SISTEMA DE DETECCIÓN Y PROCEDIMIENTO DE CONTACTO DE PUNTA DEL BOTALÓN VOLADOR Y BOCA DEL RECEPTACULO PARA OPERACIONES DE REPOSTAJE AÉREO CON BOTALÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Las operaciones de repostaje aéreo se pueden clasificar esencialmente en dos tipos principales que son: 1 .- Con manguera y cesta y 2.- Con botalón volador, denominado "flying Boom" en la literatura anglosajona.

Se define botalón ("Boom") como aquella parte del dispositivo de repostaje, consistente en una rótula de sujeción al avión, de la que pende una carcasa hueca, alargada y rígida y de la que puede extraerse o retraerse una pértiga o parte interna, también rígida, en cuyo extremo se halla la boquilla. Esta boquilla es la que finalmente dispensa el combustible, tras conectarse al receptáculo de admisión, que se halla en el avión receptor, tras abrirse la compuerta que cierra el paso de combustible.

Las operaciones de repostaje con botalón volador o simplemente botalón, requieren que el extremo de la pértiga, que se encuentra en su interior y que dispensa el combustible (denominada boquilla dispensadora, "Nozzle" en anglosajón), sea embocado en un receptáculo colocado en la superficie superior del avión receptor, en el que se halla la boca de recepción de combustible. Una vez realizado el contacto, que consiste en introducir dicha boquilla del extremo de la pértiga del botalón, del avión tanquero, en la boca del receptáculo del avión receptor, se procede (tras un enganche por unas garras colocadas en dicha boquilla, al receptáculo del receptor), al suministro del combustible.

La gran ventaja del repostaje con botalón, frente al del tipo 1 mencionado en el párrafo primero, es por un lado, el mayor caudal alcanzable en el suministro (lo que podría redundar en un menor tiempo de repostaje) y por otro, la carga de trabajo para el piloto del avión receptor, que es inferior al caso de cesta y manguera, donde la responsabilidad de la operación recae directamente sobre él. En este último método de manguera y cesta, el piloto del receptor es responsable de realizar el contacto de forma casi exclusiva.

La operación con botalón es menos estresante para el piloto del avión receptor, que se limita a estar colocado en una posición adecuada relativa al avión tanquero. Para realizar la operación referida con botalón es necesario conocer, en cada momento, las posiciones tanto del extremo de la pértiga (es decir de la boquilla) como de la boca del receptáculo. En la actualidad, dicha información es adquirida visualmente por el operario encargado de realizar manualmente la operación de contacto con el botalón (denominado "Boomer" en terminología anglosajona.

Si deseamos automatizar la operación, esa información debe suministrarse al sistema del tanquero que controla al botalón para que modifique las "leyes de control" oportunas, que controlan su movimiento. También puede ser suministrada para el control del tanquero e incluso para el del receptor. Así los tres pueden contribuir a una operación automática cómoda y segura.

Como ya se ha dicho, actualmente, la operación se realiza de forma manual. El objeto de la presente solicitud es precisamente, un sistema para realizar de forma automática o sem ¡automática, un contacto entre la boquilla o dispositivo de suministro de combustible del botalón de un primer avión tanquero y el receptáculo localizado en la superficie de un segundo avión o avión receptor, que recibirá el combustible del primero.

También es objetivo de los elementos involucrados en el sistema, proporcionar al primer avión, es decir al tanquero, la ubicación del avión receptor y más concretamente de su receptáculo, respecto a un centro de coordenadas solidario con dicho tanquero, con el fin de que una vez el segundo avión o avión receptor, se haya acercado y colocado en una posición adecuada para el contacto, pueda ser embocado por parte de la boquilla de la pértiga del avión tanquero y así comience el suministro de combustible hasta la cantidad y durante el tiempo estipulados. Así mismo, otra faceta de esta invención es proporcionar al sistema que gobierna al botalón del avión tanquero, la posición de la boquilla que se encuentra en el extremo de la pértiga del mismo, respecto al mismo centro de referencia del apartado anterior y lo que es más importante, la posición relativa entre la salida de la boquilla de la pértiga del tanquero y la entrada al receptáculo del avión receptor.

Tal y como se ha indicado, con esos datos, el avión receptor se puede colocar en la posición apropiada de contacto y una vez se haya situado de forma estable en la misma, a la espera de recibir el combustible, el tanquero podrá conocer la posición a la que deberá mover el extremo de su botalón con el fin de embocar la boquilla en el receptáculo del receptor como suceso previo al comienzo del suministro del combustible.

En definitiva, en base a esa información, la operación, como se ha dicho, podrá convertirse en sem ¡automática o automática según se diseñen las leyes de control que gobiernan el movimiento del botalón del avión tanquero e incluso las de los mismos aviones tanquero y receptor, en función de dicha información. La obtención y suministro de esa información es el objetivo de esta patente.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Como se ha indicado en el párrafo inicial, el repostaje en vuelo se realiza actualmente de dos formas diferentes. Con manguera y cesta o con botalón o "Boom" volador. En el caso de que se realice con botalón, el extremo o boquilla (boquilla de salida del combustible) de su pértiga debe embocar en un receptáculo que se encuentra en la superficie de la nave que va a recibir el combustible. Toda esta operación se realiza actualmente de manera manual y depende de la pericia del operador del tanquero o "Boomer".

Con el fin de tener una información precisa de ambos puntos (extremo de la pértiga y boca del receptáculo) se suele recurrir a dispositivos de señalización, y mediante el uso de sensores capaces de "ver" esas señalizaciones, se pueden determinar las posiciones de ambos.

En el estado de la técnica se conocen las siguientes patentes relacionadas con el objeto de esta invención.

US6752357 describe un sistema de medición de distancia para un avión de reabastecimiento de combustible que comprende al menos un brazo extensible de reaprovisionamiento, al menos una cámara y un ordenador. El brazo de repostaje está provisto de una boquilla. La boquilla de la pértiga tiene una geometría adecuada para conectar con un receptáculo de repostaje de aviones. Cada cámara forma una pluralidad de imágenes, tanto de la boquilla de la pértiga como del receptáculo de reabastecimiento. El ordenador recibe cada una de las imágenes, convierte las imágenes a una pluralidad de píxeles y analiza las imágenes para determinar una distancia entre la boquilla de la pluma y el receptáculo de reabastecimiento de combustible. El extremo de la pértiga de reabastecimiento de combustible constituye un punto de referencia fijo entre el extremo de unión y el avión de reabastecimiento. El punto de fijación de la cámara para el avión también forma un punto de referencia de la cámara. La patente US5530650 describe un sistema de guiado visual y un método, que incluye un subsistema que localiza tanto las estructuras de las aeronaves y de acoplamiento de la misma y también determina su movimiento y su tasa de cambio de movimiento. El subsistema de localización tiene una salida eléctrica que alimenta a un ordenador con los datos de localización y de movimiento que utiliza el software que combina los datos con otros datos en una base de datos que contiene el tamaño y la configuración dimensional de las estructuras de las aeronaves y de acoplamiento. Los datos combinados se convierten en una forma adecuada y se alimenta al monitor de la computadora que muestra las estructuras de las aeronaves y de acoplamiento de los mismos en tiempo real durante la operación de reabastecimiento de combustible. El monitor del cuenta con controles de imagen que permiten al operador seleccionar la perspectiva ángulo de visión, así como el contraste de la imagen y el color con el fin de mejorar las señales visuales proporcionados por la imagen y facilitar la operación de repostaje.

US2007023575: En esta patente se describe un sistema de visión para su uso en un vehículo cisterna de reabastecimiento en el aire que no requiere múltiples cámaras para proporcionar una imagen de visión estéreo para que un operador de Botalón pueda realizar una operación de reabastecimiento de combustible en un vehículo receptor.

US201 10147528: En esta patente se describe un sistema de visión en tres dimensiones de un escenano dado, permitiendo la visualización de diferentes partes del escenario con mayor grado de detalle. También busca proporcionar métodos y sistemas de visión de aviones cisterna, para el seguimiento de las operaciones de repostaje de aviones receptores que permiten la visualización de partes seleccionadas de la zona de recarga de combustible con mayor grado de detalle. El sistema comprende al menos dos cámaras de alta resolución para proporcionar señales de vídeo de dicho escenario para la monitorización estéreo, al menos un sistema de monitorización de tres dimensiones para mostrar imágenes tridimensionales de dicho escenario, y también comprende medios para la visualización de imágenes ampliadas tridimensionales de una zona seleccionada del escenario.

US7469863 es una patente donde se describe un sistema de reabastecimiento automático y los métodos asociados, que cuenta con un dispositivo de entrada para un operador, configurado para recibir entradas, y una primera señal de entrada correspondiente a una posición para un dispositivo de reabastecimiento aéreo. También cuenta con un sensor posicionado para detectar una localización de por lo menos uno de los dispositivos de reabastecimiento. También es importante que el sistema que permite obtener las ubicaciones tanto del extremo de la pértiga y de boca de receptáculo sea un sistema robusto y permita con segundad y en todo momento proporcionar dicha información, independientemente del instante, de la posición o de la iluminación u otras condiciones medioambientales. Esto si se consigue con el sistema objeto de esta invención que mediante el empleo de una sensorización múltiple (o disposición de sensores y emisores para la obtención de información), basada en distintas tecnologías, permite, con una fusión de las mismas, obtener unos resultados fiables y robustos en todo momento.

Es por lo tanto objeto de la presente invención desarrollar un sistema de contacto automático del botalón con el avión receptor, para repostaje en vuelo que a continuación se describe.

Las diferencias fundamentales de esta invención respecto a otros inventos son: La existencia de un dispositivo activo sobre la pértiga y otro sobre el receptáculo para determinar sus posiciones exactas, precisas y fiables mediante varias técnicas empleadas en paralelo.

Que dichos dispositivos generan una señal óptica y por tanto no detectable salvo con cámaras de visión que operen en la misma longitud de onda y a una muy corta distancia de estos. La existencia de diferentes fuentes para obtener la misma información de la posición del receptáculo del receptor e incluso más fuentes para obtener la información de cómo está colocada la boquilla de la pértiga (alta redundancia). El empleo de redes neuronales en parte del procesamiento de información, además de algoritmos convencionales, para la obtención de resultados.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Tal y como se ha dicho anteriormente, el sistema busca obtener el contacto del extremo de la pértiga, o boquilla, con la boca de receptáculo, de manera automática o semiautomática, es decir, proporcionar al avión tanquero, la posición del avión receptor respecto a él o lo que es más importante, la posición relativa entre la salida de la boquilla de la pértiga del tanquero y la boca de entrada del tubo del receptáculo del avión receptor. Una vez determinadas las posiciones de la boquilla de la pértiga, de la boca del receptáculo y de los apuntamientos de estas, de forma dinámica, a lo largo del tiempo, y respecto a unos ejes comunes, podrá suministrarse esta información a las Leyes de Control tanto del receptor como del tanquero y de su botalón haciendo realidad el contacto automático.

El sistema comprende cuatro elementos o partes fundamentales:

• I.- Un elemento BD (que denominaremos Dispositivo de Botalón) compuesto por una carcasa de soporte que se agarra al extremo de la pértiga. Sobre la superficie de la misma se disponen un conjunto o subsistema de emisores de luz. Estos emisores consisten en LEDs en una implementación preferida, junto con una electrónica de encendido y apagado de los mismos.

• II.- Un elemento RD (que denominaremos Dispositivo de Receptáculo) compuesto por unos emisores de luz y una electrónica de control de encendido del mismo. Los emisores de luz, que en una implementación preferida, pueden ser LEDs, se disponen el contorno del receptáculo del avión receptor. Desde ahí, señalizan la situación de dicho receptor y a partir de esto se puede obtener la posición de la boca del receptáculo de forma muy precisa y robusta. El encendido y apagado de los emisores de luz de RD es comandado por una unidad de procesamiento P (que se explica más adelante). Parte de esta unidad P, puede estar ubicada junto a dichos emisores u otros lugares. III.- Un elemento C formado por una caja agarrada a la superficie exterior del avión, preferentemente en el cono de cola y que alberga a los tres subsistemas siguientes:

1.- Un primer subsistema de visión 3D formado, sin pérdida de generalidad, por una cámara izquierda y otra derecha que generan una visión 3D del escenario de trabajo (que denominamos subsistema 3D: S3D). Este subsistema S3D junto con su electrónica, controla el encendido alternativo de los emisores de BD y permite en virtud de un procesado de ambas imágenes, obtener la posición espacial de dichos elementos luminosos de BD. De una similar obtiene los elementos luminosos de RD. También, mediante un procesado de imagen basado en una segmentación, registro y cálculo de distancias, obtiene la posición del extremo del botalón y del receptáculo del avión receptor por un procedimiento diferente. 2.- Un segundo subsistema que denominaremos STOF compuesto por una cámara de tipo TOF (Time Of Flight), también denominada de tiempo de vuelo y que tiene como particularidad que mide el tiempo que tarda un impulso de luz generado y reflejado en los diversos objetos de nuestro escenario de trabajo, desde que dicho impulso sale de nuestro generador del mismo, hasta que llega a cada pixel del sensor de imagen empleado. El subsistema STOF consta además de una electrónica, un láser con su difusor, una lente y un filtro F1 paso-banda estrecho para eliminar la luz diferente a la empleada para excitar nuestro escenario. Aquí la electrónica tiene una funcionalidad principal que es la de calcular el tiempo de ¡da y vuelta de los fotones que salen del emisor láser L1 , que también forma parte de este subsistema, y que rebotan en los objetos de los alrededores del avión para volver a cada pixel de la cámara. Esta electrónica será igualmente responsable de disparar los pulsos de luz del láser. Como es obvio la longitud de onda λ1 de la luz láser L1 es la misma que la central de la banda del filtro F1 de la cámara TOF. 3.- Un tercer subsistema, que denominaremos SDOE, compuesto por una cámara que posee, antes de llegar a su sensor, un filtro paso banda muy estrecho que deja pasar sólo aquellas longitudes de onda (λ2) muy próximas a aquellas generadas por un láser L2 que también pertenece al subsistema. A dicha cámara la denominaremos en este documento, cámara de tipo DOE por la finalidad que persigue. Su misión es detectar los puntos de luz de un patrón conocido, creados al reflejarse en nuestro escenario, la luz procedente del láser L2, al hacerlo pasar a través de una lente de difracción DOE (Diffractive Optical Element), grabada con dicho patrón. La cámara de este subsistema SDOE está compuesta por su electrónica, sensor de imagen, lentes y filtro paso-banda estrecho F2. Este último sintonizado, como se ha indicado, a una longitud de onda K2 que es la central de la de emisión del láser L2. La electrónica de la cámara es capaz de detectar el mencionado patrón de luz sobre los objetos de nuestro entorno y a partir del mismo, mediante triangulación y trigonometría, determinar las distancias relativas al mismo de los puntos que lo forman.

IV.- Un elemento de procesamiento que denominaremos P. Este elemento tiene dos partes: Una que consta de una combinación de procesadores, tanto de tipo convencional, que ejecutan instrucciones de forma secuencial (como son aquellos los procesadores multi-núcleo o los fpga-s (Field Programmable Gate Array) y gpu-s (graphics processor units)) y otra con otros procesadores basados en redes neuronales con capacidad de entrenamiento y procesamiento en paralelo. Además el elemento P consta de un subsistema de comunicaciones con el resto de los subsistemas que componen la invención. Las funciones del elemento P consisten en obtener por un lado la posición del receptor y por otro la ubicación del botalón a partir de la información proporcionada por los subsistemas S3D, STOF y SDOE. Entre otros resultados, P obtiene una nube de puntos del receptáculo, y partes anexas a este, del avión receptor. Conocida esa nube de puntos y comparándola con información, almacenada en una base de datos, de los modelos 3D de los posibles aviones a contactar, se puede colocar en un espacio virtual un modelo 3D del receptor y partir de él obtener la posición exacta del receptáculo de éste. También se hace pasar la nube de puntos por una red neuronal previamente entrenada para finalmente obtener de nuevo la posición del receptáculo (de forma redundante). Lo mismo hará con los datos de las nubes de puntos y el modelo 3D del botalón. Otra función que realiza P es determinar las posiciones de los emisores de los elementos BD de la boquilla de la pértiga para obtener la posición del extremo de ésta y del RD del receptáculo. P calcula todos los puntos y vectores significativos ya indicados. También realiza el ajuste de dimensiones y eliminación de aberraciones procedentes de las lentes o del propio sensor. Una calibración previa será indispensable para el funcionamiento correcto de todo el sistema. Los componentes de P pueden estar concentrados en una ubicación única o dispersos en partes junto con los demás subsistemas de esta invención.

En una primera instancia sólo las cámaras 3D realizan las funcionalidades necesarias. El sistema se reduciría a dos cámaras y el dispositivo BD de emisores de luz colocado en la punta de la pértiga. Todos con sus accesorios correspondientes, y a los que habría que añadir finalmente, el elemento de procesamiento P.

En una segunda implementación más completa, El sistema RD forma parte del sistema. Otras implementaciones incluyen distintas combinaciones del resto de subsistemas que se incluyen en C.

Todo el sistema, en cualquiera de sus implementaciones, será alimentado por una fuente de alimentación del avión y dará como salida un conjunto de coordenadas (X¡, Y¡, Z¡) de los puntos clave así como de los versores ortogonales (V _ix , V _iy , V¡ _z ) que vaya localizando en cada "frame" o cuadro de imágenes. Además todas las electrónicas, que pueden considerarse como parte de P, llevan un subsistema de comunicaciones para el intercambio de información con el resto de subsistemas.

Los subsistemas S3D, STOF y SDOE generan, todos, unas nubes de puntos a partir de las distancias calculadas y disponen de una electrónica con unos algoritmos embutidos capaces de pre-procesar la información recibida de sus cámaras y enviarla al resto del elemento de procesamiento P que obtiene a partir de esos puntos, la ubicación del receptáculo del avión receptor y la ubicación de la punta del botalón a partir de sus modelos 3D una vez encajados en esas nubes de puntos obtenidas.

Salvo que se indique lo contrario, todos los elementos técnicos y científicos usados en la presente memoria poseen el significado que habitualmente entiende el experto normal en la técnica a la que pertenece esta invención. En la práctica de la presente invención se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la memoria.

El empleo de distintas combinaciones del sistema básico, con el S3D, y los subsistemas STOF y SDOE constituyen, en esencia, las distintas reivindicaciones presentes en esta patente.

A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus vanantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.

EXPLICACION DE LAS FIGURAS Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

En la figura 1 -A, BD es una representación simplificada del dispositivo - (13) que se coloca al final de la parte extensible de la pértiga (3) del botalón (6), en la zona más próxima posible, a la boquilla (4) de salida del combustible. P representa el elemento de procesamiento (21 ) que va generalmente dentro de avión. También se muestra la carcasa (14) dentro de la cual se encuentran, en caso de estar en la implementación elegida, los subsistemas S3D (9), STOF (12) Y SDOE (10), cada uno con sus correspondientes componentes auxiliares optativos. En la figura 1 -A, esta carcasa sólo alberga al subsistema S3D mientras que en la figura 2-A siguiente se han representado esquemáticamente los tres subsistemas. En la figura 1 -B, puede observarse el dispositivo RD sobre cuyo contorno (23) se dispone un conjunto de emisores de luz (25) y un sensor (26) de luz en su parte superior. Este elemento se colocará sobre el receptáculo (28) del avión receptor (27). En la figura 2-A, podemos observar una representación simplificada de todos los elementos que forman parte de la invención, en su implementación más completa y cómo pueden colocarse en (2) bajo el cono de cola (1 1 ) del avión tanquero donde el ángulo de visión (7) es el mínimo necesano para la realización de las operaciones . En éste, el botalón (6) pende del avión tanquero (1 ) en su cono de cola (1 1 ) sujeto mediante una rótula (8) y dispone de unas aletas (5) que controlan su movimiento. Del interior del botalón volador sale la pértiga (3) en cuyo extremo se ha dispuesto el elemento BD (13), justo antes de donde se encuentra la boquilla (4) de dispensación del combustible. Esa boquilla debe embocar en la boca (24 de fig.1 -B) del receptáculo (28) del avión receptor (27).

En la figura 2-B se muestra un avión receptor (27) con el receptáculo (28). DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

El sistema objeto de esta invención está formado por los cuatro elementos siguientes. Algunos de sus componentes por eficiencia o comodidad, pueden estar ubicados en otro lugar del avión y aquí se indicará la implementación y ubicación preferida sin pérdida de generalidad.

I. - Un primer elemento (BD en figura 1 -A) que denominamos BD que está instalado en la zona de la punta de la pértiga (3) del botalón (6) como un anillo que la agarra y consiste en una carcasa que protege a una electrónica y que soporta a un conjunto de emisores de luz (16), que pueden consistir sin pérdida de generalidad en unos LEDs o diodos láser con sus respectivos difusores . Dichos emisores, están dispuestos en su superficie y emiten luz de forma homogénea, en determinados momentos, que será detectada por un conjunto de cámaras del subsistema S3D (9), cuya misión será determinar la posición de dichos emisores de luz respecto a las mismas. La electrónica (22) consiste en una adaptación de la alimentación del avión, un conjunto de drivers o adaptadores para el encendido de los emisores de luz y un subsistema de comunicaciones que recibirá órdenes de la electrónica que gobierna las cámaras anteriores con el fin de obtener una cierta sincronización entre ambos subsistemas (cámaras y emisores LED).

II. - Un segundo elemento (figura 1 -B) que denominamos RD que está instalado en el contorno (23) del receptáculo del avión receptor (27)(figura 2-B) y consiste en un soporte en forma de herradura sobre el que se sitúan unos emisores de luz (25) y un sensor de luz (26) así como una pequeña electrónica que soporta a los anteriores. Los emisores de luz, pueden consistir sin pérdida de generalidad en unos LEDs o diodos láser con sus respectivos difusores. Dichos emisores, están dispuestos en su superficie y emiten luz de forma homogénea, en determinados momentos, que será detectada por un conjunto de cámaras del subsistema S3D (9), cuya misión será determinar la posición de dichos emisores de luz respecto a las mismas. La electrónica consiste en una adaptación de la alimentación del avión, un conjunto de drivers o adaptadores para el encendido de los emisores de luz y un subsistema de comunicaciones que recibirá información desde el propio tanquero a través del sensor de luz (26) o bien desde el interior del avión receptor (27) (figura 2-B) y a su vez también podrá enviar información recibida en dicho sensor al interior del avión receptor. Este dispositivo tiene, por tanto, dos funcionalidades principales: Una la de ser localizado por las cámaras del subsistema S3D (9) (que se detallará a continuación) del tanquero y otra la de poder mantener una comunicación entre tanquero y receptor gracias a sus emisores (25) y su sensor de luz (26). III.- Un tercer elemento (ampliado en la figura 2-A), al que llamamos C, formado por una segunda caja o carcasa (14) que alberga al resto de subsistemas de esta invención, incluyendo parte del elemento de procesamiento final P (figura 2-A) y de interfaz con el sistema del avión donde se encuentran las Leyes de Control. Este elemento C se coloca, en una realización preferida, bajo el cono de cola (1 1 ) del avión tanquero (1 ), sin perjuicio de que los mismos subsistemas que lo integran puedan estar dispersos, colocados en diferentes zonas del tanquero en distintas implementaciones de la misma patente.

Dentro del elemento C tenemos hasta tres subsistemas distintos, dependiendo de la implementación concreta de esta patente:

1.- En primer lugar un primer subsistema que denominamos S3D (9) que contiene a las cámaras 3D (17) y es responsable de la localización de los LEDs del elemento BD descrito en el punto I (figura 1 -A) y de determinar la posición de dichos emisores frente a estas. Así mismo, este subsistema se encarga de determinar la boca de entrada del receptáculo de receptor a partir de los emisores de luz (25) sobre el mismo correspondientes al elemento RD. También es responsable de determinar la posición del receptáculo a partir de las imágenes que se obtienen del avión receptor sobre cuya superficie se encuentra el mismo. Estas cámaras disponen de sus respectivos sensores de imagen, electrónica de procesamiento, lentes de enfoque (18) y un filtro paso- banda B3 estrecho centrado en un lugar λ3 del espectro y controlable en el sentido de quita y pon. Alguna de las cámaras pueden contar con unas lentes de control electrónico variable (19). Esa longitud de onda es compatible con las otras cámaras involucradas en la operación de repostaje y está centrada en la misma longitud de onda de emisión de los LEDs del elemento BD. Esto ayudará en la eliminación de fotones procedentes de otras fuentes como el propio sol. La electrónica adicional también tiene como misión controlar el encendido de los LEDs de BD a lo largo del tiempo, generando ciertos patrones que ayudan también a distinguirlos de la luz emitida por otras fuentes. El procesado consiste, en esencia, en la realización de una correlación cruzada entre el patrón de luz, generado y la luz recibida en cada cuadro de imagen. Finalmente, esta electrónica, tras detectar cada emisor LED del elemento BD, que sea visible desde las cámaras, calcula la distancia y el resto de coordenadas de cada LED respecto un conjunto de ejes de referencia, que por simplicidad se colocan en el centro del sensor de una de las cámaras y que denominamos CR.

Algo similar se realizará para los emisores de RD, con la diferencia de que en este dispositivo, los encendidos y apagados de sus LEDs no están sincronizados ni controlados por P. El subsistema S3D será alimentado por una fuente de alimentación del avión y dará como salida un conjunto de coordenadas (X, Y, Z) de los puntos activos que vaya localizando en cada "frame" o cuadro de imágenes. La electrónica de procesamiento abarcará funcionalidades como la detección de coordenadas (x, y) de cada punto activo localizado por cada cámara de forma independiente así como el cálculo de las coordenadas globales respecto a los ejes de referencia con centro CR a partir de las (x, y) de ambas cámaras. También realizará ajuste de dimensiones y eliminación de aberraciones procedentes de las lentes o del propio sensor. Una calibración previa será indispensable para el funcionamiento correcto de las mismas.

El cálculo de la distancia lo realiza cada intervalo temporal de cuadro, empleando las imágenes obtenidas por ambas cámaras a la frecuencia de obtención de imágenes de éstas. Además identificando un conjunto de puntos en ambas, podemos obtener por triangulación la distancia de cada punto a ellas y así obtener una nube de puntos de nuestro avión receptor y de nuestro botalón siempre que no haya interferencia geométrica y sean vistos por dos cámaras.

Las cámaras 3D están dotadas, cada una, de algunos (o todos) los elementos auxiliares siguientes:

^■ Lentes (18) controlables de zoom, enfoque (19) y filtrado.

^■ Electrónica de eliminación de aberraciones, de píxeles muertos, de mejora de la imagen y de cálculo de coordenadas (x, y) de los LEDs del elemento BD y del receptáculo.

Además, en una implementacion más completa de esta misma patente, C puede albergar alguno de los siguientes subsistemas:

2.- Un segundo subsistema que contiene una cámara de tipo TOF también denominada de tiempo de vuelo y que tiene como particularidad que mide el tiempo, de un pulso de luz generado y reflejado en los diversos objetos de nuestro escenario de trabajo, desde que dicho pulso sale de nuestro generador del mismo, hasta que llega a cada pixel del sensor de imagen empleado. Este subsistema al que denominaremos STOF, dispone de una electrónica, una lente de enfoque y un filtro paso- banda B1 estrecho para eliminar la luz diferente a la empleada para excitar nuestro escenario. Aquí la electrónica tiene una funcionalidad de calcular el tiempo de ¡da y vuelta de los fotones que salen de un emisor láser L1 y que rebotan en los objetos de los alrededores del avión para volver a la cámara. Esta electrónica será igualmente responsable de disparar los pulsos de luz de L1 . Esos cálculos se realizan para cada pixel o punto del sensor de la cámara TOF. Como es obvio la longitud de onda λ1 de la luz de L1 es la misma que la central de la banda del filtro

B1 de la cámara del subsistema STOF (12). El láser estará acompañado de una lente de expansión de la luz generada para ¡luminar todo el escenario de trabajo, aunque en una implementacion particular esa lente puede ser una lente de difracción que solamente emite luz a determinados puntos de nuestro escenario de trabajo. El resultado es una nube de tantos puntos como píxeles posea el sensor TOF, que dan las distancias desde el emisor de luz hasta el punto concreto del escenario, que sea enfocado en el píxel correspondiente.

3.- Un tercer subsistema al que denominaremos SDOE (10) compuesto por una cámara provista de una electrónica, y una óptica que incluye un filtro paso banda estrecho (20) a una longitud de onda que coincide con la de emisión de un láser. El láser también está provisto de unas lentes entre las que se encuentra una DOE (Diffractive Optical Element). Al pasar la emisión láser por la lente DOE la luz se difracta creando un patrón concreto que previamente se ha grabado en dicha lente. La misión de este subsistema SDOE es primero detectar con la cámara, a la que llamaremos cámara de tipo DOE, los puntos de luz reflejados en nuestro escenario y generados como consecuencia de la iluminación estructurada que se genera. El láser L2 de longitud de onda λ2, se enciende y apaga a periodos controlados para facilitar la detección de los puntos iluminados por el patrón generado. La cámara DOE está compuesta por su electrónica, sensor de imagen, lentes y filtro paso- banda B2 estrecho sintonizado a K2. Una vez detectados los puntos, la electrónica determina las distancias relativas de los puntos iluminados y recibidos en los píxeles de la cámara como segunda parte de la misión de este subsistema. Esto lo realiza mediante una triangulación, midiendo el desplazamiento generado en función de la distancia y conociendo la separación entre el láser y la cámara empleada. Como ya se ha dicho, la longitud de onda K2 de la luz de L2 es la misma que la central de la banda del filtro B2 de la cámara del subsistema SDOE. El resultado es por consiguiente una nueva nube de puntos correspondientes a aquellos detectados en el sensor al ser reflejados, procedentes de nuestro iluminador estructurado. Los subsistemas descritos en 2 y 3 están compuestos por las cámaras TOF y DOE y por los emisores láser L1 y L2. Así como demás componentes auxiliares y toda la electrónica que los gobierna.

IV.- Un cuarto elemento que denominaremos elemento de procesamiento (21 ) P, que se ubicará en una caja en el interior del avión tanquero (1 ), (y parte del cual se puede considerar repartido entre las electrónicas de los otros componentes de esta invención), cuya misión es, a partir de la información proporcionada por los subsistemas 1 , 2 y 3, generar la información siguiente, (toda referida a unos ejes de coordenadas comunes):

Vector posición del punto P1 del extremo de la pértiga = OP1 ;

Versor ortogonal a la superficie que cierra la boquilla de la pértiga =

V01 ;

Vector posición del punto P2 colocado en el extremo de la boca del receptáculo = OP2;

Versor ortogonal a la superficie que cierra la boca del receptáculo = V02;

Vector velocidad relativa entre P1 y P2 = VR;

Vector aceleración relativa entre P1 y P2 = AR;

Así como cualesquiera otras que pudieran ser de interés y puedan obtenerse a partir de las informaciones generadas por dichos subsistemas.

Una de las principales funciones del elemento P es obtener las nubes de puntos generadas por los subsistemas 1 , 2 y 3 anteriores para, a partir de ellas, determinar los valores de coordenadas y vectores especificados anteriormente. El procesamiento de información que P puede realizar está basado en el empleo de dos grupos distintos de procesadores y por tanto paradigmas de cálculo que se indican a continuación. Por un lado están los procesadores tradicionales, entendiéndose como tales aquellos más convencionales, basados en una lógica micro-programada con un juego de instrucciones, que se ejecutan de forma secuencial, o bien basados en hardware de alta velocidad como fpga-s o gpu-s. Por otro lado están aquellos basados en redes neuronales. Además el elemento P consta de un subsistema de comunicaciones con el resto de los subsistemas que componen la invención. Por tanto, P se encarga de obtener los datos significativos del receptáculo del avión receptor y de la punta del botalón, a partir de las nubes de puntos obtenidas por las cámaras de los distintos subsistemas que se integran en C. El elemento P de procesamiento dispone también de una memoria donde alberga una base de datos de modelos 3D de los distintos aviones receptores con los que se pretenda realizar repostaje así como información geométrica 3D del botalón. Para el caso de procesadores tradicionales, P realiza un ajuste de los modelos 3D con los valores de las nubes de puntos obtenidas y así, coloca en un espacio virtual dichos modelos 3D y determina las posiciones de los valores y puntos de interés indicados. En el caso de la red neuronal, se obtienen los valores deseados tras un entrenamiento con distintas situaciones de repostaje real.

Los datos generados anteriores, permiten al sistema que gobierna las leyes de control del tanquero así como las del botalón de este, disponer de la información adecuada para establecer la estrategia correcta que genere el acercamiento y posterior contacto deseado entre la boquilla de la pértiga y la boca del receptáculo. Las dos opciones de procesamiento pueden emplearse de forma combinada o cada una de forma aislada, para tratar la información generada por los distintos subsistemas de captación de datos.

El procedimiento de funcionamiento del sistema de contacto automático objeto de la invención comprende las siguientes etapas:

Determinar la posición de cada punto emisor de luz de los elementos BD y RD, situados solidariamente, respectivamente en el extremo de la boquilla de la pértiga y en el contorno del receptáculo, mediante el empleo de las cámaras 3D. La emisión de luz por parte de estos emisores es uniforme en las direcciones de emisión y permite a las cámaras 3D "verlas" y así determinar la posición de cada una de ellas respecto a CR. Con el fin de facilitar esa labor, los emisores se hacen parpadear con ciertos patrones de forma alternativa. Los primeros sincronizados con las cámaras 3D y los segundos sin esa particularidad, y todos filtrados de forma temporal respecto de los otros LEDs. Se evitan así solapes innecesarios entre los emisores y se facilita la detección por técnicas de correlación cruzada para eliminar confusiones con otros puntos de luz. Los reflejos pueden igualmente eliminarse gracias al encendido alternativo de los emisores de forma sincronizada. Este sincronismo permite minimizar la energía necesaria para la detección. El empleo de un filtro sintonizado con la longitud de onda de emisión de luz de los emisores permite también un incremento de la relación señal ruido, facilitando de nuevo dicha detección. Una vez detectados al menos tres emisores se obtiene la posición del punto de la punta de la pértiga mediante un cálculo algebraico simple basado en una triangulación. Esto es posible porque sabemos la distancia entre cámaras, la orientación y la distancia focal de las mismas. Así podemos calcular las coordenadas espaciales de esos emisores respecto a un Centro de Referencia (CR). Además a partir de las coordenadas de tres puntos adecuados, obtenemos la posición exacta de la ubicación del centro de la boquilla. Eso se realiza con precisiones subcentimétricas. Además se obtiene el vector perpendicular a la superficie que cierra la "boquilla" (4). Esto proporciona una primera fuente de información que corresponde al extremo del botalón con respecto a CR recogida en el elemento C. Similarmente, actuamos pon los emisores de luz del elemento RD.

Los emisores de luz pueden ser de distintos colores alternando un "color" u otro o emitiendo ambos según convenga que sea visto por una u otra cámara o bien ambas.

Obtención de una primera nube de puntos, mediante la identificación de puntos concretos en ambas cámaras. A partir de la imagen del extremo del botalón y de la del avión receptor colocado debajo de él, se realiza un procesado de imagen consistente en una segmentación y un registro para identificar los mismos puntos en ambas imágenes de cuadro procedentes de ambas cámaras en cada instante. A partir de sus posiciones en al menos dos cámaras, y por un método de triangulación similar al empleado para detectar los emisores de luz en el apartado anterior, se obtienen las coordenadas de todos los puntos identificados en todas las cámaras de S3D. Ese conjunto de coordenadas no es ni más ni menos que la nube de puntos respecto al CR que se persigue conseguir. Obsérvese que se obtienen dos sub-nubes de puntos unidas: Una correspondiente al extremo del botalón y otra correspondiente al avión receptor.

Obtención de una segunda nube de puntos, que se corresponde de nuevo, con el extremo del botalón y el avión receptor a partir del subsistema STOF, L1 junto con los demás otros componentes auxiliares.

El láser L1 proporciona un conjunto de pulsos de luz de longitud de onda λ1 . El circuito que dispara el encendido de este láser es el mismo que gobierna el disparo y adquisición de cuadros de imagen de la cámara tipo TOF incluida en STOF. Considerando la velocidad de la luz y el tiempo que tarda en recibirse el pulso generado en cada pixel del sensor de dicha cámara tipo TOF, puede obtenerse la distancia del punto del escenario que refleja la luz recibida. Para facilitar esa tarea se le antepone a la cámara tipo TOF un filtro paso banda estrecho B1 centrado en λ1 . Además se emplea la técnica de desplazamiento de fase para determinar con exactitud el momento en el que el pulso emitido por

L1 llega de vuelta al sensor. Eso se realiza para cada punto de nuestro escenario que es recibido en cada pixel de nuestro sensor en la cámara TOF. Se obtiene así una nueva nube con tantos puntos como la resolución del sensor empleado. Cada tiempo de cuadro, la cámara tipo TOF proporciona una nueva nube de puntos.

Obtener una tercera nube de puntos que se corresponde de nuevo, con el extremo del botalón y el avión receptor a partir de la información que nos proporciona de forma muy similar a la anterior, el subsistema SDOE formado por la cámara tipo DOE más el láser L2 y demás componentes auxiliares. El láser L2 genera un patrón (este patrón puede ser fijo o variable según se controlen los demás lentes del láser) de luz estructurada gracias a la lente de difracción, por la que lo hacemos pasar una vez colimado adecuadamente. Los elementos de este patrón pueden ser identificados si somos capaces de "ver" la luz que emite el láser al ser reflejada por nuestro entorno. Para facilitarlo, empleamos un nuevo filtro paso banda B2 estrecho delante de la cámara del SDOE, sintonizado con L2 y que eliminará la luz de otras longitudes de onda.

Además, el encendido y apagado con cierta cadencia nos ayudará también a distinguir la luz del láser con respecto a otra, de fuentes distintas, que no parpadearán de la misma forma. Con técnicas de correlación cruzada obtendremos los píxeles que son reflejados en los objetos de nuestro escenario y a partir de sus intensidades relativas determinaremos qué píxeles corresponden a determinados puntos del patrón. Como resultado obtenemos un conjunto de puntos que, de nuevo, mediante técnicas de triangulación y trigonometría, teniendo en cuenta que conocemos la distancia del láser L2 a la cámara de SDOE y los ángulos de ambos, nos permitirán obtener las distancias desde la cámara de SDOE a cada punto de ese conjunto de puntos. En definitiva tendremos un conjunto de coordenadas (x¡, y¡, z¡) pertenecientes a los objetos de nuestro escenario, por cada cuadro de imagen. Así las cosas de nuevo tenemos una nube de puntos similar a la obtenida por la cámara del STOF pero a partir de una forma diferente.

El siguiente paso es, alternativamente, bien realizar una fusión de la información de las nubes de puntos, por cada cuadro, para obtener la mejor nube de puntos de partida, o aplicamos uno de los métodos de procesamiento (que se explicarán más adelante) de entre los que P puede realizar, a cada una de las nubes de puntos, para realizar una fusión de los resultados obtenidos y conseguir la mejor y más robusta solución de la posición de los puntos y vectores de interés. Como se ha dicho, todo esto para cada cuadro de imagen a lo largo del tiempo. El cálculo de las velocidades y aceleraciones relativas así como de los versores ortogonales indicados, es una cuestión meramente algebraica que requiere de pocos recursos de procesamiento. Los procesamientos que podemos realizar en P a las nubes de puntos obtenidas por los distintos elementos que integran esta invención consisten en:

Hacerlas pasar por una red neuronal artificial entrenada para proporcionar como salidas las coordenadas de la ubicación y vector ortogonal de los dos puntos de interés con respecto a nuestro centro de referencia CR.

Compararlas con uno de los modelos 3D almacenados, de nuestro receptor y del botalón, para hallar la posición tanto de la boca de repostaje de dicho receptor como del centro del extremo de la boquilla (4) de la pértiga una vez separados ambos. Dichos puntos con respecto a nuestro centro de referencia CR. La gran certidumbre que proporcionan los elementos BD y RD a la hora de obtener las posiciones tanto de la punta del botalón como de la boca del receptáculo, nos permite realizar una primera segmentación de nuestras imágenes para obtener nubes de puntos independientes, correspondientes a dicha punta del botalón y a la boca del receptor y así quedarnos con sub-nubes correspondientes a los distintos objetos de nuestras imágenes.

Las etapas por las que pasa el elemento P, en el caso de realizar una comparación de las nubes de puntos con uno de los modelos 3D almacenados, son las siguientes para el caso de procesadores convencionales:

1 ^a .- Comparación de las nubes de puntos recibidas por cualquiera de los procedimientos anteriores, con la representación 3D del modelo de avión al que se desea suministrar combustible y la del Botalón para encontrar coincidencias entre nubes de puntos y modelos 3D y así determinar la posición espacial exacta respecto al centro de coordenadas CR. 2 ^a .- Conocida la posición espacial se procede a colocar el modelo virtual del avión en su posición teórica del espacio. De esta forma se puede ver la superficie de nuestro modelo 3D sobre la imagen real.

3 ^a .- Colocado el modelo 3D en nuestro escenario de trabajo de forma virtual, se conoce la ubicación de la boca del receptáculo y demás datos significativos. Esto nos permite colocar estos puntos de interés en su ubicación espacial respecto al centro de coordenadas CR. En la fase de test, esto permite ver la diferencia entre la posición real del receptáculo y la predicha por el modelo 3D y reviste un interés especial porque muestra de forma obvia cualquier error que pueda existir en dicha fase.

Por otro lado, Las etapas por las que pasa el elemento P en el caso de realizar un procesamiento de las nubes de puntos haciéndolas pasar por una Red Neuronal Artificial son las siguientes:

1 ^a .- Entrenamiento de la red neuronal mediante la introducción de nubes de puntos y la comprobación de las salidas para determinar y devolver a la red la información de error con el fin de poder entrenarla. (Esta fase se denomina de entrenamiento.)

2 ^a .- Una vez entrenada, ya en la fase de reconocimiento, se le podrán proporcionar nuevas nubes de puntos, a las que responderá con los valores que la Red considera más probables de los puntos de interés entrenados.

3 ^a .- Supervisión de los datos emitidos por la Red Neuronal para evitar incongruencias.

Para ambos tipos de procesamiento, existe una última tarea a realizar que consiste en:

4 ^a .- Realizar una fusión de las informaciones obtenidas por métodos alternativos para obtener la información de interés de una forma robusta y fiable y así poder alimentar las leyes de control del botalón y llevar a cabo la operación automática de repostaje. Para realizar esta tarea, cada subsistema es asignado con el cálculo de ciertos valores que se conocen como factores de calidad y nos indican en esencia cuán fiables son los resultados que han proporcionado o cuál es su probabilidad de error. Esa información es empleada para garantizar la fusión óptima de los resultados que se obtienen.

Las nubes de puntos obtenidas por los subsistemas S3D, SDOE y STOF se emplean en un cálculo híbrido con los dos procedimientos indicados, es decir, empleará conjuntamente redes neuronales y la comparación con un modelo 3D, para obtener las posiciones y vectores de interés.

Por lo tanto, gracias al sistema y procedimiento de esta invención, se proporciona un mecanismo de obtención de un conjunto de datos en función del tiempo, con una latencia despreciable y un ritmo adecuado, para permitir al sistema que gobierna las leyes de control del tanquero y del botalón del mismo así como al avión receptor, incorporar dichos datos en su control y así gobernar tanto al tanquero, al botalón y al receptor para dar lugar a un contacto entre los dos últimos de forma sem ¡automática o incluso automática, supervisada o no. Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.