DE69007633T2

DE69007633T2 - Ortungssystem von mindestens einem Ziel mittels Triangulation.

Info

Publication number: DE69007633T2
Application number: DE69007633T
Authority: DE
Inventors: Michel Paul Bertrand; Michel Benoit Bucher; Andre Rene Delclaux
Original assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Current assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Priority date: 1989-01-18
Filing date: 1990-01-17
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: EP0379425B1; EP0379425A1; FR2641871B1; FR2641871A1; DE69007633D1; JPH0367112A; US5008543A

Description

Die vorliegende Erfindung hat als Gegenstand ein System zur Bestimmung der Position von mindestens einem Ziel, das eine Strahlung aussendet, umfassend:
- zwei für diese Strahlung empfindliche passive Visiervorrichtungen, die in einen Abstand voneinander angeordnet sind und um eine im wesentlichen vertikale gemeinsame Achse drehbar sind,
- Mittel zur Messung der Intensität der von jeder dieser Visiervorrichtungen entlang einer Visierlinie empfangenen Strahlung, wobei die Visierlinie eine im wesentlichen vertikale und beiden Visiervorrichtungen gemeinsame Visierebene überstreicht,
- Mittel, um in Abhängigkeit von den gemessenen Intensitäten die Werte der Zielhöhenwinkel des Ziels im Verhältnis zu den zwei Visiervorrichtungen auszulesen, und
Mittel, um in Abhängigkeit von den Werten der Zielhohenwinkel die Entfernung des Ziels durch Triangulation in der im wesentlichen vertikalen gemeinsamen Visierebene zu berechnen.
Ein solches System wird am Boden oder z.B. an Bord eines Schiffs verwendet, um die Ziele, die den Aufstellungsstandort des Systems oder das Schiff, an Bord dessen es sich befindet, bedrohen, zu überwachen und gegebenenfalls einem Waffensystem anzuzeigen.
Ein System der oben definierten Art ist bereits aus der britischen Patentanmeldung 2070877 bekannt. In diesem System sind die beiden Visiervorrichtungen mechanisch gekoppelt und auf dem gleichen, um eine vertikale Achse drehbeweglichen Drehturm gehalten. Es ist eine einzige Vorrichtung zur Messung der Intensität der empfangenen Strahlung vorgesehen, das für jede der Visiervorrichtungen verwendet wird, ebenso wie eine einzige Antriebsvorrichtung für die Drehung des Drehturms.
Der Nachteil bei diesem System ist eine begrenzte Genauigkeit in der Bestiinmung der Entfernung des Ziels, da der Abstand zwischen den beiden Visiervorrichtungen ebenfalls begrenzt ist, sowohl aus mechanischen wie aus optischen Gründen. Es ist in der Tat bekannt, daß die Genauigkeit eines Triangulationssystems mit der Größe seines Basisabstands Zusammenhängt, hier mit dem Abstand zwischen den beiden Visiervorrichtungen.
In dem bekannten System ist es allerdings nicht möglich, diesen Abstand stark zu vergrößern, da der hohle mechanische Aufbau, der die obere Visiervorrichtung trägt, zu hoch und zu schwer und schwierig anzutreiben wird. Aufgrund der Tatsache, daß der optische Weg des Strahls, der durch die untere Visiervorrichtung geht, gleich lang sein muß wie der optische Weg des Strahls, der durch die obere Visiervorrichtung geht, stellt sich außerdem ein Problem, wenn der Abstand zwischen den beiden Visiervorrichtungen zu groß ist.
Außerdem ist es weiterhin aus mechanischen Gründen nicht möglich, in den Visiervorrichtungen Linsen mit zu großem Durchmesser einzusetzen, die das Gewicht der drehbeweglichen, mechanischen Einheit vergrößern und wenigstens im Fall der oberen Visiervorrichtung eine Unwucht herbeiführen.
Weiterhin verlangt das bekannte System die Verwendung einer halbreflektierenden Platte, die einen Verlust der gemessenen Energie mit sich bringt und die Empfindlichkeit um dieses Maß vermindert.
Außerdem ist in dem bekannten System die jeder der Visiervorrichtungen gemeinsame Feldhöhe geringer als die des Felds von jeder dieser Vorrichtungen.
Schließlich ermöglicht das bekannte System nicht die Bestimmung der Entfernungen mehrerer Quellen, die sich gleichzeitig in der Visierebene befinden.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden.
Hierzu hat sie zum Gegenstand ein System der oben definierten Art, dadurch gekennzeichnet, daß
- jede der zwei Visiervorrichtungen ihre eigenen Mittel zur Messung der Intensität der empfangenen Strahlung, ihre eigenen Mittel zum Antrieb zur Drehung um die gemeinsame Achse und ihre eigenen Mittel zur Messung ihres Seitenrichtwinkels umfaßt, und
- Mittel vorgesehen sind, die dazu dienen, die Mittel zum Antrieb zur Drehung um die gemeinsame Achse in Abhängigkeit von den Werten der gemessenen Seitenrichtwinkel so zu steuern, daß die Seitenrichtwinkel gleich sind.
Mit dem erfindungsgemäßen System gibt es weder eine optische noch eine mechanische Kopplung zwischen den beiden Visiervorrichtungen. Es gibt keinerlei optische Kopplung aufgrund der Tatsache, daß jede Visiervorrichtung ihre eigenen Mittel zur Messung der Intensität der empfangenen Strahlung umfaßt, und keinerlei mechanische Kopplung aufgrund der Tatsache, daß jede Vorrichtung mechanisch unabhängig von der anderen ist und durch ihre eigenen Antriebsmittel angetrieben wird. Dies bedeutet, daß im erfindungsgemäßen System die Visiervorrichtungen unterschiedliche Einheiten bilden, die Informationen ausschließlich in elektrischer Form erhalten und abgeben. Dies hat insbesondere die Tatsache zur Folge, daß man sie in einem großen gegenseitigen Abstand voneinander anordnen kann, um die Genauigkeit des Systems zu vergrößern. Da die Visiervorrichtungen mechanisch unabhängig sind, ist es außerdem möglich, wenn alles übrige gleich bleibt, Linsen mit einem größeren Gewicht und somit einem größeren Durchmesser zu verwenden, um eine größere Genauigkeit zu erzielen.
Es sei bemerkt, daß sich die toten Winkel des Systems, da die beiden Visiervorrichtungen auf einer gleichen vertikalen Achse angeordnet sind, um diese vertikale Achse erstrecken. Dies ist in der Praxis wenig störend, da sich die Gefahrenquellen zunächst stets relativ niedrig über dem Horizont zeigen, bevor sie sich vertikal über dem System befinden, was im übrigen selten vorkommt. Auf diese Weise werden die Ziele stets erfaßt, bevor sie in den oberen, toten Winkel gelangen. Im erfindungsgenäßen System ist der einzige tote Winkel derjenige, der sich aufgrund der Anwesenheit des Trägers der oberen Messungsvorrichtung im Feld der unteren Vorrichtung ergibt. Dieser tote Winkel ist allerdings unter Berücksichtigung der üblichen Abmessungen des Trägers relativ gering.
Das erfindungsgemäße System verwendet zwei passive Panoramaüberwachungsvorrichtungen, die z.B. für Infrarotstrahlung der Quelle empfindlich sind. Jedes dieser Systeme könnte allein verwendet werden, um die Seitenrichtwinkel und die Zielhöhenwinkel jeder Quelle zu bestimmen. Die Kombination der beiden Vorrichtungen gemäß der Erfindung ermöglicht die Berechnung der Entfernung jeder Quelle, was insbesondere ermöglicht, eine größere Anzahl von Störsignalen auszuschalten und zwischen Quellen, deren Seitenrichtwinkel und Zielhöhenwinkel von einem Umlauf zum nächsten wenig veränderlich sind und beweglichen, sich annähernden Quellen, die die gefährlichsten sind, zu unterscheiden. Mit solchen Vorrichtungen, die die Koordinatenmessung eines Ziels für eine Folge von gleichmäßig aufgeteilten Meßzeitpunkten ermöglichen, ist es außerdem nützlich, eine prädiktive Filterung der in den vorangehenden Zeitpunkten gemessenen Werte vorzunehmen, um die wahrscheinlichsten Werte der Koordinaten im nächsten Meßzeitpunkt vorherzusagen, wobei die zuvor gemessenen Werte und die allgemeinen Gesetze der Bewegung der Ziele berücksichtigt werden. Wenn man die Entfernung des Ziels nicht kennt, kann man eine solche Filterung bezüglich der vorangehenden Umdrehungen nur auf die beiden Koordinaten des Höhen- und Seitenrichtwinkels des Ziels anwenden. Mit dem erfindungsgemäßen System ist außer dem Höhen- und Seitenrichtwinkel auch die Entfernung des Ziels bekannt. Dies ermöglicht die Ausführung einer prädiktiven Filterung in drei Dimensionen, die wesentlich sicherer ist als eine Filterung in zwei Dimensionen.
Das erfindungsgemäße System bringt in der Tat alle Vorteile eines klassischen Radars, da es insbesondere eine Panoramaüberwachung um die zu schützende Einrichtung und die Entfernungsbestimmung von gefährlichen Zielen ermöglicht. Das erfindungsgemäße System weist indessen nicht die schwerwiegendsten Nachteile eines solchen Radars auf, da es, weil passiv, vollkommen unauffällig ist. Außerdem ist das erfindungsgemäße System an Bord eines Schiffs wesentlich weniger empfindlich gegenüber Wellen als ein klassisches Radar.
Vorteilhafterweise sind Mittel vorgesehen, um in Abhängigkeit von den am Ausgang der Auslesemittel ausgegebenen Werten des Seitenrichtwinkels und des Zielhöhenwinkels, die sich auf eine der Visiervorrichtungen beziehen, erste Bereiche möglicher Werte für den Seitenrichtwinkel und den Zielhöhenwinkel, die sich auf die andere Visiervorrichtung beziehen, zu bestimmen, sowie erste Mittel, um mit den ersten Bereichen möglicher Werte die am Ausgang der Auslesemittel ausgebenen Werte des Seitenrichtwinkels und des Zielhöhenwinkels, die sich auf die andere Visiervorrichtung beziehen, zu vergleichen und die Mittel zu Berechnung der Entfernung des Ziels zu hemmen, wenn diese Werte am Ausgang der Auslesemittel nicht in den ersten Bereichen möglicher Werte enthalten sind.
In diesem Fall ist das System in der Lage, die Entfernung jedes Ziels einer Anzahl von Zielen zu bestimmen, die gleichzeitig in der Zone vorhanden sind, die es analysiert, ohne Gefahr, ein Ziel mit einem anderen zu verwechseln und auf diese Weise eine falsche Entfernungsberechnung eines Ziels durchzuführen, ausgehend von dem Wert des Zielhöhenwinkels, unter dem dieses Ziel von einer Visiervorrichtung gesehen wird und von dem Wert des Zielhöhenwinkels, unter dem ein unterschiedliches Ziel von der anderen Visiervorrichtung gesehen wird. Weiterhin sind auf diese Weise eine Anzahl von Störalarmen ausgeschaltet, die z.B. aufgrund von Geräuschen auftreten können, die zur Entstehung einer Erfassung durch eine einzelne Visiereinrichtung führen können.
Weiterhin bestimmen die Auslesemittel vorteilhafterweise gleichfalls die Werte der von jeder der Visiervorrichtungen empfangenen und von dem Ziel kommenden Intensitäten, wobei die Mittel zur Bestimmung der ersten Bereiche möglicher Werte außerdem in Abhängigkeit von dem am Ausgang der Auslesemittel aus gegebenen Wert der von einer der Visiervorrichtungen empfangenen Intensität einen ersten Bereich möglicher Werte für die von der anderen Visiervorrichtung empfangenen Intensität bestimmen und die ersten Vergleichsmittel außerdem den am Ausgang der Auslesemittel ausgegebenen Wert der von der anderen Visiervorrichtung empfangenen Intensität mit dem entsprechenden ersten Bereich möglicher Werte vergleichen.
Dieses letzte Merkmal verstärkt die durch das zuvor genannte Merkmal eingebrachte Sicherheit aufgrund der Tatsache, daß die von der Quelle stammende, empfangene Intensität als Erkennungskriterium für von der gleichen Quelle stammende, empfangene Strahlung verwendet wird.
Vorteilhafterweise umfaßt weiterhin jede der Visiervorrichtungen ein Mosaik von Elementardetektoren, wobei die gemessenen Intensitäten diejenigen von Pixeln eines Bildes der von jeder der Visiervorrichtungen abgetasteten Zone sind und die Auslesemittel Mittel zur Bestimmung der Koordinaten des Bildpixels des Ziels sowie Mittel zur Bestimmung der Winkelkoordinaten des Ziels mittels Extrapolation umfassen.
In diesem Fall ist die maximale Entfernung, bei der die Entfernung des Ziels bestimmt werden kann und die mit der Genauigkeit der Messung der Zielhöhenwinkel zusammenhängt, aufgrund der Tatsache vergrößert, daß die Extrapolation wenigstens teilweise die Wirkungen der Quantifikation in der Messung dieser Winkel ausschaltet, was mit der Verwendung eines Mosaiks von Elementardetektoren zusammenhängt.
Vorteilhafterweise bestimmen weiterhin die Mittel zur Bestimmung der Winkelkoordinaten des Ziels mittels Extrapolation die von dem Ziel kommende empfangene Intensität.
Die Genauigkeit der Bestimmung der empfangenen Intensitäten wird vergrößert, wodurch die Verwechslungsgefahr zwischen zwei unterschiedlichen Zielen verringert wird.
Weiterhin umfassen vorteilhafterweise die Mittel zur Berechnung der Entfernung des Ziels Mittel zur Berechnung des Tangens der Zielhöhenwinkel, Mittel zur Berechnung der Differenz dieser Tangenswerte, Mittel zur prädiktiven Filterung der Differenz über mehrere Umdrehungen um die gemeinsame Achse und Mittel, um die Entfernung des Ziels in Abhängigkeit von den Tangenswerten und der gefilterten Differenz zu berechnen.
Die prädiktive Filterung der Differenz der Tangenswerte ist einfacher und genauer als die der Entfernung.
Vorteilhafterweise sind weiterhin Mittel zur Spurverfolgung vorgesehen, um in Abhängigkeit von den während einer Umdrehung mit dem Rang n bestimmten Winkelkoordinaten des Ziels zweite Bereiche möglicher Werte für die Winkelkoordinaten des Ziels bei der Umdrehung mit dem Rang (n+1) zu bestimmen, sowie zweite Mittel, um mit den zweiten Bereichen möglicher Werte die während der Umdrehung mit dem Rang (n+1) bestimmten Werte zu vergleichen und in Abhängigkeit von der während der Umdrehung mit dem Rang n gemessenen Entfernung den ersten Bereich möglicher Zielhöhenwinkel einzuschränken, wenn die im Verlauf der Umdrehung mit dem Rang (n+1) bestimmten Werte in den zweiten Bereichen möglicher Werte enthalten sind.
Das System ist dann in der Lage, bei mehreren Umdrehungen den Verlauf jedes Ziels unter einer Anzahl von mehreren, in der analysierten Zone verteilten Zielen zu verfolgen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen:
Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Systems zeigt
Fig. 2 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Systems zeigt,
Fig. 3 ein Blockschaltbild des elektronischen Steuer- und Zielbezeichnungskreises des Systems nach Fig. 1 zeigt,
Fig. 4 in vereinfachter Weise die relative Anordnung eines Ziels und des Systems nach Fig. 1 zeigt,
Fig. 5 ein Blockschaltbild des Alarmauslesekreises des Schaltkreises nach Fig. 3 zeigt.
Fig. 6 ein Blockschaltbild des Schaltkreises zur Bestimmung der Ziele und zur Berechnung ihrer Entfernung des Schaltkreises nach Fig. 3 zeigt,
Fig. 7 ein Blockschaltbild des Entfernungsberechnungsschaltkreises des Schaltkreises nach Fig. 6 zeigt,
Fig. 8 eine Ausführungsvariante des Kreises nach Fig. 7 zeigt,
Fig. 9 eine Ausführungsvariante des Kreises nach Fig. 6 zeigt,
Fig. 10 eine Teilansicht einer Ausführungsvariante des Systems nach Fig. 1 zeigt,
Fig. 11 schematisch den Mast und eine der Plattformen des Systems nach Fig. 10 in Gegenwart eines Ziels zeigt, und
Fig. 12 schematisch den Mast bei Durchbiegung und die Plattformen des Systems nach Fig. 1 oder des Systems nach Fig. 10 zeigt.
Fig. 1 zeigt ein System gemäß der Erfindung, das in der Nähe eines zu schützenden Standorts auf dem Boden aufgestellt ist und dazu bestimmt ist, den Umgebungsraum zu überwachen, um eventuelle gefährliche Ziele zu erfassen und ihre Positionen zu erfassen, damit ihre Zerstörung durch ein Waffensystem möglich ist.
Das System umfaßt zwei drehbewegliche Visiervorrichtungen, in diesem Beispiel zwei passive, infrarote Panoramaüberwachungs vorrichtungen, die identisch sind und mit den Bezugszeichen 6a und 6b bezeichnet sind.
Die Vorrichtung 6a wird von einem Bügel 5a gehalten, der durch einen Motor 3a um eine vertikale Achse 60 in Drehung versetzt wird. Diese Rotationsbewegung ist in Fig. 2 mit R bezeichnet.
Die Vorrichtung 6a umfaßt in bekannter und daher nicht dargestellter Weise hier Infrarotelementardetektoren in Form einer Reihe, die vertikal in der Fokalebene einer bekannten und daher nicht dargestellten Infrarotoptik angeordnet ist. Jeder Elementardetektor der Reihe mißt somit die Intensität der von der Vorrichtung 6a enpfangenen Infrarotstrahlung in einer diesem Elementardetektor zugeordneten Richtung. Das Ausgangssignal jedes Elementardetektors wird in einer ihm zugeordneten Elementarkette verarbeitet, welche einen Vorverstärker, einen Verstärker und ein Filter umfaßt. Ein Multiplexer verbindet aufeinanderfolgend und der Reihe nach den Ausgang einer jeden Elementarkette mit einem gemeinsamen Ausgang. Daraus folgt, daß die Vorrichtung 6a die Intensität der Infrarotstrahlung mißt, die sie längs einer Visierlinie mißt, welche eine vertikale Visierebene abtastet. Diese Visierebene enthält die Achse 60. In Fig. 1 ist die Visierlinie mit 7a bezeichnet und in ihrer mittleren Position dargestellt, wobei sie sich um diese mittlere Position herum bis zu zwei Extrempositionen bewegen kann, die mit 71a und 72a bezeichnet sind. Die Abtastgeschwindigkeit der Visierebene durch die Visierlinie 7a und die Rotationsgeschwindigkeit R sind aufeinander eingestellt, damit das Signal am Ausgang des Multiplexers ein Videosignal ist, das ein ausreichend genaues Infrarotbild der analysierten Zone wiedergibt, welche zwischen den Kegeln mit Achse 60 enthalten ist, die durch die Extrempositionen 71a und 72a im Verlauf der Rotation R beschrieben werden.
Ebenso wird die Vorrichtung 6b von einen Bügel 5b gehalten, der um die gleiche vertikale Achse 60 wie die Vorrichtung 6a von einem Motor 3b in Drehung versetzt wird. Wie die Vorrichtung 6a ist die Vorrichtung 3b so eingerichtet, daß ihre Visierlinie 7b eine vertikale, die gemeinsame Achse 60 enthaltende Visierebene zwischen zwei mit 71b und 72b bezeichneten Extrempositionen abtastet, und sie gibt ein Videosignal ab, das ein Infrarotbild der Zone wiedergibt, die sie analysiert, wobei die Zone zwischen den Kegeln mit Achse 60 enthalten ist, die im Verlauf der Rotation R durch die Extrempositionen 71b und 72b beschrieben werden. Die mittlere Position der Visierlinie 7b ist parallel zur mittleren Position der Visierlinie 7a.
Ein Winkelaufnehmer 4a mißt den Seitenrichtwinkel der Visierebene der Vorrichtung 6a, d.h. den Winkel zwischen dieser Visierebene und einer vertikalen Referenzebene, die die gemeinsame Achse 60 enthält. Da das System hier in Bezug auf den Boden unbeweglich ist, kann man Selbstverständlich die Referenzebene so wählen, daß der Seitenrichtwinkel identisch mit dem Azinutwinkel ist. Ebenso mißt ein Winkelaufnehmer 4b den Seitenrichtwinkel der Visierebene der Vorrichtung 6a.
Die Motoren 3a und 3b sind auf den horizontalen Plattformen 2a und 2b angeordnet. Die Plattformen 2a und 2b sind auf einem senkrechten Mast 1 montiert, so daß sich die Vorrichtungen 6a und 6b in einem Abstand zueinander befinden, wobei hier der Abstand mit d bezeichnet ist.
Ein Elektrokabel 8a verbindet den Motor 3a, die Vorrichtung 6a und den Aufnehmer 4a mit einem Schaltkreis 9 zur Steuerung und Zielbezeichnung. In gleicher Weise verbindet ein Elektrokabel 8b den Motor 3b, die Vorrichtung 6b und den Aufnehmer 4b mit dem Schaltkreis 9. Ein Datenübertragungsbus 10 verbindet den Schaltkreis 9 mit einem nicht dargestellten, taktischen Auswertesystem, das zur Steuerung des Waffensystems bestimmt ist.
Ahsprechend auf die Signale am Ausgang der Winkelaufnehmer 4a und 4b und am Ausgang der Visiervorrichtungen 6a und 6b steuert der Schaltkreis 9 die Motoren 3a und 3b an, bestimmt die drei Koordinaten der Infrarotstrahlungsquelle(n), die möglicherweise gefährliche Ziele sind, und übermittelt diese Koordinaten den taktischen Auswertesystem, wobei es diesem auf diese Weise die zu treffenden Ziele bezeichnet.
Der Schaltkreis 9 zur Steuerung und Zielbezeichnung wird nachfolgend im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.
Ein Schaltkreis 90 zur Steuerung der Motoren weist zwei Eingänge auf, die die Ausgangssignale der Aufnehmer 4a und 4b, mit Ga und Gb bezeichnet, aufnehmen, die die gemessenen Werte des Seitenrichtwinkels der Visierebene der Vorrichtungen 6a und 6b darstellen. Der Kreis 90 weist auch zwei Ausgänge auf, die die Signale Ma und Mb zur Steuerung der Motoren 3a und 3b abgeben.
Ein Schaltkreis 91 zum Auslesen der Alarme weist zwei Eingänge auf, die die Signal Ga und Gb aufnehmen, sowie zwei Eingänge, die die Videoausgangssignale der Vorrichtungen 6a und 6b aufnehmen, die mit Va und Vb bezeichnet sind. Der Kreis 91 ist auch mit zwei numerischen Ausgangsbusleitungen 12a und 12b versehen. Der Bus 12a übermittelt jeweils den datierten Seitenpeilwinkel, den datierten Zielhöhenwinkel und die datierte Amplitude eines jeden Alarms, d.h. einer jeden vergleichsweise bedeutenden Infrarotstrahlungsquelle, die sich in der von der Visiervorrichtung 6a im Verlaufe einer jeden ihrer Umdrehungen um die Achse 60 analysierten Zone befindet. Der Bus 12b übermittelt die gleichen datierten Größen für jeden Alarm der durch die Visiervorrichtung 6b während jeder ihrer Umdrehungen analysierten Zone. Unter datierter Größe wird hierbei der Wert dieser Größe in einem bestimmten Augenblick gemeinsam mit dem Wert dieses bestimmten Augenblicks verstanden.
Ein Schaltkreis 92 zur Bestimmung der Ziele und zur Berechnung deren Entfernung umfaßt zwei Eingänge, die mit den Busleitungen 12a und 12b verbunden sind, und einen Ausgang, der mit dem Numerikbus 10 verbunden ist und ein Signal zur Zielbezeichnung liefert, das mit DO bezeichnet ist. Das Signal DO zur Zielbezeichnung stellt für jedes Ziel die Werte seines Seitenpeilwinkels oder Azimuts, seines Höhenwinkels, seiner Entfernung, die Werte der zeitlichen Ableitungen dieser drei Größen, den Wert der Intensität der von diesem Ziel herkommenden, empfangenen Infrarotstrahlung und den Zeitpunkt, für den diese Werte bestimmt wurden, dar. Es enthält daher Informationen darüber, ob die Ziele verläßlich gefährlich sind, um dem taktischen Auswertesystem zu ermöglichen, Entscheidungen zu treffen.
Vor der detaillierten Beschreibung eines jeden Schaltkreises 90, 91 und 92 wird auf die Funktionsweise des soeben beschriebenen Gesamtsystems eingegangen.
Der Schaltkreis 90 zur Steuerung der Motoren ist so eingerichtet, daß die Visierebenen der Vorrichtungen 6a und 6b ständig übereinstimmen, wie in Fig. 2 gezeigt. Auf diese Weise befindet sich jede Infrarotstrahlungsquelle gleichzeitig in der gemeinsamen Visierebene der beiden Vorrichtungen 6a und 6b.
Wenn diese Quelle relativ intensiv ist und sich in der Zone befindet, die den beiden von den Vorrichtungen 6a und 6b analysierten Zonen gemeinsam ist, liefert der Schaltkreis 91 zur Auslesung von Alarmen auf jeder der Busleitungen 12a und 12b den Seitenrichtwinkel, den Höhenwinkel und die Intensität, jeweils datiert, dieses Alarms.
Hierbei ist wichtig, daß, wenn die in Rede stehende, relativ intensive Quelle ein gefährliches Ziel ist, sie sich mit großer Wahrscheinlichkeit in der Zone befindet, die den beiden analysierten Zonen gemeinsam ist. Ein gefährliches Ziel kann von einer Vorrichtung, etwa der Vorrichtung 6a, in einer im allgemeinen in Bezug auf den Abstand d zwischen der Vorrichtung 6a und der Vorrichtung 6b sehr großen Entfernung erfaßt werden. In dieser Entfernung sind die beiden von den beiden Visiervorrichtungen 6a und 6b analysierten Zonen praktisch identisch.
Die beiden von den Vorrichtungen 6a und 6b bestimmten Seitenricht- oder Azimutwinkel, die jeweils zu ein und demselben Alarm gehören, sind im Prinzip identisch, da die beiden Visierebenen der Vorrichtungen 6a und 6b übereinstimmen.
Im Gegensatz dazu sind, wie dies aus Fig. 4 hervorgeht, die beiden von den Vorrichtungen 6a und 6b für ein und denselben Alarm oder eine Quelle S bestimmten Zielhöhenwinkel nicht identisch, Fig. 4 zeigt die relativen Positionen einer solchen Quelle S und der Vorrichtungen 6a und 6b, die als Punkte betrachtet werden, wobei der Abstand d zwecks Klarheit der Zeichnung übertrieben groß dargestellt ist. Die Entfernung der Quelle S zur Mitte des Segments, das die Vorrichtungen 6a und 6b verbindet, ist mit D bezeichnet. Man stellt fest, daß der Zielhöhenwinkel α, unter dem die Quelle S von der Vorrichtung 6a gesehen wird, wobei dieser Winkel derjenige ist, den der von der Quelle S zur Vorrichtung 6a gehende Strahl mit der durch die Vorrichtung 6a gehenden, horizontalen Ebene einschließt, vom Höhenwinkel β, unter dem die Quelle S von der Vorrichtung 6b gesehen wird, verschieden ist. Da die Vorrichtung 6a oberhalb der Vorrichtung angeordnet ist, ist hier die folgende Beziehung stets erfüllt:
α < β (1)
Die beiden Intensitäten der Infrarotstrahlung, die zu ein und demselben Alarm gehören und durch die Vorrichtungen 6a und 6b gemessen werden, sind praktisch identisch. Da die Messungen gleichzeitig vorgenommen werden, sind die einzigen Gründe, die für einen Unterschied ursächlich sein können, ein Unterschied in der Intensität der von der Quelle S ausgesandten Strahlung und ein Unterschied in der Abschwächung dieser Strahlung längs ihres Weges zur entsprechenden Visiervorrichtung, Unter Berücksichtigung der relativen Werte der Abstände d und D sind die beiden Sendewinkel der Strahlung und die beiden Wege extrem nah beieinander, wie dies Fig. 4 zeigt, auf der der Abstand d, wie bereits gesagt, extrem vergrößert dargestellt ist. Außerdem sind die Variationen der Strahlungscharakteristik der Quelle und der Ursachen der Abschwächung auf den Wegen relativ gering. Daraus folgt, daß die beiden von den Vorrichtungen 6a und 6b gemessenen Intensitäten sehr nah beieinander bleiben.
Der Schaltkreis 92 verwendet die vorstehenden Kriterien bezüglich der auf die Busleitungen 12a und 12b übertragenen Werte der Seitenrichtwinkel, der Höhenwinkel und der Intensitäten, um festzustellen, ob sich diese Werte auch auf ein und dieselbe Quelle beziehen, und um in diesem Fall die Entfernung D dieser Quelle durch Triangulierung in der gemeinsamen Visierebene mit Hilfe der aus Fig. 4 abgeleiteten, trigonometrischen Formel zu berechnen:
D = d [1+0,25 (tgα + tgβ)²] / (tgβ - tgα) (2)
Der Schaltkreis 92 bestimmt auf diese Weise die Entfernung der Alarmguellen und bestimmt beispielsweise durch Verfolgen ihres Verlaufs im Laufe aufeinanderfolgender Umdrehungen, ob es sich um zu treffende Ziele handelt.
Der Schaltkreis 90 zur Steuerung der Motoren weist einen Steuerkreis des Motors 3a auf, der das Signal Ma liefert, welches dazu bestimmt ist, daß der Motor 3a eine regelmäßige Drehung mit angemessener Geschwindigkeit ausführt. Er weist gleichfalls einen Regelungskreis auf, der das Signal Mb an den Motor 3b liefert, so daß das Signal Gb ständig gleich dem Signal Ga bleibt. Der Schaltkreis 90 liegt somit im Bereich der Kenntnisse des Fachmanns und wird nicht weiter beschrieben.
Der Schaltkreis 91 zum Auslesen der Alarme umfaßt hier und unter Bezugnahme auf Fig. 5 zwei identische Ketten, eine zur Behandlung der Signale Va und Ga in Bezug auf die Vorrichtung 6a, die andere zur Behandlung der Signale Vb und Gb in Bezug auf die Vorrichtung 6b.
Jede dieser Ketten weist einen Schaltkreis 910 zur Bestimmung der Koordinaten und der Intensität der Bildpixel der Alarme auf, und einen Schaltkreis 912 zur Bestimmung der Winkelkoordinaten und der Intensität eines jeden dieser Alarme.
Der Schaltkreis 910 der zur Vorrichtung 6a gehörigen Kette ist mit zwei Eingängen versehen, die das Videosignal Va und das Signal Ga aufnehmen, und er ist über einen Numerikbus 911 mit dem Schaltkreis 912 verbunden. Hier werden die Signale Va und Ga in eine Folge von numerischen Mustern umgewandelt, die jedes ein Pixel des Infrarotbildes der durch die Vorrichtung 6a analysierten Zone darstellen. Genauer gesagt stellt jedes numerische Muster die Winkelkoordinaten und die Intensität, jeweils datiert, eines jeden Pixels dar.
Die Winkelkoordinaten sind der Seitenpeilwinkel, der der Winkel der Visierebene der Vorrichtung 6a im Zeitpunkt der Messung der Intensität des Pixels ist, und der Höhenwinkel, der mit dem Rang des dem Pixel entsprechenden Elementardetektors in der Reihe von Elementardetektoren zusammenhängt.
Jedes dieser Muster wird in bekannte Weise "gekürzt", d.h. es wird von seinem Intensitätswert der Mittelwert der Intensität derjenigen Muster abgezogen, der zu den Pixeln einer Zone geeigneter Größe gehört, die um das in Rede stehende Pixel zentriert ist. Eine solche "Kürzung" ergibt analoge Wirkungen, wie sie eine Hochpaßfilterung des Videosignals Va ergeben würde.
Anschließend wird für jedes Muster ein Wert für eine autoadaptive Schwelle berechnet, der gleich dem Mittelwert des Absolutwerts der gekürzten Intensität der Muster ist, die zu den Pixeln einer Zone geeigneter Größe gehören, die um das in Rede stehende Pixel zentriert ist.
Wenn der Absolutwert der gekürzten Intensität eines Pixels größer ist als der Wert der autoadaptiven Schwelle, der für diese Pixel berechnet wurde, multipliziert mit einem multiplikativen Koeffizienten M, der wie nachfolgend beschrieben bestimmt wird, und wenn die ungekürzte Intensität dieses Pixels größer ist als die ungekürzte Intensität aller seiner Nachbarn, wird das Pixel als Bild eines Alarms betrachtet, d.h. einer der bedeutsamsten Infrarotstrahlungsquellen der von der Vorrichtung 6a analysierten Zone.
Der multiplikative Koeffizient M wird so bestimmt, daß die Alarme nur in vernünftiger Anzahl berücksichtigt werden. Wenn M klein ist, ist es klar, daß eine bedeutende Anzahl von Alarmen berücksichtigt wird, unter denen es unvermeidlich Fehl alarme gibt, wie beispielsweise Geräusche der Detektoren oder Störungen der Umgebung. Wenn im Gegensatz dazu M groß ist, werden nur wenige Alarme berücksichtigt, aber es besteht dann die Gefahr, das tatsächlich gefährliche Ziele vernachlässigt werden. Die Anzahl der Alarme je Umdrehung wird gezählt. Der Wert des multiplikativen Koeffizienten M bleibt für eine Umdrehung gegebenen Rangs gleich, aber sie wird bei jeder Umdrehung in Abhängigkeit der Anzahl der bei der vorangehenden Umdrehung gezählten Alarme aktualisiert. Auf diese Weise wird der Wert des Koeffizienten M bei jeder Umdrehung so eingestellt, daß die Gesamtanzahl der Alarme je Umdrehung vernünftig bleibt.
Die datierten Koordinaten und die datierte Intensität eines jeden Pixelabbilds eines Alarms sowie die der diesem benachbarten Pixel werden über den Bus 911 zum Schaltkreis 912 übermittelt.
Der Schaltkreis 910, dessen Arbeitsweise soeben im einzelnen beschrieben wurde, umfaßt im wesentlichen Schaltkreise zur Analog/Digitalwandlung, zur Speicherung von Numerikmustern und zur Berechnung. Die Anordnung dieser Schaltkreise zur Ausführung der beschriebenen Funktionen liegt im Bereich der Kenntnisse des Fachmanns.
Der Schaltkreis 912 bestimmt durch Extrapolation ausgehend von den datierten Koordinaten und der datierten Intensität eines jeden Pixelabbilds eines Alarms und dessen Nachbarn die genauen Winkelkoordinaten und die Intensität der entsprechenden Quelle bzw. des Alarms. Es ist offensichtlich, daß die beiden Zielhöhenwinkel α und β der Fig. 4 mit einer guten Genauigkeit bekannt sein müssen, damit man dem Ergebnis der Berechnung der Entfernung D aufgrund der Triangulierungsformel (2) zu einem gewissen Maß vertrauen kann. Allerdings werden die Winkelkoordinaten und insbesondere der Höhenwinkel des Pixelabbilds am Ausgang des Schaltkreises 910 quantifiziert. Insbesondere wird der Höhenwinkel durch den Rang des diesem Pixel zugeordneten Detektors in der Reihe von Elementardetektoren bestimmt, wie bereits ausgeführt. Eine solche Quantifizierung verursacht selbstverständlich eine Ungenauigkeit, die toleriert werden kann, wenn die Entfernung D im Verhältnis zum Abstand d nicht zu groß ist, die aber in anderen Fällen eliminiert werden muß. Dies ist die Rolle des Schaltkreises 912, in dem die exakten Winkelkoordinaten des Alarms durch Berechnen des Schwerpunkts der Mittelpunkte des Pixelabbilds des Alarms und seiner Nachbarn bestimmt werden, denen jeweils ein Koeffizient zugewiesen wird, der gleich ihrer Intensität ist. Ebenso ist es günstig, um die Intensitäten der von einer gleichen Quelle herkommenden, von den Vorrichtungen 6a und 6b empfangenen Strahlungen zu vergleichen, diese Intensität mit einer guten Genauigkeit zu kennen. In bestirnmten Fällen kann allerdings der Abbildungspunkt der von der Vorrichtung 6a empfangenen Strahlung über den Elementardetektor hinausgehen, auf dem hauptsächlich das Bild entsteht. In diesem Fall repräsentiert die Intensität dieses Pixelabbilds nicht die Gesamtheit der empfangenen Strahlung, und es kann hieraus ein Fehler entstehen. Zu diesem Zweck wird im Schaltkreis 912 die Intensität eines jeden Pixelabbilds eines Alarms um die Intensitäten der benachbarten Pixel vergrößert, so daß auf diese Weise die Gesamtheit der empfangenen, von der Alarmquelle herkommenden Infrarotstrahlung wiederhergestellt wird.
Auf diese Weise bestimmt der Schaltkreis 912 den datierten Seitenrichtwinkel, den datierten Höhenwinkel und die datierte Intensität eines jeden Alarms bezüglich der Vorrichtung 6a und übermittelt diese Werte über den Bus 12a zum Schaltkreis 92.
Der Schaltkreis 912, dessen Arbeitsweise soeben im einzelnen beschrieben wurde, umfaßt im wesentlichen Rechenkreise, die mit den Koordinaten der Mittelpunkte und den Intensitäten eines jeden Abbildungspixels eines Alarms und seiner Nachbarn arbeiten. Seine Konzeption liegt im Bereich der Kenntnisse des Fachmanns.
Die Kette 910, 911 und 912, die die Signale Vb und Gb bezüglich der Vorrichtung 6b aufnimmt, übermittelt den datierten Seitenrichtwinkel, den datierten Höhenwinkel und die datierte Intensität eines jeden Alarms bezüglich der Vorrichtung 6b über den Bus 12b.
Der Schaltkreis 92 zur Bestimmung der Ziele und zur Berechnung von deren Entfernung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben.
Ein Fensterberechnungskreis 921 ist mit einem numerischen Eingang versehen, der mit dem Bus 12a verbunden ist, und mit einem numerischen Ausgang, der mit einem Bus 922 verbunden ist. Wenn er auf dem Bus 12a die datierten Werte des Seitenrichtwinkels, des Höhenwinkels und der Intensität eines mit Hilfe der Vorrichtung 6a erfaßten Alarms erhält, bestimmt der Kreis 921 die Grenzen der drei möglichen Wertebereiche, innerhalb derer sich notwendigerweise jeweils die Werte des Seitenrichtwinkels, des Höhenwinkels und der Intensität eines in identischer Weise datierten, aber mit Hilfe der Vorrichtung 6b erfaßten Alarms befinden müssen, wenn diese beiden Alarme zu einer gleichen Quelle gehören. Der Bereich der Seitenrichtwinkel ist auf dem Wert des Seitenrichtwinkels des Busses 12a zentriert, und seine Größe hängt von der Genauigkeit der Messung der Seitenrichtwinkel ab. Praktisch das gleiche gilt für den Bereich der Intensitäten, der auf den Wert des Intensität auf dem Bus 12a zentriert ist, wobei dessen Größe von der Genauigkeit der Messung der Intensitäten sowie von der maximal vorhersehbaren Amplitude der Veränderungen zwischen den beiden empfangenen Intensitäten abhängt, von denen bereits die Rede war. Der Bereich der Höhenwinkel ist nicht um den Wert α des Höhenwinkels des Busses 12a zentriert, wenn die Beziehung (1) berücksichtigt wird, was bedeutet, daß der Wert β des Höhenwinkels des Busses 12b stets größer ist als der Wert α. Die untere Grenze des Bereichs der Höhenwinkel ist daher der Wert α selbst, vermindert um eine geringe Größe, die die Genauigkeit der Messung der Höhenwinkel berücksichtigt. Die obere Grenze hängt von der kleinsten Entfernung ab, in der vermutlich gefährliche Ziele in der analysierten Zone auftauchen können. Der Wert β ist nämlich umso größer in Bezug auf den Wert α, je näher die Quelle am System ist. Auf diese Weise werden Fehlalarme aufgrund von Vögeln ausgeschaltet, die im allgemeinen in einer ziemlich geringen Entfernung erfaßt werden. Man kann feststellen, daß die Gesamtheit der drei von dem Kreis 921 berechneten Bereiche ein "Fenster mit drei Dimensionen" bildet, dessen datierte Grenzen auf den Bus 922 weitergeleitet werden. Der Kreis 921 ist ein Rechenkreis im Bereich der Kenntnisse eines Fachmanns.
Ein Fenstervergleichskreis 923 ist mit zwei numerischen Eingängen versehen, die mit dem Bus 922 und dem Bus 12b verbunden sind, sowie mit einem Binärausgang, der ein Signal C mit hohem Niveau abgibt, wenn und nur wenn die Werte des Seitenrichtwinkels, des Höhenwinkels und der Amplitude auf dem Bus 12b, datiert in identischer Weise wie das Fenster auf dem Bus 922, innerhalb der drei durch dieses Fenster definierten Bereiche liegen. Der Kreis 923 ist selbstverständlich im Bereich der Kenntnisse des Fachmanns.
Ein Entfernungsberechnungskreis 924 weist zwei numerische Eingänge auf, die mit dem Bus 12a und 12b verbunden sind, einen Binäreingang, der das Signal C aufnimmt, und einen numerischen Ausgang, der mit einem Bus 925 verbunden ist. Wenn das Signal C auf hohem Niveau ist, berechnet der Kreis 924 die Entfernung D ausgehend von den Werten der Seitenrichtwinkel α und β auf den Bussen 12a und 12b. Wenn das Signal C auf niedrigem Niveau ist, ist der Kreis 924 gehemmt. Die von dem Kreis 924 verwendete Rechenformel ist die Formel (2), und die auf diese Weise berechnete Entfernung D wird auf den Bus 925 geschickt. In Fig. 7 ist ein detaillierteres Schema des Kreises 924 angegeben, in dem zwei identische Kreise 9240 zur Bestimmung der Werte von tgα und tgβ ausgehend von den Werten von α und β auf den Bussen 12a und 12b gezeigt sind, sowie ein Kreis 9241 zur Berechnung der Formel (2). Der Kreis 9241 ist gehemmt, sobald das Signal C auf niedrigem Niveau ist. Diese Kreise liegen im Bereich der Kenntnisse des Fachmanns.
Ein Kreis 926 zur Zielbezeichnung weist drei numerische Eingänge auf, die mit den Bussen 12a, 12b und 925 verbunden sind, sowie einen numerischen Ausgang, der das Zielbezeichnungssignal DO liefert. Dieses kann erzeugt werden, sobald ein Wert der Entfernung D auf dem Bus 925 verfügbar ist, wobei dieser Wert zusammen mit den Werten des Richtwinkels, des Höhenwinkels, der Intensität und dem Zeitpunkt der Beobachtung des gefährlichen Ziels, die ansprechend auf die Daten auf den Bussen 12a und 12b bestimmt wurden, zum Waffensystem weitergeleitet wird. Indessen ist es gleichfalls möglich, vorzusehen, daß der Kreis 926 zur Zielbezeichnung die bei mehreren aufeinanderfolgenden Umdrehungen erhaltenen Ergebnisse vergleicht, um zu gewährleisten, daß dieses Ziel von einer Umdrehung zur nächsten wiedergefunden wird, und um insbesondere die zeitlichen Ableitungen des Seitenrichtwinkels, des Höhenwinkels und der Entfernung des Ziels zu berechnen, um sie gleichfalls über den Bus 10 dem taktischen Auswertesystem zu übermitteln. Gleichfalls ist es in bekannter Weise möglich, auf den Koordinaten des Ziels eine prädiktive Filterung auszuführen. Der Kreis 926 umfaßt Rechen- und Speicherkreise für numerische Muster, und seine Ausführung liegt im Bereich der Kenntnisse des Pachmanns.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird nun eine mit 924' bezeichnete Variante des Kreises 924 zur Entfernungsberechnung beschrieben.
In dem Kreis 924' findet man die Kreise 9240 des Kreises 924 wieder. Es ist jedoch ein numerischer Substraktionskreis 9242 vorgesehen, der an die beiden Ausgangsbusleitungen des Kreises 9240 angeschlossen ist, um eine Größe Y zu berechnen, die durch die Beziehung
Y = tgβ - tgα' (3)
definiert ist. Ein prädiktiver Filter 9243 ist mit einem Eingangsbus versehen, der die Differenz Y am Ausgang des Subtrahierers 9242 aufnimmt, und mit einem Ausgangsbus, der die Differenz Y nach Filterung, hier mit Y' bezeichnet, liefert.
Ein Rechenkreis 9241' ist mit drei Eingängen versehen, die mit den beiden Ausgangsbusleitungen der Kreise 9240 und mit dem des Kreises 9243 verbunden sind, und berechnet die Entfernung D nach der Beziehung:
D = d [1 + 0,25 (tgα + tgβ)²]/ Y' (4)
Wie der Kreis 9241 des Kreises 924 ist der Kreis 9241' gehemmt, wenn das Signal C auf niedrigem Niveau ist.
Das prädiktive Filter 9243 ist in bekannter Weise so eingerichtet, daß es bei jeder Umdrehung den Wert von Y speichert, der aus der Bestimmung der Zielhöhenwinkel α und β der Quelle S resultiert, und daß es die bei den n vorangehenden Umdrehun gen gespeicherten Werte von Y im Speicher behält. Die aut diese Weise gespeicherten n Werte stellen die vergangene, zeitliche Entwicklung von Y dar, von der aus der Kreis 9243 den Wert von Y für die vorliegende Umdrehung voraussagt. Hierzu bestimmt der Kreis 9243 ein Regressionspolynom z.B. zweiten oder dritten Grades, je nach den maximalen, vorhersehbaren Beschleunigungen der Quelle S, welches die vergangene, zeitliche Entwicklung von Y am besten wiedergibt, und er berechnet mittels dieses Polynoms den Wert Y', der zum Kreis 9241' weitergeleitet wird. Hier dient der Wert von Y bei der vorliegenden Umdrehung zur Bestimmung des neuen Regressionspolynoms, ausgehend vom alten Polynom, welches die Berechnung des Wertes von Y, ermöglicht, usw.
Die Vorteile einer solchen prädiktiven Filterung sind die Berücksichtigung der Vergangenheit des Verlaufs der Quelle, die eine Filterung in der Bestimmung der Entfernung einbringt und den Einfluß vermindert, den ein fehlerhafter Meßpunkt in einem System ohne Filterung haben könnte.
Im vorliegenden Fall wäre es möglich, den Rechenkreis 9241 innerhalb des Kreises 924 durch einen prädiktiven Filterkreis zu vervollständigen. Jedoch hat die im Kreis 924' verwirklichte Lösung, wobei die prädiktive Filterung nur bezüglich der Größe Y ausgeführt wird, den Vorteil, daßder Fehler in dieser Größe ausschließlich an die Genauigkeit der Messung der Höhenwinkel gebunden ist, wodurch er unabhängig von der Entfernung D des Ziels ist. Wenn eine prädiktive Filterung bezüglich der Entfernung D des Ziels vorgenommen würde, wäre die Gewichtung der ältesten Entfernungsmessungen, die stattfinden, wenn das Ziel noch weit entfernt ist, zu erheblich, da sich der Fehler bezüglich dieser Entfernung wie das Quadrat dieser Entfernung verhält, und die Genauigkeit der Filterung wäre vermindert. Dieser Nachteil entfällt dadurch, daß die Filterung bezüglich der Größe Y und die Berechnung der wirklichen Entfernung ausgehend von der gefilterten Größe Y' vorgenommen wird, wie oben erläutert. Hierzu muß benerkt werden, daß die Entfernung D in der Praxis umgekehrt proportional zur Größe Y' ist, da der Tern unter der Wurzel in den Formeln (2) und (4) nur in zweiter Ordnung auftritt. Es ist natürlich immer noch möglich, zusätzlich zur prädiktiven Filterung bezüglich Y eine prädiktive Filterung bezüglich D vorzunehmen, wenn dies für nützlich gehalten wird. Der Kreis 924' umfaßt Rechen- und Speicherkreise, die innerhalb der Kenntnisse eines Fachmanns liegen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird nachfolgend eine mit 92' bezeichnete Variante des Kreises 92 beschrieben.
Der wesentliche Unterschied zwischen dem Kreis 92' und dem Kreis 92 liegt darin, daß der Kreis 926 zur Zielbezeichnung durch einen Kreis 926' zur Spurverfolgung und Zielbezeichnung ersetzt ist.
Die durch den Kreis 926' realisierte Funktion der Spurverfolgung äußert sich in der Tatsache, daß dem Kreis 926' ein "Vorhersagefenster" oder "Spurverfolgungsfenster" bestimmt, dem er eine "Spurenzahl" zuweist, wenn ein Ziel erfaßt worden ist und dessen Entfernung D in der Umdrehung mit dem Rang n bestimmt worden ist. Das Spurverfolgungsfenster wird wie das Fenster berechnet, von dem anläßlich des Kreises 921 die Rede war, wobei aber hier die möglichen Veränderungen zwischen der Umdrehung mit Rang n und der Umdrehung mit Rang (n+1) berücksichtigt werden, sowie die maximalen, vorhersehbaren Beschleunigungen der erwarteten Ziele, ihre möglichen Verhaltensänderungen etc. Das Spurverfolgungsfenster ist hier ein Fenster mit "drei Dimensionen", das einen möglichen Wertebereich für den Seitenrichtwinkel, einen möglichen Wertebereich für den Höhenwinkel und einen möglichen Wertebereich für die Intensität bei der Umdrehung mit Rang (n+1) umfaßt, wobei der Bereich ansprechend auf die bei der Umdrehung mit Rang n bestimmten Werte ermittelt wird.
Die Daten, die das Spurverfolgungsfenster charakterisieren, sowie die Entfernung D und die Pistenzahl werden über einen Bus 927 zu einem Kreis 928 zum Vergleich mit dem Spurverfolgungsfenster und zu einer Torschaltung 929 weitergeleitet.
Der Kreis 928 zum Vergleich mit dem Spurverfolgungsfenster ist identisch mit dem Kreis 923 und weist demnach zwei Eingänge auf, die den Bus 927 und den Bus 12a aufnehmen, sowie einen Binärausgang, der die Öffnung der Torschaltung 929 steuert.
Diese Torschaltung 929 weist einen Eingang auf, der mit dem Bus 927 verbunden ist, und einen Ausgang, der mit einem Bus 930 verbunden ist. Die Torschaltung ist ein doppeltes Tor, das, wenn es geöffnet ist, die Daten vom Bus 927 bezüglich der Entfernung D und der Pistenzahl zum Bus 930 durchläßt.
Ein Fensterberechnungskreis 921', vergleichbar mit dem Kreis 921, aber mit einem zweiten Eingang versehen, der den Bus 930 aufnirnrnt, unterscheidet sich vom Kreis 921 insbesondere dadurch, daß die obere Grenze des möglichen Wertebereichs für den Höhenwinkel β auf dem Bus 12b nicht mehr bestimmt wird, damit sie der minimalen Erfassungsentfernung entspricht, wie im Kreis 921, sondern ansprechend auf die bei der vorangehenden Umdrehung bestimmten Entfernung D. Dies ermöglicht unter Berücksichtigung der maximalen vorhersehbaren Beschleunigungen des Ziels, die Größe des Bereichs zu begrenzen und die Leistungsfähigkeit des Systems bei Vorhandensein einer sehr großen Anzahl von Zielen zu verbessern. Der Kreis 921' übermittelt über den Bus 922' außer den zu den Bereichen des Fensters gehörigen Daten die Spurenzahl. Kreise 923' und 924' erfüllen die gleichen Funktionen wie die Kreise 923 und 924, indem sie die Pistenzahl übermitteln, die auf diese Weise im Kreis 926' zur Spurenverfolgung und Zielbezeichnung wiederhergestellt wird.
Dann berechnet der Kreis 926' ein neues Spurverfolgungsfenster, dem er die gleiche Pistenzahl und den neuen Entfernungswert zuweist, welches für die nächste Umdrehung verwendet wird.
Bei dieser folgenden Umdrehung vergleicht der Kreis 928 die Daten auf dem Bus 12a mit dem Pistenverfolgungsfenster. Wenn sich das Ziel S im erwarteten Fenster befindet, werden die Pistenzahl und der neue Entfernungswert zum Kreis 921' weitergeleitet, der ein Fenster für die Daten auf dem Bus 12b bestimmt. Der Kreis 923' überprüft, ob sich das Ziel S innerhalb des erwarteten Fensters befindet und erlaubt die Berechnung des neuen Entfernungswerts, usw.
Auf diese Weise wird klar, daß der Kreis 926' tatsächlich, wie dies sein Name anzeigt, die Spur eines jeden Ziels von einer Umdrehung zur nächsten verfolgt. Das System ist so in der Lage, jedes Ziel unter einer Anzahl von Zielen, die gleichzeitig in der analysierten Zone vorhanden sind, getrennt zu behandeln.
Das erfindungsgemäße System, wie es vorstehend beschrieben wurde, ist zur Überwachung eines terestrischen Standorts auf einem Mast 1 installiert, der auf dem Boden befestigt ist.
Dieses System kann indessen vorteilhaft auf einem Schiff installiert werden, um die Umgebung dieses Schiffs zu überwachen. In diesem Fall ist der Mast 1 der Mast des Schiffs, der, wenn er auch im wesentlichen vertikal bleibt, dennoch den Bewegungen des Schiffs unterworfen ist, wobei es nötig ist, die Messung der Winkel zu kompensieren, um den Einfluß dieser Bewegungen zu berücksichtigen.
Die erste zutreffende Maßnahme besteht darin, die Azimutwinkel ausgehend von den Seitenrichtwinkeln und der Position des Schiffs zu berechnen.
Weiterhin sind die Plattformen 2a und 2b auf einem Schiff nicht fest mit dem Mast 1 verbunden, sondern gelenkig an diesem gehalten, wie dies in Bezug auf die Plattform 2a schematisch in Fig. 10 gezeigt ist. Für jede Plattform ist ein Stabilisierungssystem bekannter Bauart vorgesehen, das z.B. in den Gehäusen 21a und 22a in Fig. 10 angeordnet ist, um die Plattform unabhängig von der Orientierung des Masts 1 in horizontaler Position zu halten. Ein solches System ist indessen nicht perfekt, und es kann nicht angenommen werden, daß jede Plattform in jedem Augenblick streng horizontal ist. Es werden daher ständig in zwei senkrechten Ebenen die beiden Winkel zwischen jeder Plattform und dem Mast 1 mit Hilfe von in den Gehäusen 21a und 22a angeordneten Winkelaufnehmern gemessen. Dies ermöglicht die Bestimmung des Winkels αp zwischen der Ebene der Plattform und dem Mast 1.
Ebenso bestimmt die Mittelsenkrechte des Schiffs ständig den Winkel αm zwischen dem Mast und einer streng waagerechten Ebene.
Fig. 11 zeigt schematisch diese verschiedenen Winkel in der vereinfachten Situation, daß die Winkel αp und αm in der gleichen Ebene liegen, hierbei die der Abbildung.
In Fig. 11 ist der Höhenwinkel, unter dem die Vorrichtung 6a die Quelle S sieht und welches genau der Winkel zwischen dem von der Quelle S kommenden Strahl und der die Visiervorrichtung 6a tragenden Plattform 2a ist, mit α bezeichnet.
Die Betrachtung der Fig. 11 zeigt, daß der korrigierte Höhenwinkel αc der Quelle S, der zu berücksichtigen ist, mit den Winkeln α, αp und αm über folgende Beziehung verbunden ist:
αc = α + αm - αp (5)
Es liegt im Bereich der Kenntnisse des Fachmanns, beispielsweise unterhalb eines jeden Kreises 912 der Fig. 5 einen Kreis vorzusehen, der ansprechend auf die Werte αp und αm, die wie beschrieben bestimmt werden, den Winkel α oder gegebenenfalls den Winkel β, der durch den Kreis 912 bestimmt ist, korrigiert, um den gemäß Formel 5 korrigierten Wert αc zu liefern.
Selbstverständlich muß, wenn der Winkel αm zwischen dem Mast 1 und der Horizontalebene von 90º verschieden ist, der Abstand d der Formel (2) und (4) gemäß folgender Formel zu d' korrigiert werden:
d' = d sinαm
Der Abstand zwischen den Vorrichtungen 6a und 6b, der für die Triangulationsrechnungen in den Kreisen 9241 und 9241' zu berücksichtigen ist, ist der der Projektion auf eine vertikale Achse des Segments, das die Vorrichtungen 6a und 6b verbindet. Die Modifizierung der Kreise 9241 oder 9241', um ständig den Wert des Winkels αm zu berücksichtigen, liegt im Bereich der Kenntnisse eines Fachmanns.
Weiterhin kann sich der Mast stets verbiegen, was auch dann gilt, wenn das System auf dem Boden installiert ist, was mit Rücksicht auf die notwendige Genauigkeit der Messung der Ziel höhenwinkel und ihrer Differenz für Fehler in der Bestimmung der Entfernung D ursächlich sein kann.
Hierzu wird die Biegung des Masts gemessen, um die Winkelabweichungen zwischen den beiden Plattformen 2a und 2b auszuwerten und daraufhin die Winkelkoordinaten und insbesondere die Höhenwinkel zu korrigieren.
Fig 12 zeigt z.B. den Fall eines Masts 1, dessen Durchbiegung proportional zum Quadrat der Länge ist, und für den der Winkel, mit dem der Höhenwinkel der oberen Plattform 2a korrigiert werden muß, mit γ bezeichnet ist, wobei die untere Plattform 2b streng horizontal angenommen ist. Wenn auf der Plattform 2b ein Laser angeordnet wird, von dem zur Vereinfachung nur der Strahl 25 dargestellt ist, der senkrecht zu dieser Plattform 2b verläuft, und auf der Plattform 2a ein System, von dem lediglich die Achse 26 dargestellt ist, die senkrecht zu dieser Plattform 2a ist, um den Wert des Winkels zwischen dem Strahl 25 und der Achse 26 zu messen, mißt man direkt den Winkel γ. Man kann auch, wenn man den Laser durch eine in alle in Richtungen strahlende Quelle ersetzt, den Winkel zwischen der Achse 26 und dem Segment messen, das die beiden Plattformen verbindet, was in diesem Fall unter Berücksichtigung des Gesetzes der Durchbiegung des Masts γ/2 ist. Für die Messung der Durchbiegung des Masts könnte man auch einen Satz Dehnungsmeßstreifen verwenden.
Selbstverständlich muß der Winkel γ in zwei senkrechten Richtungen bestimmt werden. Es liegt im Bereich der Kenntnisse des Fachmanns, eine Korrektionsschaltung für den Wert der Winkel am Ausgang des Auslesekreises 91 vorzusehen, um die auf diese Weise gemessene Durchbiegung zu berücksichtigen.
In der vorangehenden Beschreibung ist aus Vereinfachungsgründen die Steuerung der Orientierung in Höhenrichtung der Vorrichtungen 6a und 6b nicht erwähnt worden, die implizit als feststehend angenommen wurden. In der Praxis sind die Vorrichtungen 6a und 6b in Höhenrichtung mit Hilfe eines Motors ausrichtbar und mit Winkelaufnehmern versehen, die es ermöglichen, den Höhenwinkel der mittleren Positionen der Ziellinien 7a und 7b zu bestimmen. Der Kreis 90 ist hier dafür eingerichtet, um diese Motoren so zu steuern, daß die mittleren Positionen stets parallel bleiben, und die gemessenen Höhenwinkel werden zum Kreis 91 geleitet, der auf diese Weise den Absolutwert der Winkel α und β bestimmt.
Gleichfalls aus Vereinfachungsgründen sind im Kreis 92 die Kreise nicht erwähnt worden, die die durch die Vorrichtungen 6a und 6b detektierten Alarme jeweils paarweise miteinander verketten, und im Kreis 924' die Zuweisungskreise, die es ermöglichen, die zum gleichen Ziel gehörigen Werte von Y von einer Umdrehung zur nächsten zu verketten. Solche Kreise sind selbstverständlich innerhalb der Kenntnisse des Fachmanns.
Der Umfang der vorliegenden Anmeldung ist natürlich nicht auf die vorangehende, beispielhaft gegebene Beschreibung des erfindungsgemäßen systems beschränkt.
So können insbesondere die Visiervorrichtungen 6a und 6b Mosaike von Elementardetektoren umfassen, die eine andere Form als die einer einfachen Reihe haben, insbesondere Elemente, die rechteckförmig in Fünfpunktanordnung und vertikal auf Lücke angeordnet sind, oder auch in der Form mehrerer Reihen in Fümfpunktanordnung. Gleichfalls ist zu bemerken, daß der Kreis 91 zur Auslesung eines Alarms, der oben beschrieben wurde, durch eine beliebige Vorrichtung bekannter Bauart zur Bildverarbeitung ersetzt werden kann, um die intensivsten Quellen auszulesen.
Ebenfalls ist es nicht uubedingt notwendig, wenn auch nützlich, die Intensität der von einer Quelle herkommenden, empfangenen Strahlung nach Art von Winkelkoordinaten dieser Quelle zu verwenden, und man kann insbesondere, um das System zu vereinfachen, lediglich zweidimensionale Fenster in Seitenund Höhenrichtung verwenden, oder auch eindimensionale Fenster in Höhenrichtung.
Das erfindungsgemäße System ist auch nicht auf das Infrarotgebiet beschränkt und kann auf jede beliebige, natürlicherweise von dem Ziel ausgesandte Strahlung angewendet werden, die zu seiner Erfassung dient.
Schließlich wurde zwecks Klarheit der Darstellung in der vorangehenden Beschreibung jede der Hauptfunktionen in Form eines eigenen Blocks oder Schaltkreises gekennzeichnet. In der Praxis können bestimmte Funktionen und insbesondere die Rechenfunktionen von einem einzigen Kreis ausgeführt werden, insbesondere von einem Mikroprozessor.

Claims

1. System zur Bestimmung der Position von mindestens einem Ziel (S), das eine Strahlung aussendet, umfassend:

- zwei für diese Strahlung empfindliche passive Visiervorrichtungen (6a, 6b), die in einem Abstand voneinander angeordnet sind und um eine im wesentlichen vertikale gemeinsame Achse (60) drehbar sind,

- Mittel zur Messung der Intensität der von jedem dieser Visiervorrichtungen (6a, 6b) entlang einer Visierlinie (7a, 7b) empfangenen Strahlung, wobei die Visierlinie eine im wesentlichen vertikale und beiden Visiervorrichtungen (6a, 6b) gemeinsame Visierebene überstreicht,

- Mittel (91), um in Abhängigkeit von den gemessenen Intensitäten (Va, Vb) die Werte der Zielhöhenwinkel (α, β) des Ziels (S) im Verhältnis zu den zwei Visiervorrichtungen (6a, 6b) auszulesen, und

- Mittel (924), um in Abhängigkeit von den Werten der Zielhöhenwinkel (α, β) die Entfernung (D) des Ziels (S) durch Triangulation in der im wesentlichen vertikalen gemeinsamen Visierebene zu berechnen,

ein System, dadurch gekennzeichnet, daß

- jede der zwei Visiervorrichtungen (6a, 6b) ihre eigenen Mittel zur Messung der Intensität der empfangenen Strahlung, ihre eigenen Mittel (3a, 3b) zum Antrieb zur Drehung um die gemeinsame Achse (60) und ihre eigenen Mittel (4a, 4b) zur Messung ihres Seitenrichtwinkels (Ga, Gb) umfaßt, und

- Mittel (90) vorgesehen sind, die dazu dienen, die Mittel (3a, 3b) zum Antrieb zur Drehung um die gemeinsame Achse (60) in Abhängigkeit von den Werten der gemessenen Seitenrichtwinkel (Ga, Gb) so zu steuern, daß die Seitenrichtwinkel (Ga, Gb) gleich sind.

2. System nach Anspruch 1, bei dem Mittel (921) vorgesehen sind, um in Abhängigkeit von den am Ausgang der Auslesemittel (91) ausgegebenen Werten des Seitenrichtwinkels und des Zielhöhenwinkels (α), die sich auf eine der Visiervorrichtungen (6a) beziehen, erste Bereiche möglicher Werte für den Seitenrichtwinkel und den Zielhöhenwinkel, die sich auf die andere visierVorrichtung (6b) beziehen, zu bestimmen, sowie erste Mittel (923), um mit den ersten Bereichen möglicher Werte die am Ausgang der Auslesemittel (91) ausgegebenen Werte des Seitenrichtwinkels und des Zielhöhenwinkels (β), die sich auf die andere Visiervorrichtung (6b) beziehen, zu vergleichen und die Mittel (924) zur Berechnung der Entfernung (D) des Ziels zu hemmen, wenn diese Werte am Ausgang der Auslesemittel (91) nicht in den ersten Bereichen möglicher Werte enthalten sind.

3. System nach Anspruch 2, bei dem die Auslesemittel (91) ferner die Werte der von jeder der Visiervorrichtungen (6a, 6b) empfangenen und von dem Ziel (S) kommenden Intensitäten bestimmen, wobei die Mittel (921) zur Bestimmung der ersten Bereiche möglicher Werte außerdem in Abhängigkeit von dem am Ausgang der Auslesemittel (91) ausgegebenen Wert der von einer der Visiervorrichtungen (6a) empfangenen Intensität einen ersten Bereich möglicher Werte für die von der anderen Visier-Vorrichtung (6b) empfangenen Intensität bestimmen und die ersten Vergleichsmittel (923) außerdem den am Ausgang der Auslesemittel (91) ausgegebenen Wert der von der anderen Visier-Vorrichtung (6b) empfangenen Intensität mit dem entsprechenden ersten Bereich möglicher Werte vergleichen.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jede der Visiervorrichtungen (6a, 6b) ein Mosaik von Elementardetektoren umfaßt, die gemessenen Intensitäten (Va, Vb) diejenigen von Pixeln eines Bildes der von jeder der Visiervorrichtungen (6a, 6b) abgetasteten Zone sind und die Auslesemittel Mittel (910) zur Bestimmung der Koordinaten des Bildpixels des Ziels (S) sowie Mittel (912) zur Bestimmung der Winkelkoordinaten des Ziels (S) mittels Extrapolation umfassen.

5. System nach Anspruch 4, bei dem die Mittel (912) zur Bestimmung der Winkelkoordinaten des Ziels mittels Extrapolation außerdem mittels Extrapolation die von dem Ziel (S) kommende empfangene Intensität bestimmen.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Mittel (924) zur Berechnung der Entfernung (D) des Ziels Mittel (9240) zur Berechnung des Tangens der Zielhöhenwinkel (α, β), Mittel (9242) zur Berechnung der Differenz (Y) dieser Tangens-Werte, Mittel (9243) zur prädiktiven Filterung der Differenz (Y) über mehrere Umdrehungen. um die gemeinsame Achse (60) und Mittel (9241'), um die Entfernung (D) des Ziels (S) in Abhängigkeit von den Tangenswerten und der gefilterten Differenz (Y') zu berechnen, umfassen.

7. System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem Mittel zur Spurverfolgung (926') vorgesehen sind, um in Abhängigkeit von den während einer Umdrehung mit dem Rang n bestimmten Winkelkoordinaten des Ziels (S) zweite Bereiche möglicher Werte für die Winkelkoordinaten des Ziels (S) bei der Umdrehung mit dem Rang (n+1) zu bestimmen, sowie zweite Mittel (928, 921'), um mit den zweiten Bereichen möglicher Werte die während der Umdrehung mit dem Rang (n+1) bestimmten Werte zu vergleichen und in Abhängigkeit von der während der Umdrehung mit dem Rang n gemessenen Entfernung den ersten Bereich möglicher Zielhöhenwinkelwerte einzuschränken, wenn die im Verlauf der Umdrehung mit dem Rang (n+1) bestimmten Werte in den zweiten Bereichen möglicher Werte enthalten sind.

8. System nach Anspruch 7, bei dem die Mittel zur Spurverfolgung (926') in Abhängigkeit von der vom Ziel (S) kommenden und während der Umdrehung mit dem Rang n empfangenen Intensität einen zweiten Bereich möglicher Werte für die von dem Ziel (S) kommende und während der Umdrehung mit dem Rang (n+1) empfangene Intensität bestimmen und die zweiten Vergleichsmittel (928) ferner den Wert der während der Umdrehung mit dem Rang (n+1) empfangenen Intensität mit dem entsprechenden zweiten Bereich vergleichen.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dessen Visiervorrichtungen auf einem Mast (1) montiert sind, der sich biegen kann, und Mittel (25, 26) umfaßt, um die Biegung des Masts (1) zu messen und die Seitenrichtwinkel- und Zielhöhenwinkelwerte am Ausgang der Auslesemittel (91) zu korrigieren.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das an Bord eines Wasserfahrzeugs Installiert ist und Mittel (21a, 22a) umfaßt, um die Neigung der Plattformen (2a) in bezug auf die Horizontale zu messen und die Seitenrichtwinkel und Zielhöhenwinkel werte am Ausgang der Auslesemittel (91) zu korrigieren.