La figura 1 representa un vehículo de superficie 100, representado como un barco, que tiene un radar navegacional bidimensional (2D) 102 para proporcionar una estimación de altitud de un blanco 104, representado como un avión, según realizaciones ejemplares de la invención. En general, el sistema de radar 102 estima la altitud del avión 104 identificando una desviación de una trayectoria de un blanco de superficie. La figura 2 representa la historia de seguimiento de un primer blanco que tiene una primera trayectoria 150 que tiene la misma altitud que un radar 2D en forma de una línea recta. Un segundo blanco que tiene una segunda trayectoria 152 se desvía de la primera trayectoria 150 de modo que se genere un 'abombamiento' 154. Aunque el recorrido de los blancos primero y segundo es similar, el segundo blanco tiene una altitud con respecto al radar 2D que genera, y corresponde a, el abombamiento 154 de la segunda trayectoria 152. Las características del abombamiento 154 pueden ser usadas para la estimación de la altura del segundo blanco.

De forma similar a los supuestos para calcular CPA y TCPA, se puede asumir que un sensor de seguimiento bidimensional (por ejemplo, un radar ARPA) y un contacto discreto... [Seguir leyendo]

1. Un método, incluyendo:

seguir un contacto usando un sensor en un sistema de radar bidimensional (300) para determinar una posición relativa y una velocidad relativa del contacto con respecto al sensor;

determinar un tiempo estimado al punto de aproximación más cercano, TCPA, para el contacto (302) usando la posición relativa y la velocidad relativa;

determinar un punto de aproximación más cercano estimado, CPA, para el contacto (302) a partir del TCPA estimado;

determinar una distancia de línea de visión transversal estimada en el CPA estimado en base al TCPA estimado y los datos de seguimiento de posición relativa y velocidad relativa; y

estimar una altitud para el contacto a partir del punto de aproximación más cercano estimado, CPA, y la distancia de línea de visión transversal estimada (308) .

2. El método según la reivindicación 1, incluyendo además determinar si el contacto es aéreo.

3. El método según la reivindicación 1, donde la altitud de contacto estimada es igual al CPA cuando el contacto está siguiendo una velocidad constante que conduce directamente sobre el sensor de sistema de radar.

4. El método según la reivindicación 1, incluyendo además usar un TCPA negativo como un criterio para determinar cuándo una altitud deberá ser estimada para el contacto.

5. El método según la reivindicación 1, incluyendo además hacer una serie de comprobaciones antes de estimar la altitud de contacto.

6. El método según la reivindicación 5, donde las comprobaciones incluyen uno o más de determinar si el contacto es un contacto que se aproxima, determinar si el TCPA es menor que un valor seleccionado, determinar si el CPA es menor que un valor seleccionado, y examinar una relación de CPA a rango para el contacto.

7. El método según la reivindicación 1, donde la distancia de línea de visión transversal estimada se determina a partir del TCPA, un rango de contacto, R, y una tasa de cambio en azimut, A'.

8. El método según la reivindicación 1, donde la distancia de línea de visión transversal estimada se determina a partir del TCPA, un vector unitario de línea de visión transversal para el contacto, Y, y una velocidad del contacto, VT.

9. Un sistema, incluyendo:

un sistema de radar bidimensional (102) que tiene un sensor para detectar contactos (104) ; y

un módulo de procesado para hacer el seguimiento de un contacto usando un sensor en un sistema de radar bidimensional para determinar una posición relativa y una velocidad relativa de un contacto con respecto al sensor, determinar un tiempo estimado al punto de aproximación más cercano, TCPA, para el contacto (302) usando la posición relativa y la velocidad relativa; determinar un punto de aproximación más cercano estimado, CPA, para el contacto (302) a partir del TCPA estimado, determinar una distancia de línea de visión transversal estimada en el CPA estimado en base al TCPA estimado y los datos de seguimiento de posición relativa y velocidad relativa; y estimar una altitud para el contacto a partir del punto de aproximación más cercano estimado, CPA, y la distancia de línea de visión transversal estimada (308) .

10. El sistema según la reivindicación 9, donde el sistema incluye un barco.

11. Un artículo incluyendo:

un medio de almacenamiento que almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por una máquina, dan lugar a lo siguiente:

seguir un contacto usando un sensor en un sistema de radar bidimensional para determinar una posición relativa y una velocidad relativa del contacto con respecto al sensor;

determinar un tiempo estimado al punto de aproximación más cercano, TCPA, para el contacto (302) usando la posición relativa y la velocidad relativa;

determinar un punto de aproximación más cercano estimado, CPA, para el contacto (302) a partir del TCPA estimado; determinar una distancia de línea de visión transversal estimada en el CPA estimado en base al TCPA estimado y los datos de seguimiento de posición relativa y velocidad relativa; y

estimar una altitud para el contacto a partir del CPA estimado y la distancia de línea de visión transversal estimada.

12. El artículo según la reivindicación 11, donde la altitud de contacto estimada es igual al CPA cuando el contacto está directamente sobre el sensor de sistema de radar. 10

13. El artículo según la reivindicación 11, incluyendo además instrucciones para usar un TCPA negativo como un criterio para determinar cuándo una altitud deberá ser estimada para el contacto.

14. El artículo según la reivindicación 11, incluyendo además instrucciones para hacer una serie de comprobaciones

antes de estimar la altitud de contacto (304) , donde las comprobaciones incluyen uno o más de determinar si el contacto es un contacto que se aproxima, determinar si el TCPA es menor que un valor seleccionado, determinar si el CPA es menor que un valor seleccionado, y examinar una relación de CPA a rango para el contacto.

15. El artículo según la reivindicación 11, donde la distancia de línea de visión transversal estimada se determina a partir del TCPA, un rango de contacto, R, y una tasa de cambio en azimut, A', y/o el TCPA, un vector unitario de línea de visión transversal para el contacto, Y, y una velocidad del contacto, VT.