DE1211409B - Radar-Lageplananzeiger fuer Fahrzeuge - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIc

Deutsche KL: 42 c-39/10

Nummer: 1 211409

Aktenzeichen: D 41253 IX b/42 c

Anmeldetag: 29. März 1963

Auslegetag: 24. Februar 1966

Auf einem Fahrzeug, wie z. B. einem Schiff, ist es häufig erforderlich, einen Radar-Lageplananzeiger zu verwenden, auf dem von dem Radargerät geortete Ziele sich so bewegen, wie es ihrer tatsächlichen Bewegung entspricht, also nicht oder nicht nur entsprechend ihrer Relativbewegung in bezug auf das das Radargerät tragende Fahrzeug. Solche Radar-Lageplananzeiger sind bekannt. Sie dezentrieren das Lagebild entsprechend dem Kurs und der Geschwindigkeit des das Radargerät tragenden Fahrzeugs. In der nachfolgenden Beschreibung wird insbesondere von einer Kathodenstrahlröhre, die einen Lageplan für visuelle Beobachtung liefert, gesprochen. Es kann aber auch eine Kathodenstrahlröhre mit photographischer Registrierung oder eine Speicherröhre, die den Lageplan aufspeichert, damit er später in Verbindung mit anderen Informationen abgelesen werden kann, verwendet werden. Die Ablenksignale für die Dezentrierung des Lageplans entsprechend der Bewegung des Fahrzeugs werden im allgemeinen als getrennte Signale auf zwei orthogonale Ablenkvorrichtungen, z. B. Ablenkspulen, gegeben, durch die der Kathodenstrahl in zwei zueinander senkrechten Richtungen abgelenkt werden kann. In diesem Fall müssen die Signale proportional zu den integrierten Kurskomponenten des Fahrzeugs in zwei zueinander orthogonalen Richtungen sein.

Um eine absolute Bewegungsanzeige zu erreichen, ist es üblich, einen Kompaß für die Anzeige des Fahrzeugkurses und ein Log oder eine entsprechende Vorrichtung für die Anzeige der von dem Fahrzeug zurückgelegten Entfernung zu verwenden. Bei Schiffen ist es allgemein üblich, ein Log zu verwenden, das elektrische Ausgangsimpulse liefert, die einzelnen Abschnitten des zurückgelegten Wegs, z. B. jeweils 10 m. entsprechen. Bisher war es üblich, bei Radargeräten für die Wiedergabe der absoluten Bewegung auf einem Lageplan entweder ein elektromechanisches System für die Umwandlung der elektrischen Impulse des Logs des Schiffes in eine mechanische Dezentrierung zu verwenden. Dabei wurden die elektrischen Impulse auf mechanische Weise in Sin;!:- und Cosinus'romponenter ?.yfi?2l?3t u^d dann mechanisch getrennt integriert. Oder es wurde ein elektronisches Analogauflösungssystem angewendet, da^r; die Kurskompoiienicn als elektrische A::~- lon,s!i'naie lieferte, die dann eidrtrirch hitejrien wurden. In beiden Fällen werden die gewonnenen Integrale zur Steuerung der Eingangssignale der Ablenkvorrichtungen verwendet. Das elektromechanische System hat den Nachteil, daß die mechanischen Kiirskomponentenauflöser Präzisionsvorrich-Radar-Lageplananzeiger für Fahrzeuge

Anmelder:

Decca Limited, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann

und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:
Douglas Arthur Aylett, London

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 2. April 1962 (12 560),
vom 20. März 1963

tungen sein müssen, die eine sehr sorgfältige Herstellung und Einstellung erfordern. Elektrische Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie sehr hochwertige Einzelteile benötigen und daß eine sorgfältige Einstellung und Nullpunktsicherheit notwendig ist wegen der sehr hohen Zeitkonstanten der Integration, die mehrere Stunden dauern kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Radar-Lageplananzeiger eingangs genannter Art anzugeben, der die erörterten Dezentriersignale vollständig mit Elementen der Digitaltechnik zu erzeugen gestattet.

Insofern geht die Erfindung auch über einen bekannten Radar-Lageplananzeiger der eingangs genannten Art hinaus, bei dem durch digitale Eingabe der Fahrtgeschwindigkeit in die zur Erzeugung der Dezentriersignale dienende Einrichtung schon ein Anfang in Richtung einer Digitalisierung gemacht worden war.

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist der Radar-Lageplananzeiger dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Dezentriersignale folgende Bauelemente vorgesehen sind:

a) ein Digitalisator mit einer laufend entsprechend dem Kurs eingestellten Sinus-Cosinus-Codierscheibe und einem Codeumsetzer, der nach Eingabe eines Auslöseimpulses zwei der Stellung der Codierscheibe entsprechende, dem Sinus und dem Cosinus des Kurses proportionale Im-

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pulsfolgen sowie dem jeweiligen Vorzeichen des Sinus und Cosinus entsprechende Signale abgibt;

b) ein Impulslog, dessen Ausgangsimpulse als Auslöseimpulse auf den Codeumsetzer geschaltet sind;

c) zwei vorwärts und rückwärts zählende, an die Ausgänge des Digitalisators angeschlossene Zähler, die die den Kurskomponenten entsprechenden Impulsfolgen vorzeichengerecht summieren und nach Erreichen eines vorgegebenen Wertes einen Ausgangsimpuls abgeben;

d) zwei Summierwerke, die jeweils die von den Zählern gelieferten Ausgangsimpulse in einem Register summieren und die Summe mittels eines Decoders in eine als Dezentriersignal verwendbare Analoggröße umwandeln.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel an Hand einer Blockzeichnung beschrieben, die einen Radar-Lageplananzeiger für Schiffe darstellt, der für die Abbildung der wahren Bewegung georteter Ziele geeignet ist.

Das Radargerät 10 enthält eine Kathodenstrahlröhre 11 mit ebenem Bildschirm. Die Dezentrierung der Abbildung auf der Kathodenstrahlröhre erfolgt durch Orthogonalablenkspulen 12,13, denen Signale in der weiter unten beschriebenen Weise zugeführt werden.

Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung dient für den Gebrauch auf Schiffen. Die Kursrichtung des Schiffes wird durch einen Kompaß 15 festgelegt und die Bewegung des Schiffes durch das Wasser durch ein Impulslog 16, das nach jeder im Wasser zurückgelegten Entfernungseinheit einen Impuls erzeugt. Derartige Logs sind im allgemeinen so eingerichtet, daß sie etwa alle 10 m einen Impuls liefern. Diese Impulse werden über einen Schalter 17 einem Impulsformer 18 zugeführt, der jeden Impuls in einen Rechteckimpuls vorgegebener Dauer umwandelt.

Von hier werden die Impulse einem Sinus-Cosinus-Digitalisator 19 zugeführt, der auf jeden Impuls aus dem Impulsformer zwei getrennte Ausgangssignale abgibt, die dem Sinus und dem Cosinus der Winkellage einer Eingangswelle 20 des Digitalisators entsprechen. Dieser Digitalisator enthält eine Sinus-Cosinus-Codierscheibe oder mehrere solcher Scheiben, etwa mit je acht Führungsrillen, die in Abtastvorrichtungen für die Sinus- bzw. Cosinusausgangssignale eingreifen, um auf diese Weise als Ausgangssignal jeweils ein achtfach binäres Signal zu liefern, das die Winkelposition dieser Scheibe repräsentiert. Die Welle 20 wird von einem Kompaßübertragermotor 21 über ein Getriebe 22 derart angetrieben, daß sie in Übereinstimmung mit dem Kompaßkurs des Fahrzeuges bleibt.

Betrachtet man das Sinusausgangssignal des Digitalisators und nimmt an, daß es aus acht Informationsimpulsen besteht, so wird dieses Ausgangssignal einem Zähler 23 zugeführt, der aus acht Flipflops besteht (d. h. bistabilen Vorrichtungen), die so angeordnet sind, daß sie einen in zwei Richtungen (vorwärts und rückwärts) zählenden Zähler bilden. Die acht Flipflops entsprechen acht Digits mit stufenweise ansteigender Höhe, und die acht Ausgangssignale aus dem Digitalisator, die die Sinuskomponente repräsentieren, werden den entsprechenden Flipflops zugeführt, um die Summe, die bereits in dem Zähler gespeichert ist und durch den Zustand dieser Flipflops repräsentiert wird, zu vermehren oder zu vermindern. Die Codierscheibe, die das Sinusausgangssignal liefert, gibt außerdem entweder auf die Lei-

S tung24 oder die Leitung 25 Signale, die das Vorzeichen des Ausgangssignals festlegen. Über diese Zuleitungen 24, 25 wird die Zählrichtung des Zählers 23 gesteuert, d. h., durch sie wird bestimmt, ob die durch die Codierscheibe codierten Sinussignale

ίο dem Zählerstand addiert oder subtrahiert werden. Bei einem positiven Signal wird das Eingangssignal zu der Summe in dem Zähler addiert, während bei einem negativen Signal das Eingangssignal von der Summe in dem Zähler abgezogen wird. Der Zähler 23 ist so eingerichtet, daß er einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn die Summe einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Gibt das Log 16 etwa alle 10 m des vom Fahrzeug zurückgelegten Wegs einen Auslöseimpuls, dann wird der Zähler 23 zweckmäßig so ausgelegt, daß er seine Ausgangsimpulse jeweils nach einem in der Richtung der Kurskomponente zurückgelegten Weg von 5 m abgibt. Kleinere Entfernungen als 5 m sind zu klein, als daß sie bei den in der Schiffsradartechnik verwendeten Abbildungsverfahren noch eras kennbar wären. Sie wurden nur Ablenkungen des Kathodenstrahles bewirken, die kleiner sind als die Ausdehnung des Lichtflecks selbst. Die Ausgangsimpulse des Zählers 23 werden über die Leitung 26 und über die Schalter 27 und 28 einem Summierwerk 29 zugeführt. Dieses Summierwerk besteht hier aus einem Register 30 mit neun Flipflops 31. Dieses Register ist als ein in zwei Richtungen zählender Vorspeicher ausgebildet, der die Gesamtzahl der empfangenen Impulse summiert. Das Register 30 speichert die Anzahl der Impulse und hat dabei auch das Vorzeichen der Ausgangsimpulse des Zählers 23 zu berücksichtigen. Die Ausgangsimpulse des Zählers

23 werden also addiert oder subtrahiert, je nach dem Vorzeichen des entsprechenden Ausgangssignals des Digitalisators 19. Die Signale auf den Zuleitungen

24 und 25 sind daher ebenfalls dem Register 30 zuzuführen, um die Zählrichtung zu steuern. Die in dem Register 30 gespeicherte Summe wird in eine entsprechende Spannung umgewandelt. Hierzu dient ein Vorverstärker 32 mit einem Rückkopplungswiderstand 33 und einer Vielzahl von Widerständen 34, die die Signale empfangen, die die Zustände der entsprechenden Flipflops 31 repräsentieren. Die Größe der verschiedenen Widerstände 34 ist so gewählt, daß sie dem Stellenwert der einzelnen Flipflopeinheiten entsprechen, so daß der Verstärker 32 in bekannter Weise eine Ausgangsspannung liefert, die proportional der gespeicherten binären Digitalsumme im Register 30 ist. Diese Ausgangsspannung wird einem Stromverstärker 35 zugeführt und dann auf die Ablenkspule 12 der Kathodenstrahlröhre 11 gegeben.

Mit dem Cosinusausgangssignal des Digitalisators 19 wird in entsprechender Weise wie mit dem Sinussignal verfahren. Es wird über die Zuleitung 40 als ein achtfaches Digitsignal in den Zähler 41 gegeben, dessen Ausgangsimpulse über die Schalter 42, 43 in ein Register 44 übergeführt werden, das die Form eines in zwei Richtungen arbeitenden Zählers hat.

Die Ausgangssignale der neun Flipflops, aus denen das Register besteht, werden über Widerstände an einen Verstärker 45 weitergeleitet und dann einem Stromverstärker 46 und von diesem der Ablenkspule

J 3 der Kathodenstrahlröhre zugeführt, um den Kathodenstrahl aus seiner zentrischen Lage abzulenken. Der Digitalisator 19 gibt außerdem Signale auf die Leitungen 47, 48, die dem Vorzeichen des Cosinus entsprechen. Diese Signale dienen dazu, die Zählrichtung in dem Zähler 41 und dem Register 44 in ähnlicher Weise zu steuern, wie es die Ausgangssignale auf den Leitungen 24 und 25 tun.

Aus dem Gesagten geht hervor, daß das Gerät zunächst von dem Digitalisator 19 Gebrauch macht, um das vom Impulslog 16 ausgesandte Entfernungssignal entsprechend dem Kurs des Fahrzeugs in Sinus- und Cosinuskomponenten aufzulösen. Diese Sinus- und Cosinuskomponenten werden in dem Zähler 23 und 41 gespeichert. Alle 10 m in Richtung der einen Komponente wird ein Signal in das Register 30 oder 44 geschickt, das dann die in diesem Register gespeicherte Summe vermehrt oder vermindert. Die Register speichern auf diese Weise in binärer Form die gesamte Bewegung (Kurs und Geschwindigkeit) des Fahrzeugs, aufgelöst in zwei Rich-Umgskomponenten. Die Summen in diesen zwei Registern werden in Analogsignale umgewandelt und steuern die Ströme, die durch die Ablenkspulen 12 und 13 fließen, so daß die Abbildung auf dem Kathodenstrahlschirm in den zwei Koordinatenrichtungen in Übereinstimmung mit der gespeicherten Summe in den Registern 30 und 44 dezentriert wird.

Bei Radar-Lageplänen mit Darstellung der wahren Dewegung ist es notwendig, den Lageplan periodisch zurückzustellen, wenn die Position des das Radargerät tragenden Fahrzeugs sich so weit zum Rand des Bildschirms hin bewegt hat, daß es nicht mehr nöglich ist, geortete Ziele innerhalb eines ausreichenden Bereiches um ihn herum zu erkennen. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel wird diese Rückstellung durch Änderung der gespeicherten Summe in den Registern 30 und 44 bewirkt. Diese Summen müssen um Größen geändert werden, die der Position entsprechen, auf die die Abbildung zurückgestellt werden soll. Dies kann auf verschiedene Weise erfeigen. Beispielsweise kann ein Druckschalter vorgesehen sein, der alle Flipflops der Register 30 und 44 auf einen bestimmten Wert zurückstellt. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Rückstellimpulsgenerator 50 vorgesehen, der im allgemeinen aus einer frei rotierenden Kugel besteht, die durch Reibung zwei Scheiben, die sie an zwei aufeinander senkrecht stehenden Durchmessern berührt, mitnimmt. Jede dieser Scheiben betreibt durch ihre Drehung einen Impulsgenerator zur Erzeugung einer Impulsfolge. Die rotierende Kugel liefert so zwei Folgen von Impulsen auf den Zuleitungen 51 und 52, die den Sinus- und Cosinuswerten der Drehrichtungskomponenten der Kugel in bezug auf die Achsen der mit der Kugel im Eingriff stehenden Scheiben entsprechen. Die Anzahl der Impulse entspricht der Größe der Drehbewegung der Kugel. Eine solche Kugel kann leicht in jeder beliebigen Richtung gedreht werden, um zwei Impulsfolgen zu erzeugen, die auf die Register 30 und 44 gegeben werden können, um den Wert der Summe dieser Register auf jeden beliebigen Wert zu bringen. Im allgemeinen wird die Rückstellung bloß durch Drehen der Kugel und durch die Beobachtung des Bildes auf dem Schirm erfolgen. Die Kugel wird nämlich so lange in der geeigneten Richtung gedreht, bis sich die Abbildung in der gewünschten Stellung befindet. Für gewöhnlich ist die Einstellung der Abbildung nicht kritisch, sondern es ist bloß notwendig, die Abbildung so weit zu verschieben, bis die Position des das Radargerät tragenden Fahrzeugs wieder in einer geeigneten Stellung auf dem Bildschirm erscheint. Die Impulse auf den Leitungen 51, 52 werden den Registern 30 und 44 über die Schalter 28 und 43 zugeführt, die den Rückstellimpulsgenerator 50 mit den Registern verbinden. Wie der Digitalisator 19 muß

ίο auch der Rückstellimpulsgenerator so eingerichtet sein, daß er Signale, die die Vorzeichen der Sinus- und Cosinuskomponenten repräsentieren, erzeugt. Diese werden den Zählrichtungssteuerungen der Register 30 und 44 über Schalter 54 zugeführt, die mit den Schaltern 28 und 43 gleichlaufend betrieben werden.

Bei Schiffsradargeräten ist es üblich, unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe für eine Reihe von verschiedenen Entfernungsbereichen vorzusehen. Dabei entspricht der Radius des Bildschirmes Entfernungen, die für aufeinanderfolgende Bereiche jeweils das Doppelte des vorhergehenden Bereiches betragen. Die Dezentrierung aus der zentrischen Position des das Radargerät tragenden Fahrzeugs auf dem Bildschirm hat demgemäß in einem solchen Verhältnis zu erfolgen, daß sie in Übereinstimmung mit dem gewählten Entfernungsbereich geschieht. Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung sind die Ausgangsimpulse der Zähler 22 und 41 auf eine Reihe von Impulsteilern 60, 61 und 62 gegeben, von denen jeder eine Zweiteilung der Impulse vornimmt, und die Schalter 27 und 42 sind so angeordnet, daß sie entweder die direkten Ausgangssignale der Zähler 23 und 41 oder die Ausgangssignale der Impulsteiler 60 oder 61 oder 62 anschalten. Die Wahl wird in Übereinstimmung mit der Wahl des Entfernungsbereiches durch gleichlaufende Betätigung der Schalter 27 und 42 mit dem Bereich-> wählschalter auf dem Radargerät automatisch vorgenommen. Werden beispielsv/eise die Aingangssignale des Impulsteilers 60 ausgewählt, dann kommt auf die Register 30 und 34 nur die Hälfte der Impulse, die den Registern zugeführt werden würden, wenn die Ausgangsimpulse der Zähler 23 und 41 unmittelbar an die Register gegeben würden. Auf diese Weise beträgt die Dezentrierung als Folge der Änderung der in den Registern 40 und 44 gespeicherten Summen nur mehr die Hälfte von dem, was eigentlich jedem Impuls des Impulslogs 16 entspräche.

Für einige Fälle mag an Stelle des Impulslogs 16 die Verwendung künstlich erzeugter Impulse, die Entfernungseinheiten entsprechen, vorgezogen werden. In diesem Fall kann ein künstliches Log 65 über den Schalter 17 an Stelle des Logs 16 in den Stromkreis eingeschaltet werden. Dieses künstliche Log 17 sendet eine Impulsreihe mit einstellbarer Frequenz aus. Üblicherweise wird diese Frequenz über einen Sieuerknopf 66 eingestellt, der einen Geschwindigkeitsanzeiger aufweist. Ein solches künstliches Log kann beispielsweise dann verwendet werden, wenn starke Gezeitenbewegung vorliegt oder wenn man die Dezentrierung nicht in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit des Schiffes durch das Wasser, sondern in Übereinstimmung mit einer geschätzten Be-

6g wegung des Schiffes über Grund haben will. Falls es erforderlich ist, kann auch für eine Einstellungsmöglichkeit der Welle 20 des Digitalisators von Hand gesorgt sein, um eine Einstellung gemäß einer vor-

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bestimmten Fahrtrichtung an Stelle des Kompaßkurses des Fahrzeugs vornehmen zu können, falls wesentliche Unterschiede zwischen dem Kompaßkurs und der Fahrtrichtung vorliegen sollten.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Radar-Lageplananzeiger für Fahrzeuge zur Darstellung der wahren Bewegungsbahnen der ge- ίο orteten Ziele durch Dezentrierung des Lagebildes entsprechend dem Kurs und der Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Dezentriersignale folgende Bauelemente vorgesehen sind:

a) ein Digitalisator (19) mit einer laufend entsprechend dem Kurs eingestellten Sinus-Cosinus-Codierscheibe und einem Codeumsetzer, der nach Eingabe eines Auslöseimpulses zwei der Stellung der Codierscheibe entsprechende, dem Sinus und dem Cosinus des Kurses proportionale Impulsfolgen sowie dem jeweiligen Vorzeichen des Sinus und Cosinus entsprechende Signale abgibt;

b) ein Impulslog (16), dessen Ausgangsimpulse als Auslöseimpulse auf den Codeumsetzer geschaltet sind;

c) zwei vorwärts und rückwärts zählende, an die Ausgänge des Digitalisators (19) angeschlossene Zähler (23,41), die die den Kurskomponenten entsprechenden Impulsfolgen vorzeichengerecht summieren und nach Erreichen eines vorgegebenen Wertes einen Ausgangsimpuls abgeben;

d) zwei Summierwerke (29), die jeweils die von den Zählern (23, 41) gelieferten Ausgangsimpulse in einem Register (30, 44) summieren und die Summe mittels eines Decoders (32 bis 34) in eine als Dezentriersignal verwendbare Analoggröße umwandeln.

2, Radar-Lageplananzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Zähler (23, 41) und die jeweiligen Summierwerke (29) Impulsteiler (60, 61, 62) eingefügt sind, die die einlaufenden Impulsfolgen in einstellbarem Verhältnis untersetzen,

3. Radar-Lageplananzeiger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Lieferung von Rückstellimpulsen dienender Impulsgenerator (50) vorgesehen ist, der wahlweise mittels Umschaltern (28, 43, 54) auf die Eingänge der Summierwerke (29) geschaltet werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 817192,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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