DE1149416B - Verfahren zur UEbertragung der Winkellage einer Antennenachse auf eine Kathodenstrahlroehre - Google Patents

Description

• Verfahren zur Übertragung der Winkellage einer Antennenachse auf eine Kathodenstrahlröhre Bei der Radar-Bildübertragung muß dafür gesorgt werden, daß das primäre und sekundäre Bild bezüglich der Himmelsrichtungen übereinstimmend aufgezeichnet werden. Um diesen Gleichlauf zu erreichen, muß eine Information über die jeweilige Antennenstellung neben dem Bildsignal mit übertragen werden.
• Erschwerend für die Lösung des gesamten Problems ist, daß auch in den beiden Grenzfällen der stillstehenden oder kurzzeitig durch Winddruck stark beschleunigten Radar-Antenne noch eine ungestörte Winkelinformation übertragen werden soll und daß, wenn irgendein Teil der Anlage ausfällt, beim Wiedereinschalten nach kurzer Zeit der gewünschte Gleichlauf wieder erreicht sein soll. Weiterhin wird angestrebt, die Winkelinformation mit möglichst wenig Aufwand an Kanalkapazität zu übertragen. Beim Entwurf einer Übertragungsmethode ist neben dem Aufwand außerdem entscheidend zu berücksichtigen, welches Übertragungsprinzip für das Videosignal angewandt wird, damit die Winkelübertragung möglichst einfach eingegliedert werden kann.
• Es ist bereits eine Anordnung zur Winkelübertragung bekannt, in der mittels eines auf einer Geberachse angeordneten Zahnrades, dessen Zahnlückenwechsel lichtelektrisch abgetastet wird, ein digitaler Winkelwert von der jeweiligen Winkellage der Geberachse gebildet wird. Die Winkelinformation stellt eine phasenmodulierte Schwingung dar, die mit einer entsprechenden, von der Empfängerachse gebildeten Winkelinformation in der Phase verglichen wird. Eine aus dem Phasenvergleich abgeleitete Regelspannung wird zur Nachregelung der Empfängerachse ausgewertet. Um aber die Vieldeutigkeit der Achsstellung zu vermeiden, wird die Winkelinformation durch je einen pro Umdrehung der Geber- und Empfängerachse erzeugten Nullimpuls ergänzt, deren Koinzidenz ständig überwacht wird.
• Diese bekannte Anordnung besitzt jedoch den schwerwiegenden Nachteil, daß sie bei stehender oder rückwärtslaufender Geberachse völlig versagt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Winkelinformation in Form eines digitalen Wertes gebildet wird, dessen Genauigkeit in manchen Fällen nicht ausreichend ist. Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile durch ein Verfahren vermieden, das darin besteht, daß die Winkellage der Geber- und Empfängerachse durch periodische Abtastung von auf je einer oder mehreren mit der Geber- bzw. Empfängerachse starr gekuppelten gleichen Scheiben in radialer Richtung hintereinander angeordneten Linienelementen, deren radialer Abstand vom Drehpunkt der Scheibe sich in Abhängigkeit von der Winkellage in verschie- denem Maße ändert, in je eine aus zwei oder mehr starr miteinander gekoppelten analogen Grob- und Feinwerten bestehende Winkelinformation umgesetzt wird, die in an sich bekannter Weise durch impulslagemodulierte Impulsgruppen dargestellt ist.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist zur Bildung einer aus Grob-und Feinwerten bestehenden Winkelinformation unter Verwendung von nur einer optischen Scheibe auf der Geber- und Empfängerachse jede Scheibe mit wenigstens drei verschiedenen, in radialer Richtung hintereinanderliegenden Linienelementen, nämlich einer Kreislinie, einem Umlauf einer archimedischen Spirale und mehreren hintereinanderliegenden Spiralabschnitten versehen. Durch die Abtastung der optischen Scheibe mittels eines auslenkbaren Lichtstrahls in Verbindung mit einer Fotozelle werden die an den Linienelementen entstehenden Lichtunterbrechungen in elektrische Impulse umgesetzt, deren Abstände der Winkelstellung der Scheibe eindeutig zugeordnet sind.
• Die Verwendung umlaufender Scheiben mit spiralförmigen Ausnehmungen als steuernde Lichtblende, mittels welcher ein Lichtpunkt als Teil eines auf die umlaufende Scheibe projizierten Lichtbandes entlang einer Geraden periodisch ausgelenkt wird, ist bereits bekannt. Außerdem ist es auch bekannt, bei der Radar-Bildübertragung die Winkelsignale als impulslagemodulierte Impulsgruppen im Zeitmultiplexverfahren zu übertragen. Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die Winkelsignale zunächst in Form einer modulierten Niedertrequenzschwingung gewonnen und erst danach in impulslagemodulierte Impulsgruppen umgesetzt werden, während nach dem Verfahren gemäß der Erfindung aus der Winkelstellung der Achsen direkt lagemodulierte Impulsgruppen gebildet werden.
• Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß eine Winkelinformation unabhängig davon, ob die Geberachse rotiert oder stillsteht, gebildet wird.
• Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens im Prinzip dargestellt.
• Um die jeweilige Winkellage der Geber- bzw. Empfängerachse in eine elektrische Winkelinformation umsetzen zu können, sind die Achsen mit je einer lichtdurchlässigen Scheibe 1 bzw. 6 bestückt, die mit lichtundurchlässigen Linienelementen versehen sind. Umgekehrt können die Scheiben aus lichtundurchlässigem Material bestehen, während die Linienelemente von Ausnehmungen in den Scheiben gebildet werden.
• Die Fig. 2 zeigt die Ausbildung einer solchen Scheibe, die mit einem zur Drehachse21 konzentrischen Ring 22, einem Umlauf einer archimedischen Spirale 23 und einer Anzahl Spiralenabschnitte 24 versehen ist. Die Linienelemente sind so angeordnet, daß jeder Radius der Scheibe drei Schnittpunkte mit den Linienelementen bildet. Vor der Geberscheibe 1 (Fig. 1) wird ein Lichtstrahl bzw. Leuchtpunkt 2 in der angedeuteten Weise periodisch radial abgelenkt, so daß die an den Linienelementen 22, 23 und 24 entstehenden Lichtunterbrechungen mittels einer auf der anderen Seite der Scheibe 1 angeordneten Fotozelle 3 in elektrische Impulse umgewandelt werden. Die Erzeugung des radial abgelenkten Lichtpunktes kann nach einer zweckmäßigen Weiterbildung auf der Geber- und Empfängerseite durch eine in der Fig. 1 nicht näher dargestellte Kathodenstrahlröhre erfolgen.
• Der Synchronismus des Ablenkvorganges auf Geber-und Empfängerseite wird durch einen Synchronisierimpuls bewirkt. Die Winkellage der Scheibe ist durch den zeitlichen Abstand der Impulse eindeutig gekennzeichnet. Der am Kreisring 22 der optischen Scheibe erzeugte Bezugsimpuls kann auch durch die die Ablenkung des Lichtpunktes besorgende Schaltung gewonnen werden. Die so erhaltene Winkelinformation kann als pulsphasenmodulierte Impulsgruppe zusammen mit dem Videosignal auf eine Übertragungsleitung 4, die z. B. zu einem sekundären Sichtgerät führt, gegeben werden. Die Speicherfrequenz des Radarbildes muß dabei nicht notwendigerweise mit der Rotation der Achse der Radar-Antenne gekoppelt sein. In der gleichen Weise wie auf der Geberseite kann auf der Empfängerseite mittels der durch einen Servomotor 9 angetriebenen Empfängerscheibe 6, des Lichtstrahls 7 und der Fotozelle 8 eine entsprechende Winkelinformation gebildet werden. Diese auf der Empfängerseite gebildete Winkelinformation wird mit der die Winkellage der Antenne angebenden, über die Leitung 4 übertragenen Winkelinformation in einer Vergleichsschaltung S verglichen. Solange die Winkellage der beiden zu vergleichenden Achsen nicht über einstimmt, wird eine Regelspannung gebildet, die zur Nachstellung der Empfängerachse durch den Servomotor 9 dient.
• Diese Art der Bildung der Winkelinformation erfordert es, daß die optischen Scheiben in ihren Linienelementen sehr gut übereinstimmen. Damit Zeichen- ungenauigkeiten der Linienelemente kompensiert werden, ist es daher vorteilhaft, als Empfängerscheibe eine fotografische Kopie der Geberscheibe zu verwenden.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist, benutzt zur Umsetzung der mechanischen Winkellage der Achsen in aus Grob-und Feinwerten bestehende elektrische Winkelinformationen mehrere umlaufende Scheiben mit abtastbaren Linienelementen, wobei die Scheiben mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen starr mit der Geber- bzw. Empfängerachse gekoppelt sind und jede Scheibe für sich abgetastet wird.
• Im Prinzip besteht die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens darin, daß an die Antennenachse zwei weitere Achsen angelenkt sind, von denen die eine z. B. zehnfach, die andere hundertfach übersetzt ist. Die Stellungen dieser drei Achsen werden nebeneinander, z. B. in Pulsphasenmodulation, in analoger Art über drei in Zeitvielfach betriebene Kanäle zusammen mit dem Videosignal übertragen. Die Aufteilung in drei Kanäle entsprechend grob, mittel und fein stellt eine Kodierung dar. Da sowohl auf der Sende- als auch auf der Empfangsseite die drei Achsen durch Getriebe starr miteinander verbunden sind, läßt sich die langsame Achse um den Übersetzungsfaktor genauer einstellen als die schnellere Achse. Ein Servosystem am Empfangsort muß zuerst die Grobachse z. B. bei den angenommenen tÇbersetzungsverhältnissen wenigstens auf 360 genau in die richtige Stellung drehen. Wenn danach die Mittelachse auf 360 genau eingestellt wird, steht die Grob achs dank der Übersetzung bereits auf 3,60 genau. Das Entsprechende gilt für die Einstellung der Feinachse. Die verwendeten Getriebe dürfen dabei nur wenig Spiel haben.
• Um die jeweilige Winkellage der Geber- bzw. Empfängerachse in eine elektrische Winkelinformation umsetzen zu können, sind die Achsen und die über Getriebe angelenkten zusätzlichen Achsen mit je einer optischen Scheibe bestückt, die mit Linienelementen versehen sind. Von der Achse ausgehend ist zuerst ein zur Achse konzentrischer Ring und weiter außen ein Umlauf einer archimedischen Spirale aufgetragen. Alle Scheiben können in der gleichen Weise aufgebaut sein.
• Um aber den Aufwand an Getriebeteilen für die Übersetzung der Mittel- und Feinscheibe zu verringern, kann die Mittelscheibe eingespart werden, wenn die Grobscheibe (Antennenachse) zusätzlich mit einer Anzahl gleicher Spiralenabschnitte versehen wird (Fig. 2).
• Die Fein scheibe kann entsprechend ausgebildet werden.

Claims (10)

1. PATENTANSPRUCHE: 1. Verfahren zur Übertragung der Winkellage einer Antennenachse (Geberachse) auf eine Kathodenstrahlröhre (Empfängerachse) für Radar-Bildübertragungssysteme, wobei durch Vergleich der von der Geber- und Empfängerachse gebildeten Winkelinformationen eine Regelspannung zur Nachstellung der Empfängerachse gebildet wird, dadurch gek*nnæiclmet, daß die Winkellage der Geber- und Empfängerachse durch periodische Abtastung von auf je einer oder mehreren mit der Geber- bzw. Empfängerachse starr gekuppelten gleichen Scheiben in radialer Richtung hintereinander angeordneten Linienelementen, deren radialer Abstand vom Drehpunkt der Scheibe sich in Abhängigkeit von der Winkellage in verschiedenem Maße ändert, in je eine aus zwei oder mehr starr miteinander gekoppelten analogen Grob- und Feinwerten bestehende Winkelinformation umgesetzt wird, die in an sich bekannter Weise durch impulslagemodulierte Impulsgruppen dargestellt ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Linienelementen versehenen umlaufenden Scheiben als optische Scheiben ausgebildet sind, deren Winkelstellung durch fotoelektrisches Abtasten in radialer Richtung der Scheibe in impulslagemodulierte Impulsgruppen umgesetzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Scheibe als Linienelemente eine Kreislinie und ein Umlauf einer archimedischen Spirale aufgetragen sind.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer aus Grob-und Feinwerten bestehenden Winkelinformation unter Verwendung von nur einer optischen Scheibe auf der Geber- und Empfängerachse jede Scheibe mit wenigstens drei verschiedenen, in radialer Richtung hintereinanderliegenden Linienelementen, nämlich einer Kreislinie (22), einem Umlauf einer archimedischen Spirale (23) und mehreren hintereinanderliegenden Spiralabschnitten (24). versehen ist.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung einer aus Grob- und Feinwerten bestehenden Winkelinformation bei Verwendung von mehreren optischen Scheiben derart erfolgt, daß die Scheiben mit verschiedenen tlbersetzungsverhält- nissen starr mit der Geber- bzw. Empfängerachse gekoppelt sind und daß jede Scheibe für sich abgetastet wird.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Winkellage der Geberachse abgeleitete Winkelinformation im Zeitmultiplexverfahren mit dem Videosignal übertragen wird.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Scheiben auf der Geber- und der Empfängerseite fotografische Kopien sind.
8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des radial abgelenkten Lichtpunktes eine Kathodenstrahlröhre benutzt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen geber- und empfängerseitiger Lichtstrahlauslenkung durch einen auf der Geberseite erzeugten Impuls Synchronismus hergestellt wird.
10. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des am Kreisring der optischen Scheibe erzeugten Bezugsimpulses dieser durch eine Schaltung gewonnen wird, die die Ablenkung des Lichtpunktes besorgt. ~~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 750 202, 883 512; britische Patentschrift Nr. 559 112; Nachrichtentechnische Zeitschrift (12), 1959, S. 491 bis 496; Journal of the British Institution of RadioEngineers (17), 1957, S. 193 bis 209.