DE2219067A1 - Navigationsgerät - Google Patents

Description

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293-18.651P- 19. 4. 1972

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London SW 1 (Großbritannien)

Navigationsgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Navigationsgerät, insbesondere auf ein Navigationsgerät zur Erzeugung der Daten für eine automatisch oder von Hand gesteuerte sichere Navigation durch Gruppen von Hindernissen oder Gefahren mit einem möglichst geringen Umweg. Bei der Anwendung der Erfindung auf Schiffen können diese Hindernisse Landmassen, Felsen, untergegangene Schiffe oder Wracks oder andere vor Anker liegende Schiffe sein. Dagegen können sie bei der Anwendung der Erfindung auf die Luftfahrt stürmische Zonen oder, bei einer geringen Flughöhe, durch die Erdoberfläche gebildete Hindernisse sein.

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Bei einem bekannten Navigationsgerät werden die durch Primärsensoren, wie beispielsweise durch Radar oder durch Sonar, in ein zu steuerndes Fahrzeug eingespeisten Daten einem Piloten/Steuermann (im folgenden als Führer bezeichnet) des Fahrzeugs in sichtbarer Weise, wie beispielsweise auf dem Schirm·eines Kathodenstrahloszilloskops, gezeigt. Die auf dem Schirm bildlich dargestellten Daten stellen die Ist-Zeitlage von Hindernissen oder anderen Navigationsmerkmalen in bezug auf die eigene Lage des Fahrzeugführers dar. Mit einer derartigen Darstellung kann der Führer den zukünftigen Kurs seines Fahrzeugs, beispielsweise den sichersten und/oder den schnellsten Kurs, bestimmen und durch eine geeignete Einstellung der PrimärSteuerungen des Fahrzeugs diesem Kurs folgen. Der Entscheidungsprozeß wird konstant während der ganzen Reise wiederholt. Da die Entscheidungen subjektiv sind, sind sie nicht immer richtig und stellen sicher nicht immer die günstigste Wahl in bezug auf die Sicherheit und/oder Wirtschaftlichkeit dar. Wegen der vielen anderen Pflichten, die der jeweilige Führer des Fahrzeugs zu erfüllen hat, wie beispielsweise mit Basen oder anderen Fahrzeugen in Verbindung zu treten und eine wachsende Zahl von Anzeigevorrichtungen zu überwachen, die verschiedene Gesichtspunkte des Fahrzeugzustandes beleuchten, ist die ihm für diesen Entscheidungsprozeß zur Verfügung stehende Zeit kurz. Dies trifft besonders auf den Piloten eines Passagierflugzeuges zu, das mit Überschallgeschwindigkeit fliegt. Bei diesem muß die Entscheidung über den besten Flugweg, durch oder um mehrere gefährliche Sturmzentren herum, die durch Wetterradar allenfalls 300 km vorher angezeigt werden, sehr schnell ausgeführt werden. Es soll daran erinnert werden, daß bei zu erwartenden Flugmanövern, die mit dem Komfort der Passagiere verträglich

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sind, eine zeitliche Verschiebung von beispielsweise 30 km vom gewünschten Kurs etwa TOO - 150 km vorher eingeleitet werden muß.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Fahrzeugführer zu unterstützen, indem ihm in geeigneten Zeitintervallen eine einfache Wahl zwischen einem oder mehreren bevorzugten Wegen zu einem gegebenen Bestimmungsort angeboten wird, wobei der mit jeder Wahl verbundene Gefahrengrad und die damit verknüpfte Wirtschaftlichkeit angegeben werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Navigationsgerät zum Gebrauch in einem bewegten Fahrzeug eine Hindernis -Anzeigeeinrichtung, die Signale erzeugt, die die Lage von Hindernissen in bezug auf die Lage von der Hindernis-Anzeigeeinrichtung anzeigen, und einen Computer oder Rechner, der diese Signale von der Hindernis-Anzeigeeinrichtung empfängt und Parameter für mindestens einen Weg oder Kurs ermittelt, bei dem im wesentlichen die Hindernisse umgangen werden, und der Ausgangs signale erzeugt,, die die errechneten Parameter darstellen.

Die Bezeichnung "Fahrzeug" S¹OlI weit verstanden werden. Es soll darunter jede Vorrichtung zum Transport von Gütern oder Menschen zu Land oder zur See oder in der Luft fallen.

Beispielsweise kann der Computer oder Rechner so ausgebildet sein, daß er die Parameter für den wirtschaftlichsten Weg oder Kurs mit einem vernachlässigbaren Risiko und den wirtschaftlichsten Kurs mit einem erträglichen Risiko ermittelt.

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Der Computer oder Rechner kann auch zum Anschluß an einen oder mehrere Navigationsanzeiger geeignet sein. Seine Signalausgänge können so gestaltet sein, daß sie auf den Anzeigern die Parameter der errechneten Wege oder Kurse oder die Wege oder Kurse anzeigen.

Der Computer oder Rechner kann auch oder alternativ zum Anschluß an das Steuersystem des Fahrzeugs geeignet sein, und dessen Signale können dazu dienen, das System zu betreiben sowie zu veranlassen, daß das Fahrzeug einem ausgewählten Weg oder Kurs der errechneten Wege oder Kurse folgt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisch.es S ehalt diagramm eines Flugnavigationsgeräts zur Umgehung von Stürmen;

Fig. 2 eine Darstellung von einigen möglichen Flugwegen, die durch das in der Fig. 1 dargestellte Gerät in Betracht gezogen werden;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das erläutert, in welcher Weise das in der Fig. 1 dargestellte Gerät die möglichen Flugwege durch mehrere Stürme ermittelt; und

Fig. h ein Flußdiagramm, das darstellt, in welcher Weise das in der Fig. 1 dargestellte Gerät die möglichen Wege oder Kurse durch mehrere Stürme oder eine Ansammlung von Stürmen untersucht,

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wobei die Geschwindigkeit und Richtung des Windes im Bereich der diese Ansammlung bildenden Stürme berücksichtigt werden,

In der Fig. 1 umfaßt ein in einem nicht dargestellten Flugzeug installiertes Flugnavigationsgerät zur Umgehung von Stürmen eine Wetterradareinrichtung 1_f die mit einer Antenne 2 verbunden ist« Die Radareinrichtung 1 hat elektrische Ausgänge 3 und 4, über"die jeweils Sturmbereichsund Peilsignale in zwei Eingänge R und θ eines elektronischen Rechners 8 eingespeist iirerden. Ein von Hand betriebener Wähler 9 für die Windgeschwindigkeit und Windrichtung ist mit zwei weiteren Eingängen W und W¹ des Rechners 8 verbunden. Der Rechner 8 hat Ausgänge 10 und 51, von denen jeder jeweils mit einem von zwei Eingängen eines Navigationsanzeigers 12 und eines Wetterradaranzeigers 13 verbunden ist. Über Schalter 14 und 17 ist es möglich, einen der Ausgänge 10 oder 11 weiterhin an eine Flugleiteinrichtung 15 oder an einen Kursgeber 16 anzuschließen. Der Wetterradaranzeiger 13 empfängt auch Signale von den Ausgängen 3 und h der Radareinrichtung 1.

In Intervallen während des Fluges des Flugzeugs stellt ein Operateur den Wähler 9 für die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung auf den besten geschätzten Wert der Windgeschwindigkeit und Windrichtung in der Flughöhe in einem interessierenden azimutalen Sektor vor dem Flugzeug ein, der durch die Antenne 2 abgetastet wird. Diese Auswahl bewirkt zwei entsprechende elektrische Signale, die diese Veränderlichen darstellen, die in die Eingänge W und W¹ des Rechners 8 einzuspeisen sind. Radarsignale werden dtirch die Radareinrichtung 1 und durch die Antenne 2 abgegeben und

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empfangen» Die empfangenen Signale werden verarbeitet, um elektrische Signale zu erzeugen, die den Bereich und die Peilrichtung von Sturmzentren angeben, deren Intensität in dem interessierenden Sektor größer ist als eine gewisse, möglicherweise einstellbare Intensität, Diese Signale werden normalerweise kontinuierlich von den Ausgängen 3 und k der Radareinrichtung 1 in den Wetterradaranzeiger 13 eingespeist. Bei dem vorliegenden Gerat werden auch Folgen von diesen Signalen, die eine Ansammlung von Stürmen zu einem gegebenen Zeitpunkt wiedergeben, in geeigneten Zeitabschnitten in die R- und Θ-Eingänge des Rechners 8 eingespeist.

Zunächst liest der Rechner die Koordinaten der durch die Wetterradareinrichtung 1 erfaßten Hindeimisse (Sturmzentren) . Diese sind gegeben durch Bereichs(R)— und Peil(ö)-Signale in bezug auf die gegenwärtige Lage und den gegenwärtigen Kurs des Flugzeugs. Zur Vereinfachung der Rechnung leitet der Rechner die entsprechenden kartesischen Koordinaten für die Sturmzentren in einem kartesischen Koordinatensystem mit senkrechten x- und y-Achsen her, das seinen Ursprung in der gegenwärtigen oder Ist-Lage des Flugzeugs hat. Dies kann durch ein herkömmliches Unterprogramm geschehen. Es kann wünschenswert sein, abhängig vom Ist-Kurs und von der Ist-Lage des Flugzeugs in bezug auf einen gewünschten oder Soll-Flugweg eine Korrektur vorzusehen, und die y-Achse des kartesischen Koordinatensystems gegen die gewünschte Flugrichtung zu neigen, selbst wenn sich da3 Flugzeug im Verlauf eines Umweges um irgendein Hindernis gedreht hat. Diese Korrektur erfordert einen besonderen 0 -Eingang, der den gegenwärtigen oder Ist-Kurs des Flug-

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zeugs in bezug auf die Riclitung des Flugwegs wiedergibt, die von einem herkömmlichen nicht dargestellten Navigationsoder Peilgerät erhalten werden kann. Die hergeleiteten kartesischen Koordinaten der Sturmzentren werden in einer logischen Ordnung gespeichert," entsprechend zu ihrem Bereich in bezug auf das Flugzeug.

Der Rechner 8 ist so programmiert, daß er eine endliche Zahl von möglichen alternativen ¥egen durch eine ihm zu irgendeiner Zeit angebotene Ansammlung von Stürmen untersucht, "wobei jeder Weg durch eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Bogensegmenten von gleicher Länge gebildet wird«, Es wird angenommen, daß am Beginn jedes Segments irgendeines von einer vorbestimmten endlichen Anzahl von alternativen Manövern begonnen und bis zum Ende des Segments beibehalten werden kann. Danach kann derselbe Bereich von alternativen Manövern wieder für das: folgende Segment betrachtet werden. In einem typischen Beispiel kann jedes Segment geflogen werden, indem eines bzw. einer der folgenden fünf möglichen alternativen Flugmanöver oder Bogen verwendet wird:

(1) 1O°-Rechtskurve

(2) 5°-Rechtskurv.e

(3) im wesentlichen Geradeaus- und Horizontalflug {k) 5°-Linkskurve

(5) iO°-Linkskurve

Der erste Schritt im Bahnbeurteilungsprogramm wählt einen aus den fünf möglichen Bogen, ausgehend von der gegenwärtigen oder Ist-Lage des Flugzeugs, aus. Jeder folgende Schritt wählt einen aus den fünf möglichen Bogen aus-

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gehend vom Ende des vorhergehenden Bogens aus. Es werden die Wege oder Bahnen von vier Segmenten, von denen jeder vier aufeinanderfolgende Bogen umfaßt, betrachtet. Einige der durch eine fünfte Auswahl definierten möglichen Flugbahnen sind bei einer Untersuchung mit vier Segmentbahnen in der Fig. 2 dargestellt. Di© Punkte 18 stellen die Lagen dar, die erreicht würden, wenn ausgehend von der gegenwärtigen Lage 17 des Flugzeugs jedem der fünf alternativen Manöver des ersten Segments gefolgt würde. Die Punkte 19 stellen die Enden von einigen der 25 möglichen Bogen dar, die durch die zweiten Segmenten definiert werden. Die Punkte 20 stellen die Enden von einigen der möglichen 125 Bogen dar, die durch die dritten Segmente definiert werden. Die Punkte 21 stellen einige der Enden der möglichen 625 Bogen dar, die durch die vierten Segmente definiert werden. Zur besseren Übersichtlichkeit sind lediglich drei Segmente aus der gesamten Anzahl der möglichen Flugbahnen dargestellt. Diese Bahnen sind mit 22, 23 und 24 bezeichnet. Die Bahn 22 besteht aus vier ähnlichen geraden Segmenten. Bei der Bahn 23 ist das erste Segment ausgehend von der gegenwärtigen Lage oder vom Standpunkt 17, eine 5 -Rechtskurve. Das zweite Segment ist gerade. Das dritte Segment ist eine 1O°-Linkskurve. Das vierte Segment ist ebenfalls eine 10 -Linkskurve. Bei der Bahn 24 ist das erste Segment eine 5 -Linkskurve, das zweite und das dritte Segment sind 5°-Rechtskurven, und das vierte Segment ist eine 1O°-Rechtskurve. Bei einer rechnerischen Vollendung der Bahnen 23 und 24 wird das Flugzeug durch angemessene Manöver zurück auf den gewünschten Fliigweg gebracht. Diese ManÖvei- sind in der Fig. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet.

Die Anzahl der betrachteten Segmente und die Anzahl der

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am Beginn jedes Segments überprüften alternativen Manöver sind natürlich willkürlich. Um im folgenden eine allgemeinere Beschreibung anzugeben, wird die Anzahl der Segmente in jeder Bahn mit s bezeichnet« Die Anzahl der überprüften alternativen Manöver bei jeder Entscheidung ist mit η angegeben. Jeder Bahn ist dann eine Folge von Parametern a₁, a_o ... a zugeordnet und durch diese definiert, die ihrerseits die ausgewählten Manöver zur Überprüfung am Beginn jedes folgenden Segments entlang der Bahn angeben. Im allgemeinen gibt a das ausgewählte Manöver zur Überprüfung am Beginn des r-ten Segments an. Die Parameter a haben ' ganzzahlige Werte, die kleiner oder gleich sind wie n. Die gesamte Anzahl der betrachteten Bahnen ist η . Beispielsweise haben die Parameter a Werte zwischen 1" und 5» die den Möglichkeiten (i) bis (5). wie oben aufgeführt, entsprechen.

Das Computer- oder Rechnerprogramm ist so aufgebaut, daß es die möglichen Bahnen in einer logischen Ordnung aufsucht. Aus verschiedenen Gründen können einige Bahnen von einer weiteren Betrachtung zu einem früheren Zeitpunkt in ihrer Untersuchung ausgeschlossen werden. Wenn eine Bahn so zurückgewiesen wird, oder wenn eine Bahn vollständig untersucht wurde, dann kehrt das Programm zur Betrachtung der nächsten möglichen Bahn in der logischen Ordnung zurück, bis alle möglichen Bahnen entweder zurückgewiesen oder untersucht wurden. Hindernisangaben, beispielsweise in bezug auf die Nähe der Bahn zu erfaßten Sturmzentren oder zu anderen Hindernissen, und Wirtschaftlichkeitswerte in Form von Strafpunkten, die beispielsweise die länge eines Umweges, die seitliche Abweichung von dem gewünschten Kurs oder die Anzahl der Rückkehrkurven anzeigen, werden im Ver-

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lauf für jede voll untersuchte Bahn erhalten. Zur Vervollständigung des Prozesses wählt der Rechner Einzelheiten von einigen der am meisten vorteilhaften Bahnen aus. Hierunter fallen beispielsweise die kürzeste Bahn mit einer vernachlässigbaren Hindernisangabe und die kürzeste Bahn mit einer Hindernisangabe, die nicht größer ist als eine vorbestimmte Angabe, welche als erträglich eingegeben wird. Die Parameter, die die Hindernisangaben und die Wirtschaftlichkeitswerte bestimmen, werden im allgemeinen durch die Flugzeugopera teure und durch die für die Luftsicherheit Verantwortlichen bestimmt. Elektrische Signale, die diese ausgewählten Bahnen darstellen, werden dann an den Computerausgängen, wie beispielsweise 10 und 11, erzeugt und können den Navigationsund Wetterradaranzeigern 12 und 13 überlagert werden. Der Pilot oder Operateur kann dann eine aus diesen Bahnen, mit Hilfe der Schalter ~\k und 17 auswählen, um die zu folgende Bahn für die Pilotensteuerung auf der Flugleiteinrichtung

15 zu zeigen, oder um die Bahnrichtungen in den Kursgeber

16 einzuspeisen, der dann das Flugzeug entlang dieser Bahn automatisch steuert, wenn dem Kursgeber die Steuerung des Flugzeugs erlaubt ist.

Die Hindernisangabe, die für irgendeinen Bogen errechnet wird, ist eine numerische Größe, die in einer ausgewählten, vorbestimmten Weise von der Nähe des Bogens zu benachbarten Sturmzentren abhängt. Beispielsweise kann die Hindernisangabe so bestimmt werden, daß alle die Beiträge summiert werden, die jeweils als eine vorbestimmte Funktion des nächsten Abstandee von einem gegebenen Sturmzentrum zu einem Punkt auf dem Bogen errechnet werden. Jeder Beitrag kann beispielsweise eine lineare Funktion des Abstandes von der Kante einer verbotenen Zone oder eine inverse Funk-

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tion des kürzesten radialen Ab Standes vom Sturmäzentrum oder eine Funktion der Entfernung sein, in der Teile der Bahn in einem vorbestimmten Bereich in bezug auf das Sturmzentrum liegen. Die Berechnungen zur Hindernisangabe können alle wichtigen Wirkungen der vorherrschenden Windgeschwindigkeit und der Windrichtung (in die Eingänge W und W* eingespeist) auf das mit der Nähe eines Stuftnes verknüpfte Hindernis einschließen, wie beispielsweise jede mit einem Abwind erwartete Turbulenz, die nicht auf dem Radaranzeiger 13 gezeigt werden kann.

Bestimmte zeitweilige Speicherstellen sind den Parame-tern a.. , a₂ ... a zugeordnet. Das Programm beginnt mit den Parametern a.. = a = a_ = . . . = a =0, wie durch den Kasten A in der Fig. 3 angedeutet, was bedeutet, daß noch kein Manöver für die Prüfung ausgewählt wurde.

Fig. 3 erläutert den Such- und Entscheidungsprozeß, der es dem Rechner ermöglicht, die wirtschaftlichste hindernisfreie Bahn und die wirtschaftlichste Bahn mit einem annehmbaren Risiko aus n^s möglichen verfügbaren Bahnen auszuwählen. Die verschiedenen Kasten A, B, C usw. (Fig. 3) stellen Computeroperationen dar, die durchgeführt werden» wenn ein bestimmtes Ergebnis einer vorhergehenden Operation erhalten wird. Am Startpunkt jedes Segments einer Bahn sind drei wesentliche Werte für die folgenden Rechnungen entscheidend, nämlich die x-Koordinate, die y-Koordinate und die Richtung der Bahn in diesem Punkt. Die Zeichen X , Y und 0 werden im folgenden dazu verwendet, um die χ-, y- und Richtungskoordinaten am Ende des r-ten Segments der betrachteten Bahn anzuzeigen. Entsprechend werden die Zeichen Χ«, Y- und 0Q dazu verwendet, um die anfängliche Lage

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und den anfänglichen Kurs des Flugzeugs anzugeben, die den Startpunkt für das erste Segment aller Bahnen am Beginn jedes Rechnerzyklus bilden. Um die folgende Beschreibung in gleicher Weise auf die Betrachtung der zweiten oder der folgenden Segmente einer Bahn anwenden zu können, werden die Koordinaten des Startpunktes des Segments mit X ,

Y .. und 0 _Λ bezeichnet,
r-1 r—1

Eine Folge von Speicheradressen, die im folgenden als SPC-Speicher bezeichnet werden, sind vorgesehen, um die Startpunktkoordinaten der Segmente der betrachteten Bahn zu speichern. Da zumindest einige der betrachteten Bahnen wahrscheinlich s Segmente aufweisen, sind daher s SPC-Speicher vorgesehen. Die Anfangskoordinaten X₀, Y₀, 0_O werden im ersten SPC-Speicher gespeichert. Wie bereits oben angedeutet wurde, zeigen die Stromwerte der Parameter a₁, a„, a~ ο.. a die Bahn und das betrachtete Bahnsegment in irgendeiner Stufe an. Der weiter unten beschriebene Prozeß gewährleistet, daß bei der Betrachtung des r-ten Segments irgendeiner Bahn der erste, der zweite ... der r-te SPC-Speicher jeweils die Startpunktkoordinaten des ersten, zweiten ... r-ten Segments dieser Bahn beibehält.

Wie oben anhand des Kastens A schon beschrieben wurde, werden zunächst die Daten eines Stromzentrums vorzugsweise in eine kartesische Darstellung umgewandelt und in einer für den Rechner im Bahnauswahlprozeß geeigneten Form wie beispielsweise in logischer Ordnung gespeichert, und dann werden die Parameter a Null gesetzt. Im ersten Schritt des eigentlichen Prozesses, der durch den Kasten B in der Fig. angedeutet ist, werden die Startpunktkoordinaten (X .. ,

Y -ι» 0 i) des ^zu betrachtenden Segments aus dem r-ten

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SPC-Speicher genommen, wobei r die Ordnungszahl (Suffix) des ersten Parameters mit dem Wert Null in der Folge a₁, a_o ... a ist. Die Folge der Koordinaten der .Sturmzentren wird dann in bezug auf den Startpunkt geprüft, um zu sehen, ob irgendwelche Stürme in einem vorbestimmten Abstand von der nächsten Bahn vom Startpunkt zu einem gewünschten Flugweg sind. Wenn keine Stürme vorhanden sind, dann wird unmittelbar die nächste Bahn ausgewählt, und es ist nicht erforderlich, nach alternativen Möglichkeiten zu suchen. In diesem Fall ist die nächste Operation durch den Kasten J angedeutet. Wenn aber einige Stürme im Bereich um die nächste Bahn zwischen dem Startpunkt und dem gewünschten Flugweg sind, dann ist die nächste Operation durch den Kasten C angedeutet, bei der der Rechner die Folge von Parameter a.. , a_o ... a überprüft, um das nächste Segment anzuzeigen, das zu untersuchen ist. Um dies durchzuführen, addiert er den Wert Eins zu dem ersten Parameter mit dem Wert Null der

Folge, wenn in der Ordnung a₁, a_, a» ^a geprüft wird.

Wenn alle Parameter einen von Null abweichenden Wert haben, dann addiert er den Wert Eins zum letzten Parameter a . Wenn dadurch a = η + 1 wird, dann setzt er a =0 und

S S 'S

addiert den Wert Eins zu dem vorhergehenden Parameter a

Wenn dadurch a _Λ = η + 1 wird, dann setzt er a ., = 0 und s-1 s-ι

addiert Eins zum vorhergehenden Parameter. Diese Operationen können bis a₁ zurückverfolgt werden. Wenn dieser Prozeß alle Parameter zu 0 macht, dann müssen alle Bahnen betrachtet werden. Der Rechner verwendet diese letzte Bedingung, die durch den Kasten D angezeigt wird, um zu bestimmen, ob eine nächste Operation so verläuft, wie durch den Kasten E oder durch den Kasten L angedeutet ist.

Wenn die Folge der Parameter auf diese Weise überprüft

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wurde, und- wenn angenommen wird, daß alle Parameter a nicht Null sind, dann gibt die Lage und der Wert des letzten Parameters, der nicht Null ist, die Lage des Segments und des betrachteten Manövers für dieses Segment an. Wenn beispielsweise a₁, a₂ ... a von Null verschiedene Werte haben, und wenn a = a „=...= a =0 gilt, dann ist das zu betrachtende Segment das r-te Segment einer unvollständigen Bahn, die durch die folgenden Manöver, wie durch a₁, a_ ... a angezeigt, definiert ist. Wenn, um ein spezielles Beispiel zu geben, die Folgen der Parameter 2, 3_f 1, 0 ist, dann besteht das Programm in der Betrachtung der Auswirkung einer Rechtskurve (a~ = 1) von 10 während des dritten Segments der Bahn 23 der Fig. 2.

Bei der nächsten Operation (wenn der Prozeß nicht beendet ist), die durch den Kasten E dargestellt ist, werden diese Koordinaten des Startpunkts aus dem SPC-Speicher entnommen, der dem letzten Bahnparameter der überprüften Parameter entspricht, der nicht Null ist. Diese Koordinaten und die Art des Manövers (angezeigt durch den Wert von a ) werden dazu verwendet, um die Koordinaten (X_> Y 0_r) des Endpunkts des Segments zu berechnen, entsprechend zu den Gleichungen

^Xr ^{= X}r-1 ^{+ La}r < ⁵¹^r-1 " ^{s±n (l}*r-1 Y_r = Y_r-1 + La_r (cos (0_r-1 + Θ) - cos

Dabei gilt θ = — . K ist die Segmentlänge, die wie oben

^L>ar

beschrieben, für alle Manöver in diesem Beispiel einen festen Wert hat. La ist der Kurvenradius des augenblicklich

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■betrachteten Manövers des r~ten Segments, Diese Koordinaten werden im (r+i)-ten Speicher gespeichert. Sodann werden sie, wie durch den Kasten F angedeutet, mit vorbestimmten willkürlichen Grenzen einer maximal zulässigen Peilabweichung (0 -Grenze) und einer maximal zulässigen seitlichen Abweichung (X -Grenze) und mit der Koordinatenfolge der Stürme verglichen. Wenn die Endpunktskoordinaten eine zu große Abweichung von der direkten Strecke anzeigen, oder wenn der Endpunkt in einer nicht annehmbaren Weise zu dicht bei einem Sturm liegt, dann wird durch den durch den Kasten K angedeuteten Schritt die untersuchte Bahn verändert.

Wenn jedoch der Endpunkt in bezug auf alle drei Grenzbedingungen annehmbar ist, dann ist die nächste Operation durch den Kasten G angedeutet. Im Kasten G wählt der Rechner aus den Koordinaten von allen Sturmzentren diejenigen Sturmzentren aus, die in einer vorbestimmten Fläche um das betrachtete Segment liegen und errechnet den Hindernisbeitrag von jedem der ausgewählten Stürme zur Hindernisangabe für dieses Segment. Der Hindernisbeitrag ist eine Zahl, die entsprechend einer vorbestimmten Funktion vom Abstand der Annäherung des Segments an ein ausgewähltes Sturmzentrum errechnet wird. Die Hindernisbeiträge von allen diesen ausgewählten Stürmen werden dann summiert, um so die Hindernisangabe für dieses Segment zu erhalten.

Wenn diese Angabe eine vorbestimmte Grenze überschreitet, dann werden die Parameter a₁ ... a entsprechend dem Kasten K überarbeitet. Dieser Schritt kann dadurch begonnen werden, daß ein nicht annehmbares Manöver entweder in der durch den Kasten F oder den Kasten G angedeuteten Weise zurückgewiesen und Eins zu dem Wert von a hinzugezählt wird

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(a ist der letzte Parameter, der nicht Null ist, der das Manöver darstellt, das eine zu große Hindernisangabe mit sich bringt). ¥enn so a = η + 1 ist, dann wird eine Übertragung oder ein Überspringen zum nächsten alternativen Manöver erzeugt, indem a wieder Null gesetzt und Eins zu dem vorhergehenden Parameter a ₁ hinzugezählt wird. Ähnliche Übertragungen können auf vorhergehende Parameter wie bei dem anhand des Kastens C beschriebenen Verfahren fortgeführt werden. Durch dieses Verfahren werden die mit zu vielen Hindernissen versehenen Manöver und alle von diesen weiterführenden Bahnen zurückgewiesen. Der Auswahlprozeß schreitet zur Betrachtung der nächsten Alternativen fort, indem der Prozeß wieder beim Kasten E beginnt (es sei denn, daß der Rechner tatsächlich im Kasten D entscheidet, daß der Prozeß vollendet ist).

¥enn auf der anderen Seite die Hindernisangabe die vorgegebene Grenze überschreitet, dann besteht die nächste Operation darin, die Hindernisangabe, wie im Kasten H angedeutet, zu speichern. Es sind ns Speicher zur Speicherung der Hindernisangaben während der Bahnnachforschung zugewiesen. Ihre Inhalte werden alle am Beginn jedes Rechnerzyklus zu Null gesetzt. Wenn die Schreibweise oder der Begriff H(p) dazu verwendet wird, um die Adresse eines p-ten Speichers von diesen Speichern darzustellen, dann ist die für das Segment erhaltene Hindernisangabe in der Adresse H(n(r-1) + a ) gespeichert. ¥enn beispielsweise die Hindernisangabe für den dritten Abschnitt einer Bahn gerade errechnet wurde, dann wird sie in der Adresse H(2n + a~) gespeichert, wobei a_ den Wert hat, der einem besonderen Bogen oder Manöver, das betrachtet wurde, entspricht.

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Wie durch den Kasten H angedeutet wurde, prüft der Rechner auch die Ordnung des Stromsegments, d. h. das Suffix r oder den letzten Bahnparameter, der nicht Null ist. ¥enn dieses Segment das s-te Segment war, d.. h. das letzte Segment einer vollständigen Bahn, dann ist die nächste Operation die durch den Kasten J angedeutete. Wenn es nicht das s-te Segment ist, dann ist die nächste Operation wieder die durch den Kasten B angedeutete, wobei der Rechner als Koordinaten für den nächsten Startpunkt die im (r_ + i)-ten Speicher gespeicherten Koordinaten nimmt, welche (X , Y , 0 ) sind, die die Endkoordinaten eines annehmbaren Manövers darstellen.

Wenn die Startpunkte von jedem folgenden Segment Stürme aufweisen, die innerhalb einer vorbestimmten Entfernung der direkten Bahn aus ihnen zu dem gewünschten Flugweg liegen, und wenn die für jedes Segment betrachteten Manöver ihrerseits annehmbar und innerhalb der Hindernisgrenze liegen, dann wird gegebenenfalls ein s-tes Segment geprüft. Nachdem die mit diesem besonderen s-ten Segment verknüpfte Hindernisangabe in die Adresse H(n(s-1) + a ) in der durch den Kasten H dargestellten Operation eingespeist wurde, überprüft der Computer die Ordnung des Stromsegments. Er ermittelt, daß es ein s-tes Segment ist, und die nächste Operation ist so die durch den Kasten J angedeutete. Im Kasten J werden die Hindernisangaben für jedes der s Segmente dieser vollständigen Bahn summiert. Da bei der durch den Kasten C oder den Kasten K dargestellten Operation der Rechner die Werte von a., a_o ... a jeweils in Übereinstimmung mit der Manöverwahl für das erste Segment, der Manöverwahl für das zweite Segment ... der Manöverwahl für das s-te Segment auf den neuesten Stand brachte, ist die vollständige

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Bahn ganz durch die Stromwerte von a₁, a„ ... a definiert. Die Adressen der mit jedem Abschnitt der definierten Bahn verknüpften Hindernisangabe werden so leicht erhalten. Der im Rechner gespeicherte Vert von a ist der Wert von a in der Adresse der dem ersten Segment zugeordneten Hindernisangabe. Der Wert von a» ist der Wert von a in der Adresse der dem zweiten Segment zugeordneten Hindernisangabe usw. Für das erste Segment ist r-1 =0. Für das zweite Segment ist r - 1 = 1 usw. Daher ist die Adresse der dem ersten Segment zugeordneten Hindernisangabe gegeben durch

während die Adresse der dem zweiten Segment zugeordneten Hindernisangabe gegeben ist durch

H (η χ 1 + a₂)

usw. Indem so die in den Adressen, die allen die Bahn definierenden Segmenten zugeordnet sind, gespeicherten Hindernisangaben summiert werden, wird eine gesamte Hindernisangabe T für diese Bahn ermittelt, die eine ganze Zahl im Bereich zwischen O und N ist. So ist T gegeben

wobei (H(a₁)) den Inhalt des Speichers H (a..) anzeigt.

Die im Kasten J angedeutete Operation kann alternativ dann begonnen werden, wenn durch die Operation des Kastens B ermittelt wird, daß keine weiteren Stürme vor den betrach-

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teten Startpunktkoordinaten liegen, do tu , wenn die schon betrachteten Bahnsegmente, obwohl es weniger als s sind, ausreichen, um das Flugzeug hinter alle Stürme zu bringen. In diesem Fall ist die zur Ableitung der gesamten Hindernisangabe erforderliche Summierung natürlich auf r Terme gekürzt.

Der der vollständigen Bahn zugeordnete ¥irtschaftlichkeitswert P wird dann in einer noch zu beschreibenden Weise errechnet, um eine Anzeige für einen wirtschaftlichen Nachteil der Bahn zu erhalten. Beispielsweise kann der Wirtschaftlichkeitswert direkt proportional zur Länge eines jeglichen Umweges sein, der mit einer Bahn verknüpft ist. P ist eine ganze Zahl zwischen den Grenzen von O und N, und je größer der Wert von P ist, desto unwirtschaftlicher ist der ihm zugeordnete Weg.

Im Rechner ist eine Reihe von Speichern R vorgesehen, die die gesamten Hindernisse speichern, die den vollständig überprüften Bahnen zugeordnet sind, und eine Reihe von Speichern V, die die diesen gesamten Hindernissen zugeordneten Bahnparameter speichern. Der jeder Bahn zugeordnete ganze Wert von P wird bei den Speichern R und V als ein Speicherkennzeichnungssuffix verwendet. Es sind daher (N -■■ 1) Rp-Speicher und (N + 1) Vp-Speicher vorgesehen. Wie durch den Kasten J angedeutet, wird die gesamte Hindernisangabe T irgendeiner möglicherweise nützlichen Bahn, die einen Wirtschaftlichkeitswert P aufweist, mit irgendeiner sofort in den Speicher Rp eingetretenen gesamten Hindernisangabe verglichen. Dann und nur dann, wenn T kleiner ist als irgendeine zuvor in den Speicher Rp eingespeiste Angabe, dann wird T so eingespeist, daß es die vorherigen Inhalte ersetzt.

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Venn dies erfolgt, dann werden die mit der betrachteten Bahn verknüpften Bahnparameter in den entsprechenden Vp-Speicher eingeführt, indem sie den früheren Inhalt des Vp-Speichers ersetzen. Dieser Proaeß scheidet die weniger vorteilhaften Bahnen aus der weiteren Betrachtung aus. Am Beginn eines Berechnungszyklus wird in jeden der erheblichen R-Speicher eine nicht tolerierbare hohe Hindernisangabe eingespeist. Der Vergleich mit T und irgendeinem der folgenden Eingangssignale in die Rp- und Vp-Speicher schließt das Verfahren zunächst bezüglich einer besonderen Bahn ab. Das Programm wird mit der Operation des Kastens K erneut fortgesetzt, so daß die nächste alternative Bahn betrachtet wird.

Wenn alle Bahnen untersucht wurden, dann wird der Kasten D erreicht, wobei alle Bahnparameter auf Null zurückgeführt werden. Bei diesem Schritt sind die gesamten Hindernisangaben und Bahnparameter für die vorteilhaftesten Bahnen in die entsprechenden Rp- und Vp-Speicher eingespeist. Wie durch den Kasten L und den Kasten M angedeutet, prüft das Programm dann die Inhalte der Rp-Speicher in der Folge R_Q, R^, R_ ... R_n, wodurch die annehmbaren Bahnen in der Reihe ihrer abfallenden Wirtschaftlichkeitswerte betrachtet werden.. Die Werte von P und T für den ersten Rp-Speicher können ausgedruckt oder angezeigt werden, welche mit einer gesamten Hindernisangabe T ermittelt wurden, die kleiner ist als ein vorgeschriebener Wert T₁, und die Werte von P und T für den ersten Rp-Speicher, für die eine gesamte Hindernisangabe T ermittelt wurde, di· kleiner iet als ein zweiter vorgeschriebener Wert T_, der kleiner ist als T₁. Alternativ oder zusätzlich kann eine andere Liste oder ein anderes Verzeichnis gebildet werden, das für jede

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Bahn die Werte von P und T umfaßt, die mit einer gesamten Hindernisangabe ermittelt wurden, die zumindest kleiner ist als die zuvor gefundenen gesamten Hindernisangaben in der Untersuchungsfolge der Rp-Speieher (die sich auf Bahnen mit höheren Wirtschaftlichkeitswerten beziehen). Dieser Prozeß scheidet einige Bahnen aus, die größere wirtschaftliche Nachteile aufweisen, ohne daß sie eine geringere Hindernisangabe besitzen, und weiterhin hält dieser Prozeß -Einzelheiten für die Auswahl von vorteilhaften Bahnen zurück. Die mir irgendeinem Hindernis, das aus einem Rp-Speicher ausgewählt wurde, verknüpften Bahnparameter a₁ .. . a werden aus den entspre-

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chenden Vp-Speichern erhalten und gleichzeitig mit den P- und T-Werten ausgedruckt oder angezeigt. Die Ansammlung von Stürmen und die ausgewählten Bahnen können dann mit ihren Angaben P und T auf dem Anzeiger 13 angezeigt werden. Die Angaben P und T für jede ausgewählte Bahn können summiert werden. Die Bahn, die den geringsten Wert von P + T hat, kann besonders gekennzeichnet werden.

Die im Kasten J angedeutete Berechnung der Strafangabe ermöglicht unvollständige Bahnen, d. h. Bahnen, die zumindest einen Bahnparameter mit dem Wert Null haben. Solche unvollständige Bahnen können der durch den Kasten J angedeuteten Operation unterworfen werden, wann immer gefunden wird, daß die Startpunktkoordinaten eines Segments von kleinerer Ordnung als s keine Stürme bei der durch den Kasten B angedeuteten Operation vor sich haben. Solche Bahnen und Bahnen, die vor dem gewünschten Flugweg enden, wie oben anhand der Fig. 2 beschrieben wurde, sind durch eine weitere in der Regel S-förmige Bahn zu vervollständigen, die in einer herkömmlichen und praktischen Weise zurück auf den gewünschten Flugweg führt. Während solche weiter© Bahnen zur Vervoll-

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ständigung der Berechnungen der Strafangabe als hindernisfrei betrachtet werden, können sie zusätzliche Wirtschaftlichkeitswerte aufweisen, die in die durch den Kasten J angedeutete Wirtschaftlichkeitsberechnung eingeschlossen werden können*

In der Fig. k ist das Flußdiagramm der Fig. 3 erweitert, um eine Möglichkeit zu zeigen, mit der die Wirkung der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung auf die betrachteten Stürme bei der Berechnung der Hindernisangaben für die verschiedenen Bahnen in einer bevorzugten Weise des oben beschriebenen Prozesses berücksichtigt werden kann. Dabei sind sich entsprechende Kästen mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in der Fig. 3·

Wie durch den Kasten A¹ angedeutet ist, werden die Koordinaten von jedem Sturm im Sturmverzeichnis, wie dieses in der Operation des Kastens A zusammengestellt ist, geändert, was tatsächlich durch eine Verschiebung des Ursprungs des Koordinatensystems in der Windrichtung um einen Betrag, der proportional zur Windgeschwindigkeit ist, geschieht. Eine zweite Sturmliste wird so zusammengestellt, die die in Windrichtung erwarteten Turbulenzbereiche von den durch den Wetterradar angezeigten Sturmzentren aus angibt. Diese zweite Sturmliste oder dieses zweite Sturmverzeichriis wird im folgenden als mögliche Sturmliste bezeichnet, um es von der Liste der Ist-Sturmzentren zu unterscheiden.

Wie durch die Kästen B^e und G¹ angedeutet ist, sind die durch den Rechner in bezug auf die mögliche Sturmliste ausgeführten Operationen ähnlich zu den in bezug auf die Ist-Sturmzentren ausgeführten Operationen, die jeweils

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durch die Kästen B und G angedeutet sind. Für irgendeinen betrachteten Startpunkt im Kasten B bestimmt der Rechner, ob irgendwelche Ist-Stürme zwischen diesem Punkt und dem Soll-Plugweg liegen. Venn dies nicht der Fall ist, dann erfolgt im Kasten B* dieselbe Bestimmung in bezug auf die raöglichen Stürme. Wenn, wie.durch die Kästen B und B^f bestimmt, keine Stürme vor dem Flugzeug liegen, dann ist die nächste Operation so, wie dies oben in bezug auf den Kasten J beschrieben, wurde. Wenn entweder die Operation des Kastens B oder die Operation des Kastens B* Stürme vor dem Flugzeug anzeigt, dann ist die nächste Operation so, wie dies oben in bezug auf den Kasten C beschrieben wurde.

Wenn auf ähnliche Weise eine besondere Manöverwahl für ein besonderes Segment nicht die Grenzen überschreitet, die in bezug auf einen nicht annehmbaren Umweg oder eine gefährliche Endannäherung an einen Sturm durch die durch den Kasten F angedeutete Operation definiert sind, dann 1st die nächste Operation die oben anhand des Kastens G beschriebene. Hier wird der erhebliche Teil der Ist-Sturmliste ausgewählt, und die Hindernisbeiträge zu diesem Manöver durch jeden der ausgewählten Ist-Stürme werden berechnet und summiert. Wenn die gesamte Hindernisangabe für dieses Manöver nicht zu groß ist, dann wird eine ähnliche Operation in bezug auf die mögliche Sturmliste ausgeführt, was durch den Kasten G* angedeutet ist« Die Summierung der Hindernisbeiträge gemäß der Operation des Kastens G¹ umfaßt jedoch auch irgendeinen gesaraten Hinderniebeitrag, der zuvor im Kasten G in bezug auf die Ist-Stürme ausgewählt wurde. Wenn der gesamte Hindernisbeitrag sowohl der Ist- als auch der möglichen Stürme zu diesem besonderen Manöver noch nicht zu groß ist, dann ist die nächste Operation die oben anhand

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des Kastens H beschriebene. Wenn der gesamte Hindernisbeitrag entweder der Ist-Stürme oder der Ist-Stürme und der möglichen Stürme zu groß ist, dann ist die nächste Operation die oben anhand des Kastens K beschriebene.

Bei der anhand der Fig. k erläuterten abgeänderten Rechneroperation braucht ein Hindernisbeitrag an irgendeinem Punkt einer vorgeschlagenen Bahn durch einen möglichen Sturm in einer gegebenen Entfernung von diesem Punkt nicht notwendigerweise vorgesehen zu sein, um den Hindernisbeitrag zum selben Punkt.durch einen Ist-Sturm in derselben Entfernung auszugleichen. Vorzugsweise ist der Hindernisbeitrag als eine Funktion der Entfernung von einem möglichen Sturm so ausgebildet, daß er an allen Punkten vorbestimmte kleinere Hindernisbeiträge als die entsprechenden Hindernisbeiträge durch einen Ist-Sturm ergibt, um den wahrscheinlichen Abbau der Sturmintensität in der Richtung mit dem ¥ind zu berücksichtigen.

Der Bahnauswahlprozeß kann durch einen Computerfachmann oder Programmierer abgeändert werden. Beispielsweise können alle η alternativen Manöver für das erste Segmente ausgeführt werden, bevor die Alternativen für das zweite Segment geprüft werden usw. Es ist alternativ auch möglich, daß zunächst die Manöver für jedes Segment geprüft werden, die zu der geringsten Abweichung der Bahn führen und daß dann die Bahnen einer Prüfung unterworfen werden, die eine ansteigende Abweichung von der gewünschten Strecke aufweisen.

Der Zeitabstand zwischen dem Eingang von aufeinanderfolgenden Signalfolgen, die die Lage der Sturmzentren in

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einem gegebenen Zeitpunkt angeben, kann durch einen Zeitgeber gesteuert werden, der ein Teil des Rechners 8 sein kann. Dieser Zeitabstand kann so gewählt werden, daß dem Rechner 8 eine ausreichende Zeit zur Verfügung steht, um die verschiedenen Bahnen durch den.vorhergehenden Satz von Sturmzentren zu vervollständigen und auszuschreiben. Dieser Zeitabstand kann aber auch so ausgewählt werden, daß es dem Flugzeug möglich ist, eines oder mehrere berechnete Segmente zu fliegen, bevor dem Piloten mehr Information über die Flugbahn übermittelt wird.

Die Höhe und die geographische Lage von Sturmzentren können weitere Faktoren bei der Bestimmung des Hinderniswertes sein, die jedem Sturmzentrum zugeordnet sind. Der jedem Sturmzentrum zugeordnete Hinderniswert kann auch teilweise durch die Intensität des empfangenen Signals bestimmt werden, das diesen Sturm oder die Entfernung, die eine gegebene Bahn, die geprüft wird, durch ein Gebiet einer gegebenen Sturmintensität nimmt, wiedergibt.

Es ist zu betonen, daß die anhand der Fig. 3 und h möglichen Rechneroperationen nur ein Ausführungsbeispiel zur Auswahl der gewünschten Bahnen darstellen. Selbstverständlich sind viele Abwandlungen des angegebenen Programms möglich. Diese können durch Programmierer, andere Rechner, für die andere Programme zu schreiben sind, und durch verschiedene Anwendungen auf die Bahnauswahl bewirkt werden. Beispielsweise ist bei der Anwendung auf ein Schiff die HindernisOrdnung verschieden, da die relativen Geschwindigkeiten und die Nähe von anderen Schiffen, Landmassen usw. (Hindernisse für das Schiff) von den Hindernissen bei der Anwendung in der Luftfahrt verschieden sind.

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Bei der Anwendung in einem Flugzeug kann der Rechner ein Teil eines Flugrechners sein, wie dieser in vielen Flugzeugen eingebaut ist. Er kann auch einen Teil eines Navigationsrechners bilden und an der diesem Computer verfügbaren gesamten Rechnerzeit .teilhaben.

Wenn gesetzliche oder politische Beschränkungen der Flugbahn bestehen, dann können diese berücksichtigt werden, indem der Sturmliste eine Folge von imaginären Stürmen hinzugefügt wird, die entlang der Grenze der verbotenen Zone liegen. Selbstverständlich kann das System auch so ausgebildet werden, daß es andere Hindernisse, wie beispielsweise andere Flugzeuge, berücksichtigt.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   ( 1..' Navigationsgerät für ein sich bewegendes Fahrzeug, mit einer Hindernisanzeigeeinrichtung, die die Lage der Hindernisse in bezug auf die Lage der Hindernisanzeigeeinrichtung darstellende Signale erzeugt, und mit einem Rechner, dadurch gekennzeichnet , daß der Rechner (8) diese Signale von der Hindernisanzeigeeinrichtung (2) empfängt und die Parameter (T, Ρ) von zumindest

   rf einer Bahn (23) ermittelt, die die Hindernisse vermeidet, und daß der Rechner Ausgangssignale erzeugt, die die berechneten Parame.ter darstellen.
2. 2. Navigationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (8) mehrere mögliche Bahnen in einer Folge betrachtet, alle Bahnen zurückweist, die als über einen vorgegebenen Gefahrengrad hinausgehend ermittelt wurden, und Hindernisangaben (P) und Gefahrenangaben (τ) für die nicht zurückgewiesenen Bahnen errechnet.

   3· Navigationsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (8) Bahnen auswählt und anzeigt, die höchste Wirtschaftlichkeitswerte mit verschiedenen annehmbaren Hindernisangaben verknüpfen.

   h. Navigationsgerät nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (8) Bahnen untersucht, die aus Bogensegmenten von gleicher Länge zusammengesetzt sind, wobei aufeinander folgende Segmente an ihrem

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   Berührungspunkt eine geraeinsame Tangente aufweisen, die Radien der Segmente aus mehreren vorgegebenen Radien ausgewählt sind und jede Bahn durch eine Folge von Parametern dargestellt ist, die die Radien der Bogensegmente angeben«,

   5ο Navigationsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hindernisangaben durch den Rechner (8) berechnet werden, indem die Beiträge summiert werden, die als eine vorgegebene Funktion der nächsten Entfernung eines Hindernisses zu einem Punkt auf jeder betrachteten Bahn berechnet wurden.

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