DE2614680A1

DE2614680A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung des vektors einer minimalen trefferablage

Info

Publication number: DE2614680A1
Application number: DE19762614680
Authority: DE
Inventors: Richard Gary Daniels; Ashford Curtis Greeley
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1975-04-07
Filing date: 1976-04-05
Publication date: 1976-10-21
Also published as: US4057708A

Description

Dipl.-Phys. O.E. Weber ρ-β Mönchen 71

Patentanwalt Hofbrunnstraße 47

Telefon: (089)7915050

2» D IhDOU Telegramm: monopolweber

münchen

M 184-

MOTOROLA, INC. 1301 East Algonquin Road Schaumburg, 111.60172 USA

Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Vektors einer

minimalen Trefferablage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Vektors einer minimalen Trefferablage bei einer Bahn eines Flugkörpers, die an einem Ziel vorbeigeht.

Matrix-Invertier-Verfahren, welche zur Lösung dieses Problems bisher angewandt wurden, haben zu unbefriedigenden Ergebnissen geführt, und zwar aufgrund der Instabilität des mathematischen Modells und der unbestimmten Art der erforderlichen Matrix-Inversion. Einfache Triangulationsmethoden sind nicht anwendbar, und zwar wegen der Diskontinuitäten und der unzureichenden Grundlinienlängen, um hinreichend genaue Ergebnisse zu liefern. Ein Gauß-Newton-Näherungsverfahren ist bisher als klassisches Lösungsmittel angesehen worden. (Es wird auf Ortega und Rheinboldt, Seite 267, hingewiesen, deren Veröffentlichung unten im einzelnen näher erläutert ist.) Dazu

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ist die Verwendung von quasi-linearen Näherungsmethoden erforderlich. Die geringen G-rundlinienlängen dieser Systeme führen zu einer außerordentlich starken Empfindlichkeit der Bahnparameter gegen sehr kleine Entfernungsfehler, die zu einer Kovarianz-Matrix führen, welche eine derart unbrauchbare Form hat, daß die Näherung unzulänglich wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Vektor der minimalen Fehlerablage der Bahn eines Objektes auf besonders einfache und dennoch hinreichend genaue Weise zu bestimmen, welche an einem Ziel vorbeiführt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß der Erfindung werden eine Mehrzahl von Entfernungs- und Zeitdatenpunkten für ein Objekt wie einen Flugkörper geliefert, der eine Bahn im Bereich eines Ziels hat.

Weiterhin werden gemäß der Erfindung digitale Datenverarbeitungs-Methoden angewandt, um einen minimalen Trefferablage-Vektor für den Flugkörper zu ermitteln.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß der gesuchte Vektor in besonders kurzer Zeit ermittelt werden kann, und zwar selbst dann, wenn einige Datenpaare fehlen. Weiterhin erfolgt die Ermittlung des gesuchten Vektors gemäß der Erfindung in einer sehr stabilen Weise.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß keine kontinuierlichen oder eindeutigen Daten vorhanden sein müssen.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Pig. 1 die Betriebskonfiguration des erfindungsgemäßen Systems,

Fig. 2 das Betriebsblockdiagramm für den Algorithmus" des steilsten Abstiegs (Sattelpunkt-Algorithmus), der in der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 3 das Betriebsblockdiagramm für den Algorithmus der konjugierten Gradienten mit N-Schritten, der in der Datenverarbeitungseinrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden kann, und

Fig. 4 die wesentliche Abtastgeometrie des erfindungsgemäßen Systems.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß das Zielflugzeug 10 vier Antennen 12, 14, 16 und 18 aufweist, die jeweils am Ende eines Ruders, an den beiden Flügelspitzen und an einem weiter vorne gelegenen Punkt angeordnet sind. Diese Antennen werden von Empfänger-Sendern (R/T-Einheiten) 20, 22, 24 bzw. 26 eines Radar syst ems mit Mehrfachsignalen gespeist. Jeder der Empfänger-Sender sendet nacheinander einen Radarimpuls aus. Diese Impulse können beispielsweise 4-0 Nanosekunden lang sein, und sie werden nacheinander unter der Steuerung einer Synchronisiereinrichtung 28 auf dem Ziel ausgesandt, welches ein Flugzeug sein kann. Der zeitliche Abstand zwischen den Radarimpulsen kann beispielsweise 400 Nanosekunden betragen. Dadurch besteht die Möglichkeit, daß Reflexionen von dem Flugkörper 30 zu dem Empfänger zurückkehren, welcher dem Sender zugeordnet ist, bevor der nächste Impuls vom Sender ausgesandt wird. Dies trifft deshalb zu, weil die größte erforderliche Entfernung in der Größenordnung von etwa 56 m (185 Fuß) liegt.

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Die Synchronisiereinrichtung 28 kann dazu in der lage sein, logische Bereichsverknüpfungs-Funktionen auszuführen, um den Empfang von Signalen zu verhindern, die außerhalb gewünschter Bereiche liegen. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der maximale Bereich auf etwa 56 m (185 Fuß) begrenzt, und die Bereichsgatter sind derart programmiert, daß einzelne Schritte von etwa 7,5 cm (i/4 Fuß) ausgeführt werden.

Die zeitliche Trennung der Impulse von den vier Sender-Empfängern vermeidet die Notwendigkeit, die einzelnen Einheiten mit verschiedenen Frequenzen zu betreiben oder in anderer Weise einen bestimmten Rückkehrimpuls mit einem vorgegebenen ausgesandten Impuls zu identifizieren. Die Verwendung der Bereichstrennung, d.h. die Verwendung eines Systems, in welchem voneinander getrennte, abgestufte Bereiche verwendet werden, schließt auch übermäßig starkes Rauschen im System aus.

Wenn ein Impuls von jedem der Sender-Empfänger 20, 22, 24· und 26 ausgesandt wird, startet die Synchronisiereinrichtung 28 einen Bereichszähler. Das Impulssignal wird von dem Flugkörper bei 34- reflektiert und von derselben Sender-Empfänger-Einheit aufgenommen, wo es in ein Videosignal umgeformt wird. Jedes dieser Videosignale wird dann der Synchronisiereinrichtung 28 zugeführt, und jedes entsprechende Videosignal wird dazu verwendet, einen Bereichszähler anzuhalten, so daß dadurch ein digitales Signal erzeugt wird, welches zu dem Bereich zwischen dem Flugkörper 30 und dem Ziel 10 proportional ist.

Ein geeignetes digitales Wort wird in der Synchronisiereinrichtung 28 erzeugt, wobei dieser digitale Bereich und ein digitaler Code eingeschlossen sind, was dazu dient, die spezielle Sender-Empfänger-Einheit und die Antenne zu identifizieren, von welcher die Bereichsdaten abgeleitet wurden.

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Da die Sender-Empfänger-Einheiten 20, 22, 24 und 26 nacheinander die Bereiche zu dem Flugkörper abtasten, ist ein digitaler Zähler in der Synchronisiereinrichtung 28 vorhanden, welcher jeder Sender-Empfänger-Einheit entspricht. Die Daten von diesen Zählern, bei denen identifiziert wird, von welcher Sender-Empfänger-Einheit und von welcher Antenne sie abgeleitet wurden, werden dann dazu verwendet, ein Trägersignal digital zu modulieren, welches dazu dient, die Datenpaare zu einer entfernt angeordneten Datenverarbeitungs-Einrichtung 36 zu übertragen.

Natürlich muß die Datenverarbeitungs-Einrichtung 36 nicht unbedingt entfernt angeordnet sein, sie könnte vielmehr auch in dem Ziel oder in der Nähe des Ziels 10 angeordnet sein. In diesen Fällen kann eine Drahtverbindung dazu verwendet werden, den Datenausgang von der Synchronisiereinrichtung mit der Datenverarbeitungs-Einrichtung 36 zu verbinden.

Wenn die Datenverarbeitungs-Einrichtung 36 jedoch weiter entfernt angeordnet ist, wird das digitale Signal an der entfernten Station demoduliert und der Datenverarbeitungs-Einrichtung 36 zugeführt. Die Datenverarbeitungs-Einrichtung 36 addiert die Zeit der Aufbereitungsdaten zu jedem Teil der Bereichsfühler-Identifikationsdaten, welche empfangen wurden. Der Datenverarbeitungs-Einrichtung wird auch eine Information darüber zugeführt, welche relativen Positionen die Antennen auf den Zielfahrzeugen einnehmen.

Die Datenverarbeitungs-Einrichtung 36, welche einen Teil der Bodenstation 38 darstellt, ist derart programmiert, daß sie eine mathematische Lösung für die Bahn 40 des Flugkörpers in bezug auf das Ziel 10 liefert und daß sie weiterhin den minimalen Fehlerabstandsvektor der Flugkörperbahn 40 liefert.

Eine der verschiedenen mathematischen Methoden, die als Methode der konjugierten Richtungen bezeichnet wird, kann

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dazu verwendet werden, durch, ein iteratives Verfahren die Lösung des Problems des Fehlerabstandsvektors in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen System zu liefern.

Die erste Methode ist eine Methode, die unter der Bezeichnung "Algorithmus des steilsten Abstieges" bekannt ist, die sich, auch als "Sattelpunkt"-Algorithmus bezeichnen läßt. Dieser Algorithmus ist grundsätzlich bekannt und ist von J.M. Ortega und W.G. Rheinboldt unter dem Titel "Iterative Solution of Nonlinear Equations in Several Variables", Academic Press (197Ο) S. 24-5, vollständig beschrieben. Das zweite Verfahren ist ein Verfahren, welches unter der Bezeichnung "Algorithmus der konjugierten Gradienten" allgemein bekannt ist. Dieser Algorithmus ist beispielsweise von M.R. Hestenes und E. Stiefel unter dem Titel "Methods of Conjugate Gradients for Solving Linear Systems", Journal of Research of the National Bureau of Standards (1952), Band 49, Nr. 6, Seiten 409 bis 436, vollständig beschrieben. Beide Methoden arbeiten mit Näherungswerten der Bahn, die durch dynamische Triangulation erhalten werden, woran sich eine direkte Berechnung des minimalen Trefferablage-Vektors anschließt.

Für alle praktischen Zwecke ist es ausreichend anzunehmen, daß für die relative Flugkörperbahn als Modell eine quadratische Bahn vorhanden ist, nämlich

p_(t) = at² + vt + S₁ (1)

wobei |>(t) den 3-dimensionalen relativen Bahnvektor darstellt, während a, ν und s, jeweils den 3-dimensionalen Vektor der relativen Beschleunigung, Geschwindigkeit bzw. Verlagerung bedeuten, was den 9-dimensionalen Bahnstatus-Vektor ergibt:

χ =

(2)

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~^η- 26U680

Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf das fundamentale Problem, χ aus dem gemessenen Bereich und den Zeitdaten abzuschätzen und anschließend den minimalen Vektor der Trefferablage zu bestimmen.

Unten wird gezeigt, daß die Abschätzung von χ als Minimalisierungs-Problem formuliert werden kann. Die Gesamtheit der gemessenen Daten wird in ein Funktional F(x) zusammengefaßt, welches bei einem optimalen Schatzwert oder Näherungswert χ ein Minimum hat, entsprechend der Methode der kleinsten Quadrate.

Es wird eine Gesamtheit von N Abtastungen angenommen. Aus der Fig. 2 gibt die i-te Abtastung einfach an, daß

I r¹ jj² - H? = O ; i = 1, ..., N (3)

= Bereichsvektor bei t = T₁ , T₁) = Bahnvektor bei t = T₁

oö¹ = Antennenpositxonsvektor bei der i-ten Abtastung R₁ = Skalarbereich bei t = T₁

Im Unterschied zu einem linearen Gleichungssystem läßt sich das quadratische System (3) nicht mit direkten Wurzelmethoden lösen. Stattdessen läßt sich eine näherungsweise Lösung mit Hilfe der Methode der kleinsten Quadrate einfach dadurch erreichen, daß ein "äquivalentes" Problem der Minimalisierung gelöst wird, bei welchem ein Funktional minimalisiert wird, welches dem System (3) zugeordnet ist.

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Ein geeignetes funktional läßt sich folgendermaßen ableiten: Entsprechend dem Satz von N Abtastungen werden die Fehlerfunktionen folgendermaßen festgelegt:

Cx) =

rⁱ| ² -Ei* ; i = 1, ..., N

Es wird ein Funktional konstruiert, indem eine geeignete Kombination dieser Funktionen gebildet wird, deren Minimum einen Kompromiß im Hinblick darauf darstellt, jeden Term F. einzeln zu einem Minimum zu bringen. Ein solches Funktional

nämlich, die ungewichtete Summe der quadrierten Fehlerfunktionen. Derjenige Wert von x, welcher F(x) zu einem Minimum werden laßt, stellt eine Näherung der kleinsten Quadrate für das System (3)dar. Ein gewichtetes Funktional der Form

N
F(x) = Y₁ W₁F₁ ² (6)

kann verwendet werden, was eine stochastische nichtlineare optimale Näherung ermöglicht.

Es folgt eine Beschreibung der drei numerisch stabilen Verfahren zur Optimaüsierung eines Parameters, welche dazu verwendbar sind, F(x) zu minimalisieren und einen optimalen Näherungswert χ zu erzeugen, welcher die Flugkörperbahn in bezug auf das Ziel charakterisiert.

Die drei unten diskutierten Optimalisierungsmethoden werden als Abstiegs- oder als Relaxations-Methoden bezeichnet, welche mit einem A-ifangsschätzwert für χ beginnen und anschließend verbesserte Näherungswerte dadurch erzeugen, daß F(x) in optimaler Weise entlang eingeprägten Suchrichtungen iterativ ver-

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mindert wird, wobei schließlich ein Näherungswert erreicht wird, der an die optimale Lösung ausreichend angenähert ist.

Die Methode des steilsten Abstieges (Sattelpunkt-Methode) ist die einfachste der drei grundsätzlich in Betracht gezogenen Parameter-Optiraalisierungs-Methoden. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß eine optimale Relaxation entlang den negativen Gradienten-Richtungen auftritt· (Der Gradient einer Skalar funkt ion F(x) ist der Vektor der Partialterme V F(x), die in der Richtung der maximalen Zunahme von F(x) vom Punkt χ aus zeigen. Der Gradient stellt die Empfindlichkeit von F(x) in bezug auf χ dar.)

Der spezielle Algorithmus zur Minimalisierung von F(x) ist folgender:

(1) Es wird ein Näherungswert χ vorgegeben,

(2) Es wird der folgende Gradientenvektor berechnet

(3) Es wird die optimale Schrittgröße X berechnet aus

|_λ F(x - λ£) = 0

(4) Es wird der laufende Wert χ neu berechnet durch

Λ A /\ A

x = x - λ Ύ
und es erfolgt dann eine Rückkehr zum Punkt (2).

Der Algorithmus wird wiederholt, bis Y ausreichend nahe an Null herangekommen ist, so daß weitere Iterationsschritte keinen unterscheidbaren Beitrag mehr zu χ liefern.

Eine anschauliche Erläuterung zum Verständnis des Filterungsvorganges des Algorithmus wird in der Fig. 2 in der Form eines Funktionsblockdiagramms gegeben. Das Eingangssignal m stellt

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den Meßvektor dar. In diesem Falle sind dies die Fühler-Bereichs-Zeit-Daten. Das Eingangssignal χ bedeutet den laufenden Näherungswert für den Statusvektor. Der Gradienten-Generator nimmt einfach m und χ und erzeugt den Gradienten- oder den Empfindlichkeitsvektor Y . Ein 2-Wege-Schalter führt zunächst Y_- einem Schrittgrößen-Generator zu, der zusammen mit χ die optimale Schrittgröße ^ erzeugt (kann als optimale Verstärkung des Rückführverstärkers aufgefaßt werden} womit wiederum das anschließend weitergeschaltete λ multi-

Λ Λ

pliziert wird, was zu dem weiteren Näherungsschritt Vv führt. Der laufende Näherungswert χ wird nunmehr zu dem Wert χ -A. X verbessert, und zwar in der Iterationsschleife, wie es dort durch den 3-Wege-Schalter geregelt wird. In dem Blockdiagramm sind zwei Konvergenz-Anzeigeeinrichtungen enthalten, nämlich der Funktionalwert F(x) und der Betrag des Gradienten jj χ || . Es ist zu bemerken, daß im Unterschied zu einer allgemeinen Rückführsteuerung die Steuereinrichtung des steilsten Abstieges eine Mitkopplungsschleife verwendet, welche χ dem Schrittgrößen-Generator zuführt. Ohne diese Maßnahme könnte λ nicht bestimmt werden, noch könnte die Stabilität garantiert werden.

Es wird auf die nachfolgenden Gleichungen hingewiesen, welche dazu benötigt werden, das Verfahren des steilsten Abstieges auszuführen. Es läßt sich zeigen, daß für das Funktionais

N
F(x) = I fJ (7)

i=l . ·

Gradiertenvektor gegeben ist durch

X= 2 [ F₁ J)Fi (8)

3x
i=l

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Im Hinblick auf Gleichung (4) ergibt sich:

F. = (M. K -α¹)^Τ(Μ. Χ

1 1 — — J. ~

^8Fi T i

-—ϊ· = 2M7 r¹

- R

(10)

[ Φ i v I χ]

= die i-te 3 x 9 - A-btast-Zeit-Matrix« Ein..!Einsetzen, in Gleichung (8) ergibt

4 I

(12)

In kompakter Kronecker-Schreibweise nimmt die Gleichung folgende Form an:

^Ti

,der i-te Abtast-Zeit-Vektor,

und ® ist das Symbol, welche die Kronecker-Multiplikation der Vektoren darstellt. (Siehe Bellman, R. "Introduction to Matrix Analysis", McGraw Hill (i960) Seiten 223-239.) Die optimale Schrittgröße ist einfach derjenige Wert von λ , welcher F(x -λ^.) zu einem Minimum werden läßt. Dies ist ein Minimalisierungsproblem mit einer einzigen Veränder lichen, welches gemäß den unten gegebenen Hinweisen auszuführen ist.

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² ~ 26U680

• 7

P(X - X₁)= I ([M₁(X - A₁₁) - α¹ J ² - R²J

I (f_± -

+ λ

I (Α.λ²+ Β.λ + C.)²

X J. X

Offensichtlich eine Funktion vierten Grades des Parameters λ · Um den optimalen Wert von Λ zu erhalten, wird einfach die erste λ -Ableitung gleich Null gesetzt, und es wird die sich daraus ergebende Gleichung gelöst, nämlich

I₁F(X- λχ) = 0

N
- 2 I (2XA₁ + B₁)(A₁X² + Β_±λ + C₁)

I {2A²

² X³ + 3A₁B₁X² + (2A₁C₁H-B²JX + B₁

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Indem die Newton'sehe Methode angewandt wird (siehe Ortega und Rheinboldt, wie oben angegeben), können die drei möglichen Lösungen numerisch gefunden werden· Die für diesen Zweck geeignete Lösung ist die kleinste reelle positive Lösung. Diese Auswahl gewährleistet einen optimalen Abstieg innerhalb einer konvexen Nachbarschaft des Suchbereiches.

Obwohl die Methode des steilsten Abstiegs numerisch stabil ist, läßt sich nicht feststellen, daß sie im Hinblick auf die Konvergenzgeschwindigkeit wirksam ist. Im Gegenteil, außer der Methode des steilsten Abstiegs sind andere Parameter-Optimalisierungs-Methoden bekannt, die höher entwickelt sind und eine Konvergenz innerhalb der endlichen Anzahl von Iterationen gewährleisten. In der oben erwähnten Veröffentlichung von M. R. Hestenes und E. Stiefel wird die Methode der konjugierten Gradienten eingeführt, und es wird gezeigt, daß die Konvergenz innerhalb einer Anzahl von Iterationen erreichbar ist, welche die Größenordnung von χ nicht überschreitet, vorausgesetzt, daß F(x) ein quadratisches Funktional ist. Daraus ergibt sich, daß nur eine endliche Anzahl von Iterationen erforderlich ist, um im vorliegenden Fall die Funktion vierten Grades F(x) zu lösen.

Der spezielle Algorithmus der konjugierten Gradienten zur Minimalisierung eines vorgegebenen Funktionais F(x) in bezug auf χ ist folgender:

(1) Es wird ein Näherungswert χ vorgegeben,

(2) Es wird der Gradientenvektor berechnet

-'X

(3) Unter Verwendung des vorhergehenden Gradientenvektors Y¹ wird der laufende Suchvektor verbessert durch:

Bill

τ 2.

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Es wird die optimale Schrittgröße λ berechnet aus f^F(£ +*£) = 0

(5) Es wird der laufende Näherungswert verbessert durch

X = X+ λ S,

und es erfolgt eine Rückkehr nach Punkt (2).

Ein Funktionsblockdiagramm für das Verfahren der konjugierten Gradienten ist in der Fig. 3 niedergelegt.

Eine Variation des Algorithmus der konjugierten Gradienten er-· fordert eine etwas einfachere Iterationsformel für den Suchvektor s, nämlich

- - JiLl;

-ιί

was zu der sogenannten Methode der konjugierten Gradienten mit einem Schritt führt.

Wie der Name bereits sagt, besteht die Abwandlung der Methode der konjugierten Gradienten in eineer Methode der konjugierten Gradienten mit N Schritten im wesentlichen darin, daß die normale Iterationsformel für s, über die Blöcke von N aufeinanderfolgenden Iterationsschritten verwendet wird, wonach am Ende & auf Null zurückgestellt wird. Dieses Schema ist numerisch sehr wirksam.

Mit dem bereits ermittelten Näherungswert χ für den relativen Bahnvektor ist es nun möglich» den Vektor der besten Näherung zu bestimmen. Der Vektor mit der geringsten Größe bzw. dem geringsten Betrag, welcher den Zielursprung mit der Flugkörperbahn Vereinigt, wird gesucht. Der Betrag des entsprechenden Vereinigungsvektors ist

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i ti ; υ in

eine Funktion vierten Grades der Zeit über die Matrix M = M(t). Die Entfernung bzw. der Abstand D(t) ist ein Minimum zu einer Zeit t » ^min» ^was ^^β ^°1εβ^η^β kubische Gleichung erfüllt:

^D(t) =ί ^MX)MMx)= O

Wenn t_min mit Hilfe des Newton'sehen Verfahrens bestimmt wird, ist der minimale Trefferablage-Vektor durch die folgende Beziehung gegeben:

Von den drei oben diskutierten Methoden der näherungsweisen Bahnbestimmung ist der Algorithmus des steilsten Abstieges das langsamste Verfahren, der Algorithmus der konjugierten Gradienten mit einem Schritt ist zwischen 5~ und 10-mal schneller, und der Algorithmus der konjugierten Gradienten mit N-Schritten ist bei der Verwendung von 100 Schritten etwa 10-mal schneller als das entsprechende Verfahren der konjugierten Gradienten mit einem Schritt. Während klar ersichtlich ist, daß dann ein Al orithmus der konjugierten Gradienten mit 100 Schritten am wirksamsten ist, läßt sich jedoch feststellen, daß jedes der drei Systeme verwendet werden kann, um das Problem im System gemäß der Erfindung zu lösen.

Entsprechende Algorithmen konjugierter Richtungen wie das Verfahren nach Davidon-Fletcher-Powell kann mit gleichem Erfolg verwendet werden. (Siehe Ortega und Rheinboldt, wie oben bereits

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angegeben, Seite 248). Grundsätzlich kann allgemein eine beliebige Abstiegs- oder Relaxations-Methode angewandt werden.

Während in der obigen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Vorgehensweise beschrieben wurde, in welcher die Ablage eines Flugkörpers in bezug auf ein sich bewegendes Ziel in der Luft gemessen wurde, sei darauf hingewiesen, daß für den Fachmann weitere Anwendungsmöglichkeiten offensichtlich sind. Das erfindungsgemäße System, wie es oben beschrieben wurde, berechnet eine Bahn in bezug auf das "Ziel", wobei es für die Erfindung ohne Bedeutung ist, wenn das "Ziel" sich nicht bewegt. Die Bauteile des erfindungsgemäßen Systems, wie es oben beschrieben wurde, die auf einem "Ziel" angebracht sind, könnten ebenso gut auf einer Bodenstation oder auf einem beweglichen Wasserfahrzeug oder auf einem solchen Fahrzeug an einem festen Ort oder an einer festen Bodenstation angeordnet sein. Das System kann dazu verwendet werden, mit großer Genauigkeit die Bahn eines beliebigen sich bewegenden Körpers aufzuzeichnen, und zwar ebenso wie für den oben beschriebenen Flugkörper.

- Patentansprüche 609843/0391

Claims

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-M-

Patentansprüche

Λ, System zur Messung des minimalen Ablage-Vektors eines Flugkörpers von einem Ziel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Fühlereinrichtungen auf dem Ziel an vorgegebenen Stellen angebracht sind, um Entfernungen zu dem Ziel zu ermitteln, daß die Fühlereinrichtungen Entfernungsdaten liefern, daß weiterhin eine Synchronisiereinrichtung vorhanden ist, um die Fühlereinrichtungen nacheinander zu betätigen, um die abgetasteten Entfernungen in digitale Form umzuwandeln und um digitale Daten hinzuzufügen, mit deren Hilfe von der Mehrzahl von Fühlereinrichtungen die digitalen Entfernungsdaten abgeleitet werden können, daß weiterhin eine Einrichtung vorgesehen ist, welche dazu dient, die Entfernungsdaten und die Identifikation daten zu übertragen, welche den Entfernungsdaten entsprechen, und daß eine Datenverarbeitungs-Einrichtung vorhanden ist, um die Entfernungsdaten aufzunehmen und zu verarbeiten, wobei in der digitalen Datenverarbeitungs-Anlage entsprechende Zeitdaten und die Daten bezüglich der Anordnung der Fühlereinrichtungen entsprechend einem vorgegebenen nichtlinearen Algorithmus berücksichtigt werden, um die gewünschte Information über die Flugkörperbahn und den Ablagevektor zu liefern.
2. Vorrichtung nach Anspruch "1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Algorithmus zu der Gruppe derjenigen Algorithmen gehört, die als Algorithmus konjugierter Richtungen mit einem Schritt zu bezeichnen sind.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Algorithmus zu der Gruppe derjenigen Algorithmen gehört, die als Algorithmus des steilsten Abstieges (Sattelpunkt-Algorithmus) zu bezeichnen sind. ₆ 0 9 8 Λ 3 / 0 3 9 1

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4·. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Algorithmus zu der Gruppe derjenigen Algorithmen gehört, die als Algorithmus konjugierter Richtungen mit ET Schritten zu bezeichnen sind.
5· Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Methode der konjugierten Richtungen mit N Schritten eine zunächst vorgegebene Anzahl von Schritten umfaßt, welche anschließend durch eine entsprechende Datenverarbeitung in angepaßter Weise modifiziert wird.
6. Verfahren zur Bestimmung des Vektors der minimalen Ablage eines Flugkörpers in bezug auf ein Ziel, dadurch gekennzeichnet, daß Entfernungen von dem Ziel zu dem Plugkörper gemessen werden, wobei eine Mehrzahl von nacheinander abgegebenen Radarimpulsen verwendet wird, daß die Radarimpulse von einer gleichen Mehrzahl von im Raum verteilten Antennen abgegeben werden, welche auf dem Ziel an vorgegebenen Stellen angebracht sind, daß die Radarimpulse in der Weise synchronisiert werden, daß gewährleistet ist, daß ein reflektiertes Signal, welches von dem Flugkörper zurückkehrt, als Ergebnis eines beliebigen vorgegebenen Impulses empfangen werden kann, der ausgesandt wurde, bevor nachfolgende Impulse aus der Vielzahl der Impulse ausgesandt wurden, daß die von dem Flugkörper zurückkehrenden Signale digitalisiert werden, um digitale Entfernungsdaten zu liefern, daß den Entfernungsdaten entsprechende digitale Fühlercode-Daten zugefügt werden, daß die entsprechenden Entfernungs- und Fühlercode-Daten einer Datenverarbeitungs-Einrichtung zugeführt werden, daß Zeitdaten geliefert werden, welche den Entfernungsdaten entsprechen, daß die Angaben über die Anordnung der Antennen in digitaler Form geliefert werden und daß eine Bahn des Flugkörpers aus den Entfernungsdaten und den Zeit-

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identifikationsdaten sowie den Daten über die Anordnung der Antennen berechnet wird, indem ein nichtlinearer Algorithmus verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Algorithmus ein Algorithmus konjugierter Richtungen mit einem Schritt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Algorithmus ein Algorithmus des steilsten Abstieges ist.
9· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Algorithmus ein Algorithmus konjugierter Richtungen mit N Schritten ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Algorithmus konjugierter Richtungen mit N Schritten eine anfangs vorgegebene Anzahl von Schritten verwendet und daß die Anzahl der Schritte anschließend und in angepaßter Weise durch den Berechnungsschritt modifiziert wird.
11. System zur Messung und Wiedergabe der relativen Bahn eines Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von Fühlereinrichtungen an vorgegebenen, räumlich verteilten Stellen angeordnet ist, daß die Fühlereinrichtungen Entfernungsdaten liefern, daß weiterhin eine Synchronisiereinrichtung vorgesehen ist, welche dazu dient, um nacheinander die Fühlereinrichtungen zu betätigen, um die abgetasteten Entfernungsdaten in eine digitale Form umzuformen und um digitale Identifikationsdaten hinzuzufügen, so daß mit deren Hilfe aus der Vielzahl von Fühlereinrichtungen die digitalen Entfernungsdaten abgeleitet werden können, daß weiterhin eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Entfernungsdaten und die Identifikationsdaten, welche den Entfernungsdaten entsprechen, zu übertragen, und

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daß eine Datenverarbeitungs-Einrichtung vorhanden ist, um die übertragenen Entfernungsdaten und die hinzugefügten Zeitdaten sowie die entsprechenden Daten zur Angabe der Anordnung der einzelnen Antennen nach einem vorgegebenen nichtlinearen Algorithmus zu verarbeiten, um die gewünschte Bahn des Fahrzeuges zu liefern.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Algorithmus ein Algorithmus konjugierter Richtungen mit einem Schritt ist.
13· Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Algorithmus ein Algorithmus des steilsten Abstieges ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Algorithmus ein Algorithmus konjugierter Richtungen mit N Schritten ist.
15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Methode konjugierter Richtungen mit N Schritten zunächst eine vorgegebene Anzahl von Schritten verwendet, die anschließend in angepaßter Weise durch die Datenverarbeitungs-Operation modifiziert wird.
16. Verfahren zur Bestimmung der relativen Bahn eines Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß Entfernungen zu dem Fahrzeug gemessen werden, indem eine Mehrzahl von nacheinander betätigten Radarimpulsen verwendet wird, daß die Radarimpulse aus einer gleichen Anzahl von im Raum verteilten Antennen ausgesandt werden, die an vorgegebenen Stellen angeordnet sind, daß die Radarimpulse synchronisiert werden, um zu gewährleisten, daß ein reflektiertes Rückkehrsignal von dem Flugkörper

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als Ergebnis eines beliebigen vorgegebenen Impulses aufgenommen werden kann, der vor einem nachfolgenden Impuls aus der Vielzahl der ausgesandten Impulse abgegangen war, daß die Rückkehrimpulse von dem Fahrzeug digitalisiert werden, um digitale Entfernungsdaten zu liefern, daß die digitalen Entfernungsdaten mit entsprechenden Identifikations-Code-Daten für die digitalen Fühler versehen werden, daß die entsprechenden Entfernungs- und Identifikationsdaten zu einer Datenverarbeitungs-Anlage übertragen werden, daß Zeitdaten geliefert werden, welche den Entfernungsdaten entsprechen, daß die Daten für die vorgegebenen Antennenstellen in digitaler Form geliefert werden und daß eine Bahn des Fahrzeuges berechnet wird, und zwar aus den Entfernungs-, den Zeit-, den Identifikation- und den Ortsdaten, indem ein nichtlinearer Algorithmus verwendet wird.
17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Algorithmus ein Algorithmus konjugierter Richtungen mit einem Schritt ist.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Algorithmus ein Algorithmus des steilsten Abstieges ist.
19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Algorithmus ein Algorithmus konjugierter Richtungen mit N Schritten ist.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Algorithmus konjugierter Richtungen mit N Schritten zunächst eine vorgegebene Anzahl von Schritten verwendet und daß die Anzahl der

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Schritte nachfolgend und in angepaßter Weise durch die Berechnung modifiziert wird.

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