PT1266823E - Submarino - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "SUBMARINO" A presente invenção refere-se a um submarino com um dispositivo para o reconhecimento de torpedos que emitem impulsos sonoros, de acordo com 0 conceito genérico da reivindicação 1. O torpedo moderno, de velocidade rápida, que determina a localização activamente, representa o maior perigo para os submarinos. Isto é válido em especial para torpedos transportados por via aérea, que são lançados através de uma trajectória de tiro balística a partir de navios de superfície ou lançados para a água a partir de helicópteros ou aviões, a curta distância do alvo. Por isso, para um submarino, por necessidade de sobrevivência, é necessário detectar muito rapidamente tais torpedos, mesmo a curta distância e determinar os dados relativos aos torpedos como, por exemplo, a localização e/ou a distância, para se poderem accionar imediatamente manobras de defesa e utilizar armas de defesa de forma eficaz.

Um conhecido submarino desta natureza (L. Kuhnle "Classification and Identification - CAI - by Submarine Sonars" Naval Forces n.° VII, 1987, página 28) apresenta, para esse efeito, um chamado Intercept-Panorama-Sonar (IPS) com uma base de intercepção, que, a par da detecção e localização dos alvos que emitem impulsos sonoros como, por exemplo, torpedos, também analisa os impulsos sonoros relativamente à sua gama de 1 frequências, ao seu tipo de modulação, à duração dos impulsos e à cadência de repetição dos impulsos, para classificar e identificar um alvo em aproximação. A base de intercepção situa-se na área da proa do submarino, na parte superior do casco e no revestimento exterior.

Um exemplo para a construção da base de intercepção está descrito no documento DE 19612503 C2. Neste caso, a base de intercepção possui, por exemplo, um contorno exterior em forma de uma bóia ou de um barril, que, no interior, está subdividido, por exemplo, em seis sectores com um ângulo de abertura de 60°, respectivamente, através de paredes de separação de chapa metálica revestida com borracha, dispostas em forma de estrela. Em cada sector está disposta uma multiplicidade de hidrofones, que estão colados numa matriz de espuma endurecida de poliuretano, em filas e colunas. Os hidrofones individuais instalados para a gama de frequências de emissão de alta frequência de sonares de torpedos estão conectados com a unidade de processamento de sinais, através de linhas de transmissão de sinais, que estão dispostas numa passagem tubular central.

Uma base de recepção desta natureza, constituída por um módulo individual com uma multiplicidade de hidrofones, é muito complexa ao nível da técnica de produção e correspondentemente dispendiosa. Com esta base de recepção, um torpedo em aproximação apenas pode, além disso, ser suficientemente localizado com precisão, quando se desloca aproximadamente no plano em que está disposta a base de recepção. Um desalinhamento maior no plano de aproximação do torpedo em elevação conduz, pelo contrário, a ângulos de localização imprecisos. Além disso, a base de recepção é "cega" relativamente a torpedos em aproximação ao submarino, obliquamente a partir de cima. 2 A invenção tem como objectivo, num submarino equipado com um dispositivo para o reconhecimento de torpedos, conceber a base de recepção necessária a custos favoráveis e de modo que também os torpedos atacantes vindos de ângulos de elevação grandes e os dados relativos aos torpedos possam ser detectados de modo suficientemente preciso. 0 objectivo é resolvido de acordo com a invenção através das características da reivindicação 1. 0 submarino de acordo com a invenção tem a vantagem de os hidrofones necessários para a formação de uma base de recepção, que está preparada para a gama de frequências de emissão de sonares de torpedos, estarem disponíveis no comércio e, mesmo com amplificadores integrados, possuírem ainda um volume de construção muito pequeno. Estes hidrofones de pequena dimensão podem ser distribuídos aleatoriamente pela superfície do submarino e fixados em locais especialmente adequados para o efeito, directamente no revestimento exterior. Neste caso, os hidrofones estão dispostos tanto na área da proa e da popa do casco, como também na área da torre, de modo que, através de uma selecção adequada de hidrofones posicionados espacialmente de modo favorável, possa ser formada, em alternativa, uma base de recepção linear ou plana. Contrariamente a outras bases de recepção conhecidas, neste caso não é necessário o cumprimento de distâncias predeterminadas entre os hidrofones ou os grupos de hidrofones e um posicionamento de grande precisão. A montagem dos hidrofones no casco e na torre é muito simples e pode ser realizada com reduzido dispêndio de tempo. A medição necessária dos locais dos hidrofones instalados é realizada acusticamente e, com um software adequado, pode ser concretizada num curto período de tempo. 3

Através da forma de concretização indicada da unidade de processamento de sinais, não só é possível uma distribuição arbitrária dos hidrofones sobre a superfície do submarino, através da inclusão de zonas da superfície especialmente vantajosas ao nivel da técnica de localização, mas também é já possivel obter ângulos de localização precisos, tanto em azimute como em elevação, com uma disposição bidimensional de hidrofones na superfície curva do submarino. Quanto mais hidrofones forem utilizados neste caso, tanto mais preciso é o resultado da localização. Se existirem mais hidrofones do que graus de liberdade a serem medidos, para a determinação dos ângulos de localização é necessária a utilização de um processo de avaliação Least-Square. As medições de distância podem ser realizadas através da localização cruzada com hidrofones ou grupos de hidrofones, que devem estar o mais possível distanciados uns dos outros, por exemplo, estar dispostos à frente e atrás no casco.

Algumas formas de realização convenientes do submarino de acordo com a invenção, com aperfeiçoamentos e configurações vantajosas da invenção, resultam das restantes reivindicações.

De acordo com uma forma de realização vantajosa da invenção, um certo número de hidrofones são enfileirados para formar uma faixa de hidrofones distanciados uns dos outros e várias destas faixas de hidrofones são distribuídas pela superfície do submarino. Através desta disposição ordenada dos hidrofones é reduzido o esforço de processamento para a determinação dos dados relativos aos torpedos em azimute e em elevação, em especial quando o enfileiramento em forma de faixa dos hidrofones é realizado de forma equidistante. As faixas fechadas de hidrofones, orientadas na direcção vertical na área 4 da proa e da popa, são seleccionadas para a obtenção dos dados relativos aos torpedos em elevação e as faixas abertas de hidrofones, orientadas na direcção horizontal nos flancos do casco, são seleccionadas para a obtenção dos dados relativos aos torpedos em azimute. A invenção é descrita em seguida em pormenor, com base num exemplo de realização ilustrado no desenho. Neste caso, o desenho mostra uma representação em perspectiva de um submarino, esquematizado, em ligação com um dispositivo para o reconhecimento de torpedos de localização activa. 0 submarino representado esquematicamente no desenho apresenta um casco 10 que parece cilíndrico, alongado, provido de uma torre 11 de entrada e um revestimento 12 exterior, em cuja popa está colocado um hélice 13, para a propulsão do submarino. Na popa e nas laterais da torre 11 de entrada estão colocados lemes 14, 15. O submarino está equipado com um dispositivo para a detecção e localização de chamados torpedos de localização activa, que emitem impulsos sonoros de alta frequência, através de um chamado sonar de torpedo. O dispositivo apresenta uma multiplicidade de hidrofones 16 receptores omnidireccionais, bem como uma unidade 17 de processamento de sinais, a qual, a partir dos sinais de saida dos hidrofones 16 para a obtenção de dados relativos aos torpedos, determina pelo menos a respectiva localização. Os hidrofones 16 estão preparados para a gama de frequências de emissão típica de sonares de torpedos e apresentam, de um modo preferido, amplificadores integrados. Os hidrofones 16 desta natureza estão disponíveis no mercado e caracterizam-se por uma forma de construção de volume bastante 5 pequeno. Os hidrofones 16 estão distribuídos aleatoriamente sobre superfície do submarino e fixados directamente no revestimento 12 exterior do submarino, desacoplados do ruído do casco. Os sinais de saída eléctricos dos hidrofones 16 estão conectados através de linhas 18 de transmissão de sinais, aqui representados apenas simbolicamente, que passam para o interior do submarino através do revestimento 12 exterior, com a unidade 17 de processamento de sinais, instalada no interior do casco 10. Apenas por questões de simplicidade da representação, a unidade 17 de processamento de sinais está representada no desenho no exterior do submarino.

No desenho, os hidrofones 16 e a sua disposição estão representados apenas esquematicamente. Conforme se pode verificar ali, um certo número de hidrofones 16 são enfileirados para formar uma faixa de hidrofones 16, distanciados uns dos outros e várias dessas faixas de hidrofones são distribuídas pela superfície do submarino. Neste caso, estão dispostas duas faixas 19 fechadas de hidrofones na área da proa e duas faixas 19 fechadas de hidrofones na área da popa do casco 10, sendo que as faixas 19 de hidrofones rodeiam completamente o casco 10, transversalmente ao eixo longitudinal do submarino. Além disso, está disposta uma faixa 20 aberta de hidrofones, respectivamente a estibordo e a bombordo do casco 10, paralelamente ao eixo longitudinal do submarino. Destas duas faixas 20 de hidrofones, no desenho apenas é visível a faixa 20 de hidrofones a estibordo. Neste caso, cada faixa 20 de hidrofones pode ser disposta de modo que os hidrofones 16 das quatro faixas 19 fechadas de hidrofones prolonguem a faixa 20 de hidrofones na respectiva extremidade. Outras duas faixas 21 abertas de hidrofones estão dispostas nas paredes laterais da torre 11 de entrada, paralelamente ao eixo longitudinal do submarino. No 6 desenho, apenas estão novamente visíveis as duas faixas 21 de hidrofones dispostas na parede a estibordo da torre 11 de entrada, que estão orientadas numa distância paralela uma à outra. Entre as faixas 21 de hidrofones, podem ainda ser dispostos hidrofones 16 individuais, de modo que formem uma fila vertical com os hidrofones 16 seleccionados das faixas 21 de hidrofones.

Conforme já foi mencionado, a fila ordenada em forma de faixa dos hidrofones 16, com uma distância de um modo preferido constante entre os hidrofones 16, é apenas uma das formas de realização possíveis da inserção de hidrofones no revestimento 12 exterior do submarino.

Em princípio e de um modo vantajoso para a montagem, a inserção dos hidrofones pode ser realizada de modo aleatório, sendo que são seleccionadas aquelas áreas do submarino que não se encontram na área transitável, de modo que os hidrofones 16 não podem ser danificados mecanicamente. As distâncias entre os hidrofones 16 não têm de ser nem periódicas nem regulares e também não estão sujeitas a quaisquer condições como, por exemplo, serem inferiores a λ/2, sendo que λ é o comprimento de onda dos sinais recebidos.

No lado 22 frontal da proa do casco 10 também podem estar previstos hidrofones 16, de modo que, no total, exista uma disposição linear de hidrofones através das faixas 20 e 21 de hidrofones, uma disposição bidimensional de hidrofones através das faixas 19 de hidrofones na superfície abaulada cilíndrica do casco 10 e uma disposição de hidrofones no lado frontal da proa. 7

Depois da inserção dos hidrofones 16 no revestimento 12 exterior do submarino, o local dos hidrofones 16 individuais é medido acusticamente relativamente a um sistema de coordenadas fixas do navio e as coordenadas locais são armazenadas na unidade 17 de processamento de sinais. A unidade 17 de processamento de sinais, simbolizada no desenho através de um diagrama de blocos, está concebida de modo a realizar a determinação de dados relativos aos torpedos, nomeadamente os ângulos de localização, a partir das diferenças de tempo de execução entre os sinais de saida correspondentes aos hidrofones 16 seleccionados. Conforme a disposição dos hidrofones 16 seleccionados, os ângulos de localização são determinados, neste caso, apenas em azimute, apenas em elevação ou tanto em azimute como em elevação. Um processo para o processamento de sinais, que determina a localização em azimute e em elevação a partir das diferenças de tempo de execução entre os sinais de saída de uma disposição de sensores múltiplos, é descrito em Berdugo, Doron Rosenhouse, Azhari "On direction finding of an emitting source from time delays", The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 105, N.°6, Junho de 1999, página 3355-3363. Em resumo, o algoritmo aí descrito baseia-se num alargamento de um Maximum Likelihood Estimator 24, através de um algoritmo para a determinação dos tempos de execução dos sinais (Time Delay Estimator) entre combinações dos hidrofones 16, a seleccionar de acordo com a geometria. O Time Delay Estimator 23, a partir dos sinais Si de saída eléctricos dos hidrofones 16, calcula o vector dos tempos τ de execução dos sinais e o Maximum Likelihood Estimator 24, a partir daí determina um valor estimado para o vector k de incidência e, por conseguinte, o ângulo ΰ· azimutal e o ângulo ε de elevação da frente de onda incidente, que são representados num dispositivo 25 de indicação como localização do torpedo. A partir de ângulos de localização detectados por diferentes grupos de hidrofones, que, de um modo preferido, estão situados distanciados uns dos outros no casco 10, pode ser verificada a distância de um torpedo, através de cálculo geométrico, o que é geralmente conhecido pelo conceito de "localização cruzada".

Lisboa, 5 de Julho de 2007 9

Claims (9)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Submarino com um casco (10) que apresenta um revestimento (12) exterior e com um dispositivo para o reconhecimento de torpedos que emitem impulsos sonoros, que apresenta uma multiplicidade de hidrofones (16) receptores omni-direccionais, bem como uma unidade (17) de processamento de sinais, para a determinação de dados relativos aos torpedos, a partir dos sinais de saida dos hidrofones (16), caracterizado por os hidrofones (16) estarem distribuídos aleatoriamente sobre a superfície do casco (10) e fixados directamente no respectivo revestimento (12) exterior e por a unidade (17) de processamento de sinais estar concebida de modo que, para a determinação de dados relativos aos torpedos, verifica a localização dos torpedos a partir das diferenças de tempos de execução, entre os sinais de saída de hidrofones (16) seleccionados.
2. 2. Submarino de acordo com a reivindicação 1, com uma torre (11) de entrada montada sobre o casco (10), caracterizado por um certo número de hidrofones (16) estarem distribuídos aleatoriamente na torre (11) de entrada e estarem fixados directamente na parede da torre.
3. 3. Submarino de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por um certo número de hidrofones (16) estarem em cada caso enfileirados para formar faixas (19-21) de hidrofones (16) distanciados uns dos outros. 1
4. 4. Submarino de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por pelo menos uma faixa (19) fechada de hidrofones estar disposta na área da proa e pelo menos uma faixa (19) fechada de hidrofones estar disposta na área da popa do casco (10), de modo a rodear o casco (10), transversalmente ao eixo longitudinal do submarino.
5. 5. Submarino de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado por estar disposta pelo menos uma faixa (21) aberta de hidrofones, respectivamente a estibordo e a bombordo da torre (11) de entrada, aproximadamente paralela ao eixo longitudinal do submarino.
6. 6. Submarino de acordo com qualquer uma das reivindicações 3-5, caracterizado por estar disposta pelo menos uma faixa (20) aberta de hidrofones, a estibordo e a bombordo do casco (10), paralelamente ao eixo longitudinal do submarino.
7. 7. Submarino de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-6, caracterizado por um certo número de hidrofones (16) estarem dispostos no lado (22) frontal da proa do casco (10) .
8. 8. Submarino de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-7, caracterizado por a fixação dos hidrofones (16) ser realizada para desacoplá-los do ruido do casco.
9. 9. Submarino de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, caracterizado por as localizações medidas relativamente a um sistema de coordenadas fixas do navio, 2 (16) (16) serem de um modo preferido acusticamente, dos hidrofones distribuídos sobre a superfície do submarino armazenadas na unidade (17) de processamento de sinais. Lisboa, 5 de Julho de 2007 3