DE2133642A1 - Anti Kolhsions Radarsichtgerät System - Google Patents

Description

Patentanwälte
OipUnfl. C.Wallach -6. JULI Wi

Dipl. Ing. G. Koch
DrJ Haibach _{χ 2ß2} _

8 München 2

Kaufingerstr. 8, Tel. 240276

Sperry Rand Corporation, Now York / USA

Anti-Kollisions-Radarslehtgerat-System

Die Erfindung bezieht sich auf Radarsichtgerät-Systeme zur frühzeitigen Warnung vor möglichen Kollisionen zwischen sich bewegenden Fahrzeugen und irisbesoKdtrg auf Azimut-Abtastradarsysteme zur Erzeugung einer Kathodenstrahl-Darstellung, die eine in einfacher Weise zu deutende Panorama-Darstellung von Faktoren ergibt, die die Möglichkeit von Kollisionen anzeigen.

In der VergangenesLt wurden verschlechte Hilfsmittel für die Schiffsnavigation als Unterstutzungijvo^rJ ehtungan ftii· den Beobachtungepos tön für eins Warnung vor möglichen Kollisionen zwischen Schiffen und zur Verhinderung derartiger Kollisionen verwendet. Während der anfänglichen Feststellung eines möglicherweise störenden Schiffes die größte Beachtung geschenkt wurde, wurde die Aufmerksamkeit außerdem auf di*i Kalibereichsprobleme gerichtet... Systeme zur AbacbJätzung des Bereichs eines

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nahen Ziele» der Bereichs-Schließgeschwindigkeit (range closure rate), der Peilung und der Peilgeschwindigkeit wurden mit einem gewissen Grad von Erfolg erforscht.

Peilgeschwindigkeiten und Bereichsgeschwindigkeiten von auf Radarbildschirmen dargestellten Daten und anderen Baten au· schätzende Feststellungssysteme waren bisher nicht eindeutig erfolgreich. Die Feststellung kleiner Peilgeschwindigkeiten bei großen Bereichen eignete sich nicht zu einer genauen Instrumentierung. Kleine Fehler zwischen aufeinanderfolgenden Peilablesungen zerstören die Genauigkeit der Vorhersage des Punktes der nahesten Annäherung des störenden Fahrzeuges.

Eine zur Zeit häufig verwendete Technik verwendet die Passierentfernung am Punkt der nahesten Annäherung und umfaßt die Verwendung von Radarsichtgerät-Reflektlonsschreibern, Auswertetischen oder photographischen Registrierungssystemen, Von diesen Systemen sind die aufwandigen photographischen Registriersysteme möglicherweise am genauesten, weil wenige Fehler durch eine Bedienungsperson eingeführt v/erden können« Reflektions-Schreiiber haben außerdem ©inen gewissen Wert, w«il die Übertragung von Daten zwar von Hand, jedoch in einar Weis« ausgeführt wird, die die Wahrscheinlichkeit von schwerwiegenden Fehlern ausschließt. Fehler bei der Übertragung von Daten über mlindllche Mitteilung und manutaie Aufzeichnung au3 Auswertetafeln oder Auswertet ischeri können sehr g?oß sein. Halbautomatische Übertragungen von Radardat@n auf Auswertetafeln wurden untersucht., die Instrumentierung ist jedoch aufiiendigo

In neuerer Seit -wurden kompliziert«» Systeme an-.er Verwendung von Radardaten in einer Zielverfolgusigs- und Swehradar-Betriebsweise in Verbindung mit einer} Reetmer entwickelt, um die

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Passierungsentfernung am Punkt der nahesten Annäherung vorherzusagen. Obwohl diese Systeme die Vorhersagegenauigkeit verbessert haben, liegen sie aufgrund ihrer Kompliziertheit und ihrer Kosten außerhalb der Reichweite der meisten Reedereien.

Erfindungsgeraäß wird ein Radarsichtgerät-System geschaffen, bei den ein Echosignal durch Verstärkung eines Kathodenstrahles eines Sichtgerätes dargestellt wird , wobei das System Synchronisiersignale zur Synchronisierung der Bereichs-Zeitablenkungsschwingung zur Zeitablenkung des Kathodenstrahls liefert, und wobei das System Anordnungen zur Verstärkung des Strahls einschließt und Schwellwertschaltungen zur selektiven Weiterleitung lediglich von Echosignalen mit einer größeren als einer vorhergegebenen Amplitude, mit den Schwellwertschaltungen verbundene und zur Einleitung eines Verstärkungsimpulses bei Empfang eines ausgewählten Echosignals geeignete Verstärkungsimpuls-Generatoranordnungen, Anordnungen zur Zuführung des Verstärkungsimpulses an das Sichtgerät zur Verstärkung des Kathodenstrahles des Sichtgerätes, Speichermittel zur Speicherung eines ausgewählten Teils der Bereichs-Zeltablenkungsschwingung, von den Schwellwertschaltungen gesteuerte Schaltermittel zur Bestimmung der Zeitperiode der Speicherung des ausgewählten Teils und Anordnungen zur Zuführung des Ausgangs der Speichermittal an die Verstärkungsimpuls -Generator anordnungen zur Beendigung des Verstärkungsimpulses umfaßt.

Ein bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel der Erfindung hat die Form eines Kollisions-Wahrseheinlichkeits-Abschätzsystems, das eine modifizierte Radar-Panorama-Darstellung mit einem Azimut Abtastradirsystem verwendet. Dieses System warnt vor störenden Schiffm und schätzt dia Kollisionswahrscheinlichkeit durch Verwendung eines modifizierten Tau-Wahrschein-

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Henkelte-Kriteriums anstelle des bisherigen Kriteriums des Punktes der nahesten Annäherung ab« Die Verwendung des modifizierten Tau-Wahrscheinlichkeits-Kriteriums schaltet Fehler in bekannten Systemen aus/ die mit ungenauen Peiimeesungen verbunden sind» Es wird festgestellt, daß ein störendes Sohließbereiahssehiff (closing-arange intruder) gefährlich ist, wenn die Größe der Änderung des Logarithmus des Bereiches des störenden Schiffes zwischen den Azimut-Abtaet-Zeitablenkungen der Radarantenne größer 1st, als 20f / CJ> k, wobei k ein Entscheidungsschwellwertpegel und kJ die Radarantennen-Abtastfrequenz ist. Entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird jedes Zielecho auf der Kathodenstrahl-Darstellung mit einer verstärkten Spur von der Länge 2 Tf / ü>k dargestellt. Bei einem weiteren erfindungsgemäßen AusfUhrungsbeispiel, bei dem •ine im wesentlichen lineare Zeitablenkung für die Kathodenstrahlablenkung verwendet wird, hat die verstärkte Spurmarkierung eine Länge von R₂ (e -1), wobei R₂ der Zielbereich ist. Es wird ein Kathodenstrahlrohr mit lang nachleuchtendem Phosphor oder ein Speioherkathodenstrahlrohr verwendet, um die Markierungen eines störenden Ziels von einer Antennenabtastung bis zur nächsten zu speichern. Das störende Schiff kann gefährlich sein, wenn die Spuren sich im Bereich nicht überlappen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Radarsichtgerät-Systemen noch näher erläutert«

In der Zeichnung zeigen:

Pig· la insgesamt ein Blockschaltbild einer ersten und Ib erflndungsgemäßsn AusfUhrungsform eines Azimut-Abtast-Radarsichtgerät-Systems;

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Fig. 2 eine Reihe von erläuterenden graphisohen Darstellungen der Signalschwingungsformen an verschiedenen Punkten in dem System nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht einer von einem System erzeugten Darstellung« die sich näherende Schiffe mit verschiedenen Oraden der Kollisionswahrscheinlichkeit zeigt;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der zweiten Ausführungsform des Systems;

Fig. 5 eine Reihe von erläuternden graphisohen Darstellungen von Signalschwingungsformen an verschiedenen Punkten des Systems nach Flg. 4.

In den Fig. la und Ib ist eine Modifikation eines üblichen Azimut-Abtast-Impulsradarsystems gezeigt, das eine Kollisionswarndarstellung auf einem üblichen Panorama-Kathodenstrahlsiohtgerät 1 ergibt. Sin üblicher Radarsynchronlsierer 2 liefert in üblicher Weise Synchronisiersignale für die Steuerung der ZeitbeZiehungen vieler Signale in den verschiedenen Elementen des Radarsystems. Beispielsweise synchronisiert der Synchronisierer 2 die Betriebswelse eines Radar-Impulssenders 3 und eines Impulsempfangers 4 derart» daß Sendersignale bzw. Echosignale durch eine übliche Hohlleiter-Drehverbindung 6 und einen Sende-Empfangssehalter oder Duplexer 5 in bezug auf die von einer Plattform getragene Azimut-Abtastanttnne fließen. Bei der üblichen Betriebsweise des Radarsystems würde der Sohoausgang C des Impulsempfängers in üblicher Welse im wesentlichen direkt an das Verstärkungssteuergitter des Kathodenstrahlrohr-Sichtgerätes 1 geführt.

Die Antenne 7 1st als eine übliche parabolförmige Antenne dargestellt* obwohl Antennen von einer anderen azimut-gerich-

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teten Art für die parabolförmige Antenne 7 verwendet werden könnten. Die Antenne 7 wird durch einen Motor 8 angetrieben, dem Leistung von einer Quelle 9 zugeführt wird; es ist verständlich« daß die Leistungsquelle 9 außerdem die elektrische Leistungsversorgungsquelle für all® anderen elektrische Lei» stung verbrauchenden Elemente des Radarsystems sein kann, wie es üblich ist. Beispielsweise kann die Leistungsquelle passende Spannungen an einen KathodenanschluS 10a und einen AnodenanschluS 10b des Sichtgerätes 1 liefern.

Der Synchronisierer 2 hat außerdem die Aufgabe der Synchronisierung der Zeitablenkung des verstärkten oder helligkeitsmodulierten Elektronenstrahls über den Schirm des Sichtgerätes 1. Beispielsweise liefert der Synchronisierer 2 wie es üblich ist, Triggerimpulse an eine Bereichs-Zelt ablenkung oder einen Bampengenerator 11. Der Zeltablenkungsausgang A des Rampengenerators 11 würde In üblicher Weise (über eine Leitung 21, wenn ein Sehalterarm 12 einen SchalteranschluS 13a berührt) üblichen F&norasna-Ablenkschaltungen 14 zugeführt. Das Sichtgerät 1 ist mit einem üblichen drehbaren Ablenkspulen Jooh 12 versehen» das mit öleitringen und zwei damit zusammenwirkenden Bürsten 12a ausgerüstet ist. Die Ablenksignale von den Ablenkschaltungen 14 werden dem Spulenjoch über zwei Bürsten 12a und die zugehörigen Gleitringe zugeführt. Alternativ kann eine elektrostatische Ablenkung des Elektronenstrahls verwendet werden.

Weiterhin wird die Panorama-Darstellung in üblicher Welse auf dem Schiris des Sichtgerätes 1 vollständig dadurch möglich gemacht« daß das Spulenjoch 12 synchron mit der Antenne gedreht wird. Dies kann auf irgendeine der verschiedenen bekannten Wege erreicht werdenj Fig. la zeigt eine bekannte BehelfsIUSUHg₀ bei der der Antennenantrlehsmotor 8 ein

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Lagenbezugs- oder Abnehmerelement 15 Über ein Getriebe antreibt. Der Ausgang des Elementes 15 kann über eine Leitung 20 an die Servo-Ansteuerschaltungen 19 geführt werden, wobei diese Schaltungen Verstärker und andere Stellungs,-Servoelesente wie z.B. RüokfUhrungselemente einschließen können. Die Stellungs- und Geschwindigkeitsfehler können verwendet werden, um einen Motor 17 anzutreiben, der seinerseits das Spulenjoch 12 über das Getriebe 18 synchron mit der Azimut-Abtastung der Antenne 7 antreibt.

Die neuartigen Elemente des Radarsystems lösen das Problem der Anzeige des Grades der Kollisionsgefahr zwischen auf der Darstellung des Sichtgerätes 1 erscheinenden Zielen. Obwohl das System primär für die Schlffs-Kollislonswarnung konstruiert ist, ist verständlich, daß der gleiche Grundgedanke für Kollisionswarnungen von Luftfahrzeugen oder für die Verwendung in aktiven Sonar-Geräten für Unterwasserschiff 8-Kolllsionswarnungen verwendbar ist. Das Warnsystem nutzt ein modifiziertes Tau-KoIIlsions-War meriterium aus; das Tau-Kriterium wurde in früheren Literaturstellen Bis ein effektives und praktisches Kriterium zur Abschätzung der Kollisionswahrscheinlichkeit erläutert. Zusätzlich zu dem modifizierten Tau-Kriterium verwendet das neue System außerdem ein Kriterium von der Art eines Annäherungs- oder Schutzringes, um die Sicherheit desSSystsms zu vergrößern. Das kombinierte Tau-Annäherungs-Kolllslonswarnkrlterlum hat In sich Vorteile gegenüber anderen Kollisionswarnkriterien, wie z.B. bekannten Konzepten mit konstanter Peilung, well das kombinierte.Tau-Annäherungs-Kriterium keine äußerste Genauigkeit für die Radardaten erfordert und well es keine komplizierten mathematischen Berechnungen verwendet und umfaßt.

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Das Aussehen der auf dem Sichtgerät 1 zu liefernden Darstellung ist in Pig. 3 gezeigt. Das kombinierte Tau-Annäherungs-Warnkriterium stellt fest« daß ein störendes Schiff gefährlich ist, wenn das Ziel sich in einem kleineren Bereich als ein gefährlicher Schutzringbereich befindet, der auf dem Schirm duroh eine kreisförmige Linie 25 dargestellt ist (das Annäherungskriterium) oder wenn das störende Schiff sieh nähert und das Verhältnis des Eindringbereichs und der Bereichsgeschwindigkeit kleiner als ein kritischer Wert k ist, der das Tau»Kriterium genannt wird. Das Ziel B nach Fig. "3 ist in einem kleineren als dem gefährlichen Schutzringebereich dargestellt und stellt daher einen gefährlichen Eindringling dar. Das Ziel A ist gefährlich, weil es durch das zweite obenstehende Kriterium gekennzeichnet ist. Die Ziele C und D sind nicht gefährlich, weil sei kein Kriterium erfüllen, wobei das Ziel C keine passende Peilung aufweist und das Ziel D langsam ist. Die Drehgeschwindigkeit der Azimut-Abtastantenne ist so gewählt, daß sich eine klar unterscheidbare Trennung der verstärkten oder helllgkeitsmodulierten Spuren auf der Kathodenstrahl-Darstellung für Ziele ergibt, die entsprechend dem Tau-Kriterium eis gefährlich angezeigt werden. Aufgrund der Auflösungsbegrenzungen vorhandener Kathodenstrahlrohr-SiehtgerMte kann eine langsamere Drehgeschwindigkeit als bisher verwendet werden. Beispielsweise kann eine Antennendrehgeschwlndlgkeit von ungefähr zwei Umdrehungen pro Minute fUr Ziele mit Relativbewegungen von 20 Knoten und für eine Warnzeit von 20 Minuten bis zum Punkt der nächsten Annäherung verwendet worden.

Das Tau-Kriteriian stellt fest, daß ein Eindringling oder ein störendes Schiff gefährlich 1st, wenn

< k

(D

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wobei R der Bereich des Eindringlings, R die Bereichsgeschwindigkeit des Eindringlings und te das modifizierte Tau-Kriterium oder ein Wert eines Entseheidungssohwellwertparametera ist» dessen Dimension eine Zeit ist. Es sei ein Aziuut-Abtastradarsystem, wie z.B. das nach Fig. 1 betrachtet» dessen Antennenabtastgeschwlndigkeit (J radian pro Sekunde ist. Weiterhin sei angenommen, daß der Eindringling sich relativ zu dem beobachtenden Radarsystem bewegt und daß bei aufeinanderfolgenden Antennenabtastungen festgestellt wird, daß er Bereiche oder Entfernungen von R₁ und R₂ hat (für ein sich näherendes Ziel 1st R₁ größer als Die Umkehrung und Integration der Ungleichung (l) unter diesen letzteren Bedingungen ergibt:

la R₉ - la R₁ > £2L. (2)

Entsprechend 1st es ein Ziel der Erfindung, die Zielstellung eines Eindringlings für eine Bereichsverschiebung zwischen Abtastungen von oberhalb 2 ff /to>k festzustellen, wobei dies eine Konstante für eine festgelegte Antennenabtastgeschwindlgkeit ist. Das Ziel A weist eine Bereichsversohiebung zwischen Abtastungen auf, die größer ist als 27T/ü'k , weil die Spur nicht kontinuierlich 1st.

Die neuartigen Elemente des vorliegenden Kollislonsverhinderungs-Radarsystems werden im folgenden erläutert, wobei diese Elemente dadurch unterschieden sind, daß sie Bezugsziffern oberhalb von 100 haben. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird der demodulierte Ausgang C des Empfängers 4 in Pig. I einem Schaltkreis 122 zugeführt. Zu diesem Zweck sei angenommen, daß ein Schalterarm 121 oberhalb des Schaltkreises 122 sich in der offenen in der

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Zeichnung gezeigten Stellung befindet. Der Schaltkreis ist normalerweise leitend und führt einen Echoimpuls von irgendeinem vorhandenen Störziel einer Zielschwellwert schaltung 123 zu. Die Schaltung 122 1st von üblicher Art und hat einen Schwellwertpegel, der so eingestellt 1st daß die meisten Storflecken oder Störimpulse von dem Empfänger 4 unter dem Sohwellwertpegel liegen» während erwünschte Echosignale den Schwellwertpegel überschreiten und einer bistabilen Schaltung 124 zugeführt werden und diese Schaltung 124 von einem ersten Leitfähigkeitszustand in einen zweiten Leitfähigkeitszustand triggern. Die bistabile Schaltung 124 1st so angeordnet« daß kein weiteres Echosignal durch sie hindurchgeht, bevor die Schaltung 124 mit Hilfe eines über eine Leitung zugeführten Signals in ihren ersten Zustand zurückgeführt wird. Der Ausgang F der bistabilen Schaltung 124 wird duroh eine Summier schaltung 125 dem Verstärkungen* oder Helligkeltsmodulatlonsgitter 10 des Sichtgerätes 1 zugeführt, um die Elektronenstrahlspur auf dessen Schirm zu erhellen» Der Ausgang F der bistabilen Schaltung wird außerdem über eine Leitung 126 zur Steuerung des Schaltkreises 122 zurückgeführt _t wobei der Schaltkreis 122 für die Zeitdauer des Signals F nicht leitende gehalten wird ο Wie es im folgenden zu erkennen ist, hat das Signal F außerdem eine noch zu erläuternde weitere Funktion.

Wie welter oben bemerkt wurde* steuert der Synchroniöierer des Systeme die Betriebsweise des Bereichs-Zeitablenkungs- oder Rampengenerators 11, dessen Ausgangssignal direkt für die Bereichs-Zeitablenkung des Elektronenstrahls des Kathodenstrahlrohrsiohtgerätes 1 verwandet werden kann. Bei den folgenden Ausführungen wird jedoch angenommen, daß der Sohalterarm 13 in Kontakt mit dem Anschluß 13b anstatt mit dem Anschluß 13a steht» Wenn dies der Fall ist, wird der Ausgang A in Form einer linearen Rampenschwingung des Generators 11 einem Funktionsgenerator 127 zugeführt. Der

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Funktionsgenerator 127 1st durch !Anwandlung einer Eingangsspannung In eine Spannung gekennzeichnet» die der natürliche Logarithmus der Eingangsspannung derart ist, daß sich eine logarithmlsohe Zeitablenkung B an seinem Ausgang ergibt· Schaltungen mit logarithmischen Ubertragungseigensohaften sind gut bekannt und schließen passive Schaltungen« wie z.B. Spannungsteiler und Brückennetzwerke unter Einschluß von Kontaktgleichrichtern oder Kupferoxydgleichrichtern ein. Geeignete logarithmische Verstärker stehen außerdem beispielsweise in integrierter Schaltkreisform zur Verfügung. Die Zeitablenkungsschwingung B wird nun verwendet« um die Ablenkschaltungen 14 und somit die Spur des Sichtgerätes 1 anzusteuern.

Zusätzlich wird die Schwingung B an einen Aneohluß eines Kondensators 128 angelegt« dessen zweiter Anschluß ein Signal E an eine Zeitablenkungs-Schwellwertschaltung 130 und einen Schaltkreis 129 liefert« an den außerdem eine die Schwingung F führende Leitung 133 und eine geerdete Leitung 13^ geführt sind. Der Schwellwertpegel der Zeitablenkungs-Sohwellwertschaltung I30 wird durch Einstellung des Abgrif s 132 eine Potentiometers I3I gesteuert; längs dieses Potentiometers 131 ist eine Potentialquelle 120 mit einseitig gerichtetem Potential angelegt. Der Ausgang der Zeitablenkungs-Sohwellwertsohaltung I30 wird zur Steuerung des Zustandes der bistabilen Schaltung 124 in dem Kanal zwischen dem Empfänger 4 und dem Kathodenstrahlsichtgerät-öitter 10 verwendet.

Die Betriebsweis3 des Systems wird nun im folgenden anhand der Fig. la« Ib und 2 erläutert· Wie es weiter oben bemerkt wurde« wird die lineare Bereichs-Zeitablenkung oder Rampenschwingung A nach Fig. 2 an den Funktionsgenerator 127 angelegt» der die logarithmische Zeitablenkungεschwingung B nach Fig.2 bildet« wobei diese Schwingung B Ihrerseits zur

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Ablenkung der Spur des Sichtgerätes 1 verwendet wird. Wenn ein Echo C (Figo 2) von einem möglicherweise störenden Schiff oder einem Eindringling in dem Empfänger 4 festgestellt wird» gelangt dieses durch den normalerweise leitenden Schaltkreis 122 j wenn das Echosignal C den eingestellten Sohwellwertpegel der Ziel-Sehwellwertsohaltung 123 Übersteigt» gelangt es an den bistabilen Schaltkreis 124 und trlggert diese Schaltung. Die Ausgangsschwingung F (Fig. 2) dieser bistabilen Schaltung 124 öffnet den Schaltkreis 122, so daß keine weiteren festgestellten Echosignale durch den Schaltkreis 122 hindurchlaufen können» bevor die bistabile Schaltung 124 in ihren normalen (nicht leitenden) Zustand zurückgeführt wurde*

Die bistabile Schaltung 124 bewirkt außerdem» daß die Schwingung F den normalerweise leitenden Schaltkreis 129 öffnet» wodurch die Leitung 134 nach Erde unterbrochen wird und wodurch die Spannungssohwingung E (Fig. 2) am Eingang der Zeitablenkungs-Sehwellwertsehaltung 130 mit dem an. steigenden logarithm!sehen Zeitablenkungs-Sehwingungsausgang B des Funktionsgenerators 127 ansteigen kann. Wenn die an die Schwellwertschaltung 130 gelangende Schwingung B •inen speziellen Wert entsprechend der* Einstellung des Abgriffs 132 des Potentiometers 131 übersteigt» wird sie demoduliert und über die Schwellwertschaltung 130 weitergeleitet» so daß die bistabile Schaltung 124 in ihren normalen leitenden Zustand zurückgeführt wird. Die Schwingung F bewirkt» daß der Eingang der Schwellwertschaltung 130 wieder über die Leitung 134 mit Erde verbunden wird.

Der Ausgang F (Fig. 2) der bistabilen Schaltung 124 wird dazu verwendet» die Spur des verstärkten oder helligkeitsmodulierten Elektronenstrahls des Anzeigers 1 hell zu halten» so daß eine Spur auf dem Schirm des Sichtgerätes erscheint» die eine radiale inkrementale Spurauslenkung mit festge-

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legter Länge aufweist und der tatsächlichen Lage des Echoimpulses des störenden Schiffes oder Eindringlings auf dem Kathodenstrahlrohr-Schirm folgt. Während sich die an der Schwingung F in Figo 2 zu erkennende Zeltdauer R₁ minus Rg entsprechend ändert, je nachdem, an welchem Punkt es auf der logarithmischen Zeitablenkungsschwingung B erscheint, haben die tatsächlichen* auf dem Sichtgerät erkennbaren Spuren eine konstante Länge> und zwar aufgrund der sich ändernden Zeltablenkungsgeschwindigkeit der Schwingung B. .

Die Länge der Inkrementalen Spur wird in Übereinstimmung mit dem erwünschten Wam-Sohwellwert k und der Antennenabtastgesohwindlgkeit « ausgewählt. Weil 2 fr/ k·^ eine Konstante darstellt, wird die Stellung des Abgriffe 132 des Potentiometers 131 entsprechend eingestellt. In dem Fall* in dem die Antenne mehr als eine einstellbare Abtastgeschwindigkeit aufweist, wird ein zweiter Wert von 2/r/k'*> in einfacher Weise in Ausdrücken einer entsprechenden Einstellung für den Abgriff 132 geeicht.

Bei nochmaliger Betrachtung des Signalpfades der von dem Empfänger 4 zum Verstärkungs- oder Helligkeitsmodulationa-Oitter 10 fließenden Signale kann es erwünscht sein, eine eindeutige Kennzeichnung für das Ende der inkrementalen Spur auf dem Sichtgerät 1 zu schaffen, die die gegenwärtige tatsächliche Position des störenden Schiffes darstellt. In diesem Fall kann dieses in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß der Schalterarm 121 gegen den Kontakt 121b geschlossen wird, so daß die Echos des störenden Schiffes außerdem in eine Leitung l4o gelangen» Durch gleichzeitiges Schließen eines Schalterarmes l4l gegen einen Kontakt I4lb können diese Signale durch einen Verstärker 139 und die Summiersohaltung 125 zum Gitter 10 gelangen. Diese Signale tragen zur Wirkung der Schwingung F dadurch bei,

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daß sie vergrößerte Funkte für die momentane Position hervorrufen, die beispielsweise in Fig· 3 auf den inkrementalen, durch ein störendes Schiff C hervorgerufenen Spuren gezeigt sind. Wenn die Schalterarme 121 und 141 gegen die AnsohlUsse 121a bzw· 14la geschlossen sind, kann eine anreite oder alternative Schaltung wirksam gemacht werden, die die Funkte der verstärkten Spur verbessern. Diese Schaltung umfaßt eine Differenzierschaltung I36 und einen Verstärker 137.»

Bei einer möglichen Modifikation des in Flg. la und Ib gezeigten Systems wird eine lineare Rampen- oder Bereichs-Zeitablenkung an das Ablenksystem des Sichtgerätes 1 angelegt. In diesem Fall ist die Bereiohs-Zeitablenkung linear, die Spur-Inkremente sind jedoch von veränderlicher Länge. Während die logarithmische Bereichs-Zeitablenkung den Vorteil der Vergrößerung des Bereiehsmaßstabes für nahe Ziele hat, kann der Funktionsgenerator 127 wirksam dadurch aus dem Eingang der Ablenksohaltungen 14 entfernt werden, daß dar Schalterarm 13 mit dem Anschluß 13a in Kontakt gebracht wird. Diese alternative Betriebsweise wird durch das bloße Vorhandensein des Schalters 13 möglich gemacht, aine Tatsache, die die Vielseitigkeit des Systems erläutert.

Das Kriterium der Ungleichungen (1) und (2) kann in anderen Ausdrücken ausgedrückt werden, die die Verwendung einer linearen Bereichs-Zeitablenkung ermöglichen. Beispielsweise ist zu erkennen β daß die Ungleichung (1) in der Formt

H₂ > e*. R₁ (3)

umgeschrieben werden kann, was äquivalent zu:

(R₁ - R₂) > R₂-(e* - 1) (4)

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1st, wobei

Das In der Ungleichung (3) ausgedrückte Kriterium zeigt« daß eine störendes Schiff gefährlich ist« wenn R₁ (der erste beobachtete Bereich) größer als eine Konstante e* mal Rg (der zweite beobachtete Bereich) ist. Das System nach Fig. 4 ergibt eine Iföglichkelt zur Instrumentierung eines derartigen Kriteriums.

In Fig. 4 wird das Echo B von einem störenden Schiff von dem Empfänger 4 nach Fig. 1 an einen Schaltkreis 200 geführt» der in leitendem Zustand diese Echos einer Ziel-Schwellwertschaltung 201 zuführt. Die Schwellwertschaltung 204 kann im wesentlichen gleich den Schwellwertsohaltungen 123 und 130 nach den Fig» la und Ib sein. Die den in der Schaltung 201 eingestellten Sohwellwertpegel überschreitenden Echosignale werden sowohl einem Verstärker 202, der einen Schaltkreis 203 steuert als auch einer üblichen Phantastron-Schaltung 2O4 zugeführt.

Synchronisiersignale von dem Synchronisier er des Radarsystems nach den Fig. la und Ib werden dem linearen Rampenoder Berelohs-Zeitablenkungs-Qenerator 205 zugeführt. Der Zeitablenkungs-aenerator 205 erzeugt ein Bereiohs-Zeitablenkungssignal A für die Zuführung über eine Leitung 20.6 an die Ablenkschaltungen, wie z.B. die Schaltungen 14 nach den Fig. la und Ib für die Be reiche-Ze it ablenkung der Spur des Sichtgerätes 1.

Die Bereiohs-Zeitabienkung A gelangt außerdem an den Schaltkreis 203, der so gesteuert werden kann, daß er bei Vorhandensein eines durch den Verstärker 202 über eine Lei-

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tung 207 verlaufenden Echosignals leitet. Wenn der Schaltkreis 203 momentan leitet, durchläuft sein Ausgang eine Leitung 208« Die Leitung 208 ist über einen Kondensator

209 mit Erde verbunden. Der Ausgang der Phantastron-Schaltung 204 wird zur Verstärkungs- oder Helligkeitsmodulation des Gittere 10 des Sichtgerätes 1 wie in den Pig. la und Ib verwendet» Dieser Ausgang wird außerdem über eine Leitung

210 zurückgeführt> um den Zustand des Schaltkreises 200 zu steuern« Der Schaltkreis 200 verbleibt im nicht-leitenden Zustand« während die Schwingung D an dem Ausgang der Phantastron-Schaltung 204 erscheint, so daß keine neuen Echosignale B für die Zeitdauer der Schwingung D an die Schwellwertschaltung 201 gelangen können· Die Ausgangssohwingung D der Phantastron-Sohaltung 204 wird außerdem Über eine Leitung 222 an einen normalerweise nicht leitenden Schalter 220 geführt, wodurch dieser leitend wird und einen Kondensator 209 über zwei Leitungen 208 und 221 am Ende der Zeitablenkungespur entlädt.

Die Betriebsweise des Systems nach Pig» 4 beginnt unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5* wenn ein Ziel (Schwingung B nach Flg. 5) den Schwellwertpegel der Schwellwertschaltung 201 überschreitet und durch diese hindurchgeht. Der Schaltkreis 203 ist normalerweise nicht leitend, er wird jedoch momentan durch die verstärkte Ausführung des Echos B leitend gemacht, die auf der Leitung 207 verläuft, doch leitet dieser Schaltkreis lediglich für die Dauer des Echoimpulses. Bei Leitfähigkeit des Schaltkreises 202 wird die durch den Rampengenerator 205 erzeugte lineare Rarapensohwingung A abgetastet und auf dem Kondensator 209 als Schwingung C gespeichert. Die Schwingung G (Flg. 5) hat eine Amplitude e^ mal R,# Wobei der Wert R₁ aufgrund der Zelt des Beginns der Abtastung der Rampenschwingung A einge-

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filhrt wurde. Der Wert e* , der eine Konstante ist, wird durch die Parameter des Systems« wie ZoB. die Oröße des Kondensators 209 bestimmt«,

Die Phantaetron-Sohaltung 204 erzeugt aufgrund ihrer Art die Schwingung D nach Fig. 5· Es ist charakteristisch für derartige Schaltungen, daß sie in den leitfähigen Zustand durch Anlegen eines Impulses* wie z.B« des Echos B getrlggert werden und daß sie für eine Zeitdauer leiten, die von einer zweiten Eingangsspannung abhängt wie z.B. der Schwingung C nach FIg« 5» Somit wird die Schwingung D erzeugt, die ein Impuls mit fester Amplitude und einer zum Bereich R. proportionalen Dauer ist» Die Schwingung D wird zur Versorgung des Gitters 10 des Sichtgerätes 1 mit einem Verstärkungssignal verwendet, das an einem zu Rg proportionalen Bereich beginnt und eine Dauer von

* 1) hat. Die Schwingung D wird außerdem über die Leitung 10 weitergeleitet, um den Schaltkreis 200 in einen nicht leitenden Zustand zu halten, so daß keine weiteren Zieleohos an die Schwellwertschaltung 201 geführt werden können, bevor die Phantastron-Sohaltung 204 wieder nicht leitend wird.

Andere wahlweise Darstellungen können durch die Wahl der Nachleuchtdauer durchgeführt werden, die sich aus dem Phosphormaterial des Schirme des Sichtgerätes 1 ergibt. Wenn z.B. eine Darstellung mit vergrößerten Köpfen, wie z.Bo der für das Ziel C nach FIg₀ 3 verwendet wird und der Verstärker 139 nach Fig. 1 in die Schaltung eingefügt 1st, kann die Wahl einer relativ kurzen Nachleuohtdauer dazu führen, daß die inkrementalβ Ablenkung lediglich an den allerletzten Spuren C zu erkennen ist» Andererseits kann ein Phosphormaterial mit längerer Zeltkonetante, das z.B. in einem zweiten Sichtgerät wie dem Sichtgerät 1 vorgesehen

•A

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ist, inkrementale Abweichungen für alle Darstellungen C speichern.

Im Fall von sich langsam ändernden Schließbereiehen (closing ranges) kann die Drehgeschwindigkeit der Antenne 7 verringert werden und der Potentiometerabgriff Ij52 kann beispielsweise entsprechend eingestellt werden. Alternativ können verschiedene Antennenabtastungen lurch Verwendung lediglich der üblichen Leitung I²K) an das Gitter 10 des Sichtgerätes 1 ermöglicht werden. Dann kann der Ausgang des Empfängers 4 an die erfindungsgemäße Schaltung angeschaltet werden, worauf regelmäßig© Wiederholungen des Schaltens folgen» Das System kann so ©ingestellt werden, daß es normalerweise in der üblichen Pansrama-Anzeig©- Betriebsweise arbeitet und auf Wunsch &m& Bedienungsperson angeschaltet werden kann,, um das T&u-Aimäherungssymbol für ausgewählte Ziele zu zeigen« Dies kann beispielsweise deshalb durchgeführt werden, weil der erforderliche Betrieb der Erfindung lediglich zwei aufeinanderfolgende Vorwärtsbewegungen der Antenne für eine zu. erzeugende Warnungsdarstellung benötigt»

Es 1st zu erkennen*, daß die Erfindung In zweckmäßiger Weise zur Kollisionswarnung und zur Kollisions'/erhinderung verwendet werden kann, um Schiffe und and®r© Fahrzeuge zu schützen, und daß sie mit Vorteil in Asiiaut-Abtastsystemen verwendet werden kann, die Panorariaa-Anseigei» oder Anzeiger von der P-Art verwenden. Es ist auSeMeia verständlich, daß die Erfindung bei anderen Arten von Radarsysteinen, wie ζ.Bo Luftfahrtradarsystemen verwendet werden kann, die Antennenabtaster anwenden, die eine Darstellung von der B-Art (Bereich gegen Azimut) auf Kathodenstrahldarsteilung gen ergeben.

Die Erfindung vermeidet die grundsätzlichen Ungenau!gkeiten

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bekannter Systeme durch Verwendung eines modifizierten Tau-Kriteriums zur Erkennung von sich in gefährlicher Weise annähernden Fahrzeugen· Die Erfindung vermeidet die Möglichkeit von lebensgefährlichen Fehlern bei der Übertragung von Daten von Fühlersystemen auf Auswertetafeln oder Auswertet!sehe. Die Erfindung ergibt eine klare Abgrenzung auf aufeinanderfolgenden Darstellungsbildern eines sich nähernden ZIeIs₄ wobei jede Abgrenzung die Form einer Spur von vorgegebener Länge hat. Die Markierung jeder aufeinanderfolgenden Zielposition mit einer Spur verbessert die Sichtbarkeit und stellt eine hohe Wahrscheinlichkeit der Entdeckung durch den Radaroperator sicher. Der Zustand der Gefährdung durch alle sich annähernden Fahrzeuge wird unmittelbar durch Betrachtung der Darstellung festgestellt. Weiterhin ergeben gefährliche, sloh annähernde Fahrzeuge konstante Peilungsspuren, die auf der Darstellunis eine Kette von Markierungen erzeugen« die in Mchtung auf die Position des Ausgangsschiffes zeigen, das durch den Mittelpunkt der Panorama-Darstellung dargestellt wird.

Patentensprüche:

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Claims (1)

1. * 20 -

   Patentansprüche t

   Radarsichtgerät-System, bei dem ein Echosignal furch Verstärkung eines Kathodenstrahls eines Sichtgerätes dargestellt wird und bei dem das System Synchronisiersignale zur Synchronisierung des Beginns einer Bereichs-Zeitablenkungsschwingung zur Ablenkung des Kathodenstrahl;? liefert, gekennzeichnet durch Anordnungen zur Verstärkung des Strahles» die Schwellwertsohaltungen (123) zur selektiven Weiterleitung lediglich von Echosignalen mit einer größeren als einer vorhergegebenen Amplitude« mit den Sohwellwertschaltungen verbundene und zur Einleitung eines Verstärkungsimpulses bei Empfang eines ausgewählten Echosignale geeignete Verstärkungsimpulß-Oeneratoranordnungen (136« 137)« Anordnungen zur Zuführung des Verstärkungsimpulses an dar Sichtgerät (1) zur Verstärkung des Kathodenstrahls des Sichtgerätes (I)* Speichermittel (128) zur Speicherung eines ausgewählten Teils der Ber©iohß-Zeitablenkungsschwingung« von den Sohwellwertschaltungen (123) gesteuerte Schaltermittel zur Bestimmung der Speicherzeitperiode des auegewählten Teils« und Mittel zur Zuführung des Ausgangs der Speichern!ttel (126) an dl© Veretärkungsimpuls-Qeneratorancrdnung zur Beendigung des Verstärkungsimpulses umfassen.

   2. Radarsichtgerät-System nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet« daß es zusätzlich Summiersohaltungen (125) niit ersten« zweiten und dritten Anschlüssen (l4la, 14Ib, 1^1), Mittel zur Zuführung des Verstär-

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   kungslmpulses an den ersten Anschluß (14Ia), Verstärkermittel (139) zur Lieferung des Echosignals an den zweiten Anechluß (14Ib) und Mittel zur Verbindung des dritten Anschlusses (3Λ1) mit dem Sichtgerät (1) zur Verstärkung dee Kathodenstrahls des Sichtgerätes (1) entsprechend dem kombinierten Auegang der Summierschaltung umfaßt.

   3. Radarsichtgerät-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Summlerschaltungen (125) mit ersten, zweiten und dritten Anschlüssen (l4la, l4lb, 141), Mittel zum Zuführen des Verstärkungsimpulses an den ersten Anschluß (l4la). Differenzierschaltungen (136) zur Zuführung einer modifizierten Ausführung des Echosignals an den zweiten Anschluß (14Ib) und Mittel zur Verbindung des dritten Anschlusses (141) mit dem Sichtgerät (1) zur Verstärkung des Kathodenstrahls des Anzeigers (1) entsprechend dem kombinierten Ausgang der Summiereohaltung umfaßt*

   4. Radarsichtgerät-System naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsimpuls-Oenerat or anordnung normalerweise leitende, mit dem Eingang der Schwellwertschaltung verbundene Schaltermittel (122) zum Empfang des Echosignals, mit dem Ausgang der Schwellwertschaltung (123) verbundene Impulsschaltungemittel und Mittel zur Zuführung des Ausgangs der Impulssohaltungemittel an die normalerweise leitenden Schaltermittel (122) umfaßt, um die letzteren nicht leitend zu machen.

   5. Radarsichtgerät-System nach einem der vohergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherndttel Kondensatoranordnungen (128) umfassen.

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   6« Radarsichtgerät-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4* dadurch gekennzeichnet, daß die Speichernd ttel Kondensatoranordnungen (128) und Zeitablenkung s-Schwellwertmitt el (130) umfassen, wobei die Kondensatoranordnungen (128) mit einem Ausgangsanschluß mit den Schaltermitteln und den Zeitablenkungs-Sehwellwertschaltungsmitteln (120) verbunden sind, und wobei die Zeltahlenkungs-Sehwellwertschaltungsmittel (130) zur Steuerung der VerstKrkungsimpuls-Generatoranordnung ausgebildet sind.

   7. Radarsichtgerät-System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertbetriebsspannung der Zeitablenkungs-Sehwellwertsehaltungsmittel (130) durch ein Steuersignal gesteuert ist, das proportional zu 2f?i /k'& 1st, wobei k das Tau-Kriterium und u> die Antennenabtastgeschwindigkeit in radian pro Zeiteinheit ist.

   8. Radarsi<3hfcgea?äfc-*S;$rstem naeh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulssohaltungsmittel Phantastron-Schaltungsmittel (204) umfassen.

   9» Radarsichtgerät-System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß &m zusätzlich kapazitive Speicheranordnungen (2o9) mit arsten und zweiten Anschlüssen umfaßt, wobei die kapazitiven Speieheranordnungen (209) mit dem erstan Anschluß mit den Schaltermittein verbunden sind und wobei dl® Spelch€mäitt<al (209) mit einem der Anschlüsse mit den Phantastron-Sohalt'angsmitteln (204) zur Beendigung der von dl ssen erzeugten Kathodenstrahl-Verstärkungsimpulsen verbunden sind, und laß außerdem Mittel zur Entladung der kapazitiven Speiche {'anordnungen (209) vorgesehen sind.

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   10 « Radarsichtgerät-System naoh Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Phantastron-Schaltungsmittel (204) so aufgebaut und angeordnet sind, daß sie einen Verstärkungsimpuls mit einer zu e proportionalen Dauer erzeugen, wobei

   und k das Tau-Kriterium und *? die Antennenabt as tgesohwindigkeit in radian pro Zelteinheit ist.

   11, Radarsichtgerät-System naoh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulssohaltungsmittel so aufgebaut und angeordnet sind, daß sie einen Verstärkungsiffipuls mit einer zu R₂ (e²*^r'^fe<l7 -1) proportionalen Dauer erzeugen, wobei k das Tau-Kriterium, u> die Antennenabtastgesehwindigkeit in radien pro Zeiteinheit und

   R der Zielbereich ist·
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   12. Radarsichtgerät-Systern, bei dem ein Echosignal durch Verstärkung eines Kathodenstrahls eines Sichtgerätes dargestellt ist und wobei de.s System Synchronisiersignale zur Synchronisierung des Beginns der Radialbereichs-Zeitablenkungseehwingung für den Kathodenstrahl liefert, gekennzeichnet durch Mittel sur Verstärkung des Strahln, cie erste SchaltermitteX (122) mit einem Eingang und Ausgang;, Mittel zur Zuführung des Echosignals an den Eingang; auf den Ausgang zur Erzeugung eines Impulses zur Verstärkung der Kathodenstrahl^ ansprechende Irapulsgeneratoranordmtngen, Mittel zur Zuführung dos Verstärkungsimpulses ar. die ersten Schaltennittel (122), um sie für die Dauer des Verstärkungslmpulees nicht leitend zu machen, rweite SoheJLtarmittel mit ©inem Eingang und einem

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   Ausgang* Mittel zur Zuführung der Bereichs-Zeitablenkungsschwingung an den Eingang der zweiten Schaltermittel, Speichermittel (128), Mittel zur Zuführung^ des Echosignals an den Eingang der zweiten Schaltermittel *, um die letzteren während des Echosignals leitend zu machen und um die Bereichs-Zeitablenkung abzutasten,Mittel zur Verbindung des Ausgangs des zweiten Schalters mit den Speichermitteln (123) und Mittel zur Verbindung des gespeicherten Signals mit den Impulsgenerator-Anordnungen zur Bestimmung der Dauer d©s Impulses zur Verstärkung des Kathodenstrahls umfassen,.

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