-
Verfahren und Anordnung zur quasi-räumlichen Darstellung von Luftlagebildern
auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre Die Erfindung bezieht sich auf die
quasi-räumliche Darstellung von Luftlagebildern auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre.
Die Luftlage ergibt sich jeweils aus den Standorten und Standortänderungen der im
Beobachtungsraum vorhandenen Luftfahrzeuge, wobei unter Luftfahrzeuge gegebenenfalls
auch andere Flugobjekte zu verstehen sind.
-
In Flugsicherungszentralen werden in Ergänzung der aus der Auswertung
von Flugplänen und Kontrollmeldungen gewonnenen Informationen über die Luftlage
die Meßergebnisse von Ortungsgeräten, mit denen ein bestimmter Teil des Luftraumes
laufend überwacht wird, auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre in bestimmtem Verkleinerungsmaßstab
dargestellt. Die gebräuchlichste Darstellungsart ist die Wiedergabe eines Panoramabildes,
das im wesentlichen aus einer Projektion der Standorte der Luftfahrzeuge im Raum
auf die Grundebene (Kartenebene) besteht.
-
Bekannt ist auch die Anwendung von Projektionsflächen in Verbindung
mit mehreren, je einem Luftfahrzeug oder einer zusammengehörigen Gruppe von Luftfahrzeugen
zugeordneten Lichtpunktprojektoren, die von Hand oder durch Fernsteuerung mit Hilfe
der von den Ortungsgeräten gelieferten Raumkoordinatenwerte, gegebenenfalls nach
Umwandlung in das für die Projektion angewendete Koordinatensystem, entsprechend
der jeweiligen, sich laufend ändernden Lage der Luftfahrzeuge gesteuert werden.
Eine bekannte Ausführung eines in dieser Weise steuerbaren Lichtpunktprojektors
weist zwei um senkrecht zueinander und senkrecht zur Projektorachse orientierte
Achsen schwenkbare Spiegel auf, über die der vom ortsfesten Projektor kommende Lichtstrahl
umgelenkt wird und die in ihrer Winkellage jeweils entsprechend dem zugeordneten
Koordinatenwert geschwenkt werden. Bei dieser Anordnung werden Angaben über die
Flughöhen der beobachteten Luftfahrzeuge, auf besonderen, neben der Projektionswand
angebrachten Leuchttableaus angezeigt.
-
Es ist ferner bekannt, außer der Darstellung der Luftfahrzeuge in
der Projektion auf die Grundebene (Kartenebene) noch zusätzliche Informationen,
insbesondere über Flughöhe, Richtung, Geschwindigkeit, Typ oder Kennzeichen der
einzelnen Luftfahrzeuge, auf der Bildfläche oder in einer anderen Darstellungsform
wiederzugeben, da die Beurteilung der Luftlage und ihrer voraussichtlichen Änderung
sowohl ein räumliches als auch ein zeitliches Problem ist und die Flugleiter sich
bei ihren Entscheidungen laufend ein Bild über die räumliche Zuordnung der Luftfahrzeuge
und die laufende Anderung dieser Zu-
ordnung machen müssen. Zur Erleichterung dieser
Aufgabe wird bei Anflug-Ortungsgeräten bereits außer einer Kathodenstrahlröhre für
die Darstellung der Luftfahrzeuge in der Grundebene noch eine weitere Kathodenstrahlröhre
verwendet, auf der die Luftfahrzeuge in ihrer Projektion auf eine auf der Anflugschneise
senkrecht stehende Ebene abgebildet werden. Durch auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre
angebrachte Koordinatenlinien in einem bestimmten Verkleinerungsmaßstab wird dabei
die Abschätzung der tatsächlichen Höhenlage ermöglicht.
-
Bei dieser Anordnung werden jedoch an das räumliche Vorstellungsvermögen
hohe Anforderungen gestellt, da aus den beiden Darstellungen in verschiedenen Koordinatenebenen
jeweils ein Bild der räumlichen Lage konstruiert werden muß.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine neuartige Darstellung
von Luftlagebildern auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre den Flugleitern
einen direkten Überblick über die räumliche Verteilung der Luftfahrzeuge zu verschaffen,
der weniger hohe Anforderungen an das räumliche Vorstellungsvermögen stellt und
demgemäß durch die Vermeidung von Beobachtungsfehlern zugleich ein wesentlich höheres
Maß von Sicherheit für das Beurteilen der Luftlage und das davon abhängige Treffen
von Entscheidungen bietet. Dies wird nach dem Verfahren gemäß der Erfindung dadurch
erreicht, daß auf der Bildfläche in perspektivischer Darstellung die jeweiligen
Standorte der in dem betreffenden Luftraum operierenden Luftfahrzeuge sowohl in
ihrer gegenseitigen räumlichen Lage als auch in ihren Beziehungen zur Bezugsebene
eines Koordinatensystems abgebildet werden. Bei diesem Darstellungsverfahren ist
der Betrachtungswinkel, unter dem das Luftlagebild in der perspektivischen Darstellung
auf
der Bildfläche erscheint, willkürlich einstellbar.
-
Der abgebildete Raumausschnitt kann auf diese Weise scheinbar gedreht
werden.
-
Bei dem Verfahren werden die Höhenkoordinaten der abgebildeten Standorte
der Luftfahrzeuge in einem für sie gewählten Verkleinerungsmaßstab durch Lotlinien
dargestellt, deren oberer Endpunkt jeweils der Lage des zugehörigen Luftfahrzeuges
im Raum und deren unterer Endpunkt jeweils dem Fußpunkt des Lotes vom Luftfahrzeug
auf die Bezugsebene entspricht.
-
Bei Beobachtung der dargestellten Lotlinien ist es möglich, aus der
Wanderung ihrer Fußpunkte in der Bezugs ebene sowohl auf die Richtung als auch auf
die Bewegungsgeschwindigkeit der Luftfahrzeuge zu schließen. Auch kann die Flugrichtung
durch eine Markierungslinie an der Lotlinie durch einen in die Flugrichtung weisenden
Vektor oder Pfeil angezeigt werden, wobei die Länge der Markierungslinie ein Maß
für die Fluggeschwindigkeit des zugehörigen Luftfahrzeuges darstellt. Auch eine
Höhenänderung kann gegebenenfalls durch einen auf der neben der zugehörigen Lotlinie
gezeichneten Vektor oder Pfeil nach Richtung und nach Größe der Steig- bzw.
-
Sinkgeschwindigkeit kenntlich gemacht werden.
-
Zusätzlich zur Darstellung einer Lotlinie können weitere Informationen
über Flugrichtung, Fluggeschwindigkeit, Steig- oder Sinkgeschwindigkeit, Typ und
Kennzeichen des betreffenden Luftfahrzeuges wiedergegeben werden, wobei eine Schriftbildröhre
bekannter Bauart verwendet wird.
-
Außerdem ist ein automatisch arbeitender Digitalrechner vorgesehen,
dem von einem Eingabegerät jeweils die Flugdaten und sonstigen Kennungen eines Luftfahrzeuges
zugeführt werden und der diese Eingangsinformationen nach einem eingegebenen Programm
in die für eine Wiedergabe geeigneten Werte umrechnet. Hierfür sind die Ausgänge
des Digitalrechners mit Digital-Analog-Umsetzern verbunden, die eine Umwandlung
der einzelnen Ausgangswerte des Rechners von der digitalen Form in eine für die
Wiedergabe geeignete analoge Form vornehmen.
-
Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung des Verfahrens ist in der
Zeichnung dargestellt. Es zeigen F i g. 1 a, 1 b und 1 c verschiedene Darstellungsarten
für ein parallelperspektivisches Luftlagebild, Fig. 2a und 2b praktische Beispiele
für die Wiedergabe eines Luftlagebildes auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre,
F i g. 3 a ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung, F i g. 3 b die gegenseitige
Zuordnung der bei der Steuerung angewendeten Koordinatensysteme, F i g. 3 c eine
Schaltungseinzelheit.
-
Grundsätzlich sind für eine bildliche Wiedergabe der Luftlage die
aus der darstellenden Geometrie bekannten Methoden perspektivischer Darstellung
anwendbar. Die Zentralperspektiven ergeben für das Auge zwar die natürlichsten Bilder,
haben aber im vorliegenden Fall den Nachteil, daß mit der Entfernung vom Beobachter
eine Maßstabverkürzung in allen Richtungen stattfindet und somit ein direktes Vergleichen
selbst von parallelen Strecken auf dem Bild nicht möglich ist. Dieser Nachteil entfällt
bei einer parallelperspektivischen Darstellung, da für alle in einer Bildrichtung,
d. h. parallel zueinander verlaufenden Strecken unabhängig von ihrer Entfernung
vom Betrachter der Maßstab gleichbleibt. Auch schaltungstechnisch lassen sich die
für eine Parallel-
perspektive erforderlichen Steuerungen leichter realisieren.
-
In den Fig.ia, lb und 1 c sind drei spezielle Arten parallelperspektivischer
Darstellung am Beispiel eines Würfels veranschaulicht.
-
F i g. 1 a zeigt den Würfel in der sogenannten Kavalierperspektive,
bei der jeweils zwei parallele Flächen des Würfels in der Bildebene unverzerrt und
alle auf diesen Flächen senkrecht stehenden Linien unter einem Winkel von 450 nach
rechts gegen die Horizontale geneigt dargestellt sind. Die in dieser Richtung verlaufenden
Kanten des Würfels sind um ein gewisses Maß verkürzt wiedergegeben. Strecken in
der Grundebene oder einer zu ihr parallelen Ebene des Würfels, die in Wirklichkeit
gleich lang sind, erscheinen bei dieser Darstellung je nach ihrer Richtung in unterschiedlicher
Länge. So läßt beispielsweise das auf der Grundfläche des Würfels dargestellte rechtwinklige
Koordinatennetz erkennen, daß Strecken in der x-Richtung gegenüber gleichen Strecken
in der y-Richtung wesentlich verkürzt dargestellt werden. Nur in der Ebene der Koordinaten
y und h und in jeder zu ihr (und damit auch zur Bildebene) parallelen Ebene erscheint
eine Strecke in beliebiger Länge stets gleich lang.
-
Etwas günstiger für den bei einer Luftlagedarstellung verfolgten
Zweck erscheint bereits eine parallelperspektivische Wiedergabe nach F i g. 1 b.
Hier liegen die seitlichen Flächen des Würfels symmetrisch zur Betrachtungslinie,
so daß der Maßstab für die x-Richtung und die y-Richtung der gleiche ist, also Strecken
in der x-Richtung in gleicher Größe wie entsprechende Strecken in der y-Richtung
wiedergegeben werden. Für in der Grund ebene oder einer parallelen Ebene liegende
Strecken beliebiger Richtung gilt dies natürlich nicht mehr, wie bereits aus der
Rautenform der Abbildung der in Wirklichkeit quadratischen Form der oberen und unteren
Würfelfläche und der entsprechenden Netzquadrate des auf der Grundfläche eingezeichneten
Koordinatennetzes hervorgeht. Außerdem ändert sich bei der Drehung des Koordinatennetzes
laufend der Abbildungsmaßstab für verschiedene Richtungen in der Grundebene.
-
Für das vorliegende Problem am geeignetsten erscheint die sogenannte
Militärsperspektive (F i g. 1 c).
-
Hier sind die in Wirklichkeit waagerechten Flächen des Würfels unverzerrt
in die Bildebene geklappt, so daß die quadratischen Würfelflächen und ebenso auch
die Netzquadrate des auf der Grundfläche eingezeichneten Koordinatennetzes in der
Zeichnung ebenfalls als Quadrate erscheinen. Dies hat zur Folge, daß in der Grundebene
bzw. zu ihr parallelen Ebenen liegende Strecken beliebiger Richtung stets im gleichen
Maßstab wiedergegeben und somit auch leicht durch einfaches Abmessen auf der Bildfläche
mit konstantem Maßstabsfaktor bestimmt werden können. Auch bei einer Drehung des
Koordinatennetzes ändert sich in diesem Fall der Abbildungsmaßstab in diesen Ebenen
nicht.
-
Die in der Richtung der Höhenkoordinaten h verlaufenden Würfelkanten
sind in F i g. 1 c in der gleichen Größe wie die in der unteren Würfelfläche liegenden
Kanten dargestellt, so daß in diesem Fall für die Koordinatenrichtungh der gleiche
Maßstab wie für x und y anzuwenden ist. Für die Anwendung des Verfahrens kann es
zweckmäßiger sein, die Höhenkoordinaten h durch Anwendung eines abweichenden Maßstabes
absichtlich in einem bestimmten
Verhältnis zu überhöhen, um die
für die Beurteilung eines Luftlagebildes mitunter besonders wichtigen Höhendifferenzen
verschiedener Flugobjekte besser erkennen zu können.
-
In den Fig. 2 a und 2b sind Beispiele für ein Luftlagebild dargestellt,
wie es sich auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre darbietet. Für F i g. 2
a ist eine parallelperspektivische Darstellung gewählt, die im wesentlichen dem
in F i g. 1 b erläuterten Darstellungsprinzip entspricht, während F i g. 2 b die
Anwendung der Militärperspektive nach F i g. 1 c veranschaulicht. In beiden Fällen
wird ein Bildgerät BG verwendet, in dessen vorderem Rahmen der Bildschirm BS der
Kathodenstrahlröhre sichtbar ist.
-
Auf dem Bildschirm wird durch entsprechende Strahlsteuerung mit Hilfe
eines Steuergerätes ein schwach leuchtendes und gewünschtenfalls nur durch punktierte
oder gestrichelte Linien angedeutetes Koordinatennetz für die in der Bezugsebene,
z. B. der Kartenebene, liegenden x- und y-Koordinaten in einem der Größe des Beobachtungsabschnittes
entsprechenden Verkleinerungsmaßstab abgebildet.
-
Bei den zur Erläuterung dienenden vier Flugobjekten F1 bis F4 wird
der Kathodenstrahl mit Hilfe einer Steuerschaltung zunächst unsichtbar durch Dunkeltastung
an den Fußpunkt des Lotes vom Flugobjekt auf die Kartenebene geführt und wird danach
bei gleichzeitiger Helltastung um ein der wahren Höhe des Flugobjektes über der
Kartenebene entsprechendes Maß senkrecht nach oben abgelenkt, und zwar durch in
dieser Richtung orientierte Ablenksysteme der Kathodenstrahlröhre. Beispielsweise
wird für das Flugobjekt F1 der Strahl zunächst an den Fußpunkt AFP 1 der zugehörigen
Lotlinie L1 geführt und dann unter Helltastung bis zum Punkt Fl aufwärts abgelenkt.
Anschließend kann nach dem Zurückkehren des Strahles an den Fußpunkt AFP 1 eine
Auslenkung V1 herbeigeführt werden, die den in der Kartenebene liegenden Vektor
der horizontalen Fluggeschwindigkeit nach Größe und Richtung wiedergibt, wobei für
eine Darstellung nach F i g. 2 a eine Maßstabsumrechnung erforderlich wird, die
sich aus der jeweiligen Vektorrichtung V 1 in der Kartenebene ergibt. Bei Anwendung
der Militärperspektive nach Fig. 2 b ist eine Maßstabsumrechnung nicht notwendig,
da eine bestimmte Horizontalgeschwindigkeit in allen Koordinatenrichtungen der Kartenebene
mit gleichem Maßstab wiedergegeben wird.
-
Sind auf diese Weise alle darzustellenden Flugobjekte F1 bis F4 mit
ihren Lotlinien und sonstigen Angaben wiedergegeben, wiederholt sich der Darstellungszyklus.
-
Das Blockschaltbild nach F i g. 3 a zeigt schematisch eine Steuerschaltung,
womit die in den F i g. 2 a oder 2 b dargestellten Luftlagebilder erzeugt werden.
-
Die für den Aufbau des Luftlagebildes erforderlichen Eingangsinformationen,
die aus Flugplänen, Flugmeldungen, Angaben von Flugsicherungskontrollstreifen, Meßergebnissen
von Ortungsgeräten od. dgl. stammen, werden in einem Lochstreifen LS gespeichert,
dessen Lochstreifenabtaster LA das Dateneingabegerät DE der Steuerschaltung bildet.
-
Die vom Ausgang des Dateneingabegerätes DE abgegebenen Eingangsinformationen
in digitaler Form werden zunächst in einem Datenspeicher DS bekannter Bauart gespeichert
und danach an einen Digitalrechner DR bekannter Bauart weitergeleitet.
-
Der Digitalrechner DR steht mit einem Kommandogeber KG in Wechselbeziehung,
der einerseits dem Digitalrechner Steuerbefehle für den jeweiligen Beginn eines
neuen Verarbeitungsganges und gleichzeitig auch dem Datenspeicher DS Befehle zum
Ausspeichern der zugehörigen Eingangsinformationen gibt.
-
Auf diese Weise wird dem Datenspeicher DS eine zu einem bestimmten
Flugobjekt gehörende Datengruppe entnommen und dem Rechner DR zugeführt, die im
wesentlichen Angaben über den Standort, die Flughöhe, die Flugrichtung, die Geschwindigkeit,
die Typenbezeichnung, das Kennzeichen des Flugobjektes u. dgl. umfaßt. Aus dieser
Gruppe von Eingangswerten errechnet der Digitalrechner DR nach einem eingegebenen
Programm die für die bildliche Darstellung auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre
erforderlichen Werte, die dann in einer bestimmten vorgeschriebenen zeitlichen Folge
in Form geeigneter Steuerspannungen an die Elektroden der Kathodenstrahlröhre oder
sonstigen Wiedergabevorrichtung gegeben werden.
-
Diese Werte umfassen, zunächst auf das x-y-Koordinatensystem der
Kartenebene bezogen, je einen bestimmten Wert x und einen Wert y, die zusammen die
Lage des Fußpunktes des vom Flugobjekt auf die Kartenebene gefällten Lotes darstellen.
Ein weiterer Wert ist die Höhenkoordinate h, die dem senkrechten Abstand des Flugobjektes
von der Kartenebene und somit der Länge des erwähnten Lotes entspricht.
-
Außerdem errechnet der Digitalrechner DR aus den Eingangsinformationen
über die räumliche Flugrichtung und Fluggeschwindigkeit, in denen gegebenenfalls
auch die Steig- oder Sinkgeschwindigkeit nach Größe und Richtung enthalten ist,
die drei Geschwindigkeitskomponenten der Änderung des Standortes des Flugobjektes,
zunächst vx und vy in den beiden Koordinatenrichtungen x und y der Horizontalebene,
sodann vh in Richtung der Lotlinie h, und zwar alle drei Werte nach Größe und Richtung.
-
Die fünf Ausgangswerte x, y, h, vx und vy werden je einem von mehreren
Digital-Analog-Umsetzern DA 1, DA 2 usw. zugeführt, an deren Ausgängen die entsprechenden
Analogwerte für die Weiterverarbeitung zur Verfügung stehen.
-
Das für die Darstellung des Fußpunktes der Lotlinie des Flugobjektes
in der Kartenebene (beispielsweise Punkt FP1 für das Flugobjekt F1 in Fig. 2b) maßgebende
Wertepaar x, y in Analogdarstellung gelangt über zwei Umschalter US1 und US2 zu
einem Koordinatenwandler KW1, der die trigonometrische Verknüpfung der beiden Koordinatensysteme
herstellt und das Wertepaar x, y in ein entsprechendes, für die Steuerung des Kathodenstrahles
der Kathodenstrahlröhre geeignetes Wertepaar a, b umwandelt. Die trigonometrische
Beziehung dieser beiden Koordinatensysteme x, y und a, b zeigt F i g. 3 b. Während
die Koordinatenrichtungen x und y (Fig. 1c und 2b) unter je 450 gegenüber der Horizontallinie
des Bildschirmes verlaufen, ist das Ablenksystem der Kathodenstrahlröhre (Fig. 3
b) nach den waagerechten Koordinaten a und den senkrechten Koordinaten b orientiert.
-
Die vom Koordinatenwandler KW1 abgegebenen Steuerspannungen Ual und
Ubl (F i g. 3 a) werden den entsprechenden Platten eines elektrostatischen Ablenksystems
AS3 einer Kathodenstrahlröhre CR zugeführt und bewirken dort eine entsprechende
Auslenkung
des Kathodenstrahles auf den gewünschten Punkt des Bildfeldes.
Bei elektromagnetischer Ablenkung werden die Steuerspannungen den entsprechenden
Ablenkspulensystemen zugeleitet.
-
Als Kathodenstrahlröhre CR ist eine zur Wiedergabe textlicher Angaben
(Buchstaben, Ziffern und Satzzeichen) geeignete Schriftbildröhre vorgesehen.
-
Als nächste Aufgabe hat die Schaltung vom Fußpunkt der Lotlinie eines
Flugobjektes aus eine helle Linie in senkrechter Richtung nach oben zu schreiben,
deren Länge der Flughöhe h im gewählten Darstellungsmaßstab entspricht. Zu diesem
Zweck wird der am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers DA 3 anstehende Analogwert
der Flughöhe h einem Sägezahngenerator SG2 zugeführt, der eine den Kathodenstrahl
nach oben ablenkende, von Null aus auf einen dem Wert h entsprechenden Grenzwert
ansteigende Zusatzspannung Ub 2 abgibt. Hierfür erhält der Sägezahngenerator SG2
von einem Zeitfolgeschalter ZS einen Anlaufimpuls, und zwar zu einem Zeitpunkt,
in dem der Kathodenstrahl auf den vorerwähnten Fußpunkt mit den Koordinaten x, y
eingestellt ist und der Analogwert h der Flughöhe berechnet ist.
-
Die von Null aus bis zum Wert h ansteigende Zusatzspannung Ub2 addiert
sich in einem Spannungsüberlagerer SU1 zu der bereits vorhandenen und dem Koordinatenwert
b des Fußpunktes entsprechenden Spannung Ub 1. Hierbei wird bewirkt, daß der vom
Kathodenstrahl auf dem Bildschirm erzeugte Lichtpunkt vom Fußpunkt aus längs der
Lotlinie um eine der Flughöhe h maßstäblich entsprechende Strecke nach oben wandert,
bis er den als Standort des Flugobjektes markierten Punkt erreicht. Dann fällt er
infolge der Steuerwirkung des Sägezahngenerators SG2 mit der wieder auf Null zurückkehrenden
Zusatzspannung Ub 2 auf den Fußpunkt der Lotlinie zurück.
-
Während der Aufwärtsbewegung wird der Kathodenstrahl über einen Wehnelt-Zylinder
WZ hellgesteuert, der in bekannter Weise innerhalb der Kathodenstrahlröhre CR die
Kathode RK umgibt. Die Hellsteuerung wird durch eine Spannung Uw bewirkt, die im
geeigneten Zeitpunkt unter dem Einfluß eines vom Kommandogeber KG kommenden Steuerkommandos
von einem Spannungsgeber UG abgegeben und an den Wehnelt-Zylinder WZ gelegt wird.
-
Die Hellsteuerung wird auch während des nächstfolgenden Steuervorganges
aufrechterhalten, der zur Aufzeichnung eines Flugrichtungsvektors (beispielsweise
den Vektor1 für das FlugobjektF1 in F i g. 2b) dient. Zur Darstellung dieses Vektors
werden die Ausgangswerte vx und vy des Digitalrechners DR herangezogen, die durch
zwei Digital-Analog-Umsetzer DA 4 und DA 5 in entsprechende Analogwerte vx und vy
umgerechnet und durch einen Koordinatenwandler KW2 in ein entsprechendes Wertepaar
va, vb des a-b-Koordinatensystems umgewandelt. Die dabei gewonnenen Analogwerte
va und vb steuern zwei Sägezahngeneratoren SG4 und SG3, wobei von ihnen von Null
aus bis zu den Werten va bzw. vb gleichzeitig ansteigende Zusatzspannungen Ua2 und
Ub 3 abgegeben werden. Der Anlauf der beiden Sägezahngeneratoren SG4 und SG3 wird
durch den Zeitfolgeschalter ZS geregelt, der vom Kommandogeber KG aus im richtigen
Zeitpunkt weitergeschaltet wird und einen Anlaßimpuls an die Sägezahngeneratoren
abgibt.
-
Die von Null aus bis auf den gewünschten Endwert stetig ansteigende
Zusatzspannungen Ua2 und Ub 3 werden durch zwei Spannungsüberlagerer SU3 bzw. SU
2 den den Koordinaten des Fußpunktes entsprechenden Steuerspannungen Ua 1 bzw. Ub
1 überlagert. Auf diese Weise wird der Lichtfleck vom Fußpunkt der Lotlinie des
Flugobjektes in der durch das Wertepaar va, vb bestimmten Richtung ausgelenkt, so
daß er im Koordinatennetz auf dem Schirmbild der Kathodenstrahlröhre eine nach Größe
und Richtung der Horizontalgeschwindigkeit des Flugobjektes maßstäblich entsprechende
Vektorlinie schreibt. Anschließend fallen die Spannungen Ua2 und Ub 3 auf Null zurück,
und der Lichtfleck springt wieder auf den Fußpunkt der Lotlinie.
-
Die Umwandlung der Koordinatenwerte x, y bzw. vx, vy in die dem Ablenksystem
entsprechenden Werte a, b bzw. va, vb durch getrennte KoordinatenwandlerKW1 und
KW2 mit anschließender Überlagerung der Ausgangswerte kann dadurch vereinfacht werden,
daß die Sägezahngeneratoren SG3 und SG4 direkt von den Ausgangswerten vx bzw. vy
der Umsetzer DA 4 bzw. DA 5 gesteuert und ihre Ausgänge mit den entsprechenden Eingängen
der dem Koordinatenwandler KW 1 vorgeschalteten Umschalter US1 bzw. US2 verbunden
werden. Auch hierbei überlagern sich die gleitenden Ausgangswerte va, vb des Koordinatenwandlers
KW 1 den inzwischen festgehaltenen und dem Fußpunkt der betreffenden Lotlinie zugeordneten
Werten a, b in der gewünschten Weise. Bei dieser Schaltungsvariante ist demnach
nur ein gemeinsamer Koordinatenwandler für die trigonometrische Verknüpfung des
x-y-Systems mit dem a-b-System erforderlich.
-
Wenn eine zusätzliche Information über die Steig-oder Sinkgeschwindigkeit
vh sowie den Typ und die Kennung des Flugobjektes gewünscht wird, wird eine Auswertung
der vom Digitalrechner DR abgegebenen Werte vh und K erforderlich, wobei mit K alle
Werte zusammengefaßt sind, die sich auf den Typ bzw. die sonstige Kennzeichnung
des Flugobjektes beziehen.
-
Die Werte vh und K werden über einen Hilfsspeicher HS an einen Digital-Analog-Umsetzer
DA 6 geführt, der auf die Steuerung der Schriftzeichen in der Schriftbildröhre zugeschnitten
ist. Die Abgabe der in dem Hilfsspeicher HS gespeicherten Informationen wird durch
ein Signal eingeleitet, das vom Zeitfolgeschalter ZS gegeben wird, sobald ihn der
Kommandogeber KG in die entsprechende Stellung weitergeschaltet hat.
-
Es sei angenommen, daß die Steig- oder Sinkgeschwindigkeit vh durch
eine in der Nähe des Fußpunktes der Lotlinie des Flugobjektes aufzuzeichnende Ziffer
mit entsprechendem Vorzeichen (F i g. 2b) kenntlich gemacht werden soll. Ein Digital-Analog-Umsetzer
DA 6 gibt dann an seinem Ausgang zunächst zwei Steuerspannungen Uc und Ud ab, die
über die SteuerschaltungCS in dem in der Schriftbildröhre CR enthaltenen, nach zwei
Koordinaten aufgeteilten Schriftzeichenfeld SS das gewünschte Vorzeichen auswählen.
Beim nächsten Schritt wird vom Umsetzer DA 6 ein neues Paar von Steuerspannungen
Uc und Ud für die Auswahl der dem Wert vh entsprechenden Ziffer abgegeben. Die Auswahl
erfolgt in bekannter Weise dadurch, daß der Kathodenstrahl zunächst mit Hilfe des
AblenksystemsAS1 auf das das gewünschte Zeichen enthaltende
Feld
der Schriftzeichenschablone SS gelenkt und danach durch das zweite Ablenksystem
ASZ wieder in die Mitte zurückgeführt wird, bevor er das Ablenksystem AS3 passiert.
Zu diesem Zweck wird durch die Steuerschaltung CS das dem gewünschten Schriftzeichen
entsprechende Spannungspaar Uc, Ud in einzelne Ablenkspannungen U1, U2, U3 und U4
umgewandelt, von denen jeweils die Spannungen U1 und U3 bzw. U2 und U4 untereinander
in ihrer Ablenkwirkung gleich, aber entgegengesetzt sind.
-
Gleichzeitig werden von der Steuerschaltung CS Zusatzspannungen Ua3
und Ub4 abgegeben, die sich in den Spannungsüberlagerern SUS bzw. SU4 den immer
noch am Ablenksystem AS3 anliegenden und dem Fußpunkt der Lotlinie des Flugobjektes
entsprechenden Koordinatenspannungen Ual bzw.
-
Ubl überlagern und auf diese Weise bewirken, daß die zusätzliche Kennung
für die Steig- bzw. Sinkgeschwindigkeit in einer bestimmten Versetzung gegenüber
dem Fußpunkt niedergeschrieben wird.
-
Auf die gleiche Weise können anschließend an die beiden Zeichen für
die Steig- oder Sinkgeschwindigkeit weitere Buchstaben und Ziffern für die Bezeichnung
des Flugzeugtyps und die Angabe seines Kennzeichens nebeneinander niedergeschrieben
werden (Fig. 2b).
-
Zur Steuerung der Aufzeichnung des in der Kartenebene liegenden x-y-Koordinatennetzes
(Fig. 2b) dient ein Netzliniensteuergerät NS (F i g. 3 a) mit einem Spannungsteiler
ST, der für die Darstellung eines je sechs parallele Netzlinien für jede Koordinatenrichtung
enthaltenden Koordinatennetzes (F i g. 2 b) sechs Abgriffe mit konstanten Potentialabständen
aufweist. Über ein Schrittschaltwerk SW kann jeder dieser Spannungsabgriffe nacheinander
abgetastet werden, so daß am Ausgang des Schaltwerkes SW ein entsprechend schrittweise-
ansteigender Wert p auftritt, der einem Eingang eines Wendeschalters WS zugeführt
wird.
-
Das schrittweise Weiterschalten des Schrittschalterwerkes SW ist
vom Steuerausgang eines Impulsgebers IG abhängig, der gleichzeitig mit der Umsteuerung
der beiden dem Koordinatenwandler KW1 vorgeschalteten Umschalter UNS 1 und UNS 2
von dem ZeitfolgeschalterZS aus gestartet wird. Der Steuerbefehl für die Umschalter
USt und US2 und der Startbefehl für den Impulsgeber IG kann von dem unter dem Einfluß
des Kommandogebers KG stehenden ZeitfolgeschalterZS beispielsweise immer dann gegeben
werden, wenn ein vollständiger Informationszyklus für ein Flugobjekt durchlaufen
ist.
-
Die beiden Umschalter USt und US2 verbinden während der Netzliniendarstellung
die beiden den Koordinaten x und y zugeordneten Eingänge des Koordinatenwandlers
KW1 mit den entsprechenden Ausgängen des zum Netzliniensteuergerät NS gehörenden
Wendeschalters WS.
-
Der gleichzeitig mit dem Umlegen der Umschalter US1, UNS 2 ausgelöste
Impulsgeber IG sendet eine begrenzte Reihe von Impulsen aus, und zwar in einer Anzahl,
die für das Schreiben sowohl der x-Linien als auch der y-Linien des Koordinatennetzes
benötigt wird, beispielsweise bei der Darstellung in F i g. 2 b je sechs Impulse.
Jeder dieser Impulse bewirkt einmal eine Weiterschaltung des Schrittschaltwerkes
SW um einen Schritt und damit jeweils ein Weiterspringen des Ausgangswertes p auf
den nächsthöheren Wert bzw., wenn ein vollständiger Schaltzyklus von
sechs derartigen
Schritten durchlaufen ist, das Zurückspringen auf den Anfangswert mit anschließend
abermaligem Durchlaufen der Schrittfolge. Außerdem lößt jeder dieser Ausgangsimpulse
den Sägezahngenerator SG1 aus, dessen Arbeitsgeschwindigkeit so eingestellt ist,
daß ein vollständiger Sägezahn gerade dem zeitlichen Abstand von einem Impuls zum
nächsten entspricht. In jedem derartigen Zeitraum steigt demzufolge die durch den
Wert q angedeutete Ausgangsspannung des Sägezahngenerators SG1 von einem bestimmten
Grundwert aus linear auf einen bestimmten Endwert an, von dem aus sie jeweils wieder
auf den Grundwert zurückfällt.
-
Die Ausgangsimpulse des Impulsgebers IG werden abschließend einer
ZählketteZK zugeführt, die jeweils nach einer bestimmten Anzahl n von Impulsen,
im Ausführungsbeispiel nach sechs Impulsen, einen Ausgangsimpuls an den Wendeschalter
WS abgibt.
-
Auf diese Weise bleibt der Wendeschalter WS nach jedem Start des Impulsgebers
IG für die Dauer von sechs Impulsen in einer Lage liegen, in der die Spannungen
der Eingangsleitung p in die Ausgangsleitung x und die der Eingangsleitung q in
die Ausgangsleitung y gelangen, während für die weiteren sechs Impulse die Eingangsleitung
p mit der Ausgangsleitung y und die Eingangsleitung q mit der Ausgangsleitung x
verbunden wird.
-
Nach dem Umlaufzyklus des Netzliniensteuergerätes NS wird der Impulsgeber
IG wieder stillgesetzt, und zwar entweder durch eine zugeordnete Zählschaltung oder
durch eine entsprechende Steuerung vom Zeitfolgeschalter ZS aus.
-
An den Ausgangsleitungen x und y des Netzliniensteuergeräts NS treten
somit in bestimmten Zeitabschnitten nacheinander teils feste, teils gleitende Steuerspannungen
auf, die in ihrem Zusammenwirken eine Aufzeichnung des Koordinatennetzes in der-gewünschten
Weise steuern. tZber die Leitung x werden -zunächst nacheinander sechs verschiedene
und um- -konstante Werte sich unterscheidende Spannungen abgegeben, deren jede während
der Dauer eines Schrittes konstant bleibt.
-
Gleichzeitig wird während jedes dieser sechs Schritte die an der Leitung
y liegende Spannung von einem festen Grundwert aus stetig auf einen festen Endwert
erhöht und dann bis zum Begirin des nächsten Schrittes auf Null zurückgeführt. Diese
Spannungen entsprechen den Netzlinien, die in dem in Fig. 2b dargestellten Koordinatennetz
von der x-Grundlinie aus parallel zueinander in der y-Richtung verlaufen.
-
Die Umsteuerung des Wendeschalters WS nach diesen sechs Schritten
hat zur Folge, daß nunmehr an der y-Leitung während der nächsten sechs Schritte
jeweils für die Dauer eines Schrittes eine konstante, von Schritt zu Schritt erhöhte
Spannung anliegt und während jedes dieser Schritte die Spannung an der x-Leitung
jedesmal von einem Grundwert aus stetig bis zu einem oberen Endwert erhöht wird.
Die Spannungen sind dabei derart gewählt, daß nacheinander die im Koordinatennetz
von F i g. 2 b eingezeichneten parallelen Netzlinien in der x-Richtung von der durch
die y-Linie dargestellten Grundlinie aus durchlaufen werden.
-
Als nächster Schritt ist eine Umsetzung der Netzlinien des x-y-Koordinatensystems
in entsprechende Ablenkspannungen für das nach den Koordinaten a und b orientierte
Ablenksystem der Kathodenstrahlröhre (F i g. 3 b) erforderlich.
-
Zu diesem Zweck werden von dem NetzliniensteuergerätNS über die x-y-Leitungen
kommenden Steuerspannungen über die erwähnten Umschalter USt und US2 dem KoordinatenwandlerKW1
zugeführt, der über das Ablenksystem AS3 die gewünschten Auslenkungen des schreibenden
Kathodenstrahles in der Kathodenstrahlröhre CR bewirkt. Gleichzeitig muß für die
Helltastung des Strahles gesorgt werden, indem vom Kommandogeber KG aus über den
Spannungsgeber UG eine entsprechende Steuerspannung Uw an die Steuerelektrode WZ
der Kathodenstrahlröhre CR gelegt wird.
-
Die Geschwindigkeit, mit der jede vollständige Aufzeichnung des (Fig.
2b) aus zwei Gruppen von je sechs sich senkrecht kreuzenden Netzlinien gebildeten
Koordinatennetzes geschrieben wird, hängt von der Impulsgeschwindigkeit des Impulsgebers
IG im Netzliniensteuergerät NS und der dem Impulstakt angepaßten Ablenkgeschwindigkeit
des Sägezahngenerators SGI ab. Je kürzer die Impulsabstände sind und je schneller
demgemäß die Strahlauslenkung auf jeder Netzlinie erfolgt, mit desto schwächeren
Leuchtstrichen wird das gesamte Koordinatennetz geschrieben, um desto kürzer ist
jeweils die gesamte, für einen Aufzeichnungsvorgang des Koordinatennetzes benötigte
Verlustzeit.
-
Wenn die vollständige Aufzeichnung des Koordinatennetzes nach der
vollständigen Darstellung einer zu einem Flugobjekt gehörenden Informationsgruppe
wechseln soll, muß der ZeitfolgeschalterZS jeweils nach Beendigung einer Netzlinienaufzeichnung
wieder in die Ausgangsstellung gebracht werden, von der aus der Aufzeichnungszyklus
für die zu einem neuen Flugobjekt gehörenden Informationen begonnen wird.
-
Für den neuen Aufzeichnungszyklus sind die Umschalter UNS 1 und UNS
2 in diejenige Lage zu schalten, in der die Eingänge des Koordinatenwandlers KWt
mit den Ausgängen der beiden Digital-Analog-Umsetzer DA 1 und DA 2 verbunden sind.
Außerdem ist gegebenenfalls der Impulsgeber IG stillzulegen, falls er sich nicht
bereits durch einen eigenen Zählvorgang abgeschaltet hat.
-
Die winkelmäßige Zuordnung des für die bildliche Darstellung gewählten
Koordinatennetzes x, y zum Koordinatensystem a, b der Kathodenstrahlsteuerung ist
nicht, wie in F i g. 3 b dargestellt, konstant, sondem kann nach Bedarf eingestellt
werden. Hierdurch kann das in F i g. 2 b dargestellte rechtwinklige x-y-Koordinatennetz
der Grundebene von der abgebildeten Grundstellung aus nach rechts oder links um
einen beliebigen Winkel gedreht werden, wodurch gegebenenfalls die Luftlage aus
einer besser geeigneten räumlichen Richtung betrachtet werden kann.
-
Für diese Drehbewegung wird der Koordinatenwandler KW1 und KW2 so
ausgebildet, daß die winkelmäßige Zuordnung des für sich rechtwinkligen Koordinatensystems
x, y zu dem ebenfalls rechtwinkligen, nach den raumfesten Koordinaten a, b orientierten
Ablenksystem AS 3 der Kathodenstrahlröhre CR beliebig variiert werden kann. Dieses
Variieren (Fig. 3 a) wird durch eine in die KoordinatenwandlerKWl und KW2 hineinführende
Steuerwelle HW erreicht, die durch einen Handgeber HG nach Belieben gedreht werden
kann.
-
An Stelle der beiden Koordinatenwandler KIWI, KW2 -kann auch ein
einziger gemeinsamer Koordi-
natenwandler benutzt werden, der sowohl das Wertepaar
x, y in das entsprechende Wertepaar a, b als auch das Wertepaar vx, vy bei geringfügiger
Änderung des Verarbeitungsganges dieser Werte in das entsprechende Wertepaar va,
vb umzuwandeln vermag.
-
Dieser Koordinatenwandler, der eine willkürliche Einstellung des
Betrachtungswinkels, also eine scheinbare räumliche Drehung des Luftlagebildes einschließlich
des dargestellten Koordinatennetzes der Grundebene erlaubt (F i g. 3 c), enthält
zwei flächenhafte Widerstände WF1, WF2 mit gleichmäßig verteiltem Widerstandsmaterial,
die jeweils an ihrer oberen und unteren Kante durchgehende Metalleisten für die
Stromzuführung besitzen. Auf den Widerstandflächen gleiten jeweils voneinander isolierte
Schleifkontakte SK1 und SK2 bzw. SK3 und SK4. Diese Schleifkontakte sind auf einer
gemeinsamen Welle HW befestigt, die mit Hilfe eines Handgriffes HG in einem beliebigen
Winkel a gegenüber der Horizontalen gedreht werden kann. Bei der Drehung verschiebt
sich der Abgriff auf den Widerstandflächen in senkrechter Richtung nach dem Cosinus
bzw. Sinus des Drehwinkels a.
-
Legt man nun an die Zuführungselektroden der Widerstandsfläche WF1
eine dem Koordinatenwert x entsprechende Gleichspannung Ux an, so wird vom linken
Schleifkontakt SK1 eine dem Wert x cos a und vom rechten Schleifkontakt SK2 eine
dem Wert x sinos proportionale Spannung abgegriffen. In entsprechender Weise wird
auf der Widerstandsfläche WF2, an deren Stromzuführungen die dem Wert y jeweils
entsprechende Gleichspannung Uy gelegt ist, durch den Schleifkontakt SK3 eine dem
Wert y cos a proportionale Spannung und durch den Schleifkontakt SK4 eine Spannung
proportional -y sin a abgegriffen.
-
Die beiden den Teilwerten x sina und y cosa entsprechenden Spannungen
werden den Gittern von zwei Röhren R1 und R2 zugeführt, wobei am gemeinsamen Anodenwiderstand
W 1 dieser Röhren eine der Summe der beiden Teilwerte und damit dem gewünschten
Koordinatenwert b proportionale Spannung Ub auftritt. Diese Spannung liegt an der
entsprechenden Ablenkplatte des Ablenksystems AS3 der zur Wiedergabe benutzten Kathodenstrahlröhre
CR.
-
Die an den Schleifkontakten SK1 und SK4 ab gegriffenen, den Teilwerten
x cos a bzw. - y sin a proportionalen Spannungen werden zwei Röhren R 3 und R 4
zugeführt, wobei an ihrem gemeinsamen Anodenwiderstand W2 eine der Summe der beiden
Teilwerte und damit dem gewünschten Koordinatenwert a proportionale Spannung Ua
auftritt. Diese Spannung wird der zugehörigen Ablenkplatte des Ablenksystems AS3
zugeführt. Die resultierende Wirkung der beiden Ablenkspannungen Ua und Ub lenkt
dann den Kathodenstrahl auf den entsprechenden Punkt des a-b-Koordinatensystems,
der dem vorher ermittelten Fußpunkt der Lotlinie des Flugobjektes im x-y-Koordinatennetz
der Bezugsebene entspricht.
-
Eine Überlagerungsschaltung (Fig.3c), die nach Erreichen des Fußpunktes
der Lotlinie des Flugobjektes den Kathodenstrahl um eine der Flughöhe h entsprechende
Strecke auslenkt, sieht neben dem RöhrenpaarB1, R2 eine weitere parallelgeschaltete
Röhren5 vor. An ihrem Gitter liegt ein Sägezahngenerator
SG 2,
der von einer dem Analogwert h proportionalen Spannung so gesteuert wird, daß er
eine entsprechende, von einem Anfangswert aus bis auf einen dem Wert h proportionalen
Endwert stetig ansteigende Steuerspannung an das Gitter R 5 legt. Auf diese Weise
überlagert sich der am senkrechten Plattenpaar des Ablenksystems liegenden Spannung
Ub eine stetig ansteigende Spannung, die den Lichtfleck auf dem Bildschirm um eine
der Flughöhe h maßstäbliche Strecke nach oben wandern läßt.