DE3102541A1

DE3102541A1 - System zur kombinierung von vielfachradar zum empfang der ausgangssignale von wenigstens zwei radaranlagen

Info

Publication number: DE3102541A1
Application number: DE19813102541
Authority: DE
Inventors: Lawrence F. 94577 San Leandro Calif. Anderson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-01-27
Filing date: 1981-01-27
Publication date: 1982-08-26
Also published as: GB2093306B; FR2509476A1; GB2093306A

Description

DlPL-ING. HORST RÖSE -1 ' DI PL.-ING. PETER KOSEL

PATENTANWÄLTE

3353 Bad Gandershelm, 26. JaD. 1981

Postlach 129

HohenhöfenS

Telefon: (05382) 2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandershelm

Unsere Akten-Nr.;

Lawrence F. Anderson 2989/2

Patentgesuch vom 26. Januar

System zur Kombinierung von Vielfachradar zum Empfang der Ausgangssignale von wenigstens zwei Radaranlagen.

Die Erfindung betrifft ein System zur Kombinierung von Vielfachradar zum Empfang der Ausgangssignale von wenigstens zwei Radaranlagen.

Radarsysteme können einer Vielzahl von Betriebseinschrär.kungen unterworfen sein, beispielsweise können die Radarstrahlen durch physikalische Hindernisse an ihrer Ausbreitung gehindert sein, ferner kann insbesondere bei Niederfrequenzradar die Arbeitsweise in schlechtem Wetter verschlechtert werden_;und die Auflösung kann schlecht werden. Radarprobleme und Einschränkungen im Betrieb werden insbesondere dann sehr wichtig, wenn Radarsignale bei Kollisisionsverhinderungssystemen verwendet werden.

Derartige Kollisionsverhinderungssysteme , die beispielsweise vor einer möglichen Kollision zwischen Schiffen warnen, sind an sich bekannt und beispielsweise in der US-PS 3 668 846 beschrieben.

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Darüber hinaus sind Kollisionswarn- und Verhinderungssysteme vorgeschlagen worden.

Eines der Probleme bei einer an Bord eines Schiffes befindlichen Radaranlage, die mit einem Kollisionsverhinderungssystem zusammenarbeitet, besteht darin, daß durch ein Hindernis auf dem Schiff, wie zum Beispiel Schornsteine, Krane und dergleichen, Bereiche abgedeckt werden, die mit Radar überwacht werden. Viele Schiffe haben Konstruktionen, die Radarsignale so an ihrer Ausbreitung hindern, daß ein Sektor oder mehrere Sektoren des Horizontes vor der Radarantenne "versteckt" wird bzw. werden. Dies erzeugt tote Winkel oder Bereiche, aus denen keine Zielinformation erhalten werden kann, und dies führt eine Unsicherheit in das Gesamtsystem ein, was nicht wünschenswert ist. Ein anderes Problem ist die schlechte Betriebsweise von Hochfrequenzradar, d.h. , daß die Zieldetektion kleiner, in Niederschlags bereichen befindlicher Ziele schlecht ist. Niederfrcquen/.radar wird durch Niederschlag weniger beeinflußt, hat jedoch eine schlechtere Auflösung bei kurzen Entfernungen. Der Begriff "Hochfrequenz" bebedeutet bei Radarbetrieb auf Schiffen eine Wellenlänge von angenähert 3 cm und der Begriff "Niederfrequenz" bedeutet eine Wellenlänge von angenähert 10 cm. Erfordernisse für moderne Radaranlagen für große Schiffe können das Vorsehen einer Reserveradaranlage umfassen; Signale von der Haupt- und der Reserveanlage sind jedoch nicht kompatibel und sie werden auch nicht miteinander kombiniert. Theoretisch könnte eine Analogkombination von Signalen eines Paares von voneinander getrennten Radaranlagen durch die Verwendung von Analogverzögerungseinrichtungen durchgeführt werden; dies ist jedoch mit einer komplizierten Ausrüstung möglich, was eine solche Kombination für praktische Anwendung wirksam verhindert hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem Informationen von einer oder mehreren Radar-

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anlagen, die mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten und deren Antennen räumlich voneinander getrennt sind, kombiniert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zielextraktoreinrichtung, die die Ausgangs signale aufnimmt und getrennt eine Zielinformation der Radarausgangssignale in Digitalsignale umwandelt, ferner durch Mittel zum Empfang und zur Umwandlung der getrennten Digitalsignale in umgewandelte Digitalsignale, die auf ein gemeinsames Koordinatensystem bezogen sind, und schließlich durch eine Korrelatoreinrichtung, die die umgewandelten Digitalsignale zu einem einzigen Ausgangssignal zusammenfasst.

Die Erfindung überwindet das Problem der Behinderung der Ausdehnung von Radarstrahlen ("Radarabdeckung"), in^dem Signale von voneinander getrennten Radarantennen , die mit getrennten Radaranlagen verbunden sind, deren Ausgangssignale in numerische Form umgewandelt werden, sodaß sie austauschbar verwendet werden können, verwendet werden, um sicher zu stellen, daß der gesamte Horizont zur Anzeige und / oder zur Warnung vor einer möglichen Kollision zwischen Schiffen beispielsweise , die das System und andere Objekte tragen, überwacht wird.

Die Erfindung ist auf die Lösung eines praktischen Problemes gerichtet, das insbesondere bei Schiffen, die mit Kollisionswarn- und /oder Verhinderungssystemen mit Radar ausgerüstet sind, auftritt, was aber nicht auf die Verwendung bei Schiffen begrenzt ist. Oft sind Konstruktionselemente an Bord eines Schiffes notwendigerweise so angeordnet, daß sie Radarsignale über einen Teil des Bereiches, den der Radarstrahl bestreicht, unterbrechen, sodaß in einem oder mehreren Azimuthsektoren eine effektive Radarüberwachung unterbrochen ist. Wie oben schon erwähnt, löst die Erfindung das beschriebene Problem, in dem zwei oder mehr Radaranlagen verwendet

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werden, die Radarsignale von getrennten Antennen aus abstrahlen und empfangen, die auch räumlich getrennt und so angeordnet sind, daß sie irgendeinen und alle toten Winkel der anderen Hindernisfrei bestreichen. Bevorzugt werden zwei Radaranlagen verwendet; es besteht aber ohne weiteres die Möglichkeit, daß zusätzliche Radaranlagen in der gleichen Weise eingebaut werden können,je nachdem für welche Anforderungen die Erfindung eingesetzt werden soll.

Radarechosignale oder Zielsignale von getrennten Radaranlagen
werden erfindungsgemäß in numerische Form umgewandelt, welche
die Grenzen der Ziele identifiziert,und eine solche Information kann
abgefragt werden, um die Zielmittelpunkte bezüglich Entfernung und
Azimuthwinkel zu bestimmen; eine solche Information kann auch direkt verwendet werden. Diese Zielsignale in numerischer Form werden in ein gemeinsames Koordinatensystem transformiert wobei "Ausrichtdaten" (Korrekturdaten) hinzugefügt werden, die durch die räumliche
Trennung der Radarantennen, die Leistungen der Antennen, die Drehzahl und die Zeitverzögerungen in dem Schaltkreis der getrennten Radaranlagen bestimmt werden, sodaß sie in gegenseitige Beziehung gebrachtwerden , austauschbar benutzt und miteinander verglichen
werden können, um die Koinzidenz der Ziele feststellen zu können.
Diese numerische Zielinformation kann entweder einzeln oder in
Kombination verwertet bzw. verwendet werden, um ein Kollisionsverhinderungssystem zu betätigen, welches automatische Warneinrichtungen umfaßt, und kann ebenso Einrichtungen zum Verfolgen eines Zieles
und Anzeigeeinrichtungen umfassen.

Die Erfindung schafft ferner die Möglichkeit, Ziele von getrennten Radaranlagen elektronisch zu vergleichen, die anderweitig nicht vergleichbar sind, um zusätzlich die Existenz eines tatsächlichen Zieles bzw. tatsächlicher Ziele zu überprüfen. Daher kann die Detektion beispielsweise eines Zieles durch nur eine Anlage als ein mögliches Ziel

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behandelt werden, und die Detektion des gleichen Zieles durch zwei Anlagen bedeutet, daß das Ziel überprüft ist. Alternativ kann die Korrelatorschalteinrichtung die Höhe der Zielsignale, die für die Zielidentifikation erforderlich sind, durch einen oder beide Eingänge der Korrelatorschaltung einstellbar bestimmt/und dies in dem Korrelationsverfahrensablauf anwenden. Zusätzlich können die getrennten Radaranlagen bei unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, um den Kombinationsvorteil einer hohen Auflösung und einer Allwetterbetriebsmöglichkeit zu erhalten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausfiihrungsbeispiel dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Container-

Schiffes, bei dein die Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet werden kann,

Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf das Schiff gemäß

Fig. 1, in der die Wirkung von Hindernissen im "Sichtfeld" einer Radaranlage eines solchen Schiffes dargestellt ist,

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines

anderen Schiffes, die eine übliche Art eines Radarhindernisses zeigt,

Fig. 4 eine Aufsicht zur Darstellung von von dem

Radar auf dem Schiff gemäß Fig. 3 abgedeckten Zonen,

Fig. 5 - ein Blockdiagramm eines Kolli.s ions ve rhinde rungs-

systemes, und

Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Systemes zur Kombination

von Vielfachradar gemäß der Erfindung mit einer Anzeige und/oder mit Kollisionsverhinderungsausgängen.

Das erfindungsgemäße System kann in einer Vielzahl von Anwendungen benutzt werden; es ist jedoch besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem Schiffsradar und die bevorzugte Ausführungsform ist daher in Verbindung mit dieser Anwendungsart beschrieben und dargestellt.

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Es ist zunächst festzuhalten, daß ein Kollisionswarn- und/oder Verhinderungssystem so ausgebildet ist, daß es mit einer konventionellen Radaranlage zusammenarbeiten kann oder sogar mit dieser eine Einheit bildet, welche Radaranlage eine Antenne besitzt, von der Radarsignale ausgestrahlt und Echosignale von Zielen empfangen werden. Diese Radarechosignale oder Zielsignale werden in dem Kollisionsverhinderungssystem verwendet bzw. ausgenutzt, um vor möglichen Kollisionen zu warnen und eine Information zu geben , um Kollisionen zu verhindern, und so ist es selbstverständlich notwendig für die Radaranlage, daß sie genau Objekte in dem von den Radarstrahlen üln:rstricheiien Feld feststellt und ortet.

Obwohl das erfindungsgemäße System auf vielerlei "Weise eingesetzt werden kann und viele Anwendungen möglich sind, wird es im Folgenden in der Hauptsache im Hinblick auf die Verbindung von Signalen von zwei oder mehr räumlich voneinander getrennten Radarantennen und im Hinblick auf die Benutzung der Ausgangssignale in einem Kollisionsvermeidungssystem beschrieben, wobei allerdings andere Anwendungen angegeben sind.

Viele Hochseewasserfahrzeuge besitzen physikalische Hindernisse, die die Aussendung und den Empfang von Radarsignalen behindern. In der Fig. 1 der Zeichnung ist ein Container-Schiff 11 dargestellt, das einen Mast 12 auf der Oberseite der Brücke besitzt, auf der eine ro-tierende Antenne 13 angebracht ist. Diese Radarantenne ist normalerweise auf einem Hochpunkt auf den Flächenkonstruktionen oder dem Schiff angeordnet; es ist aber auch klar, daß unterschiedliche Konstruktionen oder Elemente sich ebenfalls von dem Deck des Schiffes nach oben erstrecken, so z. B. eine Ladung von Containern 14, die auf dem Deck des Schiffes gestapelt sind.

Wenigstens einige der nach aufwärts sich erstreckenden Objekte

können in dem Weg des Radarstrahles liegen, wenn dieser einen

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Winkel von 360 Grad überstreicht. Dies bewirkt, daß der Radarstrahl einige Flächen der horizontalen Ebene nicht erreichen kann. Es sei bezug genommen auf die Fig. 2. Dort ist schematisch dargestellt das Abdecken bzw. der Ausfall der Radarsignale, der aufgrund von Ladecontainernl4 , die auf dem Deck des Schiffes geladen sind, auftreten kann. Man erkennt, daß der schattierte Bereich 16 von der Radarantenne 13 durch Teile der Ladung 14 abgedeckt ist.

Obwohl Streueffekte bei der Radarstrahlenaussendung die tatsächliche Größe dieser Fläche verringern können, so ist doch festzuhalten, daß es einen Bereich vor dem Wasserfahrzeug gibt, der von der Radaranlage nicht überwacht wird, sodaß Ziele, die sich in diesem Bereich befinden, von dem Radar nicht entdeckt bzw. detektiert werden können. Das Vorhandensein solcher "toter Winkel" oder der abgedeckten Bereiche in der Horizontalebene der Radarsysteme bewirkt Unsicherheiten, wie z. B. Kursverlust oder Zielverwechselung_/ in der Information, die einem Kollisionsverhinderungs- oder Warnsystem zugeführt wird, was vom Standpunkt des Schutzes gegen mögliche Kollisionen nicht wünschenswert ist.

In der Fig. 3 ist ein anderes allgemeines physikalisches Hinder-

17 nis für Radarstrahlen auf einem Containerschiff in Form einer massiven Krankonstruktion 18 dargestellt. Eine Radarantenne 13, die beispielsweise auf einem Mast oberhalb der Brücke des Schiffes angeordnet ist, wird von Teilen des Horizontes bei einer derartigen Konstruktion abgedeckt und in der Fig. 4 sind Schatten - Zonen 18a und 18b (Schattenbereiche 18a und 18b) dargestellt, die hinter vertikalen Abschnitten des Kranes 18,von der Antenne 13 aus^gesehen^iegen, scjdaß sie vor dem Radarstrahl abgedeckt werden. In diesen Flächen oder Zonen würde ein Ziel, wie z. B. ein kleines Wasserfahrzeug , nicht von dem von der Antenne 13 abgestrahlten Radarstrahl erfasst bzw. entdeckt. -9-

Durch die erfindungsgemäße Ausführung wird eine Lösung des oben erwähnten Problemes dadurch gegeben, daß eine oder mehrere zusätzlich Radaranlagen in dem verwendeten System auf einem Schiff 11 angebracht sind. Die Antenne der zusätzlichen Anlage ist räumlich von der Antenne 13 entfernt und so angeordnet, daß sie

•f hindernisfrei irgendeine oder alle abgedeckte³¹ „blinden Flächen überstreichen kann, die in dem Bereich der mit der Antenne 13 verbundenen Anlage liegen. Daher kann eine weitere Antenne 19 beispielsweise in der Nähe des Buges des Schiffes 11 angeordnet sein, sodaß sie die Fläche bzw. den Bereich 16 mit einem Radarstrahl hindernisfrei überstreichen kann, um eine Information zu erhalten, ob Ziele in diesem Bereich sind oder nicht. Es ist ganz klar, daß das Sichtfeld oder der-bereich der Antenne 19 von dem Schiff ausgesehen nach hinten mit einem Hindernis versehen ist; diese Flächen sind aber ohne Hindernis von dem Strahl von der Antenne 13 abgedeckt. Bei dieser Anordnung kann man sehen, daß die gesamten 360 Grad des Horizontes hindernisfrei von einem Radarstrahl von einem oder dem anderen der mit den Antennen 13 oder 19 verbundenen Anlagen überstrichen werden.

Einzelne Radaranlagen, die mit den Antennen 13 und 19 beispiels-

, gende

weise verbunden sind, erzeugen individuell zusammennän-und in hohem Maße nützliche Informationen über die Entfernung und die Peilung von Zielen; die Signale von diesen getrennten Anlagen sind aber weder kompatibel noch sind sie auf irgendeine Weise aufeinander be zogen, was ihre normale Kombination oder die Benutzung in

nicht
Kombination ermöglicht. Die Erfindung schafft eine Möglichkeit zur Kombination von Signalen von zwei oder mehr Radaranlagen, um die Probleme, die von der Radar abdeckung und dergl. herrühren, so zu erleichtern bzw. zu lösen.

Es sei nun bezug genommen auf die Fig. 5. Dort ist in Blockform ein Kollisionsverhinde rungs system mit einer einzelnen Radaranlage dargestellt.

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Die Radaranlage 21 sendet einen schmalen Strahl hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung von einer Antenne 22 aus, die in Drehung versetzt wird, um den Horizont zu bestreichen, und diese Antenne 22 empfängt Radarsignale , die von Objekten als Echosignale oder Zielsignale reflektiert werden. Der Radarausgang_/bzw. die Ausgangssignale, von denen angenommen wird, daß sie Video-, Trigger- und Azimuthsignale umfassen,werden/on der Radaranlage 21 zu einem elektronischen Schaltkreis zugeführt, im folgenden

als Zielextraktor 23 bezeichnet, der eine Vielzahl von Funktionen hat, beispielsweise Überprüfung der Größe und die Existenz eines vorhandenen Zieles. Es wird in Erinnerung gerufen, daß verschiedene Bedingungen fehlerhafte Zielanzeigen erzeugen können, beispielsweise Reflektionen, die von atmosphärischen Störungen oder Zuständen herrühren können. In allen Fällen rühren sogenannte "Seestörflecke " von der Reflektion einiger Radar signale von der Wasseroberfläche her, was einen Rauschpegel oder dergleichen erzeugt , der ausreichend hoch sein kann, um physikalische Objekte , die interessierende Ziele umfassen, abzudecken. Auf diese Weise trennt der Zielextraktor eine Information zur Identifizierung von Zielen von See-Störflecken, in dem die Zahl von reflektierten Impulsen aus einer vorbestimmten Anzahl von übertragenden. Impulsen ausgezählt wird, um zufällige Impulse bzw. zufällige Reflektionen und Zielreflektionen zu unterscheiden. Zusätzlich kann der Schaltkreis die Anzahl der überstreichungen zählen, in denen ein besonderes Ziel identifiziert wird, und dies mit einer vorbestimmten Anzahl als eine weitere Überprüfung des Vorhandenseins eines Zieles vergleichen. Viele Arten von Zielüberprüfungen sind bekannt, wie z. B. die m - aus -n- Detektion und wenigstens viele dieser Arten bzw. Methoden sind auf die Erfindung anwendbar. In gleicher Weise kann die Amplitude der reflektierten Impulse mit einer vorbestimmten Amplitudenhöhe als eine weitere Methode zur Überprüfung des Vorhandenseins von Zielen oder eines

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Zieles verglichen werden.

Der Extraktor 23 wandelt zusätzlich und primär die von der Radaranlage ankommenden Daten in eine nimerische Form um. Dies kann vorzugsweise die Erzeugung von fünf Binärwörtern umfassen, die die Azimuth- und Bereichsgrenzen der detektierten Ziele identifizieren. Diese Umwandlung wird normalerweise in einem Kollisionsverhinderungs system des hier benutzten Systemes durchgeführt, wie es mit dem Ausgang der Erfindung verbunden ist. Diese Daten in numerischer Form können durch einen Mittenfinder 24 aufgearbeitet bzw. bearbeitet werden, um die Entfernung bzw. den Bereich und die Peilung der Mittellinie bzw. der Mitte des Zieles und eine Zielinformation wie z. B. Zielgrenzen zu bestimmen , oder die Mitte bzw. der Mittelpunkt wird einem Kollisionsverhinderungsrechner 26 zugeführt, der eine Recheneinrichtung zur Erzeugung einer Vielzahl von Informationen besitzt, wie z. B. der nächste Punkt der Annäherungszeit zu dem nächsten Punkt der Annäherung. Zusätzlich zu dem oben erwähnten besitzt das Kollisionsverhinderungssystem eine Alarmeinrichtung und eine oder mehrere Anzeigen 28, die visuell die geschützten, durch das System gebildeten Bereiche und die Position von Zielen darin in analoger Form und wenn gewünscht ebenso in digitaler Form anzeigen. Wenigstens ein Teil der visuellen Anzeige kann auf dem Bildschirm der Radaranlage angezeigt werden, wie durch die strichlierte Linie in Fig. 5 dargestellt.

Die Erfindung kann ein Kollisionsverhinderungssystem wie dieses, das in der Fig. 5 dargestellt und oben kurz beschrieben ist, umfassen. Es sei nun bezug genommen auf die Fig. 6. Dort ist ein Paar von Radaranlagen 31 und 41 dargestellt, die getrennt mit Radarantennen 32 bzw. 42 verbunden sind, die räumlich und pysikalisch voneinander getrennt und so wie oben dargestellt angeordnet sind, um hindernisfrei jeden Bereich und alle Blindbereiche der anderen Antenne zu überdecken.

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Jede dieser Radaranlagen 31 und 41 erzeugt Teildaten, Entfernungsdaten und Daten, die die Ausdehnung von reflektierende Signale erzeugenden Objekten repräsentieren. Die Radarausgangsdaten von den Radaranlagen 31 und 41 werden in getrennte Zielextraktoren 33 bzw. 43 getrennt eingefütiert, wie oben erwähnt, worin eine solche Datenmenge in numerische oder binäre Form umgewandelt wird und eine Zielinformation kann wie oben dargestellt überprüft werden. Jeder der Zielextraktoren 33 und 34 kann , wenn es gewünscht wird, Mitten finder 34 bzw. 44 versorgen, in denen ein numerisches Signal erzeugt wird, das die Mitte der Zielinformation oder der Zieldaten von den getrennten Radaranlagen darstellt. Es ist festzuhalten, daß die Zieldaten, d.h. die Entfernungs- bzw. Bereichs- und Peilgrenzen direkt in dem Rest des Systemes verwendet werden, ohne Zielmittelpunkte zu orten; jedoch besitzen hochentwickelte Systeme normalerweise eine Identifiziereinrichtung für Zielmittelpunkte.

Die Erfindung besitzt eine Datenabgleicheinhat 51, die eine Information zur Umwandlung von numerischen Daten von den Radaranlagen in Daten enthält, die für ein übliches Koordinatensystem geeignet sind. Diese kann entweder eine Information zur Umwandlung der Daten von einer Radaranlage in das Koordinatensystem der anderen oder zur Umwandlung der Daten beider Radaranlagen in ein passendes unabhängiges Koordinatensystem besitzen. Der Begriff Koordinatensystem wird hier als ein Bezugspunkt oder eine Bezugseinheit definiert, von der aus Entfernung oder Bereich und Peilung gemessen werden, sodaß eine Korrektur für die örtliche bzw. räumliche Trennung der Antennen durchgeführt wird, und es ist festzuhalten, daß die unterschiedlichen Zeitverzögerungen in den getrennten Radaranlagen eine offensichtliche Verschiebung der Koordinatensysteme erzeugen. Man kann dies am besten verstehen, in dem man sich ein Beispiel vor Augen führt. Ein Ziel A sei mit einer Relativpeilung von 0 Grad oder 360 Grad, d.h. direkt vor dem Schiff 11 in der Fig. 2 ( voraus) geortet worden. Wenn die Radarantennen 32 und 42 der Fig. 4

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an den Punkten 13 und 19 der Fig. 2 angeordnet sind, kann man sehen, daß beide Radaranlagen 31 und 41 das Ziel mit der Peilung 0 Grad identifizieren werden, jedoch jede Anlage wird das Ziel in einer anderen Entfernung identifizieren, wobei der Unterschied in der Entfernung der Unterschied zwischen den beiden Punkten 13 und 19 auf dem Schiff ist. Nimmt man an, daß die Daten von den Radaranlagen in Informationen bezüglich der Position der Antenne 32 umgewandelt werden, dann würde die Datenausrichteinheit 51 einen konstanten Wert zu der Entfernung von der Radaranlage 41 hinzu addieren, wobei dieser konstante Wert oder diese Konstante gleich der Entfernung zwischen den Punkten 13 und 19 auf dem Schiff ist.

Alternativ sei ein Ziel am Punkt B der Fig.2geortet worden, der auf einem senkrechten Sektorzeiger einer Sehne zwischen den Punkten 13 und 19 liegt. Dieses geortete Ziel würde dafür sorgen, daß jede der Radaranlagen 31 und 32 gleiche Entfernungssignale , aber unterschiedliche Peilsignale erzeugt. Diese Azimuthsignale können 150 Grad für die Radaranlage 31 und eine Peilanzeige von 30 Grad für die Radaranlage 41 sein. Diese Werte hängen natürlich nicht nur von der Peilung, sondern auch von der Entfernung wegen der räumlichen Trennung der Radarantennen ab, und daher enthält die Datenausrichteinheit 51 eine große Anzahl von Konstanten, die sich auf die Entfernung und die Peilung von Zieldaten von der Radaranlage 31 z, B. beziehen, die dann, wenn sie zu den Zieldaten von der Radaranlage 41 hinzuaddiert werden, die räumliche Trennung der Radarantennen kompensieren würden. Die Datenausrichteinheit 51 besitzt ebenfalls Korrekturdaten für unterschiedliche Zeitverzögerungen in den Schaltkreisen der getrennten Radaranlagen 31 und 41, um die Radarausgangsdaten vollständig in ein gemeinsames Koordinatensystem umzuwandeln. Die Radarausgangsdaten von der Radaranlage 31 werden so in die Einheit 51 eingefüttert, worin die günstigen Umwandanten

lungskonst /auf der Basis dieser Daten ausgewählt werden, und einem Kombinierer 46 zugeführt, der mit dem Ausgang des Mittenfinders 44 für die Radaranlage 41 verbunden ist. Unter diesem Umstand

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werden die Daten der Radaranlage 41 modifiziert , um physikalische Verschiebungen der Radarantennen 32 und 42 und Zeitunterschiede zu korregieren.

Dann , wenn es wünschenswert ist, die Daten von jeder Radaranlage zu modifizieren, um eine Korrektur für die Verschiebung der Antennen von einem Mittelpunkt wie z. B. dem Mittelpunkt des Schiffes zu erzielen^ werden die Daten von der Radaranlage 41 ebenfalls

der Datenausrichteinheit 51 zugeführt, sodaß die Ausgangs signale derselben eine Korrektur oder Modifikation für die Daten von beiden Radaranlagen aufweisen, und die korri gierten Daten werden nicht nur dem Kombinierer 46 , sondern ebenso einem Kombinierer 36 zugeführt, der mit dem Mittenfinder 34 der Radaranlage 31 verbunden ist.

"Wie in der Fig. 6 dargestellt, werden die Ausgangssignale der Kombinierer 36 und 46 einer Korrekturschaltung 52 zugeführt, in der die Daten von den beiden Anlagen miteinander verglichen werden, um beispielsweise zu bestimmen, ob beide Radaranlagen das gleiche Ziel identifiziert haben oder nicht. Unter bestimmten Betriebsumständen kann die Erfindung auch dazu verwendet werden, ein Ausgangssignal von der Korrekturschaltung 52 entweder auf eine Koinzidenz oder Zielidentifikation durch beide Radaranlagen oder auf eine Zielidentifikation durch jeweils eine Radaranlage hin erzeugen. Die getrennten Zielsignale, die der Korrekturschaltung 52 von der Radaranlage 31 und 41 zugeführt werden, sind vollständig kompatibel und daher kann eine Vielzahl von Operationen von der Korrelator schaltung durchgeführt werden, die Steuerelemente 53 zur Auswahl unterschiedlicher Betriebsarten besitzt, um unterschiedliche Aufgaben durchführen zu können. Die Korrelatörschaltung bestimmt, ob gleichzeitig Ziele der getrennten Radaranlagen innerhalb eines vorbestimmten kleinen Bereiches und Peilgrenzen sich befinden oder nicht, um das gleiche

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Ziel zu umfassen, oder ob der einzelne Ausgang der Korrelatorschaltung zwei Ziele identifizieren sollte. Die Korrelatorschaltung kann in gleicher Weise eine Zielbeschaffenheitsinformation , wie eine Impuls amplitude , die durch Digital signale für eine und/oder beide Anlagen mit einer vorbestimmten Höhe zur Identifizierung eines Zieles vergleichen. Die Zielinformation von der Korrelatorschaltung 52 kann einem Kollisionsverhinderungsrechner 54 zugeführt werden, der eine Nachführeinrichtung aufweist, wie sie in konventionellen Kollisionsverhinderungssystemen vorhanden ist, worin eine Information bezüglich Entfernung, Peilungen, Geschwindigkeit (Fahrt) und Kurs von innerhalb des Betriebsbereiches des Systemes auftauchender Ziele einer Anzeige 56 zugeführt werden. Man wird natürlich festhalten, daß Kollisionsverhinderungs- und Warnsysteme oft die Möglichkeit einer Bildung von Flächen oder Uberwachungszonen eines bestimmbaren Bereiches, Bereichstiefe und Azimutherstreckung für die automatische Erzeugung von Warnsignalen auf das festgestellte Eindringen von Objekten in solche Zonen besitzen. Zusätzlich können die Grenzen derartiger Bereiche bzw. Flächen visuell zusammen mit der Identifikation der Ortung von Zielen zur optimalen Nutzung durch Bedienungsleute und dergleichen angezeigt werden. Das erfindungsgemäße System hat einen Bereich von Möglichkeiten, und zwar von dem einfachen Ausschluß von Blindräumen oder Blindbereichen bei der Radarabtastung bis zur Überprüfung von Zielen auf unterschiedliche Arten. Daher kann das Ausgangssignal der Korrelatorschaltung 5Z die Identifikation der Entfernung und der Peilung eines Zieles oder von Zielen umfassen, die von beiden Radaranlagen detektiert sind, und kann zusätzlich Informationen enthalten, ob das Ziel durch beide Radaranlagen identifiziert ist oder nicht. Diese Information wird, wie oben erwähnt, in dem Kollisionsverhinderungsrechner entweder in der einfachsten Form , d. h. in der Zielindentifikation , oder in komplizierterer Form verarbeitet und zwar dahingehend, ob es ein Ziel ist, das durch eine Anlage identifiziert ist , oder ein Ziel, 1) übertragen wird -16-

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das durch beide Anlagen identifiziert ist. Einige Kollisionsverhinderungssysteme schaffen eine Anzeigeumrandung um jedes Ziel, das verfolgt wird, und der Korrelatorschaltungsausgang kann ebenso die Größe der Ziele identifizieren oder feststellen, um die Bildung der Umrandung zu unterstützen und eine zusätzliche Information dem Bedienenden zugeben.

Man muß festhalten, daß wenigstens bestimmte Funktionen der Erfindung ganz oder teilweise von einem Rechner ausgeführt werden können, und ein Kolli sionsverhin de rungs rechner kann zu diesem Zwecke eingesetzt werden, wenn die Erfindung ein Kollisionsverhinderungs system mit einem derartigen Rechner mit Signalen

versorgt. Das System, mit dem mehrere Radaranlagen verbunden werden, erzeugt Ausgangssignale , wie oben erwähnt, die für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden können. So können diese Signale in "Analog-Signale" umgewandelt werden, die beispielsweise eine konventionelle Radaranzeige betätigen können. In Fig. 6 ist ein Konverter 57 dargestellt, der Ausgangssignale von der Korrelatorschaltung 52 aufnimmt und diese Signale in geeignete Form zur Betätigung einer Anzeige 58 umwandelt. Obwohl die Originalradarsignale nicht vollständig neugestaltet werden müssen, wird die Umwandlung im folgenden als eine Umwandlung in analoge Form bezeichnet, wie sie sich unterscheidet von einer Umwandlung in Digitalform, die normalerweise ungeeignet zur Betätigung der meisten Analoganzeige systeme ist. Diese Anzeige der Aus gangs signale des erfindungsgemäßen Systemes können sehr vorteilhaft beispielsweise bei der Abfahrt eines großen Hochseeschiffes sein, auf dem getrennte Radaranlagen und Antennen beispielsweise auf entgegengesetzten Flügeln der Brücke angeordnet sind.

Die Erfindung bewirkt also eine Kombination der Radarausgangssignale und die Arbeitsweise und Anordnung der voneinander räumlich entfernt angeordneten Radarantennen ist oben anhand eines Beispieles

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beschrieben worden. Es existieren auch viele andere Beispiele und t'ß gibt, auch Umstände, wo eine Radarabtantung durchgeführt wird mit zwei Radaranlagen, von denen die eine mit hoher Frequenz und die andere mit niedriger Frequenz arbeitet. Die Antennen derartiger Anlagen können auf dem gleichen Mast angebracht sein, sodaß keine wesentliche räumliche Trennung vorhanden ist, vielmehr werden Unterschiede in der Drehzahl der Antennen, der Ausrichtung der Antennen und der Zeitverzögerungen in den Schaltkreisen der getrennten Anlagen dafür sorgen, daß das gleiche Ziel zu unterschiedlichen Zeiten durch die beiden Anlagen geortet wird. Dies hat die Wirkung unterschiedlicher Koordinatensysteme , was einer physikalischen oder räumlichen Trennung der Antennen äquivalent ist.

Die Erfindung ist in gleicher Weise anwendbar und vorteilhaft verwendbar in der Verbindung von Radarausgangssignalen unter den oben erwähnten Umständen sogar dann, wenn keine räumliche Trennung der Antennen vorhanden ist. Die Vorteile einer guten Lösung mit Hochfrequenzradar und einer weiten Reichweite und der Wirksamkeit von niederfrequentem Radar bei jedem Wetter können daher mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden. Eine solche Kombination von Hoch- und Niederfrequenzradar kann ebenfalls bei voneinander getrennten Antennen erreicht werden.

Es ist klar, daß in dem Blockdiagramm nach Fig. 6 kein Versuch unternommen wurde, alle elektronischen Verbindungen oder Komponenten darzustellen, die in einem Gesamtsystem vorhanden sind,

aber statt dessen werden die einzelnen Blöcke eher als Funktionsais
blöcke als Schaltkreisblöcke angesehen. Für die einzelnen Funktionen der vorliegenden Erfindung kann man konventionelle elektronische Schaltkreise benutzen und es ist ohne weiteres für einen Fachmann möglich, die Funktionen der einzelnen Blöcke der Erfindung mit Schaltkreisen zu realisieren.

Es ist oben in einem Beispiel dargestellt, daß die eine Radaranlage mit Hochfrequenz und die andenere mit relativ niedriger

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Frequenz arbeitet; dies ist natürlich nicht notwendig. Es bestehen jedoch bestimmte Vorteile, wesentlich unterschiedliche Frequenzen für die einzelnen Anlagen zu benutzen, insoweit als eine Niedrigfrequenzradaranlage eine relativ schlechte Auflösung, aber sehr günstige Arbeitsweise im Regen und für weitentfernte Ziele hat. Die Auflösung bei einer hochfrequenten Radaranlage ist gut, die Arbeitsweise in schlechtem Wetter jedoch ungünstiger. So kann die Erfindung nicht nur dann verwendet werden, wenn in dem Abstrahl- oder Empfangsweg der Radarsignale Hindernisse vorhanden sind, sondern auch zur Überwindung der Probleme, die mit atmosphärischen Zuständen verbunden sind bzw. bei atmosphärischen Zuständen auftreten können.

Die Komponenten und die Arbeitsweise von Kollisionsverhinderungsund Warnsystemen im Allgemeinen sind nur kurz dargestellt, da sie an sich bekannt sind. Es ist jedoch wünschenswert, den Gesamtzweck und die Funktion von Kollisionsverhinderungs systemen hervorzuheben, die so konzipiert sind, daß sie automatisch audio- visuelle Alarmeinrichtungen auf die Ortung eines Zieles oder eines Objektes, durch das eine Kollisionsgefahr heraufbeschworen wird, hin aktivieren, damit ein Bedienungsmann entweder den Alarm ausschaltet oder den Kurs oder die Fahrt des Fahrzeuges verändert, um die Kollision zu verhindern. Die verschiedenen Möglichkeiten eines Kollisionsverhinderungssystemes können ebenfalls für andere Zwecke verwendet werden ,beispielsweise bei der Kontrolle von Schiffen im Hafen mit Radarantennen, die weit voneinander entfernt sind, aber ihre Signale einer zentralen Anzeigeeinrichtung zuführen, oder bei Ölbohrplattformen mit Radarantennen an den verschiedenen Ecken, Uberwachungseinheiten und bei vielen anderen Einrichtungen.

Die Erfindung schafft ein relativ einfaches, aber besonders vorteilhaftes System, mit dem eine bedeutende Verbesserving bei KoJIisionsverhinderungssysternen erreicht wird.

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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben, dies bedeutet nicht, daß eine Einschränkung der Erfindung beabsichtigt ist. Vielmehr besteht die Möglichkeit, daß die Erfindung auch in einer Vielzahl von Modifikationen und Veränderungen realisiert werden kann.

Patentanwälte Dipl.-'.r.fj. ΗοΓεί Roce D:?l.-lr.g. Pater Kosel

Claims

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DIPL-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSEL

PATENTANWÄLTE

3353 Bad Gandershelm, 26. Januar 1981 Postfach 129 Hohenhöfen 5 Telefon: (05382) 2842 Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandershelm

Unsere Akten-Nr. 2989/2 Lawrence F. Anderson
Patentgesuch vom 26. Januar 1981

Ansprüche

\J System zur Kombinierung von Vielfachradar zum Empfang der Ausgangssignale von wenigstens zwei Radaranlagen , gekennzeichnet durch eine Zielextraktoreinrichtung, die die Ausgangs signale aufnimmt und getrennt eine Zielinformation der Radarausgangs signale in Digitalsignale umwandelt, ferner durch Mittel zum Empfang und zur Umwandlung der getrennten Digitalsignale in umgewandelte Digitalsignale, die auf ein gemeinsames Koordinatensystem bezogen sind, und schließlich durch eine Korrelatoreinrichtung, die die umgewandelten Digitalsignale zu einem einzigen Ausgangssignal zusammenfasst.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Korrelatoreinrichtung Mittel zur Umwandlung des Ausgangssignales in analoge Signale verbunden sind und . diese analogen Signale einer Radaranzeige zuführen.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelatoreinrichtung digitale Zielsignale von den getrennten Radaranlagen vergleicht, um ein einziges Ziel-identifikations signal für Signale zu erzeugen, die Zielortungen innerhalb eines vorbestimmten kleinen Bereiches und vorbestimmter kleiner Teilgrenzen darstellen.

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4. System nach einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Radaranlagen, von denen eine mit hoher Frequenz und eine mit niedriger Frequenz arbeitet.
5. System nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Radarausgangssignale von Radaranlagen abgeleitet sind, die physikalisch voneinander getrennte Antennen besitzen.
6. System nach einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Kollisionsverhinderungssystem, welches so angeschlossen ist, daß es die Ausgangssignale der Korrelatoreinrichtung zur Warnung vor einer möglichen Kollision mit durch das System identifizierten Zielen empfängt.
7. System nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelatoreinrichtung durch eine umgewandelte digitale Zielinformation, die von jeder der Radarausgangssignale herrührt, angesteuert ist, um ein Ausgangssignal nur für bestimmte, vorbestimmte Signalinformationen von entweder einem oder beiden Radarausgangs Signalen zu erzeugen.
8. System nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich eine Zielqualitätsinformation der Korrelatoreinrichtung zuführt, um das einzige Ausgangssignal von einer vorbestimmten und einstellbaren Zielqualität entweder von einem oder von einer Kombination von Zielen von getrennten Radarausgangs Signalen zu erzeugen.
9. Küllisionsverhinderungsystem , gekennzeichnet durch wenigstens zwei Radaranlagen, die getrennt und mit voneinander entfernten Antennen verbunden sind, die so angeordnet sind, daß sie jeden Totbereich der anderen überdecken, ferner durch Mittel, die mit jeder der Radaranlagen verbunden sind, die die Radarausgangssignale in numerische Form umwandeln, ferner durch eine Einrichtung, die die numerischen Radarausgangssignale , die eine Entfernungs-und eine Peilinformation

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umfassen, in Übereinstimmung bringt, um eine Zielidentifikation

für Ziele zu erzeugen, deren Mittelpunkt innerhalb einer vorbestimmten kleinen Distanz voneinander/liegen, um demzufolge diese als einziges Ziel zu verarbeiten, und schließlich durch Mittel, die die Peil- und Entfernungs- Information in numerischer Form einem Kollisionsverhinderungsrechner und einem Anzeigesystem zuführt.
10. System nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung von Signalen, die feststellen, ob ein Ziel durch mehr als eine Radaranlage detektiert ist.
11. System nach Anspruch 9. oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Radarantehnen in einer Entfernung oberhalb des Schiffes angeordnet sind, wobei eines in der Nähe des Buges und das andere in der Nähe des Hecks des Schiffes angebracht sind.
12. System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Vergleichen der Vieldaten der Radarausgangssignale in numerischer Form, die von jedem der Radaranlagen kommt, wobei eine Kompensationseinrichtung zum Kompensieren einer möglichen physikalischen Trennung der Radarantennen und von Zeitunterschieden bei den Radarzieldatensignalen vorgesehen ist, und eine Korrelatoreinrichtung , die die kompensierten Signale vergleicht, um eine Übereinstimmung oder eine Nichtübereinstimmung der Radarziele von den getrennten Radaranlagen festzustellen.

Patentanwälte Dipl.-Ing. Morst Röce D];;l.-!r.g. Pslor Kos©!