DE2157319C2

DE2157319C2 - Zusammenstoß-Verhütungseinrichtung

Info

Publication number: DE2157319C2
Application number: DE2157319A
Authority: DE
Inventors: Herman Joseph New York N.Y. Fleischer; Philip Hartsdale N.Y. Lipsky; Bert Vincent Huntington N.Y. Tiblin
Original assignee: Sperry Corp 10104 New York NY; Sperry Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1970-11-18
Filing date: 1971-11-18
Publication date: 1982-04-15
Also published as: US3725918A; DE2157319A1; IT944990B; GB1366718A; NL178457C; FR2114781A5; JPS5137158B1; NL7115902A; NL178457B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zusammenstoß-Verhütungseinrichtung zur Abschätzung von Manövern eines ersten Fahrzeuges zur Verhütung eines Zusammenstoßes mit anderen Fahrzeugen, mit Meßeinrichtungen zur Lieferung von die Positionen und Geschwindigkeiten des ersten Fahrzeugs und der anderen Fahrzeuge darstellenden Signalen und mit auf die Signale ansprechenden Recheneinrichtungen zur Berechnung von Bereichen, die jeweils den anderen Bereichen zugeordnet sind.

Hochfrequenz- und andere Hilfsmittel für die Schiffsnavigation wurden in der Vergangenheit verwendet, um die Fähigkeit der Brückenwache zu erhöhen, mögliche Zusammenstöße zwischen Schiffen zu bestimmen. Radarsysteme und ähnliche Meßeinrichtungen wurden zur Bestimmung der störenden Schiffen entsprechenden Seitenwinkel- und Enlfernungswerte verwendet. Die Erfassung kleiner Seitenwinkelwerte bei großen Entfernungen eignet sich an sich jedoch nxht für eine genaue gerätemäßige Ausführung, weil kleine Fehler in aufeinanderfolgenden Seitenwinkelablesungen die Genauigkeit der Vorhersage des nahesten Annäherungspunktes eines störenden Schiffs stark beeinträchtigen.

Andere bekannte Zusammenstoß-Warntechniken verwendeten die Messung der Passierentfernung am nahesten Annäherungspunkt. Bei diesen Systemen wurden Radar-Anzeiger, Zeichenaufsätze und Auswertetische häufig verwendet. Fehler in den Aufzeichnungen können die Zuverlässigkeit dieser Verfahren jedoch schwerwiegend verschlechtern. Im allgemeinen kann eine Bedienungsperson die Daten von mehr als drei störenden Zielen nicht gleichzeitig aufzeichnen oder aus diesen den zugehörigen Gefahrengrad abschätzen. Halbautomatische Übertragung von Radardaten auf Zeichentische wurde versucht, die gerätemäßige Ausführung ist jedoch aufwendig. Außerdem wurden sehr aufwendige, jedoch genauere photographische Aufzeichnungssysteme vorgeschlagen. Bei diesen photographischen Systemen können nur wenige Fehler durch die Bedienungsperson hervorgerufen werden.

Zusätzlich zu den oben erwähnten Nachteilen weisen Zusammenstoß-Verhütungssysteme, die den Parameter des nahesten Annäherungspunktes verwenden, einen weiteren Nachteil auf. Wenn das eigene Schiff den Steuerkurs ändert, ändert sich die Zeit des nahesten Annäherungspunktes vollständig und auf eine Weise, die schwierig sichtbar zu machen ist. Die ausschließliche Kenntnis der Koordinaten des zu einer Zeit vorhergesagten nahesten Annäherungspunktes ermöglicht nicht die Voraussage des Steuerkurses oder der Steuerkurse des eigenen Schiffes, die einen Zusammenstoß ergeben können. Umgekehrt informiert die Kenntnis der Koordinaten eines zu einer Zeit vorausgesagten nahesten Annäherungspunktes das Führungspersonal des Schiffes nicht eindeutig, welcher Steuerkurs oder welche Steuerkurse vermieden werden müssen. Die Eigenschaft von auf dem Kriterium des nahesten Annäherungspunktes (CPA) beruhenden Anzeigen ist tatsächlich derart, daß es nur möglich ist. Daten über den nahesten Annäherungspunkt vorherzusagen, die lediglich der Gefahr entlang des Steuerkurses des Schiffes zu irgendeiner Zeit entsprechen, ohne daß irgendeine Anzeige von Gefahren entlang eines neuen Steuerkurses gegeben wird, wie z. B. entlang eines

ίο Steuerkurses zur Vermeidung einer gegenwärtigen Gefahr. Die Darstellung der nahesten Annäherungspunkte für versuchsweise ausgewählte Steuerkurse und Geschwindigkeiten wurde in der Vergangenheit bei bestimmten Vorrichtungen dieser Art verwendet, diese Lösung ist jedoch zeitaufwendig, unvollständig und erfordert, daß die Bedienungsperson das Ergebnis vorhergehender Untersuchungen im Gedächtnis behält.

Typische Zusammenstoß-Warnsysteme der oben

beschriebenen Art liefern keine vollständig genauen und kurzzeitig zur Verfügung stehenden Daten, die direkt zur zuverlässigen Abschätzung verwendbar sind, welches Manöver das eigene Schiff durchführen muß um einen drohenden Zusammenstoß wirksam zu verhindern. Die Bedienungsperson des Schiffes muß bei Feststellung einer Zusammenstoßmöglichkeit verschiedene Regeln und Bestimmungen anwenden, wie z. B. die internationale Seestraßenregeln und die nationalen Seestraßenregeln, die zur Verhinderung von Zusammenstößen herausgegeben wurden. Die Steuerungs- und Segelregeln (Steering and Sailing Rules) müssen außerdem befolgt werden, wenn eine Zusammenstoßgefahr besteht. Es bleibt der Bedienungsperson des Schiffes nach der Warnung vor einem drohenden Zusammenstoß überlassen, eine schwierige Abwägung durchzuführen, welches Manöver das Schiff ausführen muß, um die Zusammenstoßgefahr zu beseitigen. Der erforderliche Raum für ein sicheres Manöver hängt von der Kenntnis vieler Faktoren ab, wie z. B. von der Kenntnis de: Klasse, der Geschwindigkeit, dem Vorhaben und dem Steuerkurs eines störenden Schiffes.

Widrige Wind- und Seezustände können einen Einfluß haben und fehlerhafte Manöver hervorrufen, die zu einem Unglück führen, anstatt dieses zu vermeiden.

Es wurde weiterhin ein Zusammenstoß-Verhütungssystem vorgeschlagen (DE-OS 21 55148), das den Parameter des vorausgesagten Zusammenstoßpunktes verwendet, wobei die möglichen Zusammenstoßpunkte des eigenen Schiffes in bezug auf störende Schiffe dargestellt werden. Bei diesem Zusammenstoß-Verhütungssystem wird angestrebt, einen vorgegebenen minimalen Abstand von den störenden Schiffen einzuhalten, wobei ein Kreis mit einem Radius, der gleich diesem vorgegebenen Abstand ist, und mit einem Mittelpunkt, der auf dem möglichen Zusammenstoßpunkt liegt, dargestellt wird. Die Bedienungsperson des Schiffes steuert dieses Schiff dann so, daß vermieden wird, daß der eigene Kurs irgendeinen dieser Kreise schneidet. Es wurde jedoch festgestellt, daß hierbei unter bestimmten dynamischen Bedingungen die tatsächliche Passierentfernung geringer ist als der vorgegebene Abstand.

Es ist weiterhin eine Zusammenstoß-Verhütungseinrichtung der eingangs genannten Art bekannt (Literaturstelle »Nachrichtentechnik«, 1967, Heft 8, S.

b5 294—300), bei der lediglich die Gerade der relativen Annäherung zwischen einem einzelnen anderen Schiff und dem eigenen Schiff dargestellt wird, wobei sich bei einer Kursänderung vollständig neue Werte ergeben,

die neu berechnet werden. Eine Darstellung der Gesamtsituation und insbesondere von Bereichen, die zu vermeiden sind, ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zusammenstoß-Verhütungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine übersichtliche Darstellung selbst bei einer Vielzahl von anderen Fahrzeugen ermöglicht, und bei der sichergestellt ist, daß das eigene Fahrzeug alle anderen Fahrzeuge in einer vorgegebenen minimalen Passierentfernung für alle relativen Positionen und Geschwindigkeiten passiert.

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Zusammenstoß-Verhütungseinrichtung ermöglicht eine übersichtliche Darstellung selbst bei einer Vielzahl von anderen Fahrzeugen, und es muß lediglich ein Kurs ermittelt werden, der sämtliche den weiteren Fahrzeugen zugeordnete Bereiche vermeidet. Es ist daher nicht erforderlich, versuchsweise andere Kurse einzugeben und das Rechenergebnis abzuwarten, um dann festzustellen, ob dieser versuchsweise eingegebene Kurs brauchbar ist oder nicht. Wenn bei der erfindungsgemäßen Zusammenstoß-Verhütungseinrichtung vermieden wird, daß der Kurs des eigenen Fahrzeuges die den anderen Fahrzeugen zugeordneten Bereiche schneidet, so ist sichergestellt, daß das eigene Fahrzeug alle anderen Fahrzeuge in einer vorgegebenen minimalen Passierentfernung für alle relativen Positionen und Geschwindigkeiten passiert.

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

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf den Schirm eines Kathodenstrahlrohres, die die von einer Ausführungsform der Zusammenstoß-Verhütungseinrichtung gelieferte Darstellung und deren Symbole erkennen läßt,

F i g. 2a. 2b. 2c und 2d geometrische Darstellungen zur Erläuterung der Betriebsweise der Zusammenstoß-Verhütungseinrichtung,

F ι g. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Zusammenstoß-VerhütuDgseinrichtung.

Die im folgenden beschriebene Zusammenstoß-Verhütungseinnchtung liefert eine synthetische Darstellung, die normalerweise mit Hilfe einer Kathodenstrahlrohr-Anzeige erzeugt wird und dazu bestimmt ist, dem Betrachter alle Informationen zu liefern, die zur Ausführung eines wirksamen Manövers benötigt werden, wenn sich eine Zusammenstoßgefahr mit einem störenden weiteren Fahrzeug, insbesondere einem weiteren Schiff ergibt Die in F i g. 1 gezeigte Darstellung ist beispielsweise eine X— Y-Darstellung, die die Position des eigenen Schiffes an der Stelle 1 am unteren Teil des Bildschirms 2 darstellt Ein Steuerkurs-Leuchtzeiger 3 ist normalerweise vertikal oder über dem Bildschirm 2 in der Darstellung gerichtet und wird mit Hilfe einer üblichen Steuerkurs-Leuchtzeigerschaltung so gebildet, daß er sich von der Stelle 1 im wesentlichen zur entgegengesetzten Seite des Bildschirms 2 erstreckt Der Steuerkurszeiger 3 stellt somit den zukünftigen Weg des eigenen Schiffes dar, wenn der Kurs des Schiffes nicht zu ändern ist

Es erscheinen andere Anzeigen auf dem Bildschirm 2, die aus geraden Linien und Ellipsen geformt sind, die

jeweils die Eigenschaften der weiteren Schiffe in der Umgebung des eigenen Schiffes darstellen; beispielsweise stellt das Ende 5 einer Linie 4 die derzeitige Position eines Zielschiffes 5 dar, das als störend betrachtet werden kann. Die gerade Linie 4 zeigt den zukünftigen Weg des störenden Ziels an. Die am Ende des zukünftigen Weges 4 gebildete Ellipse 6 stellt einen Bereich einer vorausgesagten Gefahr dar, den das eigene Schiff 1 meiden muß, damit sichergestellt ist, daß es das störende Schiff 5 zumindest unter einem festgelegten Abstand in einer noch zu erläuternden Weise passiert. Es ist zu erkennen, daß der Steuerkurs des störenden Schiffes durch die Richtung der Linie 4 des zukünftigen Weges des Ziels dargestellt ist. Wenn das störende Ziel schneller als das eigene Schiff ist, können zwei Gefahrenbereiche auftreten, wie sie beispielsweise durch die Ellipsen 8 und 9 eines überholenden Schiffes dargestellt sind.

Es ist für den Fachmann auf dem Gebiet der Kathodenstrahlrohr-Darstellungstechnik verständlich, daß irgendeine von vielen gut bekannten Möglichkeiten zur Aufzeichnung von Symbolen auf der Stirnfläche 2 des Kathodenstrahlrohres verwendet werden kann. Im Rahmen der Erfindung kann eine P-Ablenkung oder Rasterablenkung des Elektronenstrahls verwendet werden, wobei jedes Symbol durch Intensivierung des Elektronenstrahls gezeichnet wird, während dieser über die Stelle des Symboles abgelenkt wird. Es ist für den Fachmann verständlich, daß die Symbole durch gut bekannte Mittel während der Rückführ- oder Rückiaufzeit zwischen jeder derartigen Elektrodenstrahlablenkung gezeichnet werden können, beispielsweise durch eine oder eine Reihe von Ablenkungen des intensivierten Elektronenstrahls während der Rückführzeit in einem Raster-Abtastsystem. Derartige Verfahren sind in der Technik gut bekannt, ebenso wie Verfahren, bei denen die reguläre Polar- oder Rasterabtastung oder Ablenkung des intensivierten Elektronenstrahls nicht verwendet wird. Bei derartigen Einrichtungen werden Symbole durch Bildung einer programmierten Reihe von Ablenktakten zur Bildung eines Symbols erzeugt. Die in F i g. 1 gezeigte Darstellung zeigt, wie Schiffe erscheinen, wenn sie sich unter verschiedenen Winkeln und Geschwindigkeiten nähern.

Die zur Erzeugung der Darstellung nach F i g. 1 zu verwendenden Grundgedanken und Prinzipien werden aus den F i g. 2a bis 2d verständlich, in denen geometrische Darstellungen gezeigt sind, die zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Betriebstheorie zweckmäßig sind. In Fi g. 2a werden die Punkte Du D₂, Di und Di, entlang des Geschwindigkeitsvektors des Ziels berechnet wobei diese Punkte die ausgewählte vorgegebene Passierentfernung ergeben, wenn das Schiff diese Punkte mit der derzeitigen Geschwindigkeit ansteuern soll. Diese Punkte definieren dann die Begrenzungen von vorausgesagten Gefahrenbereichen, die dem Ziel zugeordnet sind, wie es durch die gestrichelten Flächen dargestellt ist Für ein Ziel, das schneller als das eigene Schiff ist ergeben sich im allgemeinen zwei Gefahrenbereiche. Die Abmessung des Gefahrensbereichs senkrecht zum Vektor des Ziels wird nur dann wichtig, wenn das eigene Schiff versucht, parallel zum Ziel zu fahren. Entsprechend ist die Abmessung des Gefahrensbereiches auf jeder Seite des Zielvektors auf die ausgewählte Passierentfernung eingestellt Ein zweckmäßiger Umriß für den Gefahrenbereich ist die Form einer Ellipse. Der kleinere Durchmesser der Ellipse ist entsprechend so gewählt.

daß er der doppelten ausgewählten Passierentfernung entspricht, wobei der größere Durchmesser für die eine Ellipse Di—Di ist und der größere Durchmesser für die andere Ellipse Di₁- D₃ ist. Zur Festlegung eines Gefahrenbereiches müssen die Größen D\, D₂, D₃ und Di, bestimmt werden. Für ein störendes Schiff, das langsamer als das eigene Schiff ist, ist nur eine Gefahrenzone gegeben, und daher müssen für ein langsameres gefährliches Schiff lediglich D₁ und D₂ bestimmt werden. Im folgenden ist eine Ableitung der erforderlichen Gleichungen gegeben.

Weil die Passierentfernung zweckmäßigerweise in einem Relativraum und der Gefahrenbereich in einem tatsächlichem Raum definiert ist, wird ein beiden Räumen gemeinsames Achsensystem gewählt. Fig.2b erläutert das bei der Ableitung der Gleichungen verwendete Achsensystem, wobei die tZ-Achse parallel zur Richtung zwischen dem eigenen Schiff und dem berechneten störenden Schiff ist, und wobei die iy-Achse senkrecht zur i/-Achse steht.

Die Ziel-Daten werden in bezug auf einen Koordinaten-Bezugsrahmen verfolgt und eingeebnet, wobei sich die Y-Achse in der Nordrichtung und die -Y-Achse in der Ostrichtung befindet. Xt und Yj- sind Ziel-Positionen relativ zum eigenen Schiff, und Xt und iVsind die Ost- und Nordgeschwindigkeiten des Ziels relativ zur Erde. _ In den F i g. 2b und 2c ist die Relativgeschwindigkeit Vrel definiert als:

Vrel= V₅-Vt, (1)

wobei die F-Werte die_Geschwindigkeits-Umrißlinien darstellen und wobei V₃ die Geschwindigkeit des eigenen Schifies und K^die Geschwindigkeit des Ziels ist. In Vektor-Schreibweise ergibt sich:

Vs = Ü_sü + W_sw, V₇= Ü_tu+ W_tw,

Entsprechend wird die Gleichung (4) umgestellt,

um W₅= W₇+K(Us-Ut)
zu gewinnen. Es ist jedoch:

IO Eine Zusammenfassung der Gleichungen (5) und (6) ergibt:

oder:

15 r+W_T)²

Ül + 2K(W_T-KÜ_T)

-ifi_s

oder:

Us=-

20 -KÜr)±[(K² + l) Vl-(Wr-KÜr)²]^m (K¹ +1)

Die Gleichungen (5) und (7) definieren somit die Richtung, die das eigene Schiff einnehmen muß, um die gewünschte Passierentfernung Rm zu erreichen.

Die Gefahrenbereiche sind durch die Abstände definiert, die von dem Ziel zu den Endpunkten D\, Di, D₃ und A der Gefahrenbereiche gemessen sind, wie es weiter oben unter Bezugnahme auf F i g. 2a beschrieben wurde. Zur Definition dieser Abstände kann auf die F i g. 2d Bezug genommen werden. Aus dem Sinussatz ergibt sich:

35

sin R₀ _ D

(Θ+Ä) sin0

oder:

D =

V₅R₀ sin θ

40 V_s sin Θ cos A + V_s sin A cos Θ

wobei wund w Einheits-Vektoren in den U-und ff-Rich- oder: tungen sind und wobei Ü_s, W_s und Ü_T, W₇ jeweils die Geschwindigkeitskomponenten des eigenen und des J) =

Zielschiffes sind. Somit ist:

Vrel = Ws - Ur) ü+ (W_s - W₇) w. (2)

W₅ cos A + U_s sin A

45

Aus der Geometrie der Fig. 2b und 2c ergibt sich: sin A = —£—I—_Z_L

Die vorgegebene Passierentfernung Ä^wird nun auf die Geschwindigkeitskomponenten bezogen. Es ist aus ^und Fig. 2c verständlich, daß:

cos A = X₇Xr+Yt R₀Vt

Ferner ergibt sich aus der Gleichung (2):

(3)

(4) wobei X_T, Xr, IV und 7_rwie oben definiert sind und damit:

W_T XtYt-YtXt Rn

60

(9) (10)

I W_s sind die Richtungskomponenten des eigenen Schiffes, die die gewünschte Passierentfernung R_M ^^st-

ergeben. Mit den aus, den Radardaten des Systems 65 Gleichung (8) kann somit geschrieben werden als: gewonnenen Größen TJ_T und W₇ können die Größen „ -

U₅-und ~W_S für die Gleichungen (3) und (4) gewonnen D = -——

werden. U_SW_T-W_SÜ_T

(11)

Die Gleichungen (3), (5), (7), (9), (10) und (11) ergeben die D-Werte, die zur Definition der Gefahrenbereiche erforderlich sind.

Die Größen Ra Vt, Xt, Xt und VV werden aus den Radar-Daten gewonnen, während die gewünschte minimale Passierentfernung Rm von der Bedienungsperson des Schiffes in das System eingegeben wird. Die Größe der Eigengeschwindigkeit Vs des eigenen Schiffes wird aus dem Geschwindigkeits-Log des Schiffes gewonnen.

Die Gleichungen (9) und (10) liefern die Werte VVVund Ur durch Einsetzen von Xr, Yt, Xt, VV und Ro in diese Gleichungen, und die Gleichung (3) liefert die Werte von K durch Einsetzen von Ro und Rm in diese Gleichung. Die Gleichung (7) liefert die Werte von Üs durch Einsetzen von LJt, Wj, K und Vs in diese Gleichung, während die Gleichung (5) die entsprechenden Werte von Ws durch Einsetzen von LJt, Wt, K und Us in diese Gleichung ergibt. Die Gleichung (11) ergibt dann die erforderlichen Werte von D durch Einsetzen von R_a V₇-, Us, Ws, (/rund VVVin diese Gleichung.

Es ist zu erkennen, daß diese Gleichungen zwei Quadratwurzeln umfassen. Die beiden Quadratwurzeln ergeben vier Lösungen, die im allgemeinen für ein Ziel erforderlich sind, das schneller als das eigene Schiff ist. Fernliegende Lösungen können dadurch vermieden werden, daß die einzelnen Situationen wie folgt untersucht werden:

Wie das weiter oben erläutert wurde, sind die Gefahrenbereiche durch die vier Positionen D\, D2, Di und Du entlang des Kurses des Ziels definiert. D\ ist die am nächsten zum Ziel liegende Position, Dj ist die zweitnaheste, Di die nach D2 am nächsten liegende Position und Dt, ist die am weitesten entfernt liegende Position. Entweder ist D\ oder D2 vorhanden, oder es ist Di bis Da, gegeben, oder es existiert keine dieser Positionen. Andere Kombinationen sind nicht möglich.

Aufgrund der zwei Quadratwurzeln in den Gleichungen (3) und (7) würde eine Lösung in geschlossener Form zur Erzielung einer Gleichung eine Gleichung vierter Ordnung ergeben. Ganz gleich, ob diese Gleichung vierter Ordnung gelöst werden soll oder ob der obenstehende Satz von simultanen Gleichungen gelöst werden soll, ist es erforderlich, Fremdlösungen, wie z. B. Lösungen mit negativen Zeiten und imaginäre Lösungen auszuscheiden, die möglich sind.

Nachstehend wird ein Verfahren angegeben, mit dem es möglich ist festzustellen, welche Lösungen gültige Lösungen sind. Wenn Ro größer ist als Rm, ergeben sich zwei Werte von K aus der Gleichung (3). Der Fall, bei dem Ro gleich oder kleiner als Rm ist, wird weiter unten diskutiert Der Wert der Größe unter der Würze! von Gleichung (7) v/ird für das Vorzeichen für jedes der Werte von K untersucht, die aus Gleichung (3) gefunden werden. Wenn die Größe unter der Wurzel sich als negativ herausstellt, dürfte der entsprechende Üs-Wert aus der Gleichung (7) ungültig sein. Für jeden Wert von Üs, der als ungültig bestimmt ist, ist das sich ergebende D, das aus diesem ungültigen Üs berechnet ist, eine Fremdlösung. Wenn alle D-Werte fortfallen, bedeutet dies, daß kein Zusammenstoß-Gefahrenbereich für dieses störende Schiff besteht Nachdem dieser Test an der Wurzel von Gleichung (7) durchgeführt wurde, können weiterhin vier mögliche Lösungen für D vorhanden sein, die gültig oder ungültig sein können. Zur Ausscheidung der verbleibenden Fremdlösungen wird ein Test an Üs— Ut durchgeführt Wenn Üs— Ut größer als Null ist, ist das sich ergebende D eine gültige

Lösung. Wenn Üs— Üt kleiner oder gleich Null ist, ist das zugehörige Deine Fremdlösung.

Nach der Feststellung, welche der D-Werte gültige Lösungen sind, werden die gültigen D-Werte in einer anwachsenden numerischen Reihenfolge angeordnet. Die kleinste Lösung, d. h., die am wenigsten positive oder die am stärksten negative Lösung der D-Werte, wird als D\ definiert. Di, Di und Da, werden so festgelegt, daß sie die nächsten drei aufeinanderfolgenden größeren Lösungen sind, die auf Di folgen.

Im allgemeinen existieren für Ziele, die langsamer als das eigene Schiff sind, D\ und Di, wodurch sich ein Gefahrenbereich ergibt. Wenn das eigene Schiff Di ansteuert, fährt es sicher vor dem Zielschiff unter der vorgegebenen Passier-Entfernung vorbei. In gleicher Weise fährt das eigene Schiff hinter diesem Ziel in sicherem Abstand vorbei, wenn es D\ ansteuert. Auf ähnliche Weise existieren im allgemeinen für Ziele, die schneller als das eigene Schiff sind, alle vier D-Werte, und alle D-Werte sind gültig. Unter dieser Bedingung existieren im allgemeinen zwei Gefahrenbereiche, wobei D\ und Di den ersten Bereich und Di und Dt den zweiten Bereich definieren. Wenn das eigene Schiff D₄ oder Di ansteuert, fährt es sicher hinter dem Ziel in der vorgegebenen Passier-Entfernung vorbei, und wenn das eigene Schiff Di oder Di ansteuert, fährt es sicher vor dem störenden Schiff vorbei. Die obigen Berechnungen zur Erzielung der Werte von D stellen sicher, daß das eigene Schiff nicht näher an dem Ziel vorbeifährt, als es durch die gewünschte Passier-Entfernung zu irgendeinem Zeitpunkt bestimmt ist, wenn das eigene Schiff eine der D-Positionen ansteuert oder allgemein die durch die D-Werte definierten Gefahrenbereiche meidet.

Mit D-Werten, die wie oben erläutert definiert und abgeleitet wurden, werden elliptische Gefahrenbereiche mit Hilfe üblicher Techniken dargestellt, die weiter unten erläutert werden. D\ und Di definieren die Endpunkte der Hauptachse einer der Ellipsen, während Di und Di die Hauptachse der anderen Ellipse definieren, die dem Ziel zugeordnet ist. Die kleineren Achsen beider Ellipsen werden auf 2Rm aus weiter oben erläuterten Gründen eingestellt Die Hauptachsen der Ellipsen sind mit dem Weg des Zieles ausgerichtet, wobei dieser Weg so berechnet wird, daß er aus Zweckmäßigkeitsgründen und zur Erzielung einer klaren Darstellung am Mittelpunkt der Ellipse endet

Es ist verständlich, daß, wenn das Schiff diese elliptischen Gefahrenbereiche meidet, zumindest eine vorgegebene minimale Passier-Entfernung in bezug auf alle Zusammenstoßgefahren in der Umgebung des eigenen Schiffes erzielt wird.

Ohwohl das vorstehende Ausführungsbeispiel in Form von elliptischen Gefahrenbereichen beschrieben wurde, ist es verständlich, daß viele andere langgestreckte geometrische Kurven für denselben Zweck verwendet werden können, wobei die Enden der Längsachsen der Kurven durch die D-Werte auf eine Weise definiert werden, die der oben beschriebenen ähnlich ist, und wobei die Seitenachsen dieser Kurven auf 2Rm aus weiter oben erläuterten Gründen eingestellt werden. Alternativ kann ein kontrastierendes gefärbtes Liniensegment, das zwischen den D-Werten dargestellt wird, zur Definition der Gefahrenbereiche verwendet werden.

Es sei bemerkt, daß für bestimmte dynamische Situationen von Zielschiffen in bezug auf das eigene Schiff anomale mathematische Situationen in den oben angegebenen Gleichungen auftreten können. Beispiels-

ii

10

20

2·ϊ

weise nähern sich, wenn die Geschwindigkeit des Ziels beinahe Null ist, der Zähler und Nenner der Gleichung (11) beide an Null an, und damit wird die Berechnung der D-Werte mathematisch unbestimmt. Außerdem wird, wenn das Zielschiff näher an dem eigenen Schiff ist als die vorgegebene Passier-Entfernung Rm, der Nenner der Gleichung (3) imaginär. Zusätzlich ist, wenn das Ziel sich im wesentlichen auf einer direkten Linie zur Position des eigenen Schiffes befindet, d. h., wenn der Geschwindigkeitsvektor des Ziels entlang der Sichtlinie zwischen dem eigenen Schiff und dem Ziel ausgerichtet ist, die oben angegebene mathematische Theorie in bezug auf die Definition der D-Werte an den Punkten, an denen das eigene Schiff den Zielvektor kreuzen kann, nicht anwendbar. Für diese Situation werden die oben angegebenen Gleichungen einen D-Wert an der Position des eigenen Schiffes ergeben. Unter diesen verschiedenen anomalen Situationen hat es sich herausgestellt, daß die Berechnung eines vorausgesagten Zusammenstoßpunktes nach der DE-OS 21 55 148 der gleichen Anmelderin geeignet ist, um die Gefahrenbereiche zu definieren.

Bei der gerätemäßigen Ausführung der Lösung der obigen Gleichungen aus der Geometrie der F i g. 2a bis 2d ist es verständlich, daß eine Vielzahl von Arten von bekannten Meß-, Rechner- und Symbolerzeugungs-Einrichtungen erfolgreich angewendet werden kann. Aus einer Betrachtung der vorstehenden Untersuchung ist es ersichtlich, daß die Lösung der hierdurch erzeugten Gleichungen auf verschiedene bekannte Verfahren durchgeführt werden kann, und zwar unter Einschluß der Verwendung einer zusammenwirkenden Anordnung von bekannten Analog- oder Digital-Datenverarbeitungs- oder -Berechnungsschaltungen. Beispielsweise umfassen die verschiedenen Gleichungen einfache arithmetische Vorgänge, wie z. B. Addition, Subtraktion, Multiplikation, Quadrierung und Ziehen von Quadratwurzeln. Viele Beispiele von sowohl Analog- als auch Digital-Rechnerelementen stehen in der Technik zur Durchführung derartiger Berechnungen zur Verfügung, und es ist gut bekannt, daß sie in einfacher Weise in zusammenwirkender Beziehung zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse zusammengeschaltet werden können. Es ist weiterhin ersichtlich, daß ein üblicher Allzweck-Digital- oder-Analogrechner für diesen Zweck verwendet werden kann. Es liegt offensichtlich im üblichen Fachkönnen von Digital-Rechner-Programmierern, die oben erläuterten Gleichungen und Entscheidungslogik zu verarbeiten, Flußdiagramme aufzustellen und die letzteren in Rechner-Routinen und Sub-Routinen zur Lösung dieser Gleichungen zusammen mit einer kompatiblen Rechnersprache umzusetzen, um Eingangsdaten und Instruktionen zu verarbeiten, um Ausgänge zu liefern, die direkt zur Anwendung in einer üblichen Kathodenstrahl-Darstellung brauchbar sind.

F i g. 3 zeigt eine mögliche gerätemäßige Ausführung zur Ausführung der Erfindung, die die neuartige Manöver-Abschätzdarstellungsvorrichtung 20 einschließt Das System verwendet Daten, die von einem üblichen Azimut-Abtast-Impulsradarsystem 21 der weithin bei Schiffsradar-Anwendungen verwendeten Art abgeleitet werden, die eine richtungsempfindliche Azimut-Abtastantenne 21a verwendet Bei der Erfindung können die Azimut- oder Seitenwinkeldaten und es die Entfernungsdaten des erfaßten Ziels der Radarantenne in üblicher Weise zur Erzeugung einer P- oder Panoramadarstellung auf dem Schirm einer Darstel-

50

60 lungsvorrichtung 22 verwendet werden. Somit werden, wenn die Darstellungsvorrichtung 22 eine zentrierte P-Darstellung ist, alle Ziele in der Umgebung des Radars 21 periodisch auf dem Schirm der Darstellungsvorrichtung 22 intensiviert. Das Ziel 22a stellt ein derartiges Ziel dar, während die Lage des eigenen Schiffes bei 1 darges'ellt ist. Zusätzliche Ziele erscheinen im allgemeinen auf der Darstellung 22, zusammen mit Reflexionen von festen Hindernissen unter Einschluß von Landmassen, wenn derartige Hindernisse vorhanden sind. Varianten der regulären P-Darstellung können verwendet werden, beispielsweise eine P-Darstellung versetzter Art und andere. Weiterhin können bestimmte Charakteristiken der Bilder, wie z. B. des Bildes des Ziels 22a, modifiziert werden, um eine schnelle Erkennung der Bilder zu verbessern, die gefährliche Ziele darstellen, wie es üblicherweise bei Zusammenstoß-Warndarstellungen durchgeführt wird. Die einfache P-Darstellung ist jedoch dutch ihre Eigenart eine Zusammenstoß-Warndarstellung und wird deshalb in F i g. 3 als repräsentativ für bekannte Zusammenstoß-Warn- oder Zusammenstoß-Abschätzdarstellungen allgemein verwendet.

Wie es erwähnt wurde, erscheinen häufig mehrere Ziele auf der Darstellung 22, wobei jedes Ziel eine größere oder kleinere Gefahrencharakteristik in bezug auf das eigene Schiff 1 aufweist. Die Bedienungsperson des eigenen Schiffes 1 wählt störende Ziele zur Untersuchung dadurch aus, daß sie sie in das noch zu beschreibende Zusammenstoß-Verhütungssystem einführt. Alternativ können alle auf der Darstellung 22 erscheinenden Ziele eingeführt werden, vorausgesetzt, daß das System eine ausreichende Kapazität aufweist.

Die Einführung der Koordinaten des ausgewählten Ziels wird dadurch durchgeführt, daß ein üblicher lichtempfindlicher Aufnehmer 23 oder »Lichtstift« oder anderer V/andler über die Stelle des ausgewählten Zielbildes gesetzt wird. Ein derartiges Aufnehmerelement sowie dessen Verwendung ist in dem US-Patent 31 82 320 beschrieben. Zu dem Zeitpunkt, an dem das Zielbild zum nächstenmal intensiviert wird, wirri ein elektrischer Impuls über eine Leitung 24 an ein Zielverfolgungs- und -suchsystem 25 übertragen, wobei dieses System außerdem Synchronisier- und andere Signale über Leitungen 26 von der Radareinheit 21 empfängt.

Das Zielverfolgungs- und -suchsystem 25 ist ebenso wie die Radareinheit 21 nicht notwendigerweise ein neuartiger Teil des Systems, da geeignete Einrichtungen zur Durchführung ihrer Funktion in der bekannten Technik vorhanden sind. Zielverfolgungs- und -suchsysteme stellen eine allgemeine Klasse von Einrichtuneen dar, die als Einrichtungen zur Verfolgung gruppierter oder periodisch unterbrochener Daten bekannt sind, und ihre theoretische Grundlage ist in der Literaturstelle »Electronic Time Measurements«, Band 20, der Radiation Laboratory Series, Abschnitt 9.8, Seite 378 ff, von W. B. Jones und R. I. Hulsizer, erläutert. Praktische Ausführungsformen dieser Einrichtungen, die in analoger oder digitaler Technik ausgeführt sein können, sind in verschiedenen US-Patenten, wie z. B. den US-Patenten 28 49 707,29 44 253 und 30 64 250, beschrieben.

Entsprechend der üblichen Praxis wurden Vorrichtungen, wie der optische Aufnehmer 23, dazu verwendet, ein ausgewähltes, auf einem P- oder anderen Kathodenstrahl-Anzeiger 22 erscheinendes Ziel charakterisierende Koordinaten-Daten in den Speicher einer Zielverfolgungs- und -suchvorrichtung, wie z. B.

die Vorrichtung 25, einzuführen, in der die rechtwinkligen oder Polar-Koordinaten gespeichert werden können. Eine automatische, in üblicher Weise durch die Vorrichtung 25 durchgeführte Anbindung an Signale, die direkt über die Leitung 26 von dem Empfänger der Radareinheit 21 zu der Zeit empfangen werden, zu der die Antenne 21a das nächste Mal über das ausgewählte Ziel abgelenkt wird, korrigiert automatisch die gespeicherten Positionsdaten des ausgewählten Ziels nach der -anfänglichen Einführung, und zwar so lange, bis der Betrieb manuell unterbrochen wird. Somit können beispielsweise die Koordinaten X und Y und die Geschwindigkeiten X und Ϋ für irgendein derartiges Ziel gespeichert werden. Die Einführung eines neuen oder nächstgefährlichen Ziels erzeugt einen zweiten Satz von X-, Y-, X- und Y-Daten zur Speicherung innerhalb der Zielverfolgungs- und -suchvorrichtung 25 für ein neu ausgewähltes Ziel. Derartige gespeicherte X-, Y-, X- und y-Daten können nach Wunsch der Bedienungsperson auf diese Weise für eine Vielzahl von störenden Schiffen gespeichert werden, um auf Anforderung, beispielsweise auf einer Zeitteilungs-Basis über die Leitung 27 zum Rechner 28 geliefert zu werden. Wie es weiter oben erwähnt wurde, kann die Zielverfolgungs- und -suchvorrichtung 25 entweder von analoger oder digitaler Art sein und kann, falls erforderlich, in üblicher Weise mit geeigneten Analog-Digital- oder Digital-Analog-Wandlern als Zwischenelementen zwischen verschiedenen Bauteilen des Systems, beispielsweise zwischen der Vorrichtung 25 und dem Rechner 28, versehen sein. Es ist verständlich, daß die Zielverfolgungs- und -suchvorrichtung 25 in der Praxis eine Art von Rechnervorrichtung selbst ist, die arithmetische Funktionen, wie z. B. Differentiation und Speicherung von Daten, durchführt. Es ist daher verständlich, daß ihre Funktion entweder in einer getrennten Einheit, wie z. B. in der getrennten Vorrichtung 25, durchgeführt werden kann oder daß die arithmetischen und Speichervorgänge dieser Vorrichtung durch jeweilige, in dem Rechner 28 vorhandene arithmetische und Speicher-Elemente durchgeführt werden können. Die letzteren Elemente können andere Systemfunktionen in üblicher Weise auf einer Zeitteilungsbasis durchführen. In F i g. 1 ist zu erkennen, daß der Rechner 28 verschiedene Berechnungen durchführen muß, um die Manöver-Abschätzsymbole auf dem Anzeiger 20 nach F i g. 3 zu erzeugen, und daß die gespeicherten X- und Y- Koordinaten der verschiedenen Ziele in einfacher Weise in der Zielverfolgungs- und -sucheinheit 25 zur Verfügung stehen. Da die Bewegungen jedes der Schiffe in der Umgebung des eigenen Schiffes, verglichen mit den Geschwindigkeiten selbst der einfachsten Rechner, relativ langsam sind, ist zu erkennen, daß es nicht erforderlich ist, alle Daten im Echtzeit-Betrieb zu berechnen, und daß daher zweckmäßigerweise die Gefahrendaten lediglich gespeichert und periodisch durch die Zielverfolgungs- und -suchvorrichtung 25 erneuert werden. Somit ergibt sich nur ein geringer Unterschied zwischen den tatsächlichen X- und K-Koordinaten eines bestimmten Ziels und den entsprechenden gespeicherten X- und Y- Koordinaten, die durch den Rechner 28 von der Zielverfolgungs- und -suchvorrichtung 25 abgeleitet werden. Es ist außerdem verständlich, daß eine Vielzahl von Symbolen, wie z. B. das aus den Elementen 4, 5 und 6 nach F i g. 1 bestehende Symbol, in einfacher Weise auf einer Zeitteilungs- oder Multiplex-Basis erzeugt werden können, und zwar unter Verwendung von einfachen

Zeitteilungs-Techniken, die in der Analog- und Digital-Rechner-Technik gut bekannt sind.

Bei spezieller Betrachtung des Rechners 28 und der Darstellung 20 zur Erzeugung eines zusammengesetzten, aus den Elementen 4,5 und 6 bestehenden Symbols ist es zu erkennen, daß die X- und F-Koordinaten des Punktes 5 in F i g. 1 im wesentlichen die derzeitigen rechtwinkligen Koordinaten eines Ziels oder eines gefährlichen Schiffes darstellen. Im folgenden ist es

ίο verständlich, daß die Diskussion der Stelle 5 und der Koordinaten-Charakteristika anderer Elemente des Symbols genauso gut auf die gleiche Weise durchgeführt werden könnte, wenn ρ-, Θ-Koordinaten in dem erläuterten System tatsächlich verwendet würden.

Es ist offensichtlich, daß der Rechner 28 derart programmiert werden kann, daß er periodisch von der Zielverfolgungs- und -suchvorrichtung 25 die X- und Y-Koordinaten der in F i g. 1 gezeigten Stelle 5 ableitet und mit Hilfe gut bekannter Einrichtungen Koordinatenwerte als Steuersignale über Leitungen 29 zur Darstellungsvorrichtung 20 liefert und daß somit der Kathodenstrahl momentan intensiviert wird, um einen hellen Fleck am Punkt 5 der Darstellung 20 zu erzeugen. Es ist erforderlich, die von dem Geschwindigkeits-Log des eigenen Schiffes über die Leitung 41 gelieferte Eig ^geschwindigkeit und den von dem Kreiselkompaß des Schiffes über eine Leitung 40 zugeführten Steuerkurs zu verwenden, um die Nord- und Ost-Geschwindigkeiten der störenden Schiffe in bezug auf die Erde zu gewinnen. Dies kann in dem Rechner 28 zweckmäßigerweise dadurch erreicht werden, daß die relativen Nord- und Ost-Geschwindigkeiten des störenden Schiffes unter Verwendung des Steuerkurses des eigenen Schiffes aufgelöst werden, worauf die Ost- und Nord-Geschwindigkeiten des eigenen Schiffes abgezogen werden, um die Nord- und Ost-Geschwindigkeiten des störenden Schiffes relativ zur Erde zu gewinnen. Die Geschwindigkeit des eigenen Schiffes steht an der Leitung 41 zur Verfügung, während der Steuerkurs des eigenen Schiffes an der Leitung 40 zur Verfügung steht. Ein alternatives Verfahren besteht in der Übertragung der Geschwindigkeit und des Steuerkurses des eigenen Schiffes über eine nicht gezeigte Leitung an die Zielverfolgungs- und -suchvorrichtung 25 und zu den Nord- und Ost-Auflösungen und -Subtraktionen in dieser Vorrichtung.

Wie es weiter oben erläutert wurde, spricht der Rechner 28 auf die Ziel-Positions- und Geschwindigkeitsdaten an. die von der Zielverfolgungs- und

so -suchvorrichtung 25 an der Leitung 27 ge'iefert werden. Zusätzlich spricht der Rechner auf ein Signal an der Leitung 39 an, das die gewünschte vorgegebene Passier-Entfernung Rm darstellt Diese Größe wird von der Bedienungsperson des Schiffes in den Rechner eingegeben. Der Rechner 28 spricht außerdem auf die über die Leitung 41 zugeführte Geschwindigkeit des Schiffes von dem Geschwindigkeits-Log und den der Leitung 40 zugeführten und von dem Kreiselkompaß des Schiffes abgeleiteten Steuerkurs des eigenen Schiffes an. In Abhängigkeit von den Eingängen an den Leitungen 27, 39, 40 und 41 und auf eine der oben erläuterten Arten ähnliche Art ist der Rechner 28 derart programmiert, daß er die Koordinaten der Endpunkte der großen und kleinen Achsen der Ellipse 6 sowie den

Mittelpunkt dieser Ellipse liefert. Übliche Verfahren, die denen in dem US-Patent 34 76 974 beschriebenen ähnlich sind, können zur Erzeugung der Koordinatensignale verwendet werden, die zur Erzeugung der

Ellipse erforderlich sind. Diese von dem Rechner über die Leitungen 29 an die Darsiellungsvorrichtung 20 gelieferten Signale bewirken, daß der Kathodenstrahl intensiviert wird, wodurch die Ellipse 6 auf der Darstellung 20 in einem Symbol-Erzeugungsverfahren gebildet wird, das ähnlich dem Verfahren ist, das in der DE-OS 21 55 148 der g.eichen Anmelderin beschrieben ist. Mit den Koordinaten des Punktes 5 und den berechneten Koordinaten des Mittelpunktes der Ellipse 6 kann die Linie 4 zwischen diesen Punkten wie weiter oben erläutert gezeichnet werden, und zwar auf eine Art und Weise, die der ähnlich ist, die in dem oben genannten deutschen Patent und beispielsweise in den US-Patenten 24 06 858, 35 25 802, 33 94 367 und 32 89 195 beschrieben ist.

Die Symbole, wie z. B. die Markierung 1 des eigenen Schiffes und die Markierung 3 des eigenen Kurses, können durch Techniken erzeugt werden, die in der Technik gut bekannt sind und denen entsprechen, die in der obengenannten deutschen Offenlegungsschrift oder beispielsweise in den US-Patenten 31 64 822, 31 64 823 und 32 83 317 beschrieben sind.

Es ist verständlich, daß eine Vielzahl von rechnergesteuerten Kathodenstrahlrohr-Darstellungen bekannt ist und daß diese Darstellungen zur Ausführung der Erfindung angepaßt werden können. Eine derartige Darstellung ist in dem US-Patent 35 19 977, insbesondere in bezug auf Spalte 4, Zeilen 57 bis 60, beschrieben. Alternativ kann eine Anordnung ähnlich der üblichen rechnergesteuerten Kathodenstrahlrohr-Datenausgebedarstellung zur Ausführung der Erfindung verwendet werden. Bei einer derartigen Anordnung liefert der Zentral-Rechner Dater, an den Ausgaberechner, der seinerseits die Signale zur Erzeugung von Symbolen auf der zugehörigen Kathodenstrahlrohr-Darstellung liefert. Alternativ kann die in der obengenannten deutschen Offenlegungsschrift beschriebene Anordnung entsprechend der Lehren der vorliegenden Erfindung angepaßt werden, um das vorliegende Zusammenstoß-Verhütungssystem gerätemäßig auszuführen.

Es ist nunmehr verständlich, daß das oben beschriebene Darstellungsformat, wie es in F i g. 1 gezeigt ist, in einfacher Weise interpretierbare Hinweise und Anzeigen für die Abschätzung von Manövern zur Vermeidung von Zusammenstößen liefert. In einer mit sich bewegenden Schiffen überfüllten Umgebung, wie z. B. in einem Hafen, liefern die vorausgesagten Ziel-Wege mit den zugehörigen elliptischen Gefahrenbereichen, die an den Enden der Wege zentriert sind, wobei die Hauptachsen der Ellipsen mit dem Weg ausgerichtet sind, eine besonders gut ablesbare Darstellung, wobei die verschiedenen Ellipsen eindeutig ihren jeweiligen Zieltn zugeordnet sind.

Es ist aus der vorstehenden Beschreibung weiterhin verständlich, daß die Berechnungen derart ausgeführt werden, daß die in Fig. 1 gezeigte Darstellung unabhängig vom Steuerkurs des eigenen Schiffes ist. Entsprechend dreht sich bei einer Seitenwinkeländerung des eigenen Schiffes ohne Geschwindigkeitsänderung die Kurslinie 3 entsprechend, die den Zielen zugeordneten Hinweismarken drehen sich jedoch nicht. Dies Verfahren liefert nicht nur eine in einfacher Weise interpretierbare Darstellung, sondern erleichtert auch die Verfolgung und Einebnung von Zieldaten. Nach einem Manöver des eigenen Schiffes kann die Darstellung mit Hilfe nicht gezeigter Vorrichtungen zurückgestellt werden, so daß die Kurslinie 3 des eigenen Schiffes wiederum nach oben ausgerichtet ist.

Es ist zu erkennen, daß die linienförmige Spur 4 und das elliptische Symbol 6 gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig gezeichnet werden kann, wenn dies erwünscht ist Ein Zweistrahl-Kathodenstrahlrohr ermöglicht unter Verwendung entsprechender Sätze von elektrostatischen Ablenkelektroden für jeden Elektronenstrahl die Zeichnung der Linie mit einem Elektronen strahl-Ablenksystem und der Ellipse mit dem zweiten

H) Elektronenstrahl-Ablenksystem. Ein Strahl-Betrieb mit einem einzigen Ablenksystem kann ebenfalls verwendet werden, wobei beispielsweise die Ellipse unmittelbar vor der Zeichnung der Linie gezeichnet werden kann.

Die Darstellung 20 kann eine übliche Art von

ι ί Kathodenstrahlrohr verwenden, bei der die Nachleuchtperiode von Phosphor auf dem Darstellungsschirm derart ausgewählt wird, daß ein in der Vergangenheit bezeichnetes Symbol im wesentlichen zu der Zeit verlöscht ist, zu der der Rechner 28 eine Erneuerung der Darstellung bewirkt. Eine regelmäßige oder zufällige Löschung der Darstellung kann außerdem unter der Steuerung des Rechners 28 erreicht werden, wenn eine übliche Direktbetrachtungs-Speicherkathodenstrahlrohr-Darstellung verwendet wird. Ein derartiges Lösehen kann außerdem wie bisher zu jeder durch den Betrachter gewünschten Zeit erreicht werden.

Es sind in einfacher Weise Abänderungen des in F i g. 3 gezeigten Systems zu erkennen, die zu einer noch größeren Vielseitigkeit des Manöver-Abschätz-Darstel-

jo !ungssystems führen können. Es ist zu erkennen, daß der optische Aufnehmer 23 oder eine ähnliche Vorrichtung zur Abnahme von Koordinatendaten von der Darstellung eines Weitbereichs- oder Frühwarn-Radarsystems oder von einer Sonar-Darstellung oder anderen Annäherungs-Warndarstellungen oder -Vorrichtungen verwendet werden kann. Mit Hilfe der Zielverfolgungsund -suchvorrichtung 25 kann die Bedienungsperson erreichen, daß das System an irgendein ausgewähltes, durch irgendeine zur Verfügung stehende Meßeinrichtung festgestelltes gefährliches Ziel angebunden wird und dieses Ziel verfolgt. Wenn diese Ziele an den automatischen Nachführbetrieb angebunden oder in diesen eingerastet werden, stehen die relativen Seitenwinkel und Entfernungen in einfacher Weise in verbesserter Form zur Verarbeitung durch den Rechner 28 zur Verfügung, um Daten zu erzeugen, die von den Symbol-Generatoren 31 und 35 zur Erzeugung der Darstellung 20 benötigt werden.

Die Daten können bei Vorhandensein in dem Rechner 28 durch die Verwendung von I rägheits-Stabilisierungsinformationen verarbeitet oder verbessert werden, wie sie z. B. von einem stabilen Element des Schiffes oder der Querneigungs- und Längsneigungsinformation von einem aufwendigeren Kreiselkompaß geliefert werden. Auf diese Weise können die Seitenwinkel der gefährlichen Ziele gegen Querneigungs-, Längsneigungs- oder Gierbewegungen des eigenen Schiffes in üblicher Weise als Weiterentwicklung der Erfindung korrigiert werden. Alternativ können die von dem Radarsystem angezeigten Daten mit eigenen Stabilisierungsmerkmalen durch eine direkte Servo-Stabilisation der Antennenabtastung 21a versehen werden. Nicht direkt auf die Zusammenstoß-Verhütungs- und Manöverabschätzungs-Funktionen bezogene Funktionen können außerdem durch den Rechner 28 auf einer Zeitteilungsbasis durchgeführt werden, und zwar beispielsweise Trägheits-Navigationsfunklionen und ähnliches.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

230 215/68

Claims

Patentansprüche:

1. Zusammenstoß-Verhütungseinrichtung zur Abschätzung von Manövern eines ersten Fahrzeuges zur Verhütung eines Zusammenstoßes mit anderen Fahrzeugen, mit Meßeinrichtungen zur Lieferung von die Positionen und Geschwindigkeiten des ersten Fahrzeuges und der anderen Fahrzeuge darstellenden Signalen und mit auf die Signale ansprechenden Recheneinrichtungen zur Berechnung von Bereichen, die jeweils den anderen Fahrzeugen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils den anderen Fahrzeugen zugeordneten Bereiche (6) bei ihrer Meidung durch das erste Fahrzeug (1) sicherstellen, daß das letztere die anderen Fahrzeuge (5) nicht mit einem geringeren Abstand a's einem vorgegebenen Abstand (Rm) für alle relativen Positionen und Geschwindigkeiten dieser anderen Fahrzeuge (5) passiert, und daß Darstellungsvorrichtungen (20) mit den Recheneinrichtungen (28) derart verbunden sind, daß die Bereiche (6) relativ zur Position des ersten Fahrzeuges dargestellt werden und damit Hinweise zur Abschätzung der Manöver des ersten Fahrzeuges (1) geliefert werden, die einen Zusammenstoß mit den anderen Fahrzeugen (5) vermeiden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtungen (28) außerdem vorausgesagte Wege (4) der anderen Fahrzeuge zu den jeweiligen Bereichen (6) berechnen und daß die Darstellungsvorrichtungen (20) die vorausgesagten Wege (4) darstellen, so daß sich weitere Hinweise zur Abschätzung der Manöver des Fahrzeuges (1) ergeben, um einen Zusammenstoß mit den anderen Fahrzeugen (5) zu verhüten.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtungen (28) außerdem Punkte (D\ bis A/ auf den Wegen (4) berechnen, die Seitenwinkelrichtungen darstellen, die bei ihrer Verfolgung durch das Fahrzeug (1) bewirken wurden, daß dieses Fahrzeug die anderen Fahrzeuge (5) mit dem vorgegebenen Abstand (Rm) an dem jeweiligen nahesten Annäherungspunkt passieren würden, und daß die Recheneinrichtungen langgestreckte geometrische Kurven (8, 9) berechnen, die durch diese Punkte (D\ bis A) definiert sind und die Bereiche (6) umgrenzen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kleineren, zu den Wegen (4) senkrechten Achsen der Kurven (8, 9) gleich dem doppelten vorgegebenen Abstand (Rm) sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven (8,9) die Form von Ellipsen mit Hauptachsen aufweisen, deren Enden durch die Punkte (D\ bis A) definiert sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen (21) Signale liefern, die die Positionen und Geschwindigkeiten des ersten Fahrzeuges (1) und eines steuerbaren weiteren Fahrzeugs (5) darstellen und die durch die folgenden Parameter gekennzeichnet sind:

Xt, Yt'- Darstellung der Positionskoordinaten des weiteren Fahrzeugs,

Xt, Yt- Darstellung der Geschwindigkeitskomponenten des weiteren Fahrzeugs,

Ro' Darstellung des Abstandes zwischen dem ersten Fahrzeug und dem weiteren Fahrzeug zu einer Anfangszeit,

Vt: Darstellung der GeschwindigKeit des weiteren Fahrzeuges (5),

Vs: Darstellung der Geschwindigkeit des ersten Fahrzeugs (1),

Rm: Darstellung des vorgegebenen Abstandes,

daß ferner die Recheneinrichtungen (28) auf die Zuführung der gemessenen Werte der Parameter ansprechende Einrichtungen einschließen, um die Werte eines Parameters D zu berechnen, der die Punkte auf dem vorgegebenen Weg darstellt, und zwar unter Verwendung der Gleichung:

_D -

wobei

w ^T

Ro

^s (K² +1)

ist, und wobei

W_S=W_T+K(Us-U₁)

Kj- (W_T-KÜ_T)²\^Xn

Jf —■

ÄA,

ist, und daß die Darstellungsvorrichtungen (20) Einrichtungen zur Darstellung der Kurven (8, 9) entsprechend der Werte von D einschließen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtungen (28) außerdem die Koordinatendaten für die Kurven (8, 9) entsprechend der Werte von ZJberechnen.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtungen (28) Digital-Recheneinrichtungen umfassen, die zur Lösung dieser Gleichungen programmiert sind.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtungen (28) außerdem einen vorausgesagten Weg (3) für das erste Fahrzeug (1) berechnen und daß die Darstellungsvorrichtungen (20) den vorausgesagten Weg (3) darstellen, so daß sich weitere Hinweise zur Abschätzung von Manövern des ersten Fahrzeugs (1) zur Verhütung von Zusammenstößen mit den weiteren Fahrzeugen (5) ergeben.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen (21) Azimut-Abtastradareinrichtungen zur Erfassung der Positions-Daten der weiteren Fahrzeuge (5) in bezug auf das erste Fahrzeug (1), zwischengeschaltete Darstellungsvorrichtungen (22) zur Darstellung von die weiteren

Fahrzeuge (5) darstellenden Bildern, Wandlervorrichtungen (23) zur Erzeugung elektrischer Impulse bei Intensivierung der Bilder auf der zwischengeschalteten Darstellungsvorrichtung (22) und Vorrichtungen (25) umfassen, die auf die Impulse zur automatischen Nachführung der Speicherung der Positions- und Geschwindigkeiüdaten der weiteren Fahrzeuge (5) ansprechen.