ES1258116U - Sistema de posicionamiento relativo asistido de alta precisión para unidades navales - Google Patents

Abstract

Sistema para el control del posicionamiento de tipo relativo de alta precisión de un primer objeto (1) con respecto a un segundo objeto (2), siendo el primer objeto (1) un barco o una aeronave y siendo el segundo objeto (2) un barco, una aeronave o una unidad en tierra, y donde el sistema comprende: - en el primer objeto (1): - uno o varios sensores (15, 16), configurados para medir información de posición y/o movimiento del primer objeto (1), donde esta información incluye información de posición relativa y/o movimiento relativo del primer objeto (1) respecto al segundo objeto (2); - un receptor (12) configurado para establecer una comunicación con el segundo objeto (2) a través de una primera red de comunicación; - un procesador (11) configurado para obtener de los uno o varios sensores (15, 16) del primer objeto (1) la información de posición y/o movimiento del primer objeto (1); recibir, a través del receptor (12), información de posición y/o movimiento del segundo objeto (2); y enviar dicha información a al menos a un dispositivo electrónico (SIU1, SIU2) de usuario; - en el segundo objeto (2): - uno o varios sensores (25, 26) configurados para medir información de posición y/o movimiento del segundo objeto (2); - un transmisor (22) configurado para establecer una comunicación con el primer objeto (1) a través de la primera red de comunicación, - un procesador (21) configurado para obtener de los uno o varios sensores (25, 26) la información de posición y/o movimiento del segundo objeto (2) y enviarla, a través del transmisor (22) al primer objeto (1); - al menos un dispositivo electrónico de usuario (SIU1, SIU2) configurado para recibir la información enviada por el primer objeto (1); calcular el valor de uno o más parámetros de posición relativa y/o movimiento relativo del primer objeto (1) respecto del segundo objeto (2) a partir de la información recibida; y determinar la activación de una o más alarmas, donde la activación de las alarmas depende del valor de los parámetros de posición relativa y/o movimiento relativo entre ambos objetos.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de posicionamiento relativo asistido de alta precisión para unidades navales

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere al campo del posicionamiento de tipo relativo y de alta precisión, en dos o tres dimensiones, entre dos o más unidades navales (o más generalmente, objetos móviles con capacidad para operar sobre la superficie del mar, como por ejemplo barcos, helicópteros o aeronaves en general) o entre unidades navales y unidades en tierra, en donde la información proporcionada por los sistemas de posicionamiento de tipo absoluto vía satélite ya existentes (como GPS, GLONASS, GALILEO,... o el GPS Diferencial o DGPS) o por los sistemas radar de las unidades navales es demasiado imprecisa y/o insuficiente para operar de forma correcta y segura.

Concretamente, se refiere a un sistema que resuelve la automatización del posicionamiento de tipo relativo de alta precisión en dos o tres dimensiones entre unidades navales en la mar de manera exacta, segura y en tiempo real para, por ejemplo: el aprovisionamiento o repostaje entre buques en movimiento, el aprovisionamiento o repostaje de aeronaves tripuladas (helicópteros,.) o no tripuladas (o más generalmente, UAVs, del inglés Unmanned Aerial Vehicles) con respecto a buques en movimiento, el control de unidades navales de superficie tripuladas o no tripuladas (USVs, del inglés Unmanned Surface Vehicles) con respecto a otra unidad naval o una unidad en tierra, o, en general, para todo tipo de aplicaciones en las que se necesite un posicionamiento de tipo relativo de alta precisión en dos o tres dimensiones en la mar entre dos o más unidades navales en movimiento, o entre una unidad naval y una unidad en tierra.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Algunas unidades navales, en especial buques, pasan largas temporadas navegando sin posibilidad de realizar ninguna escala en puerto durante semanas o incluso meses por cuestiones económicas, operativas y/o tácticas. Con períodos de navegación tan prolongados, es habitual que se necesite repostar combustible, víveres, o incluso reemplazar y/o evacuar a parte de la tripulación en caso de, por ejemplo, emergencias médicas. Sin embargo, al estar alejados de la costa, estas maniobras (aglutinadas bajo la denominación de maniobras de aprovisionamiento en la mar o maniobras de trasvase en la mar) deben realizarse en alta mar. Dicha situación es común por ejemplo, en buques militares y/o de guerra desplegados en misiones, que además podrían verse obligados a realizar esta operación a grandes velocidades por motivos tácticos, en cargueros de marina mercante o en barcos pesqueros de gran calado en áreas alejadas de la costa, entre otros.

Para ello, una unidad naval de apoyo logístico (por ejemplo, un buque proveedor o en general, una unidad naval proveedora) debe acercarse a la zona donde se encuentra la unidad naval que necesita repostaje o el trasvase de combustible, víveres, piezas o tripulación (por ejemplo, un buque receptor o en general, una unidad naval receptora) y poder así proceder al intercambio de bienes necesarios.

En dicha maniobra, en primer lugar, las unidades navales deben adoptar entre sí una distancia y posición concretas y una tendencia relativa neutra. Es decir, deben situarse a cierta distancia navegando a la par (en caso de buques), igualando rumbo y velocidad entre ellas, de forma que el desplazamiento relativo entre ambas sea el menor posible (idealmente nulo). Una vez alcanzada la posición y velocidad adecuada (y más generalmente, la cinemática adecuada), procederán a desplegar una serie de componentes entre sí como pueden ser mangueras (en el caso de transvases de combustible o líquidos en general) y/o troles, cabos, ganchos, grilletes, etc. (en el caso de transbordo de víveres, material o personas).

Durante toda la maniobra es de vital importancia que la unidad naval receptora mantenga una posición paralela a la unidad naval proveedora, de forma que se eviten colisiones y no se tensen/suelten las mangueras, cabos y/o raíles que conectan ambas plataformas (generando, por ejemplo, pérdidas de vidas humanas o posibles derrames de combustible en alta mar, entre otros muchos problemas). Sin embargo, mantener la posición y la cinemática apropiadas en condiciones de baja visibilidad, mala mar, o entre buques de gran calado (en los que se generan flujos de succión en la región entre ambos barcos), puede resultar extremadamente complicado. En estos casos, la información que proporcionan los sistemas de posicionamiento global satelital de tipo absoluto o GNSS (del inglés Global Navigation Satellite System, como GPS, GLONASS, GALILEO,... o el GPS Diferencial o DGPS), consistente en información de posicionamiento absoluto y únicamente sobre la unidad propia (sin proporcionar ninguna información de la posición de la segunda unidad involucrada en la maniobra, ni ninguna información de posición relativa entre las dos unidades), así como la información obtenida de los sistemas radar de las unidades navales, se hacen insuficientes, puesto que a tan cortas distancias los sistemas se pueden volver demasiado inexactos para la medición de distancias laterales de precisión y de las velocidades de ambas unidades.

Durante esta maniobra, el oficial de guardia en el puente de mando de la unidad naval receptora (la persona a cargo de la navegación en el caso de buques) es el encargado de dar las órdenes necesarias para mantener la posición y tendencia anteriormente indicadas. Dado que no existe en la actualidad un sistema que proporcione posicionamiento relativo de precisión a tan cortas distancias, la única ayuda disponible actualmente para el oficial de guardia es el denominado cabo de distancias, consistente en una cuerda (cabo) con una serie de banderas o marcas que se lanza para unir ambos buques, de forma que sirve de ayuda a la señalización de la separación lateral existente entre los mismos. Dicho cabo pretende ser una ayuda a la navegación, pero se hace insuficiente puesto que la fiabilidad que proporciona es baja y los recursos humanos necesarios para su despliegue y control son elevados. Adicionalmente, este sistema manual no proporciona datos vitales que permitan al oficial del guardia corregir la navegación hacia la posición deseada, como podría ser la información precisa de posicionamiento y tendencia en todos los ejes o dimensiones posibles.

Todo ello genera que el oficial de puente se vea sometido a un elevado grado de estrés en una situación que exige máxima concentración durante una maniobra que puede prolongarse durante horas, siendo ésta la causa que contribuye en mayor medida a provocar accidentes, y prueba de ello es que en los últimos años se han registrado numerosos accidentes marítimos por colisión entre unidades navales durante el transcurso de esta maniobra.

A pesar de lo arriesgado de la operación y de la escasa fiabilidad del cabo de distancias, en la actualidad, todas las marinas mundiales (tanto marinas militares como marinas mercantes) utilizan esta solución como único sistema para la realización de maniobras de aprovisionamiento en la mar.

La maniobra de aprovisionamiento no se restringe únicamente a buques, sino que abarca también otras unidades navales como pueden ser aeronaves o unidades navales secundarias, ya sean tripuladas (helicópteros, lanchas de desembarco,...) o no tripuladas (denominadas comúnmente UAV o USV, del inglés Unmmaned Aerial Vehicle para el caso de aeronaves o Unmanned Surface Vehicle, para el caso de unidades navales de superficie, respectivamente). Estas unidades navales alternativas a los buques son igualmente empleadas tanto para entregar como para recibir cargas (combustible, víveres o personal), para lo que, de forma análoga al caso anterior, deben mantener una cierta posición relativa en dos o tres dimensiones con respecto a los buques durante largos periodos de tiempo, especialmente cuando la maniobra involucra a barcos que no disponen de cubiertas de vuelo o plataformas recuperadoras, o bien cuando las condiciones de baja visibilidad impiden una toma segura en el buque (por ejemplo, el aterrizaje en el caso de las aeronaves). Al igual que en el caso de los buques, en la actualidad dichas unidades no disponen de un sistema electrónico automatizado de precisión que les permita mantener una determinada posición relativa (distancia, altura, tendencia relativa neutra,...) y/o que les proporcione recomendaciones concretas en dos o tres dimensiones dedicadas a este fin.

Por tanto, existe la necesidad de sustituir estos sistemas y técnicas existentes (como el cabo de distancias) por un sistema mejorado, automatizado y completamente fiable, que permita mantener el posicionamiento relativo entre dos o más unidades navales, de manera precisa y segura, especialmente durante este tipo de maniobras de aprovisionamiento.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

El objetivo de la presente invención es el de presentar un sistema fiable, que plantea una solución técnica novedosa, automatizada y de precisión al problema del posicionamiento de tipo relativo de alta precisión, en dos o tres dimensiones, entre dos o más unidades navales (como por ejemplo, buques, helicópteros o aeronaves en general), o entre una unidad naval móvil y una unidad en tierra. En concreto, el sistema presentado permite mantener y controlar de manera precisa el posicionamiento de tipo relativo de una unidad naval móvil (como un buque, una aeronave, un UAV, un USV,.) con respecto a otra unidad naval, que puede ser móvil (por ejemplo, otro buque) o fija (por ejemplo, un puerto donde se desee atracar). Para ello, el sistema propuesto proporciona información sobre la cinemática (en dos o tres dimensiones) de ambas unidades de forma precisa y en tiempo real, incluso en condiciones de visibilidad nulas.

La solución propuesta recibirá el nombre de SAAM (Sistema de posicionamiento Asistido para el Aprovisionamiento en la Mar) ya que la aplicación principal de esta invención hace referencia a la maniobra de aprovisionamiento entre unidades navales (es decir, al traslado de carga entre unidades navales, donde la carga puede hacer referencia a combustible, piezas, personas,...). En ese caso concreto, las unidades navales serán buques, o buques y unidades aéreas, o buques y unidades secundarias de superficie.

La implantación de un sistema mejorado como el que se presenta en este documento permitiría, entre otras ventajas:

■ Optimizar de forma sustancial la maniobra de aprovisionamiento en sí misma, reduciendo los tiempos de ejecución, factor táctico vital a tener en cuenta en buques de combate.

■ Aumentar la seguridad de la maniobra de aprovisionamiento, reduciendo al mínimo el riesgo de accidentes, tanto en colisión de unidades navales como en pérdida de vidas humanas.

■ Optimizar los recursos humanos, y por ende, reducir los costes de la maniobra, al reducir el personal necesario para su realización. Esta ventaja converge con los objetivos actuales de la industria naval que tiende a la adopción de automatismos para reducir en lo posible el factor humano (y por lo tanto, el factor económico).

■ Realizar esta maniobra en condiciones de visibilidad nulas, lo que resulta impensable en la actualidad por cuestiones de seguridad. Esto supone beneficios tácticos sustanciales para el caso de las Marinas de guerra, puesto que llevar a cabo esta maniobra en condiciones nocturnas, por ejemplo, permitiría aumentar la seguridad de toda la dotación involucrada en la maniobra así como de las propias unidades navales, al minimizar la exposición de las mismas.

El sistema de control del posicionamiento propuesto se puede utilizar en cualquier otro tipo de aplicaciones que necesiten un control de posicionamiento de tipo relativo de alta precisión. Por ejemplo, el sistema presentado se puede aplicar igualmente a sistemas navales con unidades en tierra (como puertos o estaciones marítimas), permitiendo realizar posicionamiento relativo de precisión de una unidad naval con respecto a un punto de referencia fijo. En este caso, la unidad naval proveedora sería la unidad en tierra, y las unidades navales móviles receptoras (ya fuesen de superficie o aéreas) obtendrían las indicaciones de posicionamiento relativo de precisión que les permitiesen acercarse a la costa de forma segura aún en condiciones de visibilidad nula. La implantación de un sistema mejorado como el que se presenta en este documento permitiría ampliar las capacidades de los sistemas existentes, para, por ejemplo:

■ Delimitar canales seguros de navegación en puertos marítimos con áreas minadas o cargas de profundidad sin explosionar (o más generalmente hablando, áreas con cualquier posible artefacto explosivo sin explosionar, denominados comúnmente UXOs, UXBs o ERW, del inglés UneXploded Ordnance, UneXploded Bombs o Explosive Remnants of War, respectivamente).

■ Automatizar atracadas de precisión para puertos con elevado tráfico marítimo y/o áreas de atraque complejas, permitiendo la expansión del aforo de las terminales portuarias, con los beneficios económicos que ello conlleva.

Para un entendimiento más completo de la invención, sus objetos y ventajas, puede tenerse como referencia la siguiente memoria descriptiva y los dibujos adjuntos.

La presente invención propone un sistema para el control del posicionamiento de tipo relativo de alta precisión de un primer objeto con respecto a un segundo objeto, siendo el primer objeto un barco o una aeronave y siendo el segundo objeto un barco, una aeronave o una unidad en tierra, y donde el sistema comprende:

- en el primer objeto:

- uno o varios sensores, configurados para medir información de posición y/o movimiento del primer objeto, donde esta información incluye información de posición relativa y/o movimiento relativo del primer objeto respecto al segundo objeto (por ejemplo, la información medida por un sensor GNSS RTK);

- un receptor configurado para establecer una comunicación con el segundo objeto a través de una primera red de comunicación;

- un procesador configurado para obtener de los uno o varios sensores del primer objeto la información de posición y/o movimiento del primer objeto; recibir, a través del receptor, información de posición y/o movimiento del segundo objeto; y enviar dicha información a al menos a un dispositivo electrónico de usuario;

- en el segundo objeto:

- uno o varios sensores configurados para medir información de posición y/o movimiento del segundo objeto;

- un transmisor configurado para establecer una comunicación con el primer objeto a través de la primera red de comunicación,

- un procesador configurado para obtener, de los uno o varios sensores, la información de posición y/o movimiento del segundo objeto y enviarla, a través del transmisor, al primer objeto;

- al menos un dispositivo electrónico de usuario configurado para recibir la información enviada por el primer objeto; calcular el valor de uno o más parámetros de posición relativa y/o movimiento relativo del primer objeto respecto del segundo objeto a partir de la información recibida; y determinar la activación de una o más alarmas, donde la activación de las alarmas depende del valor de los parámetros de posición relativa y/o movimiento relativo entre ambos objetos.

En una realización, el al menos un dispositivo electrónico presenta a un usuario, mediante una interfaz de usuario, la información recibida del primer objeto, el valor calculado de los parámetros y las alarmas cuya activación haya determinado, y donde el usuario es un piloto del primer objeto (con capacidad para modificar la posición y/o velocidad del primer objeto basándose en la información presentada en la interfaz de usuario).

En una realización, el primer objeto es un vehículo no tripulado y la posición del primer objeto se controla de forma automatizada en base al menos a la información recibida del primer objeto y el valor calculado de los parámetros.

En una realización, el primer objeto es un barco o una aeronave y el segundo objeto es un barco con el que el primero está realizando una maniobra de aprovisionamiento. En una realización alternativa, el primer objeto es un barco y el segundo objeto es una unidad en tierra con la que el primero está realizando una maniobra de posicionamiento relativo para ayuda a la navegación y/o atraque. En una realización alternativa, el primer objeto es una aeronave y el segundo objeto es otra aeronave con el que el primero está realizando una maniobra de aprovisionamiento.

En una realización, el primer objeto comprende al menos un transmisor configurado para, mediante una segunda red de comunicación cableada o inalámbrica, establecer una comunicación con al menos un dispositivo electrónico de usuario, y donde el primer objeto realiza el envío de información al menos un dispositivo electrónico de usuario a través del al menos un transmisor.

En una realización, la activación de alguna de las una o más alarmas se determina cuando se cumple una o más de las siguientes condiciones: la distancia lateral entre el primer y el segundo objeto está por debajo de un determinado primer umbral preestablecido, o por encima de un segundo umbral preestablecido, la distancia de avance entre el primer y segundo objeto está por debajo de un determinado tercer umbral preestablecido o por encima de un cuarto umbral preestablecido o si se está entrando al aprovisionamiento por una banda del barco distinta a una banda preestablecida.

En una realización, los uno o más sensores del primer y segundo objeto comprenden uno o más de los siguientes dispositivos: sensor giroscópico para determinar el rumbo, sensor de posición GNSS RTK y/o sensor de posición optoelectrónico para determinar la posición; y donde la información obtenida de ellos es el rumbo, velocidad, altura, cabeceo, balanceo y/o guiñada de cada objeto.

En una realización, los parámetros de posición relativa y/o movimiento relativo del primer objeto respecto al segundo objeto comprenden uno o más de los siguientes: distancia directa entre los objetos, distancia lateral entre los objetos, distancia de avance entre los objetos, demora entre los objetos, diferencia de rumbo entre los objetos, diferencia de velocidad entre los objetos, diferencia de altura entre los objetos y diferencia de cabeceo, balanceo y guiñada entre los objetos.

En una realización, el al menos un dispositivo electrónico de usuario es un dispositivo del siguiente grupo: gafas de realidad aumentada, teléfono móvil, tableta electrónica, reloj inteligente, ordenador portátil, ordenador de sobremesa, consola de mando, pantalla interactiva, pantalla de visualización frontal, monitor, proyector.

En una realización, las una o más alarmas son configurables por el usuario mediante al menos un dispositivo electrónico.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con el fin de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con unos ejemplos preferentes de realizaciones prácticas de la misma, se acompaña como parte integrante de esta descripción un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Figura 1 muestra de manera gráfica algunos de los elementos del sistema de control de posicionamiento relativo y los datos proporcionados por dicho sistema, de acuerdo a una realización de la invención.

La Figura 2 muestra de manera esquemática la arquitectura de bloques del sistema propuesto, de acuerdo a una realización de la invención.

La Figura 3 muestra de manera esquemática la arquitectura de bloques del subsistema de control, de acuerdo a una realización de la invención.

La Figura 4 muestra, a modo de ejemplo, el contenido de una interfaz de usuario del sistema, de acuerdo a una realización de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención propone un sistema fiable y preciso que presenta una solución técnica novedosa y automatizada para el posicionamiento asistido de tipo relativo de alta precisión en dos o tres dimensiones para unidades navales, de manera que se controle el posicionamiento relativo de una primera unidad (u objeto), respecto a una segunda unidad (u objeto) para mantener la posición relativa entre ambas. En este texto, la expresión unidad naval hace referencia a un objeto móvil con capacidad para operar sobre la superficie del mar, como por ejemplo: barcos, helicópteros o aeronaves en general, ya sean tripuladas o no.

El primer objeto puede ser una unidad naval (buque, helicóptero, UAVs, USVs, ...) y el segundo objeto puede ser una unidad naval o una unidad en tierra. En una realización preferente, el primer y el segundo objeto serán dos buques o una aeronave y un buque respectivamente. El segundo objeto puede ser una unidad naval proveedora con la que el primer objeto (unidad naval receptora) desee repostar o aprovisionarse. En general, el segundo objeto será cualquier unidad naval respecto a la cual el primer objeto desea controlar su posición relativa.

En otras realizaciones, el segundo objeto podría ser una unidad en tierra (por ejemplo, un puerto, una estación marítima,...), o bien el primer y segundo objeto podrían ser dos aeronaves ejecutando, por ejemplo, una maniobra de reabastecimiento en vuelo o repostaje aéreo (como por ejemplo, aviones cisterna, aviones de combate, cazas, UAVs, u otros).

La figura 1 muestra algunos de los elementos del sistema de control de posicionamiento relativo y de los datos proporcionados, de acuerdo a una realización de la invención, donde un barco (1) quiere controlar su posición relativa respecto a otro barco (2). En una realización, (1) hará referencia al barco receptor y (2) al barco proveedor. En otras realizaciones, (1) podría ser una aeronave, o bien (2) podría ser un puerto (o en general una unidad en tierra), o bien (1) y (2) podrían ser aeronaves.

El sistema constará de una unidad (módulo o dispositivo) instalada en el segundo objeto (denominada módulo proveedor (TX), ya que provee datos al primer objeto y en referencia a una de las aplicaciones de la presente invención donde el segundo objeto será un barco proveedor) y una unidad (módulo o dispositivo) instalada en el primer objeto (denominada módulo receptor (RX), que recibe datos del segundo objeto).

El sistema proporciona al primer objeto (barco receptor en el caso de la figura 1), información sobre la posición y/o movimiento relativo de precisión, en dos o tres dimensiones, (o más generalmente hablando, información sobre la cinemática de los objetos) tanto del primer objeto como del segundo.

Dichos datos de posición y movimiento incluyen el valor de uno o más de los siguientes parámetros (esto es sólo un ejemplo, y en diferentes realizaciones la información de posición o movimiento puede incluir cualquier otro parámetro):

■ Rumbo de cada objeto (R1, R2): Ángulo que forma la parte delantera de cada objeto con respecto al Norte (normalmente expresado en grados). En el caso de que los objetos sean barcos, el rumbo se corresponde con el ángulo que forma la proa (parte delantera del barco) de cada barco con respecto al Norte.

■ Velocidad de cada objeto (V1, V2): En el caso de barcos, podrá venir expresada en nudos, pero puede expresarse en cualquier otra unidad (km/h, m/s...).

■ Demora entre ambos objetos (DEM): Ángulo que forma la línea que une los centros de masa de cada objeto con respecto al Norte (normalmente expresada en grados).

■ Distancia directa entre los objetos (DD): Distancia real existente entre los objetos (puede estar expresada en metros o en cualquier otra unidad de longitud). Si los objetos son grandes, será la distancia entre un punto o elemento determinado del primer objeto y un punto o elemento del segundo objeto. En una realización, dicha distancia directa será la distancia entre las unidades de transmisión (en el segundo objeto) y de recepción (en el primer objeto).

■ Distancia lateral (DL): Se corresponde con la componente transversal (cosenoidal, DD * cos a) de la distancia entre ambos objetos, e indica la separación lateral entre ambos (puede estar expresada en metros o en cualquier otra unidad de longitud). ■ Distancia de avance (DA): Se corresponde con la distancia longitudinal (senoidal, D D * s i n a ) entre ambos objetos, e indica cómo de avanzado o retrasado se encuentra el receptor frente al proveedor (puede estar expresada en metros o en cualquier otra unidad de longitud).

■ Altura: Altura de los objetos con respecto al nivel del mar (puede estar expresada en metros o en cualquier otra unidad de longitud).

■ Información de rotación en tres dimensiones de cada objeto: cabeceo, balanceo (o alabeo en el caso de aeronaves) y/o guiñada de ambos objetos, que se corresponde con la rotación con respecto a los tres ejes de coordenadas (X,Y,Z) de la unidad naval o de la aeronave (normalmente expresadas en grados).

Dentro de los datos de posición que proporciona el sistema, también se pueden incluir indicadores de tendencia, como por ejemplo, la diferencia de rumbos y velocidades entre ambos objetos, la diferencia de altura en caso de una plataforma naval y una aeronave o dos aeronaves, o la diferencia en cabeceo, balanceo (o alabeo) y/o guiñada de ambas unidades. Dichos indicadores ayudan en gran medida a la navegación y a mantener la posición relativa entre ambos objetos, puesto que señalan de forma inmediata, por ejemplo, cuánto se debe aumentar/reducir la velocidad del primer objeto para mantener la posición relativa neutra, cuántos grados se debe girar el timón hacia estribor/babor (por ejemplo, para el caso de barcos), o el desplazamiento vertical a llevar a cabo por una unidad aérea para aterrizar en la plataforma naval de forma segura.

La información de la cinemática de ambos objetos se puede aplicar a las unidades navales de diferentes formas. En una realización, dicha información se puede utilizar para automatizar el control de posición de la unidad naval. En otra realización, dicha información se puede presentar al piloto del primer objeto (por ejemplo, al oficial de puente a cargo de la navegación de la unidad naval receptora en el caso de que sea un barco) a través de diferentes interfaces: gafas de realidad aumentada, teléfonos móviles (smartphones), tabletas electrónicas (tablets), relojes inteligentes (smartwatches), ordenadores portátiles, ordenadores de sobremesa o PCs, consolas de mando, pantallas interactivas, pantallas de visualización frontal (o HUD, del inglés Heads-Up-Display), monitores, proyectores o cualquier otro dispositivo electrónico con una interfaz de usuario apropiada que permita representar visualmente dicha información. De esta forma, el oficial de navegación conoce, en tiempo real, la posición relativa exacta de la unidad naval receptora en dos o tres dimensiones con respecto a la proveedora (o más generalmente hablando, del primer objeto con respecto al segundo), con lo que el mantenimiento de la posición relativa entre ambos se vuelve una tarea sencilla y segura, independientemente de las condiciones meteorológicas y/o de visibilidad existentes.

El sistema puede representar los datos en interfaces de usuario móviles/portátiles así como en dispositivos fijos, y se considera una novedad adicional y una ventaja a destacar el hecho de que permita la utilización de dispositivos móviles como gafas de realidad aumentada, tabletas electrónicas y/o smartphones, puesto que estos dispositivos electrónicos dotan al oficial de navegación de una movilidad que la mayoría de los medios disponibles actualmente en un buque no proporcionan, puesto que son sistemas fijos, con las limitaciones que ello supone.

Adicionalmente, el sistema puede disponer de una serie de alarmas configurables por el usuario (normalmente el piloto del primer objeto) que advierten de forma instantánea de peligros inminentes o de errores en la maniobra, por ejemplo en caso de que el primer objeto (unidad naval receptora) se esté acercando o alejando demasiado del segundo (unidad naval proveedora), tanto de forma transversal como longitudinal, dado que ambos casos pueden representar un peligro potencial de colisión entre los objetos.

Con todo ello, el sistema propuesto permite conocer en todo momento la posición y velocidad relativa entre los dos o más objetos involucrados en la maniobra, aumentando de forma inherente la seguridad y precisión de la misma, y permitiendo extender el ámbito de estas operaciones a condiciones de visibilidad reducida o nula, como por ejemplo, de noche. Asimismo, aumenta en enorme medida el grado de confianza del oficial de navegación de la unidad naval o aeronave (reduciendo así los errores debidos a factores humanos), al proporcionar información precisa y en tiempo real de la cinemática de ambas unidades, datos no disponibles hasta la fecha con las técnicas existentes en la actualidad.

Se procederá a continuación a dar una descripción más detallada del sistema, en donde se pueden distinguir dos partes diferenciadas (a las que se referirá este texto como subsistemas): El subsistema de control y el subsistema de interfaz de usuario. La figura 2 muestra la arquitectura de bloques del sistema propuesto y la interconexión entre los mismos de acuerdo a una realización de la invención.

a. Subsistema de control:

El subsistema de control abarca toda la electrónica y dispositivos de comunicaciones necesarios para la captura de la información de posición y movimiento y para enviar/recibir información en ambos objetos, lo que incluye dispositivos procesadores que deberán ser apropiadamente programados. Así, habrá una parte (SC1) del subsistema de control situado en la unidad naval receptora (en la primera unidad naval o en el primer objeto, barco receptor en la realización preferente), y otra (SC2) situada en la unidad naval proveedora (en la segunda unidad naval o en el segundo objeto, barco proveedor en la realización preferente).

El subsistema incluirá uno o varios sensores (S1, S2) en cada uno de los objetos para capturar información de posición y/o movimiento en cada objeto y un módulo de comunicaciones en cada objeto (C1, C2), de forma que el segundo objeto pueda transmitir al primer objeto la información de posición y/o movimiento capturada, y el primer objeto la pueda recibir. La comunicación entre el primer y segundo objeto se puede realizar mediante cualquier tipo de tecnología (red) de comunicación cableada o, preferentemente, inalámbrica (por radioenlace terrestre, marítimo, satelital, de telefonía móvil o de cualquier otro tipo).

La Figura 3 muestra de manera esquemática la arquitectura de bloques del subsistema de control de acuerdo a una realización particular de la invención. Como se ha indicado anteriormente, dicho subsistema estará dividido entre el módulo receptor (RX) en el primer objeto (barco receptor) y el módulo proveedor (TX) en el segundo objeto (barco proveedor).

En la unidad naval receptora también se encontrará el subsistema de interfaz de usuario (incluyendo, por ejemplo, unas gafas de realidad aumentada (SIU1) y/o un dispositivo móvil como una tableta electrónica o un teléfono móvil (SIU2), aunque no es excluyente la existencia de otro tipo de interfaces) y así se ha representado en la figura 3 para ayudar a la comprensión global del sistema presentado, aunque la figura 3 se refiere principalmente al subsistema de control.

Hay que indicar que, aunque por simplicidad y mayor claridad, en la figura 3 se muestran juntos todos los elementos de los módulos receptor y proveedor, no es requisito imprescindible que cada uno de estos elementos esté junto al otro en una misma carcasa, sino que pueden estar en distintas partes del objeto en cuestión (por ejemplo, del barco). Es decir, aunque se hable de módulo o dispositivo (proveedor o receptor), no nos referimos obligatoriamente a un dispositivo único sino a una unidad funcional que consta de distintos elementos, pero los elementos de la misma pueden estar en distintas partes del barco e incluso realizar adicionalmente otras funciones dentro del mismo. Así por ejemplo, la antena transmisora (28) puede utilizarse para transmitir información al barco receptor pero también para transmitir otros datos del barco a otros barcos, a aeronaves o a tierra.

a.1. Subsistema de control. Módulo Proveedor

En el módulo proveedor (TX), la información de navegación (de posición y/o movimiento) del buque proveedor (o más generalmente del segundo objeto) será capturada por distintos sensores y entregada a un procesador (por ejemplo, un microcontrolador (21)) que será el encargado tanto de procesarla como de gestionar las comunicaciones con el módulo transmisor de radiofrecuencia (22) para enviar dicha información de navegación del segundo objeto al primer objeto. De nuevo, cualquier otro tipo de comunicaciones (por ejemplo, por cable) sería posible y la utilización de redes inalámbricas no es requisito indispensable, sino un ejemplo de realización.

En una realización, se emplea un microcontrolador comercial Arduino UNO®, pero cualquier otro procesador de prestaciones similares sería igualmente válido (lo que incluye, por ejemplo, otros modelos de microcontroladores, microprocesadores o incluso sistemas FPGA dedicados, programados exclusivamente para tales efectos). Este procesador puede ser exclusivo del módulo proveedor (TX) o puede pertenecer a algún equipo de la unidad naval (segundo objeto) que sea utilizado para otras funciones (por ejemplo, un ordenador propio del buque).

La información de posición y/o movimiento puede ser de cualquier tipo. En una realización, dicha información incluirá datos de velocidad y posición que puede ser obtenida, por ejemplo, de un sistema global de navegación por satélite (GNSS, del inglés Global Navigation Satellite System, como GPS, GLONASS, GALILEO,... que conste de uno o varios satélites (23), una antena GNSS (24) y un receptor GNSS (25)), así como información sobre el rumbo (que puede ser obtenida por ejemplo de los dispositivos giroscópicos del barco (26)). El subsistema también incluirá todos los conversores necesarios para acondicionar los datos capturados por los sensores al formato que acepte el procesador seleccionado. Así, por ejemplo, si se toma el dato de rumbo de la giroscópica del buque y este sensor proporciona una salida NMEA en formato RS-485 y el procesador o microcontrolador utiliza un formato Serial TTL, se haría necesario intercalar un conversor de estándar RS-485 a Serial TTL (27).

En la realización expuesta en la figura 3, para la información de posicionamiento, el sistema dispone de sensores de posicionamiento global GNSS RTK de última generación (del inglés Global Navigation Satellite System, Real-Time Kinematic) que proporcionan la posición relativa con precisión centimétrica (esto es sólo un ejemplo y cualquier otro tipo de sensores de prestaciones similares se podrían utilizar). Dado que la posición proporcionada por el sensor GNSS es la de su antena (24), es recomendable situarla en el centro del objeto, por ejemplo, a crujía del barco (a lo largo del plano de simetría del barco). Esto no es obligatorio (dado que no siempre es posible) y el sistema permite definir en el subsistema de interfaz de usuario (SIU) dónde está colocada la antena para tener en cuenta todas las correcciones pertinentes en lo relativo a distancias laterales y de avance.

En una realización, el transmisor de radiofrecuencia (22), el microcontrolador (21), el sensor de posición (GNSS) (25), opcionalmente un amplificador de potencia (29) y, si es necesario, el conversor (27) podrían estar dentro de una misma carcasa convenientemente cableados (por ejemplo, sobre una placa de fibra de vidrio perforada, una placa impresa, ...). Esta carcasa podría incluir diferentes conectores de entrada y/o salida, como por ejemplo, un conector de alimentación, un adaptador para la entrada de la giroscópica de la unidad naval, una entrada de antena para el sensor de posición y una salida de antena para el transmisor de radiofrecuencia. El módulo proveedor (TX) también podría incluir, en una realización, diodos LED para la visualización de la correcta recepción de los datos de la giroscópica del barco proveedor, así como para la señalización de la transmisión de datos al receptor, y/o incluir una interfaz USB o similar en el lateral que permita monitorizar el correcto estado del sensor GNSS por medio de software comercial ajeno al sistema.

Esto es sólo una realización de ejemplo no limitativa y el módulo proveedor (TX) podría presentar una estructura diferente. Así, por ejemplo, como se ha indicado anteriormente, los elementos de dicho módulo no tienen por qué estar en la misma carcasa sino que todos o varios de ellos pueden estar en ubicaciones separadas (mientras exista la adecuada comunicación entre ellos).

Tanto el módulo proveedor (TX) como el receptor (RX) incluyen un programa diseñado específicamente para esta aplicación, de manera que el sistema esté optimizado. De esta forma, el sistema admite la inclusión de nuevos sensores sin que ello suponga una carga de trabajo adicional al microcontrolador que reduzca sus prestaciones de tiempo real, precisión y eficiencia, manteniendo de esta forma la ventaja de poder utilizar procesadores de bajo coste. Así, en una realización preferente, el programa se ha diseñado en base al tipo de sensores utilizados (sensores giroscópicos y GNSS RTK) que proporcionan, de forma continua, tramas (paquetes o flujos) de datos (bytes) de longitud variable. Una posible forma de operar con este tipo de sensores consiste en esperar a recibir un paquete completo de datos de cada uno de ellos antes de proceder a procesarlo (por ejemplo, para comprobar si ha llegado correctamente mediante los bytes de checksum que se incluyen al final de cada trama). Sin embargo, esta solución plantea múltiples problemas cuando los sensores operan a diferentes velocidades (como desbordamientos de buffers, tiempos de inactividad prolongados a la espera de datos de los sensores más lentos,...) degradando en gran medida las prestaciones de los sensores con mayores tasas de transferencia, como por ejemplo, los sensores de posicionamiento GNSS RTK, que necesitan una comunicación entre ellos lo más rápida y fluida posible. Para resolver este problema, en una realización preferente, el programa diseñado procesa, en cada ciclo de trabajo del microcontrolador, un único byte de cada uno de los flujos de datos (buffers) recibidos de cada sensor, en lugar de esperar a disponer de paquetes completos de cada uno de ellos, siendo ese byte procesado posteriormente de la forma más adecuada. Esta solución es mucho más rápida y eficiente que la anteriormente descrita, puesto que elimina bucles y soluciona los problemas derivados de los tiempos de espera para la recepción de paquetes o tramas completas, lo que aumenta enormemente la velocidad de proceso del sistema y amplía la capacidad del microcontrolador para admitir sensores adicionales manteniendo las prestaciones de tiempo real (y de bajo coste) del procesador. En otras palabras, este programa optimiza los recursos del procesador, eliminando esperas activas y haciendo que los ciclos de trabajo sean lo más rápidos posibles, consiguiendo los requisitos necesarios de tiempo real con microcontroladores de bajo coste.

Para enviar la información de posición y/o movimiento del segundo objeto (barco proveedor) al primer objeto (barco receptor) y para recibir la información en el primer objeto, es necesario un sub-módulo de comunicación (por ejemplo, un transmisor de radiofrecuencia (22)) en el segundo objeto y otro (por ejemplo, un receptor de radiofrecuencia (12)) en el primer objeto con sus respectivas antenas (28, 18) para establecer un enlace entre los objetos (por ejemplo, un radioenlace) y permitir la comunicación entre ambos. Para esta comunicación, se puede utilizar cualquier tecnología conocida, incluyendo sistemas de comunicación inalámbricos de radiofrecuencia, sistemas de comunicación por cable o comunicaciones ópticas (inalámbricas o por fibra óptica).

Las comunicaciones entre los objetos podrían efectuarse en modo simplex (siendo el sub­ módulo de comunicación del módulo proveedor (TX), el único que transmite información) aunque para dar mayor versatilidad también podrían ser half-duplex o full-duplex. Dichas comunicaciones podrán ir cifradas o no, dependiendo de los requisitos de seguridad necesarios y de las prestaciones del transmisor.

En una realización, se han seleccionado dos equipos de radiofrecuencia comerciales XBee® SX 868, operando en la banda libre de 868 MHz (Banda UHF, del inglés Ultra-High Frequency), aunque se podría utilizar cualquier otra frecuencia y/o equipo de comunicaciones, siempre que permita un ancho de banda suficiente para transmitir la información que se desea y proporcione una cobertura suficiente (por ejemplo, para un alcance mínimo de unos 100, 150 o 200 metros o, en general, aquel que permita establecer una distancia mínima lateral de seguridad con el otro objeto en torno a los 100 metros). Si se desea aumentar el alcance, el transmisor puede equiparse con un amplificador de potencia (29), como por ejemplo, un amplificador de potencia media (MPA, Medium Power Amplifier) o de alta potencia (HPA, High Power Amplifier) aunque otros tipos de amplificadores también son posibles (por ejemplo un LNA, Low Noise Amplifier).

Estos sub-módulos de comunicación que utiliza el subsistema de control pueden no ser exclusivos del módulo proveedor (TX) y/o receptor (RX) sino que pueden ser equipos de comunicación ya existentes en las unidades navales involucradas en la maniobra, para otras funciones de comunicación propias de la unidad. Esto permitiría reducir costes en la implantación del sistemas así como disponer de un mayor alcance, ya que los módulos de comunicación de las unidades navales (buques, aeronaves, autoridades portuarias) suelen tener un alcance muy superior a los 200 metros.

a.2. Subsistema de control. Módulo Receptor

En el módulo receptor (RX), la información de navegación (de posición y/o movimiento) del buque receptor (o más generalmente del primer objeto) será capturada por distintos sensores y entregada a un procesador (por ejemplo, un microcontrolador (11)), que, adicionalmente, recibirá también los datos cinemáticos de posición y/o movimiento del segundo objeto enviados por el módulo proveedor (TX).

El procesador del módulo receptor (RX) será el encargado tanto de procesar la información recibida, como de obtener datos de posicionamiento relativo entre ambas unidades navales (obtenidos del sensor GNSS RTK y referenciados de forma absoluta con respecto al Norte y al Este, por lo que deberán ser posteriormente procesados para adaptarlos a la cinemática de las unidades navales involucradas en la maniobra y obtener así parámetros como las distancias laterales y de avance), así como de gestionar el envío de dicha información al sub-módulo o sub-módulos de comunicación con los dispositivos de usuario (19), pudiendo utilizarse para ello cualquier tecnología (radiofrecuencia, óptica o por cable).

Dado que la carga computacional es más elevada que en el módulo proveedor y los requisitos de conectividad y velocidad de procesamiento aumentan, se necesitará, en general, un procesador de mayores prestaciones que el del módulo proveedor. En una realización, se utiliza un microcontrolador comercial Arduino DUE®, pero cualquier otro microcontrolador de prestaciones similares sería igualmente válido (lo que incluye, por ejemplo, procesadores o microprocesadores, otros modelos de microcontroladores, o incluso sistemas FPGA dedicados, programados exclusivamente para tales efectos). Este microcontrolador/procesador puede ser exclusivo del módulo receptor (RX) o puede pertenecer a algún ordenador o sistema del primer objeto (o unidad naval receptora) que se utilice también para otras funciones.

La información de posición y/o movimiento puede ser de cualquier tipo. En una realización, al igual que se ha explicado para el segundo objeto, dichos datos de posición y/o movimiento incluirán: información cinemática de velocidad y posición que puede ser obtenida, por ejemplo, de un sistema global de navegación por satélite (GNSS, del inglés Global Navigation Satellite System, como GPS, GLONASS, GALILEO,..., que conste de uno o varios satélites (13), una antena GNSS (14) y un receptor GNSS (15)), información sobre las correcciones de posición pertinentes (o en otras palabras, información de posicionamiento relativo entre ambos objetos) que proporciona el sensor GNSS RTK (del inglés Global Navigation Satellite System, Real-Time Kinematic) e información sobre el rumbo (que puede ser obtenida por ejemplo de los dispositivos giroscópicos del barco (16)). Al igual que en el módulo proveedor, el subsistema de control (SC1) también incluirá todos los conversores/adaptadores necesarios para acondicionar los datos capturados por los sensores al formato que acepte el microcontrolador/procesador seleccionado. Así, por ejemplo, si se toma el dato de rumbo de la giroscópica del buque y este sensor proporciona una salida NMEA en formato RS-485 y el microcontrolador usa un formato Serial TTL, se haría necesario intercalar un conversor de estándar RS-485 a Serial TTL (17). O por ejemplo, si se utiliza el microcontrolador comercial mencionado anteriormente, éste opera con una tensión de alimentación nominal de 3.3V, por lo que se hace necesario intercalar un conversor de 5V a 3.3V para la giroscópica del barco, o de lo contrario se dañaría dicho microcontrolador. Este adaptador y estabilizador de tensión se instalará en el módulo receptor (RX), entre el conversor RS-485 a Serial TTL y el microcontrolador. Este dispositivo adicional no sería necesario en caso de que las tensiones de operación de los sensores y del procesador fuesen las mismas. Por ejemplo, en el módulo proveedor (TX) no sería necesario intercalar este adaptador dado que el Arduino UNO® opera con 5V, igual que la giroscópica del buque.

Al igual que en el segundo objeto, la posición proporcionada por el sensor GNSS es la de su antena (14), por lo que es recomendable situarla en el centro del objeto, por ejemplo, a crujía del barco (a lo largo del plano de simetría del barco). Esto no es obligatorio (porque no siempre es posible) y el sistema permite definir en el subsistema de interfaz de usuario dónde está colocada la antena para poder tener en cuenta todas las correcciones pertinentes en lo relativo a distancias laterales y de avance.

La comunicación entre el subsistema de control del módulo receptor (RX) y los uno o más dispositivos que se utilizan para mostrar la información al usuario (subsistema de interfaz de usuario), se puede llevar a cabo mediante cualquier tecnología de comunicación (ya sea cableada o inalámbrica). Para ello, existirán uno o más transceptores (o más generalmente hablando, sub-módulos de comunicación) en el módulo receptor (RX) que permitirán el envío de datos a los uno o más dispositivos electrónicos de usuario (gafas de realidad aumentada, teléfono móvil, tableta electrónica, reloj inteligente, ordenador personal, pantalla interactiva, pantalla de visualización frontal, consola de mando, monitor, proyector,...). En una realización preferente, dada la baja tasa de datos conseguida con este sistema, y con el fin de minimizar costes, esta comunicación puede llevarse a cabo mediante tecnologías de comunicación inalámbrica de corto alcance como, por ejemplo, Bluetooth (estableciendo una red PAN, del inglés Personal Area Networks).

Para maximizar la eficiencia del sistema y la seguridad en la maniobra de aprovisionamiento, y con el fin de que se pueda disponer simultáneamente de varias interfaces de usuario para diferentes oficiales en el puente de mando, se podrá proveer de un transceptor (por ejemplo, Bluetooth) por cada uno de los dispositivos electrónicos que se deseen conectar (es decir, por cada uno de los dispositivos electrónicos cuyo interfaz de usuario se va a usar para mostrar información a dichos usuarios). Es por ello que en la Figura 3 se muestran dos transmisores (adaptadores (19)) ya que hay dos dispositivos electrónicos en el subsistema de interfaz de usuario. En una realización basada en Bluetooth, el sistema está preparado tanto para ampliar el número de transmisores (y comunicarse con más dispositivos electrónicos sin carga de trabajo adicional para el microcontrolador y sin que se degraden las prestaciones del sistema), así como para que un único transmisor se comunique con varios dispositivos electrónicos en cuanto el protocolo Bluetooth lo permita.

Las comunicaciones entre el módulo receptor (RX) y los uno o más dispositivos utilizados para mostrar la información al usuario, pueden ser simplex, half-duplex o full-duplex. Dichas comunicaciones podrán ir cifradas o no, dependiendo de los requisitos de seguridad necesarios y de las prestaciones de los transceptores empleados.

En una realización, el receptor de radiofrecuencia (12), el microcontrolador (11), el sensor de posición (GNSS) (15), los conversores y adaptadores necesarios (17) y los sub-módulos de comunicación de corto alcance (Bluetooth) (19) podrían estar en una misma carcasa convenientemente cableados (por ejemplo, sobre una placa de fibra de vidrio perforada, una placa impresa, ...). Esta carcasa podría incluir diferentes conectores de entrada y/o salida, como por ejemplo, un conector de alimentación, un adaptador para conectarse a la giroscópica de la unidad naval receptora, una entrada de antena para el sensor de posición o una entrada de antena para el receptor de radiofrecuencia. El módulo receptor (RX) podría incluir, en una realización, diodos LED para la visualización de la correcta recepción de los diferentes sensores, como por ejemplo, los datos de la giroscópica de las unidades navales receptora y/o proveedora o la señalización de la correcta recepción de datos, así como incluir algún sistema de ventilación y/o una interfaz USB o similar que permita monitorizar el correcto estado del sensor GNSS.

Esto es sólo una realización de ejemplo no limitativa y el módulo receptor (RX) puede presentar una estructura diferente. Así, por ejemplo, como se ha indicado anteriormente, los elementos de dicha unidad no tienen por qué estar en la misma carcasa sino que todos o varios de ellos pueden estar en ubicaciones separadas (mientras exista la adecuada comunicación entre ellos).

b. Subsistema de interfaz de usuario.

El subsistema de interfaz de usuario (SIU) estará normalmente situado en el primer objeto (unidad naval receptora) y será el encargado de recibir información de posición y/o movimiento de ambos objetos (proporcionada por los sensores), obtener el valor de parámetros de posición y/o movimiento relativo entre el primer y segundo objeto y mostrar todos estos datos al usuario (por ejemplo, al piloto del primer objeto) para que éste pueda controlar la posición y movimiento del primer objeto y rectificarlo si es necesario. En otras realizaciones, esta información podría utilizarse para automatizar el control de posición de la unidad naval, proporcionando si se desea, de forma adicional, información de posición y/o movimiento a un usuario (a través de la interfaz apropiada) para que pueda tomar el control de la unidad naval si fuese necesario. En el caso de las unidades navales no tripuladas (USVs o UAVs), el subsistema de interfaz de usuario (SIU) podría ubicarse en el segundo objeto (unidad naval proveedora), de forma que permita la monitorización del USV o UAV en todo momento. En este último caso, los sub-módulos de comunicación (19) no necesariamente serían de corto alcance.

El SIU podrá constar de uno o varios dispositivos electrónicos con una interfaz adecuada para mostrar información al usuario. En una realización, expuesta en la figura 3, los dispositivos electrónicos empleados podrían ser unas gafas de realidad aumentada (SIU1), y/o una tableta electrónica o teléfono móvil (SIU2), aunque en otras realizaciones se podrían emplear interfaces diferentes como relojes inteligentes, ordenadores personales, pantallas interactivas, pantallas de visualización frontal, consolas de mando, monitores, proyectores...

Cada uno de estos dispositivos electrónicos se comunicará con el subsistema de control (dentro del primer objeto, unidad naval receptora) para recibir información de posición y/o movimiento de los objetos (de la cinemática absoluta y/o relativa de las unidades navales involucradas). El sistema permite variaciones y/o adaptaciones a la hora de representar o visualizar la información de la cinemática en pantalla en función del dispositivo de salida seleccionado. De esta forma, la pantalla mostrada en la figura 4 sería idónea para una tableta electrónica, teléfono móvil, PC o similar. En el caso de las gafas de realidad aumentada, la forma de presentar la información podría variar ligeramente, dado que es primordial que el usuario pueda ver la información sin que ello le impida poder visualizar lo que está ocurriendo a su alrededor.

En una realización preferente, el subsistema de interfaz de usuario es el encargado de calcular los parámetros de posición y/o movimiento relativo (distancia lateral, de avance,.) entre el primer y segundo objeto, a partir de los datos de los sensores de rumbo de ambas unidades navales (obtenida de los sensores giroscópicos de las mismas) y de la información de posicionamiento absoluto y relativo del sensor GNSS RTK (referenciada en ambos casos de forma absoluta con respecto al Norte y Este geográfico en lugar de a la cinemática propia de las unidades navales involucradas en la maniobra). Una vez calculados estos parámetros, se pueden mostrar al usuario a través de la interfaz de usuario del dispositivo electrónico.

Para una mejor comprensión de las funcionalidades del sistema, se va a exponer aquí un ejemplo de cómo podría ser la aplicación de interfaz de usuario, pero esto es sólo un ejemplo no limitativo: los iconos, opciones, menús y formas de visualización gráfica de la información no son vinculantes para el funcionamiento de la invención y podrían ser susceptibles de cambios.

La Figura 4 muestra un ejemplo (no limitativo) del posible contenido de una interfaz de usuario del sistema de acuerdo a una realización de la invención, donde la solución propuesta se utiliza para controlar la posición relativa entre un primer barco (1) (buque receptor) y un segundo barco (2) (buque proveedor) durante una maniobra de aprovisionamiento. En este ejemplo, la aplicación mostraría la información precisa de posicionamiento relativo de ambas unidades navales, así como los datos de la cinemática de las mismas, dividiendo la pantalla en cuatro zonas diferenciadas: la zona de datos de la cinemática del buque proveedor (2) (segundo objeto) en la parte inferior izquierda (42), la zona de datos de la cinemática del buque receptor (1) (primer objeto) en la parte inferior derecha (41), el área de datos de posicionamiento relativo entre ambos en la parte inferior central (43) y la representación gráfica visual de los mismos en la parte superior central (44). Así, en el gráfico circular central se muestra la unidad naval propia o receptora (1) y la unidad naval proveedora (2), así como los datos de rumbo (R) y velocidad (V) de ambos buques, cada uno en su panel correspondiente (41, 42, para la unidad receptora y proveedora, respectivamente). En la parte central inferior (43) aparecen los valores de los parámetros calculados de posición y/o movimiento de posicionamiento relativo entre ambos: en esta realización, dichos parámetros serían la distancia directa (DD), distancia lateral (DL), distancia de avance (DA), así como los indicadores de tendencia en formato de diferencia de rumbos entre buques (dR) y diferencia de velocidades (dV). Esto es sólo un ejemplo no limitativo y se podría proporcionar información adicional de ayuda a la navegación, como la demora, o la diferencia de alturas, cabeceo, balanceo y/o guiñada. Excepto la distancia directa, los parámetros que se estimen oportunos se proporcionarán con signo para ayudar a la navegación, de forma que, por ejemplo, una distancia de avance negativa indique que el buque receptor está rezagado con respecto al buque proveedor.

La cruz mostrada en pantalla (45) señaliza la posición óptima que debe tener la unidad naval receptora (1), siendo la finalidad del oficial en el puente la de colocar el objeto receptor encima de dicha cruz y mantener la posición (rumbo y velocidad) en todo momento. Con la ayuda visual e informativa que supone este sistema, mantener la posición se vuelve una tarea sencilla, incluso bajo condiciones de visibilidad reducida o nula.

La solución propuesta no sólo informa al usuario de la posición y movimiento absoluto y/o relativo de los objetos sino que, como se comentó anteriormente, avisa mediante alarmas cuando alguno/s de los parámetro/s tiene/n un valor crítico o relevante que por ejemplo, pueda poner en riesgo la seguridad de los ocupantes de la unidad naval y/o de la propia unidad naval. De esta forma, las alarmas indican al piloto del primer objeto (1) (por ejemplo, al oficial de puente del barco): si el primer objeto (1) está demasiado cerca/lejos del segundo (2), si está muy retrasado/avanzado con respecto al segundo (2), ... o cualquier otro dato (de movimiento o posición) absoluto o relativo entre ambos objetos que pueda ser relevante o crítico.

Los datos de configuración concretos de cada alarma pueden hacer referencia, por ejemplo, a la selección de parámetros a los que afecta, a valores umbrales de estos parámetros a partir de los cuales la alarma se activa, a la forma de aviso de la alarma (visual, sonora, ambas...) o a cualquier otro. Dichos datos podrían ser configurados por el usuario, por ejemplo, mediante uno o más dispositivos electrónicos a través de los cuales se le presenta la información. Para ello, la aplicación de interfaz de usuario presentará una pantalla de configuración donde se pueden establecer todos estos ajustes.

Por ejemplo, en una realización, el usuario puede introducir por pantalla los datos de la banda de aprovisionamiento (babor o estribor, por ejemplo), la distancia óptima de aprovisionamiento, la distancia mínima a la que se pueden aproximar ambos buques y la distancia máxima de avance. Las alarmas configuradas no tienen por qué ser excluyentes, pudiendo activarse una o más de forma simultánea dependiendo de la situación. Esto es sólo un ejemplo y otras alarmas son posibles.

Para el cálculo de algunos de los parámetros que se muestran al usuario (y/o en los que están basados las alarmas), es necesario conocer ciertos datos característicos del primer y/o del segundo objeto, como por ejemplo, los datos de eslora y manga (largo y ancho, respectivamente) de cada una de las dos unidades navales (en caso de que ambas fuesen barcos), así como la posición de la antena GNSS con respecto a crujía del barco (línea de simetría del barco) y con respecto a la proa (parte delantera) de la unidad naval. Dichos datos se pueden introducir en el sistema mediante la propia aplicación o se pueden obtener a través de una base de datos.

Aplicaciones adicionales del sistema:

Aunque en muchas de las realizaciones presentadas se ha descrito esta invención aplicada al posicionamiento asistido de una primera unidad naval respecto a una segunda unidad naval para las maniobras de aprovisionamiento, esto es sólo una posible aplicación y el sistema de control de posicionamiento propuesto se puede utilizar para muchas otras aplicaciones que necesiten un posicionamiento relativo de alta precisión en dos o tres dimensiones.

A continuación se exponen algunas de estas otras posibles aplicaciones (esto no es una lista exhaustiva, la solución propuesta en este texto puede tener otras muchas aplicaciones diferentes a las mencionadas aquí):

■ Asistencia para el mantenimiento de la posición de una unidad naval (por ejemplo un buque o una aeronave, tripulada o no) en una formación de varias unidades: La inclusión de esta opción permitiría recomendar al oficial de puente, en tiempo real, el rumbo y velocidades óptimas para evolucionar hacia una nueva posición en una formación, así como para mantenerla una vez establecida. La aplicación podría incorporar una librería con posiciones estandarizadas (por ejemplo, para unidades OTAN), lo que contribuiría a realizar estos movimientos con más rapidez, precisión y seguridad. Debido a la naturaleza internacional de la mayoría de agrupaciones navales, sustituir las órdenes de voz por información entre dispositivos ayudaría a solventar los problemas de idiomas y de interpretación que surgen cuando unidades navales de diferentes países están en una misma agrupación. En este caso, el módulo proveedor (TX) podría ubicarse, por ejemplo, en la unidad naval que encabeza la formación, y los módulos receptores (RX) en el resto de los elementos de la formación.

■ Guiado para unidades navales secundarias: El sistema se podría emplear para el guiado de embarcaciones menores (o unidades navales secundarias) como lanchas de desembarco o vehículos no tripulados de superficie (USVs), así como en aeronaves, que se podrían posicionar con precisión con respecto a una unidad naval o a una unidad en tierra, siendo especialmente útiles en operaciones en las que no existe visibilidad, como por ejemplo durante la noche.

■ Recomendación para unidades aéreas en la aproximación final (aterrizaje): La solución propuesta cuenta con una resolución muy elevada (centimétrica) también en altura que, sumada a la información de giroscópica de las unidades navales, puede proporcionar una ayuda al aterrizaje de aeronaves sobre cualquier plataforma (fija o móvil), pero especialmente sobre plataformas móviles, como son las plataformas navales. Esta ayuda se vuelve de vital importancia en condiciones de navegación nocturna o de mala visibilidad. Actualmente, no existe ningún sistema que realice esta función en buques, siendo lo más parecido el sistema denominado TACAN que únicamente proporciona demora y distancia sin mostrar un gráfico evaluado a los pilotos (similar al de la Figura 4), y que cuenta con el problema de pérdida de resolución a corta distancia, cuando esta información es más crítica, lo que dificulta en gran medida el aterrizaje en plataformas móviles.

■ Recomendación para entradas y salidas de puerto, así como atracadas de precisión: Disponiendo un módulo proveedor (TX) en un punto fijo en tierra (puerto, estación marítima), se podría proporcionar posicionamiento de precisión a todas las unidades navales que entren/salgan de él (civiles y/o militares), indicando las recomendaciones de navegación oportunas y los diferentes puntos de atraque. Esto permitiría aumentar el aforo de muchos puertos marítimos, tanto civiles como militares, con la consiguiente ventaja económica que ello conlleva.

■ Trazado de rutas seguras en áreas minadas: En aplicaciones militares, este sistema se podría utilizar para proporcionar un canal seguro de navegación en áreas minadas donde la precisión es vital. Disponiendo de un módulo proveedor (TX) en un punto fijo, los buques dragaminas podrían ubicar con precisión centimétrica la posición en que se encuentra cada mina, permitiendo trazar vías de paso seguras y precisas por las que poder navegar. Esta solución es extensible no sólo a unidades navales, sino también para aquellas misiones militares y/o humanitarias que impliquen desminado de zonas de interior y/o costeras.

■ Reabastecimiento en vuelo: El sistema cuenta igualmente con precisión centimétrica en altura, por lo que se podría hacer extensible a la maniobra de aprovisionamiento o reabastecimiento en vuelo, siguiendo el mismo esquema y principio de funcionamiento que el explicado en este documento, sin más que utilizar aeronaves en lugar de unidades navales, añadiendo a la interfaz de usuario los datos precisos de altura, cabeceo, balanceo y/o guiñada (u otros) disponibles en el sistema.

En este texto, el término "comprende" y sus derivaciones (como "comprendiendo", etc.) no deben entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no deben interpretarse como excluyentes de la posibilidad de que lo que se describe y define pueda incluir más elementos, etapas, etc.

Algunas realizaciones preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes que se incluyen seguidamente.

Descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como la manera de realizarse en la práctica, hay que hacer constar la posibilidad de que sus diferentes partes podrán fabricarse en variedad de materiales, tamaños y formas, pudiendo igualmente introducirse en su constitución, aquellas variaciones que la práctica aconseje, siempre y cuando las mismas, no alteren el principio fundamental de la presente invención.

La descripción y los dibujos simplemente ilustran los principios de la invención. Por lo tanto, debe apreciarse que los expertos en la técnica podrán concebir varias disposiciones que, aunque no se hayan descrito o mostrado explícitamente en este documento, representan los principios de la invención y están incluidas dentro de su alcance. Además, todos los ejemplos descritos en este documento se proporcionan principalmente por motivos pedagógicos para ayudar al lector a entender los principios de la invención y los conceptos aportados por el (los) inventor(es) para mejorar la técnica, y deben considerarse como no limitativos con respecto a tales ejemplos y condiciones descritos de manera específica. Además, todo lo expuesto en este documento relacionado con los principios, aspectos y realizaciones de la invención, así como los ejemplos específicos de los mismos, abarcan equivalencias de los mismos.

Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a realizaciones específicas, los expertos en la técnica deben entender que los anteriores y diversos otros cambios, omisiones y adiciones en la forma y el detalle de las mismas pueden realizarse sin apartarse del alcance de la invención tal como se define mediante las reivindicaciones siguientes.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Sistema para el control del posicionamiento de tipo relativo de alta precisión de un primer objeto (1) con respecto a un segundo objeto (2), siendo el primer objeto (1) un barco o una aeronave y siendo el segundo objeto (2) un barco, una aeronave o una unidad en tierra, y donde el sistema comprende:

- en el primer objeto (1):

- uno o varios sensores (15, 16), configurados para medir información de posición y/o movimiento del primer objeto (1), donde esta información incluye información de posición relativa y/o movimiento relativo del primer objeto (1) respecto al segundo objeto (2);

- un receptor (12) configurado para establecer una comunicación con el segundo objeto (2) a través de una primera red de comunicación;

- un procesador (11) configurado para obtener de los uno o varios sensores (15, 16) del primer objeto (1) la información de posición y/o movimiento del primer objeto (1); recibir, a través del receptor (12), información de posición y/o movimiento del segundo objeto (2); y enviar dicha información a al menos a un dispositivo electrónico (SIU1, SIU2) de usuario;

- en el segundo objeto (2):

- uno o varios sensores (25, 26) configurados para medir información de posición y/o movimiento del segundo objeto (2);

- un transmisor (22) configurado para establecer una comunicación con el primer objeto (1) a través de la primera red de comunicación,

- un procesador (21) configurado para obtener de los uno o varios sensores (25, 26) la información de posición y/o movimiento del segundo objeto (2) y enviarla, a través del transmisor (22) al primer objeto (1);

- al menos un dispositivo electrónico de usuario (SIU1, SIU2) configurado para recibir la información enviada por el primer objeto (1); calcular el valor de uno o más parámetros de posición relativa y/o movimiento relativo del primer objeto (1) respecto del segundo objeto (2) a partir de la información recibida; y determinar la activación de una o más alarmas, donde la activación de las alarmas depende del valor de los parámetros de posición relativa y/o movimiento relativo entre ambos objetos.

2. Sistema según la reivindicación 1, donde el al menos un dispositivo electrónico (SIU1, SIU2) presenta a un usuario, mediante una interfaz de usuario, la información recibida del primer objeto (1), el valor calculado de los parámetros y las alarmas cuya activación haya determinado, y donde el usuario es un piloto del primer objeto (1).

3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el primer objeto (1) es un vehículo no tripulado y la posición del primer objeto (1) se controla de forma automatizada en base al menos a la información recibida del primer objeto (1) y el valor calculado de los parámetros.

4. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-3, donde el primer objeto (1) es un barco o una aeronave y el segundo objeto (2) es un barco con el que el primero está realizando una maniobra de aprovisionamiento.

5. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-3, donde el primer objeto (1) es un barco y el segundo objeto (2) es una unidad en tierra con la que el primero está realizando una maniobra de posicionamiento relativo para ayuda a la navegación y/o atraque.

6. Sistema de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-3, donde el primer objeto (1) es una aeronave y el segundo objeto (2) es otra aeronave con el que el primero está realizando una maniobra de aprovisionamiento.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema también comprende en el primer objeto (1), al menos un transmisor (19) configurado para, mediante una segunda red de comunicación cableada o inalámbrica, establecer una comunicación con al menos un dispositivo electrónico (SIU1, SIU2) de usuario, y donde el primer objeto (1) realiza el envío de información al menos un dispositivo electrónico (SIU1, SIU2) de usuario a través del al menos un transmisor (19).

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde se determina la activación de alguna de las una o más alarmas cuando se cumple una o más de las siguientes condiciones: la distancia lateral entre el primer (1) y el segundo objeto (2) está por debajo de un determinado primer umbral preestablecido, o por encima de un segundo umbral preestablecido, la distancia de avance entre el primer (1) y segundo objeto (2) está por debajo de un determinado tercer umbral preestablecido o por encima de un cuarto umbral preestablecido o si se está entrando al aprovisionamiento por una banda del barco distinta a una banda preestablecida.

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los uno o más sensores del primer (1) y segundo objeto (2) comprenden uno o más de los siguientes dispositivos: sensor giroscópico para determinar el rumbo, sensor de posición GNSS RTK y/o sensor de posición optoelectrónico para determinar la posición; y donde la información obtenida de ellos es el rumbo, velocidad, altura, cabeceo, balanceo y/o guiñada de cada objeto.

10. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los parámetros de posición relativa y/o movimiento relativo del primer objeto (1) respecto al segundo objeto (2) comprenden uno o más de los siguientes: distancia directa (DD) entre los objetos, distancia lateral (DL) entre los objetos, distancia de avance (DA) entre los objetos, demora (DEM) entre los objetos, diferencia de rumbo (dR) entre los objetos, diferencia de velocidad (dV) entre los objetos, diferencia de altura entre los objetos y diferencia de cabeceo, balanceo y guiñada entre los objetos.

11. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el al menos un dispositivo electrónico (SIU1, SIU2) de usuario es un dispositivo del siguiente grupo: gafas de realidad aumentada, teléfono móvil, tableta electrónica, reloj inteligente, ordenador portátil, ordenador de sobremesa, consola de mando, pantalla interactiva, pantalla de visualización frontal, monitor, proyector.