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Die
Erfindung betrifft einen Zieldiskriminator zum Vorsehen eines Frequenzschätzwertes,
eines Stärkeschätzwertes
und eines Peilschätzwertes
eines mit einem Ziel assoziierten Signals als Funktion der Zeit.
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Die
Druckschrift
US 5,175,710 offenbart
ein Sonar-Ortungssystem, welches ausgelegt ist, Signale (akustischen
Energien) zu verfolgen, die in insgesamt sieben Winkelbereichen
empfangen werden. Ferner ist das bekannte Sonar-Ortungssystem in der Lage, für jeden überwachten
Winkelbereich die Amplitude der akustischen Energie innerhalb eines
Frequenzbandes oder innerhalb von Frequenzbändern über ein diskretes Zeitintervall
zu bestimmen.
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Die
Druckschrift
US 5,045,860 offenbart
ein System zum Erzeugen einer Wahrscheinlichkeitsauftragung, anhand
derer ein wahrscheinlicher Standort eines bestimmten Ziels ermittelt
werden kann. Bei diesem Stand der Technik wird eine Wahrscheinlichkeitsmatrix
verwendet, wobei letztendlich einzelne von mehreren Sensorstationen
erzeugte Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktionen miteinander verglichen
werden.
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Die
Druckschrift
US 4,736,199 offenbart
ein Beispiel für
eine zweidimensionale Anzeige nach dem LOFAR-Format. Bei diesem
Stand der Technik werden zwar die Frequenz und die Amplitude des
erfassten Signal zeitabhängig
dargestellt, allerdings ist hier nicht vorgesehen, dass auch die
Peilung des erfassten Signals dargestellt wird.
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Derzeit
ist es möglich,
einen Zieldiskriminator zu konstruieren, der mit einem Ziel assoziierte Frequenz-
und Peilinformation als Funktion der Zeit vorsieht, und zwar unter
Verwendung eines Richtungs- oder Richtsensors, beispielsweise einer
Sonoboje.
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Ist
ein Richtsensor dicht bei einer Maschinerie plaziert, beispielsweise
dicht bei einem Schiff, das eine Sonoboje auf See passiert, wird
das abgetastete Frequenzspektrum mit Tönen angefüllt. Die Töne werden von allen Teilen
eines Antriebssystems erzeugt, das zum Antreiben des Schiffs dient.
Während das
Schiff die Sonoboje passiert, ändern
sich die beobachteten Frequenzen der Töne aufgrund des Dopplereffekts.
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Es
ist bekannt, einen Richtsensor so auszulegen und anzuordnen, daß er ein
volles Azimutgesichtsfeld überwacht
und einen Schätzwert
der Frequenz und der Peilung der mit dem Ziel assoziierten Töne bereitstellt,
und zwar durch Verarbeitung dieser Information, um ein separates
Anzeigesegment für jeden
einer Vielzahl Azimutsektoren vorzusehen, so daß man eine Winkeldiskriminierung
einsetzen kann, um die Information zu sortieren. Ein Nachteil dieser Art
Zieldiskriminator ist es, daß die
Anzahl der Anzeigesegmente der Anzahl der Azimutsektoren entspricht.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Art Zieldiskriminator wird
augenscheinlich, wenn man eine Vielzahl Ziele durch den Richtsensor
gleichzeitig beobachten möchte,
da die Anzeigesegmente mit Störungen
wie Störflecken
durchsetzt werden und eine Unterscheidung der Ziele schwierig wird,
wobei diese Schwierigkeit mit der Anzahl der Ziele zunimmt.
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Es
ist deshalb bekannt, einen Zieldiskriminator vorzusehen, welcher
enthält:
einen
Richtsensor, der zum Überwachen
eines Frequenzspektrums von wenigstens einem Ziel ausgehender Energie
und zum Erzeugen von Signalen betrieben wird, die jeder einer Vielzahl
einzelner Frequenzen innerhalb des Frequenzspektrums entsprechen,
einen
Sender, der betriebsmäßig mit
dem Richtsensor verbunden ist und der so ausgebildet ist, daß er zum
Aussenden jedes Signals zu einem Fernempfänger betrieben wird,
einen
Prozessor, der betriebsmäßig mit
dem Empfänger
verbunden ist und der so ausgebildet ist, daß er zum Bestimmen der Peilung
und Stärke
jedes Signals betrieben wird, und
eine zweidimensionale Sichtanzeige,
die mit dem Prozessor betriebsmäßig verbunen
ist und die so ausgebildet ist, daß die zum Aufzeichnen oder
Darstellen jedes Signals bei seiner Frequenz mit seiner Stärke als
Funktion der Zeit betrieben wird.
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Weiterhin
ist es bekannt, ein Verfahren zur Zieldiskriminierung vorzusehen,
welches enthält:
Überwachen
eines Frequenzspektrums einer von wenigstens einem Ziel ausgehenden
Energie und Erzeugen von Signalen, die jeder einer Vielzahl einzelner
Frequenzen innerhalb des Frequenzspektrums entsprechen,
Aussenden
jedes Signals und Empfangen jedes Signals bei einem Fernempfänger,
Bestimmen
der Peilung und Stärke
jedes Signals, und Darstellen jedes Signals bei seiner Frequenz
mit seiner Stärke
als Funktion der Zeit auf einer zweidimensionalen Sichtanzeige.
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Aufgabe
der Erfindung ist es ausgehend von dem Stand der Technik der erwähnten Art
einen Zieldiskriminator und ein Verfahren zur Zieldiskriminierung
anzugeben, welche so ausgelegt sind, daß auf einer zweidimensionalen
Anzeige eine Vielzahl von Informationen einer Vielzahl von Objekten
leicht unterscheidbar angezeigt werden.
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Die
Aufgabe wird bei einem Zieldiskriminator der angegebenen Art durch
die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 und bei einem Verfahren
zur Zieldiskriminierung der angegebenen Art durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Anspruchs 10 gelöst.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist der Prozessor so betreibbar, daß eine Kenn-
oder Identifizierungsfarbe jedem Signal zugeordnet wird, um eine
Näherung
der Peilung für
jedes Signal anzuzeigen, und die Sichtanzeige ist betreibbar, um
jedes Signal in seiner jeweiligen Farbe darzustellen.
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Auf
diese Weise kann man die Sichtanzeige derart ausbilden und
auslegen,
daß die
Signalstärke,
Signalfrequenz und Signalpeilung als Funktion der Zeit innerhalb
eines reduzierten Sichtanzeigebereiches dargestellt wird.
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Vorzugsweise
enthält
der Prozessor Mittel zum Quantisieren jedes Signals in eine Vielzahl
Frequenzzellen, die man verwenden kann, um eine erste Achse der
Anzeige zu bilden. Der Prozessor kann Mittel zum Quantisieren der
Stärke
jedes Signals auf einen einer Vielzahl Intensitätswerte enthalten, die eine
Beleuchtung der jeweiligen Frequenzzelle vorsehen können. Der
Prozessor kann Mittel zum Quantisieren jeder Peilung auf eine Vielzahl
Azimutsektoren enthalten, wobei jeder Azimutsektor eine Identifizierungsfarbe
für die
Zuordnung zu jedem Signal hat, das in diesen Azimutsektor quantisiert
wird.
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Vorzugsweise
können
die Azimutsektoren einem Gesichtsfeld des Richtsensors von 360° entsprechen,
oder als Alternative können
die Azimutsektoren einem Teil eines 360°-Gesichtsfeldes des Richtsensors
entsprechen.
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Der
Prozessor kann auch Mittel zum Aktualisieren der Sichtanzeige als
Funktion der Zeit enthalten, und die Zeit kann eine zweite Achse
der Sichtanzeige bilden, und zwar dadurch, daß aufeinanderfolgende Sichtanzeigeaktualisierungen
in zeitlicher Abfolge aufeinander gestapelt werden.
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Ferner
kann der Prozessor vorzugsweise ein frequenzzellenweises ODER-Verknüpfungsglied
enthalten, um eine Freqenzzelle mit dem größten Intensitätswert im
Vergleich zu den Intensitätswerten
entsprechender Frequenzzellen in anderen Azimutsektoren auszuwählen.
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Vorzugsweise
kann es sich bei dem Richtsensor um eine Sonoboje handeln.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung zeichnet sich das Verfahren aus durch
Zuordnen einer Identifizierungsfarbe zu jedem Signal, um eine Annäherung der
Peilung für
jedes Signal anzuzeigen, und durch Darstellung jedes Signals in
seiner jeweiligen Farbe auf der Sichtanzeige.
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Dies
ermöglicht
die gleichzeitige Anzeige oder Darstellung der Stärke ausgehender
oder abgestrahlter Energie bei jeder Frequenz als Funktion der Zeit,
wobei gleichzeitig die Peilannäherung
der Energiequelle an jede Frequenz angezeigt wird.
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Vorzugsweise
enthält
das Verfahren ein Quantisieren jedes Signals auf oder in eine Vielzahl Frequenzzellen
zum Bilden einer ersten Achse der Anzeige. Das Verfahren kann enthalten
ein Quantifizieren der Stärke
jedes Signals auf eine Vielzahl Intensitätswerte und die Verwendung
der Intensitätswerte
zum Beleuchten der Frequenzzelle. Das Verfahren kann enthalten ein
Quantifizieren jeder Peilung auf oder in eine Vielzahl Azimutsektoren,
wobei jeder Azimutsektor eine Identifizierungsfarbe zum Zuordnen
jedes Signals hat, das in diesen Azimutsektor quantisiert wird.
Das Verfahren kann enthalten eine Zunahme der Azimutauflösung durch
Auswählen
ausschließlich
solcher Signale, die einem begrenzten Anteil Azimutwinkel entsprechen,
Teilen des begrenzten Anteils in eine Vielzahl Azimutsektoren und
Zuordnen einer Identifizierungsfarbe zu jedem Azimutsektor.
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Das
Verfahren kann enthalten eine Aktualisierung der Sichtanzeige als
Funktion der Zeit und Ausbilden einer zweiten Achse der Anzeige
durch sequentiellens Aufeinanderstapeln aufeinanderfolgender Anzeigeaktualisierungen.
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Das
Verfahren kann ferner enthalten ein Auswählen einer Freqenzzelle mit
dem größten Intensitätswert im
Vergleich zu Intensitätswerten
entsprechender Frequenzzellen in anderen Azimutsektoren und ein
Verwenden des Wertes größter Intensität zum Beleuchten
dieser Frequenzzelle auf der Sichtanzeige.
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Die
Erfindung wird ferner lediglich beispielshalber unter Bezugnahme
auf beigefügte
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Systemdiagramm mit zwei Zielen mit unterschiedlicher Peilung in
Bezug auf eine Sonoboje,
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2 eine
Aufteilung des eine Sonoboje umgebenden Azimutbereiches,
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3 eine
Anzeige gemäß dem Stand
der Technik,
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4 eine
Anzeige gemäß der Erfindung, und
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
mit einer alternativen Aufteilung des eine Sonoboje umgebenden Azimutbereiches.
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Ein
Richtsensor, der in Reichweite eines Ziels plaziert ist, überwacht
das Frequenzspektrum der vom Ziel ausgehenden Energie. In 1 ist
der Richtsensor eine Sonoboje 10, die das Frequenzspektrum
abgestrahlter Energie überwacht,
die von allen Teilen eines Antriebssystems, angefangen von der Maschine
bis zu den Schrauben, eines Ziels erzeugt wird, bei dem es sich
um ein Schiff 11 oder ein Unterseeboot 12 handeln
kann.
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Die
Sonoboje 10 erzeugt und sendet zu einem Fernempfänger 13 ein
Signal S aus, das der von den Zielen 11 und 12 abgestrahlten
Energie entspricht. Der Fernempfänger 13 ist
betriebsmäßig mit einem
Prozessor 14 verbunden, der betriebsmäßig mit einer zweidimensionalen
Sichtanzeige 15 verbunden ist. Der Prozessor 14 leitet
von dem Signal S Parameter ab und steuert die Sichtanzeige 15 an.
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Die
Parameter umfassen die Frequenzen, bei denen die abgestrahlte Energie überwacht
wurde, die Stärke
der bei jeder Frequenz empfangenen abgestrahlten Energie, die Peilung
jeder Frequenz in Bezug auf die Sonoboje 10 und der Zeitpunkt
oder die Zeit, bei der jede Frequenz überwacht wurde.
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In 2 ist
das 360°-Gesichtsfeld
des Bereiches um die Sonoboje 10 in eine Vielzahl Azimutsektoren 16 unterteilt.
Die Anzahl Azimutsektoren 16 hängt von der Auflösung der
erforderlichen Peilung ab. Durch Aufteilen der 360° in acht
Azimutsektoren 16a bis 16h kann die Auflösung jedes
Azimutsektors 16 45° sein,
wie es veranschaulicht ist, oder es kann erforderlichenfalls auch
ein anderer Winkel sein.
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In 3 zeigt
eine herkömmliche
zweidimensionale Sichtanzeige 17 die Frequenz abgestrahlter
Energie durch Beleuchten geeigneter Frequenzzellen 18 an,
und die empfangene Stärke
der bei jeder Frequenz abgestrahlten Energie wird durch die Intensität der Beleuchtung
der jeweiligen Frequenzzelle 18 angezeigt. Die Sichtanzeige 17 ist
in eine Vielzahl einzelner Horizontalbänder 17a, 17b, 17c, 17d usw.
unterteilt, wobei jedes einem der in 2 dargestellten
Azimutsektoren entspricht. Auf diese Weise zeigt jedes der einzelnen
Horizontalbänder 17a, 17b, 17c, 17d usw.
die Stärke
und Frequenz lediglich derjenigen Energie an, die von dem zugeordneten
Azimutsektor ausgeht. In der Praxis sieht dieses bekannte System
keine historischen Registrieränderungen
in der abgestrahlten Energie vor.
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Bei
der Erfindung, wie sie in 4 veranschaulicht
ist, wird das Sonobojensignal S von dem Prozessor 14 verarbeitet,
um jede Frequenz zu quantisieren und die geeignete einer Vielzahl
Frequenzzellen 19 zu beleuchten, die längs einer Frequenzachse f der
Sichtanzeige 15 angeordnet sind. Jede Frequenzzelle 19 ist
eine Subunterteilung des von der Sonoboje 10 überwachten
Frequenzspektrums.
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Die
Stärke
der empfangenen abgestrahlten Energie bei jeder Frequenz wird durch
den Prozessor 14 festgelegt und wird in einen einer Vielzahl
Intensitätswerte 20 quantisiert.
Der quantisierte Intensitätswert 20 beleuchtet
die jeweilige Frequenzzelle 19, um die Stärke der
empfangenen abgestrahlten Energie bei dieser Frequenz anzuzeigen.
Es sei angemerkt, daß in 4 die
unterschiedliche Schattierung der beleuchteten Frequenzzellen 19 die
Stärke der
bei dieser Frequenz empfangenen abgestrahlten Energie anzeigt. So
ist beispielsweise 20a mit einer punktierten Linie schattiert,
um eine geringe Beleuchtung anzuzeigen, und damit auch eine geringe
Stärke bei
dieser Frequenz, wohingegen 20b mit einer ausgezogenen
Linie schattiert ist, um eine hohe Beleuchtung und damit eine hohe
Stärke
bei dieser Frequenz anzuzeigen.
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Die
Peilung jeder Frequenz wird auch durch den Prozessor 14 festgelegt,
um jede Peilung in eine Vielzahl Azimutsektoren 16 zu quantisieren,
und zwar in der gleichen Weise wie es unter Bezugnahme auf 2 gerade
beschrieben worden ist. Bei der Erfindung ist allerdings jeder Azimutsektor 16 einer Kenn-
oder Identifizierungsfarbe zugeordnet, die mit allen Peilungen assoziiert
ist, die in diesen Azimutsektor 16 quantisiert werden.
Die zugeordneten Identifizierungsfarben sehen die geeignete Farbe
für jede der
beleuchteten Frequenzzellen 19 auf der Sichtanzeige 15 vor.
Obgleich 4 eine Schwarz/Weiß-Darstellung ist,
sollte insbesondere beachtet werden, daß in Wirklichkeit die beleuchteten
Frequenzzellen 19, die von verschiedenen Azimutsektoren 16a bis 16h ausgehende
Frequenzen bezeichnen, unterschiedliche Identifizierungsfarben haben,
so daß ein
Benutzer den Azimutsektor jeder Frequenz der von den unterschiedlichen
Zielen 11 und 12 abgestrahlten Energie unterscheiden
kann. So wird beispielsweise dem Azimutsektor 16a eine andere
Farbe zugewiesen als dem Azimutsektor 16b. Auf diese Weise
hat im Azimutsektor 16a empfangene abgestrahlte Energie
eine erste Identifizierungsfarbe, die seine zugeordneten Frequenzzellen 21 beleuchtet,
und im Azimutsektor 16b empfangene abgestrahlte Energie
hat eine zweite Identifizierungsfarbe, die seine zugeordneten Frequenzzellen 22 beleuchtet,
so daß abgestrahlte
Energie mit unterschiedlicher Peilung bezüglich der Sonoboje 10 unterschieden
werden kann.
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Wenn
dieselbe Frequenz von der Sonoboje 10 von unterschiedlichen
Azimutsektoren 16 im wesentlichen zur selben Zeit empfangen
wird, wird eine ODER-Verknüpfungslogik
im Prozessor 14 eingesetzt, um denjenigen Azimutsektor
festzustellen, von dem die größte Intensität bei dieser
Frequenz ausgegangen ist, und es wird diejenige Frequenzzelle 19 farbig
beleuchtet, die demjenigen Azimutsektor entspricht, in welchem die
größte Intensität durch
die Sonoboje 10 empfangen worden ist.
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Die
Zeit, zu der abgestrahlte Energie vom Prozessor 14 verarbeitet
wird, wird genutzt, um eine Aktualisierung der Sichtanzeige 15 als
Funktion der Zeit t vorzusehen. Durch Stapeln aufeinanderfolgender
Sichtanzeigeaktualisierungen in zeitlicher Sequenz, t = 0, t = 1,
t = 2 usw., kann die Veränderung der
Sequenzzelle 19 längs
der Zeitachse t überwacht werden.
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Die
vom Prozessor 14 erzeugte zweidimensionale Anzeige 15 stellt
daher die Frequenz, Stärke und
Peilung als Funktion der Zeit dar, und zwar unter Verwendung von
zwei Achsen, Lichtintensität und Farbe.
Dies ermöglicht
die Unterscheidung potentieller Ziele und sieht eine historische
Aufzeichnung der von ihnen abgestrahlten Energie vor.
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5 veranschaulicht,
daß die
Azimutsektoren 16a bis 16h sich nicht bis auf
360° des
Gesichtsfeldes rund um die Sonoboje 10 addieren müssen, sondern
sich auf ein begrenztes Gesichtsfeld addieren können, beispielsweise 180° oder 90°. Auf diese Weise
kann die Auflösung
des Azimutwinkels unter Verwendung eines endlichen Bereiches von
Farben erhöht
werden. Durch Aufteilen des 180°-Gesichtsfeldes
in acht Azimutsektoren 16a bis 16h, kann somit
die Azimutauflösung
unter Bereitstellung eines 22,5°-Sektors anstelle
des 45°-Sektors,
wie er in 2 dargestellt ist, verdoppelt
werden. Obgleich es im allgemeinen erwünscht ist, mit einem 360°-Gesichtsfeld
zu starten, ist der Prozessor 14 vorzugsweise so ausgelegt,
um nach Identifizierung eines potenziellen Zieles, die Azimutauflösung fortschreitend
zu verbessern.
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Als
Alternative könnte
die Stärke
der abgestrahlten Energie auf einen einer Vielzahl Amplitudenwerte
quantisiert werden, und jeder Amplitudenwert könnte benutzt werden, um die
Stärke
einer Frequenzzelle durch die Höhe
der Frequenzzelle anzuzeigen, welche dem Amplitudenwert entspricht.
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Es
sei bemerkt, daß die
Sonoboje und der Prozessor eine Einheit bilden können oder daß sie voneinander
getrennt sein können,
wobei die beiden durch ein Sender- und Empfängersystem miteinander verbunden
sind.
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Es
hat sich herausgestellt, daß schwarz
die beste Farbe für
den Hintergrund ist, so daß dieser dem
minimalen Intensitätswert
irgendeiner Frequenzzelle entspricht. Vorzugsweise wird weiß als eine
der Anzeigefarben nicht genutzt.