ES2244706T3 - Procedimiento para la localizacion pasiva de objetos irradiadores de sonido. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la localización pasiva de objetivos irradiadores de sonido empleando una disposición de transductores (10) que cubre un sector de recepción y que lleva transductores electroacústicos (11) distanciados uno de otro, en el que la disposición de transductores (10) es enfocada mediante un desplazamiento de fase y/o un retardo de tiempo definidos de sus señales de recepción sobre puntos focales supuestos (20) que están enfilados uno tras otro sobre rayos de marcación (19), y mediante una suma congruente en fase de las señales de recepción retardadas se forman señales de foco asociadas a los puntos focales (20), caracterizado porque se determinan para cada rayo de marcación (19) los niveles (P) de las señales de foco en función del valor inverso de la distancia (Rkk 1) de los puntos focales (20) a la disposición de transductores (10) y se forma la evolución de nivel (P(Rkk 1)) como una función del valor inverso de distancia (Rkk 1), y porque se busca el máximo en la evolución del nivel (P (Rkk 1)) y se estima la distancia (RZ) del objetivo a partir del valor inverso de distancia (Rz-1) correspondiente al máximo.

Description

Procedimiento para la localización pasiva de objetivos irradiadores de sonido.

La invención concierne a un procedimiento para la localización pasiva de objetivos irradiadores de sonido del género definido en el preámbulo de la reivindicación 1.

En un procedimiento conocido de esta clase para una disposición lineal de transductores con transductores continuamente ocupados (documento DE 198 25 271 C1) se marcan objetivos por medio de una instalación de marcación unida con los transductores y se determina el ángulo de marcación con respecto a los objetivos. Se reúne un número de transductores contiguos formando un grupo, y a partir de las señales de recepción o las señales de salida eléctricas de los transductores del grupo se forman a través de retardos de tiempo de propagación y/o de fase unas señales de foco con focos o puntos focales que están enfilados uno tras otro sobre cada rayo de marcación que define una marcación de objetivo. Las señales de foco se comparan una con otra y el foco de la señal de foco más grande, que viene determinado por la distancia a la disposición de transductores, se indica como lugar de emplazamiento del objetivo sobre el rayo de marcación. Como disposición de transductores se emplea aquí una antena remolcada o una llamada flank array (antena lateral).

Para conseguir una estabilización adicional de la indicación del emplazamiento del objetivo se reúnen varios grupos constituidos cada uno de ellos por una pluralidad de transductores formando bases parciales contiguas. Para cada base parcial se forman señales de foco con focos enfilados uno tras otro a lo largo del rayo de marcación en la dirección de marcación hacia el objetivo. Para cada base parcial se comparan entre sí las señales de foco, y partir de los focos de las señales de foco más grandes de todas las bases parciales se determinan distancias radiales al objetivo sobre el rayo de marcación correspondiente. Formando el valor medio de las distancias radiales se determina el emplazamiento del objetivo en la dirección de marcación.

La invención se basa en el problema de mejorar un procedimiento de la clase citada al principio de modo que, junto con bajas relaciones de señal-ruido, proporcionen aún buenas estimaciones de los parámetros de localización. El problema se resuelve según la invención con las características de la reivindicación 1.

El procedimiento según la invención tiene la ventaja de que se pueden evaluar estadísticamente las señales de salida de los transductores aprovechando el valor inverso de la distancia, que es igual a la curvatura del frente de onda incidente en la disposición de transductores. La utilización de la naturaleza estadística de las magnitudes de medida hace que, con malas condiciones de señal-ruido, sigan siendo posibles buenas estimaciones de las magnitudes de medida en comparación con los procedimientos conocidos. A esto va ligado el hecho de que se consigue una buena precisión de los resultados de localización con muchísima mayor rapidez, dependiendo el intervalo de tiempo hasta conseguir la precisión deseada especialmente de la longitud o apertura de la disposición de transductores y de la relación de señal/ruido (Signal-Noise Ratio, SNR). No son necesarias maniobras propias ni maniobras del objetivo. Con el procedimiento según la invención se puede mejorar sensiblemente la eficacia de tareas de reconocimiento. Ya después de la realización de una primera marcación y un enfoque correspondiente a lo largo del rayo de marcación se produce una primera estimación aproximada del emplazamiento del objetivo en unos pocos segundos. Se obtiene ya un primer resultado fiable del emplazamiento del objetivo al cabo de varias estimaciones. No son necesarias para esto ni maniobras propias ni maniobras del objetivo.

El procedimiento según la invención es relativamente insensible frente a bajas longitudes de coherencia en el tiempo debido a su corto tiempo de integración y, como consecuencia de una exploración casi continua del frente de onda, es también insensible frente a bajas longitudes de coherencia en el espacio debido a la densa ocupación de los transductores. Los pequeños requisitos impuestos a la coherencia de la propagación del sonido aportan la ventaja de que el procedimiento es robusto frente a una serie de perturbaciones que son provocadas por complejas condiciones de propagación del sonido, por ejemplo propagación en varias vías, gradientes de temperatura, formación de canales de sonido y estratificaciones de agua. La fabricación de la disposición de transductores es muy sencilla, ya que la precisión de la captación de las posiciones de los transductores, como las que se imponen en una determinación de distancia por correlación de señales de recepción de tres transductores o grupos de transductores (patente US 4 910 719), no es necesaria en el procedimiento según la invención, puesto que se aprovechan no sólo tres, sino muchos puntos en el frente de onda recibido para el cálculo de la distancia del objetivo.

En el procedimiento según la invención se utiliza preferiblemente toda la longitud de la disposición de transductores para formar los puntos focales y se omite una subdivisión de los transductores existentes en grupos de transductores individuales. La concentración así lograda de los puntos focales formados por las señales de foco aporta la ventaja de una supresión adicional de perturbaciones, de modo que, en particular, unos objetivos contiguos no perjudican al resultado de medida.

Además, se detectan mejor los objetivos en el caso de una mala relación de señal/ruido de las señales de foco, ya que, debido a la formación de la evolución del nivel en función del valor inverso de la distancia, se destacan claramente los máximos de nivel y se pueden reconocer también con seguridad tales objetivos en la evolución del nivel. El procedimiento según la invención se caracteriza por la posibilidad de una separación y localización exactas de objetivos, incluso aunque se capten dos objetivos de diferente nivel de ruido sobre rayos de marcación contiguos por medio de la disposición de transductores.

Formas de ejecución convenientes del procedimiento según la invención con perfeccionamientos y realizaciones ventajosos de la invención se desprenden de las demás reivindicaciones.

Según una forma de ejecución preferida de la invención, los puntos focales sobre los cuales se enfoca la disposición de transductores a lo largo de los rayos de marcación se forman en la zona de curvaturas positivas y negativas del frente de onda, para lo cual se suponen los puntos focales también para distancias no reales a la disposición de transductores introducidas como magnitud auxiliar. Estas distancias no reales corresponden a curvaturas negativas del frente de onda, las cuales se presentan a baja SNR debido a la naturaleza estática de la medición y han de tenerse en cuenta para una estimación de la distancia del objetivo que sea fiel a las expectativas. El rango de distancia cubierto con los puntos focales formados se elige aquí mayor que +R_{min} y menor que –R_{min}, siendo R_{min} una distancia mínima admitida de la disposición de transductores. La distancia infinitamente grande en la que se recibe un frente de onda plano y el punto focal está situado en el infinito, lleva asociado así el valor de curvatura del frente de onda o el valor inverso de la distancia. La distancia mínima determina la curvatura positiva y negativa máxima y, por tanto, el rango del valor inverso de la distancia. Gracias a esta medida se obtiene una curva simétrica de la evolución del nivel en la zona de un máximo del nivel, a partir de la cual se puede determinar con muchísima mayor precisión el valor inverso de la distancia en el máximo que suministra la distancia del objetivo, por ejemplo mediante aproximación del entorno del máximo a una parábola y determinación del vértice de esta parábola. De este modo, se pueden detectar y localizar con precisión también máximos destacados en forma relativamente plana que se basan en fuentes de sonido débiles o bastante alejadas.

Según una forma de ejecución ventajosa de la invención, el enfoque de la disposición de transductores se realiza solamente sobre aquellos puntos focales que están situados sobre rayos de marcación reconocidos ya como marcaciones de objetivo. A este fin, la disposición de transductores tiene que enfocarse exclusivamente todavía sobre estos pocos rayos de marcación correspondientes a estas marcaciones del objetivo, con lo que se reducen considerablemente el coste y el tiempo de cálculo. Las marcaciones del objetivo se establecen de manera convencional por medio de una instalación de marcación, para lo cual se forma por cada dirección de marcación en el sector de recepción de la disposición de transductores una característica direccional con la disposición de transductores. Mediante retardos de fase y/o de tiempo adecuados de las señales de salida eléctricas de los transductores y adición en congruencia de fase de las señales de salida retardadas se forman señales de grupo de las características direccionales. Las señales de grupo con nivel significativo suministran rayos de marcación con marcaciones de objetivo. Cuando se han conocido y eventualmente verificado las marcaciones de objetivo, se tiene que determinar únicamente todavía la distancia de los objetivos detectados sobre los diferentes rayos de marcación.

Según una forma de ejecución ventajosa de la invención, se determinan en cada evolución del nivel en función del valor inverso de la distancia el gradiente de la función mediante la formación de la primera derivada de la evolución del nivel y la curvatura de la función mediante la formación de la segunda derivada de la evolución del nivel, en cada caso según el valor inverso de la distancia. El valor de nivel en el que el gradiente es cero y la curvatura es negativa, identifica el máximo del nivel sobre el rayo de marcación. El valor inverso de la distancia correspondiente al máximo del nivel se indica después de la formación del valor inverso como la distancia del objetivo. Esta clase de determinación de la distancia del objetivo es exacta en el caso de señales acústicas incidentes que presentan una SNR suficiente.

Por el contrario, si las señales acústicas recibidas por la disposición de transductores están fuertemente perturbadas, de modo que se presentan multiplicadas las divergencias en la determinación del valor inverso de la distancia, se someten entonces los valores inversos de la distancia pertenecientes al máximo de nivel, según una forma de ejecución ventajosa de la invención, a un filtrado estadístico, siendo el filtro utilizado fiel a las expectativas y presentando una varianza mínima. Ventajosamente, se emplea para ello un filtro de mediana corriente, o sea, un llamado running median. El filtro suministra un valor estimado para el valor inverso de la distancia del máximo del nivel que, después de la formación del valor inverso, suministra un valor estimado de la distancia del objetivo. Como alternativa, se pueden utilizar también la formación de valor medio y la desviación estándar para el filtrado, pero el filtro de mediana mejora decisivamente la función de estimación.

La determinación del valor inverso de la distancia está afectada de un error estadístico debido a un ruido superpuesto a la porción útil de la señal de foco. La señal de foco dependiente de la distancia se forma cada vez, para distancias diferentes, por medio de una suma de señales de salida o de recepción retardadas de los transductores de la disposición de transductores. La evolución del nivel de la señal de foco en función de la distancia es una suma de funciones cosenoidales que muestra en un desarrollo en serie para pequeños argumentos del coseno una dependencia cuadrática con respecto al valor inverso de la distancia

IP(R^{-1}) = P_{0} \left[1-\frac{\pi ^{2} f^{2} L^{4}}{80c^{2}}\frac{1}{R^{2}} \right]

en donde P_{0} es la amplitud de la señal de foco P(R^{-1}), R es el valor de la distancia, f es la frecuencia, L es la longitud de la disposición de transductores y c es la velocidad del sonido. El tiempo de integración empleado para formar la evolución del nivel es finito, de modo que la amplitud P_{0} de la evolución del nivel lleva superpuesta una amplitud de ruido que genera un error estadístico en la determinación de la abscisa del máximo de nivel y, por tanto, en la determinación del valor inverso de la distancia.

Dado que la distancia se determina según la invención en función del valor inverso de la misma, este error es tenido en cuenta en el término cuadrático del valor inverso de la distancia. La señal de foco puede aproximarse en el campo lejano por medio de un polinomio de segundo orden cuando el valor inverso de la distancia R^{-1} es sustituido por la curvatura K. De este modo, la señal de foco superpuesta con una amplitud de ruido se determina de la manera siguiente:

IIP(K) = P_{0} [1-a(K-K_{0})^{2}]

con \hskip0,5cm a = \frac{\pi f^{2}L^{2}}{80c^{2}}

en donde K – K_{0} es la perturbación de la curvatura del frente de onda ocasionada por el ruido, es decir, el error estadístico \DeltaK de la curvatura. Si se fija para K – K_{0} = \DeltaK, se obtiene entonces después de la transformación

IIIP(K) - P_{0}=P_{0}a(K-K_{0})^{2}

IV\Delta P = P_{0}a\Delta K^{2}

en donde \DeltaP = P (K) – P_{0} indica la perturbación estadística de la señal de foco. Si se resuelve la ecuación IV según \DeltaK^{2}, se obtiene

V\Delta K^{2} = \frac{1}{a\frac{P_{0}}{\Delta P}}

en donde P_{0}/\DeltaP es la relación de señal/ruido SNR_{B} de la señal de foco.

Por tanto, el error \DeltaK de la curvatura es igual a

VI\Delta K = \frac{1}{\sqrt{aSNR_{B}}}

Con K = R^{-1} y en el supuesto de que R_{0} es la distancia real y R es la distancia calculada como afectada de error, se obtiene la perturbación de la curvatura

VII\Delta K = K - K_{0} = \frac{1}{R} - \frac{1}{R_{0}} = \frac{R_{0}-R}{R_{0}R}

Para \DeltaR = R_{0} - R el error estadístico relativo de la distancia es igual a

VIII\frac{\Delta R}{R} = \frac{4\sqrt{5c}}{\pi fL^{2} \sqrt{SNR_{B}}} \ R

El error estadístico relativo del valor de distancia es una función de la distancia que disminuye al aumentar la frecuencia y que es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la relación de señal/ruido de la señal de foco, que también depende de la frecuencia.

Los ensayos han mostrado que con una relación de señal-ruido medida de la señal de foco se puede hacer una predicción sobre la evolución del error estadístico relativo de la distancia \DeltaR/R en función de la frecuencia, de modo que en la presente situación de propagación del sonido se pueden excluir determinados dominios de frecuencia para la optimización del procedimiento de localización, sin que sean necesarios conocimientos especiales sobre el "tiempo atmosférico del sonar". Con este perfeccionamiento del procedimiento según la invención es posible, además, que se dejen sin tener en cuenta dominios de distancia cuando allí el error estadístico \DeltaR/R esté por encima de una magnitud prefijada.

La relación de señal/ruido de la señal de foco puede estimarse en el caso de una anisotropía espacial no demasiado grande del ruido a partir del espectro de la señal de foco que contiene el objetivo y espectros de señales de foco de puntos focales contiguos en los que no está contenido ningún objetivo y los cuales presentan una pequeña distancia al objetivo. Con esta relación de señal/ruido se calcula el error estadístico relativo de la distancia.

Según el perfeccionamiento ventajoso de la invención, la relación de señal/ruido de la señal de foco se puede calcular de manera especialmente sencilla a partir de la relación de señal/ruido de una de las señales de recepción de los transductores, teniendo en cuenta para ello un producto de tiempo-ancho de banda prefijable. Junto con la longitud efectiva de la apertura, dependiente del ángulo de marcación, y el número de transductores es posible así el error estadístico relativo con una evaluación del espectro de solamente una única señal de recepción.

Es especialmente ventajoso que las señales de recepción de los transductores sean alimentadas a un análisis de frecuencia ya antes de la formación de dirección y del enfoque, de modo que la evolución del nivel de las señales de foco pueda representarse en función del ángulo de marcación, el valor inverso de la distancia y la frecuencia. En función del error estadístico relativo calculado de la distancia se determina y evalúa la evolución del nivel solamente para aquellas bandas de frecuencia para los cuales el error está por debajo de un límite de error prefijable. Debido a esta preselección dependiente de la frecuencia, incluso señales de recepción fuertemente afectadas de ruido, con una relación de señal/ruido de, por ejemplo, -20 dB, suministran señales de foco con una evolución de nivel evaluable, aun cuando tenga que prescindirse de una preselección de marcaciones de objetivo.

Una forma de ejecución ventajosa de la invención prevé que el enfoque de los transductores se realice sobre todos los puntos focales que estén situados sobre rayos de marcación que estén decalados en ángulos de marcación discretos uno respecto de otro y que cubran a manera de trama el sector de recepción. Para cada rayo de marcación se determinan, además, los niveles de las señales de foco en función de los ángulos de marcación. Aparte de la evolución del nivel en función del valor inverso de la distancia, se forma también la evolución del nivel en función del ángulo de marcación. En la evolución del nivel en función del ángulo de marcación se detectan máximos y a partir de los valores inversos de la distancia correspondientes se estiman las distancias del objetivo. En esta otra ejecución del procedimiento se determinan las señales de foco para una trama de ángulos de marcación y valores inversos de la distancia, de modo que el sector de recepción puede ser registrado en busca de objetivos que irradien energía acústica. Al igual que en la evolución del nivel en función del valor inverso de la distancia, los máximos en la evolución del nivel en función del ángulo de marcación pueden ser determinados por cálculo del gradiente y la curvatura de la evolución del nivel. Los valores de nivel en los que el gradiente es cero y la curvatura es negativa se definen como máximos. Los ángulos de marcación correspondientes a los máximos se indican como marcaciones de objetivo.

Según otra forma de ejecución ventajosa de la invención, se determina preferiblemente la evolución del nivel en el sector de recepción como una función bidimensional del valor inverso de la distancia y del ángulo de marcación, y para la detección de máximos se calculan el gradiente y la curvatura mediante una diferenciación parcial de la función bidimensional según el valor inverso de la distancia y el ángulo de marcación. La ventaja de este procesamiento de señales consiste en que se separan y localizan con seguridad objetivos situados sobre rayos de marcación contiguos, concretamente cuando sean muy diferentes sus niveles de recepción.

Cuando, además, es solamente muy pequeña la relación de señal a ruido de la señal de recepción de los transductores con los cuales de determina la evolución del nivel, de modo que apenas pueden detectarse en el ruido señales útiles de un objetivo y/u objetivos en rayos de marcación o distancias contiguos irradian energía acústica de muy diferente intensidad, se puede realizar, a pesar de ello, según la forma de ejecución ventajosa de la invención, un reconocimiento de posición una vez que se haya determinado el error estadístico relativo de la distancia en función de la frecuencia. En función de la evolución de este error estadístico relativo se dividen las señales de recepción en bandas de frecuencia para los cuales el error está por debajo de un límite de error prefijable. Existe ahora también la posibilidad de utilizar un procedimiento de alta resolución con selección de frecuencia para la formación de la dirección y el enfoque, en el que se determina por estimación de la matriz de covarianzas la evolución del nivel en función del ángulo de marcación y del valor inverso de la distancia. Un procedimiento de esta clase se ha descrito, por ejemplo, en el artículo de J. Capon "High Resolution Frequency Wave Number Spectrum Analysis", Proc. IEEE, vol. 57, pp. 1408-18, 1969. Si la formación de dirección y el enfoque en el dominio de frecuencia se efectúa a partir de los complejos espectros de frecuencia de las señales de recepción, se obtiene entonces la evolución del nivel por estimación de la matriz de densidades de potencia cruzadas. Este procedimiento se presenta, por ejemplo, en el libro "Sonsor Array Signal Processing", Prabhakar S. Naidu, CRC Press, 2001, capítulo 4.

Con esta forma de ejecución de la invención es posible una localización y separación de objetivos incluso con una pequeña relación de señal/ruido, una pequeña longitud de coherencia debido a perturbaciones en el medio de propagación y complejas condiciones de propagación del sonido, por ejemplo propagaciones en varias vías.

Según una forma de ejecución ventajosa de la invención, se calcula por simulación de ordenador como distribución de muestras una función bidimensional en dependencia del valor inverso de la distancia y ángulos de marcación para uno o varios objetivos, y esta distribución de muestras se compara por plegado con la función bidimensional de la evolución del nivel determinada para el sector de recepción. De este modo, se suprimen máximos que, por recepción de eco en rayos de marcación contiguos, generan una evolución oblicua en función del valor inverso de recepción y el ángulo de marcación, y dichos máximos no son captados en el reconocimiento del objetivo, lo que es deseable, ya que un nivel que emerja a diferentes distancias y diferentes ángulos de marcación no puede corresponder a un objetivo real. La ventaja consiste en que se consigue una liberación de perturbaciones, si bien los objetivos contiguos continúan siendo reconocidos y localizados por separado.

En otra forma de ejecución de la invención se calcula cada vez la curvatura en la distribución de muestras bidimensional y en la evolución de nivel bidimensional, y se pliegan las curvaturas de la evolución del nivel y de la distribución de muestras. En la integral de plegado se detectan entonces picos existentes. Los valores asignados a los picos para el valor inverso de la distancia y el ángulo de marcación son aprovechados para determinar el emplazamiento del objetivo. Para calcular las curvaturas se aplica el operador de Laplace a la función de la evolución del nivel y a la función de la distribución de muestras.

Si las señales acústicas recogidas de los transductores de la disposición de transductores están fuertemente afectadas de ruido, es decir que presentan una SNR muy pequeña, se someten entonces también los valores inversos de la distancia pertenecientes a los picos a un filtrado estadístico idéntico al que ya se ha indicado anteriormente. Se forma en este caso preferiblemente la mediana de los valores inversos de la distancia pertenecientes a los picos a partir de un número establecido de últimas mediciones. La distancia del objetivo es entonces el valor inverso de la mediana. Además, se forma un intervalo de confianza a partir de la mediana de la cuantía de la desviación absoluta respecto de la mediana formada en la estimación. En el caso de una selección adicional de una banda de frecuencia óptima para el establecimiento de la evolución del nivel se puede reducir aún más la varianza al determinar las distancias de los objetivos.

Se describe seguidamente la invención con más detalle haciendo referencia a un ejemplo de ejecución ilustrado en el dibujo. Muestran:

La figura 1, un diagrama de bloques de una disposición de circuito para explicar el procedimiento de localización pasiva de objetivos,

La figura 2, una disposición de filtro para su incorporación en el diagrama de bloques según la figura 1,

La figura 3, un espectro de la relación de señal/ruido,

La figura 4, una curva de evolución de un error estadístico relativo de la distancia en función de la frecuencia,

La figura 5, una representación de un diagrama de bloques igual a la de la figura 1 para un procedimiento modificado,

La figura 6, un diagrama del nivel de señales de foco formadas en la disposición de circuito según la figura 1 en función del valor inverso de la distancia de puntos focales situado sobre un rayo de marcación a la disposición de transductores,

La figura 7, un diagrama de la evolución bidimensional del nivel de las señales de foco formadas en la disposición de circuito según la figura 5 en función del valor inverso de la distancia de puntos focales formados en el sector de recepción a la disposición de transductores y en función del ángulo de marcación de los puntos focales,

La figura 8, una sección del diagrama de la figura 7 para R^{-1} = 0,

La figura 9, un diagrama de la evolución del nivel en la figura 8 después del plegado de la curvatura de la evolución del nivel en la figura 5 con la curvatura de una distribución de muestras, y

La figura 10, la deducción matemática del retardo de tiempo para las señales de salida de los transductores para enfocar la disposición de transductores sobre un punto focal a la distancia R_{k} de la disposición de transductores.

En el procedimiento que se describe a continuación para la localización pasiva de objetivos irradiadores de sonido se emplea una disposición de transductores 10, también llamada antena de recepción, con transductores electroacústicos 11 distanciados uno de otro. En el ejemplo de ejecución la disposición de transductores 10 es una antena lineal con una pluralidad de transductores 11 yuxtapuestos en forma equidistantes, como la que es conocida, por ejemplo, como antena remolcada (towed array) o como antena lateral (flank array) fijada al casco de un barco, a veces designada también como ristra de borda. Con la disposición de transductores 10 se cubre un sector de recepción dentro del cual es recibido por los transductores 11 un sonido incidente que es irradiado desde objetivos que forman fuentes de sonido y que se propaga en el agua. Los transductores 11 están unidos de manera convencional con una instalación de marcación 13 en la que se determina la dirección de incidencia del sonido y, por tanto, la dirección de marcación hacia los objetivos con ayuda de las señales de salida eléctricas de los transductores 11 (en lo que sigue llamadas señales de recepción). La instalación de marcación 13 comprende de manera conocida un formador de dirección 14, un bloque de procesamiento de señales 15 y un detector de nivel 16. En el formador de dirección 14 se retardan en tiempo y/o en fase de manera conocida las señales de recepción de los transductores 11, concretamente de tal modo que, teniendo en cuenta la dirección de incidencia o de marcación deseada \theta_{j}, todas las señales de recepción de los transductores 11 sean congruentes en fase. En el bloque de procesamiento de señales 15 se añaden las señales de recepción congruentes en fase, recibidas en cada dirección de marcación, para formar una señal de grupo, y la señal de nivel de la señal de grupo se archiva asociada a la dirección de incidencia o de marcación \theta_{j}. El detector de nivel 16 calcula la mayor señal de nivel y emite los ángulos de marcación \theta_{Z} asociados a las mayores señales de nivel de las señales de grupo como marcaciones de objetivo que se alimentan a un dispositivo de visualización 17 que se presentan en éste en forma numérica y gráfica.

Para determinar la distancia de un objetivo captado bajo un marcación de objetivo \theta_{z} se alimentan las señales de recepción, es decir, nuevamente las señales de salida eléctricas de los transductores 11, a un llamado formador de haz de enfoque 18. En este formador de haz 18 se enfocan las señales de recepción de los convertidores 11, a través de retardos de tiempo y/o de fase definidos, sobre puntos focales que están enfilados uno tras otro sobre un rayo de marcación 19 fijado por el ángulo de marcación \theta_{Z} y que están decalados radialmente en escalones de distancia discretos con respecto al centro de la disposición de transductores 11.

El cálculo de los retardos de tiempo necesarios para enfocar la disposición de transductores 10 sobre un punto focal 20 situado sobre el rayo de marcación 19 está indicado en la figura 10. El punto focal 20 se encuentra aquí a una distancia R_{k} del centro de la disposición de transductores 10, y esta disposición de transductores 10 está realizada en forma de una antena lineal con 2N transductores 11 equidistantemente dispuestos. Los retardos de tiempo para las señales de recepción de los n transductores 11 se obtienen a partir de los tiempos de propagación para las distancias y_{n} de los n transductores 11 a un arco de círculo trazado en torno al punto focal 20, cuya tangente hace contacto con el centro de la disposición de transductores 10. x_{n} es aquí la distancia del enésimo transductor 11 al centro de la disposición de transductores 10 y c es la velocidad del sonido. Para cada punto focal 20 se calcula el retardo de tiempo \tau_{n} necesario para un transductor 11 según la ecuación derivada en la figura 7:

(1)\tau_{n} = \frac{x^{2}_{n}}{2cR_{k}}

En este caso, \frac{1}{R_{k}} = R_{k}^{-1} es el valor inverso de la distancia y corresponde a la curvatura del frente de onda recibido.

Se deduce de este retardo \tau_{n} el retardo de tiempo máximo resultante \tau_{N}, de modo que el tiempo de retardo realmente necesario para el enésimo transductor 11 se calcula como

(2)\Delta \tau_{n} = \frac{1}{2cR_{k}}(x^{2}_{n}-x^{2}_{N})

en donde x_{n} es la distancia del enésimo transductor y x_{N} es la distancia del transductor más exterior 11 con respecto en cada caso al centro de la disposición de transductores 10.

El cálculo del retardo de tiempo \Delta\tau_{n} en función del valor inverso de la distancia R_{k}^{-1} se efectúa en el ordenador 21 de tiempos de retardo (figura 1), concretamente para una pluralidad de puntos focales 20 sobre el rayo de marcación 19. Se introducen aquí como magnitudes auxiliares unas distancias negativas no reales que corresponden a curvaturas negativas del frente de onda que se presentan debido a la naturaleza estática de las señales de recepción y que han de tenerse en cuenta en una estimación fiel a las expectativas. La zona cubierta con los puntos focales supuestos 20 para el valor inverso de la distancia excluye la zona cercana entre +R_{min} y -R_{min}, en donde R_{min} es una distancia mínima admitida a la disposición de transductores 10 en la que es conveniente una localización. Por tanto, para un valor inverso de la distancia R_{k}^{-1} idéntico en su magnitud, para curvaturas positivas y negativas idénticas, resultan tiempos de retardo \Delta\tau_{n}(R_{k}^{-1}) que son iguales en magnitud y que se diferencian únicamente por el signo.

Para tener en cuenta el ángulo de marcación \theta_{j} del rayo de marcación 19 se tienen que variar aún las señales de recepción de los transductores 11 en la medida de los tiempos de retardo \tau_{i} resultantes del ángulo de incidencia o de marcación \theta_{j}. El ordenador 12 de tiempos de retardo de la instalación de marcación 13 está colocado para ello en un circuito de puerta 22 que es controlado por la instalación de marcación 30 y que deja pasar solamente los tiempos de retardo \tau_{i} que provocan un retardo tal de las señales de recepción de los transductores 11 que el rayo de marcación 19 está situado bajo un ángulo de pivotamiento que corresponde a la marcación \theta_{Z} del objetivo. En un miembro sumador 23 se suman los tiempos de retardo \tau_{i}(\theta_{Z}) procedentes del ordenador 21 de tiempos de retardo con los tiempos de retardo \Delta\tau_{n}(R_{k}^{-1}) provenientes del ordenador 12 de tiempos de retardo en asociación correcta con los distintos transductores 11 de la disposición de transductores 10, y se alimentan los tiempos de retardo reales resultantes al formador de haz de enfoque 18.

En el formador de haz de enfoque 18 se retardan las señales de recepción de los transductores 11 en la medida de los tiempos de retardo calculados como antes para cada ángulo de marcación reconocido como marcación de objetivo \theta_{Z} por la instalación de marcación 13 y se suman las señales de recepción congruentes en fase así obtenidas, obteniéndose una denominada señal de foco para cada punto focal 20 sobre el rayo de marcación 19. En un bloque funcional 24 pospuesto al formador de haz 18 se determinan los niveles P de las señales de foco en función del valor inverso de la distancia R_{k}^{-1}, que es una medida de curvatura del frente - incidente en la disposición de transductores 10 - de una onda sonora generada por una fuente de sonido situada en el punto focal 20. La función así obtenida de la evolución del nivel en función del valor inverso de la distancia R_{k}^{-1} se ha representado a título de ejemplo en la figura 6 para un rayo de marcación 19 situado bajo un ángulo de marcación \theta_{Z}. Puede verse claramente que la función presenta un máximo muy pronunciado y, referido al máximo, una evolución de curva simétrica. Este máximo de la función P (R_{k}^{-1}) = g (R_{k}^{-1}) se determina por medio de un buscador de máximos 25 que emite el valor inverso de distancia R_{Z}^{-1} perteneciente al máximo, el cual se alimenta a un formador de valor inverso 26. En la salida del formador de valor inverso 26 se emite la distancia R_{Z} del objetivo detectado bajo el ángulo de marcación \theta_{Z}. La distancia R_{Z} del objetivo es alimentada al dispositivo de visualización 17 y presentada allí en forma numérica o gráfica.

La determinación del máximo en la evaluación del nivel P(R_{k}^{-1}) como función del valor inverso de distancia R_{k}^{-1} se efectúa de tal manera que, para marcación de objetivo \theta_{Z}, se calculan el gradiente formando la primera derivada de la función y la curvatura formando la segunda derivada de la función, cada vez según el valor inverso de distancia R_{k}^{-1}, y se emite como máximo de nivel aquel nivel en el que el gradiente es cero y la curvatura es negativa.

Esta determinación de la distancia del objetivo conduce a buenos resultados cuando las señales de recepción de los transductores 11 no están afectadas de ruido o lo están solamente en pequeña medida, es decir que las señales de recepción obtenidas de la recepción del sonido presentan una buena relación de señal/ruido SNR. Cuando no ocurre esto, el valor inverso de distancia R_{Z}^{-1} emitido por el buscador de máximos no es alimentado entonces al formador de valor medio 26, sino a un filtro estadístico 27, lo que se ha ilustrado por una conmutación del interruptor 28 representado sólo simbólicamente en el esquema de bloques de la figura 1. Como filtro estadístico 27 se emplea preferiblemente un filtro de mediana corriente, un llamado running median, que es fiel a las expectativas en el espacio de las distancias inversas (R^{-1}) y presenta una varianza mínima. En el filtro 27 se estima la distancia de objetivo R_{Z} formando la mediana de los valores inversos de distancia R_{Z}^{-1} detectados como distancias de objetivo, provenientes de un número establecido de últimas mediciones, y tomando el valor inverso de la misma. La distancia estimada R_{z} se alimenta nuevamente al dispositivo de visualización 17 y se presenta allí en forma numérica y gráfica. Por supuesto, se puede emplear también otro filtro estadístico 27 en el que, por ejemplo, se realice la estimación estadística de la distancia R_{z} del objetivo de tal manera que se forme la media aritmética de los valores inversos de distancia R_{Z}^{-1} de un número fijo de últimas medidas, detectados como distancias de objetivo, y se forme el valor inverso de la misma.

En el filtro estadístico 27 se determina, además, un intervalo de confianza (range of confidence) KI para el valor de distancia estimado, para lo cual se forma la mediana de la desviación absoluta de valores inversos de distancia con respecto a la mediana formada anteriormente descrita de valores inversos de distancia establecidos en el pasado. Un valor grande del intervalo de confianza muestra que los valores inversos de distancia de objetivo presentan grandes fluctuaciones, es decir que no son estables y, por tanto, no gozan de una gran confianza. Con el intervalo de confianza es posible también una indicación de una ventana de error para la distancia esperada del objetivo.

El intervalo de confianza es alimentado también al dispositivo de visualización 17 y presentado en éste.

Entre los puntos 100 y 200 en la entrada del formador de dirección 14 y el formador de haz de enfoque 18 se conecta discrecionalmente una disposición de filtro 109 para las señales de recepción de los transductores 11, la cual está representada en la figura 2. En un circuito de cálculo 110 se determina la relación de señal/ruido de una de las señales de recepción de los transductores 11 y se multiplica esta relación por un producto de tiempo-ancho de banda prefijable que tiene en cuenta un tiempo de integración para la determinación del nivel de la señal de foco, así como por el número de transductores 11. El circuito de cálculo 110 suministra la relación de señal/ruido SNR_{B} dependiente de la frecuencia de la señal de foco, cuya evolución se muestra en la figura 3 como un espectro en función de la frecuencia. En el circuito de cálculo de error pospuesto 111 se calcula el error estadístico relativo de la distancia

VIII\frac{\Delta R}{R} = R \frac{4\sqrt{5c}}{\pi fL^{2}\sqrt{SNR_{B}}}

en donde c es la velocidad del sonido, f la frecuencia, L la longitud de la apertura efectiva, que depende del ángulo de marcación \theta_{Z}, y SNR_{B} la relación de señal/ruido de la señal de foco. El circuito de cálculo de error 111 es activado por el ángulo de marcación \theta_{Z} que suministra la instalación de marcación 13.

La figura 4 muestra la evolución del error estadístico relativo de la distancia \DeltaR/R, la cual pone de manifiesto una fuerte dependencia de la frecuencia. Los errores más pequeños se presentan en el intervalo, de frecuencia de f1 a f2 y están por debajo de un límite de error prefijable de, por ejemplo, 0,2. A través de un circuito de control 112 se activa un circuito de selección de frecuencia 113 que hace que las señales de recepción de un circuito de análisis de frecuencia 114 en este intervalo de frecuencia f1 a f2 o en bandas de frecuencia individuales \Deltaf1, \Deltaf2 de este intervalo de frecuencia f1 a f2 pasen, a través del punto 200, a la instalación de marcación 13 y al formador de haz de enfoque 15 en la figura 1. Con esta medida se consigue que el error estadístico relativo para las distancias de objetivo establecidas esté, por ejemplo, por debajo de 2%.

El procedimiento modificado, ilustrado por el diagrama de bloques según la figura 5 y descrito a continuación, para la localización pasiva de objetivos irradiadores de sonido se ha modificado en el sentido de que las marcaciones de objetivo \theta_{z}, detectadas por la instalación de marcación 13 no se utilizan como información adelantada sobre la dirección de incidencia del sonido irradiado por el objetivo, sino que se registra completamente el sector de recepción situado delante de la disposición de transductores 10 en busca de fuentes de sonido existentes. A esta fin, se forma una trama de ángulos de marcación \theta_{j} y de valores inversos de distancia R_{k}^{-1} por medio de retardos de tiempo adecuados de las señales de recepción de los transductores 11 de la disposición de transductores 10, y se genera por parte del formador de haz de enfoque 18 una señal de foco para cada punto focal 20 que esté determinado por las coordenadas de la trama. Los tiempos de retardo necesarios se forman, como se ha descrito anteriormente, en el ordenador de tiempos de retardo 12 y en el ordenador de tiempos de retardo 21, se suman en el miembro sumador 23 y s alimentan al formador de haz de enfoque 18. El formador de haz 18 genera una señal de foco mediante una suma congruente en fase de las señales de recepción para cada punto focal, que está definido por un ángulo de marcación \theta_{j} y un valor inverso de distancia R_{k}^{-1}.

En el bloque funcional 24 se determina el nivel P de las señales de foco - como en el procedimiento anteriormente descrito - en función del valor inverso de distancia R_{k}^{-1} y - a diferencia del procedimiento anteriormente descrito - también en función del ángulo de marcación \theta_{j} y se forma la evolución del nivel P (\theta_{j}, R_{k}^{-1}) como una función bidimensional del valor inverso de distancia R_{k}^{-1} y del ángulo de marcación \theta_{j}. Esta función bidimensional P(R_{k}^{-1}, \theta_{j}) se ha representado a título de ejemplo en el diagrama de la figura 7. Se puede apreciar claramente que en el ejemplo supuesto se presentan máximos en la evolución del nivel por encima del valor inverso de distancia R_{k}^{-1} y en la evolución del nivel por encima del ángulo de marcación \theta_{j}. Estos máximos caracterizan objetivos existentes en el sector de recepción, de modo que la determinación exacta de la posición de los máximos da como resultado la posición de los objetivos definida por la dirección de marcación y la distancia. En la figura 8 se ha representado una sección a través de la función bidimensional de la figura 7, habiéndose tomado la sección por el valor inverso de distancia R_{k}^{-1} = 0.

En el caso de una selección de frecuencia de las señales de recepción de banda ancha de los transductores 11 con una disposición de filtro 109 según la figura 2, la instalación de marcación 13 y el formador de haz de enfoque 15 forman un ordenador de funciones 115, como se indica en la figura 2, el cual suministra en banda estrecha para frecuencias seleccionadas f la función bidimensional de la evolución del nivel P (R_{k}^{-1}, \theta_{j}, f) en dependencia del valor inverso de distancia R_{k}^{-1} y del ángulo de marcación \theta_{j}. Es posible una materialización de este ordenador de función 115 en el dominio de tiempo mediante estimación de la matriz de covarianzas. Ventajosamente, la evolución del nivel P(R_{k}^{-1}, \theta_{j}, f) puede estimarse por cálculo de una matriz de densidades de potencia cruzadas cuando las señales de recepción se presentan en función de una transformación de Fourier como espectros de recepción complejos en la salida del circuito de análisis de frecuencia 114. Para la localización de objetivos se puede realizar una formación de dirección y un enfoque simultáneo, en el caso de una división en frecuencia de las señales de recepción, tanto en el dominio del tiempo como también en el dominio de la frecuencia.

Para determinar los máximos en la función bidimensional de la evolución del nivel P(R_{k}^{-1}, \theta_{j}) se aplica el operador de Laplace a esta función en el bloque de cálculo 29, de modo que se obtiene la curvatura de la evolución del nivel como una función bidimensional del valor inverso de distancia R_{k}^{-1} y el ángulo de marcación \theta_{j}. En un ordenador de simulación 32 se calcula como distribución de muestras una función bidimensional M(\theta_{j}, R_{k}^{-1}) del valor inverso de distancia R_{k}^{-1} y del ángulo de marcación \theta_{j} para al menos un objetivo, y en el bloque de cálculo 31 se calcula su curvatura aplicando el operador de Laplace. La distribución de muestras corresponde a la evolución del nivel para un objetivo puntual en deriva transversal con distancia infinita, es decir, curvatura 0 y nivel 1. Se garantiza así que no se produzca en el plegado ningún desplazamiento de los objetivos en ángulo de marcación o distancia y no se varíe la amplitud de un objetivo. Como evolución del rayo en R^{-1} y \theta se emplea un perfil de rayo gaussiano, en donde el perfil del rayo corresponde a la evolución del nivel de una disposición de convertidores de enfoque en función de la distancia al punto focal. En el bloque 30 se pliega la curvatura de la evolución del nivel con la curvatura de la distribución de muestras o la función de muestra M(R_{k}^{-1}, \theta_{j}). El plegado bidimensional de la curvatura de la evolución del nivel con la curvatura de la distribución de muestras teórica hace que se destaquen más fuertemente en la integral de plegado fuentes de sonido débiles dentro del sector de recepción, ya que éstas se separan más claramente del fondo de ruido.

En la figura 9 se ha representado a título de ejemplo la integral de plegado como resultado de los plegados de las curvaturas para un escenario que sirve de base a la evolución del nivel en la figura 8. Mientras que en la evolución del nivel como función del ángulo de marcación (figura 8) se pueden apreciar un máximo claro en -38° y un máximo sensiblemente más pequeño en +37°, se podría sospechar también un máximo en 8°. La integral de plegado según la figura 9 confirma el máximo en -38° y hace que el máximo +37° destaque sensiblemente con más fuerza. Por el contrario, el intervalo de -10° a +20° ha sido fuertemente bajado en comparación con el mismo intervalo en la evolución del nivel (figura 8), de modo que puede apreciarse que en este intervalo de ángulos de marcación no está presente ningún máximo ni, por tanto, ninguna fuente de sonido y que el aumento de nivel en la evolución del nivel de la figura 8 puede atribuirse únicamente al eco u otras perturbaciones. La integral de plegado obtenida como resultado del plegado se alimenta a un detector de pico 33 que reconoce los picos y que emite para cada pico el valor inverso de distancia correspondiente R_{z}^{-1} y el ángulo de marcación correspondiente \theta_{Z} del respectivo objetivo. La marcación \theta_{Z} del objetivo y la distancia R_{z} del objetivo, esta última tomada nuevamente en el formador de valor inverso 26, se alimentan al dispositivo de visualización 17 y se presentan allí en forma numérica y gráfica.

En el caso de señales afectadas de ruido se emite primero - como en el procedimiento anteriormente descrito - una estimación para la distancia R_{z} después de un filtrado estadístico de los valores inversos de distancia R_{Z}^{-1} estimados en las mediciones individuales. De la misma manera que se ha descrito para la figura 1, el valor inverso de distancia R_{Z}^{-1} correspondiente a una respectiva marcación de objetivo \theta_{z} es alimentado para ello por el detector de pico 33 al filtro estadístico 27, en el cual se realiza el filtrado de la misma manera que ya se ha descrito. El valor estimado de la distancia R_{z} del objetivo y el intervalo de confianza correspondiente KI se alimentan al dispositivo de visualización 17 y se presentan allí en forma numérica y gráfica.

Por supuesto, es posible realizar solamente un plegado de la evolución del nivel como función bidimensional del valor inverso de distancia y del ángulo de marcación con la distribución de muestras como función bidimensional de valor inverso de distancia y del ángulo de marcación. El plegado reduce una gran parte del ruido y deja que se obtengan picos fáciles de evaluar en la integral de plegado. Los valores inversos de distancia R_{z}^{-1} y los ángulos de marcación \theta_{z} pertenecientes a los picos se presentan en la salida del detector de pico 33. Esto se ha simbolizado en la figura 5 con los perfiles de flujo de señal que evitan los bloques de cálculo 29, 31 y que se han representado en líneas de trazos. Antes de la evaluación de los picos se podría formar aún la segunda derivada de la integral de plegado, con lo que los picos se destacan aún más claramente.

De una manera que no se ha representado tampoco con detalle en la figura 5, se puede prescindir enteramente del cálculo de una distribución de muestras y se pueden calcular el gradiente y la curvatura en la evolución de nivel bidimensional P(\theta_{j}, R_{k}^{-1}) formado en el bloque funcional 24 mediante una diferenciación parcial de la función bidimensional según el valor inverso de distancia R^{-1} y el ángulo de marcación \theta. Como máximos se vuelven a emitir entonces los valores de distancia R_{z}^{-1} y los ángulos de marcación \theta_{z}, en los que el gradiente es cero y la curvatura es negativa. Para la doble diferenciación necesaria de la función se emplea también aquí el operador de Laplace.

El procedimiento según la invención no se limita a los ejemplos de ejecución anteriormente descritos. Así, puede emplearse como disposición de transductores una antena de recepción cualquiera, también una antena remolcada, cuando se garantice que la apertura de la antena sea lo suficientemente grande como para conseguir la resolución deseada. Empleando una disposición de transductores bidimensionalmente extendida, una llamada antena de superficie, se pueden detectar y localizar objetivos no sólo en el sector de recepción cubierto por la disposición de transductores 10 o la antena de recepción en el plano horizontal, sino también en un sector del espacio tridimensional. El mismo proceso de tratamiento de señales que se ha descrito para una antena lineal que se extiende en el plano horizontal tiene que ser realizado entonces con las señales de recepción eventualmente seleccionadas también en frecuencia, procedentes de transductores enfilados uno sobre otro en la dirección vertical. Como alternativa, se puede formar también la evolución del nivel de la señales de foco en función del valor inverso de recepción y de un ángulo sólido de marcación - que determina la posición del objetivo en azimut y elevación - como una función bidimensional del valor inverso de distancia y del ángulo sólido de marcación. Para determinar los máximos en la evolución del nivel se emplea nuevamente el operador de Laplace y se efectúa un plegado bidimensional con una distribución de muestras correspondiente.

El tratamiento de las señales puede realizarse tanto con señales analógicas como con señales digitales. Si las señales digitales se presentan en forma discreta en el tiempo con la frecuencia de muestreo f_{s}, se calcula entonces a partir de las diferencias de tiempos de propagación, para retardar las señales de recepción, el número de muestras en el que tiene que retardarse la señal muestreada. Después del retardo se suman también todas las señales de recepción, con lo que se logra la acción de enfoque del procedimiento mediante la suma congruente en fase de las ondas sonoras provenientes de la misma dirección de incidencia.

Para determinar el nivel de las señales de foco se aprovecha la energía de dichas señales de foco. Por supuesto, se puede emplear también la potencia o la amplitud de las señales de foco como medida del nivel.

Claims (23)

1. Procedimiento para la localización pasiva de objetivos irradiadores de sonido empleando una disposición de transductores (10) que cubre un sector de recepción y que lleva transductores electroacústicos (11) distanciados uno de otro, en el que la disposición de transductores (10) es enfocada mediante un desplazamiento de fase y/o un retardo de tiempo definidos de sus señales de recepción sobre puntos focales supuestos (20) que están enfilados uno tras otro sobre rayos de marcación (19), y mediante una suma congruente en fase de las señales de recepción retardadas se forman señales de foco asociadas a los puntos focales (20), caracterizado porque se determinan para cada rayo de marcación (19) los niveles (P) de las señales de foco en función del valor inverso de la distancia (R_{k}^{-1}) de los puntos focales (20) a la disposición de transductores (10) y se forma la evolución de nivel (P(R_{k}^{-1})) como una función del valor inverso de distancia (R_{k}^{-1}), y porque se busca el máximo en la evolución del nivel (P (R_{k}^{-1})) y se estima la distancia (R_{Z}) del objetivo a partir del valor inverso de distancia (R_{z}^{-1}) correspondiente al máximo.

2.Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se suponen los puntos focales (20) también para distancias negativas no reales a la disposición de transductores (10) introducidas como una magnitud auxiliar.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el intervalo de distancias cubierto con puntos focales supuestos (20) es mayor que +R_{min} y menor que -R_{min}, y R_{min} se elige en función de una distancia mínima admitida a la disposición de transductores (10).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el enfoque de la disposición de transductores (10) se efectúa solamente sobre aquellos puntos focales (20) que están situados sobre rayos de marcación (19) reconocidos como marcaciones de objetivo (\theta_{z}).

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque en cada evolución del nivel (P(R_{k}^{-1})) como una función del valor inverso de distancia (R_{k}^{-1}) se calculan el gradiente y la curvatura y se emiten como máximos en la evolución del nivel aquellos valores inversos de distancia en los que el gradiente es cero y la curvatura es negativa.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque los valores inversos de distancia (R_{z}^{-1}) correspondientes a los máximos de nivel se emiten como distancias de objetivo (R_{Z}) después de la formación de dichos valores inversos.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se estima el error estadístico (\DeltaK) del valor inverso de distancia (R^{-1}) a partir de la relación de señal/ruido (SNR_{B}) de la señal de foco en el campo lejano y se establece a partir del mismo un error estadístico relativo (\DeltaR/R) de la distancia (R) del objetivo en función de la frecuencia.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el error estadístico relativo (\DeltaR/R) de la distancia (R) del objetivo es inversamente proporcional a la frecuencia (f) y a la raíz de la relación de señal/ruido (SNR_{B}) de la señal de foco.

9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque, teniendo en cuenta el número de transductores (n) y la longitud de apertura (L), dependiente del ángulo de marcación, de los transductores (11) aprovechados para el enfoque se establece la relación de señal/ruido (SNR_{B}) de la señal de foco a partir de la relación de señal/ruido (SNR_{B}) de una señal de recepción en el transductor (11) multiplicada por un producto de tiempo-ancho de banda prefijable.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque se seleccionan un intervalo de frecuencia (f_{1} a f_{2}), frecuencias individuales y/o una o más bandas de frecuencia (\Deltaf_{1}, \Deltaf_{2}) en función de la evolución de la frecuencia del error estadístico relativo (\DeltaR/R), para los cuales el error (\DeltaR/R) es menor que un límite de error prefijable, y porque se establece la evolución del nivel (P(R_{k}^{-1})) para este intervalo de frecuencia (f_{1} a f_{2}), estas frecuencias individuales o estas una o más bandas de frecuencia (\Deltaf_{1}, \Deltaf_{2}).

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se realiza el enfoque de los transductores (11) sobre todos los puntos focales (20) que están situados sobre rayos de marcación (19) que están decalados uno respecto de otro en la medida de ángulos de marcación discretos (\theta_{j}) y que cubren a manera de trama el sector de recepción, y porque se determinan para cada rayo de marcación (19) los niveles (P) de las señales de foco en función de los ángulos de marcación (\theta_{j}) y se forma la evolución del nivel (P(\theta_{j})) como una función del ángulo de marcación (\theta_{j}), y porque se detectan máximos en la evolución del nivel (P(\theta_{j})) como función del ángulo de marcación (\theta_{j}) y se indican dichos máximos como marcaciones de objetivo (\theta_{z}).

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque se determina la evolución del nivel (P(\theta_{j}, R_{k}^{-1})) como una función bidimensional del valor inverso de distancia (R_{k}^{-1}) y del ángulo de marcación (\theta_{j}), y porque, para la detección de máximos, se calculan el gradiente y la curvatura de la evolución del nivel (P(\theta_{j}, R_{k}^{-1})) mediante una diferenciación parcial y se emiten como máximos en la evolución del nivel (P(\theta_{j}, R_{k}^{-1})) aquellos ángulos de marcación (\theta_{z}) y valores inversos de distancia (R_{k}^{-1}) en los que el gradiente es cero y la curvatura es negativa.

13. Procedimiento según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque se determina la función bidimensional de la evolución de nivel (P(\theta_{j}, R_{k}^{-1}, f) mediante estimación de la matriz de covarianzas a partir de señales de recepción de los transductores (11) para frecuencias de un intervalo de frecuencia (f_{1} a f_{2}) o de bandas de frecuencia individuales (\Deltaf_{1}, \Deltaf_{2}) que se seleccionan en función del error estadístico relativo (\DeltaR/R).

14. Procedimiento según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque se determina la función bidimensional de la evolución del nivel (P(\theta_{j}, R_{k}^{-1}, f) mediante estimación de la matriz de densidades de potencia cruzadas a partir de espectros de frecuencia complejos de las señales de recepción que comprenden el intervalo de frecuencia (f_{1} a f_{2}) o bandas de frecuencia individuales (\Deltaf_{1}, \Deltaf_{2}) o líneas espectrales que se seleccionan en función del error estadístico relativo (\DeltaR/R).

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque se determina la evolución del nivel (P(\theta_{j}, R_{k}^{-1})) en banda ancha o selectivamente en frecuencia como una función bidimensional del valor inverso de distancia (R_{k}^{-1}) y del ángulo de marcación (\theta_{j}), porque se determina mediante un cálculo de simulación una distribución de muestras bidimensional (M(\theta_{j}, R_{k}^{-1})) para al menos un objetivo y se pliega dicha distribución de muestras con la función bidimensional de la evolución del nivel (P(\theta_{j}, R_{k}^{-1})), y porque se captan los máximos de la evolución bidimensional del nivel (P(\theta_{j}, R_{k}^{-1})) como picos en la integral de plegado.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque se determina la evolución del nivel (P(\theta_{j}, R_{k}^{-1})) en ancho de banda o selectivamente en frecuencia como una función bidimensional del valor inverso de distancia (R_{k}^{-1}) y del ángulo de marcación (\theta_{j}), porque se determina mediante un cálculo de simulación una distribución de muestras bidimensional (M(\theta_{j}, R_{k}^{-1})) para al menos un objetivo, porque se calcula y se pliega la curvatura de la evolución del nivel (P(\theta_{j}, R_{k}^{-1})) y de la distribución de muestras (M(\theta_{j}, R_{k}^{-1})), y porque se captan los máximos en la curva de evolución bidimensional del nivel (P(\theta_{j}, R_{k}^{-1})) como picos en la integral de plegado.

17. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque, para calcular la curvatura, se aplica el operador de Laplace respectivamente a la evolución del nivel (P(\theta_{j}, R_{k}^{-1})) y a la distribución de muestras (M(\theta_{j}, R_{k}^{-1})).

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque se realiza una estimación estadística de la distancia (R_{Z}) del objetivo de tal manera que se forma la mediana de los valores inversos de distancia (R_{z}^{-1}) detectados como distancias del objetivo, provenientes de un número establecido de últimas mediciones, y se toma el valor inverso de la misma.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado porque se forma un intervalo de confianza (KI) a partir de la mediana de la cuantía de la desviación absoluta del valor inverso de distancia establecido (R^{-1}) respecto de la mediana formada en la estimación de la distancia (R_{Z}) del objetivo.

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque se realiza una estimación estadística de la distancia (R_{Z}) del objetivo de tal manera que se forma la media aritmética de los valores inversos de distancia (R_{z}^{-1}) detectados como distancias del objetivo, provenientes de un número establecido de últimas mediciones, y se toma el valor inverso de la misma.

21. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque se emplea una disposición lineal de transductores, por ejemplo una antena remolcada (towed array) o una antena lateral (flank array).

22. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque se obtienen los retardos de tiempo para las señales de recepción de los transductores (11) a partir del cálculo de los tiempos de propagación \tau_{n} para las distancias x_{n} de los transductores (11) a un arco de círculo trazado en torno al punto focal respectivo (20), cuya tangente hace contacto con el centro de la disposición de transductores (10), según

\tau_{n} = \frac{x^{2}_{n}}{2c\cdot R_{k}}

en donde \frac{1}{R_{k}} es el valor inverso de la distancia del punto focal (20) y c es la velocidad del sonido.

23. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque se emplea una disposición de transductores bidimensionalmente extendida, por ejemplo una antena de superficie.