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Die Erfindung bezieht sich auf ein Fliegerschulungsgerät zur Nachbildung
der Anzeige von Funkhöhenmessern in Verbindung mit einem Radarschulungsgerät, wobei
das Bild einer Reliefkarte von einer Fernsehkamera erfaßt sowie auf einem Schirm
abgebildet und entsprechend der Bewegung einer Radarantenne abgetastet wird.
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Den bekannten Radargeräten mit Panoramadarstellung ist meist ein Höhenmesser
zugeordnet, der die senkrecht nach unten ausgesandten Radarsignale auswertet und
aus der Echolaufzeit die Höhe über Grund bestimmt. Es ist deshalb bei der Schulung
des fliegenden Personals wünschenswert, bei einer Nachahmung von Radarbildern auch
eine derartige, in einem wirklichen Flugzeug vorhandene Anzeige der Höhe über Grund
nachnahmen zu können.
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Bei Radarschulungsgeräten, bei denen ein dreidimensionales Modell
verwendet wird, über das hinweg sowohl eine Fernsehkamera als auch eine Lichtquelle
bewegt wird, wobei die Fernsehkamera das von der Modelloberfläche reflektierte Licht
aufnimmt und wobei die von der Fernsehkamera abgegebenen Videosignale über Steuergeräte
an eine Bildröhre gegeben werden, tritt die große Schwierigkeit auf, daß mit Lichtstrahlen
gearbeitet wird, die bekanntlich die gleiche Ausbreitungsgeschwindigkeit wie elektrische
Wellen haben. Der Abstand der verwendeten Lichtquelle und der Fernsehkamera von
der Reliefkarte ist jedoch um ein Vielfaches geringer als der Abstand des nachgebildeten
Flugzeuges von der Erdoberfläche.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fliegerschulungsgerät
zu schaffen, das zur Nachbildung der Anzeige von Funkhöhenmessern in Verbindung
mit einem Radarschulungsgerät der vorbeschriebenen Art geeignet ist.
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Erfindungsgemäß sind die Informationen über die Geländeerhebung in
einer Höhenkarte gespeichert, deren Schwärzung dem jeweiligen Höhenwert der Geländeerhebung
entspricht und die mittels einer synchron mit der Fernsehkamera verschobenen photoelektrischen
Einrichtung abgetastet wird, wobei die Information der Höhe über Grund als Differenz
der Information der Entfernung der Fernsehkamera von einer festen Bezugsebene und
der Information der Geländeerhebung über der gleichen Bezugsebene für den betreffenden
Ort gewonnen und auf die Anzeigevorrichtung gegeben wird.
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In vorteilhafter Weise kann eine Lichtquelle die Höhenkarte beleuchten,
und eine auf die Höhenkarte eingestellte Photozelle kann relativ zu der Höhenkarte
verschiebbar sein, und die am Ausgang der Photozelle auftretende Gleichspannung,
die der Geländeerhebung des von der Photozelle erfaßten Ausschnittes proportional
ist, kann in einem Differenzglied von einer Spannung subtrahiert werden, die proportional
zur Höhe des nachgebildeten Flugzeuges über der Bezugsebene ist.
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Die Höhenkarte kann ein Diapositiv sein, und die Lichtquelle und die
Photozelle können beiderseits des Diapositivs angebracht sein. Dabei können zweckmäßigerweise
die Lichtquelle und die Photozelle entsprechend den berechneten Werten der Fluggeschwindigkeit
und Flugrichtung relativ zu dem Diapositiv verschoben werden.
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Die Höhenkarte kann aber auch aus einer undurchsichtigen Abbildung
bestehen, die beleuchtet ist und deren Lichtabsorption an bestimmten Stellen gemessen
wird.
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Die Höhenkarte kann von der Fernsehkamera abgetastet werden, wobei
ein Teil des von der Fernsehkamera gelieferten Bildsignals ausgeblendet und gleichgerichtet
wird, um eine Gleichspannung zu ergeben, die proportional zur Amplitude dieses Teiles
ist und ein Maß für die Geländeerhebung über der Bezugsebene darstellt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Fliegerschulungsgerätes
schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Darstellung des angewendeten Meßprinzips,
F i g. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform des Fliegerschulungsgerätes und F
i g. 3 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform des Fliegerschulungsgerätes.
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In F i g.1 stellt die Geländelinie 170 den Umriß der Erdoberfläche
unterhalb eines Flugzeuges 171 dar. Die Bezugsebene der Meereshöhe ist mit 172 bezeichnet.
Ein barometrischer Höhenmesser zeigt die Höhe des Flugzeuges 171 über der Meereshöhe
172 an. Ein Funkhöhenmesser ergibt dagegen die Höhe des Flugzeuges über der Geländelinie
170.
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Auf ein Fliegerschulungsgerät zur Nachbildung -der Anzeige von Funkhöhenmessern
in Verbindung mit einem Radarschulungsgerät, das ein dreidimensionales Modell des
darzustellenden Gebietes aufweist, übertragen, bedeutet die Geländelinie
170 den Umriß der Modelloberfläche. Zur Nachbildung der Anzeige eines Funkhöhenmessers
wird die Höhenmessung zwischen dem nachgebildeten Flugzeug und der Meereshöhe 172
benutzt, wobei davon der Abstand zwischen der Geländelinie 170 und der Meereshöhe
172 abgezogen wird. Der sich daraus ergebende Wert ist die Höhe des Flugzeuges über
der Geländelinie 170.
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In F i g. 2 ist eine Ausführungsform des Fliegerschulungsgerätes zur
Nachbildung der Anzeige von Funkhöhenmessern in Verbindung mit einem Radarschulungsgerät
dargestellt. Das Radarschulungsgerät weist ein Synchronisiergerät 18 auf, das ein
Teil der Steueranordnung ist, mit der die Bewegung der Fernsehkamera und der Lichtquelle
über die Reliefkarte gesteuert wird und das weiterhin die Bildröhre, auf der das
nachgeahmte Radarbild abgebildet wird, betreibt. Weiterhin wird ein Ablenkverstärker
40 verwendet. Dieser Ablenkverstärker gibt Abtastsignale an die Fernsehkamera
ab. Dieser Ablenkverstärker 40 wird durch Koordinatenrechner gesteuert, die eine
Antennenbewegung simulieren, und wird weiterhin vom Synchronisiergerä-t 18 mit sogenannten
Haltepulsen beaufschlagt.
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Ferner findet ein Videoverstärker 14 Verwendung, der zwischen die
Fernsehkamera und die Bildröhre eingeschaltet ist.
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Mit 59 ist die Fernsehkamera bezeichnet, vor deren Objektivsatz ein
Umlenkprisma 41 angeordnet ist.
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Das von einer Höhenkarte 111, die Schwärzungswerte zwischen schwarz
und weiß entsprechend der Höhe des Geländes aufweist, durchgelassene bzw. reflektierte
Licht an der der Lage des nachgebildeten Flugzeuges entsprechenden Stelle ist ein
Maß für die Geländeerhebung an dieser Stelle.
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Da die Fernsehkamera stets ihre Schwenkbewegung von einer Stelle unmittelbar
unter dem nachgeahmten
Flugzeug bis zur Reichweite des nachgeahmten
Radargerätes ausführt, ist das Bildsignal, das zu Beginn jeder Abtastung auftritt,
ein Maß für die jeweilige Höhe des Geländemodells unmittelbar unterhalb des Flugzeuges.
Es wird die Messung der Absoluthöhe verwendet und davon das Meßergebnis der Geländeerhebung
abgezogen, um die Höhe des Flugzeuges über dem Boden in Form einer Gleichspannung
zu erhalten, die auf das Anzeigegerät des Funkhöhenmessers gegeben wird. Hierzu
empfängt in F i g. 2 ein Impulsformer 173 zu Beginn jeder Abtastung einen synchronisierten
Impuls vom Synchronisiergerät 18 über eine Leitung 174. Im Impulsformer
173 wird ein Impuls erzeugt, der über die Leitung 175 auf die Mischstufe 176 gegeben
wird. Die vom Synchronisiergerät 18 erzeugten Abtastimpulse haben die Periode T.
Ihre. Wellenform ist bei der Leitung 42 dargestellt. Das von der Fernsehkamera aufgenommene
Bildsignal wird von dem Videoverstärker 14 auf die Mischstufe 176 gegeben, wo der
Puls von der Leitung 175 mit diesem Bildsignal moduliert wird. Hierdurch ergibt
sich in der Leitung 177 ein Signal, bei dem die Bildinformation zu Beginn jeder
Abtastung einen wesentlich höheren Grundpegel als die nachfolgende Bildinformation
in dieser Periode hat. Der Impulsformer 173 erzeugt ferner eine Bezugsgleichspannung
in der Leitung 178, die dem in der Leitung 175 erscheinenden Puls in der Höhe analog
ist. Die Kombination dieser Bezugsgleichspannung mit der impulsüberlagerten Bildspannung
von der Leitung 177 ergibt hinter dem Differenzglied 179 einen Impuls, dessen jeweilige
Höhe ein Maß für das Geländesignal in einer Periode darstellt, die von der Impulsbreite
des Pulses in der Leitung 175 abhängt. Dieses Signal wird dem Impulsverlängerer
180 zugeführt, der den zeitlichen Mittelwert des Signals bildet, das den Geländeumriß
unmittelbar unter dem nachgeahmten Flugzeug darstellt und ein positives Gleichspannungssignal
ergibt, das proportional zur Signalamplitude in der Leitung vom Differenzglied
179 zum Impulsverlängerer 180
ist. Dieses Gleichspannungssignal wird
im Summierverstärker 182 mit einem negativen Gleichspannungssignal vereinigt, das
proportional zur Höhe des nachgeahmten Flugzeuges über der Meereshöhe ist. Letzteres
Signal wird von einem Analogrechner 183
geliefert, der ein zur Absoluthöhe
des Flugzeuges proportionales Signal von entgegengesezter Polarität wie dasjenige
der Geländeinformation liefert. Die entsprechende Gleichspannung wird über eine
Leitung 184 auf den Summierverstärker 182 gegeben. Hierdurch ergibt sich auf der
Leitung 185 eine Gleichspannung, die proportional zur Differenz zwischen
der Absoluthöhe des Flugzeuges über Meereshöhe und dem Abstand der Geländelinie
von der Meereshöhe ist. Dieses Maß für die Höhe des Flugzeuges über dem Gelände
wird dann dem Verstärker und Begrenzer 186 zugeführt, der seinerseits die Höhenmesser
187 beaufschlagt. Die Höhenmesseranzeige ist damit zu allen Zeiten ein Maß für die
Höhe des Flugzeuges über dem Boden unmittelbar unterhalb des nachgeahmten Flugzeuges.
Wenn dem Verstärker 182 keine Höheninformation zugeführt wird, so ergibt sich eine
Anzeige der Absoluthöhe des Geländes, die bei gewissen Anwendungen brauchbar ist.
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Eine andere Möglichkeit zur Nachbildung der Anzeige eines Funkhöhenmessers
ist in F i g. 3 gezeigt. Hier ist die Höhenkarte 111 in unmittelbarer Nähe des Kameraträgers
angebracht, so daß sie von der Fernsehkamera erfaßt werden kann. Die Höhenkarte
111 enthält Schattierungen und Übergänge von Schwarz zu Weiß abhängig von der Absoluthöhe
des Geländes an allen Stellen, so daß das von ihr reflektierte Licht ein Maß für
die Geländehöhe darstellt. Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform ist
eine Photozelle 190 neben der Fernsehkamera angebracht, so daß die Photozelle 190
die Höhenkarte 111 bei den Bewegungen des nachgeahmten Flugzeuges über dem Gelände
abtastet. Eine Lichtquelle 2 beleuchtet die Fläche der Höhenkarte 111 gleichmäßig.
Die Photozelle 190 ist auf den Punkt unmittelbar unter dem nachgeahmten Flugzeug
eingestellt. Am Ausgang der Photozelle tritt ein Gleichspannungssignal auf, das
proportional zur Erhebung des Geländes über See ist. Diese Information wird über
die Leitung 191 einem Summierverstärker 192 zugeführt. Wie im vorherigen Beispiel
liefert ein Analogrechner 183 eine negative Gleichspannung über die Leitung 184,
die proportional zur Höhe des Flugzeuges über Meereshöhe ist. Die Addition dieser
beiden entgegengesetzten Spannungen ergibt eine Gleichspannung in der Leitung 185,
die ein Maß für die Differenz zwischen der Höhe des Flugzeuges über Meereshöhe und
dem Abstand zwischen Geländelinie und Meereshöhe ist. Diese Spannung ist somit analog
zur Höhe des Flugzeuges über der Geländelinie und wird dem Verstärker und Begrenzer
186 und dann den Höhenmessern 187 zugeführt.
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Die zuerst geschilderte Methode zur Nachbildung der Höhenmessung benutzt
Bildinformationen, die in der Höhenkarte verfügbar sind, um die erforderlichen Spannungen
zur Anzeige am Funkhöhenmesser zu erzeugen. Die zuletzt geschilderte Photozellenmethode
erfordert weniger Bauteile, um diese Information bereitzustellen, aber es ist die
Anbringung einer zusätzlichen Photozelle am Kameraträger erforderlich. In beiden
Fällen wird die photographisch hergestellte Höhenkarte oder ein entsprechendes Diapositiv
verwendet, um die Information hinsichtlich des Abstandes zwischen dem Geländeumriß
und der Meereshöhe zu liefern. Bei der Photozellenmethode muß, wenn ein Diapositiv
als Höhenkarte 111 verwendet werden soll, ein Abtaster auf der anderen Seite des
Diapositivs angebracht werden. Die Lage der Lichtquelle hängt davon ab, ob es sich
um ein Diapositiv oder eine undurchsichtige Höhenkarte handelt. Bei undurchsichtiger
Höhenkarte muß die Lichtquelle sich auf der gleichen Seite wie die Photozelle befinden,
während im anderen Falle die Lichtquelle von der Photozelle durch das Diapositiv
getrennt ist. Entsprechend der auf der Höhenkarte vorhandenen Information ergibt
sich die Auflösung der Höhenrnesseranzeige, wobei die Empfindlichkeit der Photozellenmethode
weitgehend von der richtigen Einstellung des Photozellenobjektivs abhängt. Wenn
nur ein kleiner Bereich erfaßt wird, sind die Änderungen der Höhenmesseranzeige
plötzlicher und empfindlicher, als wenn eine große Fläche während des nachgebildeten
Fluges abgetastet wird.
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Eine Rückkopplung 189 zwischen der Lichtquelle 2 und der Photozelle
190 in F i g. 3 soll eine Stabilisierungsvorrichtung andeuten, die zur Konstanz
der Anzeige beiträgt. Dies geschieht dadurch, daß die Intensität der Lichtquelle
2 überwacht und ein Signal auf die Photozelle 190 übertragen wird, das proportional
zur Lichtintensität ist. Dieses Signal dient zur
Änderung der Empfindlichkeit
der Photozelle. Hierbei wird die Empfindlichkeit der Photozelle erhöht, wenn die
Lichtintensität abnimmt. Dadurch bleibt die Ausgangsspannung der Photozelle konstant,
auch wenn die Lichtintensität schwankt.