DE2331135A1

DE2331135A1 - Einrichtung zur bahnverfolgung beweglicher objekte

Info

Publication number: DE2331135A1
Application number: DE2331135A
Authority: DE
Inventors: Eric Metcalf
Original assignee: Solartron Electronic Group Ltd
Current assignee: Gemalto Terminals Ltd
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1973-06-19
Publication date: 1974-01-10
Also published as: SE382268B; NL7308609A; GB1430389A; FR2190296A5; IT989247B; JPS4952593A; US3869601A; CA996665A

Description

DIPL.-ING. H. MARSCH DIPL.-ING. K. SPARING lowÄcn^ PATENTANWÄLTE 2331135 telefon (oa ill 67 as 4«

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Beschreibung zum Patentgesuch

der Firma The Solartron Electronic Group Limited/ Victoria Road, Farnborough, Hampshire / England

betreffend: "Einrichtung zur Bahnverfolgung beweglicher Objekte"

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bahnverfolgung beweglicher Objekte,· insbesondere einen Rechner für die Verwendung auf einem Schiff in Verbindung mit einer Radaranlage, die vom Schiff mitgeführt wird, um die Bahn der Bewegung anderer Schiffe zu verfolgen.

Mit der zunehmenden Dichte des Schiffsverkehrs auf den Schiffahrtsstraßen wird es immer wichtiger, daß der Schiffsführer genaue und dem letzten Stand entsprechende Informationen betreffend die Peilungen, Kurse und Geschwindigkeiten anderer Schiffe in der Nähe seines eigenen Schiffes erhält. Insbesondere ist es wünschenswert, daß Änderungen im Kurs der anderen Schiffe alsbald nach deren Beginn erfaßt werden sollten, so da3 eine entsprechende Ausweichbe-

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wegung, falls erforderlich, ebenfalls so schnell wie möglich eingeleitet werden kann. Konventioneller V/eise wird diese Information von einer Radaranlage entnommen, die periodisch PositionssignaIe erzeugt, die indikativ sind für die augenblicklichen Positionen der anderen Schiffe. Die Positionen werden dann manuell auf einer Seekarte aufgezeichnet, oder die Positionssignale werden auf Magnetband gespeichert und nachfolgend simultan v;iedergegeben als eine Abfolge von Positionen auf einem Kathodenstrahlröhrenschirm der Radaranlage: In beiden Fällen ergeben sich Darstellungen des letzten Teils der Bahn der anderen Schiffe, welche Darstellungen periodisch auf den neuesten Stand gebracht werden können.

Wegen der arteigentümlichen Ungenauigkeiten in den Positionssignalen von der Radaranlage unterliegt die Abschätzung des Kurses und der Geschwindigkeit eines der anderen Schiffe von beispielsweise seixaen letzten beiden aufgezeichneten Positionen, d.h. den. Positionen, welche zu den neuesten Werten bezüglich Kurs und Geschwindigkeit führen sollten, sehr großen Ungenauigkeiten. Um eine genauere /bschätzung zu erhalten, ist es deshalb erforderlich, eine viel größere Anzahl aufgezeichneter Positionen zu verwenden: Unter bestimmten Umständen kann es aber bis zu fünf Minuten dauern, bevor ein Kurswechsel und/oder eine Geschwindigkeit^· änderung eines der anderen Schiffe überhaupt erst in Erscheinung tritt in der Darstellung des letzten Bf-hnverlaufs, und ZeitVerzögerungen dieser Größenordnung können in bestimmten Situationen außerordentlich gefährlich sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung für die Bahnverfolgung beweglicher Objekte zu

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schaffen, irisbesondere für Schiffe, um so die Richtung und Geschwindigkeit ihrer Relativbewegung genau und relativ schnell zu bestimmen.

Diese Aufgabe ν ird gemäß der Erfindung gelöst durch Digitalfilter, ausgebildet für den Empfang der gespeicherten Signale und versehen mit digitalen Multipliziereinrichtungen für das Multiplizieren jedes der gespeicherten Signale x. mit einem zugeordneten, aus einem ersten Satz von vorgegebenen Koeffizienten und für die Multiplikation jedes der gespeicherten Signale _y mit einem zugeordneten, aus einem zweiten Satz von vorgegebenen Koeffizienten, sowie versehen mit Mitteln für das Summieren der Produkte von x, die so gebildet wurden und für das Summieren der Produkte von _y, die so gebildet vvurden, um so entsprechende Digitalsignale zu erzeugen, die repräsentativ sind für die Ableitungen nach der Zeit d χ und

dt^m

d "y (m = 0, 1, 2, ...) bei mindestens einem vorgewählten ge-

meinsamen zeitlichen Punkt auf entsprechenden hypothetischen Funktionen^ - *\(t) ^und χ = fp(t), welche im wesentlichen die von χ und _y repräsentierten Werte erfüllen, wobei beide hypothetische Funktionen entweder mindestens polynomische Funktionen zweiter Ordnung oder Spaltfunktionen ("spline functions") sind, sowie .durch Mittel für die Erzeugung von Ausgangssignalen, die abhängen von den Ableitungen nach der Zeit der Digitalsignale.

Demgemäß sind die der zeitlichen Ableitung entsprechenden Digitalsignale repräsentativ für χ und _y und/oder dx und dy und/oder d χ und d y usw.
^dt dt² dt²

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Vorteilhafterweise verden diese vorgegebenen Koeffizienten auf der Basis ausgewählt, daß die erwähnten hypothetischen Funktionen beide polynomische Funktionen dritter Ordnung sind und beide vorzugsweise eine Passung der kleinsten Quadrate mit den Vierten sind, die repäsentiert werden durch χ und _y.

Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 ist ein schematisiertes Blockdiagramm

der Anordnung gemälo der Erfindung für Verwendung auf einem Schiff in Verbindung mit einer Bordradaranlage zur Bahnverfolgung der Bewegung anderer Schiffe,

Fig. 2 ist ein Erläuterungsdiagramm und zeigt ein Schiff, das mit der Einrichtung nach Fig. versehen ist und ein weiteres Schiff, dessen Bahn verfolgt wird, und

Fig. 3 ist ein Erläuterungsdiagramm zur Illustration

möglicher Manöver eines bahnverfolgten Schiffes.

In Fig. 1 ist mit Io die Einrichtung gemäß der Erfindung bezeichnet, und sie ist dargestellt in Verbindung mit einer Bordradaranlage 12. Das Schiff, auf dem beide montiert sind, ist in Fig. 2 mit A bezeichnet. Aus Gründen größerer Klarheit "wurde die Einrichtung Io gemäis der Erfindung vereinfacht, um jene Teile darzustellen, die erforderlich sind für die Bahnverfolgung nur eines anderen Schiffes, das in Fig. 2 mit B bezeichnet ist. Durch entsprechende Vervielfachung und/oder Zeitmultiplexbetrieb einiger Teile kann jedoch die Bahnver-

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füllung einer großen Anzahl weiterer Schiffe erfolgen, wie nachfolgend noch im einzelnen zu erläutern sein wird.

Die Radaranlage 12 kann aus irgendeinem der vielen handelsüblichen Marineradarsystemen bestehen, beispielsweise den von der Firma Decca Limited unter dem Namen "TRANSAR" oder "SOLID STATE" angebotenen Anlagen, und daher soll hier nur eine kurze Beschreibung gegeben werden. Me Radaranlage 12 umfa.it einen Radar send er/-ernpf anger 14, der so ausgebildet und betrieben wird, daß er pulsierende Padarausgangssignale aussendet, typischerweise alle drei Millisekunden, Über eine umlaufende Radarantenne 16. Der üender/Empfänger 14 erzeugt ferner an einem Ausgang 18 Synchronisiersignale, die gewöhnlich als "sync.pulses" bezeichnet v;erden und zeitlich koinzident sind mit jeweils einem der Radarausgangssignale. Die Antenne 16 sendet die fadarausgangssignale aus und empfängt reflektierte Radarsignale oder "Echos", die von Hindernissen wie Landmassen >j(]er anderen Schiffen reflektiert worden sind, z.B. vom Schiff B in der Nähe des Schiffes A. Die Echos werden au dem Sender/Empfanger 14 übertragen und dort erfaßt, und die erfaßten Kchos erscheinen als I.P.-Impulse an einem Ausgang I9 des Senders/Empfängers 14.

Die Antenne 16 rotiert mit im wesentlichen konstanter Drehzahl, typischerweise einem Umlauf alle drei Sekunden, und umfaßt eine Korrektureinheit 2o, die verbunden ist mit dem Ausgang eines Kreiselkompasses (nicht dargestellt) auf dom Schiff A. Die Korrektureinheit 2o weist einen Ausgang 21 auf, an dem sie einen Indeximpuls erzeugt für jedes Inkrement, z.B. einem Tausendstel, eines Umlaufs der Antenne 16 relativ zu der wahren Nordweisung (des Kreiselkompasses).

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DleEchoimpulse am Ausgang 19 gelangen in die Einrichtung Io über deren Eingang 22, von wo sie über ein angepaßtes Filter 23 zu einem zeitkonstanten-automatischen Verstärkungsregelschaltkreis 24 gelangen, dessen Verstärkung periodisch zunimmt mit der Zeit von dem Augenblick jedes Sync.-Pulses, um eine Kombination zu bewirken für die abnehmende Amplitude von Echos, die reflektiert werden von zunehmend weiter entfernten Hindernissen. Die verstärkten Echo-Impulse, erzeugt von dem Schaltkreis 24, haben demgemäß nahezu gleichförmige Amplitude und gelangen in einen Schwellen-Filter 25, welcher alle Echo-Impulse unter einer voreinstellbaren Amplitude zurückweist. Falls erwünscht, kann die Verstärkung des Schaltkreises 24 auch in anderer Weise variiert werden: Beispielsweise kann der Schaltkreis 24 Mittel umfassen für die Feststellung der mittleren Amplitude des Hintergrundrauschens oder "clutter" in dem Signal von dem Sender/Empfänger 14 über vorgegebene kurze Zeitintervalle, sowie Mittel für die Einstellung der Verstärkung, derart, dai3 diese mittlere Amplitude im wesentlichen konstant gehalten wird. Jene Echo-Impulse, die vom Filter 25 durchgelassen werden, gelangen zu einem Pulsformerschaltkreis 26, welcher* ihnen eine Form verleiht, derart, daß an seinem Ausgang 28 entsprechende Echo-Impulse im wesentlichen gleichförmiger Amplitude und Dauer erscheinen.

Man erkennt, daß das Zeitintervall zwischen einem Sync.-Puls, der indikativ ist für ein bestimmtes Radarausgangssignal₍ und agc Erzeugung eines Echo-Impulses am Ausgang 28, resultierend von diesem Radarausgangssignal, ein Maß ist für den Abstand vom Schiff A bis zu dem Hindernis, von dem dieser Echo-Impuls herrührt. Demgemäß bilden die

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Echo-Impulse, die Sync-Pulse und die Index-Impulse Eingangspositionssignale, aus denen die Positionen von Hindernissen abgeleitet werden können.

Die Echo-Impulse vom Ausgang 28 werden angelegt an einen Eingang 34 eines Drei-Eingangs-UND-Gatters 36. Die anderen beiden Eingänge 38 und 4o des UND-Gatters 36 sind jev.eils so angeschlossen, daß sie erregt werden für Zeitpunkte, die jeweils einen kleinen Bereich von Werten von r und einen kleinen Bereich von Werten von ·& definieren, worin ν beziehungsweise -Θ- der Abstand bis zu dem Ziel beziehungsweise die Peilung desselben sind wie in Fig. 2 dargestellt. Die Erzeugung der Erregungssignale für die Eingänge 38, 4ο wird nachstehend noch im einzelnen erläutert: Ihre Funktion besteht darin, einen kleinen Bereich oder ein "Radarfenster" zu definieren nahe dem Schiff A, in welchem Bereich nur ein bestimmtes Ziel (d.h. das Schiff B) zu erwarten ist. Demgemäß erscheinen nur Echo-Impulse am Ausgang 42 des UND-Gatters J;6, die zurückzuführen sind auf das Schiff B.

Die Sync-Pulse von dem Ausgang 18 gelangen über einen Eingang 44 der Einrichtung Io an den Rücksetzeingang 46 eines Zählers/Zeitgebers 48, der nachstehend als Meister-r-Zähler bezeichnet werden soll. Jeder Sync.-Puls stellt demgemäß den Meister-r-Zähler 48 auf Null zurück, der eine typische Lauffrequenz von Io MIz hat. In ähnlicher Weise gelangen die Index-Impulse vom Ausgang 21 über einen Eingang 49 der Einrichtung Io zu einem Zähleingang 5° eines Zählers 52, der nachfolgend als Meister~6>--Zähler bezeichnet werden soll und eine Zählkapazität gleich der Anzahl von Index-Impulsen besitzt, die erzeugt werden während eines vollständigen Umlaufs der Antenne 16 gegenüber der wahren

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Nordweisüng. Es versteht sich demgemäß, da,,_; die Zählung im Meister-r-Zähler 48 in jedem Augenblick ein Με.:,, ist für die Zeit., die vergangen ist nach dem zuletzt eingelaufenen Sync.-Puls, d.h. seit der letzten Aussendung eines Radarausgangssignals von der Antenne 16, und die Zählung im Meister-O'-Zaüer 52 ist in jedem Augenblick ein Mais für die Winkelorientierung der Antenne 16 gegenüber der wahren NordWeisung.

Die auf das Schiff B zurückgehenden Echo-Impulse am Ausgang 42 des UND-Gatters 36 werden so verarbeitet, ä&a sie einen Satz von Transfer-Gattern 54 betätigen, die zwischen den Meister-r-Zähler 48 und einen Sammler 56 geschaltet sind, sowie einen weiteren Satz von Transfer-Gattern 58, die zwischen den Meister-O-Zähler 52 und einen Sammler 60 geschaltet sind. Diese Echo-Impulse werden ferner angelegt an einen Zähler 62. Wenn demgemäß die Orientierung der Antenne 16 sich der Richtung nähert, in der sich das Schiff B befindet, wird der Eingang 4o des UND-Gatters 36 erregt: Kurz nach der Erzeugung jedes nachfolgenden Radarausgangs signals und seines zugeordneten Sync.-Pulses wird der Eingang 38 des UND-Gatters 36 ebenfalls erregt für eine kurze Zeitperiode, womit das UND-Gatter 36 geöffnet wird. Eines dieser nachfolgenden Radarausgangssignale wird normalerweise von dem Schiff B reflektiert, und der resultierende Echo-Impuls erscheint innerhalb dieser kurzen Zeitperiode

wird
und^vdeshalb durch das UND-Gatter 36 durchgeschleust werden.

Der resultierende Echo-Impuls am Ausgang 42 des UND-Gatters 36 erhöht die Zählung im Zähler 62 um Eins und betätigt die Sätze von Transfer-Gattern 54, 58 derart, daß die entsprechenden Zählungen in dem Meister-£-Zähler 48 und dem Meister-Q--Zähler 52 in die entsprechenden Akkumulatoren 56 bzw. 60 transferiert werden.

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Wenn das Schiff B relativ groU ist, können Echo-Itnpulse auch von den beispielsweise drei darauffolgenden Redarsignalen ausgelöst werden,bevor der Eingang 4o des UNI)-Gatters 36 entregt wird. Diese Echo-Impulse betätigen ebenfalls den Zähler·62 und die Transfer-Gatter 54, 58 so, daß, nachdem die Antenne 16 ihre Abtastung des Schiffes B beendet hat, der Sammler 56 eine digitale Anzahl R„ enthält, die repräsentativ ist für die Summe von vier aufeinanderfolgenden gemessenen Werten des Abstandes vom Schiff A bis zum Schiff B, während der Akkumulator 60 eine Digitalzahl -θ» enthält, die repräsentativ ist für die Summe von vier aufeinanderfolgenden gemessenen Werten der Peilung des Schiffes B, während der Zähler 62 eine Zählung von Vier enthält. Die entsprechenden Zahlen in den Akkumulatoren 56 und 60 werden dann zu zugeordneten Digitalteilerschaltkreisen 64, 66 transferiert, in denen sie dividiert werden durch die Zählung in Zähler 62, um entsprechende Digitalzahlsignale r' und Θ'_R zu erzeugen, die tatsächlich den Abstand und die Peilung bezüglich des "Radarzentrums" von Schiff B repräsentieren.

Der Meister-^-Zähler 52 hat einen Übertragausgang 67, an dem ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn die Zählkapazität aufgefüllt ist, d.h. ein Ausgangssignal erscheint pro Umlauf der Antenne 16. Dieses Ausgangssignal repräsentiert den Wert O = 0°, weil er zusammenfällt mit einer wahren Nordweisung der Antenne 16 und ist so angeschlossen, daß die Akkumulatoren 56, 60 und der Zähler 62 auf Null zurückgestellt werden.

Die Digitalsignale r' und -θ* _π von den Teilerschaltkreisen 64, 66 gelangen zu zugeordneten Digitalfiltern 68, 7o, die sie typischerweise über fünf Umläufe der Antenne

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filtern, d.h. über eine Periode von fünfzehn Sekunden. Es kann angenommen werden, daß die Kurse der meisten Schiffe, deren Bahnverfolgung wahrscheinlich ist, sich einer geraden Linie über eine kurze Zeitperiode wie fünfzehn Sekunden annähern lassen, so daß die Filter 68, 7o im hier gewählten Beispiel einfache Liniearfilter sind, die mehr oder weniger nur die Vierte von r' und -Θ „ für

Π> ti

fünf aufeinanderfolgende Umläufe der Antenne 16 akkumulieren und dann die akkumulierten Gesamtheiten durch die Anzahl der einzelnen Vierte von r^f„ und & dividieren, die akkumuliert worden sind (dies trägt der Möglichkeit Rechnung, daß das Schiff B während einem oder mehr der fünf Umläufe nicht erfaßt worden ist). Die Filter 68, 70 erzeugen demgemäß entsprechende Digitalpositionssignale r und &„, die den Abstand und die Peilung des Schiffes B im

JD

Mittelpunkt der Fünfzehn-Sekunden-Periode repräsentieren. Die Positionssignale r„ und f*L liegen in Polarko-

Jd Ö

ordinaten bezüglich des Schiffes A als Koordinatenursprung vor. Damit sie in vereinfachter Weise mathematisch manipuliert werden können, werden sie einem Wandlerschaitkreis 73 für die Wandlung der Polarkoordinaten in kartftesische Koordinaten zugeführt, welcher einen kordischen Algorithmus verwendet, mit dem die Gleichungen gelöst werden

χ = r cos ■©■
y = r sin ■θ'.

Dies ist eine bekannte Technik und beispielsweise beschrieben in der Veröffentlichung von J.E. Voider unter dem Titel "The CORDIC Trigonometrie Computing Technique" in der Zeitschrift I.R.E. Transactions on Electronic Computers, September I959, Seiten 33o bis 334. Eine brauchbare Verwirklichung

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dieser Technik ist beschrieben in der GB-Patentanmeldung Nr. 8365/73.

Der Wandlerschaltkreis 72 erzeugt demgemäß zwei karttfesische Positionssignale x' und y' entsprechend V-. und β* immer noch bezüglich des Schiffes A als Koordinatenursprung.-Diese karthesischen Positionssignale x' und y' werden dann den ersten Eingängen 7^a ent-

SD O —

sprechender Addierschaltkreise 7^ zugeführt, welche zweite Eingänge 74b aufweisen,verbunden mit entsprechenden Ausgängen eines Rechners 76 für die eigene Schiffsbewegung, der einen Teil der Einrichtung Io bildet. Der Rechner 76 erhält als Eingänge Signale, die repräsentativ sind für die Kreiselkompaß-Ablesung, die Ruderstellung und die Maschinendrehzahl des Schiffes A und leitet aus diesen Eingängen in an sich bekannter Weise digitale Positionssignale χ¹, und y^!. ab, die repräsentativ sind für die Position des Schiffes A in "nordbezogenen" kartMesischen Koordinaten bezüglich eines beliebig gewählten festen Koordinatenursprungspunktes sowie Digitalsignale Jt. und y., die repräsentativ sind für die Geschwindigkeit des Schiffes A bezüglich dieses Ursprungs in x-"bzw. ^-Richtungen. Es versteht sich, daß im Hinblick auf diese Eingänge der Koord inatenur sprung fest ist relativ zum Meer und deshalb etwas beweglich sein kann bezüglich absoluter Gröi3e in Abhängigkeit von Meeresströmungen, Gezeiten usw. Ferner wird die Position dieses Koordinatenursprungs von Zeit zu Zeit verschoben in Abhängigkeit von dem Abstand, der von dem Schiff A durchlaufen ist, um die Werte der Koordinaten zu begrenzen, z.B. auf die Werte, die erforderlich sind, um einen Bereich von etwa hundert Seemeilen auf hundert Seemeilen zu überdecken.

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Die Addierschaltkreise 74 kombinieren algebraisch die Signale χ¹ , y^f mit den Signalen χ',, y' zur Erzeugung kartKesischer Positionssignale x_R und y , die repräsentativ sind für die Position des Schiffes B relativ zu dem festen Koordinatenursprung.

Jedes der digitalen Signale (oder "Worte") Xp. und y„ kann typischerweise bis zu sechzehn Bits enthalten, und sie werden transferiert in entsprechende x- bzw. jy-Register 78, 80, die jeweils in der Lage sind, zwanzig Sechzehn-Bit-Worte zu speichern. Typischerweise werden sie transferiert in die Register 78, 80 über eine physische F.echtsvei'schiebung wie in Fig. 1 dargestellt, derart, dais die zuletzt eingegangenen Werte von x_ und y am linken Ende des Registers einlaufen, ν■ ährend die ältesten Werte gleichzeitig herausgeschoben v/erden, d.h. aus dem rechtsseitigen Ende abgeworfen werden: Sie können jedoch in der¹ Praxis in jeder Soeile der Register 78, 80 eingegeben werden, falls ein /,drcsctiiregister (nicht dargestellt) gleichzeitig angesteuert νird zur Speicherung der Position, welche Anordnung ein Zufallszugriff sregister oder R "M (Rendom Access Memory) bildet. Demgemäß enthalten die x- b^v. y-RegiGuer 78, So, wenn sie voll sind, je zwanzig gespeicherte Digitalsignale, von dii.en einander zugeordnete Paare repräsentativ sind für die Position des Schiffes B, alle fünfzehn Sekunden für die vergangenen fünf Minuten: Der Inhalt der· Register 78, So λ ird auf den neuesten Stand gebracht alle fünfzehn Sekunden.

Wenn die möglichen Manöver eines Schiffes, wie des Schiffes B, berücksichtigt werden, kann in den meisten Fällen angenommen werden, da.s das Schiff keine plötzlichen oder schnellen Kurs- oder Geschwindigkeitsänderungen vornehmen vvird

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Typischerweise kann ein großer Supertanker mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3o pro Minute drehen, während ein relativ kleines, leicht manövrierbares Bootmit bis zu 2oo° pro Minute drehen kann. Schiffe, die besser manövrierbar sind als im letztgenannten Beispiel angedeutet, wird man wahrscheinlich auf hoher See nicht antreffen und in jedem Falle würde ihnen ihre eigene Manövrierfähigkeit ermöglichen, ihrerseits eine eigene Ausweichbewegung vorzunehmen. Wenn man einmal annimmt, da3 das Schiff B fähig ist, mit der höheren Drehrate zu wenden, die oben angegeben i-urde, könnte es¹ beispielsweise in einer Periode von z.B. zwei Minuten das Manöver durchführen, das in karthesischen Koordinaten in Fig. J>a. gezeigt ist. Die Variation der karthesischen Koordinaten χ und y über der Zeit während dieses Manövers ist in den Fig. J>b bzw. 3c aufgezeichnet. Man erkennt, dai3 ^S sich kubisch oder in dritter Ordnung ändert, während y sich quadratisch oder in zweiter Ordnung ändert. Man kann demgemäß annehmen, daß über eine relativ kurze Zeitperiode, wie etwa zwei Minuten, die Bahn jedes Schiffes wahrscheinlich angenähert werden kann und ziemlich genau beschrieben werden kann durch zwei hypothetische polynomische Funktionen dritter Ordnung

χ = f_x(t)
und

y = Vt).

Es folgt aus dieser Annahme, daß die Werte von X_n und y ,gespeichert in den Registern 78, 80,zwei solcher polynomischer Funktionen dritter Ordnung erfüllen, d.h. auf den von ihnen beschriebenen Kurven liegen. Die Werte

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von X_n und y sind jedoch notwendigerweise einem Zufalls-

XJ XJ

fehler unterworfen, und die Größe dieses Fehlers wird normalerweise einer G&ui-Verteilung folgen. Die vorliegende Erfindung verwendet digitale Filtertechniken, um die VJ irkung dieses Fehlers herabzusetzen.

Es kann demgemäß gezeigt werden, αεαΐ für eine Anzahl N von abgetasteten Datenpunkten X,, X₂, X^, ..., X_n, die gleiche Zeitintervalle T von einander entfernt sind, der Wert der zeitlichen Ableitung d^mx der einen hypothetischen polynomischen Funktionen j dt^m | M-ter Ordnung, die mit diesen Datenpunkten eine Kleinste-Quadrate-Anpassung ist, gegeben wird durch

m
c^jc = a_nX, + a_nX_o + a_oX^ + · · · ^a _k ^x _k+i · · · + ^aN_i^XiJ^J

worin die Koeffizienten a_Q bis ^_n-1 Konstanten sind und eindeutig bestimmt werden durch

1. die Anzahl und die Abstände der Datenpunkte,

2. die Position auf dem Polynom, d.h. den Wert der unabhängigen Variablen t, von der die zeitliche Ableitung gewünscht wird,

3. die Ordnung des Polynoms (d.h. der Wert von M), und

4. die bestimmte Ableitung, die erforderlich ist.

Die Koeffizienten a_Q bis Ά^__χ für die Zeit t = (N-I+*)T können abgeleitet werden wie folgt:

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worin die Koeffizienten m.^ .. .^_Μ , erhalten werden durch Lösung des Satzes von (M+l) verknüpften Gleichungen

+ ... + /^₁Vl = A(l,m) M+2 ^{= A}(²'^m)

Ic=N-I , ,

d. = ^ k ^J , worin die Ausdrücke A(I,m),

k=O

A(2,m), ... für verschiedene Werte von m c^eS^eben sind durch

	Π1 =	0	1	2	3
A(I,m)		1	0	0	0
A(2,m)			-l/T	0	0
A(3,m)		o62	2ct/T	2/Γ²	0
A(4,m)		-ol5	- >i2 /T

Beispiele für die Werte der Ausdrücked für versch'ie-

J dene Werte von j sind

1 N

2 N(N-I)

3 N(N-I) (2N-1)

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4 N²(N-1)²

5 N(N-I

6 N²(N-1

7 N(N-I )(6N⁵-15nV6n^+6n²-N-1 )

Demgemäß werden unter guten Radarbedingungen, z.B. klares Wetter, relativ ruhige See, wenn der Zufallsfehler in den Eingangspositionssignalen von der Radaranlage 12 relativ klein ist, typischerweise die acht zuletzt eingelaufenen Werte für die Signale x_, y sequentiell den zugeordneten Digitalfiltersystemen 82, 84 zugeführt. Jedes der Filtersysteme 82, 84 umfaßt einen Digitalmultiplikator 86, einen Koeffizientenspeicher 88 und einen Summierschaltkreis 89. Der Speicher 88 wird vorzugsweise gebildet von einem integrierten Schaltkreis als Nur-Lespeicher oder ROM und^lwli Sätze von acht Koeffizienten auf, die vorbestimmt sind, wie oben beschrieben und in digitaler Form darin gespeichert sind. Sobald jedes der Signale X- seinem Filtersystem 82 zugeführt wird, erfolgt Multiplikation im Multiplikator 86 mit einem zugeordneten Koeffizienten aus dem ersten Satz, und die Produkte, die so gebildet werden, werden aufsummiert im Summierschaltkreis 89, um so ein Digitalsignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für den Wert der ersten Ableitung χ der einen polynomischen Funktion dritter Ordnung, die eine Anpassung der kleinsten Quadrate mit den Signalen x~ ist, zu einer Zeit in dem Bereich, von dem zuletzt gespeicherten Signal x^ repräsentiert. Jedes der Signale x_

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wird außerdem im Multiplikator 86 multipliziert mit einem zugeordneten Koeffizienten aus dem zweiten Satz- und die so gebildeten Produkte werden aufsummiert im Summierschaltkreis 89, so daß sich ein weiteres Digitalsignal ergibt, das repräsentativ ist für die erste Ableitung χ dieser polynomischen Funktion zu einer Zeit, die im wesentlichen in der Mitte des Intervalls zwischen den entsprechenden Zeiten liegt, die repräsentiert werden durch das jüngste und älteste gespeicherte Signal x_. In genau analoger Weise werden Digitalsignale, die repräsentativ sind für die ersten Ableitungen y und y , von den Signalen y_ im Filtersystem 84 gewonnen.

Unter ungünstigen Radarbedingungen, d.h. schlechtem Wetter und rauher See, werden die Filtersysteme 82, 84 erweitert, so daß jedes typischerweise die fünfzehn zuletzt eingegangenen Werte der Signale x^ y_ erhält. Diese Signale werden in ähnlicher Weise mit zugeordneten Koeffizienten aus vier weiteren Sätzen von Koeffizienten multipliziert, und jeder dieser Sätze besteht aus fünfzehn Koeffizienten und findet sich ebenfalls gespeichert in dem Koeffizientenspeicher 88 für die Erzeugung von Signalen χ , χ , y„ und y , wie oben beschrieben.

Der Grund für die Erzeugung der Signale χ und y zusätzlich zu den Signalen χ und y liegt in der Tatsache, daß die entsprechenden Polynomfunktionen die Werte von x^ und y_Q annähern, die am nächsten dem Bereich des zeitweiligen Mittelwerts von einem dieser Werte sind, und die Näherung wird zunehmend weniger genau für die jüngeren Daten. Demgemäß ist die absolute Größe von χ und y genauer als die absolute Größe von χ und y , obwohl die Genauigkeit des

- 18 309882/ 1 1 1 Ö

Verhältnisses von χ zu y immer noch recht gut ist, selbst zu dem Zeitpunkt, der repräsentiert wird durch die jüngsten Werte von x~ und y„.

Die Signale x_m und y werden dann einem Ouadrie-r-,

Addier- und Quadratwurzelschaltkreis 90 zugeführt:, der

ein digitales Ausgangssignal v_D = \J χ + y erzeugt,

ο m πι

während die Signale χ und y einem Tangensschaltskreis 92 zugeführt werden, wobei wiederum ein kordischer Algorithmus verwendet wird, der ein digitales Ausgangssignal oi,„ = tan" y /x erzeugt. Das Signal v„ repräsentiert demgemäß die Geschwindigkeit des Schiffes B in der Mitte der vorangehenden Periode von zwei Minuten Dauer, während das Signalot- den Kurs des Schiffes B am Ende dieser Zwei-Minuten-Periode repräsentiert, d.h. etwa fünfzehn Sekunden vor der Erzeugung des Signals oL·,. Die Signale v„ und oL, werden einem geeigneten Digitaldekoder \)k zugeführt, dessen Ausgang verwendet werden kann, um ein e-lphariumerisches Anzeigeorgan oder, je nach Wunsch, einen Drucker anzusteuern.

Die Signale χ und y , v.erden ferner dem Schaltkreis 90 zugeführt zur Erzeugung; eines digitalen Aucgangs-/__ _ ^,
x/ + y ", das kombiniert wird mit dem Oig-

nal v_ in einem Teilei¹ 95i um ein Verhältnissignal k -■ v. /v..

Ij D L

zu erzeugen. Dieses Verhältnis signal wird als Korrektur¹-faktor den Signalen χ und y mittels zugeordneter Multiplikatoren 97 aufgedrückt, um Signale kx , ky zu erzeugen, womit die oben erviähnte Ungenauigkeit in den absoluten Größen von χ und y korrigiert v,ird.

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Die korrigierten Signale kx und ky werden einem Addierschaltkreis 9^ zugeführt, wo sie algebraisch kombiniert werden mit den Signalen x. und y. vom Rechner J6 unter Erzeu_tun^ von Signalen x^f und y^f_, die repräsentativ

ο D

sind für die Geschwindigkeit des Schiffes D in x- bzw. ynichtung relativ zum Schiff A. In ähnlicher Weise werden die zuletzt eingelaufenen Signale x^ und y von den Ro_oistern 78, 80 einem Addierschaltkreis 98 zugeführt, wo sie filgebraisch kombiniert werden mit den Signalen x\ und y' von dem Rechner It unter Erzeugung von Signalen x¹ ' und

^f , die repräsentativ sind für die Position des Schiffes B relativ zum Schiff A als Ursprung. Die Paare von Signalen x' , y' und x^f'_o, y^f' werden dann jeweiligen Kartesisch-

o id D-D

polarkoordinaten-Sehaltkreisen loo bzw. Io2 zugeführt, die jeweils einen entsprechenden kordischen Algorithmus verwenden, um die Signale in Polarkoordinatenform r„, Q_n und r¹' , &'' transformieren. Ein Inkrementenschaltkreis Io4, verbunden zum Empfang des Übertragssignals vom Ausgang 67 des Meister-j&-Zählers 52, ist so angeschlossen, daß er die Sig,-nale f_ß und r^f' empfängt und r^f' im Verhältnis zu r„ einmal pro Umlauf der Radarantenne 16 inkrementiert, um so ein Ausgangssignal r^ff' zu erzeugen, das einem Digitalkomparator I06 zugeführt wird. Ein entsprechend angeschlossener Inkrementenschaltkreis .1 08 inkrementiert in ähnlicher Weise ^¹L im Verhältnis zu Ou, um so ein Ausgangs signal -Θ-'^f'., zu er-

Ϊ5 D

zeugen, das einem weiteren Digitalkomparator Ho zugeführt wird.

Der Komparator I06 erhält außerdem als Eingänge die Zählung im Meister-r-Zähler 48 und ein Digitalsignal</r, das einstellbar ist zur Repräsentation des maximalen angenommenen Fehlerbereiches in dem radargemessenen Wert von _r und erzeugt an seinem Ausgang das oben erwähnte Erregersignal für den Eingang 38 des UMB-Gatters-36 nur dann, wenn die

- 2o -

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Zählung im Meister-r-Zähler 48 zwischen r^ft_ -Cir/2

und

r^M _R + or/2 liegt. Das Signal or wird ferner angelegt an einen Teilerschaltkreis 112, wo es dividiert wird durch das Signal r¹' vom Wandlerschaltkreis loo zur

Jb

Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals ύ-y-. Das Signal οθ- und die Zählung im Meister^-Zähler 52 v/erden dem Komparator Ho zugeführt, der an seinem Ausgang das oben erwahnte Erregersignal für den Eingang 4o des UND-Gatters 36 nur dann erzeugt, .wenn die Zählung- im Meister- <$-Zähler 52 zwischen -6·¹ ' - 6-6/2 und -Θ-' ^f_ + Ο-Θ/2 liegt.

Jd ti

Die Digitalsignale x^ und y werden sequentiell abgetastet durch entsprechende Digitalanalogwandler 114 bzw. 116, deren Ausgänge geglättet werden durch entsprechende .Integrierverstärker II8, I2o. Die geglätteten Ausgänge von den Integrierverstärkern II8 und 12o werden, nach weiterer Verstärkung in zugeordneten Anzeigetreibern 121 verwendet, um die x- bzw. y-Ablenkplatten eines Kathodenstrahlröhrenanzeigesysterns 122 anzusteuern, auf dessen Schirm demgemäß die Bahn des Schiffes B in den vorvergangenen fünf Minuten angezeigt wird: Die Bahn wird vorzugsweise angezeigt als kontinuierliche Linie, wie bei I23 gezeigt, die Signale kx und ky werden ebenfalls entsprechenden Digitalanalogwandlern 124, 126 zugeführt, deren Ausgänge entsprechende GIeichspannungssignale führen, proportional der Größe von kx und ky . Diese Gleichspannung ssignale werden linearen Integratoren I28, I30 für eine feste Zeit zugeführt, so daß die Integratoren Rampenausgänge erzeugen, die ebenfalls für die Ansteuerung der Anzeige 122 über die Anzeigetreiber 121 angeschlossen sind. Der Anzeigetreiber 121 ist so ausgebildet, daß die Anzeige, basierend auf kx und ky , fortgeführt wird als gestrichelte Linie von dem Punkt-, wo die kontinuierliche

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Linienanzeige endet, wie bei lj?l angedeutet, so daß sich eine Linie ergibt, deren Länge proportional der Geschwindigkeit des Schiffes B ist und die sich in der Bewegungsrichtung erstreckt, d.h. längs des berechneten Kurses des Schiffes B.

Die Signale x. und y >. , erzeugt von dem Rechner 76 während der vorvergangenen fünf Minuten, v.'erden ebenfalls in Registern (nicht dargestellt) gespeichert, die identisch mit den Registern 78, 80 ausgebildet sind, und diese gespeicherten Signale und die Signale x. und y. werden verarbeitet und angezeigt auf der Anzeige 12?, wie im vorherigen Absatz erläutert; Diese Anzeige der vergangenen und vorhergesagten Bahn des Schiffes A wird bei 123a bzw. IjJIa angedeutet und weist vorzugsweise erhöhte Leuchtdichte auf, am diese Bahn deutlich von der Anzeige zu unterscheiden, die sich auf das Schiff B bezieht. Der Rechner J6 ist ferner mit manuell steuerbaren Schaltern 1^2 versehen, durch welche versuchsweise Eingänge, die repräsentativ sind für mögliche Änderungen der Ruderstellung (Kurs) und Maschinendrehzahl (Geschwindigkeit) des Schiffes A eingegeben werden können, und das vorhergesagte Resultat dieser Änderungen kann in Form der Bahn Ij5la auf der Anzeige 122 erscheinen: Der Rechner berücksichtigt die Dynamik des Schiffes A, z.B. seine Ansprechgeschwindigkeit auf Änderungen der Ruderstellung oder Maschinendrehzahl.

Schiieülich werden die jüngsten Signale χ , y ,

kx_r, ky_r zusammen mit den jungten Signalen x., y., x. und y_A einem Zentralrechner lj$ zugeführt, welcher sukzessive zukünftige Positionen x.^ y&i* '··· ^xAi' ^yA

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des Schiffes A und x^, , y_, , ... χ^,, y_. des Schiffes B in z.B. Dreißig-Sekunden-Intervallen berechnet, und ein Ausgangssignal d = (x_A1 - X₃₁)" + (y_Ai - ^v _Bi)~ ^für Jedes korrespondierende Paar von Positionen ableitet, bis der kleinste Wert von d, d.h. d„. ^der Abstand bei nächster ,Annäherung des Schiffes B an das Schiff a) festgestellt worden ist. Der Zentralrechner 1^4 erzeugt dann Ausgangssignale, die repräsentativ sind für den Abstand d„. und die Zeit t~. der dichtesten Annäherung. Die Signale t„» und clfA werden dekokiert in einem Dekoder IJiG₃ dessen Ausgang verwendet wird, um das oben erwähnte alphanumerische Anzeigesystem oder einen Drucker anzusteuern. Zusätzlich wird das Signal d„. einem Digitalkomparator I38 zugeführt, der so angeschlossen ist, daß er einen sichtbaren und/oder hörbaren Alarm I4o betätigt, wenn die berechnete Distanz der nächsten Annäherung unter eine vorgegebene Distanz fällt, z.B. 0,5 Seemeilen.

Die Einrichtung Io ist in Form diskreter Schaltungsblöcke beschrieben worden, um das klare Verständnis der Betriebsweise zu erleichtern: In der Praxis brauchen jedoch einige oder alle der Schaltkreise 64, 66, 68, 70, 72, 74, 82, 84, 90, 92, 96, 98, loo, Io2, Io4, I08 und 112 nicht als diskrete Schaltkreise vorzuliegen, sondern können verwirklicht werden durch entsprechende Programmierung des Betriebes für MultiplikatiorSj Divisions? AdditiorB-und Subtraktionseinheiten, welche den Zentralrechner 1^4 bilden. In diesem Falle kann Fig. 1 als ein FlujBdiagramm angesehen werden anstatt einem Blockschaltbild.

Darüber hinaus wird es in der Praxis wünschenswert sein, mehr als ein weiteres Schiff bezüglich seiner Bahn zu verfolgen. Typischerweise kann es erforderlich sein, bis

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zu hundert andere Schiffe zu verfolgen, und dies kann bewirkt werden durch Vorsehen eines Verfolgungskanals, d.h. eines jeweils von mindestens den Registern 78, 80 für jedes Ziel und durch Zeitmultiplexbetrieb einiger anderer Schaltkreise. Beispielsweise könnten drei sequentiell arbeitende UND-Gatter 36 und zugeordnete Komparatoren I06, Io vorgesehen werden, wobei jedes UND-Gatter etwa dreißig Schiffen jeweils in einem anderen Sektor rings um das Schiff A zugeordnet wäre. In gleicher Weise könnte der Akkumulator 56, wenn er kurz nach Schließen des UND-Gatters 36 rückgestellt wird, in ähnlicher Zeitmultiplexbasis betrieben werden, wie oben für die UND-Gatter J56 erläutert.

Man kp.nn dafür sorgen, daß, falls ein bestimmtes, bezüglich seiner Bahn verfolgtes Ziel während einer bestimmten Gruppe von fünf Umläufen der Antenne 16 nicht erfaiat wird, seine letzte erfaßte Position durch die Schaltkreise Io4, I08 auf den letzten Stand gebracht wird, um einen geschätzten Wert für die unerfaßte Position zu erzeugen, welcher geschätzte V.'ert in entsprechender Zeit in den Wandler 72 eingegeben wird anstelle des unerfaßten (d.h. fehlenden) gemessenen Wertes. In diesem Falle würde auch dafür gesorgt werden, eine Alarmanlage zu betätigen, falls das Ziel wiederum nicht innerhalb einer vorgegebenen kleinen Anzahl nachfolgender Umläufe der Antenne 16 erfaßt würde.

In der Praxis erfai3t der Radarsender/-ernpfänger 14 häufig Störechos, z.B. hervorgerufen durch Reflexionen an hohen Wellen, insbesondere dann, wenn die Verstärkung nahe auf seinen Maximumwert eingestellt ist. Die Einrichtung

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Io gemäß der Erfindung kann ohne weiteres modifiziert werden, um dieses Phänomen in einen Vorteil zu verkehren. Wenn demgemäß ein Echo das erste Mal erfaüt wird, wird es in üblicher Weise dem ersten zur Verfügung stehenden Bahnverfolgungskanal zugeteilt oder einem von verschiedenen speziell zugeteilten Bahnverfolgungskanälen sowie einem der Gatter J>6, das offen ist während der nachfolgenden wenigen Umläufe der Antenne 16, um ein Radarfenster in dem Bereich zu definieren, von dem das Echo herzustammen schien. Der Bereich, von dem das Echo herrührte, wird auch in einem von beispielsweise zehn Registern gespeichert, welche vier 9o°-Segmente der Antennenabtastung repräsentieren sowie sechs Bereichbänder (z.B. megliekefe 0-2 Seemeilen, 2-4 Seemeilen usw.). Wenn das Echo nur ein Störecho war, wird es nicht fortlaufend erfaßt werden während der nachfolgenden wenigen Umläufe der Antenne 16. Das Nichtvorhandensein eines nachfolgenden Echo-Impulses, herrührend von dem Radarfenster, wird dann ausgenützt, um einen (nicht dargestellten) bistabilen Schaltkreis zu betätigen, der dem Bahnverfolgungskanal zugeteilt ist, um das Vorhandensein eines Störechos anzudeuten, d.h. eines Echos, auf welchen der Bahnverfolgungskanal nicht verriegelt werden kann und dessen Bahn nicht weiter verfolgbar ist. Störechozähler (nicht dargestellt) werden an diese bistabilen Schaltkreise angeschlossen, und zwar so, daß die Anzahl der Störechos, herrührend jeweils aus den zehn Bereichen in vorgegebenen Intervallen, gezählt wird. Ein Ligitalkomparator (nicht dargestellt), angeschlossen an diese Zähler, erhöht die Verstärkung des Verstärkungsregelschaltkreises 24 immer dann, wenn die Rate des Auftretens von Störechos unter einen vorgegebenen Pegel fällt und erniedrigt die Verstärkung des Schaltkreises 24 immer dann, wenn diese Rate über den vorgegebenen Pegel ansteigt, und zwar auf einer

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Basis, die für jede Region neu festgesetzt wird. Die kombinierte Verstärkung des Radarsenders/-empfängers 14 und des Schaltkreises 24 wird demgemäß auf einem optimalen Pegel gehalten, definiert durch die vorgegebene Rate der Störechos für jeden Bereich.

Falls erforderlich, kann die Einrichtung Io multipliziert verden, um die Steuerung und/oder Geschwindig_r keit des Schiffes A zu kontrollieren, um so Kollisionen zu vermeiden. Deshalb kann immer dann, wenn der Wert des Signals d . unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt, die Einrichtung Io so betrieben werden, daß automatisch und sequentiell die oben erwähnten Versuchseingänge dem Rechner 76 über die Schalter 1J2 zugeführt werden. Typischerweise könnten diese Eingänge sequentiell 5° Kursänderung nach Backbord, 5° Kursänderung nach Steuerbord, Io Kursänderung nach Backbord, lo° Kursänderung nach Steuerbord usw. umfassen. Immer dann, wenn ein Versuchseingang angelegt wird, wird der Wert von d„. für das-Schiff berechnet, v/elches diesen Prozeß ausgelöst hat und andere Schiffe im Bereich dieses Schiffes, bis ein sicherer Wert erzielt wird, der außerhalb der vorgegebenen Grenzwerte liegt. Die Einrichtung Io erzeugt dann ein Ausgangssignal proportional den Versuchseingängen, bei denen der sichere Wert von d„. erzielt wurde, und dieses Ausgangssignal bewirkt eine entsprechende Änderung der Ruderstellung des Schiffes A über entsprechende Kraftverstärker und Stellmotoren.

Zwar wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf Ihre Anwendung in Verbindung mit Seefahrt-Radaranlagen beschrieben für die Bahnverfolgung von Schiffen, doch versteht es sich, daß sie ohne weiteres für andere Anwendungs-

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zwecke modifiziert werden könnte. Beispielsweise könnte man eine Modifikation dahingehend vornehmen, dai3 die Einrichtung Eingangssignale von Bordradaranlagen bei Luftfahrzeugen akzeptiert, welche Signale Entfernung, Azimut und Höheninformationen enthalten können und demgemäß Indikativ wären für die Position eines anderen Flugzeuges in drei Dimensionen. Darüber hinaus könnte sie modifiziert werden für das Akzeptieren fcwei- oder dreidimensionaler Positionssignale, die abgeleitet werden von Sonaranlagen. In diesem Zusammenhang v-äre zu betonen, daii in der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck "Eingangspos it ions Signa Ie" so zu verstehen ist, daij er jedes erfaßbare Signal umfaßt, das von einem Objekt herrührt, z.B. durch Reflexion oder Emission von demselben, und aus welchen Signalen die Position des Objekts hergeleitet v/erden kann. Darüber hinaus ist es möglich, andere Annäherungen zu verwenden als die der Anpassung der kleinsten Ouadrate, und die hypothetische Funktion, an die die Positionssignale angepaßt werden, kann eine andere sein als eine Polynomialfunktion dritter Ordnung, beispielsweise eine Polynomialfunktion zweiter Ordnung, oder - insbesondere für die Erfassung beweglicher Objekte/, wie ein Luftkissenfahrzeug (das seine Richtung der Bewegung relativ abrupt ändern kann) - eine allgemeine oder lineare SpaItfunktion.

- Patentansprüche: -

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Claims

- 27 - Patentansprüche -

_; Iy Einrichtung zur Bahnverfolgung beweglicher Objeekte mit einer Eingangsschaltung für den Empfang in zweitlichem Abstand liegender Eingangspositionssignale, von denen jedes indikativ ist für eine Position von mindestens einem beweglichen Objekt und möglicherweise fehlerbehaftet ist, mit Mitteln für die Erzeugung, aus diesen EingangsSignalen, einer Mehrzahl von in zweitlichem Abstand liegenden Paaren digitaler Positionssignale x, y, wobei jedes dieser Paare von Signalen repräsentativ ist in kartesischen Koordinaten für eine Position des mindesten einen Objekts und mit digitalen Signalspeichern, die angeschlossen sind für den Empfang dieser Paare von Signalen und ausgebildet sind für die Speicherung einer vorgegebenen Anzahl der zuletzt erzeugten der Signale, gekennzeichnet durch Digitalfilter (82, 84), ausgebildet für den Emijpang der gespeicherten Signale und versehen mit digitalen MuItiplizlereinrlchtungen (86) für das Multiplizieren jedes der gespeicherten Signale χ mit einem zugeordneten, aus einem ersten Satz von vorgegebenen Koeffizienten und für die Multiplikation jedes der gespeicherten Signale ][ mit einem zugeordneten, aus einem zweiten Satz von vorgegebenen Koeffizienten, sowie versehen mit Mitteln (89) für das Summieren der Produkte von x, die so gebildet wurden und· für das Summieren der Produkte von y, die so gebildet wurden, um so entsprechende DigitalSignaIe zu erzeugen, die repräsentativ sind für die Ableitungen nach der Zeit d^mx und d^my (m = 0, 1, 2, ...) bei

•dt^m dt^m

mindestens einem vorgewählten gemeinsamen zeitlichen Punkt auf entsprechenden hypothetischen Funktionen χ = f^(t) und ^ = fp(t), welche im wesentlichen die von χ und _y repräsentierten Werte

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erfüllen, wobei beide hypothetische Funktionen entweder mindestens polynomische Funktionen zweiter Ordnung oder SpaItfunktionen ("spline functions") sind, sowie durch Mittel (89, oder 9o, 92, 94, 95, 97) für die Erzeugung von Ausgangssignalen, die abhängen von den Ableitungen nach der Zeit der Digitalsignale.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daia die vorgegebenen Koeffizienten auf der Basis ausgewählt sind, daß beide hypothetische Funktionen polynomische Funktionen dritter Ordnung sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Koeffizienten auf der Basis ausgewählt sind, daß die hypothetischen Funktionen beide Anpassungen der kleinsten Quadrate zu den Werten sind, die repräsentiert v/erden durch χ und y.

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Digitalfiltern.(82, 84) erzeugten Signale repräsentativ sind für die erste Abweichung nach der Zeit dx und dy.

dt ΉΈ

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgewählte gemeinsame zeitliche Punkt in dem Bereich der Zeit liegt, der repräsentiert wird durch das zuletzt gespeicherte Paar von Signalen, daß die Multipliziereinrichtung (86) ferner so ausgebildet ist, daß jedes der gespeicherten Signale χ mit einem zugeordneten, aus einem dritten Satz vorgegebener Koeffizienten und jedes der gespeicherten Signale _y mit einem zugeordneten, aus einem vierten Satz vorgegebener Koeffizienten multipliziert wird, und daß die Summiereinrichtung (89) so ausgebildet ist, daß die so gebildeten Produkte von χ

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summiert werden und die so gebildeten Produkte von g summiert ν erden, derart, daß weitere Ableitungen nach der Zeit der Digitalsignale erzeugt werden, die repräsentativ sind für die zeitlichen Ableitungen l-ji] beziehungsweisef

*^dM

an einem zweiten vorgewählten gemeinsamen zeitlichen Punkt der hypothetischen Funktionen, wobei der zweite vorgegebene gemeinsame zeitliche Punkt näher der Mitte des Zeitintervalls liegt zwischen den jeweiligen Zeiten, repräsentiert durch das zuletzt gespeicherte und das älteste gespeicherte Signalpaar, und die Mittel zur Erzeugung der Ausgangssignale (98 oder 90, 92, 94, 95, 97) so ausgebildet sind, daß sie die Ausgangssignale in Abhängigkeit sowohl von den ersterwähnten Ableitungen nach der Zeit der Digitalsignale und den weiteren zeitlichen Ableitungen der Digitalsignale erzeugen.

6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalfilter (82, 84) weitere Speicher (88) aufweisen für die Speicherung der vorgegebenen Koeffizienten.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Speicher (88) ein Nur-Lese-Register (read only memory ROM) umfassen.

8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ersterwähnte Speicher (78, 80) ein Zufallszugriffregister (random access memory RAM) umfaßt.

9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsschaltkreis (2J, 24, 25, 26, 36, 52) so ausgebildet ist, daß er die Eingangspositionssignale in Polarkoordinatenform empfängt.

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- 3ο -

Ιο. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (72, 74) für die Erzeugung des Paares von Positionssignalenwandler (72) umfassen, die nach dem kordischen Prinzip Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten wandeln.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder lo, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsschaltkreis (2j5, 24, 25, 26, 36, 52) ein Gatter (36) umfaßt, das angeschlossen ist für den Empfang der Eingangsspositionssignale, und daß Entsperrschaltkreise (Io6, llo) vorgesehen sind für das Entsperren des Gatters zwecks Übertragung jener Eingangspositionssignale, die indikativ sind für ein Objekt, dessen Entfernung und Peilung in zugeordnete, vorgegebene Wertbereiche fallen.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung (loo, Io2, Io4, Io8, 112) vorgesehen ist, die zwischen die Digitalfilter (82, 84) und die Entsperrschaltung (Io6, llo) geschaltet ist und ausgebildet ist für die Einstellung der zugeordneten, vorgegebenen Bereiche,über die die Entsperr einrichtung betätigbar ist in Übereinstimmung mit den zeitlich abgeleiteten Digitalsignalen, wobei der Bereich, definiert durch die vorgegebenen Wertbereiche, sich in im wesentlichen der gleichen Richtung bewegt und im wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit hat wie das erwähnte mindestens eine Objekt.

13· Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (loo, Io2, Io4, Io8, 112) mindestens einen Wandler (loo, Io2) für das Wandeln der kartesischen Koordinaten in Polarkoordinaten nach dem kordischen Prinzip umfaßt.

14. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche für das Zusammenwirken mit einem von einem beweglichen Fahr-

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zeug, Flugzeug oder Schiff mitgeführten Radar- oder Sonargerät, gekennzeichnet durch Mittel (76) für den Empfang von Eingangssignalen, die Indikativ sind für die Geschwindigkeit und Fichtung der Bewegung des Fahrzeugs,und durch einen Rechner (76) für die Berechnung aus diesen Eingangssignalen der Position des Fahrzeugs bezüglich eines im wesentlichen stationären Bezugspunktes in vorgegebenen Ze itIntervallen , und für die Erzeugung von Signalen (x'_Aj ^νΆ)» ^^e *"ⁿ ^^art^esichen Koordinaten repräsentativ sind für diese berechneten Positionen.

15· Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dau die Mittel (72, 7*0 für die Erzeugung der Paare von digitalen PositionsSignalen angeschlossen sind für den Empfang der berechneten Positionssignale (x'_A> y\) ^und ausgebildet sind für deren Kombination (in 74) mit den Eingangspositionssignalen, wobei die Digitalpositionssignale repräsentativ sind für Positionen bezüglich des im wesentlichen stationären Bezugspunktes.

16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15> dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (76) für- den Empfang der Eingangssignale, die Indikativ sind für die Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung des Fahrzeugs, Flugzeugs oder Schiffes, Schalter (132) umfassen, mittels denen Versuchseingangssignale manuell wählbar sind, die indikativ sind für Versuchsgeschwindigkeiten und/oder -richtungen.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (76) zusätzlich ausgebildet ist für die Berechnung aus seinen Eingangssignalen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Flugzeugs oder Schiffes inx- und y-Richtungen bezüglich des im wesentlichen stationären Bezugspunktes und für die Erzeugung weiterer Signale (x^, y_A), die repräsentativ sind für diese Geschwindigkeiten.

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18. Einrichtung nach Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Rechenschaltkreise (Ij^O vorgesehen sind, die angeschlossen sind für den Empfang der ersterwähnten und weiteren Signale, erzeugt von dem ersterwähnten Rechner (76) und so ausgebildet sind zum linearen Berechnen der jeweiligen vorhersagbaren zukünftigen Bahnen des Fahrzeugs, Flugzeugs oder Schiffes aus den ersterwähnten und weiteren Signalen.

19. Einrichtung nach Anspruch 5 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Rechenschaltkreise (13²O zusätzlich angeschlossen sind für den Empfang des zuletzt gespeicherten Paares von Positionssignalen (x^, y ) aus den Speiehern (78, 80) und der Ausgangssignale (kx , ky ) aus den Ausgangssignal erzeugenden Mitteln (90, 92, 94, 95, 97) und ausgebildet sind für die lineare Berechnung der vorhersagbaren zukünftigen Bahn des Objektes aus den Positionssignalen und den erwähnten Ausgangssignalen.

20. Einrichtung nach Anspruch IQ, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Rechnerschaltkreise (134) ferner ausgebildet sind zum Berechnen der Zeit und/oder der Distanz der nächsten Annäherung des Objektes zu dem Fahrzeug, Flugzeug oder Schiff, wenn das letztere sich längs einer der vorhergesagten zukünftigen Bahnen bewegt.

21. Einrichtung nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß Alarmanlagen (I38, l4o) vorgesehen sind für die Betätigung eines Sicht- und/oder Geräuschsignals, falls die Zeit und/oder die Distanz der nächsten Annäherung unter einen vorgegebenen Wert fällt.

22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (76) vorgesehen sind für die

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Speicherung einer vorgegebenen Anzahl der zuletzt berechneten Positionssicnale.

23. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Anzeigemittel (121, 122) vorgesehen sind, und daß erste Signalformer-Schaltkreise (114, 116, 118, I2o) angeschlossen sind für den Empfang der gespeicherten digitalen Signale und ausgebildet sind für die Erzeugung eines ersten Anzeigesignals, derart, da3 die Anzeigeeinrichtung die zuletzt durchlaufene Bahn des mindestens einen Objektes anzeigt.

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Signalformer-Schaltkreise einen Digitalanalog·* wandler (114, Ho) umfassen, angeschlossen zum sequentiellen Abtasten der gespeicherten Digitalsignale und zur Erzeugung eines analogen Ausgangs, der sich mit den Werten der gespeicherten digitalen Signale ändert, und daß Glättungsmittel (II8, I2o) vorgesehen sind für die Glättung des analogen Ausgangs zur Erzeugung des erwähnten Anzeigesignals.

25. Einrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Signalformer-SchaItkreise (124, 126, I28, I30) vorgesehen sind, die angeschlossen sind an die Digitalfilter (82, 84) und ausgebildet sind für die Erzeugung eines zweiten AnzeigeSignaIs zum Ansteuern der Anzeigeeinrichtung (121, I22) zwecks Anzeige eines vorhergesagten zukünftigen Bahnverlaufs des mindestens einen Objekts, wobei die Richtung und Länge des vorhergesagten Bahnverlaufs bestimmt wird in Abhängigkeit von den zeitlichen Ableitungen der Digitalsignale.

26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, rückbezogen auf Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine

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dritte Signalformungseinrichtung vorgesehen ist, die angeschlossen ist für den Empfang der gespeicherten berechneten Positionssignale (von 76) und ausgebildet ist für die Erzeugung eines dritten Anzeigesignals zum Ansteuern der Anzeigeeinrichtung zwecks Anzeige der zuletzt durchlaufenen Bahn des Fahrzeuges, Plugzeuges oder Schiffes (bei 123a).

27. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26 unter Rückbezug auf Anspruch I9, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Signalformungseinrichtung vorgesehen ist, die angeschlossen ist an den Rechner (76) und ausgebildet ist zur Erzeugung eines vierten Anzeigesignals zum Ansteuern der Anzeigeeinrichtung zwecks Anzeige irgendeiner der vorhergesagten zukünftigen Bahnen des Fahrzeuges, Flugzeuges oder Schiffes (bei 131a).

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