DE2337880A1

DE2337880A1 - Verfahren zum erzeugen eines simulierten radarbilds

Info

Publication number: DE2337880A1
Application number: DE19732337880
Authority: DE
Inventors: Dan Cohen; Robert Alan Heartz
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-08-03
Filing date: 1973-07-26
Publication date: 1974-02-28
Also published as: US3769442A; IT993642B; CA995816A; CH554036A; DE2337880C2; GB1397205A

Description

PatenkmwöÜe

DL-Ing. Wilhelm Beichel DipL-Ing. Woligang Reichel

6 Frankfurt a. M. 1 7555

Parkstrafle 13

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady (N.Y., USA)

Verfahren zum Erzeugen eines simulierten Radarbilds

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines simulierten Radarbilds mit Hilfe der gespeicherten Koordinaten von aus einer Originalvorlage ausgewählten Landmarken, bei welchem Verfahren diese Landmarken durch eine Folge von aneinander anschliessenden und durch ihre beidseitigen Endpunkte bestimmten Linien dargestellt werden, wozu für jede Linienfolge ein Anfangspunkt gewählt und dessen auf einen Koordinaten-Nullpunkt bezogene x, y, z-Koordinaten gespeichert werden.

Bordradars für Luftfahrzeuge, wie beispielsweise der "Plan Position Indicator" (PPI), liefern nicht nur wichtige Informationen für die Navigation eines Luftfahrzeugs, sondern können beispielsweise auch für die Identifizierung eines Funkmessziels verwendet werden. Um die auf dem Radarbildschirm dargestellte Information richtig zu interpretieren, ist jedoch ein gewisses Mass an fachmännischem

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Können erforderlich. Um das Aneignen solchen fachmännischen Könnens durch praktische Erfahrung, d.h. durch das Beobachten von Radarbildschirmen während des Flugs eines Luftfahrzeugs über unterschiedlichem Terrain und bei unterschiedlichem Wetter zu vereinfachen, sind schon verschiedene Verfahren entwickelt worden, welche die tatsächlichen Radarsignale auf einem Radarbildschirm simulieren. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in dem U.S.-Patent 3·131'247 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden transparente Fotos, welche den Höhenverlauf der Landmasse zeigen, und andere transparente Fotos, welche die Reflektionseigenschaften ausgewählter Bereiche dieser Landmasse für Radarsignale zeigen, mit einem Lichtpunkt (Flying Spot) abgetastet, um ein PPI-BiId zu erzeugen. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Transparente ausgetauscht werden müssen, sobald das Luftfahrzeug beim simulierten Flug eine Position erreicht, in der der vom Radar überwachte Bereich ausserhalb des auf einem dieser transparenten Fotos dargestellten Bereichs liegt. Ein weiterer Nachteil ist, dass bei Aenderungen der Kulturlandmarken, beispielsweise neue Brücken, Bauwerke usw., die Transparente zur Wiedergabe der dadurch bewirkten geänderten Radarechos ebenfalls geändert werden müssen. Schliesslich kann bei diesem Verfahren die Auflösung des simulierten Radarbilds nicht über die Auflösung der Fotos gesteigert werden.

Wegen der aufgezeigten Nachteile sind schon viele Bemühungen unternommen worden, das beschriebene Verfahren zu verbessern. Ein Lösungsvorschlag war, die Landmasse in eine Vielzahl von regelmässige Abstände voneinander aufweisende Punkte aufzuteilen und jedem Punkt ein digitales Datenwort zuzuordnen, das die Breiten- und Ländengrade, die Höhe und die Reflektionsfähigkeit für Radarsignale enthält und die

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auf diese Weise kodierten digitalen Daten zum Erzeugen ei nes simulierten Radarbilds zu verwenden.

Die Anzahl der Punkte, denen bei der Ausführung dieses Lösungsvorschlags ein Datenwort zugeordnet werden muss, ist von der für das Radarbild geforderten Auflösung abhängig. Die Auflösung des Radarbilds ist ihrerseits von der Anzahl der Bildelemente in jeder Zeile oder Ablenkspur abhängig. Ein typischer Wert sind 1000 Bildelemente pro Ablenkspur. Wenn eine lineare Auflösung von 30 m verlangt wird, ent-

spricht jede 9 00 m grosse Fläche einem Punkt, dem ein Datenwort zugeordnet werden muss. Das Kodieren der auf dem Kontinent liegenden 48 Staaten der USA würde bei dieser Auflösung mehr als 10 Datenwörter erfordern. Das bedeutet nicht nur eine "Herkulesarbeit" bezüglich der Datenaufbereitung, sondern erfordert auch eine riesige Speicherkapazität. Weiter erfordert ein PPI-BiId mit 1000 Bildelementen pro Ablenkung und 4000 Ablenkspuren pro Bild die Verarbeitung von 4 · 10 Bildelementen bzw. Datenwörtern für jedes Bild. Das bedeutet aber, dass eine Lösung des gestellten Problems, bei der für ein simuliertes PPI-Echtzeit-Bild jedes Bildelement verarbeitet wird, unannehmbar unökonomisch ist. Wenn anderseits durch die Verwendung von weniger Bildelementen die Auflösung verringert wird, verliert der Simulator seine Wirklichkeitsnähe.

Einen bezüglich Datenaufbereitung und materiellem Aufwand ökonomischeren Vorschlag haben R.A. Heartz und W.M. Bunker am 2. April 1971 beim South Eastern Section Meeting der "Analog/Hybrid Computer Education Society" unter dem Titel "Radar Display Simulation for Training" vorgetragen. Nach diesem Vorschlag sollen nur die auffallenden Landmarken kodiert und wiedergegeben werden. Dazu werden diese Land-

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marken durch eine Folge aneinanderliegender, gerader Linien dargestellt und durch die x, y und z-Koordinaten der Endpunkte dieser Linien definiert. Obwohl durch diesen Vorschlag viele Daten, welche für die Wiedergabe eines realistischen Radarbilds nicht erforderlich sind, eliminiert werden können, erfordert die Darstellung und Bestimmung jeder Linie auf die beschriebene Weise immer noch eine grosse Speicherkapazität.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das die beschriebenen Nachteile vermeidet, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass zum Komprimieren der zu speichernden Koordinaten aller weiteren Linienendpunkte der Linienfolge und dadurch bewirkter Verringerung der zum Speichern dieser Koordinaten erforderlichen Speicherkapazität nur die Koordinateninkremente 6x, 6y, 6z bezüglich des vorherigen Linienendpunkts gespeichert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des neuen Verfahrens werden mit jeden einen Linienendpunkt definierenden Koordinateninkrementen die Codes für die Radar-Reflektionen der rechts und links der diesen Linienendpunkt mit dem vorherigen Linienendpunkt verbindenden Linie angeordneten Bereiche gespeichert.

Bei einer anderen Ausführungsform des neuen Verfahrens werden die Koordinaten des Anfangspunkts der Linienfolge und die Koordinateninkremente der Linienendpunkte auf einem magnetischen Speichermaterial gespeichert.

Diese letztere Ausführungsform ermöglicht auch, für jedes diskrete Radarziel mit den Koordinateninkrementen auch

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dessen Grosse und Intensität betreffende Codes zu speichern,

Durch die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich, die zum Aufbereiten der Daten erforderliche Arbeit auf einen sinnvollen Umfang zu beschränken und für das Speichern der ausgewählten Koordinaten und Koordinateninkremente handelsübliche Speicher mit vorzugsweise magnetischem Speichermaterial zu verwenden.

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figur an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben.

Die Figur zeigt schematisch ein simuliertes Radarbild mit einer Auslenkspur und einer eine Landmarke beschreibenden Linienfolge.

Bei der Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird zur Auswahl der zu kodierenden 'Landmarken eine topographische Karte oder eine andere Darstellung, welche die zu kodierende Region oder Landmasse beschreibt, verwendet. Bergrücken, welche bei der Radarbeobachtung wichtige, gut sichtbare Landmarken sind, werden bei diesem Verfahren als eine Folge von aneinanderliegenden, geraden Linien dargestellt, welche Linien durch ihre beiden Endpunkte bestimmt sind. Um die Anzahl der diese Endpunkte definierenden und zu speichernden Daten kleinstmöglich zu halten, wird zuerst ein Startpunkt, der beispielsweise der Anfang einer geraden Linie sein kann, gewählt. Die den Startpunkt mit dem nächsten Endpunkt verbindende Linie ist dann durch den Startpunkt und diesen nächsten Endpunkt bestimmt. Entsprechend wird auch die nächstfolgende Linie durch ihre beiden Endpunkte bestimmt.

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Dieses Vorgehen ist in der Figur dargestellt. Die Figur zeigt den vom Bordradar eines in der Position A befindlichen Luftfahrzeugs erfassten Bereich 12, eine Ablenkspur 16 und die Endpunkte 1-10 einer Folge von geraden, aneinander anschliessenden Linien. Die Linien zwischen den Endpunkten 1-7 stellen einen Bergrücken dar. Die Endpunkte 8-10 begrenzen einen Hügel, und der Endpunkt 8 bezeichnet die Spitze dieses Hügels. Die Endpunkte 7 und 8, welche das Ende des Bergrückens und die Spitze des Hügels bestimmen, sind durch eine gedachte Linie miteinander verbunden.

Um die Anzahl der zum Difinieren der Endpunkte benötigten binären Zeichen kleinstmöglich zu halten, ist. nur der Startpunkt 1 durch seine x, y und s-Koordinaten definiert. Dazu werden zwei Datenwörter verwendet. Die x, y und z-Koordinaten beziehen sich auf einen wählbaren Ausgangspunkt und können beispielsweise eine bestimmte Länge, Breite und die Höhe dieses Punkts deirirsieren. Die weiteren Endpunkte werden nur durch ihre Eoordinateninkremente (Sx, £y und Sz) gegenüber dem vorhergehenden Endpunkt definiert. Zum Kodieren der Koordinateninkremente eines Endpunkts ist nur ein Datenwort erforderlich. Ein zweites Datenwort kann dann zum Kodieren der diesem Endpunkt zugeordneten Radar-Reflektion verwendet werden.

Auf ähnliche Weise werden auch Tallinien oder kennzeichnende Aenderungen der Geländeneigung kodiert. Weil diese für das Radarbild weniger bedeutend sind, kann dessen Darstellung weniger genau sein, was eine weitere Datenkompression ermöglicht. Gebiete mit unterschiedlicher Radar-Reflektion, wie beispielsweise die Grenzen zwischen Wasser und Land oder Landschaft und Stadt, werden ebenfalls innerhalb auswählbarer Fehlergrenzen durch Linien dargestellt,

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welche die Grenzen und die Reflektionsfähigkeit auf der
Rechten und auf der Linken dieser Linien angeben.

Weiter erscheinen auf einem Radarschirmbild bestimmte,
diskrete Ziele, wie beispielsweise Oeltanks, Türme, Schiffe oder Gebäude als helle Flecken. Diese Flecken weisen
wenig zur Unterscheidung verwendbare Merkmale auf, müssen jedoch bezüglich des umgebenden Geländes und ihrer Lage
zueinander genau im simulierten Radarschirmbild eingeordnet sein. Solche Baumerkmale werden entsprechend ihrer Koordinateninkremente Sx, £y und 6z, ihrer Reflektionsintensistät und Flächenausdehnung kodiert. Lange und dünne Baumerkmale, wie beispielsweise Strassen, Dämme, Kanäle usw., welche zu schmal sind, um durch Grenzlinien dargestellt zu werden, werden als Ziellinien dargestellt. Diese werden
mit Hilfe der Koordinateninkremente Sx, &y und 6z ihrer
Endpunkte einer Reflektionsintensität und einer Breite kodiert. Komplexe Baumerkmale können durch eine Kombination von durch ihre Endpunkte bestimmte Linien und punktförmige Ziele kodiert werden.

Auf diese Weise kann ein komprimiertes, digitales Modell
entwickelt werden, welches alle als wichtig bewerteten gegenseitigen Anordnungen und die Radarreflektionseigenschaften von Landmarken enthält und als ein Netzwerk von Linien und Punkten gespeichert werden kann. Solche Linien, welche unterschiedliche Landmarken oder Ziele miteinander verbinden (z.B. die Linie zwischen den Punkten 7 und 8 in der
Figur)", werden als imaginäre Linien bezeichnet. Die imaginären Linien werden bei der Darstellung des Modells im Simulator nicht gezeigt.

Die auf die beschriebene Weise gewonnenen Daten werden
dann in einem geeigneten Speicher, beispielsweise auf ei-

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nem Magnetband oder einer Magnetplatte, gespeichert.

Vor der optischen Darstellung werden die Daten, welche die Darstellung der für einen bestimmten simulierten Flug oder Einsatz erforderlichen Landmarken ermöglichen, vorzugsweise vom Magnetband auf ein anderes Medium, beispielsweise auf eine Trommel, übertragen. Dadurch kann ein rascherer Zugriff erreicht werden. Die geeigneten Daten können in der Form ihrer χ und y-Koordinaten leicht identifiziert werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

D Verfahren zum Erzeugen eines simulierten Radarbilds mit Hilfe der gespeicherten Koordinaten von aus einer Originalvorlage ausgewählten Landmarken, bei welchem Verfahren diese Landmarken durch eine Folge von aneinander anschliessenden und durch ihre beidseitigen Endpunkte bestimmten Linien dargestellt werden, wozu für jede Linienfolge ein Anfangspunkt gewählt und dessen auf einen Koordinaten-Nullpunkt bezogene x, y, z-Koordinaten gespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Komprimieren der zu speichernden Koordinaten aller weiteren Linienendpunkte der Linienfolge und dadurch bewirkter Verringerung der zum Speichern dieser Koordinaten erforderlichen Speicherkapazität nur die Koordinateninkremente öx, 6y, «Sz bezüglich des vorherigen Linienendpunkts gespeichert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinaten des Anfangspunkts der Linienfolge und die Koordinateninkremente der Linienendpunkte auf einem magnetischen Speichermaterial gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit jeden einen Linienendpunkt definierenden Koordinateninkrementen die Codes für die Radar-Reflektionen der rechts und links der diesen Linienendpunkt mit dem vorherigen Linienendpunkt verbindenden Linie angeordneten Bereiche gespeichert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diskrete Radarziele mittels der Koordinateninkremente eines auf einer der Linienfolgen liegenden Punktes gespeichert werden.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes diskrete Radarziel mit den Koordinateninkrementen auch dessen Grosse und Intensität betreffende Codes gespeichert werden.

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S/mm 18.7.73