DE19713516A1 - Verfahren und Einrichtung zur passiven Bahnbestimmung eines Strahlungsemittenten - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur passiven Bahnbestimmung eines StrahlungsemittentenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum passiven Bestimmen einer Fortbewegungsbahn eines
eine vorzugsweise akustische Strahlung aussenden Emittenten gemäß dem Oberbegriff des Pa
tentanspruchs 1. Außerdem beinhaltet die Erfindung eine Einrichtung zur Ausführung des Verfah
rens nach Anspruch 1.
Für den Unterwasserwaffeneinsatz, z. B. Torpedoabschuß, von einem Unterwasserfahrzeug aus
auf feindliche Ziele müssen möglichst frühzeitig deren Fortbewegungsbahnen bekannt sein, damit
ein als Ziel ausgewähltes Objekt so schnell wie möglich bekämpft werden kann oder andere
taktische Maßnahmen ergriffen werden können.
Die bekanntesten, weitreichendsten Unterwasser-Ortungsmittel benutzen dazu passive Verfahren,
die von den akustischen Signaturen der aufzuklärenden Objekte ausgehen. Diese Vorgehensweise
bietet den Vorteil, daß sich das ortende Unterwasserfahrzeug durch seinen Ortungsvorgang nicht
verrät. Leider ergeben die dazu benutzten "SONAR" genannten Anlagen nur einen Peilwert (d. h.
eine Winkelinformation) zum Objekt, nicht jedoch seine Entfernung und auch nicht die
Geschwindigkeit und den Kurs des Objektes.
Die Aufgabe der Bahnbestimmung besteht deshalb darin, aus den Passiv-Peilungen vom sich
bewegenden Unterwasserfahrzeug aus zum Objekt ohne eigene Behinderung durch Kursmanöver
möglichst schnell die Navigationsdaten für einen Waffeneinsatz zu ermitteln.
Aus der Literatur [1] bis [5] sind Bahnbestimmungen für mit gleichmäßiger Geschwindigkeit
geradeaus laufende Objekte bekannt, die vornehmlich von Ubooten aus als zu bekämpfende Ziele
verfolgt werden. Diese auf Passivpeilungen basierenden Verfahren verlangen aber vom Uboot als
sich bewegende Meßplattform, daß es Manöver mit unvorteilhaften Kursänderungen fährt. Die
Ubootsbahn ist eine Art Schlangen- oder Zick-Zack-Linie mit geraden Teilstrecken, den Legs,
zwischen den Kursänderungen. Die Kursänderungen wirken sich besonders nachteilig bei
nachgeschleppten Sensorketten aus.
Die Forderung für die Kursmanöver resultiert aus den immer ähnlichen mathematischen Lösungs
ansätzen der in den Verfahren verwendeten Filter für die Zielbahngenerierung, mit denen direkt
der Ort und die Geschwindigkeit des Zieles für die aktuelle Peilung ermittelt werden sollen. Diese
bisher unvermeidbaren Kursänderungen stellen nicht nur eine gravierende taktische Behinderung
dar, sondern sie verzögern die Zielbahngenerierung auch erheblich. Bisherige Verfahren liefern
deshalb erst in ca. 10 min bis 17 min nach der ersten Ortung eine Lösung, weil mindestens zwei
Kursänderungen notwendig sind. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine
Einrichtung dazu zu schaffen, die es einem eine Zielbahn suchenden Uboot gestattet, diese auf
einer nur geradeaus gerichteten Eigenbootsbahn zu ermitteln.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit dem kennzeichnenden Teil des
Patentanspruches 1 gelöst. Darüber hinaus umfaßt die Erfindung im Anspruch 2 eine Einrichtung
zum Vollzug des Verfahrens. Mit der Erfindung ist es nunmehr möglich, nach nur vier Peilungen,
die auf einer einfach vorwärts gerichteten Eigenbootsbahn festgestellt wurden, eine genaue
Bahnbestimmung des aufgeklärten Objekts vornehmen zu können.
Der Anspruch 2 zeigt eine Lösung zu einer Einrichtung für das Verfahren nach Anspruch 1. Sie
weist Funktionselemente zur Feststellung des jeweils eigenen Standortes, einen Speicher für die
Datenablage und ihre Bereithaltung für eine gleichfalls gespeicherte verfahrensgemäße
Berechnungssoftware und eine Ausgabestufe zur reagiblen Aktion. Mit der Weiterführung nach
Anspruch 3 wird für vorzugsweise GPS-empfangsfähige Fahrzeuge eine Genauigkeitssteigerung
über die damit exakter zur Verfügung stehende Eigenposition erreicht.
Der Anspruch 4 bezieht sich dagegen auf die Möglichkeit der Positionsbestimmung für Fahr
zeuge, ohne die Möglichkeit externe Navigationshilfen in Anspruch nehmen zu können.
Nach Anspruch 5 ist es vorgesehen, die von einem Rechner nach einer erfindungsgemäßen Soft
ware ermittelten Bahndaten einem Betrachter bildlich darzustellen.
Weil die Ausrechnung der Bahn vorzugsweise mit einem softwaregesteuerten Computer vor
genommen wird, liegen die Daten in elektromagnetisch kodierter Form vor. Die Weiterbildung
der Erfindung nach Anspruch 6 sieht ihre Weiterleitung an eine Einheit zur automatischen Aus
wahl, Programmierung und Abfeuerung einer zur Zielbekämpfung geeigneten Waffe vor. Die
Maßnahme kann auch nur auf einen Teil beschränkt sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 erklarend ergänzt und wird
nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt die Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung; die Fig.
2 eine Skizze des Datenerkundungs-Szenarios.
Die Erfindung geht von dem Ansatz aus, daß das Verhältnis der vom Emittenten zurückgelegten
Strecken dem Verhältnis der dazu benötigten Zeiten entspricht, wenn der Emittent mit konstanter
Geschwindigkeit geradeaus fährt:
(Strecke i)/(Strecke j) = (benötigte Zeit i)/(benötigte Zeit j).
Zur Streckenberechnung wird ein zusätzlicher Punkt (xs, ys) auf der Emittentenbahn angenommen.
Die von den Zielbahndaten zu erfüllenden Kriterien für die Zeiten ti, tj sind danach
für z. B. i = 2 und j = 1 und für i = 3 und j = 2.
Wie gezeigt werden kann, hängt Tij nur ab von
- - den zu den Zeiten tn ermittelten und damit bekannten Peilungen ϕ(tn), den eigenen Positionen xe(tn), ye(tn) und
- - den zusätzlich angenommenen zeitunabhängigen Zielkoordinaten (xs, ys) und dem konstanten Zielkurs ψ.
Da der Schnittpunkt (xs, ys vorgebbar ist, wird er zweckmäßigerweise so gewählt, daß eine
Koordinate aus der anderen berechenbar ist, im Beispiel wird ys berechnet. In den Gleichungen für
die Berechnung der Streckenverhältnisse bleiben dann nur eine Koordinate xs oder ys, im Beispiel
ist es xs, und der Zielkurs ψ, als unbekannte Größen übrig. Durch EDV-gestützte Suchstrategien
lassen sich diese Variablen iterativ schnell genug so bestimmen, daß die Kriterien Tij erfüllt sind
und die Lösung rechtzeitig genug vorliegt.
Zur Bahnbestimmung eines von einem Uboot anzugreifenden Zieles mit konstantem Kurs ψ und
gleichbleibender Geschwindigkeit V auf einer Bahn durch die angenommenen, den Peilungen
zugeordneten Punkte (xz, yz) sind danach folgende Schritte auszuführen:
Es wird eine erste Peilung ϕ(t0) auf das Ziel zum Zeitpunkt t0 vorgenommen. Zur Verfügung steht
dem Uboot hierfür eine sogenannte SONAR-Anlage 1, die den Peilwinkel zum Ziel nach dessen
emittierten Schall und einem Empfang mit Hydrophonen ermitteln.
Die Daten zum Zeitpunkt t0, Eigenposition (xe, ye), Peilwinkel ϕ und die lokale Uhrzeit t0 vom
Zeitgeber 2, werden einem Speicher 4, der zur in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Einrich
tung gehört, zur späteren Verarbeitung abgelegt.
Das Uboot führt ab dem Zeitpunkt t0 bis zu einem nächsten Zeitpunkt t1 mit einer ersten mittleren
Geschwindigkeit geradeaus. Zum Zeitpunkt t1 wird ein weiterer Datensatz analog wie zum
Zeitpunkt t0 ermittelt und im Speicher 4 gespeichert.
Der Vorgang wird mit zwei weiteren unterschiedlichen, mittleren Geschwindigkeiten zu den Zeit
punkten t2 und t3 wiederholt. Die Fig. 2 veranschaulicht dieses Szenario. Aus den im Speicher 4
abgelegten Daten, den Peilungen ϕ zu den Zeitpunkten t0 bis t3, den Eigenbootskoordinaten
(xe, ye) an diesen Zeiten und aus den Koordinaten (xs, ys) für einen beliebig vorgebbaren, aber noch
nicht bekannten Punkt auf der Zielbahn als Aufpunkt, z. B. ein geschätzter Schnittpunkt eines
beliebigen, möglichen Peilstrahles mit der Zielbahn, werden die den Peilungen und damit den
Zeiten zugeordneten Zielorte (xz, yz) des Zieles mit Kurs ψ aus
und
yz = ys + (xz - xs).ctg(ψ) bzw. yz = ye + (xz - xe).ctg(ϕ)
und die vom Ziel zurückgelegten Strecken aus
von der Datenverarbeitungseinrichtung 3 nach einem entsprechend gestalteten im Speicher 4
abgelegten Softwareprogramm berechnet. Ein Peilstrahl wird deshalb gewählt, damit mit Sicherheit
ein Schnittpunkt mit der Zielbahn existiert.
Weil verfahrensgemäß die vom Ziel zurückgelegten Strecken im gleichen Verhältnis stehen wie
die zum Durchfahren benötigten Zeiten, ergibt sich als von den Variablen zu erfüllendes Kriterium
für z. B. (i, j) = (2,1) und (i, j) = (3,2) oder daraus abgeleitete Gleichungen.
Da die Peilung des Schnittpunktes vorgegeben wurde, läßt sich zum Beispiel ys aus xs berechnen
und es bleiben nur die Variablen var1=xs und var2=ψ als zu bestimmende Größen übrig. Durch
EDV-gestützte iterative Suchstrategien lassen sich diese Variablen schnell genug bestimmen, so
daß die Kriterien erfüllt sind und die Lösung rechtzeitig genug vorliegt.
Die ermittelten Bahndaten werden an die Ausgabestufe 5 geleitet zur Darstellung auf einem Plot
ter 6 oder Bildschirm 7. Eine andere Lösung sieht vor, die Daten auch oder alternativ direkt einer
Einheit zur Auswahl einer geeigneten Waffe und deren Programmierung zuzuleiten. Diese Einheit
kann gleichzeitig auch das automatische Abfeuern der Waffe auslösen.
Zur Verdeutlichung des in der Software zum Steuern der Datenverarbeitungseinrichtung 3 im
Speicher 4 abgelegten Programmes zur Bahnberechnung wird nachfolgend der mathematische
Hintergrund näher erläutert. Die Fig. 3 und 4 stützen diese Erklärung. Fig. 3 zeigt die Ge
rade im Raum mit Kurswinkel ψ und Neigungswinkel α; Fig. 4 eine beispielhafte Eigenschiffs
bahn und den Pellstrahl mit den zugehörigen Vektoren.
Mit dem Parameter λ gilt für eine Gerade (λ)=(x(λ), y(λ), z(λ)) im Raum
(λ) = 0+λ.(1-0) mit (λ=0) = 0 und (λ=1) = 1.
(λ) ist ein Vektor vom Koordinatenursprung zu einem Punkt auf der Geraden. 0 ist der
Vektor zum Aufpunkt der Geraden und (0-1) ist ein Richtungsvektor in der Richtung der
Geraden von 0 nach 1, wie Fig. 3 zeigt.
Die Projektion ρ von = (x, y, z) auf die horizontale Ebene ist
ρ= ( - (0, 0, z)) = (x, y, 0), also (λ = ρ(λ) + (0, 0, z(λ)).
Wegen
( - 0)/| - 0| = (1 - 0)/|1 - 0|
ist ( - 0)/| - 0 der Richtungsvektor der Geraden mit der Länge eins. Ebenso ist
(ρ - ρ0)/|ρ - ρ0| = (ρ1 - ρ0/|ρ1 - ρ0|
der Richtungsvektor der Projektion mit der Länge eins. Die positive Richtung ist diejenige
Richtung, in die ein Punkt auf der Geraden mit wachsendem Parameter wandert.
Im geografischen Koordinatensystem ist der Kurswinkel ψ einer Geraden der Winkel zwischen
der Nordrichtung, i.a. die positive Richtung (0, 1, 0) der y-Achse, und der positiven Richtung der
Projektion ρ der Geraden auf die horizontale Ebene:
cos(ψ) = (0, 1, 0).(ρ - ρ0)/|ρ - ρ0| = (y - y0)/|ρ - ρ0.
ψ ist für eine Gerade konstant.
Der Neigungswinkel α einer Geraden ist der Winkel zwischen der positiven Richtung der
Projektion und der positiven Richtung der Geraden:
cos(α) = ρ - ρ0).( - 0)/(|ρ - ρ0|.| - 0|)
Auch α ist für eine Gerade konstant.
Wegen (ρ - ρ0).( - 0) = |ρ - ρ0|2 ist cos(α)= |ρ - ρ0|/| - 0|.
Allgemein ist damit für eine Gerade im Raum mit Kurs ψ und Neigung α
(ρ - ρ0 = |ρ - ρ0|.(sin(ψ), cos(ψ), 0), (1a)
( - 0) = | - 0|.(cos(α)sin(ψ), cos(α)cos(ψ), sin(α)), (1b)
( - 0) = |ρ - ρ0|.(sin(ψ), cos(ψ), tg(α)), (1c)
( - 0) = (x - x0).(1, ctg(ψ), tg(α)/sin(ψ)) für ψ ≠ 2nπ und x als Parameter. (1d)
( - 0) = (t - t0). ν für konstante Geschwindigkeit ν und der Zeit t als Parameter. (1e)
Für verschiedene Zeiten ti und tj ist wegen der Zeitunabhangigkeit von ψ und α für eine Gerade
das Verhältnis der zurückgelegten Strecken gleich dem Verhältnis der dazu benötigten Zeiten:
Für die Probleme der Zielbahngenerierung sind im geografischen Koordinatensystem zu jeder Zeit
t drei Kurven und die dazugehörigen Vektoren zu betrachten, wie Fig. 4 zeigt
- - die Zielbahn und die Vektoren z(t) zur Zielbahn,
- - die Eigenschiffsbahn und die Vektoren c(t) zur Eigenschiffsbahn und
- - der Peilstrahl vom Eigenschiff zum Ziel und die Vektoren p(t) zum Pellstrahl.
Für den Ort S2 des Zieles und den Ort S1 des Eigenschiffes ist der Vektor (p(S2) - p(S1)) vom
Eigenschiff zum Ziel auf dem Peilstrahl zugleich die Zielbahn (z(S2) - e(S1)) im eigenschiffsbe
zogenen Koordinatensystem.
Nimmt man an, daß das Ziel mit konstanter Geschwindigkeit νz = const fährt, dann ist im
geografischen Koordinatensystem die Zielbahn eine Gerade.
Es werden zu jeder momentan festen, aber beliebigen Zeit t zwei Schnittpunkte betrachtet:
S1 = (xe, ye, ze) Schnittpunkt der Eigenschiffsbahn e(t) mit dem Peilstrahl,
S2 = (xz, yz, zz) Schnittpunkt des Peilstrahles mit der Zielbahn z(t).
S1 = (xe, ye, ze) Schnittpunkt der Eigenschiffsbahn e(t) mit dem Peilstrahl,
S2 = (xz, yz, zz) Schnittpunkt des Peilstrahles mit der Zielbahn z(t).
Für die Ortsvektoren zu diesen Punkten gilt allgemein e(S1) = p(S1) und p(S2) = z(S2)
und damit
e(S1) + p(S2) - p(S1) = z(S2) und ρe(S1) + ρp(S2) - ρp(S1) = ρz(S2) (3)
Für die Parameterdarstellung mit λ = x und für ϕ ≠ 0 ≠ ψ gilt
e(xe) + p(xz) - p(xe) = z(xz) und ρe(xe) + ρp(xz) - ρp(xe) = ρz(xz) (4)
In dieser Darstellung ist für die y-Komponenten
ye + yp(xe) - yp(xe) = yz(xz) bzw. nach Gl. (1d)
ye + xz.ctg(ϕ) - xe.ctg(ϕ) = yz(x=0) + xz.ctg(ψ), (5)
weil sich yp(x=0) heraushebt. Nach xz aufgelöst ergibt sich
Gibt man noch einen beliebigen Punkt S3 = (xs, ys, zs) auf der Zielbahn vor, dann ist yz(x=0) aus
ys = yz(x=0) + xs.ctg(ψ) oder yz(x=0) = ys - xs.ctg(ψ)
berechenbar und aus Gl.(6) eliminierbar und man erhält für die Meßwerte xe, ye und ϕ die Ziel
bahndaten xz und yz als Funktion von xs, ys und ψ
und
yz = ys + (xz - xs).ctg(ψ) (7b)
Mit xz und yz aus Gl. (7a, b) können für verschiedene Zeiten ti pi(xs, ys, ψ) = (xz(ti), yz(ti)) und
als Funktion von xs, ys und ψ für die Meßwerte xe(ti), ye(ti), ϕ(ti) berechnet werden. Damit
kann Gl. (2) für die Parameter xe(ti), ye(ti) und ϕ(ti) als Funktion von xs, ys und ψ aufgestellt
werden.
Die Erfindung führt zu folgendem mathematischen Lösungsansatz:
- 1. Die Zielbahndaten (xz, yz) zu den vorliegenden Peilungen werden nicht direkt bestimmt, sondern indirekt über die Bestimmung eines frei wählbaren Punktes (xs, ys) auf der Zielbahn und den Kurs ψ des Zieles.
- 2. Es werden eine Variable festgelegt (z. B. ys und in einem adaptiven Iterationsverfahren die
andere, noch freie Variable (z. B. xs) und der Kurs ψ gemäß Gl. (2) und (8) aus z. B.
oder daraus abgeleiteten Gleichungen ermittelt.
Um 2 Variable bestimmen zu können, werden zwei voneinander linear unabhängige Gleichungen
(9) benötigt, d. h. mindestens 4 voneinander unabhängige Peilungen. Dafür sind aber vom Eigen
schiff nicht wie bisher Kursmanöver notwendig. Es reicht, wenn das Eigenschiff nur Geschwindig
keitsänderungen auf einer geraden Eigenschiffsbahn durchführt. Es können die Peilungen während
der Manöver bzw. Geschindigkeitsänderung benutzt werden. Es muß nicht wie in den oben
erwähnten Filterverfahren das Manöver abgewartet werden, bis das Eigenschiff wieder auf unbe
schleunigter Bahn geradeaus fährt. Damit kann die Zielbahngenerierung erheblich beschleunigt
werden.
Sind die vier Peilungen durch die Indizes 0, 1, 2 und 3 entsprechend den Zeiten t0, t1 , t2 und t3
bezeichnet, wird z. B. der neue Operator T mit T = (T21, T32) nach Gl. (9) gebildet.
Die Aufgabe der
"Zielbahngenerierung allein basierend auf Passivpeilungen"
kann nach diesem Verfahren formuliert werden als die Aufgabe, das Gleichungssystem T = 0 zu
lösen, d. h.
"bei gegebenen Werten tn, xe(tn), ye(tn), ϕ(tn) für n = 0, 1, 2, 3
die Nullstellen (xs, ψ) des Operators T = (T21, T32) zu bestimmen".
Wegen der Meßungenauigkeiten kann statt der Nullstellen von T21 und T32 auch das Minimum der
Summe ihrer Quadrate gesucht werden.
- 3. Das Verhalten des Iterationsverfahrens zur Bestimmung der Unbekannten xs und ψ als Null
stellen oder Minima von T(xs, ψ) wird durch die Jacobimatrix J(rs, ψ) von T bestimmt, d. h.
durch
Um die Eigenschaften dieser Matrix bzw. ihrer Determinanten bezüglich Konvergenzverhalten
und Stabilität des Iterationsverfahrens zu verbessern, werden geeignete Koordinatentransfor
mationen für den Punkt (xs, ys) und Umformungen der Gl. (9) durchgeführt.
Im Folgenden werden einige Beispiele für Koordinatentransformationen angegeben.
- 1. Transformation von (xs, ys) auf Polarkoordinaten rs, ψs):
xs = rs.sin(ψs) und ys = rs.cos(ψs) (11)
mit dem Winkel ψs zwischen der y-Achse und der Projektion ρs des Ortsvektors zum Punkt S3 auf die x,y-Ebene mit dem Betrag rs von ρs. Dann wird aus den Gl. (7a, b)
und
yz = rs.cos(ψs) + (xz - rs.sin(ψs)).ctg(ψ)) (12b)
Es wird dann der Winkel ψs festgelegt und als Variable für den Operator T bleiben rs und ψ.
Legt man z. B.
- - ψs = 90° fest, dann ist ys=0 und rs=xs ist der X-Achsenabschnitt der Zielbahn,
- - ψs = 0° fest, dann ist xs=0 und rs=ys ist der Y-Achsenabschnitt der Zielbahn.
Diese Festlegungen haben den Nachteil, daß bei achsparallelen Zielbahnen diese Achsenabschnitte
im Unendlichen liegen. Diese Fälle müssen dann gesondert betrachtet werden.
2. Um sicher zu sein, daß S3 auf einem Strahl liegt, der die Zielbahn tatsächlich schneidet, kann
man S3 so vorgeben, daß die Projektion von S3 der Fußpunkt des Lotes vom Ursprung auf die
Projektion (ρ-ρ0) der Zielbahn ist. Damit gibt man indirekt ψs in Abhängigkeit von ψ vor. Der
Vektor der Projektion von S3 soll also senkrecht auf der Projektion der Zielbahn stehen, d. h. für
beliebige Punkte (x, y, z)≠0 auf der Zielbahn, d. h. zu einer beliebigen Zeit t, gilt
(xs, ys, 0).(x-xz0, y-yz0, 0) = 0 oder für ψ ≠ 0°
(xs, ys, 0).(x-xz0, (x-xz0).ctg(ψ), 0) = 0 oder xs + ys.ctg(ψ) = 0, weil sich der Faktor (x-xz0)≠0
herauskürzen läßt. Aus dem Vergleich mit ys = xs.ctg(ψs) für den Ortsvektor zum Punkt (xs, ys) folgt für das Lot ctg(ψs) = -tg(ψ).
herauskürzen läßt. Aus dem Vergleich mit ys = xs.ctg(ψs) für den Ortsvektor zum Punkt (xs, ys) folgt für das Lot ctg(ψs) = -tg(ψ).
Für ψ = 0° sind für das Lot für alle Zeiten t x=xz0 = const und damit xs = xz0 und ys = 0.
Für ψ = 90° sind für das Lot für alle Zeiten t y=yz0 const und damit ys= yz0 und xs = 0.
Damit sind für das Lot für 0° ≠ ψ ≠ 90°
ys = -xs.tg(ψ) und aus Gl. (6) wird
oder nach Elimination von tg(ψ) bzw. ctg(ψ) tritt an Stelle der Gl. (7a, b)
yz = (ys.ys + xs.xs - xz.xs)/ys, (13b)
Für ψ = 0° ist xs = xz0 und ys = 0 und
xz = xs und yz = ye + (xs - xe).ctg(ϕ) und
für ψz = 90° ist xs = 0 und ys = yz0 und
xs = xe + (ys - ye).tg(ϕ) und Yz = ys.
xz = xs und yz = ye + (xs - xe).ctg(ϕ) und
für ψz = 90° ist xs = 0 und ys = yz0 und
xs = xe + (ys - ye).tg(ϕ) und Yz = ys.
Diese Transformation hat den Vorteil, daß der Kurswinkel ψ nicht mehr als Variable auftaucht,
sondern nur xs und ys. Die Variablen in T sind jetzt xs und ys.
3. Eine andere Möglichkeit, einen sicheren Schnittpunkt mit der Zielbahn zu bekommen, ist, für
ψs die Peilung ϕn einer Messung zur Zeit t=tn zu wählen. Es ist dann
z(S3) = e(tn) + (p(S3) - p(tn))
oder mit dem Abstand Res von Eigenboot zum Ziel zur Zeit tn
xs = xe(tn) + Res.sin(ϕn) und ys = ye(tn) + Res.cos(ϕn) (14)
Die Gl. (14) in Gl. (7a, b) eingesetzt führt zu
und
yz = ye(tn) + Res.cos(ϕn) + (xz - xe(tn) - Res.sin(ϕn)).ctg(ψ) (15b)
Als Variable in T tauchen jetzt die Entfernung Res zur Zeit tn zum Ziel und der Zielkurs ψ auf
Die Gl. (15a, b) erlaubt auch eine Entfernungsschatzung für eine Peilungsrichtung ϕn mit n<3.
Mit diesen Transformationen werden die Variablen (var1, var2) in Gl. (9) zu
(var1, var2) = (xs, ψ) oder (var1, var2) = (rs, ψ) oder (var1, var2) = (xs, ys) oder (var1, var2) = (Res, ψ).
Statt der Gl. (9) können folgende Kriterien benutzt werden:
- 1. Der Absolutbetrag von Tij, für den die Nullstellen zu absoluten Minima werden:
- 2. Umformungen, um Quotienten der Streckenverhältnisse zu vermeiden:
oder
- 3. Für den Ausgleich zwischen mehr als zwei unabhängigen Tij, d. h. wenn mehr als 4 Messungen
ausgewertet können, bietet sich
für T*i = Fi+1, i und i = 1, 2, . . ., n Meßergebnisse an. Wenn H ein Minimum bezüglich der Variablen vark annimmt, dann ist für jedes k
Die Lösungen der Gl. (21) schließen die Lösungen der Gl. (9) bzw. (16) bis (20) ein.
- 4. Für grafische Darstellungen und Lösungssuche kann auch
für T*i = Ti+1, i und i = 1, 2, . . ., n Meßergebnisse
benutzt werden.
1. Y.T. Chan, G.H. Niezgoda, S.P. Morton
Passive Sonar Detection and Localization by Matched Velocity Filtering
IEEE Journal of Oceanic Engineering Vol. 30, No. 3 July 1995, S. 179-189
2. Dr. Ulrich Steimel, Hans-Günter Haase
Filter zur Bestimmung von Zieldaten
Deutsches Patentamt, Offenlegungsschrift des Patentes DE 34 46 658 A1 vom 10.11.88
3. Sherry E. Hammel, Vincent J. Aidala
Observability Requirements for Threc-Dimensional Tracking via Angle Measurements
IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems Vol. AES-21, No. 2 Mardi 1985, S. 200-207
Utilization of Modified Polar Coordinstes for BearingsOnly tracking
IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. AC-28, No. 3, March 1983, S. 283-294
4. Steven C. Nardone, Vincent J. Aidala
Observability Criteria For Bearings-Only Target Motion Analysis
IEEE Transactions on Aerospace and Eiectronic Systems Vol. AES-17, No. 2, March 1981, S. 162-166
5. J. Bümmerstede
Theoretische Analyse der Schätzgenauigkeit bei der Passiv SONAR Zielbahngenerierung
Forschungsinstitut für Funk und Mathematik der FGAN, Bericht Nr. 319, März 1982
Passive Sonar Detection and Localization by Matched Velocity Filtering
IEEE Journal of Oceanic Engineering Vol. 30, No. 3 July 1995, S. 179-189
2. Dr. Ulrich Steimel, Hans-Günter Haase
Filter zur Bestimmung von Zieldaten
Deutsches Patentamt, Offenlegungsschrift des Patentes DE 34 46 658 A1 vom 10.11.88
3. Sherry E. Hammel, Vincent J. Aidala
Observability Requirements for Threc-Dimensional Tracking via Angle Measurements
IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems Vol. AES-21, No. 2 Mardi 1985, S. 200-207
Utilization of Modified Polar Coordinstes for BearingsOnly tracking
IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. AC-28, No. 3, March 1983, S. 283-294
4. Steven C. Nardone, Vincent J. Aidala
Observability Criteria For Bearings-Only Target Motion Analysis
IEEE Transactions on Aerospace and Eiectronic Systems Vol. AES-17, No. 2, March 1981, S. 162-166
5. J. Bümmerstede
Theoretische Analyse der Schätzgenauigkeit bei der Passiv SONAR Zielbahngenerierung
Forschungsinstitut für Funk und Mathematik der FGAN, Bericht Nr. 319, März 1982
1
SONAR-Anlage
2
Zeitgeber
3
Datenverarbeitungseinrichtung
4
Speicher
5
Ausgabestufe
6
Plotter
7
Bildschirm
Claims (6)
1. Verfahren zur passiven Bahnbestimmung eines akustischen oder anderen Strahlungsemittenten,
der sich auf einer geradeaus gerichteten Bahn mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt,
bei dem
- a) die Peilbasis mit jeweils unterschiedlichen Geschwindigkeiten mindestens drei Strecken zurück legt, zu deren Anfangs- und Endpunkten zu gemerkten Zeiten (t0 bis t3) und Aufenthalts koordinaten (xe, ye), Peilungen (ϕ) zum Emittenten erfolgen, deren Ergebnisse ebenfalls gespei chert werden,
- b) danach aus den zu den Zeiten (t0 bis t3) gemessenen Peilungen (ϕ) und den Koordinaten
(xs, ys) für einen beliebig vorgebbaren, aber noch nicht bekannten Ort auf der Emittentenbahn als
Auftunkt, die den Peilungen und damit den Zeiten zugeordneten Emittentenkoordinaten (xz, yz)
mit seinem Kurs (w) mit Hilfe der Berechnungsvorschrift für
und
yz = ys + (χz - χs).ctg(ψ) bzw. yz = ye + (χz - χe.ctg(ϕ)
nach dem Ansatz, daß vom Emittenten zurückgelegte Bahnabschnitte und die zu ihrer Durch messung benötigten Zeiträume gleiche Verhältnisse aufweisen, berechnet werden.
2. Einrichtung für das Verfähren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Na
vigationselement, eine Peileinrichtung, einen Speicher für ermittelte Daten und für eine ver
fahrensgemaße Berechnungssoftware, eine nach dieser Software die Emittentenbahndaten
berechnende Datenverarbeitungseinheit und eine Ausgabestufe enthält.
3. Einrichtung für das Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Na
vigationselement für Satellitennavigation (GPS) aufweist.
4. Einrichtung für das Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie
ein ineriales Navigationselement aufweist.
5. Einrichtung für das Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die vom Rechner berechneten Emittentenbahndaten einem Plotter und/oder einem Bildschirm
zur bildlichen Darstellung zugeleitet werden.
6. Einrichtung für das Verfahren nach einem der Anspruche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die von der Datenverarbeitungseinheit berechneten Emittentenbahndaten einer Einheit
zur Auswahl, zum Programmieren und Abfeuern einer Waffe zugeleitet werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997113516 DE19713516A1 (de) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | Verfahren und Einrichtung zur passiven Bahnbestimmung eines Strahlungsemittenten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997113516 DE19713516A1 (de) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | Verfahren und Einrichtung zur passiven Bahnbestimmung eines Strahlungsemittenten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19713516A1 true DE19713516A1 (de) | 1998-10-22 |
Family
ID=7825175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1997113516 Withdrawn DE19713516A1 (de) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | Verfahren und Einrichtung zur passiven Bahnbestimmung eines Strahlungsemittenten |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19713516A1 (de) |
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8130 | Withdrawal |