DE69024563T2

DE69024563T2 - Frühwarnungsverfolgungsanlage

Info

Publication number: DE69024563T2
Application number: DE1990624563
Authority: DE
Inventors: Mark J Rentmeesters; Patrick R Williams
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1989-08-29
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2010-08-11
Also published as: HK105496A; EP0415587B1; DE69024563D1; CA2022313A1; EP0415587A2; AU612082B1; FI904196A0; EP0415587A3

Description

Bereich der Erfindung

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen computergestützte Verfahren, um eine Kollisionsfrühwarnung für ein Verfolgungssystem bereitzustellen, und betrifft insbesondere ein Verfahren, um die Wahrscheinlichkeit vorherzusagen, daß ein Objekt, das verfolgt wird, in eine vordefinierte polygonale Zone eindringen wird.

Stand der Technik

Eine Vielzahl von computergestützten Systemen sind entwickelt worden, die in der Lage sind, vorherzusagen, ob und wann ein sich näherndes Objekt in einen vordefinierten Raumbereich eindringen wird. Solche Systeme werden typischerweise verwendet, um Sicherheitszonen zu schützen, wie z.B. Militäreinrichtungen, um es zu ermöglichen, rechtzeitig geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Zusätzlich werden diese Systeme in Flugsicherungssystemen verwendet, um die Fluglotsen dabei zu unterstützen, zu erkennen, welche unter einer potentiell großen Anzahl von Objekten, die verfolgt werden&sub1; wahrscheinlich die Möglichkeit einer Kollision mit dem Boden, gesperrtem Luftraum oder von designierten Flugrouten bieten.
Das Leistungsverhalten von älteren Systemen, insbesondere jenen mit relativ einfachen Verfolgungs- und Kollisionsvorhersagealgorithmen, wird oft dadurch begrenzt, daß, um die Wahrscheinlichkeiten bzw. Möglichkeiten, die durch den Bereich des Leistungsverhaltens (performance envelopes) moderner Fahrzeuge und eine relativ große Anzahl von dicht gepackten Fahrzeugen, die verfolgt werden, geboten bzw. be- stimmt werden, zu ermitteln bzw. zu berechnen, eine große Anzahl von Berechnungen für zu viele der Objekte, die verfolgt werden, durchgeführt werden. Da die verfügbaren Datenverarbeitungsressourcen im allgemeinen begrenzt sind, führt dies natürlicherweise dazu, die Anzahl der Objekte, die solche Systeme verarbeiten können, zu begrenzen, und erhöht die Wahrscheinlichkeit, daß Fehlalarme in Bezug auf Eindringen oder Kollision zunehmen werden, insbesondere, wenn sich die Objekte mit hohen Geschwindigkeiten bewegen und dazu in der Lage sind, schnelle und unvorhersagbare Änderungen ihrer Bahn durchzuführen. All diese Beschränkungen werden durch Unsicherheiten in der Position oder den Geschwindiqkeiten der Fahrzeuge, die verfolgt werden, verschlimmert.
Ein wichtiger Aspekt der Unzulänglichkeiten von einigen Systemen nach dem Stand der Technik ist die Art, in der die Unsicherheit bzw. Ungewißheit der Positionsbestimmungen und Geschwindigkeitsvektorbestimmungen in den Berechnungen untergebracht sind. Typischerweise werden Pufferzonen sowohl innerhalb als auch außerhalb des vordefinierten polygonalen Bereiches, der geschützt werden soll, angeordnet, um das wahrscheinliche Ausmaß von potentiellen Verfolgungsfehlern zu berücksichtigen. Falls für ein verfolgtes Objekt vorhergesagt wird, daß es die innere Zone durchdringt, dann wird ein sicheres seitliches bzw. laterales Eindringen proklamiert. Falls andererseits für ein verfolgtes Objekt vorhergesagt wird, daß es die äußere Zone nicht durchdringt, dann wird ein sicheres Nicht-Eindringen proklamiert. Ein unsicheres Eindringen wird proklamiert, falls für das Objekt vorhergesagt wird, irgendwo zwischen den Peripherien der inneren und äußeren Pufferzonen hindurchzudringen. Das Problem bei diesem Verfahren ist, die tatsächlichen Grenzen der Pufferzonen zu bestimmen. Eine genaue, auf Verfolgungsvarianzen basierende Konstruktion der Zonen hat sich als schwer zu handhaben erwiesen. Solche Systeme haben nicht nur Probleme bzw. Schwierigkeiten, eine große Anzahl von
Objekten unterzubringen, insbesondere solche, die sich mit hohen Geschwindigkeiten bewegen, sondern oft sind die Ergebnisse auch Fehlalarme und nicht-detektiertes Eindringen.
Folglich besteht weiterhin ein Bedarf nach einem Verfahren zum Berechnen der Wahrscheinlichkeit bzw. Möglichkeit, daß eine große Anzahl von Objekten, die verfolgt werden, weder miteinander kollidieren noch in ein vordefiniertes Gebiet innerhalb des Verfolgungsbereiches eindringen werden. Weiterhin wäre es sehr vorteilhaft, falls ein solches System sehr sparsam in seinen Datenverarbeitungsanforderungen wäre und an eine große Vielzahl von Zusatzgeräten angepaßt werden kann.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Die allgemeine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Frühwarnverfolgungssystem bereitzustellen, das schnell erkennen kann, ob ein sich näherndes Objekt in eine vordefinierte polygonale Zone eindringen wird. Um dieses Ziel zu erreichen, projiziert die vorliegende Erfindung zuerst ein Unsicherheitsgebiet bzw. Ungewißheitgebiet in die augenblickliche Fortbewegungsrichtung eines jeden der sich nähernden Objekte und trifft dann Entscheidungen, die das Potential zum Eindringen betreffen, in Abhängigkeit von dem Ort der vordefinierten polygonalen Zone und ihrer Beziehung zu dem Ort des Ungewißheitgebietes. Um weiter alle nachfolgenden Berechnungen zu vereinfachen, wird das Koordinatensystem für jedes sich nähernde Objekt entlang des Geschwindigkeitsvektros re-orientiert. Die neuen Koordinaten der Peripherie der vordefinierten polygonalen Zone, die sich aus der Re-Orientierung ergeben, werden dann im Hinblick auf das Ungewißheitgebiet eines jeden der sich nähernden Objekte betrachtet. Die Grenzen der Ungewißheitgebiete werden mittels der Varianzen, die mit den Positions- und Bewegungsbestimmungen der Objekte, die verfolgt werden, verknüpft sind, bestimmt.
Das Potential zum Eindringen wird erst in zwei Dimensionen betrachtet, um die Verarbeitung zu vereinfachen. Falls kein seitliches bzw. laterales Eindringen angezeigt wird, wird das bestimmte Objekt nicht weiter berücksichtigt. Nur nachdem ein mögliches laterales Eindringen angezeigt ist, wird die wahrgenommene Höhe und Höhenänderungsgeschwindigkeit des Objektes betrachtet, um weiter zu bestimmen, ob ein Eindringen in die vordef inierte polygonale Zone wahrscheinlich ist.
Die Verknüpfung eines eindeutigen bzw. einzigen Ungewißheitgebietes mit jedem sich nähernden Objekt, im Gegensatz zu der Re-Definition von Pufferzonen über der polygonalen Zone für jedes sich nähernde Objekt, vereinfacht im großen Ausmaß die erforderlichen Berechnungen und setzt das System der vorliegenden Erfindung dadurch in die Lage, Informationen, die das Potential zum Eindringen in die vordefinierte polygonale Zone betreffen, schneller und verläßlicher zu liefern.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden, im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Szenarios, für das die Verwendung der vorliegenden Erfindung gut geeignet ist;
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, das die Reihenfolge und Organisation, mittels der die verschiedenen Bestimmungen und Berechnungen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, veranschaulicht;
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das das in Fig. 2 veranschaulichte Bestimmungsverfahren 91 ausführlicher veranschaulicht;
Fig. 4 veranschaulicht die Re-Orientierung des Koordinatensystems durch das System der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 veranschaulicht alle möglichen Orientierungen von vordefinierten polygonalen Zonen relativ zu einer Ungewißheitzone eines sich nähernden Objektes.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Fig. 1 veranschaulicht im allgemeinen die Situation und die Bedingungen, für die die Verwendung des Systems und der Verfahren der vorliegenden Erfindung gedacht sind. Schematisch dargestellt ist in einer ebenen Draufsicht der Luftraum in und um einen vordefinierten polygonalen Bereich 61 (mit den Eckpunkten 69-74), in dem sich eine Vielzahl von Objekten mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Richtungen bewegen. Die Position eines jeden solchen Objektes ist durch einen Punkt 63 dargestellt, während sein Geschwindigkeitsvektor, dargestellt durch einen Pfeil 65, ein Maß für die Geschwindigkeit und Richtung seiner Trajektone ist. Es ist die Funktion der vorliegenden Erfindung vorherzusagen, welches der Objekte von der Vielzahl von Objekten eine hohe Wahrscheinlichkeit des Eindringens in den Bereich 61 zu einer vordefinierten kritischen Zeit bietet bzw. besitzt. Dieses System und seine Verfahren kann beispielsweise Fluglotsen dabei unterstützen, den Luftraum in und um einen ge- schäftigen Flughafen herum zu überwachen und zu kontrollieren, indem es Aufmerksamkeit nur auf jene Flugzeuge lenkt, die in direkter Annäherung bzw. direktem Anflug sind, oder es kann helfen, die Prioritäten für die Anwendung von Gegenmaßnahmen zum Schutz einer militärischen Sperrzone zu setzen.
Fig. 2 veranschaulicht den Gesamtfluß der Entscheidungen und die Logik, die verwendet werden, um in Bezug auf ein drohendes Eindringen einen Alarm rechtzeitig auszulösen. Bei der Detektion der Anwesenheit eines Objektes mittels eines assoziierten Verfolgungssystems macht das System der vorliegenden Erfindung zuerst eine Bestimmung 91, ob das Objekt sicher seitlich bzw. lateral eindringen wird, sicher nicht lateral eindringen wird oder vielleicht lateral eindringen wird. Diese Bestimmung basiert auf der wahrgenommenen Position und Verfolgungsgeschwindigkeit des Objektes, wie sie auf eine horizontale Ebene projiziert sind, und nimmt an, daß es nicht von seiner Flugbahn abweichen wird und berücksichtigt ebenfalls die in den Verfolgungsmessungen inhärente Unsicherheit bzw. Ungewißheit. An diesem Punkt ist nur das laterale Eindringen in den vordefinierten Bereich von Interesse und folglich werden, wie in Fig. 1 dargestellt, Position und Bewegung nur in zwei Dimensionen betrachtet.
Die Chronologie der Entscheidungen, die gemacht werden, und der Berechnungen, die durchgeführt werden, um diese erste Bestimmung 91 bereitzustellen, sind in Fig. 3 detaillierter veranschaulicht. Wie oben erwähnt, stellt das Verfolgungssystem eine Position (x, y) eines Objektes in einer horizontalen Ebene ebenso wie seinen horizontalen Geschwindigkeitsvektor (X, Y) bereit. Falls die wahrgenommene Verfolgungsgeschwindigkeit des Objektes unter einem vordefinierten Niveau liegt:
X² + Y² < Q1 (1)
wird das Objekt als sich zu langsam bewegend betrachtet, um Aufmerksamkeit zu rechtfertigen, und keine weitere Verarbeitung wird durchgeführt. Falls jedoch die Verfolgungsgeschwindigkeit des Objektes über dem vordefinierten Niveau Q1 liegt, wird die Verarbeitung fortgeführt, indem man das gesamte Koordinatensystem entlang des Geschwindigkeitsvektors des Objektes re-orientiert, um die nachfolgenden Berechnungen zu vereinfachen.
Fig. 4 veranschaulicht ein Objekt bei 75, das sich einem vordefinierten polygonalen Bereich 79 nähert. Die Position eines jeden Eckpunktes (80-83) des Bereiches 79 wird zuerst mittels Koordinaten (ai, bi) definiert. Beim Re-orientieren dieses Koordinatensystems entlang des Geschwindigkeitsvektors 77 des Objektes, dessen Ursprung bei der Position 75 des Objektes liegt, wird jeder Eckpunkt als (Ai, Bi) re-definiert, während die Position des Objektes notwendigerweise als (0,0) definiert wird. Diese Re-Orientierung wird wie folgt erreicht:
Ai = (ai-x)X+(bi-y)Y/(X² + Y²)½ i=1,2,...n (2) (x²+Y²)½
Bi = (ai-x)Y + (bi-y)X/X² + Y²)½ i=1,2,...n (3)
Sobald es auf diese Weise re-orientiert ist, ist es eine einfache Angelegenheit, zu bestimmen, ob sich ein Objekt dem vordefinierten Bereich nähert oder sich von ihm entfernt bzw. ihn verläßt. Ein positives Ai zeigt eine Annäherung an den speziellen Eckpunkt an, während ein negatives Ai anzeigt, daß sich das Objekt entfernt. Falls: Ai < für alle i (4)
dann bewegt sich das Objekt von dem gesamten vordefinierten Bereich weg und keine weitere Verarbeitung wird für solch ein Objekt durchgeführt.
Falls jedoch Ai für nur einen einzigen Eckpunkt positiv ist und das Objekt genügend Geschwindigkeit (Gleichung 1) besitzt, dann werden die mit den Positions- und Geschwindigkeitsmessungen verknüpften Ungewißheiten für das sich nähernde Objekt betrachtet, um zu bestimmen, ob ein Eindringen wahrscheinlich ist.
Ein Parameter J wird wie folgt für jeden Eckpunkt berechnet, unter Verwendung der re-orientierten Koordinaten (Ai, Bi) des Eckpunktes ebenso wie der Positionsvarianz (P), der Geschwindigkeitsvarianz (V) und der Positions-Geschwindigkeits-Kovarianz (C):
Die Ungewißheit bzw. Unsicherheiten bei den Positions- und Geschwindigkeitsmessungen des Objektes sind im Nenner von Gleichung 5 miteinander in Wechselbeziehung gesetzt und dienen im wesentlichen dazu, eine Ungewißheitzone 84, wie in Fig. 5 veranschaulicht, vor dem sich bewegenden Objekt 78 heraus zu projizieren. Eine Anzahl von verschiedenen Kombinationen und Permutationen sind dann in Bezug auf die Beziehung eines bestimmten vordefinierten Bereiches relativ zu der Ungewißheitzone 84 möglich, d.h., der Bereich kann entweder gänzlich außerhalb 85, 86 liegen oder gänzlich innerhalb 87 der Zone 84. Alternativ kann der Bereich 88, 89 teilweise innerhalb und teilweise außerhalb der Zone liegen, oder der Bereich 90 kann die Ungewißheitzone gänzlich einhüllen bzw. überdecken. Falls:
Ji > Q2 für alle i (6) wobei Q&sub2; ein vordefinierter Parameter ist und das Vorzeichen von allen Bi dasselbe ist, dann liegt der vordefinierte Bereich in einer Position, die in Fig. 5 allgemein mittels entweder 85 oder 86 dargestellt ist. Solch eine Situation zeigt ein "sicheres Nicht-Eindringen" an, und für das Objekt wird keine weitere Verarbeitung durchgeführt.
Falls andererseits, falls für beliebige zwei Eckpunkte j und k.
Jj > Q3 (7)
Jk > Q3 (8)
wobei Q3 ein vordefinierter Parameter ist und das Vorzeichen von Bj nicht das gleiche ist, wie das Vorzeichen von Bk, wird die durch das Bezugszeichen 90 von Fig. 5 dargestellte Situation angezeigt, folglich steht "sicheres Eindringen" unmittelbar bevor und die Verarbeitung wird entsprechend fortgesetzt. Bei allen anderen Situationen (87, 88, 89) kann seitliches bzw. laterales Eindringen auftreten oder auch nicht, und die Verarbeitung wird so, wie sie für "unsicheres Eindringen" geeignet ist, fortgesetzt.
Der nächste Schritt für die Bedingung entweder eines sicheren Eindringens 90 oder eines unsicheren Eindringens (87, 88, 89) zieht die Berechnung des Zeitpunktes des lateralen Eintritts 93 des sich nähernden Objektes 78 in den vordefinierten polygonalen Bereich nach sich. Dies wird erreicht, indem man den Eckpunkt betrachtet, der dem sich nähernden Objekt am nächsten ist, d.h. das kleinste Ai, was im folgenden mit Aj bezeichnet wird.
Falls Jj < Q3 (siehe Gleichung 5), liegt der nächste Eckpunkt innerhalb der Ungewißheitzone 84 und:
wobei S die Geschwindigkeit des Objektes ist:
S = (X² + Y²)½ (10)
Falls dagegen Jj > Q3, d.h. der nächste Eckpunkt liegt außerhalb des Ungewißheitgebietes 84, und der zweitnächste Eckpunkt, (Ak, Bk) bezeichnet das Vorzeichen von Bk ist nicht das gleiche wie das Vorzeichen von Bj, dann:
wobei:
Falls Jj > Q3 und das Vorzeichen von Bk das gleiche ist wie das Vorzeichen von Bj, dann:
Sobald die Zeit T des lateralen Eintritts abgeschätzt worden ist, wird sie in dem Zeitentscheidungsüberprüfungsschritt 95 von Fig. 2 mit der minimalen und maximalen Vorausschauzeit verglichen. Die maximale Vorausschauzeit Tmax ist ein vordefinierter Parameter, während die minimale Vorausschauzeit das längere von entweder einem vordefinierten Parameter Q4, der auf der Antwortzeit einer geeigneten Gegenmaßnahme basiert, oder einer Funktion, von wie schnell das sich nähernde Objekt über die Spitze des vordefinierten polygonalen Bereiches hinwegsteigen kann, ist:
Tmin = max { Q4, T&sub0; } (14)
wobei:
T&sub0; = h(T&sub1;) - HU/S tan θ (15)
wobei h(T&sub1;) die vorhergesagte Höhe des sich nähernden Objektes zur Zeit T&sub1; ist, was die vorhergesagte Zeit des lateralen Eintrittes ist. HU ist die Höhenobergrenze des vordefinierten Bereiches und θ ist ein vordefinierter Steigfluggeschwindigkeit-Fluchtparameter. Um die obige Berechnung durchführen zu können, müssen die Höhe und die Höhenänderungsgeschwindigkeit vom Verfolgungssystem bereitgestellt worden sein. Falls T&sub1; > Tmax wird kein Alarm angezeigt. Falls T&sub1; < Tmin wird die Verarbeitung in Richtung des Höhenendalarmprozeß 105 fortgesetzt. Falls T&sub1; zwischen Tmin und Tmax liegt, dann wird die Verarbeitung in Richtung des Höhenentscheidungsalarmprozeß 103 fortgesetzt.
Der Zeitverzögerungsfilter 97 wird aufgerufen, wenn bei der Bestimmung 91 von lateralem Eindringen ein unsicheres Eindringen (87, 88, 89) angezeigt worden ist. Falls T&sub1; > Tmin, dann wird kein Alarm angezeigt. Falls T&sub1; < Tmin, dann wird die Verarbeitung in Richtung des Höhenendalarmprozeß 105 fortgesetzt.
In dem Lateralendalarmprozeß 99 wird eine Entscheidung, ob ein Alarmzustand anzuzeigen ist oder nicht, getroffen, in Abhängigkeit davon, ob mißglückte Detektionen auf Kosten von Fehlalarmen geregelt werden sollen oder umgekehrt. Falls mißglückte Detektionen auf Kosten von Fehlalarmen geregelt werden sollen, und falls:
Ji > Q7 für jedes i (16)
dann wird mit der Verarbeitung fortgefahren. Andernfalls wird kein Alarm ausgegeben. Falls dagegen Fehlalarme auf Kosteff von mißglückten Detektionen geregelt werden sollen, wird ein zweiter vordefinierte Parameter Q8 betrachtet, und falls für zwei beliebige Indizes j und k:
Jj > Q8 (17)
Jk > Q8 (18)
und das Vorzeichen von Bj gleich dem Vorzeichen von Bk, dann wird mit der Verarbeitung fortgefahren. Andernfalls wird kein Alarm ausgegeben.
Um zu bestimmen, ob ein Objekt in den vordefinierten polygonalen Bereich eindringen wird, indem es von oberhalb in den Bereich hinein absteigt, ist es erforderlich, sowohl die Eintrittszeit T&sub1; des lateralen Eindringens als auch die Austrittszeit T&sub2; des lateralen Eindringens zu kennen. Im allgemeinen schließt das Wissen, daß sich ein sich näherndes Objekt zum Zeitpunkt des lateralen Eindringens über dem vordefinierten Bereich befindet, die Möglichkeit eines Eindringens nicht aus. Es muß folglich ebenfalls bestimmt werden, ob das sich nähernde Objekt zum Zeitpunkt, wenn die vordefinierte polygonale Zone lateral verlassen wird, noch genügend Höhe aufweist. Zu diesem Zweck wird die Zeit T&sub2; des lateralen Austrittes in einer Weise 101 analog zu der Berechnung 93 der Eintrittszeit T&sub1; berechnet. Der von dem sich nähernden Objekt am weitesten entfernte Eckpunkt, d.h. der Eckpunkt mit dem größten Ai, der mit (Am, Bm) bezeichnet werden wird, wird betrachtet. Falls Jm < Q9 (ein vordefinierter Parameter) dann:
wobei Q6 eine vordefinierte maximale Zeitgrenze ist. Falls dagegen Jm > Q9 und folglich der Eckpunkt außerhalb der Ungewißheitzone liegt, wird der zweitentfernteste Eckpunkt, bezeichnet mit (An, Bn), betrachtet. Falls das Vorzeichen von Bm nicht das gleiche wie das Vorzeichen von Bn ist, dann:
wobei:
Falls J > Q9 und das Vorzeichen von Bm das gleiche wie das Vorzeichen von Bn ist, dann:
Sobald sowohl T&sub1; als auch T&sub2; bekannt sind, zusätzlich zu den früher bereitgestellten Daten der Höhe h und Höhengeschwindigkeit H, werden die Höhenvarianz HP, die Höhengeschwindigkeitsvarianz HV und die Höhen-Höhengeschwindigkeit-Kovarianz HC in Verbindung mit der Höhenobergrenze HU und der Höhenuntergrenze HL betrachtet, um die endgültigen
Entscheidungen in Bezug auf das Potential zum Eindringen bereitzustellen.
In dem Höhenentscheidungsalarmprozeß 103 müssen zwei weitere Parameter berechnet werden:
E&sub1; = Q10 (HP + 2HC T + HV T&sub1;²)½ (23)
E&sub2; = Q11 (HP + 2HC T + HV T&sub1;²)½ (24)
wobei Q10 und Q11 vordefinierte Parameter sind. Ein Alarm wird ausgegeben werden, falls irgendeine der folgenden vier Bedingingen (Gleichungen 25-28) erfüllt sind:
HL + E&sub1; < h + H T&sub1; < HU - E&sub1; (25)
HL + E&sub2; < h + H T&sub2; < HU - E&sub2; (26)
h + H T&sub1; ≥ HU - E&sub1; und
h + H T&sub2; ≤ HL - E&sub2; (27)
h + H T&sub1; ≤ HL - E&sub1; und
h + H T&sub2; ≤ HU - E&sub2; (28)
Andernfalls wird kein Alarm ausgegeben werden.
Falls andererseits, die sich nähernden Objekte T&sub1; < Tmin, ob ein sicheres Eindringen oder ein unsicheres Eindringen, wird bei 105 ein Alarm ausgegeben werden, falls irgendeine der folgenden Bedingungen (Gleichungen 29-32) erfüllt sind:
HL < h + H T&sub1; < HU (29)
HL < h + H T&sub2; < HU (30)
h + H T&sub1; ≥ HU und
h + H T&sub2; ≤ HL (31)
h + H T&sub1; ≤ HL und
h + H T&sub2; ≥ HU (32)
Andernfalls wird kein Alarm ausgegeben werden.
Sobald ein Alarm ausgegeben worden ist, und wenn die Position ünd Trajektone eines Objektes genauer vorhergesagt werden kann, wird der Alarm abgestellt, falls ein laterales sicheres Nicht-Eindringen angezeigt wird (Gleichungen 7 und 8) oder falls irgendeine der folgenden Bedingungen, die die Höhendynamik der sich nähernden Objekte betreffen, angezeigt wird:
HL - E&sub1; > h + H T&sub1; und (33)
HL - E&sub2; > h - H T2 (33)
HV + E&sub1; < h + H T&sub1; und
HU + E&sub2; < h + H T&sub2; (34)
Im Betrieb werden das System und die Verfahren der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Verfolgungssystem verwendet, das in der Lage ist, für eine Vielzahl von sich bewegenden Objekten Positionsdaten ebenso wie dynamische Daten bereitzustellen. Zusätzlich ist die äußere Begrenzung der vordefinierten polygonalen Zone genau bekannt. Die erste Betrachtung, die gemacht wird, ist, ob ein bestimmtes Objekt sich schnell genug bewegt und ob es sich tatsächlich in Richtung der vordefinierten polygonalen Zone bewegt. Jedes Objekt, das diese zwei Betrachtungen überlebt, bekommt dann in der Tat ein Ungewißheitgebiet entlang seines Geschwindigkeitsvektors projiziert. Die vordefinierte polygonale Zone wird dann in Bezug auf das Ungewißheitgebiet betrachtet und in Abhängigkeit von ihrer relativen Position kann dann die Bestimmung gemacht werden, ob ein sicheres Eindringen besteht, ein sicheres Nicht-Eindringen, oder ob ein unsicheres Eindringen angezeigt ist. Falls ein Eindringen möglich ist, wird die Zeit für einen seitlichen bzw. lateralen Eintritt und Austritt berechnet, wonach die Höhenposition und Höhendynamik in Betracht gezogen werden. Die verschiedenen in den verschiedenen Berechnungen und Bestimmungen verwendeten Parameter werden gemäß den Anforderungen einer spezifischen Installation ausgewählt. Die geeignete Anpassung der Werte dieser verschiedenen Parameter wird letztendlich bestimmen, ob Verfolgungsfehler dazu tendieren werden, Fehlalarme zu produzieren oder nicht-detektiertes Eindringen.
Obwohl eine bestimmte Form der Erfindung veranschaulicht und beschrieben worden ist, wird es ebenfalls für die Fachleute augenscheinlich werden, daß verschiedene Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Anwendungsbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Ein System zum Bereitstellen einer Frühwarnung vor drohendem Eindringen durch ein verfolgtes, sich bewegendes Objekt (78) in eine vordefinierte dreidimensionale polygonale Zone (79), wobei die Peripherie solch einer Zone durch ihre Projektion auf eine zweidimensionale Ebene und ihre maximale Höhe über der Ebene definiert wird, gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung zum Ermitteln der augenscheinlichen Position (75) und Geschwindigkeit (77) solch eines Objektes, wie sie auf solch eine Ebene projiziert sind, zusätzlich zu den mit der augenscheinlichen Position und Geschwindigkeit verknüpften Varianzen und einer Kovarianz;

eine Einrichtung zum Ausbreiten, vor der augenscheinlichen Position des sich bewegenden Objekts entlang solch einer Ebene, eines Ungewißheitgebietes (84), das mögliche zukünftige Positionen solch eines Objektes auf der Basis der ermittelten Position, Geschwindigkeit, Varianzen und Kovarianz anzeigt;

eine Einrichtung zum Bestimmen, ob solch ein Objekt, das sich innerhalb des Ungewißheitgebietes bewegt, solch eine vordefinierte polygonale Zone, wie sie auf solch eine Ebene projiziert ist, durchqueren könnte;

eine Einrichtung zum Berechnen einer frühest möglichen Eintrittszeit für solch ein Objekt, das sich innerhalb des Ungewißheitgebietes auf solch einer Ebene bewegt, in die Projektion solch einer vordefinierten polygonalen Zone;

eine Einrichtung zum Berechnen einer spätest möglichen Austrittszeit für solch ein Objekt, das sich innerhalb des Ungewißheitgebietes auf solch einer Ebene bewegt, von der Projektion solch einer vordefinierten polygonalen Zone;

eine Einrichtung zum Ermitteln der Höhe und der Höhenänderungsgeschwindigkeit solch eines Objektes über solch einer Ebene, zusätzlich zu den mit der Höhe und der Höhenänderungsgeschwindigkeit verknüpften Varianzen und Kovarianzen;

eine Einrichtung zum Vorhersagen möglicher zukünftiger Höhen solch eines Objektes auf der Basis der ermittelten Höhe, Höhenänderungsgeschwindigkeit, Varianzen und Kovarianzen;

eine Einrichtung zum Vorhersagen, wann die Höhe solch eines Objektes unter die maximale Höhe solch einer polygonalen Zone fallen könnte;

eine Einrichtung zum Bestimmen, ob eine vorhergesagte Höhe unterhalb der maximalen Höhe solch einer vordefinierten polygonalen Zone nach der berechneten frühest möglichen Eintrittszeit und vor der berechneten spätest möglichen Austrittszeit auftritt, wodurch ein Eindringen angezeigt wird; und

eine Einrichtung zum Ausgeben eines Alarmes, wenn das Eindringen innerhalb eines vordefinierten Zeitraumes auftreten könnte.

2. Das System von Anspruch 1, worin die Peripherie solch einer polygonalen Zone (79) insbesondere durch Eckpunkte (80, 81, 82, 83) der Projektion auf die zweidimensionale Ebene definiert ist.

3. Das System von Anspruch 2, das desweiteren eine Einrichtung zum Beenden jeder weiteren Verarbeitung bereitstellt, falls es festgestellt wird, daß die augenscheinliche Geschwindigkeit solch eines Objektes unter einer vordefinierten Grenze liegt, falls solch ein Objekt, das sich innerhalb des Ungewißheitgebietes bewegt, solch eine vordefinierte polygonale Zone, wie sie auf solch eine Ebene projiziert ist, nicht durchqueren könnte, oder falls die berechnete frühest mögliche Eintrittszeit einen vordefinierten Wert übersteigt.

4. Das System von Anspruch 2, das desweiteren eine Einrichtung zum Bestimmen, ob das Durchqueren solch eines Objektes durch solch eine vordefinierte polygonale Zone hindurch mit Sicherheit auftritt, aufweist.

5. Das System von Anspruch 4, worin die Einrichtung zum Ausgeben eines Alarmes innerhalb eines verkürzten vordefinierten Zeitraumes aufgerufen wird, wenn es festgestellt worden ist, daß das Durchqueren solch eines Objektes durch solch eine vordefinierte polygonale Zone hindurch mit Sicherheit auftritt.

6. Das System von Anspruch 2, worin solch eine zweidimensionale Ebene die Horizontale definiert.

7. Das System von Anspruch 1, worin die Einrichtung zum Ermitteln der augenscheinlichen Position ein Radarsystem aufweist, und die Einrichtung zum Ermitteln der augenscheinlichen Geschwindigkeit eine Computereinrichtung, die Änderungen der augenscheinlichen Position als eine Funktion der Zeit berechnet, aufweist.

8. Das System von Anspruch 2, das desweiteren eine Einrichtung zum Darstellen der Position solch eines Objektes und Anzeigen eines dafür ausgegebenen Alarmes aufweist.