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Verfahren zur Darstellung der scheinbaren Bewegungsvorgänge zweier
Körper mittels Elektronenstrahlen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung der scheinbaren Bewegungsvorgänge
zweier Körper, insbesondere eines gelenkten Flugkörpers und eines von ihm zu erreichenden
Zieles, mittels Elektronenstrahlen und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Derartige, allgemein als Simulatoren bezeichnete Einrichtungen bilden
die Bewegungsvorgänge eines gelenkten Flugkörpers und seine Reaktionen auf Steuerausschläge
nach und bringen sie mittels eines bewegten Leuchtfleckes zur Anzeige. Die dreidimensionale
Wirklichkeit wird hierbei durch eine annähernd perspektivische Projektion dargestellt,
deren Zentralstrahl durch das Auge der den Flugkörper lenkenden Person und das Ziel
gelegt ist. Die Dimension Tiefe tritt als Flugzeit des Flugkörpers vom Start bis
zum Ziel in Erscheinung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher bekannten, in
der Regel aus elektronischen Rechenschaltungen und einer kathodenstrahloszillographenähnlichen
Anzeigevorrichtung bestehenden Simulatoren zu vereinfachen in der Weise, daß solche
Fernsehbildsignale erzeugt werden, die dem nachzuahmenden Flugkörper und dem nachzuahmenden
Ziel entsprechen und die unabhängig voneinander gegenüber den in einem Taktgeber
erzeugten Bild-und Zeilenimpulsen beide durch manuellen Eingriff phasenmäßig verschiebbar
sind, derart, daß der resultierende Bildinhalt die momentane Lage des nachzuahmenden
Flugkörpers und des nachzuahmenden Zieles in einem rechtwinkligen Koordinatensystem
auf dem Bildschirm einer Bildröhre angibt.
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Das Verschieben des dem Ziel entsprechenden Bildinhalts kann auch
nach einem vorgegebenen Programm erfolgen. Auf alle Fälle erfolgt das Verschieben
der dem Flugkörper und dem Ziel entsprechenden Bildinhalte getrennt so daß die tatsächlichen
Bewegungsverhältnisse beim Lenken eines Flugkörpers in ein ortsfestes oder bewegliches
Ziel weitestgehend genau wiedergegeben werden.
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Die Zielentfernung wird durch eine einstellbare Zeitvorgabe simuliert,
nach deren Ablauf die Bewegungen von Flugkörper und Ziel gestoppt werden, um eine
Trefferkontrolle zu ermöglichen. Das Zusammentreffen von Flugkörper und Ziel im
Abschaltzeitpunkt kennzeichnet ein Helligkeitsblitz, der durch Auftasten des Wehneltzylinders
der Bildröhre erzeugt wird.
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Der ein Unterfliegen des Zieles verhindernde, ein Überfliegen anzeigende,
vom Beschauer des Bild- ; schirmes aus ansteigend gedachte Boden, der in dem eingangs
erwähnten, nicht zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag von einer sogenannten,
im. wesentlichen aus einem Differenzverstärker bestehenden Bodenautomatik gesteuert
wird, ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung durch eine graueingetastete Zeile
dargestellt, die sich proportional der Entfernung - also der abgelaufenen Flugzeit
- dem auf dem Bild dargestellten Flugkörper nähert.
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An Stelle der bisher üblichen Geräte, die in der Regel aus einer Einheit
für den zu simulierenden Flugkörper und einer Einheit für das zu simulierende Ziel
bestehen, die mittels Gleichlaufeinrichtungen verbunden sind und dementsprechend
viel Raum beanspruchen, ganz abgesehen davon, daß sie ungewöhnlich teuer sind, tritt
nunmehr ein Fernsehtaktgeber, dessen Horizontal- und Vertikalaustastimpulse für
die Erzeugung der zur Darstellung von Flugkörper und Ziel benötigten Bilder dienen,
also ein verhältnismäßig .einfaches und vor allem preiswertes Gerät. Darüber hinaus
entfallen besondere Anzeigevorrichtungen, da ein handelsüblicher Fernsehempfänger
für die Anzeige der Bewegungen von nachgeahmtem Flugkörper und nachgeahmtem Ziel
dient. Auch ist der Anschluß beliebig vieler Fernsehempfänger an einen einzigen
erfindungsgemäßen Taktgeber möglich, so daß befebig viele Personen einen simulierten
Lenkvorgang beobachten können.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gerät kann ferner ein Landschaftsbild in
den die Bewegungsvorgänge von Flugkörper und Ziel anzeigenden Fernsehempfänger
eingeblendet
werden, so daß auf dem Bildschirm ein wirklichkeitsgetreues Abbild eines sich im
Gelände bewegenden Zieles und eines im darüberliegenden Luftraum fliegenden Flugkörpers
erscheint. Wird ferner an Stelle einer Direktsichtröhre als Anzeigeröhre eine -Projektionsröhre
verwendet, so ist es möglich, den Bildinhalt auf eine Leinwand zu projizieren. Auf
diese Weise wird auf einfachste Weise ein sogenanntes Schießkino erhalten.
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Es ist zwar bekannt, bei Fliegerschulungsgeräten zum Zweck der sichtbaren
Wiedergabe des scheinbar überflogenen Panoramas eine Fernsehkamera mit dem Schulungsgerät
zu koppeln und auf eine zeichnerische Bodendarstellung zu richten, derart, daß auf
einem vor dem Flugschüler aufgebauten Bildschirm die Bildausschnitte aufgezeichnet
werden, die der Pilot beim Fliegen eines reellen Flugzeuges wahrnehmen würde. Diese
Einrichtung ist aber nicht nur in ihrer Aufgabenstellung von der Erfindung verschieden,
sondern auch in ihrem Lösungsweg. Die Bildsignale werden nämlich hier von einer
um die Hoch-, Längs- und Querachse beweglichen Bildaufnahmeröhre erzeugt, die ein
gezeichnetes Landschaftsbild abtastet.
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Schließlich ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines virtuellen Bildes
eines Flugzeuges auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre bekannt; an deren
Ablenkplatten eine mechanisch oder elektrisch regelbare Wechselspannung gelegt ist,
derart, daß Position und Größe des Flugzeugbildes sich in vorbestimmter Weise ändern.
Diese kathodenstrahloszillographenähnliche Einrichtung ist jedoch nicht in der Lage,
Bildsignale willkürlich veränderbaren Bildinhaltes zu erzeugen, die einer herkömmlichen
Fernsehnorm entsprechen.
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Näheres über die Erfindung ergibt sich aus der Beschreibung in Verbindung
mit den Zeichnungen, in denen eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens schematisch dargestellt ist. Im einzelnen zeig Fig. 1 das Blockschaltbild
einer Einrichtung zur Erzeugung eines einen Flugkörper oder ein Ziel darstellenden
Bildsignals gemäß der Erfindung, Fig. 2 den Impulsplan für die in Fig. 1 dargestellte
Einrichtung und Fig. 3 das Prinzipschema einer vollständigen Einrichtung zur Darstellung
der Bewegungsvorgänge von Flugkörper und Ziel auf dem Bildschirm einer Fernsehröhre.
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Um die die scheinbaren Bewegungen des zu lenkenden Flugkörpers und
seines zu erreichenden Zieles darstellenden Bildsignale auf der Bildröhre eines
handelsüblichen Fernsehempfängers sichtbar machen zu können, geht die Erfindung
von dem Grundbaustein der Fernsehtechnik, dem sogenannten Taktgeber aus, der im
nachfolgenden zum besseren Verständnis der Erfindung kurz erläutert wird.
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Der auch als Impulszentrale bezeichnete Taktgeber hat normalerweise
die Aufgabe, die normgerechten Synchron- und Austastimpulse sowie die im Studio
benötigten speziellen Impulse zu erzeugen. Als Ausgangsfrequenz dient die doppelte
Horizontalfrequenz, die entweder durch einen Quarz konstantgehalten oder durch eine
Regelspannung nachgestellt wird, welche sich durch Vergleich- der Vertikalfrequenz
mit der Netzfrequenz gewinnen läßt. Die Horizontalfreqenz wird durch eine Frequenzteilerstufe
(2:1) und die Vertikalfrequenz durch vier Teilerstufen (bei der 625-Zeilen-Norm
jeweils 5: 1) erzeugt. Als Frequenzteiler werden Multivibratoren oder Zählwerke
verwendet.
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Aus der Vertikal- und Horizontalfrequenz werden die entsprechenden
Synchron- und Austastimpulse formiert. Hierbei wird - ein rechteckiges Bild vorausgesetzt
- zwischen Horizontal- und Vertikalaustastimpulsen unterschieden. Der Horizontalaustastimpuls
ist ein der Aufnahmeröhre zugeführter und im Videosignal enthaltener bis zum Schwarzpegel
reichender Impuls mit Horizontalfrequenz. Er weist bei der 625-Zeilen-Norm eine
Breite von 180/0 der Zeilendauer (18% H) auf und wird als Ausgangspegel für den
Synchronimpuls genommen. Er beginnt 1% vor dem Horizontalsynchronimpuls und endet
80!o hinter ihm, so daß eine vordere und eine hintere Schwarzschulter entstehen.
Der Horizontalaustastimpuls wird im Empfänger zusammen mit dem Videosignal der Steuerelektrode
der Bildröhre zugeführt.
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Der Vertikalaustastimpuls ist ein ebenfalls der Aufnahmeröhre zugeführter
und im Videosignalgemisch enthaltener, bis zum Schwarzpegel reichender Impuls mit
Vertikalfrequenz. Er hat bei der 625-Zeilen-Norm eine Breite von 60/a der Teilbilddauer
(6% V) und beginnt beim ersten Vortrabant. Er umfaßt außer dem 7,5 Zeilen dauernden
Vertikalimpuls (einschließlich der Trabanten) die anschließenden 11,25 Zeilen, so
daß also die Bildmodulation für 18,75 Zeilen unterdrückt wird.
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Diese Bildaufnahme- und Bildwiedergaberöhre nach der Fernsehnorm synchronisierenden
Impulse werden auch hier benötigt, da eine Bildwiedergaberöhre handelsüblicher Bauart
zu steuern ist. Eine Bildaufnahrneröhre dagegen fehlt, da im vorliegenden Falle
der Bildinhalt - also die das scheinbare Bewegen von Ziel und Flugkörper darstellenden
Leuchtflecke - rein elektronisch erzeugt wird und nicht auf dem Umwege über eine
Bildaufnahmeröhre.
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Dem hier nicht dargestellten Fernsehtaktgeber sind daher je eine Schaltanordnung
nachgeschaltet, in denen die den nachzuahmenden Flugkörper und das nachzuahmende
Ziel darstellenden Bildsignale erzeugt werden. In Fig. 1 ist beispielsweise die
das Bildsignal des Flugkörpers erzeugende Schaltanordnung aufgezeichnet. Die einzelnen
Impulse dieser Schaltanordnung, die in Abhängigkeit der als Bezugssignale dienenden
Horizontal- und Vertikalaustastimpulse erzeug werden, sind aus Fig. 2 ersichtlich,
wo jeder Impulszug mit der gleichen Ziffer gekennzeichnet ist, die die zugehörige
Schaltstufe trägt.
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Die dem Fernsehtaktgeber über die Leitung 20 entnommenen Horizontalaustastimpulse
werden in einer Differenzierstufe 1 verstärkt und differenziert. Mit den positiven
Impulsteilen (vgl. auch Fig. 2) wird ein monostabiler Multivibrator 2 angestoßen,
dessen Impulslänge veränderlich ist. Das Ändern der Impulslänge erfolgt durch Ändern
der Entladezeitkonstante des Multivibrators, beispielsweise durch Verändern eines
regelbaren Widerstandes.
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Die durch Differentation in der Differenzierstufe 3 gewonnene Rückflanke
jedes Impulses veränderlicher Breite dient innerhalb eines monostabilen Multivibrators
4 der Erzeugung von Rechteckimpulsen, deren Länge die Breite des gewünschten Bildsignals
bestimmt.
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In gleicher Weise werden die Rechteckimpulse für die Bestimmung der
Größe der gewünschten Bildsignale gewonnen, indem die über eane Leitung 21
des
Fernsehtaktgebers entnommenen Vertikalaustastimpulse über die Differenzierstufe
1', den monostabilen, mit veränderlicher Zeitkonstante versehenen Multivibrator
2', die Differenzierstufe 3' und- den monostabilen Multivibrator 4' geleitet werden.
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Aus den die Multivibratoren 4 und 4' verlassenden Impulsen (Fig. 2)
läßt sich am einfachsten ein rechteckiges Bild gewinnen. Auf dem Bildschirm einer
Fernsehröhre ergeben nämlich die mit Zeilenfrequenz wiederkehrenden Impulse einen
Balken in senkrechter Richtung und die mit der Bildfrequenz wiederkehrenden Impulse
einen Balken in horizontaler Richtung. Werden beide Impulse in einer Additionsstufe
5 additiv gemischt und die nun entstehenden Impulse großer Amplitude in einer Siebstufe
6 ausgesiebt, so entsteht ein rechteckiges Bildsignal (Fig. 2, Ziffer 6). Hierbei
ist zu beachten, daß die im unteren Drittel der Fig. 2 dargestellten Impulse 4 und
4' den Impulsen 4 im oberen und 4' im mittleren Drittel der Fig. 2 entsprechen.
Nur ist zum Zweck einer übersichtlichen Darstellung - wie allgemein üblich - für
die Vertikalaustastimpulse 4' (mittleres Drittel) ein anderer Maßstab als für die
Horizontalaustastimpulse gewählt worden. Es beträgt nämlich beispielsweise die Horizontalfrequenz
bei einem Fernsehbild, welches in 625 Zeilen geschrieben wird, 15 625 Hz, während
die zugehörige Vertikalfrequenz nur 50 Hz beträgt.
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Um zu verhindern, daß die auf vorstehend genannte Weise erzeugten
Signale nicht auch im Rücklauf des Kathodenstrahles übertragen werden, ist eine
Austaststufe 7 vorgesehen, die über die Leitung 22 die Horizontalaustastimpulse
und über die Leitung 23 die Vertikalaustastimpulse zugeleitet bekommt. In einer
Endstufe 8 wird das ausgetastete Signal verstärkt und in die gewünschte Polarität
gebracht - positives oder negatives Bildsignal - je nachdem, ob das auf dem Bildschirm
erscheinende Signal schwarz oder weiß sein soll. In einer Mischstufe 9 werden die
Bildsignale mit den Synchronisierzeichen des Taktgebers gemischt. Die Horizontalaustastimpulse
werden über die Leitung 24, die Vertikalaustastirnpulse über die Leitung 25 der
Mischstufe 9 zugeleitet. Gegebenenfalls werden noch weitere Bildsignale beigefügt,
beispielsweise die eines Landschaftsbildes. Das entstandene Gemisch wird in einer
Modulationsstufe 10
einem Träger aufmoduliert, der dem Bildträgeroszillator
11 entnommen ist und dessen Frequenz einem genormten Fernsehkanal entspricht. Die
modulierte Hochfrequenz ist nunmehr über eine Leitung 26 einem handelsüblichen Fernsehempfänger
zuzuführen.
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Das Verschieben des auf diese Weise erzeugten Leuchtfleckes auf dem
Bildschirm der Fernsehröhre erfolgt mittels der regelbaren Widerstände innerhalb
der monostabilen Multivibratoren 2 und 2'. Diese Widerstände werden mittels eines
kardanisch gelagerten Steuerknüppels verändert, der in einem Lenkgerät angeordnet
ist, das ferner zumindest den Startknopf für das Auslösen eines Lenkvorganges trägt.
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Zur Erzeugung des Zielbildes auf dem Bildschirm des Fernsehempfängers
wird, wie schon erwähnt, eine weitere Schaltanordnung der in Fig. 1 dargestellten
Art benötigt. Das Zusammenwirken beider Schaltanordnungen ist in Fig. 3 im Prinzip
gezeigt, wo -die Schaltstufen 1 bis 4, 1' bis 4' und 5 bis 8 für die Darstellung
von Flugkörper und Ziel der übersicht wegen zu je einem Kästchen Fk = Flugkörper
und Zl = Ziel zusammengefaßt sind. Die den nachzuahmenden Flugkörper darstellenden
in den Schaltstufen 1 bis 4, 1' bis 4' und 5 bis 8 erzeugten Impulse ebenso wie
die das nachzuahmende Ziel darstellenden, in gleicher Weise erzeugten Impulse werden
in der Mischstufe Mi mit den Synchronisierimpulsen von dem hier nicht dargestellten
Taktgeber gemischt und der Modulationsstufe Mo zugeführt, wo sie dem der Stufe Bt
entnbmrnenen -Bildträger aufmoduliert werden. Der Mischstufe Mi wird ferner aus
der Schaltstufe Bz die graugetastete. Bodenzeile zugeführt, die die jeweilige Lage
des Bodens gegenüber dem Flugkörper darstellt. Die Bodenzeile nähert,.-sich dem
Flugkörper proportional der ablaufenden Flugzeit, um dann am Ende der Flugzeit mit
dem Flugkörper zusammenzutreffen.
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Das der Modulationsstufe Mo entnommene Impulsgemisch ist dann über
die Leitung 26 einem handelsüblichen Fernsehempfänger zuzuführen. Auf dem Bildschirm
des Fernsehempfängers erscheinen nun der mittels eines Steuerknüppels verschiebbare
Flugkörperleuchtfleck und der ebenfalls mittels eines in einem Bedienungsgerät angeordneten
Steuerknüppels verschiebbare Zielleuchtfleck. Das Ziel kann aber auch an Stelle
von Hand durch eine geeignete Schaltung nach einem vorgegebenen Programm über den
Bildschirm bewegt werden.
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Um eine kontrastreiche Darstellung von Flugkörper und Ziel zu erreichen,
wird letzteres beispielsweise durch ein schwarzes Rechteck mit von der einstellbaren
Zielentfernung abhängiger Größe dargestellt. Die hierzu erforderlichen Einstellmittel
sind ebenfalls im Bedienungsgerät angeordnet. Die Regelung der Zielgröße kann auch
so gestaltet sein, daß sie sich während eines Lenkvorganges proportional der Entfernung
ändert. Der Flugkörper dagegen ist vorzugsweise als kleines helles Rechteck darzustellen,
das nicht viel größer als ein Bildpunkt ist und sich wähend eines Lenkvorganges
nicht ändert.
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Die von der hier nicht dargestellten Bodenautomatik gesteuerte Bodenzeile
verhindert das Unterfliegen des Zieles. Wird der Flugkörper vor Ablauf der Flugzeit
auf die Bodenzeile gesteuert, tritt eine ebenfalls nicht gezeigte Koinzidenzschaltung
in Tätigkeit; die ein Aufblitzen des Flugkörpers verursacht, was durch Auftasten
des Wehneltzylinders der Bildröhre geschieht. Die Koinzidenzschaltung wird ebenfalls
von dem hier nicht dargestellten, die Flugzeitvorgabe steuernden Zeitwerk beeinflußt,
so daß nach Ablauf der der Entfernung von Flugkörper und Ziel entsprechenden Zeit
ebenfalls ein Aufblitzen des Flugkörpers erfolgt. Ist von der das Lenkgerät bedienenden
Person nach Ablauf der vorgegebenen Flugzeit entsprechend der Entfernung zwischen
Ziel und Abschußort Deckung von Flugkörper und Ziel' erreicht, so ermöglicht das
durch die ansprechende Koinzidenzschaltung erzeugte Aufleuchten des Flugkörpers
eine genaue Trefferanzeige.
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über die Schaltstufe Bz kann auch ein Landschaftsbild in den die Bewegungsvorgänge
anzeigenden Fernsehempfänger eingeblendet werden, so daß auf dem Bildschirm ein
wirklichkeitsgetreues Abbild eines sich im Gelände bewegenden Zieles und eines im
Barüberliegenden Luftraum fliegenden Flugkörpers erscheint.
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An die Leitung 26 ist auch ein Fernsehempfänger mit einer Projektionsröhre
anschließbar,- so da13 der Bildinhalt auf eine Leinwand projiziert werden kann.
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In ihrer konstruktiven Ausführung werden die vorstehend beschriebenen
Schaltstufen zweckmäßigerweise
als Einschubeinheiten ausgebildet
und in einem gemeinsamen gestenartigen Gehäuse untergebracht, das etwa die Größe
eines mittleren handelsüblichen Fernsehempfängers aufweist.