DE102017118993A1

DE102017118993A1 - Verfahren zur Identifizierung eines Schiffes

Info

Publication number: DE102017118993A1
Application number: DE102017118993.9A
Authority: DE
Inventors: Antoine Veyer; Patrick Garrec; Jean-Baptiste Genin; Vincent CORRETJA
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2018-03-01
Also published as: FR3055423B1; GB201713819D0; GB2554178B; FR3055423A1; GB2554178A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung eines Schiffs, wobei das Verfahren das Erhalten eines ersten ISAR-Bildes eines zu identifizierenden Schiffs (8) und der relativen Position des zu identifizierenden Schiffs und des Radars, das Bestimmen einer Gruppe von Kandidatenschiffen für das zu identifizierende Schiff, das Erzeugen eines zweiten ISAR-Bildes für jedes Kandidatenschiff, das Vergleichen des ersten ISAR-Bildes mit jedem erzeugten zweiten ISAR-Bild, um für jedes erzeugte zweite ISAR-Bild einen Ähnlichkeits-Punktwert zu erhalten, und die Klassifizierung der Ähnlichkeits-Punktwerte aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung eines Schiffs mit Hilfe eines inversen Synthetic Aperture Radar und eines zugeordneten Rechnerprogrammprodukts.
Die Bildgebung durch Radar ist eine Technik, die erlaubt, repräsentative Bilder von Karten elementarer Reflektoren zu berechnen. Die Bildgebung durch Radar beruht auf der Verarbeitung von Signalen, die von zu beobachtenden Objekten zurückgestreut und von einem entsprechenden Radarsystem aufgezeichnet wurden.
Wenn das Radarsystem über einen Breitband-Analysator verfügt und eine relative Rotationsbewegung zwischen dem Radar und dem Objekt vorhanden ist (synthetische Öffnung), ist es möglich, eine Bildgebung gemäß der ISAR-Technik zu verwenden. Die Abkürzung ISAR verweist auf die englische Terminologie „Inverse Synthetic Aperture Radar”, was als „radar à synthèse d'ouverture inverse” ins Französische übersetzt wird. Der Begriff inverse verweist darauf, dass die Bewegung die Bewegung des Objekts ist.
Die Bildgebung gemäß der ISAR-Technik erlaubt, zweidimensionale Bilder mit einer guten Auflösung eines bestimmten Objekts zu erhalten. Derartige Bilder werden insbesondere in Seepatrouillenflugzeugen verwenden, um Schiffe zu klassifizieren und zu identifizieren.
Eine derartige Klassifizierung wird von einem Bediener durchgeführt, was sehr viel Zeit beansprucht und fehleranfällig ist.
Es wird demzufolge ein Verfahren zur Identifizierung eines Schiffs benötigt, das einfach in der Umsetzung und genauer als die Identifizierungsverfahren nach dem Stand der Technik ist.
Dafür beschreibt die Beschreibung ein Verfahren zur Identifizierung eines Schiffs, wobei das Verfahren die Schritte Erhalten eines ersten ISAR-Bildes eines zu identifizierenden Schiffs und der relativen Position des zu identifizierenden Schiffs und des Radars, Bestimmen einer Gruppe von Kandidatenschiffen für das zu identifizierende Schiffs, Erzeugen eines zweiten ISAR-Bildes für jedes Kandidatenschiff, Vergleichen des ersten ISAR-Bildes mit jedem erzeugten zweiten ISAR-Bild, um für jedes erzeugte zweite ISAR-Bild einen Ähnlichkeits-Punktwert zu erhalten, und Klassifizierung der Ähnlichkeits-Punktwerte aufweist, wobei der Schritt des Erzeugens jedes zweiten ISAR-Bildes mindestens die Schritte Bereitstellen eines geometrischen Bildes, umfassend das vom Radar gesehene Kandidatenschiff, wobei das Kandidatenschiff und der Radar in der relativen Position des zu identifizierenden Schiffs und des Radars, für jeden Punkt des geometrischen Bildes, das einem Teil des Kandidatenschiffs entspricht, Bestimmen der Distanz zwischen dem Teil des betrachteten Kandidatenschiffs und dem Radar und der radialen Geschwindigkeit des Teils des Kandidatenschiffs für jeden Punkt des geometrischen Bildes, der einem Teil des Kandidatenschiffs entspricht, Simulieren der vom Radar erhaltenen Signalamplitude durch aleatorische Auswahl eines Wertes aus einer Vielzahl von Werten, Konstruieren des zu erzeugenden Bildes, wobei jeder Punkt des zu erzeugenden Bildes eineindeutig einem Punkt des geometrischen Bildes zugeordnet ist und als Koordinaten die bestimmte Distanz, die bestimmte radiale Geschwindigkeit und den aleatorisch vom Punkt des berücksichtigten geometrischen Bildes abgeleiteten Wert hat, aufweist.
Gemäß besonderen Ausführungsformen weist das Verfahren eines oder mehrere der folgenden Merkmale auf, die allein oder gemäß allen technisch möglichen Kombinationen herangezogen werden:

– das Bestimmen weist eine Auswahl von Kandidatenschiffen aus einer Gruppe von Kandidatenschiffen gemäß einem Auswahlkriterium auf,
– das Auswahlkriterium ist ein Längenintervall des Kandidatenschiffs,
– das Verfahren weist das Empfangen einer Kennung der Art des zu identifizierenden Schiffs auf, wobei das Auswahlkriterium darin besteht, die Kandidatenschiffe zu entfernen, die eine andere Kennung haben,
– der Schritt des Vergleichen wird durch Berechnen einer Korrelation zwischen dem ersten ISAR-Bild mit jedem erzeugten zweiten ISAR-Bild umgesetzt, wobei der Ähnlichkeits-Punktwert der Korrelationswert ist,
– das Verfahren weist das Anzeigen der zweiten ISAR-Bilder, die für jedes Kandidatenschiff erzeugt wurden, mit einer abnehmenden Reihenfolge des Ähnlichkeits-Punktwerts auf,
– der Schritt des Erzeugen jedes zweiten ISAR-Bildes weist die Detektion der Koordinaten jedes Punkts des geometrischen Bildes auf, der einem Teil des Kandidatenschiffs entspricht, und der Schritt des Erzeugen jedes zweiten ISAR-Bildes weist das Anzeigen des geometrischen Bildes durch eine Grafikmaschine auf, die einen Tiefenpufferspeicher aufweist, und die Detektion weist das Vergleichen der Werte des Tiefenpufferspeichers vor dem Anzeigen und nach dem Anzeigen auf,
– die Detektion weist ebenfalls die Umwandlung der Tiefe in Koordinaten auf,
– das geometrische Bild weist ebenfalls die Umgebung des Schiffs auf und der Schritt des Erzeugens jedes zweiten ISAR-Bildes weist einen Schritt des Entfernens der Punkte auf, die der Umgebung entsprechend, und das Anzeigen des geometrischen Bildes durch eine Grafikmaschine weist einen Farbpufferspeicher auf, wobei der Schritt des Entfernens das Vergleichen der Werte des Farbpufferspeichers vor dem Anzeigen und nach dem Anzeigen aufweist.

Die Beschreibung schlägt ebenfalls ein Rechnerprogrammprodukt vor, das für die Umsetzung eines wie oben beschriebenen Verfahrens zur Identifizierung eines Schiffs geeignet ist.
Die Beschreibung beschreibt ebenfalls einen Informatikträger, welcher Befehle des vorangehenden Rechnerprogrammprodukts speichert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der Ausführungsformen der folgenden Beschreibung als nicht beschränkendes Beispiel in Bezug auf die anliegenden Zeichnungen, von denen sind:
1, eine schematische Ansicht einer Situation, in welcher ein Schiff von einem Kontrollflugzeug zu identifizieren ist,
2, eine schematische Ansicht einer Grafikanzeigemaschine und eines Bildschirms als Teil des Kontrollflugzeugs,
3, ein Ordinogramm eines Umsetzungsbeispiels eines Verfahrens zur Identifizierung des zu identifizierenden Schiffs, wobei das Verfahren einen Schritt des Erzeugens aufweist,
4 und 5, Ansichtsbeispiele von Schiffen,
6, ein Ordinogramm eines Umsetzungsbeispiels eines Teils des Erzeugungsschritts,
7, eine schematische Ansicht eines geometrischen Bildes eines von einem Radar gesehenen Schiffs,
8, eine Ansicht, welche die Übergangsmatrix zwischen mehreren Koordinatensystemen veranschaulicht,
9, einen Graph, der die Zerlegung der Rotation in Rollen in einem Bezugssystem zeigt,
10, einen Graph, der die Zerlegung der Rotation in Stampfen in einem Bezugssystem zeigt,
11, eine Grafik der Punkteverteilung in einem Bezugssystem Distanz und radiale Geschwindigkeit,
12, ein ISAR-Bild eines von einem Radar gesehenen Schiffs, wobei das Bild durch Umsetzung des Bestimmungsverfahrens nach 6 erhalten wurde, und
13 bis 15, Beispiele für Bilder, bei verschiedenen Schritten des Identifizierungsverfahrens gemäß 3 erhalten wurden.
Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Situation, in welcher ein Kontrollflugzeug 6 ein zu identifizierendes Schiff 8 identifizieren muss.
In einem derartigen Beispiel ist das Kontrollflugzeug 6 ein Überwachungsflugzeug eines Fischereigebiets ZP.
Das Fischereigebiet ZP ist derart reglementiert, dass nur bestimmte Schiffstypen berechtigt sind, in dem Fischereigebiet ZP zu fischen.
Aus diesem Grund ist es wünschenswert, das zu identifizierende Schiff 8 identifizieren zu können, insbesondere weil eine direkte Abfrage des zu identifizierenden Schiffs 8 durch Beobachten des zu identifizierenden Schiffs 8 durch das Kontrollflugzeug 6 zu bestätigen wäre.
Das Kontrollflugzeug 6 ist damit imstande, ein Verfahren zur Identifizierung des zu identifizierenden Schiffs 8 durchzuführen.
Gemäß dem Beispiel der 1 und wie auf der 2 zu sehen ist, ist das Kontrollflugzeug 6 mit einem nicht dargestellten Radar, einem Bildschirm 10 und einer Grafikanzeigemaschine 12 ausgestattet.
Der Bildschirm 10 ist imstande, Bilder anzuzeigen.
Der Bildschirms 10 erlaubt, eine Anzeigefenstergröße zu definieren. Üblicherweise entspricht die Anzeigefenstergröße der Anzahl der Pixel, die von dem Bildschirm 10 kontrolliert werden.
Die Grafikanzeigemaschine 12 wird im folgenden Text einfacher als Grafikmaschine 12 (Grafikengine) bezeichnet.
Die Grafikmaschine 12 ist eine Einheit von Komponenten, die imstande sind, eine Anzeige eines Bildes umzusetzen.
Gemäß dem Beispiel der 1 weist die Grafikmaschine 12 einen Prozessor 14, einen Tiefenpufferspeicher 16 und einen Farbpufferspeicher 18 auf.
Der Prozessor 14 ist imstande, jede Komponente der Grafikmaschine 12 zu steuern und Rechenoperationen durchzuführen.
Die Tiefenpufferspeicher 16 wird ebenfalls gemäß der englischen Bezeichnung „Z-buffer” genannt, was „Z-buffer-Speicher” bedeutet.
Der Tiefenpufferspeicher 16 ist ein Speicher, der eine Tabelle speichert, die jedem Pixel eines Bildes die Distanz des Pixels zum Beobachter des Bildes zuordnet.
Genauer weist die Tabelle des Tiefenpufferspeichers 16 eine Größe auf, die mit dem Anzeigefenster identisch ist und für jedes Pixel des Anzeigefensters die Distanz des Pixels zum Beobachter gibt.
Der Farbpufferspeicher 18 wird ebenfalls als „Color-Buffer” bezeichnet.
Der Farbpufferspeicher 18 ist ein Speicher, der eine Tabelle speichert, die jedem Pixel eines Bildes die Farbe des Pixels in einer kolorimetrischen Datenbank zuordnet.
Die RGB-Datenbank oder die TSL-Datenbank sind zwei Beispiele für kolorimetrische Datenbanken.
Es wird jetzt die Funktionsweise eines Kontrollflugzeugs 6 unter Bezugnahme auf ein Umsetzungsbeispiel eines Verfahrens zur Identifizierung eines Schiffs gemäß den Ordinogramm der 3 beschrieben.
Das Identifizierungsverfahrens weist einen Empfangsschritt 30, einen Schritt des Erhalten der relativen Position des zu identifizierenden Schiffs und des Radars 32, einen Schritt des Erhaltens eines ersten ISAR-Bildes eines zu identifizierenden Schiffs 36, einen Bestimmungsschritt in Interaktion mit einer Bibliothek 20, einen Erzeugungsschritt 34, einen Vergleichsschritt 38 und einen Klassifizierungsschritt 40 auf.
Beim Empfangsschritt 30 wird eine Kennung der Art des zu identifizierenden Schiffs 8 empfangen.
Beispielsweise stellt das zu identifizierende Schiff 8 eine so genannte AIS-Kennung bereit, wobei die Kennung Informationen über den Namen des Schiffs, die Position des Schiffs, die Route des Schiffs und die Größe des Schiffs liefert.
Beim Schritt des Erhaltens 32 der relativen Position des zu identifizierenden Schiffs 8 und des Radars werden Informationen über die relative Position des zu identifizierenden Schiffs 8 und des Radars bereitgestellt.
Gemäß einem veranschaulichten besonderen Beispiel werden beim Schritt des Erhaltens 32 ebenfalls die folgenden Informationen bereitgestellt: für das Radar Position, Geschwindigkeit, Route und Zielrichtung und für das Schiff Position, Lage, Geschwindigkeit, Route sowie die Roll- und Stampfgeschwindigkeiten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der Schritt des Erhaltens 32 ebenfalls das Bereitstellen der Zielrichtung des Radars, der Distanz zwischen dem Schiff und dem Radar und des Präsentationswinkels des Schiffs.
Der Präsentationswinkels ist als der Winkel zwischen der Zielrichtung des Radars und der Achse des Schiffs definiert.
Als Variante oder Ergänzung umfasst der Schritt des Erhaltens 32 auch das Bereitstellen von Informationen über Bewegungen des Meeres, die Windrichtung oder die Windstärke.
Beim Schritt des Erhaltens 36 erhält man ein erstes ISAR-Bild des zu identifizierenden Schiffs 8.
Im beschriebenen Beispiel wird der Schritt des Erhaltens 36 durch Erfassen eines Bildes vom Radar des Kontrollflugzeugs 6 umgesetzt.
Als Variante wird das zu identifizierende Schiff 8 von einem Radar dargestellt, das zu einem anderen Schiff oder einem Flugzeug gehört, die in Interaktion mit dem Kontrollflugzeug 6 arbeiten.
Bei allen Ausführungsformen erhält man am Ende des Schritts des Erhaltens 36 ein erstes ISAR-Bild des zu identifizierenden Schiffs 8, wobei dieses erste Bild einem Bild entspricht, das unter realen Aufnahmebedingungen erhalten wird
Bei Bestimmungsschritt wird eine Gruppe von Kandidatenschiffen für das zu identifizierende Schiff 8 bestimmt.
Dafür wird die Bibliothek 20 verwendet, die geometrische Bilder einer Gruppe von Kandidatenschiffen speichert, wie auf den 4 und 5 dargestellt ist.
Gemäß dem Beispiel der 3 weist das Bestimmen eine Auswahl von Kandidatenschiffen aus einer Gruppe von Kandidatenschiffen gemäß einem Auswahlkriterium auf.
Zwecks Veranschaulichung ist das Auswahlkriterium ein Längenintervall des Kandidatenschiffs.
Gemäß einem anderen Beispiel oder als Ergänzung können mehrere Kriterien verwendet werden, wobei das Auswahlkriterium darin besteht, die Kandidatenschiffe mit einer anderen Kennung, insbesondere einer anderen AIS-Kennung, auszuschließen.
Am Ende des Bestimmungsschritts ist die Anzahl der in der Bibliothek 20 verfügbaren Kandidatenschiffe verringert.
Bei einigen Ausführungsformen wird die Anzahl der Kandidatenschiffe um 90% reduziert.
Die Anzahl der Kandidatenschiffe liegt im Allgemeinen unter einigen Hundert. Jetzt wird ein Schritt des Erzeugens eines zweiten ISAR-Bildes für jedes Kandidatenschiff durchgeführt.
Gemäß einem besonderen Beispiel wird der Erzeugungsschritt mittels Umsetzung eines Erzeugungsverfahrens durchgeführt, das unter Bezugnahme auf die 6 bis 11 beschrieben ist.
Das Erzeugungsverfahren erlaubt, ein ISAR-Bild eines vom Radar gesehenen Ziels zu erzeugen.
Das Ziel weist mehrere Teile auf, wobei mindestens zwei Teile eine unterschiedliche radiale Geschwindigkeit haben. Die radiale Geschwindigkeit ist in Bezug auf das Radar definiert, wobei die radiale Geschwindigkeit die Projektion der Geschwindigkeit auf der Ziellinie des Radars ist. Die Ziellinie des Radars ist die Gerade, die durch das Radar und das Zentrum des Ziels verläuft.
Im vorliegenden Beispiel ist das Ziel ein Kandidatenschiff, das vom Radar in der relativen Position des zu identifizierenden Schiffs 8 und des Radars gesehen wird.
Das Erzeugungsverfahren weist eine Bereitstellungsphase P1, eine Verarbeitungsphase P2 und eine eigentliche Erzeugungsphase P3 auf.
Allein die Verarbeitungsphase P2 ist von der 6 schematisch dargestellt.
Die Bereitstellungsphase P1 weist einen Schritt des Bereitstellens eines geometrischen Bildes auf, das das vom Radar gesehene Kandidatenschiff aufweist, wobei das Kandidatenschiff und das Radar in der relativen Position des zu identifizierenden Schiffs 8 und des Radars sind.
Ein geometrisches Bild ist ein Bild des Schiffs, das vom Radar so gesehen wird, als wenn das Schiff von einer Kamera gesehen worden wäre, die im sichtbaren Bereich operiert.
Das geometrische Bild erlaubt, mindestens das Äußere des Schiffs zu visualisieren, insbesondere seinen Rumpf und seine Aufbauten.
Gemäß einer Ausführungsform erlaubt das geometrische Bild, nur einen aufgetauchten Teil des Schiffs zu visualisieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform resultiert das geometrische Bild aus einer Rekonstruktion.
Beispielsweise wird angenommen, dass der Schritt des Bereitstellens das Bereitstellen eines geometrischen Bildes umfasst, das das vom Radar gesehene Schiff aufweist, wobei das Schiff und das Radar in der gewünschten relativen Position sind.
Das Versetzen in die relative Position wird von dem Prozessor 14 auf der Basis eines geometrischen Bildes vorgenommen, das insbesondere über den Schiffsbauer zugänglich ist.
Im Weiteren wird ein Referenz-Bezugssystem definiert. Beispielsweise liegt der Nullpunkt des Bezugssystems auf der Vertikalen des Radars und in der Höhe Null, wobei die Achsen eine X_ref nach Norden, eine Achse Y_ref nach Osten und eine Achse Z_ref nach unten sind.
Ebenfalls definiert ist ein mit dem Schiff verbundenes Bezugssystem. Das mit dem Schiff verbundene Bezugssystem weist einen Nullpunkt im Zentrum des Schiffs und drei Achsen auf, die eine Achse X_Schiff nach vorn, eine Achse Y_Schiff nach rechts und eine Achse Z_Schiff nach unten sind.
Genauer gesagt, wird das Schiff bei der Rekonstruktion bei Verwendung seiner relativen Position mit dem Radar sowie seiner drei Lagewinkel (Kurs, Stampfen und Rollen) in der Höhe Null eingesetzt.
Ferner wird ebenfalls eine Umgebung eingesetzt, um eine ebene horizontale Fläche mit einer bestimmten Farbe in der Höhe Null zu erhalten, welche das Meer darstellt.
Danach wird eine orthographische Projektion der Einheit, bestehend aus Schiff und Umgebung, durchgeführt.
Die orthographische Projektion hängt von der Größe des Anzeigefensters und der Schnittebenendistanz gemäß der Zielachse (nahe Ebene und entfernte Ebene) ab.
Alle vorangehenden Operationen werden gemäß einer Ausführungsform von der Grafikmaschine 12 durchgeführt.
Ein Beispiel eines geometrischen Bildes, das nach Abschluss der Umsetzung des Schritts des Bereitstellens erhalten wird, ist insbesondere auf der 7 dargestellt.
Auf diesem Bild ist das Schiff mit N bezeichnet und die Umgebung, die das Meer ist, ist mit E bezeichnet.
Die Verarbeitungsphase P2 weist gemäß dem Beispiel der 6 einen Anzeigeschritt 50 eines Bildes, einen Schritt des Erhaltens 52 von besonderen Pixeln des Bildes, einen Berechnungsschritt 54 und einen Simulationsschritt 56 auf.
Beim Anzeigeschritt 50 wird das geometrische Bild angezeigt, das beim Bereitstellungsschritt erhalten wurde.
Das geometrische Bild wird mit Hilfe der Grafikmaschine 12 angezeigt.
Beim Anzeigeschritt werden der Tiefenpufferspeicher 16 und der Farbpufferspeicher 18 auf einen vorbestimmten Wert initialisiert, der einem Löschungswert entspricht.
Die Anzeige ändert den Tiefenwert für einige Pixel des Tiefenpufferspeichers 16 und wirft für jedes Pixel des Farbpufferspeichers 18 einen Farbwert aus.
Beim Schritt des Erhaltens 52 von Pixeln werden die Punkte des geometrischen Bildes erhalten, die einem Teil des Schiffs N entsprechen.
Dadurch können die Pixel entfernt werden, die Teil der Umgebung E oder die Teile des Schiffs sind, die von der Umgebung E verdeckt werden.
Dafür werden beim Schritt des Erhaltens Koordinaten jedes Punkts des geometrischen Bildes ermittelt, die einem Teil des Schiffs N entsprechen.
Gemäß dem veranschaulichten Beispiel weist die Detektion das Vergleichen der Werte des Tiefenpufferspeichers 16 vor dem Anzeigen des geometrischen Bildes und nach dem Anzeigen des geometrischen Bildes auf.
Damit erhält man Pixel, für die der Wert des Tiefenpufferspeichers 16 durch die Anzeige verändert ist, die Pixel sind, die einem Teil des Schiffs und gegebenenfalls der Umgebung entsprechen.
Da das geometrische Bild beim Schritt des Erhaltens 52 ebenfalls die Umgebung E des Schiffs N aufweist, wird ein Schritt des Entfernens der Punkte durchgeführt, die der Umgebung E entsprechen.
Gemäß dem veranschaulichten Beispiel weist der Schritt des Entfernens das Vergleichen der Werte des Farbpufferspeichers vor dem Anzeigen und nach dem Anzeigen auf.
Dies erlaubt, Pixelkandidaten zu erhalten, unter denen eine Auswahl durchgeführt wird, um die Pixel auszuwählen, die einer vorbestimmten Farbe entsprechen.
Beispielsweise ist die vorbestimmte Farbe Blau für das Meer.
Da gemäß einer Ausführungsform eine kolorimetrische RGB-Datenbank verwendet wird, sind die ausgewählten Pixelkandidaten die Pixel, die eine vorherrschende Blaukomponente haben (beispielsweise über 75%, wobei die Summe der Rot- und Grünkomponenten unter 25% ist).
Die ausgewählten Pixelkandidaten werden danach entfernt.
So erhält man beim Schritt des Erhaltens 52 von Pixeln werden die Punkte des geometrischen Bildes, die einem Teil des Schiffs N entsprechen.
Die Schritte des Berechnens 54 und des Simulierens 56 werden für jeden Punkt des geometrischen Bildes durchgeführt, der einem Teil des Schiffs N entspricht.
Dies wird vom Test 58 veranschaulicht, sobald ein Pixel, das einem Teil des Schiffs N entspricht, nicht in dem Bild verarbeitet wurde, werden die Schritte des Berechnens 54 und des Simulierens 56 wiederholt, was der Pfeil 60 auf der 6 zeigt. Wenn alle Pixel, die einem Teil des Schiffs N entsprechen, verarbeitet wurden, erhält man das Ergebnis, was von dem Ergebnis 62 auf der 6 veranschaulicht wird.
Der Berechnungsschritt 54 weist zum einen das Bestimmen der Distanz zwischen dem betrachteten Teil des Schiffs N und dem Radar und zum anderen das Bestimmen der radialen Geschwindigkeit des Teils des Schiffs N auf.
Zunächst wird die Distanz zwischen dem betrachteten Teil des Schiffs N und dem Radar festgestellt.
Beispielsweise wird für die Pixel, die dem Schiff N entsprechen, für jedes der Pixel die Position berechnet.
Dafür wird der Wert V aus dem Tiefenpufferspeicher 16 ausgelesen, um die Distanz zwischen dem Radar und dem betrachteten Teil des Schiffs N bereitzustellen.
Der ausgelesene Wert V ist ein Standardwert, beispielsweise zwischen 0 und 1.
Dann wird die Distanz mit der folgenden Formel berechnet: D = d_p + V × (d_l – d_p) wobei:

• D die orthographische Distanz ist,
• d_p und d_l die Distanzen der zwei Schnittebenen definieren, die in der orthographischen Wiedergabeprojektion der Szene verwendet werden.

Danach wird die Position eines Pixels in der Anzeigeebene senkrecht zur Ziellinie bestimmt. Eine derartige Bestimmung wird insbesondere von der 8 veranschaulicht.
Die Position entspricht den drei Koordinaten X, Y und Z, wobei diese Koordinaten von den folgenden Beziehungen gegeben werden:
wobei:

• R und C die Positionen des Pixels in Koordinaten auf dem Bildschirms 10 sind (wobei sich der Nullpunkt in der unteren linken Ecke befindet),
• L die horizontale Dimension der orthographischen Projektion der Wiedergabe der Szene in Metern bezeichnet, wogegen L (in Pixeln) die horizontale Dimension des Bildschirms 10 gibt, und
• H die vertikale Dimension der orthographischen Projektion der Wiedergabe der Szene in Metern bezeichnet, wogegen H (in Pixeln) die vertikale Dimension des Bildschirms 10 gibt.

Danach werden die drei Koordinaten X, Y und Z in Koordinaten des Pixels umgewandelt.
Eine derartige Umwandlung nutzt beispielsweise den Fakt, dass im Referenzbezugssystem die Zielgerade von A Azimutwinkel (Rotationswinkel in horizontaler Ebene) und S EI-Winkel (Rotationswinkel in vertikaler Ebene) bestimmt wird sowie den Fakt, dass die Projektion orthographisch ist.
Daraus ergibt sich, dass die Umwandlung durch Anwenden der folgenden Übergangsformel durchgeführt wird:
wobei X_r, Y_r und Z_r die Koordinaten des Pixels im Referenzbezugssystem R bezeichnen.
Danach wird die Distanz D zwischen dem Radar und dem Pixel mit der folgenden Formel berechnet:
In einem zweiten Schritt wird die radiale Geschwindigkeit des Schiffsteils bestimmt.
Das Schiff bewegt sich mit einer Geschwindigkeit V_x auf der Achse X seines Bezugssystems und den Rotationsgeschwindigkeiten Ω_t Stampfen und Ω_r Rollen. Der Rotationsvektor Stampfen befindet sich auf der Achse Y, der Rotationsvektor Rollen auf der Achse X. Die Komponenten der Geschwindigkeit des Pixels, die auf den 9 (Bezug auf die Rollrotation) und 10 (Bezug auf das Stampfen) mit den Punkten P und Q bezeichnet sind, können in dem mit dem Schiff verbundenen Bezugssystem folgendermaßen ausgedrückt werden: V → = V_xX → + OPΩ_ru → + OQΩ_tv →
Diese Geschwindigkeit wird danach unter Verwendung der Kehrmatrix der Übergangsmatrix des Referenzbezugssystems zum Bezugssystem des Schiffs im Referenzbezugssystem ausgedrückt.
Nennen wir die Übergangsmatrix des Referenzbezugssystem zum Bezugssystem des Schiffs M. Die Matrix M wird klassisch unter Verwendung der drei Lagewinkel des Schiffs Kurs, Stampfen und Rollen berechnet. Die Koordinaten des Pixels in dem mit dem Schiff verbundenen Bezugssystem sind gegeben durch:
wobei (X_n, Y_n, Z_n) die Koordinaten des Nullpunkts des Schiffs im Referenzbezugssystem darstellt.
Durch Verwendung in diesem Bezugssystem der Geschwindigkeit des Pixels V →_P und der Geschwindigkeit des Radars V →_O, die zuvor bereitgestellt wurden, wird die radiale Geschwindigkeit durch die Gleichung ausgedrückt: V_R = (V →_P – V →_O) × 1 / DOP →
Danach wird der Simulationsschritt 56 durchgeführt.
Dafür wird die vom Radar erhaltene Signalamplitude durch willkürliche Auswahl eines Wertes aus einer Vielzahl von Werten simuliert.
Dafür weist die Vielzahl von Werten über 10 unterschiedliche Werte auf, vorzugsweise über 100 unterschiedliche Werte.
Beispielsweise weist gemäß dem beschriebenen Beispiel die Vielzahl von Werten 256 Werte auf, nämlich ganze Werte, im weiten Sinne zwischen 0 und 255 inklusive.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Auswahl eine uniforme Zufallsauswahl.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform folgt die Auswahl einer Normal- oder Gaußschen Verteilung.
Gemäß einer dritten Ausführungsform wird die Auswahl von der Höhe der Pixel in Bezug zum Meeresspiegel gewichtet.
Symbolisch entspricht die gesamte Umsetzung der Simulationsschritte 56 für die Grafik der Punkteverteilung in einem Bezugssystem Distanz und radiale Geschwindigkeit der Wahl eines Wertes für jeden der dargestellten Punkte, wie auf der 11 dargestellt. In dieser Grafik fällt der Nullpunkt der horizontalen Achse mit der Distanz des Nullpunkts des Schiffs zusammen, und der Nullpunkt der vertikalen Achse entspricht einer radialen Geschwindigkeit Null.
Die Erzeugungsphase P3 weist einen Konstruktionsschritt des erzeugenden Bildes auf, wobei jeder Punkt des zu erzeugenden Bildes eineindeutig einem Punkt des geometrischen Bildes zugeordnet ist und als Koordinaten die bestimmte Distanz, die bestimmte Geschwindigkeit und den Zufallswert des betrachteten Punkts des geometrischen Bildes hat.
Damit erhält man für jedes Kandidatenschiff ein ISAR-Bild, wie schematisch auf der 12 dargestellt ist.
Danach wird der Vergleichsschritt 38 durchgeführt. Beim Vergleichsschritt 38 wird das erste ISAR-Bild mit jedem erzeugten zweiten ISAR-Bild verglichen. Dadurch erhält man für jedes erzeugte zweite ISAR-Bild einen Ähnlichkeits-Punktwert.
Gemäß einem Beispiel wird der Vergleichsschritt durch Berechnen einer Korrelation zwischen dem ersten ISAR-Bild mit jedem erzeugten zweiten ISAR-Bild umgesetzt, wobei der Ähnlichkeits-Punktwert der Korrelationswert ist.
Als besonderes Beispiel verwendet die Korrelation eine spezielle Metrik. Die Kullback-Leiber-Divergenz oder die Itakura-Saito-Distanz sind zwei Beispiele für eine Metrik, die in diesem Kontext in vorteilhafter Weise verwendet werden kann.
Danach wird der Klassifizierungsschritt 40 durchgeführt.
Dafür werden die im Vergleichsschritt 38 erhaltenen Ähnlichkeits-Punktwerte klassifiziert.
Gemäß einem besonderen Beispiel weist das Verfahren das Anzeigen der zweiten ISAR-Bilder, die für jedes Kandidatenschiff erzeugt wurden, mit einer abnehmenden Reihenfolge des Ähnlichkeits-Punktwerts auf.
Der Bediener muss nur noch die automatisch durchgeführt Erkennung bestätigen.
Die Effizienz des Verfahrens versteht man sofort, wenn man die 13 bis 15 vergleicht. Für dasselbe Kandidatenschiff entspricht die 13 einem ISAR-Bild, das in einem beliebigen Winkel von dem Erzeugungsverfahren erhalten wird, wogegen die 14 einem ISAR-Bild entspricht, das mit dem richtigen Winkel mittels Umsetzung des vorgeschlagenen Verfahrens aufgenommen wurde. Der visuelle Vergleich mit dem Bild der 15, das einem realen ISAR-Bild entspricht, zeigt gut, dass die Identifizierung mit der 14 einfacher ist als mit der 13.
Dies zeigt, dass das Verfahren zur Identifizierung eines Schiffs einfacher und präziser umzusetzen ist als die Identifizierungsverfahren nach dem Stand der Technik.
Die Einfachheit resultiert insbesondere aus dem beim Erzeugungsschritt verwendeten Erzeugungsverfahren
Das allgemeine Prinzip des Erzeugungsverfahrens ist folgendes: Anzeigen über die Grafikmaschine 12 des mit dem Radar aufgeklärten Schiffs N bei Berücksichtigung seiner relativen Position und seiner Präsentationswinkel; für jedes Pixel des Bildes des Schiffs N, Berechnen seiner Position und seiner Distanz zum Radar; bei Kenntnis der Stampf- und Roll-Rotationsgeschwindigkeiten des Schiffs und der Position des Pixels, Berechnen seiner Geschwindigkeit, danach seiner radialen Geschwindigkeit; Zufallsauswahl eines Wertes, der das Niveau des von diesem Pixel zurückgeschickten Signals repräsentiert (codiert von 0 bis 255 beispielsweise) und, bei Kenntnis der Distanz und der radialen Geschwindigkeit, Einsetzen des Punkts in das ISAR-Bild.
Zusammenfassend kann man sagen, dass das Erzeugungsverfahren erlaubt, auf der Basis des geometrischen Bildes eines Schiffs N, das über eine Grafikmaschine 12 gemäß dem Präsentationswinkels des Schiffs N und dem Zielwinkel des Radars angezeigt wird, die Distanz der Punkte des Schiffs zu erhalten, die von dem Radar aufgeklärt wurden und damit ihre Position.
Damit erleichtert das Erzeugungsverfahren die Umsetzung des Erzeugens von ISAR-Bildern.
Mit dem Erzeugungsverfahren wird die Verwendung der Verbreitungsgleichung von Radarwellen vermieden.
Das Erzeugungsverfahren verwendet lediglich die Geometrie des Schiffs, die in einer Datei eines handelsüblichen Formats enthalten ist. Es wird kein Bezug mehr zu den Materialien oder Reflexionskoeffizienten der Aufbauten des Schiffs hergestellt.
Das Erzeugungsverfahren wird mit Hilfe der Kapazitäten einer Grafikmaschine 12 umgesetzt. Die mit der Anzeige verbundenen Berechnungen werden nämlich voll und ganz von der Grafikmaschine 12 durchgeführt. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Berechnungen auf die Grafikmaschine 12 verlagert werden. Dadurch wird der Einsatz eines speziellen Prozessors vermieden.
Damit kann das Erzeugungsverfahren eines ISAR-Bildes einfacher umgesetzt werden, wobei gleichzeitig mindestens die Präzision des Erzeugungsverfahrens beibehalten wird, das auf einer Zerlegung des Objekts in elementare Facetten beruht.
Dies beweist gut, dass das Verfahren zur Identifizierung eines Schiffs einfacher und präziser umzusetzen ist als die Identifizierungsverfahren nach dem Stand der Technik.
Andere Varianten, die Kombinationen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen entsprechen, sind für das Verfahren zur Identifizierung des zu identifizierenden Schiffs 8 ebenfalls möglich.
Insbesondere ist es möglich, das Verfahren zur Identifizierung des Schiffs mit einem Rechnerprogrammsystem und -produkt durchzuführen. Die Umsetzung dieses Verfahrens wird durch die Interaktion des Rechnerprogrammprodukts mit dem System erlaubt.
Das System ist ein Rechner.
Allgemeiner ist das System ein elektronischer Rechner, der imstande ist, Daten zu verarbeiten und/oder umzuwandeln, die als elektronische oder physikalische Quantitäten in Registern des Systems und/oder Speichern in Form anderer ähnlicher Daten vorhanden sind, die physikalischen Daten in den Speichern, Registern oder anderen Anzeige-Übertragungs- oder Speichervorrichtungstypen entsprechen.
Das System weist einen Prozessor auf, der eine Datenverarbeitungseinheit, Speicher und ein Lesegerät von Informationsmedien umfasst. Das System umfasst ebenfalls eine Tastatur und eine Anzeigeeinheit.
Das Rechnerprogrammprodukt umfasst ein lesbares Informationsmedium.
Ein lesbares Informationsmedium ist ein von dem System, üblicherweise von der Datenverarbeitungseinheit, lesbares Medium. Das lesbare Informationsmedium ist ein Medium, das geeignet ist, elektronische Befehle zu speichern und das in der Lage ist, an einen Bus eines EDV-Systems gekoppelt zu sein.
Beispielsweise ist das lesbare Informationsmedium eine Disk oder eine Floppy-Disk (von der englischen Bezeichnung „floppy disk”), eine optische Diskette, ein CD-ROM, eine magnetoptische Diskette, ein ROM-Speicher, ein RAM-Speicher, ein EPROM-Speicher, ein EEPROM-Speicher, eine Magnetkarte oder eine optische Karte.
Auf dem lesbaren Informationsmedium ist ein Rechnerprogramm gespeichert, das Programmbefehle umfasst.
Das Rechnerprogramm ist auf eine Datenverarbeitungseinheit ladbar und ausgebildet, um die Umsetzung eines wie zuvor beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn das Rechnerprogramm auf der Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird.

Claims

Verfahren zur Identifizierung eines Schiffs, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – Erhalten eines ersten ISAR-Bildes eines zu identifizierenden Schiffs (8) und der relativen Position des zu identifizierenden Schiffs (8) und des Radars, – Bestimmen einer Gruppe von Kandidatenschiffen für das zu identifizierende Schiff (8), – Erzeugen eines zweiten ISAR-Bildes für jedes Kandidatenschiff, – Vergleichen des ersten ISAR-Bildes mit jedem erzeugten zweiten ISAR-Bild, um für jedes erzeugte zweite ISAR-Bild einen Ähnlichkeits-Punktwert zu erhalten, und – Klassifizierung der Ähnlichkeits-Punktwerte, wobei der Schritt des Erzeugens jedes zweiten ISAR-Bildes mindestens die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen eines geometrischen Bildes, das das vom Radar gesehene Kandidatenschiff aufweist, wobei das Kandidatenschiff und das Radar in der relativen Position des zu identifizierenden Schiffs und des Radars sind, – für jeden Punkt des geometrischen Bildes, das einem Teil des Kandidatenschiffs entspricht, Bestimmen der Distanz zwischen dem Teil des betrachteten Kandidatenschiffs und dem Radar und der radialen Geschwindigkeit des Teils des Kandidatenschiffs, – für jeden Punkt des geometrischen Bildes, der einem Teil des Kandidatenschiffs entspricht, Simulieren der vom Radar erhaltenen Signalamplitude durch Zufallsauswahl eines Wertes aus einer Vielzahl von Werten, – Konstruieren des zu erzeugenden Bildes, wobei jeder Punkt des zu erzeugenden Bildes eineindeutig einem Punkt des geometrischen Bildes zugeordnet ist und als Koordinaten die bestimmte Distanz, die bestimmte radiale Geschwindigkeit und den Zufallswert des betrachteten Punkts des geometrischen Bildes hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen eine Auswahl von Kandidatenschiffen aus einer Gruppe von Kandidatenschiffen gemäß einem Auswahlkriterium aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Auswahlkriterium ein Längenintervall des Kandidatenschiffs ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Verfahren das Empfangen einer Kennung der Art des zu identifizierenden Schiffs (8) aufweist, wobei das Auswahlkriterium darin besteht, die Kandidatenschiffe zu entfernen, die eine andere Kennung haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Vergleichsschritt durch Berechnen einer Korrelation zwischen dem ersten ISAR-Bild mit jedem erzeugten zweiten ISAR-Bild umgesetzt wird, wobei der Ähnlichkeits-Punktwert der Korrelationswert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren das Anzeigen der zweiten ISAR-Bilder, die für jedes Kandidatenschiff erzeugt wurden, mit einer abnehmenden Reihenfolge des Ähnlichkeits-Punktwerts aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schritt des Erzeugen jedes zweiten ISAR-Bildes die Detektion der Koordinaten jedes Punkts des geometrischen Bildes aufweist, der einem Teil des Kandidatenschiffs entspricht, und der Schritt des Erzeugen jedes zweiten ISAR-Bildes das Anzeigen des geometrischen Bildes durch eine Grafikmaschine (12) aufweist, die einen Tiefenpufferspeicher (16) aufweist, und die Detektion das Vergleichen der Werte des Tiefenpufferspeichers (16) vor dem Anzeigen und nach dem Anzeigen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Detektion ebenfalls die Umwandlung der Tiefe in Koordinaten aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das geometrische Bild ebenfalls die Umgebung (E) des Schiffs aufweist und der Schritt des Erzeugens jedes zweiten ISAR-Bildes einen Schritt des Entfernens der Punkte aufweist, die der Umgebung (E) entsprechend, und das Anzeigen des geometrischen Bildes durch eine Grafikmaschine (12) einen Farbpufferspeicher (18) aufweist, wobei der Schritt des Entfernens das Vergleichen der Werte des Farbpufferspeichers (18) vor dem Anzeigen und nach dem Anzeigen aufweist.
Rechnerprogrammprodukt, das für die Umsetzung eines Verfahrens zur Identifizierung eines Schiffs nach einem der Ansprüche 1 bis 9 geeignet ist.