DE2155148C2

DE2155148C2 - Kollisionsschutz-Warneinrichtung

Info

Publication number: DE2155148C2
Application number: DE2155148A
Authority: DE
Inventors: Robert Forest Charlottesville Va. Riggs
Original assignee: Sperry Corp 10104 New York NY; Sperry Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1970-11-05
Filing date: 1971-11-05
Publication date: 1982-11-18
Also published as: IT944778B; GB1362587A; NL178456B; JPS5132475B1; DE2155148A1; NL7115264A; FR2112471A1; US3717873A; FR2112471B1; NL178456C

Description

a) Azimut-Abtastradareinrientungen zur Ermittlung der Koordinaten und Geschwindigkeitskomponenten des erster. Fahrzeugs (1) bezüglich des zweiten Fahrzeuges (5),

b) Zwischei-Darstellungsvorrichtungen (22) zur Darstellung eines dem ersten Fahrzeug (1) entsprechenden B>.ides,

c) Wandlereinrichtungen {23) zui Erzeugung eines elektrischen Impulses be. Aufleuchten des Bildes auf der Zwischen-Darstellungsvorrichtung(22)und

d) Einrichtungen (25), die auf elektrische Impulse ansprechen und die Koordinaten und Geschwindigkeitskomponenten des ersten Fahrzeuges (1) automatisch verfolgen und speichern.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (28) durch einen Digitalrechner gebildet ist, der so programmiert ist. daß er aufgrund der eingegebenen Koordinaten und Geschwindigkeitskomponenten die Endpunkte des Kurses (3) des ersten Fahrzeuges jeweils vorausberechnet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch geken· zeichnet, daß der Digitalrechner (28) so program miert ist. daß er den Bereich (6) eines möglichen Zusammenstoßes, der den Punkt (7) des wahrschein liehen Zusammenstoßes umgibt, berechnet.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellungsvorrichtung (20) durch den Digitalrechner (28) gesteuerte Linien Symbol- und Kreissymbol-Generatoreinrichtungen (31,35) Kathodenstrahlrohr-Anzeigeeinrichtungen und Zeitsteuereinheiten (29) zur Steuerung der Liniensymbol- und Kreissymbol-Generatoreinrichtungen (31, 35) umfaßt, wobei die Ausgänge der LiniensymboU und der KreissymboNGeneratoreirtfichtungen mit der Kathodenstrahlrohr-Anzeigevorrichtung zur Darstellung des vorausberechneten Kurses (3) des ersten Fahrzeuges und des Bereiches (6) eines möglichen Zusammenstoßes verbunden sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen (21) periodisch Koordinaten-Daten des ersten Fahrzeuges (1) bezüglich des zweiten Fahrzeuges (5) feststellen, daß Einrichtungen (25) zur Speicherung dieser Koordinaten-Daten und zur Berechnung von Geschwindigkeitskomponenten des ersten Fahrzeuges aühand der gespeicherten Koordinaten-Daten und zur Speicherung dieser Geschwindigkutskomponenten vorgesehen sind, und daß in den Recheneinrichtungen (28) die zuletzt berechneten Geschwindigkeitskomponenten zur Vorausberechnung des Kurses (3) für das erste Fahrzeug (1) bis zu einem Punkt (7) einer wahrscheinlichen Kollision mit dem Fahrzeug (5) sowie zur Berechnung des Bereiches (6) einer möglichen Kollision um diesen Punkt (7) herum eingegeben sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellungsvorrichtungen (20) den jeweiligen Steuerkurs des zweiten Fahrzeuges (5) darstellen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kollisionsschutz-Warneinrichtung fü< bewegliche Fahrzeuge, insbesondere Schiffsfahrzeuge, mit Meßeinrichtungen zur Ermittlung der Koordinaten und der Geschwindigkeitskomponenten eines ersten Fahrzeuges in bezug auf ein zweites Fahrzeug, mit Einrichtungen zur Berechnung der zu erwartenden relativen Bewegungsbahnen der Fahrzeuge aufgrund der gemessenen Koordinaten und Geschwindigkeitskomponenten und mit Vorrichtungen zur optischen Darstellung der berechneten Bewegungsbahn.

Es ist eine Vielzahl von Hilfseinrichtungen für die Schiffsnavigation bekannt, die die Möglichkeiten der Brückenwache eines Schiffes vergrößern sollen, KoIIisionsgefahren rechtzeitig zu erkennen. Radarsysteme und andere Meßeinrichtungen wurden zur Bestimmung der Seitenwinkelgeschwindigkeits- und Entfernungsunterschiedsdaten verwendet, die einem ausgewählten, gegebenenfalls eine Gefahr darstellenden Schiff entsprechen. Die Feststellung von kleinen Sleitenwinkelgeschwindigkeiten bei großen Entfernungen eignet sich jedoch nicht für eine genaue gerätemäßige Auswertung, weil kleine Fehler zwischen aufeinanderfolgenden Seitenwinkelmessungen die Genauigkeit der Vorhersage des nahesten Annäherungspunktes eines uörenden Schiffes zu Null machen können.

Es sind weiterhin Kollisionsschutz-Warneinrichtungen der eingangs genannten Art bekannt (Literaturstelle »Narichtentechnik«, 1967, Heft 8, Seite 294-300 und DE-PS 55 988). bei denen der minimale Passierabstand zwischen dem eigenen Schiff und einem zweiten Schiff berechnet und ein Nahbereich mit einem vorgegebenen Radius festgelegt wird, der an die Spitze des Kursvektors des eigenen Schiffes angelegt und an dieser Stelle berechnet wird. Dieses Verfahren der Berechnung eines minimalen Passierabstandes ergibt jedoch eine Anzeige, die nur sehr schwer auszuwerten ist und die sich insbesondere vollständig und in nicht ohne weiteres erkennbarer Weise ändert, wenn der Kurs des eigenen Schiffes geändert wird. Diese Anzeige ermöglicht keine eindeutige Aussage, welcher Kurs vermieden werden muß, um eine Kollision zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufg. :i zugrunde, eine

Kollisionsschutz-Warneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die leicht interpretierbar ist und in einfacher Weise die Ermittlung von Kursen ermöglicht, die eine Kollisionsgefahr vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus dun Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Kollisionsschulz-Warneinrichtung wird im Gegensatz zu bisherigen Vorrichtungen, bei denen der minimale Passierabstand berechnet wurde, ein Punkt eines möglichen Zusammenstoßes berechnet, wobei um diesen Punkt herum ein Bereich eines möglichen Zusammenstoßes berechnet wird, der in den meisten Fällen am Ende der Kursdarstellung eines oder mehrerer weiterer Schiffe liegt Auf diese Weise ergibt sich eine leicht interpretierbare Darstellung, die in einfacher Weise die Ermittlung eines Kurses des eigenen Schiffes ermöglicht, bei dem keine Kollisionsgefahr auftritt. Bei Vorhandensein einer größeren Anzahl von Schiffen innerhalb der Darstellung werden die Punkte eines möglichen Zusammenstoßes mit allen Schiffen gleichzeitig dargestellt, so daß es selbst bei Vorhandensein einer Vielzahl von möglicherweise Kollisionsgefahren darstellenden Hindernissen möglich ist, einen geeigneten Kurs des eigenen Schiffes zu ermitteln. Der Radius des Bereiches eines möglichen Zusammenstoßes kann hierbei derart festgelegt werden, daß er der Summe einer ausgewählten minimalen Passierentfernung und eines berechneten Ungewißheitsbereiches in der Position des möglichen Zusammenstoßes entspricht.

Die Meßeinrichtungen können Azimut-Abtastradareinrichtungen zur Ermittlung der Koordinaten und Geschwindigkeitskomponenten des ersten Fahrzeuges bezüglich des zweiten Fahrzeuges und Zwischen-Darstellungsvorrichtungen zur Darstellung eines dem ersten Fahrzeug entsprechenden Bildes einschließen, wobei Wandlereinrichtungen zur Erzeugung eines elektrischen Impulses bei Aufleuchten des Bildes auf der Zwischen-Darstellungsvorrichtung und auf diesen elektrischen Impuls ansprechende Einrichtungen zur automatischen Verfolgung und Speicherung der Koordinaten und Geschwindigkeitskomponenten des ersten Fahrzeuges vorgesehen sind. Auf diese Weise ergibt sich zunächst eine Warnung vor sich gefährlich nähernden anderen Fahrzeugen, wobei die Bestimmung, welche Fahrzeuge eine Bedrohung darstellen durch Verwendung des Tau-Zusammenstoß-Verhinderungskriteriums möglich ist. Die Parameter von Fahrzeugen im Annäh«rungsbereich können, wenn sie als gefährlich identifiziert werden, selektiv in der Reihenfolge des Gefahrenpegels auf eine Zielverfolgungs- und Suchiadareinrichtung übertragen werden, wobei die gespeicherten Daten gegebenenfalls modifiziert und /ur Erzeugung der Darstellung auf der Darstellungsvorrichtung verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Bildschirm einer Darstellungsvorrichtüng einer Ausführungsform der Kollisionsschutz-Warneinrichtung, aus der die bei der Darstellung verwendeten Symbole erkennbar sind:

Fig.2a und 2b eine drei- bzw. zweidimensional graphische Darstellung zur Erläuterung der Gewinnung der Darstellung,

Fig.3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Kollisionsschutz-Warneinrichtung.

Die im folgenden beschriebene Kollisionsschutz-Warneinrichtung liefert eine Darstellung auf einer Darstellungsvorrichtting, die normalerweise durch eine Kathodenstrahlrohranzeigeeinrichtung gebildet ist Die in Fig. 1 gezeigte Darstellung ist beispielsweise eine f-Darstellung von der versetzten Art, in der die Position eines ersten Fahrzeuges, beispielsweise des eigenen Schiffes I in der Nähe des unteren Endes des Bildschirms 2 dargestellt ist Eine den Kurs 3 des eigenen Schiffes darstellende Leuchtmarke ist normalerweise senkrechl oder längs des Bildschirmes in der Darstellung ausgerichtet und wird durch übliche Kurs-Aufleuchtschaltungen derart gebildet, daß er sich von der Position des eigenen Schiffes 1 im wesentlichen zur entgegengesetzten Seite des Bildschirmes 2 erstreckt Der durch die Leuchtmarke dargestellte Kurs

3 stellt somit die künftige Bewegungsbahn des eigenen Schiffes dar, wenn der Kurs des Schiffes nicht geändert werden muß

Auf dem Bildschirm 2 nach F i g. 1 e. scheinen weitere Darstellungen, die aus geraden Linien und Kreisen gebildet werden. Jede Darstellung stellt die Eigenschaften von Schiffen in der Umgebung des eigenen Schiffes dar. Beispielsweise stellt das Ende der Linie 4 die gegenwärtige Position eines zweiten Fahrzeuges oder Schiffes 5 dar, das als ein sich gefährlich näherndes Schiff betrachtet werden könnte, wobei die gerade Linie

4 die zukünftige Bewegungsbahn des zweiten Schiffes darstellt. Wie es weiter unten beschrieben wird, stellt der um das Ende 7 der zukünftigen Bewegungsbahn 4 des zweiten Schiffes gebildete kreisförmige Bereich 6 im Bereich eines möglichen Zusammenstoßes zwischen dem weiteren Schiff 5 und dem eigenen Schiff 1 dar.

Jeder dieser Bereiche eines möglichen Zusammenstoßes stellt einen Ungewißheitsbereich in bezug auf die genaue Lage des Endes 7 der zukünftigen Bewegungsbahn 4 des zweiten Fahrzeuges 5 dar. Es ist zu erkennen, daß der Kurs des sich gefährlich nähernden zweiten Schiffes 5 durch die Richtung der Bewegungsbahn 4 des zweiten Schiffes 5 dargestellt ist. Die Relativgeschwindigkv-it zwischen dem zweiten Schiff 5 und dem ersten Schiff 1 wird durch das Verhältnis der Länge der Bewegungsbahn 4 zum Abstand des eigenen Schiffes von dem Bereich des möglichen Zusammenstoßes dargestellt. Wie dies durch die Bereiche 8 und 9 dargestellt ist, können, insbesondere dann, wenn das zweite Schiff das erste Schiff überholt, zwei Bereiche eines möglichen Zusammenstoßes vorhanden sein.

Es ist verständlich, daß andere Symbole zu der in F i g. 1 gezeigten Darstellung hinzugefügt werden können. Beispielsweise kann eine durchsichtige Kartendarstellung, die feste Gefahrenquellen, z. B. Landmassen zeigt, '.'<\ Darstellung auf dem Bildschirm 2 überlagert und automatisch in bezug auf den Bildschirm 2 seitlich bewegt werden, und zwar entsprechend der scheinbaren Bewegung des Schiffes entlang der den Kurs 3 darstellenden Leuchtmarke, wobei beispielsweise Daten von einem Kreise'kompaß 40 und einem Meßfühler 41 für die Schiffsgeschwindigkeit verwendet werden können (siehe F i g. 3). Die Yideoüberlagerung derartiger Symbofe, wie sie auf einer Datenkarte erscheinen, kann durch einen Lichtpunktabtaster ergänzt werden, wobei eine schnelle Identifizierung von sowohl festen als auch sich bewegenden Gefahrenquellen auf einer einzigen Darstellung ermöglicht wird. Wenn weiterhin ein minimaler Passierabstand am Punkt der größter/ Annäherung der Schiffe 1 und 5 erwünscht ist, so kann

der Bereich 6 derart vergrößert werden, daß sein Radius die Summe des ausgewählten minimalen Passierabstandes und des berechneten Ungewißheitsbereiches am Punkt eines möglichen Zusammenstoßes darstellt.

Es ist zu erkennen, daß die Darstellungsvorrichtung die Form einer gut bekannten Darstellungsvorrichtung zur Erzeugung von Zeichen oder Symbolen auf dem Bildschirm aufweisen kann. Es kann eine P-Abtastung oder eine Rasterabtastung des Elektronenstrahls verwendet werden, wobei jedes Zeichen oder Symbol durch Verstärkung des Elektronenstrahls gezeichnet wird, wenn dieser über die Stelle des Zeichens oder Symbols abgelenkt wird, so daß sich ein Aufleuchten des Symbols ergibt. Die Zeichen oder Symbole können mit Hilfe bekannter Einrichtungen während der Rücklaufzeit zwischen jeder Elektronenstrahl-Ablenkung gezeichnet werden, und zwar beispielsweise durch ein oder mehrere Ablenkvorgänge des verstärkten Strahls

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Derartige Verfahren sind allgemein bekannt wie auch Verfahren, bei denen die übliche Polar- oder Rasterabtastung des verstärkten Elektronenstrahl nicht verwendet wird, sondern die Symbole und Zeichen dadurch erzeugt werden, daß eine programmierte Reihe von Ablenkstrichen zur Bildung eines Zeichens oder Symbols erzeugt wird.

Im folgenden wird anhand der F i g. 2a und 2b die Art der Herstellung der Darstellung nach F i g. I erläutert In Fig. 2a ist eine Figur A'y-Ebene gezeigt, die die Erdoberfläche darstellt. Entsprechend nehmen bewegliehe Schiffe und feste Gefahrenquellen wie z. B. Landmassen alle Positionen auf der X- V-Ebene ein. Der Zeitablauf der das eigene Schiff und weitere Schiffe umfassenden Ereignisse wird durch die vertikale Achse T dargestellt. Dieses Verhalten als Funktion der zukünftigen Zeit, das als Bewegungsablauf des Schiffes bezeichnet werden kann, kann durch eine gerade Linie dargestellt werden, die in geeigneter Weise in dem dreidimensionalen Raum X- Y-T ausgerichtet ist. Die Position des ersten oder eigenen Schiffes ist wiederum an der Stelle 1 dargestellt, die dem Ursprung des X- Y- T-Koordinatensystems entspricht. Der Koordinatenursprung entspricht damit der Position und der momentanen Zeit des Schiffes 1 auf dem Bildschirm 2 nach F i g. 1.

Es sei beispielsweise und ohne Verlust an Allgemeingültigkeit angenommen, daß sich das eigene Schiff 1 in der A'-T-Ebene nach Fig. 2 mit einer festgelegten Geschwindigkeit V_n bewegt Der Winkel zwischen der Bewegungsbahn — Linie 10 des eigenen Schiffes und so der Zeitachse ist dein tan-'| V_o\.

Im Koordinatensystem nach F i g. 2a erfolgt ein Zusammenstoß zwischen dem eigenen Schiff und einem zweiten Schiff, wenn die Bewegungsbahnlinie 10 des eigenen Schiffes sich mit der Bewegungsbahn-Linie irgendeines anderen Schiffes schneidet Wenn das eigene Schiff ein Kursänderungsmanöver wie z. B. ein Ausweichmanöver ohne Änderung der Geschwindigkeit ausführt, so bleibt die Bewegungsbahn-Linie des eigenen Schiffes weiterhin auf dem Kegel der Bewegungsbahn des eigenen Schiffes, der dadurch definiert ist, daß die Linie 10 um die Zeitachse Tgedreht wird, um auf diese Weise einen Kegel mit einem Scheitelwinkel von 2-tan-'[Vo| zu erzeugen. An irgendeiner Stelle, an der die Bewegungsbahn-Linie irgendeines anderen Schiffes den Kegel der Bewegungsbahn des eigenen Schiffes schneidet, stellt der Schnittpunkt zwischen der Bewegungsbahn-Linie des weiteren Schiffes und dem Kegel der Bewegungsbahn des eigenen Schiffes einen Punkt eines möglichen Zusammenstoßes dar.

Es ist verständlich, daß zur Lösung der Gleichungen, die sich aus der Geometrie nach den F Ig₁2a und 2b ergeben, eine Vielzahl von bekannten Fühl- und Meßeinrichtungen, Rechnern und Symbolerzeugungsvorrichtungen aufeinanderfolgend verwendet werden. Ein gegebenenfalls verwendeter Rechner muß gleichzeitig Gleichungen lösen_f die den Kegel der Bewegungsbahn des eigenen Schiffes und die Bewegungsbahn-Linie eine·, weiteren Schiffes oder zumindest die Bewegungsbahn-Linie darstellen, die die beste zur Verfügung stehende Abschätzung der Bewegungsbahnlinie des weiteren Schiffes darstellt. Der Winkel der Bewegungsbahn-Linie einer Gefahrenquelle in bezug auf die Vertikalachse 7"ist dann tan-'|Kr|, wobei VVdie beste Abschätzung der Geschwindigkeit des weiteren -Qnhiffpc icl Piif» PrnioUtirm Ae>r in P Ί σ Oa σρ7ρίσ|ρη — -- ■-·· —·- · *-j — ο-— ο ο

dreidimensionalen Figur auf die ebene Darstellung nach Fig.2b ist erkennbar gleich der Darstellung für ein repräsentatives, eine Gefahr darstellendes Schiff, wie sie anhand der Fig. 1 erläutert wurde. Beispielsweise entspricht die Projektion der Bewegungsbahn-Linie des weiteren Schiffes oder einer Gefahrenquelle auf die -Y-K-Ebene in Fig.2b dem zukünftigen Kurs des weiteren Schiffes.

Zur '»äuterung des allgemeinen Problems der gleichzeitigen Lösung, die von dem Rechner des Systems durchgeführt werden muß, ist es zu erkennen, daß der Kegel der Bewegungsbahn des eigenen Schiffes nach Fig. 2adurch:

_X2 + yl = V_n*t> (1)

dargestellt werden kann.

Da der zukünftige Kurs des zweiten Schiffes berechtigterweise als auf der Linie seiner Bewegungsbahn liegend angesehen werden kann, kann die den zukünftigen Kurs des zweiten Schiffes darstellende Linie in Ausdrucken von X- und V-Koordinatenpositionen und Koordinatengeschwindigkeiten durch den folgenden Gleichungssatz bezeichnet werden:

= Xot

wobei x₀ τ ,y₀ τ die Koordinaten der derzeitigen Position des weiteren Schiffes oder der Gefahrenquelle in der X- K-(Erd-)Ebene und x_T, jy entsprechende Geschwindigkeitskomponenten sind. Die gleichzeitige Lösung der Gleichungen (I), (2) und (3) ergibt die Zeit bis zum Punkt eines möglichen Zusammenstoßes (das Ende 7 des Vektors 4 in Fig. 1):

^tppc -

-χοτχτ-yoTyr ϊτ+yr-vi

V)² - (X²T + S>t - ffi tär + x²ot)]

^1/2

χ²-

(4)

Die Lösung der Gleichung (4) für die Zeit tppckann in die Gleichungen (2) und (3) eingesetzt werden, um die tatsächlichen x-, ^Koordinaten irgendeines tatsächlichen Punktes eines möglichen Zusammenstoßes zu gewinnen. Da die üblichen Schiffs-Radarsys.teme Ziel-

Positionsdaten in ρ, Θ-Koordinaten liefern, ist eine Koordinatentransformation auf x, y-Werte erforderlich, wenn die Darstellung auf dem Bildschirm 2 durch eine Raster-Abtaslung des Kathodenstrahls geliefert wird oder wenn die Berechnung in x-, /,-Koordinaten durchgeführt wird,

Wenn der Wurzelausdruck in der Gleichung (4) imaginär ^f£ird, d. h., wenn:

C*f +# - K₀ ²) Oor

> (xoT*r

ist, oder wenn:

"iWor)² > Vo (xIt+yor)

ist, so ist ein Zusammenstoß nicht möglich. In einem derartigen Fall kann der Kreis 6 oder eine andere den Bereich des möglichen Zusammenstoßes darstellende Figur entfallen. Der Bereich 6 kann vergrößert werden, um einer gewünschten minimalen Passierungsentfernung Rechnung zu tragen.

Die Größe des kreisförmigen oder anderen Bereiches 6, der den Punkt 7 eines möglichen Zusammenstoßes umgibt, kann durch einen Rechner auf verschiedene Weise berechnet werden. Bei einem Verfahren werden die Extremwerte von χ und y direkt aus den Gleichungen (1), (2) und (3) dadurch berechnet, daß willkürlich Extremwerte der Abschätzungen von ir, yr, Xot, yar und V₀ eingesetzt werden. Eine weitere geeignete Möglichkeit besteht in der Berechnung der Varianz der Abschätzungen dieser gleichen Veränderlichen entsprechend dem Programm der Anpassung der kleinsten Quadrate und der darauffolgenden Einsetzung dieser Varianz-Werte in die Gleichungen (1), (2), und (3). Der Radius des Bereiches 6 kann gleich einem niedrigen Vielfachen wie z. B. zwei oder drei, der Quadratwurzel der Varianz in χ und y angenommen werden.

Aus F i g. 2a wird die Beziehung zwischen dem Punkt eines möglichen Zusammenstoßes und dem Punkt der größten Annäherung zwischen zwei Schiffen verständlich. Die Zeit bis zur größten Annäherung ist dadurch bestimmt, daß ein Minimum in der Größe

[(xo-xtY + 6O-JY)²F

auftritt, worin λγο und y< > die Positionskoordinaten des eigenen Schiffes unter der Annahme eines konstanten Kurses und einer kontstanten Geschwindigkeit sind.

Aus der vorstehenden Erläuterung ist es verständlich, daß ein das Kriterium des Punktes eines möglichen Zusammenstoßes verwendendes Konzept wesentlich brauchbarer ist als das bisher bekannte Konzept des Punktes der größten Annäherung, um einen Zusammenstoß zwischen zwei Schiffen durch eine richtige Abschätzung eines vorgeschlagenen Zusammenstoß-Verhinderungsmanövers zu vermeiden. In dem hier beschriebenen System werden alle Punkte eines möglichen Zusammenstoßes gleichzeitig dargestellt und diese Punkte können als relativ feste »Hindernisse« sichtbar gemacht v/erden, die durch irgendein ausgewähltes Manöver gemieden werden müssen. Wenn das eigene Schiff beispielsweise den Steuerkurs ändert, ändert sich die Zeit für den Punkt der größten Annäherung vollständig und auf eine Weise, die schwierig sichtbar zu machen ist Die ausschließliche Kenntnis der Koordinaten des zu irgendeiner Zeit vorhergesagten Punktes der größten Annäherung ermöglicht nicht die Vorhersage des Steuerkurses oder der Steuerkurse des eigenen Schiffes, die einen Zusammenstoß ergeben können. Umgekehrt informiert die Kenntnis der Koordinaten eines zu irgendeiner Zeit vorhergesagten Punktes der größten Annäherung den Führer des Schiffes nicht eindeutig, welcher Steuerkurs oder welche Steuerkurse vermieden werden müssen. Die Eigenart von Darstellungen, die das Kriterium des Punktes der größten Annäherung anzeigen, ist in der

in Praxis derart, daß es lediglich möglich ist, Daten des Punktes der größten Annäherung vorherzusagen, der einer Gefahr pro Zeit entspricht.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Kollisionsschutz-Warneinrichtung, die eine Darstellungsvorrich-

i"> tung 20 einschließt. Wie weiter oben erwähnt, verwendet die Einrichtung Daten, die beispielsweise von einem üblichen Azimut-Abtastimpulsradarsystem

21 abgeleitet werden, das von einer bei Schiffsradaranwpncliingpn weit verhreiteten Art ist und einp azimut-abtastende Richtantenne 21a verwendet. Die Radaranttnnen-Azimut- oder Peildalen und die Bereichsdaten eines gemesssenen Ziels können in üblicher Weise ?ur Erzeugung einer P- oder Panorama-Darstellung auf dem Bildschirm einer Zwischen-Darstellungsvorrichtung 22 verwendet werden. Somit werden, wenn die Darstellung eine P-Darstellung von der versetzten Art ist, alle Ziele in der Umgebung des Radars 21 auf dem Bildschirm der Zwischendarstellungsvorrichtung

22 periodisch intensiviert. Ein derartiges Ziel ist bei 22a JO dargestellt, während die Position des eigenen Schiffes wie vorher bei 1 dargestellt ist. Im allgemeinen erscheinen zusätzliche Ziele auf der Zwischen-Darstellungsvorrichtung 22, und zwar zusammen mit Reflektionen von festen Hindernissen unter Einschluß von

3> Landmassen, wenn diese vorhanden sind. Es können Varianten der üblichen P-Darstellung, wie z.B. eine P-Darstellung der versetzten Art oder andere verwendet werden. Weiterhin können bestimmte Eigenschaften von Bildern, wie z. B. des Ziels 22a modifiziert werden, um eine schnelle Erkennung der Bilder, die gefährliche Ziele darstellen, zu verbessern, wie es üblicherweise bei Zusammenstoß-Warndarstellungen unter Verwendung der Tau-Kriterium-Prinzipien durchgeführt wird, die Darstellungen liefern, die die Fähigkeit der Bedienungsperson verbessern, zwischen tatsächlichen und möglichen Gefahren und gefahrlosen Zielen zu unterscheiden. Die einfache P-Darstellung ist durch ihre Eigenart jedoch bereits eine Zusammenstoß-Warndarstellung, und sie wird daher in F i g. 3 als repräsentative Darstellung für Zusammenstoß-Warn- oder Zusammenstoß-Abschätz-Darstellungen allgemein verwendet.

Wie bereits bemerkt wurde, erscheinen in vielen Fällen mehrere Ziele auf der Darstellung, die jeweils eine größere oder geringere Gefahrenquelle in bezug auf das eigene Schiff 1 darstellen. Die Bedienungsperson des eigenen Schiffs 1 kann das offensichtlich gefährlichste störende Ziel für eine erste Untersuchung auswählen, indem sie es in das zu beschreibende Manöver-Abschätzsystem einführt.

Die Einführung der Koordinaten des ausgewählten Ziels erfolgt durch Anordnen eines üblichen lichtempfindlichen Aufnehmers 23 oder »Lichtschreibers« oder eines anderen Wandlers über der Stelle des ausgewählten Zielbildes. Die Verwendung einer derartigen Aufnehmervorrichtung ist in der US-PS 31 82 320 beschrieben. Zu dem Zeitpunkt, an dem das Zielbild beim nächstenmal intensiviert wird, wird ein elektrischer Impuls über eine Leitung 24 an ein Zielverfol-

gungs- und Suchsystem 25 übertragen, das außerdem Synchronisier- und andere Signale über eine Leitung 26 von der Radareinheit 21 empfängt.

Das Zielverfolgungs- und Suchsystem 25 ist, wie die Radareinheit 21, nicht notwendigerweise ein neuartiger Teil des Systems, da geeignete Vorrichtungen zur Erfüllung dieser Funktion in der Technik bekannt sind. Zielverfolgungs- und Suchsysteme sind von der allgemeinen Klasse von Vorrichtungen, die als Vorrichtungen zur Verfolgung von in Gruppen angeordneten oder periodisch unterbrochenen Daten bekannt sind ynd ihre theoretischen Grundlagen sind in der Literaturstelle »Electronic Time Measurements« von S. B. Jones und R. 1. Hulsizer im Abschnitt 9.8, Seite 378 ff. von Band 20 der »Radiation Library Series« beschrieben. Prkatische Ausführungsformen dieser Vorrichtungen, die analog oder digital ausgeführt sein können, sind beispielsweise in den US-Patenten

Entsprechend bekannter Art werden Vorrichtungen, wie z. B. der optische Aufnehmer 23 zur Einführung von Koordinatendaten, die ein ausgewähltes, auf einer P- ©der anderem Kathodenstrahlrohrdarstellung 22 ericheinendes Ziel kennzeichnen, in den Speicher einer Zielverfolgungs- und Suchvorrichtung wie z. B. die Vorrichtung 25 verwendet, wobei in diesem Speicher rechtwinklige oder Polar-Koordinaten gespeichert Werden können. Eine übliche Aufschaltung durch die Vorrichtung 25 auf Signale, die direkt über die Leitung 26 von dem Radarempfänger 21 zu der Zeit empfangen werden, an der die zugehörige Antenne 21a beim nächstenmal das ausgewählte Ziel überstreicht, korrigiert automatisch die gespeicherten Positionsdaten des ausgewählten Ziels nach seiner anfänglichen Einführung, und zwar solange, bis dieser Vorgang von Hand unwirksam gemacht wird. Auf diese Weise können beispielsweise die Koordinaten χ und y und die Geschwindigkeiten k und y für jedes derartige Ziel gespeichert werden. Die Einführung eines neuen oder des nächsten offensichtlich gefährlichen Ziels erzeugt einen zweiten Satz von x, y, χ und /-Daten für ein neu ausgewähltes Ziel zui Speicherung innerhalb der Zielverfolgungs- und Suchvorrichtung 25. Derartige x,y, χ und /-Daten können nach Wunsch der Bedienungsperson auf diese Weise für eine Vielzahl von störenden Schiffen gespeichert werden, und auf Anforderung beispielsweise auf einer Zeitteilungsbasis über eine Leitung 27 an einen Rechner 28 geliefert werden. Wie es weiter oben erläutert wurde, kann die Zielverfolgungsund Suchvorrichtung 25 entweder analog oder digital arbeiten und kann, falls erforderlich, in üblicher Weise mit geeigneten Analog-Digital- oder Digital-Analog-Wandlern als Zwischenelemente zwischen den verschiedenen Bauteilen des Systems, wie z. B. der Vorrichtung 25 und dem Rechner 28 versehen sein. Es ist verständlich, daß die Zielverfolgungs- und Suchvorrichtung 25 in der Praxis an sich bereits eine Art von Rechnereinheit ist, die arithmetische Funktionen, wie z. B. Differenzieren sowie die Speicherung von Daten durchführt. Es ist daher weiterhin verständlich, daß ihre Funktion entweder in einer getrennten Einheit wie z. B. in der getrennten Vorrichtung 25 durchgeführt werden kann, oder daß die arithmetischen und Speicher-Vorgänge der Vorrichtung in den entsprechenden arithmetischen und Speicherelementen durchgeführt Airerden können, die in dem Rechner 28 vorhanden sind. Diese letzteren Elemente können andere Systemfunktionen in üblicher Weise auf einer Zeitteilungsbasis durchführen. Aus Fig. 1 ist weiterhin zu erkennen, daß der Rechner 28 verschiedene Berechnungen ausführen muß, um die Manöver-Abschülzsymbole auf dem Anzeiger 20 nach F i g. 3 zu· erzeugen. Es wird gezeigt, wie das System aufgebaut ist und wie es arbeitet, um ein Symbol, wie z. B. das die Symbolelememte 4, 5j 6 und 7 nach Fig. 1 einschließende Symbol zu erzeugen. Es ist verständlich, daß die gespeicherten x- und /-Koordinaten der verschiedenen Ziele in einfacher Weise in der Zielverfolgungs- und Sucheinheit 25 zur Verfügung stehen. Da die Bewegungen aller Schiffe in der Nähe des eigenen Schiffes verglichen mit den Arbeitsgeschwindigkeiten selbst des einfachsten Rechners relativ langsam sind, ist es zu erkennen, daß es nicht erforderlich ist, alle Daten im Echtzeitbetrieb zu berechnen und daß daher die Daten von Gefahrenquellen in einfacher Weise durch das Zielverfolgungs- und Suchsystem 25 gespeichert und lediglich periodisch erneuert werden Somit ergehen sich nur gerinee Abweichungen von den tatsächlichen x- und /-Koordinaten, die von dem Rechner 28 aus dem Zielverfolgungs- und Suchsystem 25 abgeleitet werden. Es ist weiterhin verständlich, daß eine Vielzahl von Symbolen, wie sie z. B. aus den Elementen 4,5,6 und 7 nach F i g. 1 gebildet werden, in einfacher Weise auf einer Zeitteilungs- oder Multiplex-Basis unter Verwendung einfacher Zeit-Teilungstechniken erzeugt werden kann, wie sie in der Analog- und Digital-Rechnertechnik bekannt sind.

Bei eingehender Betrachtung der Vorrichtung zur Erzeugung eines zusammengesetzten, aus den Elementen 4, 5, 6 und 7 bestehenden Symbols ist es offensichtlich, daß die x- und /-Koordinaten des Punktes 5 nach F i g. 1 im wesentlichen die gegenwärtigen rechtwinkligen Koordinaten eines Ziels oder eines gefährlichen Schiffes darstellen. In der nachfolgenden Beschreibung ist es verständlich, daß die Erläuterung der Stelle 5 und der Koordinateneigenschaften anderer Elemente des Symbols gleich gut auf die gleiche Weise erläutert werden könnte, wenn ρ- Θ-Koordinaten tatsächlich in dem erläuterten System verwendet werden würden. Der Rechner 28 kann mit einem eigengesteuerten Taktsteuer- oder Zeitsteuersystem versehen sein, das den Betrieb anderer Elemente des Systems steuert, oder es kann von einem getrennten Zeitgeber 29 gesteuert werden. Der Zeitgeber 29 kann beispielswiese unter Verwendung einer Leitung 30 zu einer internen Zeitsteuereinheit des Rechners 28 synchronisiert werden. Andererseits kann der Zeitgeber 29 die Haupttaktsteuereinheit des Systems darstellen, die die Zeitsteuerung des Rechners 28 mit Hilfe von Signalen bestimmt, die dem Rechner über die Leitung 30 zugeführt werden. In der folgenden Beschreibung wird der Zeitgeber 29 aus Vereinfachungsgründen als grundlegender Zeitgeber oder Taktsteuerung für das System betrachtet

Es ist offensichtlich, daß der Rechner 28 so programmiert werden kann, daß er periodisch von dem Zielverfolgungs- und Suchsystem 25 die x- und y-Koordinaten der in F i g. 1 gezeigten Position 5 ableitet und mit Hilfe gut bekannter Mittel Koordinatenwerte als Steuersignale zur Darstellung 20 liefert und somit bewirkt daß der Kathodenstrahl momentan intensiviert bzw. verstärkt wird, um einen hellen Fleck am Punkt 5 der Darstellung 20 zu bilden. Die nächste Funktion des Rechners 28 besteht darin, mit einem Linien-Symbolgenerator 31 zusammenzuwirken, um den vorhergesagten Kurs 4 nach F i g. 1 zu bilden. Wie

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es aus der vorstehenden theoretischen Analyse zu erkennen war, wird der Kurs 4 von eier gegenwärtigen Position des -veiteren Schiffes bis zu einem vorausgesagten Punkt 7 eines möglichen Zusammenstoßes gezeichnet, der durch die relative Peilung des weiteren Schiffes sowie dessen Geschwindigkeit bestimmt wird. Der Rechner 28 führt dem Liniensymbolgenerator 31 die x- und /-Koordinaten des Punktes 5 über eine Leitung 32 und außerdem über eine Leitung 33 die xünd /-Koordinaten des vorausgesagten Punktes 7 zu, wobei die x, y, x, und /-Information, die durch das Zielverfolgungs- und Suchsystem 25 erzeugt wurde, zur Erzeugung dieser Werte verwendet wurde. Der Liniensymbolgenerator 21 liefert dann im wesentlichen momentan nach der Intensivierung des Punktes 5 ^|5 Ablenkteilspannungen über die Leitungen 34 und 34a zur Erzeugung der Linie 4. Zur Ausführung der Funktion des Liniensymbolgenerators 31 geeignete Vorrichtungen sind sowohl in analoger als auch in digitaler Fnrm in der Technik gut bekannt. Sowohl in der Patent- als auch in anderer Lite itur gibt es eine beträchtliche Anzahl von Veröffentlichungen, die Vorrichtungen zur Erzeugung einer Linie von einstellbarer Länge, beispielsweise auf einem Schirm eines Kathodenstrahlrohres zeigen, wobei diese Linie an irgendeinder ausgewählten Koordinatenstelle auf dem Schirm des Kathodenstrahlrohres beginnt und an irgendeiner anderen Koordinatenstelle auf dem Kathodenstrahlrohr endet, so daß diese Linie unter irgendeinem willkürlichen Winkel in bezug auf das Betriebskoordinatensystem liegt.

Eine einfache Anordnung, die zur Bildung der Linie 4 verwendet werden kann, ist beispielsweise in der US-PS 24 06 858 beschrieben. Die Technik der Zeichnung von Vektorlinien ist eine Kathodenstrahlrohrtechnik, die weitgehend im Bereich der Zeichendarstellungen ausgenutzt wird. Beispielsweise verwenden viele derartiger Zeichendarstellungsschaltungen Symbolgeneratoren, bei denen keine Ablenkung des Kathodenstrahls in einem wiederholten regelmäßigen Muster erfolgt.

Andererseits besteht das bei derartigen alphanumerisehen Symbolgeneratoren verwendete Verfahren in der Zusammensetzung des Symbols durch eine Kaskadenanordnung aufeinanderfolgender Elektronenstrahlspuren. Jede aufeinanderfolgende Spur beginnt im allgemeinen an dem Punkt, der durch das Ende der unmittelbar vorhergehenden Spur definiert ist Es ist offensichtlich, daß die aufeinanderfolgenden Spuren bei der Zeichnung üblicher alphanumerischer Symbole allgemein unter sich ändernden Winkeln verlaufen. Es ist weiterhin offensichtlich, daß jede derartige elementare Spur durch eine Vorrichtung erzeugt wird, die die Spur an einer beliebigen Stelle auf dem Kathodenstrahlrohr beginnen läßt und die Spur an einer anderen beliebigen Stelle enden läßt Beispiele für derartige Systeme sind in den US-Patenten 33 25 802, 33 94 367 und 32 89 195 sowie an anderen Stellen zu Finden.

Entsprechend wurde der Vektor 4, der die vorausgesagte Bewegungsbahn des weiteren Schiffes darstellt, zwischen den Punkten 5 und 7 gezeichnet, wobei der Punkt 7 in der vorstehenden Beschreibung als der Punkt des möglichen Zusammenstoßes beschrieben wurde. Die x- und /-Koordinaten des Punktes 7 bleiben in dem Rechner 28 verfügbar und werden nun zur Erzeugung einer Begrenzung 6 eines Bereiches verwendet, der einen Bereich eines möglichen Zusammenstoßes darstellt und den Punkt des möglichen Zusammenstoßes 7 umgibt Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Bewegungsbahn-Linie 4 gezeichnet wird, stehen die Koordinaten des Punktes 7 in dem Rechner 28 zur Verfügung. Wenn der Bereich eines möglichen Zusammenstoßes 6 als durch einen Punkt 7 umgebenden Kreis angezeigt werden soll, berechnet der Rechner 28 entsprechend die Größe dieses Ungewißheitsbereiehes, in dem beispielsweise ein Radius für den Kreis 6 berechnet wird. Der Rechner 28 liefert dann die x- und /-Koordinaten des Punktes 7 über die Leitungen 36 und 37 an den Kreissymbol-Generator 35. Die Ablenkspannungen für einen Kreis von passender Größe werden über Leitungen 38a der Darstellungsvorrichtung 20 zugeführt, um den Kreis 6 zu erzeugen. Die Größe des Kreises 6 kann durch Betätigung einer Steuerung 35a durch einen zusätzlichen Sicherheitsfaktor vergrößert werden. Übliche Radarsystemsignale wurden der Darstellungsvorrichtung über ein Kabel 39 zugeführt.

Kreissymbol-Generatoren, die für die Vorrichtung 35 verwendbar sind, sind in der Technik gut bekannt, nipcpc snP7jpHp s!ⁿhanumensch^p Symbol ist dss einfachste und am häufigsten erzeugte Symbol bei bekannten Zeichen-Erzeugungsgeräten. Die Vorrichtung zur Zeichnung eines Kreises um irgendeinen gewünschten Punkt auf einem Schirm eines Kathodenstrahlrohres ist daher gut bekannt. Ein für diesen Zweck verwendbares Gerät ist beispielsweise in der US-PS 32 83 317 erläutert. Dieses Patent zeigt, wie Zeichen und Symbole unter Verwendung zusammenwirkender Schaltungen zur Erzeugung vollständiger oder teilweiser Kreise durch Verwendung von Sinusschwingungen und gleichgerichteten Teilen hiervon erzeugt werden können. Andere anwendbare Anordnungen umfassen Anordnungen, wie sie in den US-Patenten 31 64 822 und 3164 823 beschrieben sind. Andere Patente zeigen Anordnungen zur Erzeugung von kreisförmigen Symbolen, die in einfacher Weise bei dem vorliegenden System verwendet werden können.

Es ist offensichtlich, daß die Linienspur 4 und das kreisförmige Symbol 6 gleichzeitig oder beinahe gleichzeitig erzeugt werden können, je nachdem, wie dies gewünscht ist. Ein Zweistrahl-Kathodenstrahlrohr, das entsprechende Sätze von elektrostatischen Ablenkelektroden für jeden Elektronenstrahl verwendet, ermöglicht das Zeichnen der Linie mit einem StraNablenksystem und das Zeichnen des Kreises mit dem zweiten Strahlablenksystem. Ein Einstrahl-Betrieb mn einem einzigen Ablenksystem kann verwendet werden, wobei beispielsweise die Linie momentan vor der Zeichnung des Kreises gezeichnet werden kann.

Die Da^rstellungsvorrichtung 20 kann eine übliche Art von Kathodenstrahlrohr verwenden, bei dem die Nachleuchtdauer des Phosphors auf dem Darstellungsschirm derart ausgewählt ist, daß ein zuletzt gezeichnetes Symbol im wesentlichen zu der Zeit verloschen ist, an der der Rechner 28 eine Erneuerung der Darstellung hervorruft Eine regelmäßige oder willkürliche Löschung der Darstellung kann außerdem unter der Steuerung des Rechners 28 durchgeführt werden, wenn eine übliche Kathodenstrahldarstellung von der Speicherart mit direkter Betrachtung verwendet wird. Eine derartige Löschung kann außerdem wie bisher zu irgendeiner Zeit durchgeführt werden die von dem Betrachter gewünscht ist

Variationen des in Fig.3 gezeigten Systems sind ohne weiteres zu erkennen, wobei diese Variationen eine noch weitere Vielseitigkeit des Manöver-Abschätz-Darstellungssysttem ergeben können. Es ist zu erkennen, daß der optische Aufnehmer 23 oder eine ähnliche Vorrichtung zur Abnahme von Knnrrlinatpn-natpn m-,η

der Darstellung eines Langbereichs- oder Frühwarn-Radarsystems oder von einer Sonar-Darstellung oder einer anderen Annäherungs-Warndarstellung oder -Vorrichtung verwendet werden kann. Mit Hilfe des Zielverfolgungs- urd Suchsystems 25 kann die Bedienungsperson erreichen, daß sich das System auf irgeneine ausgewählte Gefahrenquelle, die durch irgendeinen zur Verfugung stehenden Fühler festgestellt wird, aufschaltet, und diese verfolgt. Die relativen Peilungen und Bereiche der Ziele, die auf den automatischen Verfolgungsbetrieb aufgeschaltet sind, stehen in einfacher Weise in verbesserter Form zur Verarbeitung durch den Rechner 28 zur Verfügung, um Daten zu erzeugen, die von den Symbolgeneratoren 31 und 35 benötigt werden, um die Darstellung 20 zu erzeugen.

Die Daten können, während sie sich in dem Rechner

28 befinden, durch die Verwendung einer Trägheits-Stabilisierup.gs-Information bearbeitet oder verbessert werden, wie sie z. B. durch einen Kreiselkompaß 40 oder den Geschwindigkeitsfühler 41 des Schiffes erzeugt werden. Auf diese Weise kann die Peilung der Gefahrenquelle gegenüber Querneigungs-Längsneigungs- oder Gierbewegungen des eigenen Schiffes in üblicher Weise korrigiert werden. Alternativ können die von dem Radarsystem erzeugten Daten mit eigenen Stabilisationsmerkmalen durch die direkte Servo-Stabilisierung der Antennenabtastung 21a geliefert werden. Funktionen, die nicht direkt auf die Zusammenstoß-Verhinderungs- und Manöver-Abschätzfunktionen bezogen sind, können außerdem durch den Rechner 28 auf einer Zeitteilungsbasis durchgeführt werden, wie z. B. Trägheits-Navigationsfuntkionen u. ä.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Kollisionsschutz-Warneinrichtung für bewegliche Fahrzeuge, insbes. Schiffsfahrzeuge, mit Meßeinrichtungen zur Ermittlung der Koordinaten und Geschwindigkeitskomponenten eines ersten Fahrzeuges in bezug auf ein zweites Fahrzeug, mit Einrichtungen zur Berechnung der zu erwartenden relativen Bewegungsbahnen der Fahrzeuge aufgrund der gemessenen Koordinaten und Geschwindigkeitskomponenten und mit Vorrichtungen zur optischen Darstellung der berechneten Bewegungsbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtungen (28) aufgrund der von den Meßeinrichtungen (21) übermittelten Daten den Kurs des ersten Fahrzeuges (1) bis zu einem Punkt (7) eines wahrscheinlichen Zusammenstoßes mit dem zweiten Fahrzeug (5) und einen Bereich (6) um den Punkt eines möglichen Zusammenstoßes herum berechnen ;-nd daß die Darstellungsvorrichtungen (20) die beiechneten Bewegungsbahnen (3, 4) und den berechneten Bereich (6) eines möglichen Zusammenstoßes relativ zueinander darstellen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen einschließen: