DE102004006399A1

DE102004006399A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Bahn von sich schnell bewegenden Körpern durch Messung der realen Geschwindigkeit und Kalman-Filterung

Info

Publication number: DE102004006399A1
Application number: DE200410006399
Authority: DE
Inventors: Volker Fleck; Pierre Raymond; Christophe Villien
Original assignee: Deutsch-Franzosisches Forschungsinstitut Saint-Louis Saint-Louis; Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Current assignee: Deutsch-Franzosisches Forschungsinstitut Saint-Louis Saint-Louis; Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2024-02-11
Also published as: FR2851663A1; DE102004006399B4; FR2851663B1

Abstract

Das Verfahren zur Bestimmung der Bahn eines sich bewegenden Körpers umfasst folgende Stufen: DOLLAR A i) mindestens einen Sensor vorsehen (R1, R2, R3), der in der Lage ist, Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers aufzunehmen und zu übertragen, sowie eine Verarbeitungs-Vorrichtung (E1, F1, E2, F2) vorsehen, DOLLAR A ii) in einer gewählten Richtung und während einer gewählten Dauer Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers aufzunehmen, und DOLLAR A iii) die so aufgenommenen Daten emfangen und verarbeiten, um daraus Parameter abzuleiten, welche zumindest die Bahn des sich bewegenden Körpers in einem gewählten ebenen Bezugssystem charakterisieren. DOLLAR A Das Verfahren benötigt zwei oder drei Sensoren (R1, R2, R3) zur Bestimmung der Flugbahn des sich bewegenden Körpers in einem räumlichen Bezugssystem, und verwendet eine Kalman-Filterung für einen Betrieb in Echtzeit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Bestimmung der Bahn von sich schnell bewegenden Körpern durch Verwendung einer Vorrichtung zur Messung der realen Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers und einer Kalman-Filterung.

Die Erfindung findet eine allgemeine Anwendung in der Bestimmung der Flugbahnen von sich bewegenden Körpern, und insbesondere in der abstandsaktiven Panzerung, die dazu dient, Panzer gegen sehr schnell anfliegende Körper, wie z. B. panzerbrechende Geschosse mit 2 000 m/s zu schützen.

Sie kann auch auf andere Plattformen, wie z. B. Fahrzeuge, Schifte, Bodenstationen, sowie zur Detektion und Positionsbestimmung anderer Objekte, wie Drohnen, Lenkflugkörper o.ä. angewendet werden.

Sie kann ebenfalls Anwendung finden für die Detektion, die Überwachung, die Kontrolle der Geschwindigkeit und die Position von Fahrzeugen.

Im Allgemeinen besteht das Prinzip der abstandsaktiven Panzerung eines Fahrzeugs darin, das Geschoss mit Hilfe einer Platte oder des Verschusses eines Schutzelements abzufangen, bevor das Geschoss sein Ziel erreicht.

Dazu muss die Flugbahn des Geschosses mit großer Genauigkeit unter Einhaltung sehr kurzer Zeiten bestimmt werden.

Die Flugbahn des Geschosses kann mit mehreren Techniken bestimmt werden.

Zum Beispiel besteht eine bekannte Lösung darin, ein Impulsradar mit sequentieller Abtastung zu verwenden, das sofort und direkt die Parameter der Flugbahn des Geschosses (Winkel, Geschwindigkeit, Entfernung) misst.

Der Nachteil dieses weit entwickelten Radartyps ist, dass er im Allgemeinen äußerst komplex und relativ kostspielig ist.

Die vorliegende Erfindung behebt diesen Nachteil.

Sie betrifft ein Verfahren für die Bestimmung der Flugbahn eines sich bewegenden Körpers.

Gemäss einer allgemeinen Definition der Erfindung beinhaltet das Verfahren folgende Stufen:

– i) mindestens einen Sensor vorsehen, der in der Lage ist Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers aufzunehmen und anzubieten, sowie eine Verarbeitungs-Vorrichtung vorsehen,
– ii) in einer gewählten Richtung und während einer gewählten Dauer Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers aufnehmen, und
– iii) die so aufgenommenen Daten empfangen und verarbeiten, um daraus Parameter abzuleiten, welche zumindest die Bahn des sich bewegenden Körpers in einem gewählten ebenen Bezugssystem charakterisieren.

Ein solches Verfahren nutzt als einzige Information die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers und deren zeitlichen Verlauf, oder irgendeine andere Größe, die mit der Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers zusammenhängt, wodurch die Flugbahn eines sich schnell bewegenden Körpers mittels Sensoren und/oder rudimentären und kostengünstigen Komponenten wie Doppler-Radars, Laser-Velozimeter o.ä. bestimmt werden kann.

Nach einer Anwendungsart des Verfahrens ist vorgesehen, mindestens zwei oder drei Sensoren gegeneinander gemäß einer vorbestimmten geometrischen Beziehung anzuordnen, und die durch besagte Sensoren in einer gewählten Richtung und über eine gewählte Dauer aufgenommenen Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers zu verarbeiten, um daraus Parameter abzuleiten, welche die Bahn des sich bewegenden Körpers in einem gewählten räumlichen Bezugssystem charakterisieren.

Somit kann die Messung im Falle des ebenen Problems durch einen einzigen Sensor, und im Falle des räumlichen Problems durch zwei oder drei Sensoren durchgeführt werden.

Nach einer Realisierungsart, bei der die Sensoren Doppler-Radars sind, die kontinuierlich mit verschiedenen konstanten Frequenzen in eine gewählte Richtung emittieren, nutzt die Verarbeitungsstufe den Verlauf des Phasenunterschieds zwischen der von jedem Sensor emittierten Welle und der vom sich bewegenden Körper reflektierten Welle.

In der Praxis enthält die Verarbeitungsstufe eine Näherung der besagten Funktion über den Verlauf des Phasenunterschieds durch ein zeitabhängiges Polynom.

Vorzugsweise werden die Koeffizienten des Polynoms durch eine digitale Filterung des Typs Kalman-Filter bestimmt.

Die Verwendung eines KALMAN-Filters kann aufgrund seiner iterativen und kausalen Funktion vorteilhaft einen Betrieb in Echtzeit ermöglichen.

Der Vorteil des Kalman-Filters liegt hier in seiner Fähigkeit, in optimaler Weise die am System erhaltenen Messungen, die fehlerbehaftet sind, zu kombinieren mit der theoretischen Voraussage, die durch die Differentialgleichungen des Systemzustands beschrieben wird. Diese Verbindung nutzt probabilistische Überlegungen, mit denen das Vertrauen, das man in die Messungen und die Voraussage haben kann, geschätzt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Bestimmung von Flugbahnen für die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

In der Praxis enthält die Vorrichtung zur Bestimmung von Flugbahnen mindestens einen Sensor, der in der Lage ist, Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers aufzunehmen und anzubieten, sowie eine Verarbeitungs-Vorrichtung die in der Lage ist, in einer gewählten Richtung und über eine gewählte Dauer aufgenommene Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers zu empfangen und zu verarbeiten, um daraus Parameter abzuleiten, welche mindestens die Bahn des sich bewegenden Körpers in einem gewählten ebenen Bezugssystem charakterisieren.

Nach einer anderen Realisierung enthält die Vorrichtung zur Flugbahnbestimmung mindestens zwei oder drei Sensoren, die gegeneinander gemäß einer vorbestimmten geometrischen Beziehung angeordnet sind, und die Vorrichtung ist in der Lage, die von jedem Sensor aufgenommenen Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers zu verarbeiten, um daraus Parameter abzuleiten, welche die Bahn des sich bewegenden Körpers in einem gewählten räumlichen Bezugssystem charakterisieren.

Nach einer Realisierungsart, bei der die Sensoren Doppler-Radars sind, die kontinuierlich mit verschiedenen konstanten Frequenzen in eine gewählte Richtung emittieren, enthält die Verarbeitungs-Vorrichtung Verarbeitungsmittel, die den zeitlichen Verlauf des Phasenunterschieds zwischen der von jedem Sensor emittierten Welle und der vom sich bewegenden Körper reflektierten Welle ausnutzen können.

In der Praxis enthält die Verarbeitungs-Vorrichtung Mittel zur Abtastung und Mittel zur digitalen Filterung vom Typ Kalman-Filter.

Vorteilhaft enthält die Vorrichtung zur Bahnbestimmung eine Hardware- und Software-Platttorm, die für einen Betrieb in Echtzeit geeignet ist.

Zur Optimierung der Verarbeitungszeit und Ausnutzung der internen Ressourcen enthält die Verarbeitungs-Vorrichtung für jeden Sensor einen digitalen Signalprozessor des Typs DSP, der in einer niederen Programmiersprache (Assembler) auf einer Parallelstruktur programmiert wird.

Eine tiefgreifende Optimierung des Verarbeitungsalgorithmus sowie die Verwendung spezifischer Techniken zur Reduzierung des Berechnungsaufwands, Verfahren zur statistischen Abtastung, Hardware- und Software-Plattform, ermöglichen eine Verwendung des Systems in Echtzeit. Diese Optimierung ist besonders geeignet für die Behandlung sich sehr schnell bewegender Körper (Geschosse mit 2 000 m/s).

Nach einer Realisierungsart umfasst die Verarbeitung darüber hinaus einen Test zur Konvergenzprüfung des Kalman-Filters und/oder einen Validationstest für die Bestimmung der Koeffizienten.

Die vorliegende Erfindung hat ebenfalls als Patentgegenstand ein System zur Bestimmung von Flugbahnen in mehreren Zonen, mit mehreren Vorrichtungen zur Flugbahnbestimmung, die gegeneinander gemäß einer gewählten geometrischen Beziehung angeordnet sind, und wobei jeder Vorrichtung eine gewählte Zone zugewiesen wird.

Durch die geringen Einheitskosten einer Vorrichtung zur Bestimmung von Flugbahnen (Sensor und Verarbeitung) wird ein solches System mit mehreren Vorrichtungen für die Multi-Zonen-Detektion gegenüber einem hochentwickelten Impulsradar mit sequentieller Abtastung relativ wettbewerbsfähig.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und den Figuren hervor:
– 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit abstandsaktiver Panzerung, das mit einer Vorrichtung zur Flugbahnbestimmung von Geschossen gemäß der Erfindung ausgerüstet ist.
– 2 zeigt schematisch die Bestandteile der Vorrichtung zur Flugbahnbestimmung (Sensor und Verarbeitung) gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine schematische Darstellung, welche die Flugbahnbestimmung in einer Ebene gemäß der Erfindung illustriert; und
– die 4 und 5 sind schematische Darstellungen, welche die Aufspaltung des räumlichen Problems in drei ebene Unterprobleme gemäß der Erfindung illustrieren.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein gepanzertes Fahrzeug VB mit abstandsaktiver Panzerung ausgerüstet, um sich gegen die Bedrohung durch ein panzerbrechendes Geschoss B zu verteidigen.
Die abstandsaktive Panzerung enthält Mittel, die geeignet sind für eine Detektion DE, eine Identifikation ID, eine Lokalisierung LO und eine Interzeption IN des Geschosses B.
Die Interzeption IN kann passiv oder aktiv sein (Abschuss eines Gegenmaßnahmen-Elements TI, um das Geschoss vor dem Auftreffen auf das Fahrzeug abzufangen).
Die Geschoss-Lokalisierung beinhaltet die Bestimmung von Parametern, die die Flugbahn des Geschosses festlegen.
Wie nachfolgend im Detail ersichtlich werden wird, erlaubt die Erfindung die Bestimmung der Parameter X0, Y0, V0 im Falle der Definition der Flugbahn in einem ebenen Bezugssystem, und der Parameter X0, Y0, Z0, V0, α, und β im Falle der Definition der Flugbahn in einem räumlichen Bezugssystem.
Die Bestimmung dieser Parameter beruht auf Messungen der realen Geschwindigkeit des Geschosses bzw. sich bewegenden Körpers B.
Die Messung kann im Falle des ebenen Problems durch einen einzigen Sensor, und im Falle des räumlichen Problems durch zwei oder drei Sensoren durchgeführt werden.
Bei der abstandsaktiven Panzerung wird die Messung der realen Geschwindigkeit durch rudimentäre, kostengünstige Doppler-Radars durchgeführt.
In einer anderen Variante sind die Sensoren Laser-Velozimeter oder ähnliche Geräte.
Unter Bezugnahme auf 2 beruht die Bestimmung der Flugbahnen der Geschosse B im Raum auf zwei Doppler-Radarsensoren R, welche Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers B aufnehmen und anbieten.
Die zwei Doppler-Radars R1 und R2 emittieren kontinuierlich in die gleiche gewählte Richtung. Die Sendefrequenzen der Radars sind verschieden und jeweils konstant.
Die somit durch die Radars R1 und R2 aufgenommenen Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers werden durch Verarbeitungsmittel, die eine statistische Abtastung E und eine Filterbank F für jeden Sensor beinhalten, verarbeitet. So werden die Daten von Sensor R1 durch die statistische Abtastvorrichtung E1 statistisch abgetastet und durch den Filter F1 gefiltert, und die Daten von Sensor R2 werden durch die statistische Abtastvorrichtung E2 statistisch abgetastet und durch den Filter F2 gefiltert.
In der Praxis reicht ein einziger Sensor R aus, um das Problem in einem ebenen Bezugssystem zu lösen. Theoretisch sind drei Sensoren unbedingt notwendig, um die Bestimmung der Flugbahn in einem räumlichen Bezugssystem durchzuführen, aber die Antragstellerin hat festgestellt, dass durch Kenntnis der besonderen Verwendungs-Bedingungen des Verfahrens die Anzahl dieser Sensoren auf zwei gesenkt werden kann.
Die Sensoren R werden auf dem gepanzerten Fahrzeug VB gemäß einer vorgegebenen geometrischen Beziehung angebracht, und damit kann die räumliche Analyse auf zwei unabhängige Probleme in der Ebene zurückgeführt werden. Die Lösung jedes ebenen Problems wird durch einen Sensor R und eine Verarbeitung E und F geliefert.
Die 3 veranschaulicht die Lösung des ebenen Problems.
Die Flugbahn des sich bewegenden Körpers B kann während der gesamten Messdauer als eine geradlinige Bahn betrachtet werden. Die Geschossgeschwindigkeit kann während der gesamten Messdauer als eine konstante Geschwindigkeit betrachtet werden.
Die gesuchten Parameter beziehen sich auf ein ebenes, orthonormiertes Koordinatensystem, dessen Ursprung der Messpunkt R ist, und dessen Abszisse X mit dem Geschwindigkeitsvektor V verbunden ist.
Der Ausdruck der Doppler-Radarphase ist abhängig von den Koordinaten X0, Y0 und V0 des Geschosses B in dieser Ebene, bezogen auf eine Zeit T0.
Zu dem Zeitpunkt, da die Filtervorrichtung ihre Antwort liefert, befindet sich das Geschoss B an der Abszisse: X = X0 – V0 | – t0 (man setzt t0 = 0)
sAls reale Geschwindigkeit wird hier die Anfluggeschwindigkeit des Geschosses B im Vergleich zum Messpunkt R bezeichnet. Diese reale Geschwindigkeit ist auch die von einem Doppler-Radar R gemessene Geschwindigkeit.
Die reale Geschwindigkeit ist wie folgt definiert: V = V₀ cos (α).
Aus den vorstehenden Vorgaben ergibt sich, dass die Geschwindigkeit V(t) folgender Formel entspricht:
Die 4 und 5 veranschaulichen die Lösung des räumlichen Problems.
Die Antragstellerin hat festgestellt, dass die Reichweite des Verfahrens auf den räumlichen Bereich ausgeweitet werden kann, indem drei ebene Probleme und Formeln für die Ableitung der Flugbahnparameter miteinander verbunden werden.
Die drei Doppler-Radars R1, R2 und R3 emittieren jeweils kontinuierlich eine elektromagnetische Welle in eine gleiche gewählte Richtung.
Die Doppler-Radars R werden auf einem gepanzerten Fahrzeug (nicht dargestellt) installiert, um ein Geschoss B mit Hilfe einer Platte PL abzufangen, bevor das Geschoss B sein Ziel erreicht.
Das Kreuz IM kennzeichnet den Auftreffpunkt des Geschosses B auf der Platte PL des gepanzerten Fahrzeugs.
Die Radars R arbeiten nach dem Doppler-Prinzip und erlauben die Messung der Anfluggeschwindigkeit.
Die drei Radars R sind gegeneinander gemäß einer vorbestimmten geometrischen Beziehung angeordnet.
Das räumliche Problem wird in drei ebene Unterprobleme zerlegt, die unabhängig voneinander bearbeitet werden können.
Zur Vereinfachung der Signalverarbeitung werden die Radars R so angeordnet, dass die Verarbeitung jedes Radars sich auf die Bestimmung von drei Parametern Xi, Yi und Geschwindigkeit V des Geschosses beschränkt (i kann dabei Werte zwischen 1 und 3 annehmen).
Vorteilhaft sind die drei Radars R in der selben Ebene XOY angeordnet.
Man ordnet die Radars R2 und R3 an der gleichen Abszisse X an. Das Radar R1 wird im Ursprung des zielbezogenen Koordinatensystems angeordnet. Das Radar R2 befindet sich auf der Achse OX und das Radar R3 befindet sich in der Ebene XOY.
Man wählt R1=(0,0,0), R2=(0,A,0), R3=(0,0,A) und setzt:
dann gilt:
(α und β werden bestimmt durch Berechnung von Xp, Yp, Zp bei T>0=> Geradengleichung).
Die Eingangsdaten der Verarbeitungsmittel (statistische Abtastung E und Filterung F, 2) betreffen die reale Geschwindigkeit bzw. die Anfluggeschwindigkeit des Geschosses bezogen auf die Radars R.
Jeder Filter F kann Stichproben V(t) oder irgendeine andere linear mit V(t) verbundene Größe, oder irgendeine andere linear mit dem Integral von V(t) verbundene Größe auswerten.
Zum Beispiel verwendet man direkt Stichproben der Signalphase am Ausgang des Doppler-Radars, die proportional zum Integral von V(t) sind.
Das verwendete Prinzip der statistischen Abtastung besteht darin, dass jeder Nulldurchgang des Ausgangssignals des Radars R detektiert wird.
Ein Nulldurchgang bedeutet, dass die Phase gegenüber der letzten Stichprobe um n zugenommen hat. Die Phase wird dann um denselben Wert erhöht, und die Zeit wird aufgezeichnet.
Es handelt sich dabei um eine zeitliche statistische Abtastung mit konstanter Phase, die äquivalent zu einer Phasenabtastung mit konstanter Zeit ist.
Die Abtastmethode ist hierbei extrem einfach. Es gibt keine analog/digital Wandlung. Darüber hinaus vermeidet das Verfahren alle Schwierigkeiten in Verbindung mit der Amplitudenschwankung des Ausgangssignals (klassisches Problem bei der Auswertung eines Radarsignals).
Bei der Verarbeitung geht es darum, das Phasensignal, d.h. das Signal, welches dem Integral der realen Geschwindigkeit über der Zeit entspricht, das von den Flugbahn-Parametern Xo, Yo, Vo abhängig ist, zu charakterisieren.
Diese Charakterisierung besteht in der Bestimmung der Koeffizienten des Polynoms P(t), in der Weise, dass die beste Approximation des Phasensignals erhalten wird.
Charakterisieren der Phase bedeutet hier das Finden der besten Ci, damit: P(t) – φ (t)
Wenn diese Beziehung aufgestellt ist, kann man daraus ableiten:
wobei
Das hier verwendete Prinzip zur Bestimmung der Koeffizienten in Echtzeit ist das eines Digitalfilters, der auf dem Verfahren von Kalman beruht. Mit diesem Filter können die gesuchten Koeffizienten Ci ausgehend von Messproben ermittelt werden.
Folgender Algorithmus wird verwendet:
Der Algorithmus ist hier in der Sprache Matlab geschrieben.
Verglichen mit einem Standardfilter, enthält der Algorithmus außerdem einen Test zur Reinitialisierung des Filters im Falle der Nicht-Konvergenz, und einen Test, der über die Gültigkeit der erzielten Ergebnisse entscheidet.
Mit diesen beiden Tests kann einerseits der Filter unter realen Bedingungen verwendet werden (Reinitialisierung bei Fehlen eines auswertbaren Signals), und andererseits spontan über das Ende der Messung entschieden werden, um die Ergebnisse zu liefern.
Der Kalman-Filter ist ein allgemeines Verfahren.
Die Spezifikation der Elemente (X, H, Pf, R) ist auf diese Anwendung bezogen.
Das Kalman-Verfahren umfasst zu allererst eine Initialisierung der Variablen:
Das Kalman-Verfahren umfasst anschließend eine Rechenschleife:
Die Anwendung erfordert eine Echtzeit-Verarbeitung der Stichproben und sehr kurze Zeiten (<2μs).
Solche Auflagen erfordern geeignete Verarbeitungsmittel.
Der Antragsteller hat festgestellt, dass das sofortige Schreiben des Algorithmus Berechnungs-Redundanzen mit sich bringt, die die Verarbeitungszeit unnötig verlängern. Durch eine besondere Aufeinanderfolge der Operationen kann die Anzahl der durchzuführenden Operationen substantiell verringert werden.
Man stellt fest, dass die aufwändigste Stufe die Berechnung der Kovarianzmatrix ist: Pf = Pf – K.H.Pf
Man kann damit entwickeln K: K = Pf.H^t.a, daraus ergibt sich: Pf = Pf – Pf.H^t.H.Pf.a Durch Nutzung der Symmetrie von Pf: Pf=Pf⁺ kann man schreiben: Pf = Pf – PfH^t.H.Pf^t.a d.h.: Pf = Pf – (Pf. H^t).(Pf. H^t)^t.a.
Diese neue Schreibweise für die Berechnung von Pf erlaubt eine beträchtliche Verringerung der arithmetischen Komplexität, da sie bereits berechnete Elemente wieder verwendet: 'Pf.H^t' und 'a'.
Das erneute Schreiben der Berechnungen verringert die Komplexität um mindestens den Faktor 3.
Die Verarbeitung erfolgt mit DSP-Signalverarbeitungs-Prozessoren (Digital Signal Processor), die Vorteile aufweisen, wie z. B. die Taktrate des Prozessors, interne Parallel-Architektur, mit der mehrere Befehle parallel in einem einzigen Takt verarbeitet werden können.
Es ist derzeit möglich, Proben mit der Frequenz von 1 Probe/μs zu verarbeiten; solche Leistungen wurden mit Hilfe einer Programmierung in Assembler, einer niederen Programmiersprache erreicht, die die Besonderheiten des Prozessors und vor allem seine interne Struktur berücksichtigt.
Die DSP-Prozessoren sind z.B. vom Typ ADSP21160 oder TigerSHARC von Analog Devices, oder irgendein anderer DSP.
Falls sich die Verarbeitungsleistung der Prozessoren signifikant steigern sollte, könnte man auch die Prozessorfamilien RISC, CISC ins Auge fassen.
Selbstverständlich sind die gezeigten Realisierungsarten nur als Beispiele anzusehen, und sind in keiner Weise einschränkend für alle Lösungen, die dank der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Bahn eines sich schnell bewegenden Körpers (B), das folgende Stufen umfasst: – i) mindestens einen Sensor vorsehen (R1, R2, R3), der in der Lage ist Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers (B) aufzunehmen und zu übertragen, sowie eine Verarbeitungs-Vorrichtung (E1, F1, E2, F2) vorsehen, – ii) in einer gewählten Richtung und während einer gewählten Dauer Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers aufnehmen und empfangen, und – iii) die so aufgenommenen Daten empfangen und verarbeiten, um daraus Parameter abzuleiten, welche zumindest die Bahn des sich bewegenden Körpers in einem gewählten ebenen Bezugssystem charakterisieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen ist, mindestens zwei oder drei Sensoren (R1, R2, R3) gegeneinander gemäß einer vorbestimmten geometrischen Beziehung anzuordnen, und die durch besagte Sensoren in einer gewählten Richtung und über eine gewählte Dauer aufgenommenen Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers zu verarbeiten, um daraus Parameter abzuleiten, welche die Bahn des sich bewegenden Körpers in einem gewählten räumlichen Bezugssystem charakterisieren.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Sensor oder die Sensoren Doppler-Radars sind (R1, R2, R3), die kontinuierlich mit verschiedenen konstanten Frequenzen in eine gewählte Richtung emittieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsstufe den Verlauf des Phasenunterschieds zwischen der von jedem Sensor emittierten Welle und der vom sich bewegenden Körper reflektierten Welle ausnutzt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsstufe eine Näherung der besagten Funktion über den Verlauf des Phasenunterschieds durch ein zeitabhängiges Polynom enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Koeffizienten des Polynoms ausgehend von einer digitalen Filterung des Typs Kalman-Filter bestimmt werden.
Vorrichtung zur Bestimmung der Bahn eines sich bewegenden Körpers (B) zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Sensor (R1, R2, R3) enthält, der in der Lage ist, Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers zu empfangen und zu verarbeiten, sowie eine Verarbeitungs-Vorrichtung (E1, F1, E2, F2), enthält, die in der Lage ist, in einer gewählten Richtung und über eine gewählte Dauer aufgenommene Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers zu empfangen und zu verarbeiten, um daraus die Parameter abzuleiten, welche mindestens die Bahn des sich bewegenden Körpers in einem gewählten ebenen Bezugssystem charakterisieren.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei oder drei gegeneinander gemäß einer vorbestimmten geometrischen Beziehung angeordnete Sensoren (R1, R2, R3) enthält, und dass die Verarbeitungs-Vorrichtung (E1, F1, E2, F2) in der Lage ist, die von jedem Sensor gelieferten Daten über die reale Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers zu verarbeiten, um daraus die Parameter abzuleiten, welche die Bahn des sich bewegenden Körpers in einem gewählten räumlichen Bezugssystem charakterisieren.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Sensoren Doppler-Radars sind (R1, R2, R3), die kontinuierlich in eine gewählte Richtung mit unterschiedlichen konstanten Frequenzen emittieren, und dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungs-Vorrichtung den zeitlichen Verlauf des Phasenunterschieds zwischen der von jedem Sensor emittierten Welle und der vom sich bewegenden Körper reflektierten Welle ausnutzen kann.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungs-Vorrichtung Mittel zur statistischen Abtastung (E1, F1, E2, F2) und Mittel zur digitalen Filterung (F1, F2) vom Typ Kalman-Filter besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Vorrichtung zur Bahnbestimmung eine Hardware- und Software-Plattform enthält, die für einen Betrieb in Echtzeit geeignet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungs-Vorrichtung für jeden Sensor einen digitalen Signalprozessor des Typs DSP besitzt, der in einer niederen Programmiersprache (Assembler) auf einer Parallelstruktur programmiert wurde.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungs-Vorrichtung einen Verarbeitungs-Algorithmus des Typs Kalman-Filter enthält, und darüber hinaus einen Test zur Konvergenzprüfung des Kalman-Filters und/oder einen Validationstest der Bestimmung der Koeffizienten enthält.
System zur Bestimmung von Flugbahnen in mehreren Zonen, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Flugbahnbestimmung nach einem der Ansprüche 6 bis 11 enthält, die gegeneinander gemäß einer gewählten geometrischen Beziehung angeordnet sind, und jeder Vorrichtung eine gewählte Zone zugewiesen wird.