CH681490A5

CH681490A5 -

Info

Publication number: CH681490A5
Application number: CH103390A
Authority: CH
Inventors: Heinrich Klose
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1989-04-05
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1993-03-31
Also published as: DD281245A5; DE4007713A1; DE4007713C2

Description

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufhängung einer photogrammetrischen Luftbildmesskammer gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung in photogrammetrischen Luftbildmesskam-mern, die in horizontstabilisierten Plattformen aufgehängt sind. The present invention relates to a suspension of a photogrammetric aerial image measuring chamber according to the preamble of claim 1. The invention is preferably used in photogrammetric aerial image measuring chambers which are suspended in horizontally stabilized platforms.

Praktische Ergebnisse von Bildflügen unter turbulenten Flugbedingungen zeigen, dass trotz Bildwanderungsausgleich und dynamisch stabilisierten Plattformen immer noch unkompensierte Bildwanderungskomponenten durch azimutale Drehbewegungen des Flugzeugs vorhanden sind. Unter mittelturbulenten Flugbedingungen werden Winkelgeschwindigkeiten bis 3 °/s bei Frequenzen von 0,5 Hz gemessen. Die dadurch resultierenden Bildwanderungen betragen Practical results from image flights under turbulent flight conditions show that, despite image migration compensation and dynamically stabilized platforms, there are still uncompensated image migration components due to azimuthal rotational movements of the aircraft. Under medium-turbulent flight conditions, angular velocities up to 3 ° / s are measured at frequencies of 0.5 Hz. The resulting image movements are

A e'K = r - sin ( k • t), wobei A e'K'. Bildwanderungsbetrag r: Radius des betroffenen Bilddetails vom Bildmittelpunkt k: azimutale Winkelgeschwindigkeit t: Belichtungszeit bedeuten. A e'K = r - sin (k • t), where A e'K '. Image migration amount r: Radius of the affected image detail from the image center k: azimuthal angular velocity t: exposure time.

Das bedeutet beispielsweise bei einer azimutalen Winkelgeschwindigkeit von 2 °/s und einer Belichtungszeit von 1/100 s in den Bildecken einer 23 x 23 cm2 Messkammer eine Bildwanderung von 56 um. For example, with an azimuthal angular velocity of 2 ° / s and an exposure time of 1/100 s in the image corners of a 23 x 23 cm2 measuring chamber, this means an image migration of 56 µm.

Bekannte stabilisierte Aufhängungen für Luftbildmesskammern (SU 448 442, US 3 703 999) stabilisieren nur die beiden horizontalen Kippachsen, können daher diesen Fehler nicht ausgleichen. Known stabilized suspensions for aerial photo measuring chambers (SU 448 442, US 3 703 999) only stabilize the two horizontal tilt axes and therefore cannot compensate for this error.

Ziel der Erfindung ist die Verringerung der Bildwanderung und die damit verbundene Genauigkeitserhöhung der Luftbildaufnahme. The aim of the invention is to reduce the image migration and the associated increase in accuracy of the aerial photo.

Aufgabe der Erfindung ist es, den durch azimutale Drehbewegungen des Flugzeuges verursachten Störfaktor bei der Luftbildaufnahme weitgehend auszugleichen. The object of the invention is to largely compensate for the interference factor caused by azimuthal rotational movements of the aircraft in the aerial photograph.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einer Aufhängung einer photogrammetrischen Luftbildmesskammer, die zur Korrektur des Flugzeugab-driftwinkels einen ersten Regelkreis enthält, der den von einem Steuer- oder Navigationsgerät ermittelten Abdriftwinkel-Sollwert kompensierend auf die Luftbildmesskammer überträgt, dadurch gelöst, dass ein zweiter Regelkreis vorgesehen ist, der Mittel enthält, die die Abdriftwinkelgeschwindigkeit der Luftbildmesskammer gegen Null oder auf eine von der Regelabweichung des ersten Regelkreises durch weitere Mittel abgeleitete Korrekturwinkelgeschwindigkeit regeln. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass aus dem ersten Regelkreis, bestehend aus einem Winkelaufnehmer, der den Ist-Abdriftwinkel zwischen Luftbildmesskammer und Flugzeug misst, und einem ersten Summierer, der diesen Istwert mit dem Abdriftwinkel-Sollwert des Steuer- oder Navigationsgerätes vergleicht, die sich ergebende Regelabweichung über einen Begrenzungsverstärker und einen Pegelsteller einem zweiten Summierer des zweiten Regelkreises als Winkelgeschwindigkeits-Sollwert zugeführt und durch diesen zweiten Summierer mit dem Winkel-geschwindigkeits-lstwert eines mit der Luftbildmesskammer verbundenen Winkelgeschwindigkeitssensors verglichen wird und die aus diesem Vergleich resultierende Differenz als Stellgrösse über einen Regler und einen Antrieb auf die Luftbildmesskammer einwirkt, bis die Winkelgeschwindigkeit dem Ausgangspegel des Pegelstellers proportional ist. The object is achieved according to the invention in a suspension of a photogrammetric aerial image measuring chamber, which contains a first control circuit for correcting the aircraft drift angle, which compensatingly transmits the desired drift angle value determined by a control or navigation device to the aerial image measurement chamber, in that a second control circuit is provided , which contains means which regulate the drift angular velocity of the aerial image measuring chamber towards zero or to a correction angular velocity derived from the control deviation of the first control loop by further means. An advantageous embodiment of the invention consists of the fact that the first control loop, consisting of an angle sensor, which measures the actual drift angle between the aerial image measuring chamber and the aircraft, and a first totalizer, which compares this actual value with the desired drift angle value of the control or navigation device, the resulting control deviation is fed via a limiting amplifier and a level adjuster to a second totalizer of the second control circuit as the nominal angular velocity value and is compared by this second summator with the actual angular velocity value of an angular velocity sensor connected to the aerial image measuring chamber and the difference resulting from this comparison as a manipulated variable acts on the aerial image measuring chamber via a controller and a drive until the angular velocity is proportional to the output level of the level controller.

Weiterhin ist es günstig, dass der Ausgang des Begrenzungsverstärkers über einen Tiefpass mit einer Zeitkonstante von mehreren Sekunden mit dem Eingang eines Fensterkomparators verbunden ist, der, falls das Eingangssignal den Fensterbereich verlässt, den Ausgangspegel des Pegelstellers auf einen grösseren Wert umschaltet. Das ist der Fall, wenn über einen grösseren Zeitraum eine einseitige Regelabweichung des ersten Regelkreises vorliegt, d.h. die absolute Abdriftposition hat eine grössere Differenz zwischen Soll- und Istwert (z.B. nach einer geflogenen Kurve). Die Umschal-tung des Pegelstellers bewirkt nun eine grössere Korrekturgeschwindigkeit des zweiten Regelkreises, wodurch die neue Abdriftposition schneller erreicht wird. Ein Rechner kann den ermittelten Flugzeugabdriftwinkel mit dem Ist-Abdriftwinkel der Luftbildmesskammer vergleichen, wobei der Rechner dem Begrenzungsverstärker ein Korrektursignal zuführt, und die Pegelumschaltung des Pegelstellers vornehmen kann. It is also favorable that the output of the limiting amplifier is connected via a low pass with a time constant of several seconds to the input of a window comparator which, if the input signal leaves the window area, switches the output level of the level control to a larger value. This is the case if there is a one-sided control deviation of the first control loop over a longer period, i.e. the absolute drift position has a larger difference between the setpoint and actual value (e.g. after a flown curve). Switching the level adjuster now causes a higher correction speed of the second control loop, which means that the new drift position is reached more quickly. A computer can compare the determined aircraft drift angle with the actual drift angle of the aerial photo measuring chamber, the computer supplying the limiting amplifier with a correction signal and being able to switch the level of the level controller.

Die Erfindung wird nachstehend anhand schema-tischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with the aid of schematic drawings. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Aufhängung der Luftbildmesskammer, 1 is a schematic diagram of the suspension of the aerial photo measuring chamber,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer ersten Aufhängung, und Fig. 2 is a block diagram of a first suspension, and

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer zweiten Aufhängung. Fig. 3 is a block diagram of a second suspension.

Die Kammer 1 ist in einem Abdriftdrehlager 14 gelagert, das im Aufhängungsoberteil 15 angeordnet ist. Das Oberteil 15 ruht über einer Horizontie-rungseinrichtung auf einem Unterteil 16. Der Abdriftwinkel zwischen Kammer und Flugzeug wird durch einen Winkelaufnehmer 7 gemessen, der mit dem Oberteil 15 fest verbunden ist. The chamber 1 is mounted in a drift pivot bearing 14 which is arranged in the upper suspension part 15. The upper part 15 rests on a lower part 16 above a leveling device. The drift angle between the chamber and the aircraft is measured by an angle sensor 7, which is firmly connected to the upper part 15.

Der Winkel zwischen Drehlager 14 und Oberteil 15 wird über einen Antrieb 5 eingestellt, der ebenfalls mit dem Oberteil 15 fest verbunden ist. Am Drehlager 14 ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor 2 vorgesehen. Wie in Fig. 2 dargestellt, bildet der Winkelgeschwindigkeitssensor 2 zusammen mit dem Summierer 3, dem Regler 4 und dem Antrieb 5 einen Regelkreis, der die azimutale Winkelgeschwindigkeit der Messkammer 1 auf eine Winkelgeschwindigkeit regelt, die dem Ausgangssignal des Pegelstellers 12 proportional ist (im Normalfall Null). Ist die Messkammer 1 am Anfang der Flugtrasse entsprechend zu dieser ausgerichtet, bleibt die Messkammer während der Aufnahme der Luftbilder über der Trasse immer konstant zur Trasse ausgerichtet -unabhängig von dynamischen azimutalen Drehungen des Flugzeugs, die z.B. durch Turbulenzen The angle between the pivot bearing 14 and the upper part 15 is set via a drive 5, which is also firmly connected to the upper part 15. An angular velocity sensor 2 is provided on the rotary bearing 14. As shown in Fig. 2, the angular velocity sensor 2 together with the summer 3, the controller 4 and the drive 5 forms a control circuit which regulates the azimuthal angular velocity of the measuring chamber 1 to an angular velocity which is proportional to the output signal of the level controller 12 (in the normal case Zero). If the measuring chamber 1 at the beginning of the flight path is aligned accordingly to this, the measuring chamber always remains constantly aligned with the path during the taking of the aerial photos above the path - regardless of dynamic azimuthal rotations of the aircraft, which e.g. through turbulence

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oder Korrekturmanöver des Piloten hervorgerufen werden. or corrective maneuvers of the pilot.

Da dieser schnelle Regelkreis die Messkammer in jeder beliebigen azimutalen Position fixiert, wird ihm ein weiterer langsamer Regelkreis überlagert, der die Ausrichtung der Messkammer zur Flugtrasse wie die herkömmliche Abdriftsteuerung ermöglicht. Since this fast control loop fixes the measuring chamber in any azimuthal position, another slow control loop is superimposed on it, which enables the alignment of the measuring chamber to the flight path like the conventional drift control.

Dazu ist ein weiterer Messwertumformer 7 (Winkelmessung z.B. mit Potentiometer) vorgesehen, der den Winkel zwischen Messkammeraufhängung 15/16 (identisch mit Flugzeugsabdrift) und Messkammer 1 misst. Dieser Messwert (Istwert) wird im Summierer 8 mit dem Sollwert verglichen. Das Ergebnis ist eine Regelabweichung, die über den Begrenzerverstärker 11 und den Pegelsteller 12 dem Summierer 3 des schnellen Regelkreises als Führungsgrösse für die Soll-Winkelgeschwindigkeit zur Abdriftkorrektur zugeführt wird. For this purpose, a further transducer 7 (angle measurement e.g. with a potentiometer) is provided, which measures the angle between the measuring chamber suspension 15/16 (identical to aircraft drift) and measuring chamber 1. This measured value (actual value) is compared in summer 8 with the target value. The result is a control deviation, which is fed via the limiter amplifier 11 and the level adjuster 12 to the summer 3 of the fast control loop as a reference variable for the target angular velocity for the drift correction.

Im Normalfall (während der Luftbildaufnahme) ist die Korrekturwinkelgeschwindigkeit so klein festgelegt (z.B. 0,2 °/s), dass die dadurch hervorgerufene Bildwanderung in den Luftbildern vernachlässigbar klein bleibt. Das dem Winkelmesswert des Messwertumformers 7 überlagerte dynamische azimutale Flugzeugpendeln (Regeln des schnellen Regelkreises) wird dabei durch das wesentlich langsamere Nachführen des langsamen Regelkreises weitestgehend integriert. In normal cases (during aerial photography) the correction angular velocity is set so small (e.g. 0.2 ° / s) that the resulting image migration in the aerial photos remains negligibly small. The dynamic azimuthal aircraft pendulum (rules of the fast control loop) superimposed on the angle measurement value of the measurement transducer 7 is largely integrated by the much slower tracking of the slow control loop.

Durch eine Veränderung der Abdriftwinkel-Soll-grösse entsteht ein einseitiges Korrektursignal am Ausgang des Begrenzerverstärkers 11, das solange anliegt, bis die Messkammer 1 nachgeführt ist und das Signal der Winkeldifferenz nach dem Summierer 8 wieder nullpunktsymmetrisch pendelt. Für die Korrektur grösserer Winkelbeträge, wie das z.B. nach einer geflogenen Wende erforderlich ist, würde die neue Positionierung der Messkammer mit der langsamen Korrekturwinkelgeschwindigkeit zu viel Zeit in Anspruch nehmen. Zu diesem Zweck wird das Korrektursignal nach dem Begrenzerverstärker 11 über einen Tiefpass 9 (mit relativ grosser Zeitkonstante) dem Fensterkomparator 10 zugeführt. Läuft nach einer definierten Zeit (z.B. 20 s) der Tiefpass-Ausgang aus dem Fenster des Fen-sterdiskriminators hinaus, schaltet dieser den Pegelsteller 12 um. Der Summierer 3 wird mit einer wesentlich grösseren Führungsgrösse beaufschlagt, so dass die Korrektur der Abdriftposition mit einer wesentlich grösseren Winkelgeschwindigkeit erfolgt. Ist die vorgesehene Abdriftposition erreicht, wird das Signal am Tiefpass-Ausgang wieder kleiner, und der Fensterdiskriminator schaltet den Pegelsteller wieder auf Normal-(langsam)-Korrektur-winkelgeschwindigkeit zurück. By changing the setpoint drift angle, a one-sided correction signal is produced at the output of the limiter amplifier 11, which is present until the measuring chamber 1 is tracked and the signal of the angle difference after the adder 8 oscillates again with zero-point symmetry. For the correction of larger angular amounts, e.g. after a flown turn is required, the new positioning of the measuring chamber with the slow correction angular velocity would take too much time. For this purpose, the correction signal after the limiter amplifier 11 is fed to the window comparator 10 via a low-pass filter 9 (with a relatively large time constant). If the low-pass output runs out of the window of the window discriminator after a defined time (e.g. 20 s), this switches the level adjuster 12. The adder 3 is loaded with a much larger command variable, so that the correction of the drift position is carried out with a substantially greater angular velocity. When the intended drift position is reached, the signal at the low-pass output becomes smaller again and the window discriminator switches the level control back to the normal (slow) correction angular velocity.

Der Abdrift-Sollwert wird wie bei klassischen un-stabilisierten Systemen manuell durch ein Steuergerät 17 gemessen und durch einen Messwertumformer (Potentiometer) elektrisch zur Messkammer-Abdriftsteuerung übertragen, oder ein Mikroprozessor 13 übernimmt den Abdrift-Sollwert 6 von einem beliebigen System (z.B. einem Steuergerät 17 oder einem Navigationssystem), den Abdrift-Ist-wert von dem Messwertgeber 7 und liefert ein entsprechendes Korrektursignal (nach Soll-Ist-Wert- The drift setpoint is measured manually as in classic unstabilized systems by a control unit 17 and transmitted electrically to the measuring chamber drift control by a transducer (potentiometer), or a microprocessor 13 takes over the drift setpoint 6 from any system (e.g. a control unit) 17 or a navigation system), the actual drift value from the measuring value transmitter 7 and delivers a corresponding correction signal (according to the target actual value

Vergleich) an den Begrenzerverstärker 11. Ein Mikroprozessor 13 kann auch in den Pegelsteller 12 eingreifen und nach anderen Kriterien die Schnell-Abdrift-Position ein- und ausschalten. Comparison) to the limiter amplifier 11. A microprocessor 13 can also intervene in the level controller 12 and switch the rapid drift position on and off according to other criteria.

Claims

1. Suspension of a photogrammetric aerial image measuring chamber (1) which contains a first control circuit (7, 8, 11, 12, 3, 4, 5) for correcting the aircraft drift angle, which contains the desired drift angle determined by a control or navigation device (17) value (6) transmits compensating to the aerial image measuring chamber (1), characterized in that a second control circuit (2, 3, 4, 5) is provided which contains means which reduce the drift angular velocity of the aerial image measuring chamber (1) to zero or to one regulate the correction angular velocity derived from the control deviation of the first control loop by further means.

2. Suspension according to claim 1, characterized in that from the first control loop, consisting of an angle sensor (7), which measures the actual drift angle between the air image measuring chamber (1) and the aircraft, and a first totalizer (8), which includes this actual value compares the setpoint drift angle (6) of the control or navigation device (17), the resulting control deviation is fed via a limiting amplifier (11) and a level controller (12) to a second summer (3) of the second control circuit as the setpoint angular velocity and is compared by this second summer (3) with the actual angular velocity value of an angular velocity sensor (2) connected to the aerial image measuring chamber, and the difference resulting from this comparison as a manipulated variable via a controller (4) and a drive (5) Aerial measurement chamber (1) acts until the angular velocity is proportional to the output level of the level adjuster (12).

3. Suspension according to claim 1 or 2, characterized in that the output of the limiting amplifier (11) is further connected via a low pass (9) with a time constant of several seconds to the input of a window comparator (10) which, if the input signal Leaves the window area, switches the output level of the level controller (12) to a larger value.

4. Suspension according to claim 3, characterized in that a computer (13) compares the determined aircraft drift angle with the actual drift angle of the aerial image measuring chamber (1), the computer (13) supplying the limiting amplifier (11) a correction signal and the level changeover of the level adjuster (12).

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