DE1926841C3 - Vorrichtung zur Erfassung von Inhaltsänderungen eines Bildes mit willkürlicher Verteilung der Strahlungsenergie gegenüber einem Referenzbild - Google Patents

Vorrichtung zur Erfassung von Inhaltsänderungen eines Bildes mit willkürlicher Verteilung der Strahlungsenergie gegenüber einem Referenzbild

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichiung zur Erfassung von Inhaltsänderungen eines Bildes mit willkürlicher Verteilung der Strahlungsenergie gegenüber einem Referenzbild mit einer elektro-optischen Abtastvorrichtung, einem Wandler zur Erzeugung eines der Energiedichte entsprechenden analogen Signals, einem dieses Signal in ein Digitalsignal mit konstanter Amplitude, variabler Pulsbreite und variablem Pulsabstand wandelnden Quantisierer und einer Korrelationsschaltung zum Vergleich des quantisierten mit dem dem Referenzbild entsprechenden Signal und Abgabe eines die Abweichung charakterisierenden Signals.
Bei einer bekannten Vorrichtung der gattungsgemäßen Art (NL-AS 67 13914), die zur automatischen Zielverfolgung bei direkter Sicht des Zieles dient, ist wenigstens eine Fernsehkamera vorgesehen, die das erfaßte Zielbild an ein es in ein Impulsbild umwandelndes elektrooptischen Gerät überträgt Das elektro-optl· sehe Gerat weist Speicher und Abtaströhren auf, in denen das von der Fernsehkamera abgegebene Video-Signal weiter verarbeitet und schließlich einer unsymmetrisch arbeitenden Korrelätorschaltung zuge^ führt wird. Dieses bekannte System Vermag nicht zwischen Bildvefschiebungen und Bildänderungen zu
unterscheiden. Bei dem bekannten System wird es als vorteilhaft angesehen, daß keine Fläche abgetastet wird, sondern daß die Abtastung des Impulsbildes des Zielbildes nach zwei zueinander senkrechten Richtungen erfolgt, deren Schnittpunkte den Ursprung der Bezugsachsen bildet Eine solche Anordnung ist nur dann brauchbar, wenn lediglich extrem kleine Bildverschiebungen auftreten. Mit Fernsehkameraröhren arbeitende Systeme sind darüber hinaus aufwendig, sie benötigen eine relativ große Bandbreite und haben ein ungünstiges Signal-Rauschverhältnis, durch das die Genauigkeit der Quantisierung negativ beeinflußt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die es mit einfachen und zuverlässigen Mitteln ermöglicht, Bildbewegungen und Bildänderungen zu erfassen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Abtaster ein mechanisch-optisches System mit im Verhältnis zu den Bildelementen großer Apertur vorgesehen ist, dem Wandler ein Hochpaßsowie ein Tiefpaßfilter nachgeschaltet si-d und die Korrelationsschaltung die der Bildbewegung entsprechenden Signale Null-Punkt-symmetrisch sowie getrennt vom Korrelationsgrad der zu vergleichenden Signale erzeugt
Das erfindungsgemäße System arbeitet mit einem sehr viel engeren Frequenzspektrum als das bekannte, mit einer Fernsehkamera arbeitende System. Während bei dem bekannten System im Bereich von 4,5 MHz gearbeitet wird, kann die erfindungsgemäße Anordnung mit Frequenzen im Hörbereich arbeiten, also mi; Frequenzen, die im drei Größenordnungen niedriger liegen. Damit wird gleichzeitig ein wesentlich günstigeres Signal-Rauschverhältnis erzielt Die große Apertur stellt sicher, daß auch bei Translationen und/oder Rotationen des Bildes ein hinreichender Korrelationsgrad erhalten bleibt solange eine 50%ige Überlappung zwischen dem Referenzsignal und dem jeweiligen Abtastsigral besteht Das erfindungsgemäße System arbeitet zuverlässig noch bei Rotationsbewegungen von + / - 10° und Translationsbewegungen von +/ — 5%.
Zweckmäßige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen herausgestellt
Die Erfindung ist in der Zeichnung in verschiedenen Ausführungsformen dargestellt und im nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt
F i g. 1 schematisch ein mögliches Lenksystem gemäß der vorliegenden Erfindung,
F i g. 2 eine Ziel- und Trackanordnung, die mit der Einrichti Tig der F i g. 1 zusammenwirkt,
F i g. 3 eine teilweise perspektivische Darstellung einer Einheit, die die Abtast- und Steuerbauteile einer AusführungsforiK der Erfindung darstellt,
Fig.4 ein vereinfachtes Blockschaltbild, das die elektronische Schaltanordnung einer Ausffihrungsform der Erfindung zeigt
Fig.5 ein Detailblockschaltbild der Bauteile des Systems der Erfindung, die in einem Geschoß und in einem Flugzeug eingebaut sind, von dem das Geschoß abgeschossen wird,
Fig.6 ein Blockschaltbild des Verstärkungsreglers eines Photomultipliers unter Verwendung einer regelbaren Hochspannungsquelle des Systems der Erfindung,
F i g. 7 eine graphische Darstellung zweier typischer Signale des Systems do,- Erfindung,
Fig.8 eine Frontansicht eines rasterartigen Abta* sters gemäß der Erfindung,
Fig.9 einen Schnitt durch die Konstruktion der Fig.8 längs der Linie 9-9 der Fig,8 in Richtung der Pfeile,
F i g. 10 eine Antennenabtastanordnung
F i g. 11 eine vereinfachte Ansicht einer Abtastanordnung gemäß der Erfindung, aus der die möglichen Wege erläuternder optischer Strahlen hervorgehen,
Fig. 12 eine Einzelheit einer Drehöffnung der Vorrichtung der F i g. 11, in der Symbole und Koordinaten definiert werden, die bei der Beschreibung des Systems verwendet werden.
Fig. 13 ein Funktionsblockschaltbild einer möglichen Anordnung des elektronischen Teils des Systems,
F i g. 14 Impulsfolgen, die an verschiedenen Stellen des Systems auftreten,
Fig. 15 einen möglichen Anwendungsfall der Erfindung aufdie automatische Steuerung des Feldwinkels einer Objektivlinse,
Fig. 16 eine perspektivische srhematische Darstellung in auseinandergezogener Anordnung einer Einrichtung zur automatischen Steuerung einer Linse mit veränderbarer Brennweite und einer Blendenscheibe,
Fig. 17 ein Blockschaltbild einer weiteren elektronischen Anordnung eines Teils des Systems in F i g. 13,
F i g. 18 eine schematische Darstellung des Abtastvorgangs unter Verwendung eines quadratischen Abtastschemas,
Fig. 19 eine schematische Darstellung eines Bodentrackvorgangs und die Umschaltung von einem abgetasteten Feld zu dem nächsten Feld während des Fluges eines Flugzeuges,
F i g. 20 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Systems der Erfindung das auf das Bodentracken angewandt ist,
Fig. 21 einen Anwendungsfall der Erfindung auf einen automatischen V/W-Sensor der Art, die für die Steuerung der Bildbewegungskompensation in Luftbildkameras verwendet wird,
F i g. 22 eine Abtastanordnung, die zum Bodentracken geeignet ist,
F i g. 23 die Art, in der eine Satellitenkamera mit dem System der Erfindung kombiniert werden kann und
F i g. 24 einen Anwendungsfall der Erfindung, die Faseroptiken verwendet, um Licht von den Linsen und der Abtastöffnung zu übertragen.
Der grundlegende Lösungsweg der Erfindung kann anhand einer Beschreibung der Anwendung des Systems auf die automatische Lenkung eines Luft-Bodengeschosses erläutert werden.
Das Sehfeld der Vorrichtung kann die Form eines Ringes aufweisen, der auf das ausgewählte Ziel zentrkrt ist In F i g. 1 wird dieser Ring kontinuierlich durch das Äquivalent einer sich drehenden Radialöffnung abgetastet das ein sich schnell drehendes Prisma 10, eine feste Öffnung 12 und eine Objektivlinse enthält Diese Anordnung ist viel einfacher als alle elektronischen Abtastanordnungen, führt zu keinen Linearitäts- bzw. Rücklaufprobleren und läßt eine große Freiheit hinsichtlich der Wahl der spektralen Empfindlichkeit des Photodetektors 16 zu. Außerdem ist sie zu 100% der Zeit aktiv, so daß eine Information mii optimalem Wirkungsgrad geliefert wird, Da die Öffnung 12 als eine optische Sehfeldblende wirkt, ist keine andere solche Feldblende erforderlich. Dies beseitigt die öffnungsmodulation, d. h. die Erzeugung von ungewollten Signalen infolge der Abtastung einer gesonderten Sehfeldblefide durch die Öffnung 12. Dieses Schnelldrehabtastsystem zerlegt das Bild des Zielumgebungsgeländes. Das Bild
wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das die Helligkeit des Geländes in Abhängigkeit mit der Zeit über jede Abtastung darstellt. Da das Bild wiederholt abgetastet wird, kann die elektrische Spannung, die irgendeine Abtastung darstellt, mit der, die irgendeine s andere Abtastung darstellt, verglichen werden.
Da das wiederholt von dem gleichen Gesichtswinkel aus betrachtete Signal ein identisches elektrisches Signal bei jeder Abtastung ergibt^ erzeugt der Vergleich der Abtastungen für ein Geschoß, das direkt das Ziel ansteuert, kein wesentliches Fehlersignal. Wenn sich jedoch der Gesichtswinkel ändert, stimmen die Bilder nicht mehr genau überein und ein Vergleich der entsprechenden Abtastungen erzeugt ein Fehlersignal.
Zu ausgewählten Zeiten wird während der Bewegung eines Fahrzeuges, das die Vorrichtung der Erfindung trägt, das Videoabtastausgangssignal, das an dem Ausgang des Verstärkers 16Λ erscheint und das von dem photoelektrischen Detektor 16 abgeleitet ist, in einem Magnetspeichergerät 17 gespeichert; dadurch können aufeinanderfolgende Abtastungen mit der gespeicherten verglichen werden. Die aufgezeichnete Abtastung kann auch periodisch gelöscht und eine Neuabtastung unmittelbar aufgezeichnet werden.
Um die weitere Behandlung der Videosignale, die sich von einer ersten und einer nachfolgenden Abtastung ergeben, zu erleichtern, werden sie in Binärsignale umgewandelt. Diese Umwandlung wird durch Triggerung zweier bistabiler Multivibratoren bzw. Flipflops 14 und 15 von den differentierten Videosignalen erhalten. Dies wird dadurch erreicht, daß das erste Videosignal von dem Speichergerät 17 zu einem Differentierkreis 17/4 und das zweite Videosignal vom Verstärker \6A zu einem Differentierkreis 16ß gegeben wird. Die Ausgangssignale der Flipflops bestehen aus zwei Folgen von Impulsen mit konstanter Amplitude und veränderlicher Breite und Zeitlage.
Diese beiden Impulsfolgen werden mit Viftjund Vj(t) bezeichnet, wobei V, die binäre Umwandlung der aufgezeichneten Abtastung und V2 die binäre Umwand-
IUlIg Il gctiuctltci flaülltiMgduuön r-vi^täSiUIig tat.
Die Binärkodierung von V\ und V2 ermöglicht es, daß diese zweidiskrete Werte besitzen. Der Aufbau des Kreises ist so, daß diese Werte in der Amplitude gleich, jedoch im Vorzeichen verschieden sind. Damit ist V\(t)- ±aund V-(')= ±a.
Der Grad der Korrelation zwischen Vl und V2 wird als nächstes durch eine Multiplikation in einem symmetrischen Modulator Mx (F i g. 2) erhalten, dessen Ausgangssignal V3 = ± kä2 ist wobei k eine Konstante ist Wenn in dem Sehfeld zwischen den beiden Abtastungen keine Änderung aufgetragen ist, dann ist Vj = V2 und das Ausgangssignal des Modulators V3 ist Jta2, d. h. ein reines Gleichstromsignal. Tatsächlich erzeugt das stets vorhandene Systemrauschen einige zufällige Signale umgekehrter Polarität V3 zeigt jedoch keine irgendwelche bestimmte Periodizität die Modulatoren M2 und M5, die das Signal V3 mit sich in Phase befindlichen und mit um 90° phasenverschobenen Signalen mit der Abtastfrequnez multiplizieren, erzeugen kein GesamtsignaL die in Phase befindlichen und die um 90° phasenverschobenen Signale, die auf die Modulatoren M2 und M3 gegeben werden, werden von Wechselstromquellen Si und S; abgeleitet, die die Wicklungen Wj und W2 eines Synchronmotors Sspeisen, der dazu dient, das Prisma 10 in der gewünschten Abtastgeschwindigkeit zu drehen. Die Intermodulation der Signale Si und S2 mit Vj in den Modulatoren M2 und M3 bringt einen allgemein als Synchrondetektion bekannten Vorgang mit sich.
Eine geringe Änderung des Sehfeldes, die zwischen den Abtastungen auftritt, ruft allgemein einen Unterschied zwischen V2 und V\ hervor» V3 enthält dann wesentlich negative Fehlersignale. Der Charakter dieser Fehiefsignale hängt direkt von der Art der Bewegung ab, die die Änderung des Sehfeldes veranlaßt Wenn die Bewegung eine einfache fortschreitende Bewegung auf der optischen Achse ist; tritt wiederum in V3 keine Periodizität auf und kein Gesamtausgängssignal erscheint bei M7 und Mi.
Eine zeitliche Verschiebung ruft jedoch das Äquivalent einer Modulation der Abtastgeschwindigkeit hervor. Wenn die Bildverschiebung und die Abtastung in der gleichen Richtung liegen, wird die relative Abtastgeschwindigkeit um einen Betrag vermindert, der von der Geschwindigkeit der seitlichen Bildverschiebung abhängt. Umgekehrt wird die relative Abtastgeschwindigkeit erhöht, wenn die Bildverschiebung und die momentane Abtastrichtung entgegengesetzt sind. Es ist somit klar, daß die relative Abtastgeschwindigkeit einer sinusförmigen Phasenmodulation unterworfen wird. Dies wiederum veranlaßt eine abwechselnde Spreizung und Bündelung des Signals V2. Dieser Effekt ist ein periodischer und tritt in der Abtastgeschwindigkeit auf. Seine Phase relativ zu dem Abtastvorgang wird gänzlich »on der Richtung der Bildverschiebung bestimmt. Daher erzeugt der Ausgang von M2 und Λ/3 nunmehr Gleichstrombewegungssignale einer Größe und eines Vorzeichens, die unmittelbar auf die Komponenten der obigen Verschiebung in zwei orthogonalen Richtungen bezogen sind, die in F i g. 1 als vertikal und horizontal bezeichnet sind. Diese Signale können beispielsweise dazu verwendet werden, das Fahrzeug das eine Vorrichtung gemäß der Erfindung trägt zu einem Ziel zurückzusteuern.
Die Genauigkeitsgrenze des Sensors wird im wesentlichen nur durch die Bildqualität (optische Auflösung) und das Systemrauschen begrenzt Bei guter Sicht ist eine Genauigkeit von einem geringen Bruchteil cir.cs Grades erreichbar. Um diese· Fähig!1:?!· 91J??1.1-werten, muß eine entsprechend genaue und stabile Zielvorrichtung zur Verfügung stehen. Außerdem sind Mittel erforderlich, um eine solche Zielvorstellung auszurichten und sie in gleichmäßig genauer Ausfluchtung mit dem optischen Geschoßlenksystem zu halten. Jedoch kann man sich nicht auf die Ausrichtung verlassen, um die Geschoßlenkung und die Flugzeugzielsysteme einzupegeln, da die mechanische Toleranz, die zwischen den Haupteinrichtungen des Geschosses, seiner Abschußvorrichtung und dem Flugzeug geschaffen wird, ebenso wie ihre statischen und dynamischen Ablenkungen zu Fluchtungsfehlern führen, die viel zu groß sind, als daß sie toleriert werden könnten.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung schafft eine vollkommene Lösung dieses Problems. Ihre Zielvorrichtung besitzt eine eingebaute elektronische Einstellfunktionsvorrichtung, die eine vollkommen automatische und genaue Fluchtung unmittelbar vor dem Geschoßabschuß zuläßt Die Flugzeugzielvorrichtung (Fig.2) ist mit einer Abtast- und Sensoreinrichtung ausgerüstet, die mit der auf dem Geschoß montierten Lenkeinrichtung identisch ist und die die gleichen Bezugszeichen in F i g. 2 wie in F i g. 1 besitzt mit der Ausnahme, daß keine magnetische Aufzeichnung stattfindet, da das Bezufssignal V2, das dem Modulator M\ zugeführt wird, von der auf dem Geschoß montierten Lenkeinrichtung abgeleitet wird. Wenn der Auslöseschalter betätigt wird,
werden beide Abtaster in Belricb geholirmcn und synchronisiert. Das Ausgangssignal Vj wird nun mil dent Ausgangssignal Vi' verglichen, das von dem Geschoßsensor erzeugt wird. Wenn beide Einrichtungen auf das gleiche Objekt gefichlet sind, ist Vy mit Vi identisch. Jeder optische Fluchiungsfehler zwischen den beiden Eihr^itungcn führt jedoch zu Unterschieden zwischen Vi und VJ. Wendet man den Signalerzeugungsvorgang aiii der vorher beschrieben wurde, erzeugt das Gerät im Flugzeug zwei PösitiönssleUersigriäle. 2*,wei an der Zielvorrichtung angeordnete Drehmomenterzeuger 18 und 18/t empfangen diese Signale und veranlassen automatisch, daß die Zielvorrichtung die gleiche Ziclzone auf die die Lenkeinrichtung gerichtet ist, erfaßt und ihr folgt. Die einzige Forderung besteht darin, daß. wenn irgendein ursprünglicher Fluchtungsfehler vorhanden ist. dieser innerhalb des F.rfassungsbereichs des Cuotnmo IiAfTf "J ·*·*·"- ···*£·■
Der elektronische Einstellvorgang ist in weniger als einer Sekunde von dem Moment der Auslösung an beendet. Sie wird dem Piloten durch ein »Fertig«-Signal angezeigt, der dann manövriert, wie es erforderlich ist. um sein Ziel zu verbessern, und das Geschoß abschießt. In dem gleichen Augenblick sind die Speicher- und Geschoßlenkfunktionen aktiviert.
Lenkungsgesichtspunkte
Ein Geschoßlenksystem gemäß der Erfindung ist in den F i g. 3 und 4 gezeigt. Es besteht aus zwei Hai),, tsystemen: der vom Geschoß getragenen Lenkung und der Flugzeugzielvorrichtung.
In Fi g. 3, die die Systemachsen YA (Gierungsachse). RA (Rollachse) und PA (Neigungsachse) festlegt, ist der Abtastkopf gezeigt, der an der Spitze des Geschosses 60 gelegen ist. Er betrachtet die Zielfläche durch eine transparente kugelförmige Fläche bzw. ein Fenster 61 in der Geschoßspitze und wird von den YA- und PA-Kardanringen 62 und 63 gehalten, die beide auf die Mitte der Kurve der Geschoßspitze zentriert sind, um optische Störungen zu beseitigen.
Die Objektivlinse 64 ist reflektierend und besteht aus einem konkaven ringförmigen ersten Element und einem konvexen bzw. negativen zweiten Element. Diese Anordnung hat als charakteristische Merkmale eine große Öffnung, eine lange Brennweite (die für ein relativ enges Feld erforderlich ist), keine chromatischen Aberrationen und ein sehr geringes Gewicht Die Anordnung der Bauteile in dem Gestell läßt den erforderlichen Grad an Kardanringengbewegung ohne optische Vignettierung zu.
Das Linsensystem bildet die Zielfäche auf der Stirnfläche der Abtastscheibe 65 ab, in der eine enge radiale Abtastöffnung gelegen ist. Der Lichtstrahl, der durch die Öffnung verläuft, wird durch den zentralen Teil der Scheibe von zwei Spiegeln 66, 67 die sich mit der Scheibenanordnung drehen, und von einem dritten festen Spiegel 69 auf die Photovervielfacherkathode 68 reflektiert. Eine kontische Lichthaube die axial vor der Scheibe angeordnet ist, und ein zylindrischer Schirm, der den Photovervielfacher umgibt, werden verwendet, um Streulicht daran zu hindern, daß es die Kathode 68 erreicht. Ein Minus-Blaufilter kann in dem Strahl der Kathode angeordnet werden, um die Fähigkeit des Systems zu verbessern, durch Nebel und Dunst durchzudringen.
Die verwendeten Winkelgeschwindigkeitsmeßelemente sind Kreisel mit einem Freiheitsgrad, wie der Neigungskreisel 85 und der Gierungskreisel 06, die an der Kardarikonstrilktion mil zueinander senkrechten Eingangsachsen befestigt sind. Die Ausrichtung der kreiselbauteile ist nicht kritisch, jedoch wird die gesaiiUe Einheit während der Herstellung mit kleinen Korrekturgewichten im Gleichgewicht geliallen.
Nicht gezeigte Positiönsineßwertgcber, die zwischen deri Sätzen voii Kardanringch angeordnet sind, liefern die erforderlichen Gierungs- und Neigungsfehlefsignaie, die eine Bewegung des Geschoßrahmens gegenüber
I" deni Gestell darstellen.
Die Ablastscheibenanordnung wird von einem kleinen Synchronmotor 70 über eine Kupplung angetrieben. An ihrem Umfang und an beiden Seiten der Abtastscheibe befinden sich zwei ringförmige Magnetschichten, auf denen die Bezugsablaslungen abwechselnd von dem jeweiligen Aufzeichnungsköpfen aufgezeichnet werden, wie weiter unten im einzelnen
zusätzliche vorher aufgezeichnete Spur für Synchronisiersignalc. die insbesondere vor dem Geschoßabschuß zur genauen Synchronisierung der Drehung der an dem Geschoß angeordneten Scheibe mit einer ähnlichen Abtastscheibe, die sich im Flugzeug befindet, verwendet wird.
Der Flugzeugzielvorrichtungsabtastkopf (nicht gezeigt) ist funktionsmäßig dem Geschoßabtaster gleich mit der Ausnahme, daß er nicht von einem stabilisierten Gestell getragen wird und daß keine magnetische Aufzeichnung von Abtastsignalen vorgesehen ist. Er enthält auch eine zusätzliche Synchronisiervoreinrichtung, die seine Abtastscheibe der in dem Geschoß nachführt. Dieser Sensor isr normalerweise an der Flugzeugzielvorrichtung angeordnet und genau damit ausgerichtet.
Die Abtastvergleichskreise sind in Form eines Blockschaltbildes in Fig.4 gezeigt. Während des Zielzyklus ist der Flugzeugabtaster 71 in Betrieb. Das Ausgangssignal des Photovervielfachers 72 ist eine sich ändernde Spannung, die das Analogon der Lichtintensitat während jeder Abtastung ist. Die Spannung wird im Verstärker 72A verstärkt, im Netzwerk 72ß differentiert und auf einen Flipflop-Oszillator 73 gegeben, um in ein Binärsignal umgewandelt zu werden. Das Ausgangssignal des Flipflop-Oszillators 73 besteht aus einer Folge von Impulsen mit konstanter Amplitude und veränderlicher Breite und Zeitlage. Diese Impulse werden durch die zentrale Schaltung des Geschosses zu der Magnetaufzeichnungsscheibe 52 in dem Geschoßsensor gegeben.
so Die Aufzeichnungsscheibe und die Flugzeugabtastscneibe enthalten beide vorher aufgezeichnete Gruppen von identischen Synchronisierimpulsen, die kontinuierlich in dem Flugzeugzielvorrichtungskopf verglichen werden, um ihn genau mit dem Geschoßabtaster zu synchronisieren. In dem Geschoßsystem steuern die gleichen Impulse zusätzlich einen Teil der Gierungsund Neigungselektroniken.
Die Geschoßziel- und Abschußfunktionen werden von dem Abschußsteuergerät 53 gesteuert, das sich in dem Flugzeug befindet Dieses Gerät ist grundsätzlich ein Selektor, der die Geschosse in eine richtige Schußfolge bringt und der die Signale zum Zielen und zum Abschuß eines jeden Geschosses auslöst Seine Eingänge sind die voreingestellte Reihenfolge und der Abschußdruckknopf. Er ist elektrisch mit dem Reihenfolgeschalter in dem ausgewählten Geschoß und mit dem Flugzeugsensor verbunden. Die »Fertig«-, »Abschuß-« und »Fehlere-Anzeigeeinrichtungen für jedes
Geschoß und der Systemhatiptschalter und die Anzeigeeinrichtungen befinden sich ebenfalls in diesem Gerät.
Sobald das Geschoß abgeschossen wird, wird der Ausgang der sich ändernden Spannung des Geschoßsensörphotovervieifachers 51 in Betrieb genommen. Diese Spannung wird durch den Differentierkfeis 74/1 und die Flipflopschaltungen 74 in eine binäre Form umgewandelt und unmittelbar mit der aufgezeichneten Bezugsabtastung verglichen.
Es ist zu beachten, daß während des Fluges das Bezugssignal von der Aufzeichnungseinrichlung 52 erhalten wird. Die ursprünglich gespeicherte Abtastung wird nicht von dem Geschoßsensor abgeleitet, sondern, wie in Fig.4 angegeben ist, von dem Sensor in dem Flugzeug. Dies beseitigt völlig Zielfehler infolge von Abweichungen zwischen den Abschußrinnen und der Zielvorrichtung. Die Bezugsabtastung ist so genau auf das Ziel zentriert wie der Pilot zielt. Die Arbeitsweise der Funktionselemente des Systems, die als Modulator 75, Zeitverzögerungssensor 77, als Rauschspannungssensor und als Synchrondetektoren 76a und 766 dargestellt sind, wird in Verbindung mit dem detaillierten Blockschaltbild der F i g. 5 erläutert.
Die Lösch- und Wiederaufzeichnungssleuereinrichtung 82 (Fig.4) wird verwendet, um neue Bezugsablastungen zu erzeugen, wie sie während des Geschoßfluges erforderlich sind. Sie wird von dem Korrelationspegel getriggert, der als der Rauschabstand der in wechselseitige Beziehung gesetzten Abtastungen erscheint.
Wenn das Geschoß den Abstand zum Ziel ausreichend vermindert hat, unterscheidet sich das abgetastete Feld wesentlich von der aufgezeichneten Abtastung. Die nicht in Beziehung stehende Information, die von den Abtastungen erzeugt wird, stellt Systemstörungen dar. Wenn der Rauschabstand einen vorbestimmten Pegel überschreitet, wird die Steuereinrichtung 82 in Betrieb genommen. Eine neue Abteilung kann jedoch nur aufgezeichnet werden, wenn die Gestellfehlersigna-Ic unterhalb eines vorbestimmten Pegels liegen. Dies
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gewünschte Systemgenauigkeit aufrechterhält. Die ursprüngliche Bezugsabtastung wird jedoch nicht gelöscht, bevor feststeht, daß die neue aufgezeichnete Bezugsabtastung ausreichend genau ist. Wenn die neue Abtastung kontrolliert und für genau befunden wird, schaltet das System elektronisch auf die neue Abtastung als ein Bezugssignal um und löscht die ursprüngliche Abtastung, wodurch diese Aufzeichnungsfläche zur Aufnahme eines noch späteren Bezugssignals freigemacht wird.
Das stabilisierte Gestell (F i g. 3) hält den optischen Sensor ohne Rücksicht auf Geschoßbewegungen auf das Ziel gerichtet. Nicht gezeigte Winkelmeßwertgeber stellen jede Geschoßrahmenfehlausrichtung in Bezug auf das Gestell fest und erzeugen Korrektursteuersignale für die Neigung und Gierung. Diese Signale werden dann zu den Geschoßsteuerflächen gegeben. Wenn die Fehler auf Null reduziert sind, verläuft die Fahrzeuglängsachse parallel zu der optischen Achse des Sensors, die als eine Sichtiinie auf das Ziel weist.
Die Servoschleife für irgendeine der drei Achsen ist in üblicher Weise ausgebildet Alle drei Nachlaufschleifen sind gleich. Der optische Sensor wandelt die Bildpüsitionsfehler in Spannungen um. die Sensorsparr.ningen werden mit den Ausgangssignalen von Wendelkreiseln zur Servouampfung gemischt und auf die Verstärker, die Gierungs- und Neigungsdrehmomenterzeuger und den Rollservomotor gegeben. In normalen Betrieb übersteuern die Sensorspannungen die Kreiselausgangssignale. Sollten die Sensorausgangsspannungen momentan schwanken, wie dies infolge von Nebel oder Dunst der
ί Fall sein kann, sind die Wendekreisel bestrebt, das Gestell in der richtigen Richtung zu halten, Der normale optische Nachlaufbetrieb wird wieder aufgenommen, wenn das Zielgebiet wieder sichtbar ist.
Es ist zu beachten, daß das System von Natur aus
κι gegen alle zur Zeit bekannten elektronischen Gegenmaßnahmen immun ist, da es Radiosignale weder ausstrahlt noch empfängt. Es spricht nur auf Licht an und es wäre außergewöhnlich schwierig. Licht in der Art und dem Ausmaß zu erzeugen, wie es erforderlich ist, um das System zu beeinflussen.
Voraussichtlich können helle Lampen (entweder zeitmoduliert oder nicht) als Mittel vorgeschlagen werden, um Fehizieie /u simulieren, wie in Fig.4 gezeigt, ist das System deshalb nicht nur mit Verstärkungsregelkreisen 51B und 72ß ausgestattet, sondern auch mit Amplitudenbegrenzerkreisen in Form Flipflops 73 und 74. um alle ungewöhnlich hellen Ziele auszusondern. Diese Technik stellt das Äquivalent von elektronischen »Sonnengläsern« dar, die gegen Blenden schützen. Jedes stetige Licht bzw. Lichter (ohne Rücksicht auf die Helligkeit), die in dem Sehfeld auftreten, und von ausreichender Dauer sind, um aufgezeichnet und nachfolgend abgetastet zu werden, wurden nur das Bestreben haben, die Genauigkeit zu
jo erhöhen, da sie Teil des gespeicherten Bezugssignals wurden.
Bezugnehmend auf Fig. 3 wird eine Zielinformation in Form von Licht empfangen, wobei ein Bild in der Ebene des Abtastschlitzes beim Abtaster 90/t fokussiert wird, der sich 200mal pro Sekunde dreht. Der Photovervielfacher 90 überträgt die optische Information in elektrische Signale, die von dem Videovorverstärker 91 verstärkt werden. Dieser Verstärker ist nicht phasenumkehrend und galvanisch gekoppelt. Daher hängt der mittlere Gleichspannungspegel am Ausgang
" 1 λ j-vn In
des Photovervielfachers ab. Eine Zunahme der Photovervielfacherbeleuchtung veranlaßt den Gleichstrompegel am Ausgang des Vorverstärkers, negativer zu werden.
Die Signalpegelsteuerschaltung 92, die getrennt in Fig. 6 dargestellt ist, besitzt drei Funktionsteile. Der erste ist ein üblicher transistorisierter Hauptstromregler, der das Eingangssignal des Blocks 150 wie von dem Gleichspannungspegel am Ausgang des Videovorverstärkers 91 bestimmt steuert. Wenn dieser Gleichspannungspegel negativer wird, vermindert der Regler das Eingangssignal des Blocks 150. Der zweite Teil (im Block 150 enthalten) ist ein transistorisierer Oszillator üblicher Bauweise, der bei einer Frequenz in der Größenordnung von 100 kHz arbeitet, während der Teil drei (ebenfalls im Block 150 enthalten) das Wechselstromausgangssignal des Oszillators in üblicher Weise gleichrichtet, indem er es in eine gefilterte Hochspannnung für den Spannungsteiler des Photovervielfachers umwandelt. Infolge der hohen Frequenz der Schwingung des Teils 2 ist es möglich, relativ kurze Zeitkonstanten im Teil 3 zu verwenden, die es erlauben, daß die Hochspannung und daher die Verstärkung des Photovervielfachers erheblich nicht nnr mit Änderungen der durchschnittlichen Beleuchtung steigt und fällt, sondern auch mit den viel schnelleren Änderungen der Beleuchtung die zyklisch während der Abtastung
auftritt. Das Ergebnis ist eine allgemeine Abnahme dsr Amplitude der Signale, die von dem Vervielfacher in dem Durchlaßbereich des Regulators und der Quelle der Hochspannung geliefert werden. Die zeitkonstanten sind so gewählt, daß die Frequenzkomponenten von 1000 Hz und weniger stark geschwächt werden, während eine geringe oder überhaupt keine Schwächung für Signalkomponenten von 5 kHz und darüber eintritt. Dies entspricht einer Hochpaßfilterung, ermöglicht es aber auch, das System automatisch an einen ι ο Bereich von Lichtpegeln von einigen Dekaden ohne Überlastung des Vorverstärkers anzupassen.
Die Videosignale, die von einem mit mäßiger Höhenanhebung arbeitenden Verstärker 93 weilerverstärkt werden (Fig. 5), erreichen schließlich die Schmitt-Triggerschaltung 94. An dieser Stelle sind die Niederfrequentensignale im wesentlichen eliminiert und die Hochfrequentensignaie erheblich über IU kHz sind auch geschwächt. Diese Schwächung in der Amplitude der Hochfrequeiitenanteile wird von der Signalverarbeitungsschaltung, die folgt, gefordert. Der Schmitt-Trigger 94, der funktionsmäßig dem Flipflop 74 in Fig.4 gleich ist, wandelt die analoge Information, die Von dem aufbereiteten Videosignal getragen wird, in ein quantisiertes Zweipegelsignal um. Eine Umschaltung von einem Zustand des Schmitt-Triggers in den anderen tritt immer auf wenn das Videosignal die Nullachse kreuzt. Nach dem Schmitt-Triggti' 94 (F i g. 5) verzweigt sich der Signalweg 111 in drei Richtungen. Zunächst erreicht das Signal den Eingang von Aufzeichnunsverstärkern 95 und 96, die abwechselnd in Betrieb sind. Eine Torschaltung, die später beschrieben wird, veranlaßt, daß die Aufzeichnungsverstärker 95 und 96 abwechselnd in und außer Betrieb sind. Während der Aufzeichnungsverstärker 95 in Betrieb ist. läuft das Signal in den zugehörigen Aufzeichnungskopf der Dreispur-Magnettrommel 97, während der Leseverstärker 98 von den gleichen Torsignalen abgeschaltet wird.
Binärsignale die von dem Schmitt-Trigger 94 erzeugt werden, die weiter von dem Aufzeichnungsverstärker sehen den Schmitt-Trigger 99 und den Gegentaktmodulator 100 ebenso wie zwischen den Schmitt-Trigger 94 und den Gegentaktmodulator 101 eingefügt. Diese Verzögerungseinrichtungen führen eine Zeifbasis il( das System ein, die nicht nur notwendig ist, um die Größe der Verschiebungen, sondern auch urn ihre Richtung zu bestimmen.
Zur Erläuterung der Funktionsweise des Systems sei als Verschiebung 3ire Drehung um die optische (Roll-)Achse angenommen. Diese erzeugt eine feste Zeitdifferenz zwischen den Bezugs- und den ankommenden Signalen. Eine Drehung mit der Abtastbewegting verschiebt die ankommende Videoinformation auf der Zeitachse nach vorn, während eine Drehung entgegen der es verzögert.
Während das ankommende Signal so von der Rollbewegung des System, beeinflußt wird, wird das aufgezeichnete Signal überhaupt nicht beeinflußt. Folglich würde das Ausgangssignal der beiden Gegentaktmodulatoren, in denen die Signale kreuzweise multipliziert werden, ohne die Verzögerungseinrichtungen 102 und 103 von einem Maximalwert als eine beliebige Funktion der Rollbewegung abnehmen. Diese Abnahme in der Amplitude wäre die gleiche ohne Rücksicht auf die Richtung der Rollbewegung. Die Verzögerungseinrichtungen 102 und 103 erzeugen gleiche symmetrische Zeitunterschiede in den Signalen, die auf die Eingänge der Gegentaktmodulatoren 100 und 101 gegeben werden. Somit würde das Ausgangssignal des Gegentaktmodulator 100 bei einer Rollbewegung in einer Richtung beispielsweise zunehmen, während das Ausgangssignal des Gegentaktmodulator iOl abnehmen würde und umgekehrt. Da die Gegentaktmodulatoren 100 und 101 von der Gegentaktart sind, würde, wenn eines der Ausgangssignale des Gegentaktmodulator 100 zunimmt, sein zweites Ausgangssignal abnehmen. Dies erlaubt es, in der Verbindung HOa ein Signal von den Gegentaktmodulatoren 100 und 101 in der richtigen Phase zuzufügen. Nach der Mittelwertbildung ergibt sich die S-förmige in
Magnetspeichers 97 noch in binärer Form aufgezeichnet. Einige Zeit später wird der Aufzeichnungsverstärker 95 abgeschaltet, während der Leseverstärker 98 eingeschaltet wird und der Schmitt-Trigger 99, der das Ausgangssignal des Leseverstärkers 98 empfängt, erzeugt ein binäres Signal ähnlich dem binären Signal, das ursprünglich von dem Schmitt-Trigger 94 erzeugt und auf der Magnetspur aufgezeichnet wurde.
Gleichzeitig kann der Schmitt-Trigger 94 exakt das gleiche binäre Signal erzeugen, das er zu der Zeit erzeugte, als die Aufzeichnung stattfand, oder er kann dies nicht tun. Wenn keine relative Verschiebung bzw. andere bedeutende Änderungen zwischen dem Tracker und seinem Zielgebiet aufgetreten sind, bleibt das Signal identisch. Wenn jedoch inzwischen irgendeine Verschiebung der Roll-, Gierungs- und Neigungsachse bzw. der Entfernung aufgetreten ist, ist das vom Schmitt-Trigger 94 gelieferte Signal nicht langer mit dem ursprünglich auf der Magnettrommel aufgezeichneten Signal identisch.
Ein Impulslaufzeitvergleich zwischen dem von dem Magnetspeicher erzeugten Bezugssignal und dem neu einkommenden Signa! bestimmt die Art und den Betrag der Bewegung, die aufgetreten ist Dies geschieht beispielsweise durch Multiplizierung der beiden Signale in den Gegentaktmodulatoren 100 und 101.
Verzögerungseinrichtungen 102 und 103 sind zwi-FM-Diskriminators gleicht.
Eine Absonderung von Gierungs- und Neigungssignalen erfordert eine weitere Verarbeitung. Da eine Gierung und eine Neigung sich zyklisch verändernde Zeitunterschiede erzeugen, rufen sie periodische Signale am Ausgang der Gegentaktmodulatoren 100 und 1OJ (F i g. 5) hervor. Die Frequenz dieser Signale ist die der Drehung der Abtastscheibe, nämlich in diesem Beispiel 200 Hz und ihre Phase hängt von der Größe und der Richtung der Neigungs- und Gierungsfehler ab, die in dem System vorhanden sind.
Um Gierungs- und Neigungssignale von den kombinierten Signalen, die am Ausgang der Gegentaktmodulatoren erscheinen abzusondern, ist ein Zeitbezugssignal erforderlich. Zeitbezugssignale wurden während der Herstellung auf der dritten Spur der Magnettrommel des Speichers 97 aufgezeichnet. Der Leseverstärker 104 empfängt das Zeitsignal und speist den Schmilr-Trigger 105 (ebenso wie den Multivibrator 134 vor dem Abschuß, um den Zielvorrichtungsabtaster zu synchronisieren). Dieser wiederum steuert monostabile Multivibratoren 106 und 107, die weiterhin monostabile Multivibratoren 108 und 109 triggern. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 108 ist eine 200 Hz-Rechteckwelle, das in Phase gebracht ist. um eine Restgleichspannung am Ausgang des Synchrondetektors 110 zu erzeugen, wenn Neigungswinkel am
Ausgang der Gegentaktmodulator 100 und 101 vorhanden sind in gleicher Weise erzeugt der monostabile Multivibrator 109 eine 200 Hz-Rechteckwelle, die auf den Synchrondetektor UO' gegeben wird und die die erforderliche Phi.se besitzt, um nur Gierungssignale zu erfassen Das heißt, die Synchrondetektoren 110 und HO' bewirken eine kreuzweise Multiplikation im wesentlichen in der gleichen Weise wie die Gegentaktmodulatoren und durch die kreuzweise Multiplikation des Fehlersignals mit gesonderten Bezugssignalen, die Ό von der dritten Spur des Magnetspeichers erhalten werden dienen die Synchrondetektoren zur Trennung und lassen die Übertragung von Signalen zu den Gierungs- und Neigungsdrehmomenterzeugern zu, die diese in der erforderlichen Weise in Betrieb setzen.
Die Rollsignale werden vom Filterkondensator IIΓ geglättet und zu einem Verstärker 111 geleitet, während die Gierungs- und Neigungssignale in gleicher Weise von nicht gezeigten anderen Kondensatoren geglättet und jeweils von Verstärkern 112 und 113 verstärkt werden.
Die Ausgangssignale der Verstärker 112, 113 rnd 111 besitzen den erforderlichen Gleichstrompegel und die Größe, um die jeweiligen Gestellverstärker 114.115 und 116 auszusteuern. Diese wiederum steuern die Drehmomenterzeuger 117, 118 und 119 in der Gierung, der Neigung bzw. dem Rollen, die Drehmomenterzeuger f euern die Kardanrahmen des Gestells, das die Geschoßabtasteinrichtung »ragt Die Kardanrahmen werden gesteuert, um jede von dem System festgestellte so winklige Abweichung auszugleichen. Da winklige Abweichungen konstant ausgeglichen werden, verfolgt das System stets sein ursprüngliches Ziel.
Es ist zu beachten, daß das System nur auf die Positior. und nicht auf die Winkelgeschwindigkeit anspricht, si Somit ist es abdriftfrei. Die Genauigkeit des Nachlaufens bei einem Roll-, Gierungs- und Neigungsvorgang ohne eine Abstandsänderung wird nur durch die tole Zone der Servoeinrichtung und elektrisches Rauschen in dem System begrenzt. -to
Wenn das System als Geschoßlenksystem verwendet wird wird das System auf einem sich bewegenden Fahrzeug angeordnet, das sich einem Ziel nähert. Diese Situation führt eine zusätzliche Verschiebung, eine Änderung der Entfernung, ein. Da das Sehfeld im Winkelmaß konstant bleibt, wird das Videosignal, das von dem Photovervielfacher erzeugt und von den zugehörigen elektronischen Einrichtungen verarbeitet wird, fortschreitend geändert, wenn sich das Geschoß nähert. Es ergibt sich eine fortschreitende Dekorrelation zwischen den ankommenden und den aufgezeichneten Signalen und eine Abnahme des Ausgangssigals der Gegentaktmodulatoren 100 und 101. Diese Änderung des Ausgangssignales, die durch die Verwendung einer radial langgestreckten Abtastöffnung verkleinert wird. ist im wesentlichen in beiden Gegentaktmodulatoren die gleiche und erzeugt daher keine Richtsignale. Sie vermindert nur die Größe der Richtsignale, die durch Roll-, Gierungs- oder Neigungsabweichungen der Abtasteinrichtung erzeugt werden. Wenn das Geschoß eo sich nähert, wird daher die Verstärkung der Servoschleife fortschreitend vermindert.
Eine weitere Wirkung, die bei Änderungen der Entfernung auftritt, ist eine Abnahme des Rauschabslandes. Wenn sich dies unkontrolliert fortsetzen könnte, würde die Nachlaufqualität in nicht annehmbarer Weise Schlechter. Dies wird durch eine automatische Bezugssignalaufzeichnungssteiierschaliung verhindert, die Gleichstrom-Differentialverstarker 120, 121, 122, 123, 124 und 125 enthält und eine zugehörige Triggerschaltung 126 und 127, die die Qualität der Korrelation durch Messung des Ausgangssignals der Gegentaktmodulaloren 100 und 101 feststellt Wenn das Ausgangssignal dieser Gegentaktmodulatoren unter einen vorbestimmten Pegel fällt, der eine drohende Verschlechterung der Nachlaufgenauigkeit anzeigt, wird ein Zweierteiler 128 getriggert, der eine Umschaltung zwischen den die Bezugssignale liefernden Spuren verursacht. Wie oben erwähnt wurde, ist der Aufzeichnungsverstärker 96, während der Aufzeichnungsverstärker 95 abgeschaltet ist, ist und der Leseverstärker 98 ein Bezugssignal zu dem Schmitt-Trigger liefert, in Betrieb und zeichnet die zuletzt ankommenden Signale auf, die von dem Schmitt-Trigger 94 verarbeitet werden. Jedes zuvor aufgezeichnete Bezugssignal wird kontinuierlich gelöscht, während eine Neuaufzeichnung auf die Magnetschicht der Trommelanordnung aufgebracht wird. Auf diese Weise wird das von dem Schmitt Trigger 94 verarbeitete Signal, wenn der Zweierteiler 128 seinen Zustand ändert, ein neues Bezugssignal und das Ausgangssignal der Gegentaktmodulatoren 100 und 101 erreicht wieder seinen normalen Korrelationspegel. Gleichzeitig wird der Rauschabstand wieder auf seinen ursprünglichen Wert gebracht und die ebenso die Empfindlichkeit des Systems für verschiedene Bewegungen.
Um eine ungefährdete Nachlaufgenauigkeit sicherzu stellen, wird eine erneute Bezugssignaleinführung momentan verhindert, wenn übermäßige Richtsignale am Ausgang der Gierungs- und Neigungsdetektoren 110' und 110 vorhanden sind. Tatsächlich würde das Vorhandensein von großen Signalen an diesen Stellen anzeigen, daß die Abtastung nicht die richtige Orientierung in Be/ug auf das Ziel hat. Eine erneute Aufzeichnung würde unter diesen Umständen veranlas sen. daß ein momentaner Fehler zu einem ständigen Fehler wird. Diese erneute Aufzeichnungshinderungsfunktion wird von Differentialverstärkern 122, 123 und
125 wie folgt durchgeführt:
Fm Richtsignal, das an dem Ausgang der Synchrondetektoren 110 und 110' vorhanden ist. bewirkt eine Zunahme der Größe des Signals, das auf den Schmitt-Trigger 126 gegeben wird. Solch eine Zunahme wird von dem Schmitt-Trigger 126 als ein normales Korrelationssignal aufgefaßt. Somit tritt noch nicht eine Triggerung des Schmitt-Triggers 126 auf und die erneute Aufzeichnung wird verzögert, bis kein wesentliches Fehlersignai in der Gierung bzw. Neigung auftritt. Dann schreitet die erneute Aufzeichnung automatisch fort. Wenn die Korrelation unter einen voreingestellten Pegel fällt, arbeitet der Schmitl-Trigger 126 und wird von einem Impuls rückgestellt, der von einem monostabilen Multivibrator 127 er/cugt wird, der auch zeitweise den integrierenden Kondensator am Ein gangsdifferentialverstärker 124 lädt. Ohne eine ständige Korrelation bleibt dieser Kondensator nicht geladen und erlaubt es. daß der Schmitt Trigger wieder arbeitet und den obigen Zyklus wiederholt. Jedesmal liefert der rncmoslabile Multivibrator 127 einen Ausgängsimpuls, Diese Impulse werden von dem frequenzempfindliGheri Gleichrichter 129 gleichgerichtet, der ein Gleichstrom* äusgarigssignal erzeugt, das im Wesentlichen der Frequenz proportional ist, bei der der Schmitt-Trigger
126 Und der rnonostäbile Multivibrator 127 gelfiggeft Werden. Wenn sie in schneller Pofge gclriggert werden, wie dies ifii Falle der Abwesenheit eines optischen
Eingangssignals bzw. am Ende des Geschoßlaufes der Fall ist, erscheint eine wesentliche Gleichstromspannung an dem Eingang des Schmitt-Triggers 130, die den letzteren triggerL Dieser wiederum erregt ein Relais, das die Umschaltung zur reinen Trägheitsführung mittels der drei Wendekreisel steuert, die von der Geschoßabtasteinrichtung getragen werden. Diese Situation herrscht vor, bis wieder eine gute, optische Information zur Verfugung steht. Diese wird dann als Bezugssignal unmittelbar auf der Spur aufgezeichnet, die gerade zum erneuten Aufzeichnen verwendet wird. In einem Bruchteil einer Sekunde später veranlaßt die Triggerang des Schmitt-Triggers 126, daß diese Aufzeichnung ein Arbeitsbezugssignal wird, das die Korrelation und die optischen Lenkbedingungen wieder herstellt.
Jeder der magnetischen Trommelteile der Flugzeug- und Geschoßabtaster liefert eine Magnetspur zum Zwecke der Synchronisierung und des Zeitbezugssignals. Um das einfachste mögliche Synchronisierungssi· gnal zu verwenden, wird genau eine Hälfte der Synchronspur zuerst in der einen Richtung und dann in der anderen Richtung gesättigt. Nach der Signalverarbeitung bestehen die Synchronsignale, die zu der Synchronisiereinrichiung geliefert werden, aus einer Folge von positiven und negativen Impulsen, die um genau 180c getrennt sind. Der Fehlerdetektor besteht aus zwei Flipflops 133 und 134 und einem Widerstandssummiernetzwerk 145, 146. Der Flipflop 134 wird von pirsitiven Impulsen getriggert. Das Flipflop 133 wird von negativen Impulsen getriggert. Das kombinierte Ausgangssignal der Multivibratoren 133 und 134 besteht aus t ner Folge von Impulsen, die einen Mittelwert besitzen, der von der relativen Zeitlage der beiden Steuersignale abhängt, die jeweils von der Flugzeugabtastereinrichtung und der Geschoßabtastereinrichtung kommen. Diese Folge von Impulsen wird auf einen integrierenden Gleichstromverstärker 135 gegeben, der den größten Anteil der Welligkeit aus dem Signal entfernt, das von den bistabilen Multivibratoren erzeugt wird, und der das Signal auf den phasenkorrigierenden Gleichstromverstärker 136 gibt.
Der Zweck dieses phasenkorrigierenden Verstärkers 136 ist es. teilweise die Phasennacheilung zu kompensieren, die von dem Motor und dem integrierenden Verstärker in die Servoschleife eingeführt wurde. Es ist bekannt, daß es nötig ist. um die gewünschte Genauigkeit der Synchronisierung /wischen der Flugzeugabtasteinrichtung und der Geschoßabtasteinrichtung /u erhalten, einen Servoverstärker vorzusehen, der eine sehr hohe Verstärkung· besitzt, und daß eine Stabilität nur dadurch erzielt werden kann, daß der Frequenzgang- und Phasenkennlinien der gesamten Schleife sorgfältig ausgeglichen werden. In er.ter Linie ist der Verstärker 136 für diesen Ausgleich verantwort lieh. Das Ausgangssignal des Verstärkers 136 speist einen I eistungsverstärker 137. der den Signalpegel auf den anhebt, der für den Motor 138 erforderlich ist.
Das System gemäß der Erfindung Kl vollkommen flexibel und an eine Vielzahl von Luft-Bedengesehössen und anderen Betriebsarten anpaßbar. Es kann auch mit einem photogfäphisehen Bezugssignai verwendet werden; in dieser Betriebsari wird wenigstens eine Abtastung, die von einer Photographic des Zielgebietes erhallen wird, einige Zeil vor detti Abschuß in defl Abtaster eingebracht. Andererseits kann die Photographic selbst in dem Geschoß transportiert und abgetastet Werden, Diese Photographic wird dann zu einer Quelle von genauen Bezugssignalen. Sobald das Zielgebiet in das Sehfeld des Abtasters kommt, tritt eine Korrelation auf und das System erzeugt Gierungs- und Neigungssignale, wie es zur richtigen Lenkung des Geschosses erforderlich ist. Die Photographic sollte richtig orientiert sein, einen geeigneten Maßstab (nicht kritisch) besitzen und vorzugsweise aus der gleichen Richtung, aus der sich das Geschoß dem Ziel nähert, und unter ähnlichen Lichtverhältnissen aufgenommen sein, um
ίο sicherzustellen, daß eine ausreichende Korrelation auftritt.
In manchen taktischen Situationen kann es nicht durchführbar sein, eine Photographic des Zieles einige Zeit vordem Abschuß des Geschosses zu erhalten. Es ist eine Betriebsart möglich, wodurch keine Photographic erforderlich ist; das erforderliche Lenkbezugssignal wird elektronisch in den Geschoßlenkabtaster Jiimittelbar vor dem Abschuß oder sogar während seines Fluges durch drahtlose Übertragung eingebracht. Bei dieser Art trägt ein entsprechend ausgerüstetes Aufklärungsflugzeug eine Zielvorrichtung, die einen Abtastsensor ähnlich dem Geschoßabtaster besitzt. Das Flugzeug ist weiterhin für eine Breitband-AudiobanJbreitenübertragung ausgerüstet. Wenn es in das Zielgebiet fliegt, wird das Ziel mit der Zielvorrichtung aufgenommen und ein Signal, das so kurz ist wie eine Abtastdauer und das die von der Zielvorrichtung erhaltene Information trägt, wird durch Funk zu dem Geschoß übertragen.
Nach der Demodulation wird dieses Signal magnetisch in dem Geschoßlenksystem aufgezeichnet und zur Abschlußlenkung d. h. in der Zielflugphase verwendet.
Wegen des größeren Raumes, der verfügbar ist. ist es möglich, in dem Flug/ ng eine Abtasteinrichtung vorzusehen, deren Optik der des Geschosses überlegen ist. Außerdem dürfen, während das Flugzeugabtastsystem anfänglich auf das gleiche Ziel wie das System des Geschosses gerichtet ist. deren Feldwinkel bis zu 30% verschieden sein. Somit kann, wenn das Sehfeld des Flugzeugabtastsystems um diesen Betrag kleiner ist als das des Geschosses, dieses kleinere Sehfeld genau mit der Flugzeugeinrichtung abgetastet werden. Diese liefert ein genaues Bezugssignal an das Geschoß, das für einen wesentlich längeren Teil seines Fiuges verwendet werden kann, bevor ein neues Bezugssignal erforderlich ist. wodurch der Grad der Genauigkeit des Systems verbessert wird. Außerdem ist es natürlich möglich, den Abtaster des Geschosses mit einem oder mehreren Bezugssignalen zu versehen, die z. B. von einer Photographic anstatt von aufgrund einem von dem Piloten auf das Ziel durchgeführten Zielvorgang einge.uhrt werden.
Während bei den oben beschriebenen Ausführung* beispielen der Träger für die Magnetaufzeichnungsspu· ren als an der Abtasischeibe befestigt gezeigt wurde, ist diese Anordnung nicht absolut wesentlich und statt dessen kann die Konstruktion, die die Magnetauf/eich nungsspuren trägt, von der Abtastscheibe getrennt sein und synchron von einer geeigneten .Servosteuerung angetrieben werden
Außerdem ist es auch möglich, Wahrend Magnetaufzeichnungsspuren beschrieben und gezeigt Wurden, die die Signale speichern, in bekannter Weise eine mehr »flüchtige« Anordnung, wie z. B, ein digitales Verschieberegister oder ein Vefzögeftingsleilungssystem zu verwenden, das jede Abtastung mil der nächstfolgenden Abtastung vergleichen würde. Auf diese Weise würde, da kein Bezugssigna! vorhanden wäre, mit dem eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Ablastungen vergli·
chen wird, ein Vergleich von Abtastung mit Abtastung Fehlersignale liefern, die nichts destoweniger für einige Zwecke ausreichen wurden.
Während gezeigt wurde, daß verzögerte Bezugs- und ankommende Signale von den Verzögerungseinrichtungen 102 und 103 der Fig.5 erzeugt werden, können in ähnlicher Weise in der Zeit versetzte Signale in bekannter Weise von einem Bezugsaufzeichnungskopf und von zwei Bezugswiedergabeköpfen erzeugt werden, die gegeneinander versetzt sind und die an jeder Seite des Aufzeichnungskopfes in der Entfernung angeordnet sind, die zur Erzeugung einer vorbestimmten Zeitverzögerung erforderlich ist.
Wenn das erhaltene Signal ausreichend stark ist, um die Multiplikationswirkung eines Photoverfielfachers unnötig zu machen, kann eine Vakuum- oder gasgefüllte oder eine Halbleiterphotozelle bzw. eine Kombination von mehreren Photodetektoren verwendet werden.
Während die Öffnung der Abtastscheibe als sektorförmig gezeigt wurde, sind selbstverständlich auch >o andere Formen möglich. Außerdem kann die Abtastscheibe gewünschtenfalls pneumatisch angetrieben werden, indem sie Turbinenschaufeln an ihrem Umfang besitzt, die einen Luftstrahl empfangen, dessen Druck ausreicht, um die Scheibe mit der gewünschten Geschwindigkeit in Drehung zu versetzen, die im Bereich von 200 U/sek. liegen kann.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Verwendung kann das System der Erfindung in einer automatischen Bombenzielvorrichtung verwendet werden, um die jo Geschwindigkeit des Flugzeuges und seine Höhe zu dem Ziel in Beziehung v: setze \ um den richtigen Augenblick zum Abwurf einer Bombe von dem Flugzeug zu bestimmen.
Das System gemäß der Erfindung kann auch /um r> Abtasten eines Flugfeldes verwende! werden, während »ich ein Flugzeug dem Flugfeld während der Landung nähert, um automatische Landesteuerungen für das Flugzeug zu liefern.
I i g. 8 und 9 /eigen eine weitere Ausführungsform w einer Abtastkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Abtastkonstruktion enthält ein Raste, von lichtempfindlichen Elementen 321. Die Elemente 321 können /. B. in Form von photoelektrischen Segmenten ausgebildet sein, die aus Selenium- oder 4Ί Cadmiumsulfid hergestellt sein können. In dem Falle jedoch, in dem es erwünscht ist. mit anderen bilder/eugenden Quellen als Lichtquellen /u arbeiten, ist es möglich, die Segmente 321 aus infrarot· usw. empfindlichen Materialien herzustellen. Die verschiede- >o nen empfindlichen Segmente 321 werden von einer Platte 320 getragen, die die verschiedenen Segmente 321 voneinander isoliert; diese Platte 320 ist mit einer Öffnung ausgebildet, durch die eine Welle 322 frei verläuft. Die Welle 322 wird mit einer konstanten ίί Geschwindigkeit von einem geeigneten Synchronmotor od. dgl in Drehung vcrset/i. ähnlich wie irgendeiner der oben beschriebenen Moloren, die die oben beschriebe nen Ablasischeiben in Drehung vcrset/en. Das FmIe 324 der Welle .322, das jenseits der Platlc 320 gelegen ist, au trägt eine Bürste 323, die sich während der Drehung der Welle 322 von einem Segment 321 zu dem nächsten auf einem «.reis bewegt. Die Schaltung wird von einem Schleifring 325 und den Leitern 326 tinf 326Λ die in F i g. 9 gezeigt sind, vervollständigt, so daß die Bürste er> 323 sich von einem Segment /um anderen bewegt, wenn sich die Welle 322 dreht. Die Zeit, die von dem Zeitpunkt an verstreicht, in dem irgend ein Scgmcht von der Bürste 323 berührt wurde, bis zu dem nächsten Zeitpunkt, in dem das gleiche Segment von der Bürste wieder berührt wird, entspricht der Zeit, die für eine Umdrehung der Welle 322 erforderlich ist; die Energie, die von dem besonderen Segment von dem Ziel empfangen wurde, wird auf dem Segment gespeichert und dann durch die Berührung mit der Bürste von dem Segment abgezogen. Auf diese Weise dienen die verschiedenen Segmente 321 ebenfalls in Verbindung mit der Drehbürste 323 dazu, das Schema des Gebietes abzutasten, das das Ziel umgibt, und die Energie, die von den verschiedenen Segmenten 321 abgeleitet wird, wird direkt in ein elektrisches Signal umgewandelt, so daß es bei dieser Ausführungsform nicht notwendig ist, einen Fotovervielfacher oder eine Abtastöffnung zu verwenden. In jeder anderen Beziehung arbeitet die Konstruktion der F i g. 8 und 9 in der oben beschriebenen Weise mit dem übrigen Teil der Schaltung zusammen, um die oben beschriebenen Ergebnisse hervorzurufen.
Wenn es jedoch erforderlich ist, daß das System unter Bedingungen stark schwankender intensität der Eingangsstrahlung arbeitet, können bekannte Einrichtungen zur automatischen Steuerung der Intensität der die Segmente erreichenden Strahlung in Form eines automatischen Blendensteuerservosystems verwendet werden.
Es ist auch möglich, andere bekannte Mittel zum Zwecke der Schwächung der die Segmence 321 erreichenden Strahlung zu verwenden, sowie abgestufte oder neutrale Dichtefilter oder andere nicht neutrale Filter. Polarisationseinrichtungen von steuerbarer Orientierung zueinander u. dgl.
Andererseits kann die Amplitude der elektrischen Signale, die von bestimmten Photodetektoren erzeugt werden, durch schwankende Spannungen gesteuert werden, die ihnen in einer zu der oben in Verbindung mit der Steuerung der Verstärkung des Photovervielfachers beschriebenen analogen Art geliefert werden.
Eine weitere bekannte Meihode ικγ Steuerung der Größe der elektrischen Signale, die auf das System gemäß der Erfindung anwendbar ist. verwendet die nichtlinearen Kennlinien von Röhren, Halbleiterdioden und Transistoren. Diese Methoden sind dem Fachmann wohl bekannt und brauchen nicht weiter beschrieben zu werden.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist. ist es auth möglich, das System gemäß der Erfindung mit Radiowellen zu verwenden, wobei eine Abtasteinrichtung aus mehreren Richtantennen 455 besteht, die auf Radiowellen ansprechen, die von dem Ziel oder einem anderen Objekt, das abgetastet wird, reflektiert werden. Die Antenne kann sowohl zum Senden als auch zum I mpfüngen der Radiowellen verwendet werden oder es kann ein Teil der Anordnung empfangen, während der andere sendet Die verschiedenen Ringe der in fig. IO gezeigten Antenne werden in einer vorbestimmten Art und Reihenfolge erregt um eine kreisförmige Abta stung entweder durch Verwendung der Richtwirkung der Sendcelemcnic oder die der I inpfangselemente oder beider /u schaffen.
Selbstverständlich kann das System gemäß der Erfindung in ähnlicher Weise zur Verwendung iiiif akustischen Wellen entweder in der Luft, im Wasser oder in anderdn Medien angepaßt werden. Z. B. kann das System gemäß der Erfindung so verwendet werden, tun einen Torpedo, dor von einem Unterseeboot abgeschossen wird, zu einem ausgewählten Ziel /u lenken.
ι η ι ζ/
Änderungsdetektor
Fi g. 11 zeigt einen Abtaster der Erfindung, der z. B. für den Vergleich von Bildern und für den Betrieb mit sichtbarem Licht geeignet ist. Rein konstruktive Teile sind der Deutlichkeit halber in der Figur weggelassen. Es ist zu ersehen, daß dfir Abtaster dem in Fig.3 gezeigten sehr ähnlich ist. Eine Objektivlinse 20 projiziert ein Energieschema in Form eines reellen Bildes des nicht gezeigten Objektes auf die Stirnplatte 21 eines Drehgehäuses 2Z Eine Öffnung 23, die vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise radial verläuft und keilförmig ausgebildet ist (wie im einzelnen in Fig. 12 gezeigt ist), ist in der Stirnplatte 21 vorgesehen und läßt aufeinanderfolgende Teile des Lichtstromes des Bildes durch ein übliches lichtkondensierendes optisches System laufen, das Drehspiegel 24 und 25, einen festen Spiegel 26, Drehlinsen 27,28 und 29 und eine feste Linse 20 enthält, und auf die lichtempfindliche Photokathode 31 eines Photovervielfachers 32 aufprallen.
Das Gehäuse 22 ist an dem Wellenansatz 33 eines Elektromotors 34 befestigt und wird mit einer relativ konstanten Winkelgeschwindigkeit iv in Drehung versetzt und veranlaßt die Öffnung 23, einen ringförmigen Teil des Bildes wiederholt abzutasten.
Zwei übliche Magnetköpfe 35 und 36 sind sehr nahe an Magnetaufzeichnungsspuren 37 und 38 üblicher Art angeordnet, die sich am Umfang des Gehüuses 22 befinden. Während des Abtastvorganges liest der Kopf 36 auf der Spur 38 vorher aufgezeichnete Steuersignale aus, während der Kopf 35 Videosignale aufzeichnen und später auslesen kann, die von dem Ausgang des Photovervielfachers 32 abgeleitet werden und die dem von der Photokathode 31 empfangenen Lichtstrahl entsprechen und, wie im einzelnen in F i g. 13 gezeigt ist, weiterverarbeitet werden.
Fig. 13 ist ein Detailblockschaltbild, das eine Anordnung der elektronischen Bauteile einer Ausführungsform des Systems gemäß der Erfindung zeigt. Der Photovervielfacher32 wird von einer besonderen Quelle 140 gespeist, die Spannungen erzeugen kann, die von einigen 100 bis zu einigen 1000 V in Abhängigkeit von der Beleuchtung der Photokathode 31 reichen können. Eine Änderung dieser Spannung erlaubt es, die Verstärkung des Photovervielfachers 32 einzustellen, um vei änderliche l.ichtpegel über einen sehr beträchtlichen Bereich zu kompensieren, wie oben erläutert wurde.
Das Ausgangssignal des Photovervielfachers 32 wird von einem Videoverstärker 141 üblicher Konstruktion verstärkt und von einem Netzwerk 142 gefiltert, das aus einem differenzierenden Netzwerk bestehen kann, auf das ein Tiefpaßfilter folgt, wodurch die Gleichstromkomponente eliminiert wird und die Hochfrequen/kom- ü ponentcn begünstigt werden, die einen größeren Teil der Nutzinformation tragen als die Niederfrequenz komponenten, und wodurch die Durchiaßbreite ent sprechend der Niiizbandbreite des Signals begrenzt wird, w)
Das Ausgangssignal des Netzwerks 142 Wird von einem galvanisch gekoppelten Flipflöp 143 quantisiert, das den Zustand ändert, wenn seih Eingangssignal die Polarität umkehrt und ein zufällig aussehendes Binärsignal Vi der Amplitude ±a erzeugt. Obwohl nicht si notwendig, ist die Quantisierung der Signale in diesem System vorteilhaft, da sie die Verwendung einer relativ einfachen, digitalen Schaltung zur Kreuzmultiplikation 841
von Signalen, um die gewünschte Information zu extrahieren, eher zuläßt als die komplizierteren mu empfindlicheren analogen Multiplizierer.
Zu einer gewählten Zeit TKrwährend das Betriebs der Vorrichtung wird der Schalter 144 betätigt, um den Kopf 35 momentan mit dem Ausgang des Aufzeichnungsverstärkers 145 zu verbinden, wodurch die Aufzeichnung von Vi auf der Spur 37 veranlaßt wird (s. F i g. 11). Zu einer späteren Zeit TSUb wird der Schalter 144 in die gezeigte Stellung zurückgebracht und das Ausgangssignal des Kopfes 35, das von dem Leseverstärker 146 verstärkt wird, triggert das Flipflöp i47, das ein weiteres Binärsignal Vi der Amplitude ± a erzeugt, während Vi weiterhin vom Flipflöp 143 erzeugt wird.
Wenn Vj und V2 das gleiche Objekt darstellen, jedoch kleine Verschiebungen oder geringe Änderungen zwischen Trefund Tn*aufgetreten sind, unterscheiden sie sich nicht unerheblich. Dies ist durch die beiden ersten Kurven der Fig. 14 dargestellt, die typische Signale zeigt, die einem Teil des Abtastz· V,us entsprechen. Einige Fälle sind darin erläutert: Die Durchgänge von Vi, die bei t = c, t = g und t = ν auftreten, eilen gegenüber den entsprechenden Durchgängen von V2 nach, die jeweils bei t = b. t = /und t = u liegen. Die Durchgänge von Vi und V2, die bei t = j auftreten, sind gleichzeitig und der Übergang Vi, der bei t = /auftritt, eilt voraus. Zusätzlich sind zwei Durchgänge von Vj gezeigt, die jeweils bei t — ρ und t = r auftreten, die keine entsprechende Durchgänge in Vi besitzen.
Die dritten und vierten Kurven der Fig. 14 zeigen zwei weitere Signale Vi' und Vi'. die jeweils mit Vi und V2 mit Ausnahme einer festen und gleichen Zeitverzögerung, die /on Verzögerungsleitungen 148 und 149 (Fig. 13)bewirkt werden,identisch sind.
Ein Signal, das eine Amplitude ±a besitzt und der Hafte der Differenz von Vi und Vj' gleich ist, wird von einem Differentialverstärker 151 erzeugt und in eine Folge von positiven Impulsen Vj von dem Gleichrichter 153 umgewandelt, während ein ähnliches Signal, das der Hälfte der Differenz von V2 und Vi' gleich ist. an dem Au-,gang des Differentialverstärkers 152 erscheint und in eine Folge von negativen Impulsen V, von dem Gleichrichter 154 umgewandelt wire1. Die Breite der Impulse in V1 ist der Verzögerung gleich, die von der Leitung 149 bewirkt wird zuzüglich jeder Voreilung von Vi gegenüber V2 oder abzüglich jeder Nacheilung, je nachdem wie dies der Fall sein kann. In gleicher Weise ist die Breite der Impulse in V4 gleich der durch die Leitung 148 bewirkten verzögert, abzüglich jeder Voreilung von V, gegenüber V? oder zuzüglich jeder Nacheilung, je nachdem, wie dies der Fall sein kann. Daher besteht V^ = V, + V4. das am Anschluß 39 zur Verfugung steht, aus Impulsen, die eine Breite besitzen, die der Zeitdifferenz zwischen enisprechenden Flanken von Vi und V2 gle; :h ist. sowie eine positiv Polaritäi. wenn Vi gegenüber Vi voreilt. wie im Falle der Zeitpunkte l—m und n—g und eine negative Polarität, wenn V2 gegenüber Vi voreilt, wie dies zu den Zeitpunkten b — c, d-c. i—g. h — i. u—v und iv—< der FaI! ist, Zusätzlich enthält V5 zwei Impulse p—q und r—s, die eine der Leitungsverzögerung entsprechende Breite, jedoch entgegengesetzte Polarität besitzen und die den Flanken eines fehlerhaften bzw. unkorrelicrtcn Impulses p—r von V\ entspricht. Es ist zu sehen, daß V5 den Grad der Niclnüberainstimmung zwischen den Null-Durchgängen von Vi und Vi und zwischen ihren Polaritäten durch entsprechende Impulse angibt.
Da die impulse p—q und r—s von entgegengesetzter
Polarität sind, sind sie bestrebt, sich durch Mittelwertsbildung gegenseitig aufzuheben. Daher ist das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 40 ein Gleichstromsignal V3, das am Anschluß 4t verfügbar ist und das eine Größe besitzt, die im wesentlichen von dem Durchschnittswert der Zeitdifferenz zwischen entsprechenden Impulsflanken in Vi und Vi bestimmt wird.
Wie gezeigt wurde, besieht das Signal, das am Anschluß 39 verfügbar ist, aus einer Folge von positiven und negativen Impulsen mit fester Amplitude, von denen jeder eine Dauer besitzt, die jeweils der Zeitdifferenz Al zwischen entsprechenden Flanken der Impulse der ankommenden (Vi) und der Bezugs-(V2)folgen gleich ist und die eine Polarität besitzen, die von dem algebraischen Vorzeichen von At bestimmt wird. Es ist leicht zu ersehen, daß dieses Signal vollkommen dem Signal an der Verbindungsleitung ilOa df F'g "> analog ist nhwnhl darin eine unterschiedliche Anordnung gezeigt ist.
Bezugnehmend auf Fig. 12 ist ein Punkt Pdes Bildes, der abgetastet wird, bei Tr£./innerhalb der Öffnung 23 an der Winkelkoordinate A gezeigt. Bei 7"iui,hat eine kleine relative Bildverschiebung PP eine Koordinatenänderung AA veranlaßt, die durch die Gleichung:
\A = B + — [ \ycosA - lxsin/1]
κ
gegeben ist, wobei Ay und Ax Komponenten der Translation jeweils in den y- und x-Richtungen sind und B eine Drehkomponente der Bildverschiebung ist, die zwischen den Zeitpunkten Trer und Tn./, auftritt. Diese Komponenten sind über das abgetastete Gebiet gleich.
Da A = wt ist. tritt eine veränderliche Zeitdifferenz während des Abtastzyklus auf, die durch
Ii = — = — + ·=—( lycos wi - Lv sin wi)
w w Rw
VB =
Σ /Ji S 2 Ä\ β = 2(konstant) B,
t, \2--r/
da die Ausdrücke Ax sin wi und Aycos wt, die einen Null-Mittelwert besitzen, zu dem obigen Ausgangssignal keinen Beitrag leisten. Die Spannung Vb ist vollkommen der Spannung analog, die an dem Eingang des Rollverstärkers 11 in F i g. 5 vorhanden ist.
Wieder auf Fig. 13 Bezug nehmend, erzeugt der Kopf 36, der mit der Spur 38 und dem Verstärker 155 zusammenarbeitet, ein vorher aufgezeichnetes
άχα
= — R sin A,
gegeben ist
Wenn die Steigung des Signals, das von dem Photovervieltacher 32 erzeugt wird, sich im Vorzeichen JV-mals pro Abtastung ändert, kehrt die Polarität des Signals an dem Ausgang des Netzwerkes 142, das dem Vorzeichen der Steigerung an seinem Eingang folgen will, ebenfalls Mnal pro Abtastung um und das Signal am Anschluß Ti enthält 2yV-Impulse der Amplitude a, von denen jeder eine durch die obige Gleichung gegebene Dauer besitzt. Der Gleichstrom- bzw. Mittelwert des Signals, das an dem Ausgang 41 des Tiefpaßfilters 40 erhalten wird, ist:
Synchrondelektors 156 ist, das andere ist Vs. In gleicher Weise liefert der Phasenschieber 157 ein weiteres
aya 'df
= R cos A
proportionales Steuersignal zu dem Synchrondetektor 158. Zwei Tiefpaßfilter 159 und 160 folgen den Detektoren 156 und 158, um Ax und Ay proportionale Signale Vx und Vy zu liefern, die jeweils an den Anschlüssen 42 und 43 verfügbar sind.
Die Spannungen V, und Vy sind gänzlich den Spannungen analog, die jeweils an den Eingängen der Verstärker 112 und 113 der F i g. 5 erscheinen.
Mathemalisch können die Vorgänge der Detektoren 156 und 158 und der Filter 158 und 160 wiedergegeben werden durch:
x = — --£- I tR sin wt^f?" h ~h ι, \'·ι
Ix = (konstant) Iv
und
V. = — -
h~h
IiK cos wi = (~λ Iy = (konstant) Iy
25 Die Wellenform der Steuersignale, die als eines der Einganpisignale der Synchrondetektoren 156 und 158 verwendet werden, kann von der Sinusform abweichen. Insbesondere können auch Rechteckwellen verwendet werden, die die Verwendung einer einfacheren Schaltung erlauben und die eine Erhöhung der Amplitude von Vtund Vyhervorrufen.
Wie gezeigt wurde, wird die Synchrondetektion verwendet, um zwei Signale, die jeweils den Verschiebungskomponenten Ax und Ay proportional sind, zu extrahieren. Bei diesem Beispiel ist keine Synchrondetektion erforderlich, um Vb zu erhalten, da bei der bei diesem Beispiel gezeigten ringförmigen Abtastung
proportionales Signal, das eines der Eingangssignale des άΑ
—r- = w di
eine konstante ist.
Die Synchrondetektion wäre jedoch erforderlich, wenn w eine Funktion der Zeit wäre, wie dies z. B. bei einer wechselnden Abtastung der Fall wäre.
Die Signale an den Anschlüssen 42 und 43 können Fremdkomponenten infolge von Rauschen oder Fehlimpulsen in Vi oder V2 enthalten, wie den Impuls, der in Vj von ί = ρ bis f = r (Fig. 14) gezeigt ist. Wie jedoch oben beschrieben wurde, ergeben solche Fehle5' und Rauschimpulse in V5 zwei nahe beieinander liegende gleiche Impulse entgegengesetzter Polarität, die sich gegenseitig durch Mittelwertbildung in den Tiefpaßfiltern 40, 159 und 160 aufzuheben bestrebt sind, Diese Form der Störbeseitigung, die die Genauigkeit der verschiedenen Ausgangssignale erhöht, ist ein Merkmal der Vorrichtungen gemäß der Erfindung. Es ist mit der Verwendung der Verzögerungsleitungen 148 und 149 (F i g-13) verbunden bzw. mit deren Äquivalent, das bei der gezeigten Art der Anordnung die Begrenzung der Länge der Störimpulse in V5 zuläßt und außerdem zusätzliche, umgekehrte Störimpulse erzeugt, um den ersten entgegenzuwirken. Als Ergebnis dieses Merkmals ist es nicht möglich, einen überraschend großen Betrag an Nichtübereinstimmung zwischen der ankommenden Abtastung und der Bezugsabtastung zu haben, ohne die Genauigkeit des Systems wesentlich zu beeinträchtigen.
Durch Gleichrichten von V> und Glätten der sich ergebenden Impulse liefern der Gleichrichter 161 und das Tiefpaßfilter 162 ein weiteres Signal, das am Anschluß 144 verfügbar ist und das eine Amplitude besitzt, die deh Grad der Ungleichheit bzw. den Mangel an Zeitkoinzidenz zwischen den Null-Durchgängen der Signale V\ und V1 angibt. Wenn die Signale identisch wären, .frürde kein Signal am Anschluß 44 vorhanden sein» Beim anderen Extrem dagegen, wenn Vi und V2 vollkommen unabhängig und willkürlich wären, würde eine Spannung gleich a/2 am Anschluß 44 erscheinen. Für Zwischengrade der Ungleichheit werden kleinere Spannungen erzeugt, die von dem Grad der Nichtübereinstimmung von Vt und K2 abhängen. Das Signal am Anschluß 44 kann somit verwende! werden, um Änderungen anzuzeigen, die in dem Objektbild auftreten, die nicht auf die relative Bewegung zurückzuführen sind. Z. B. ruft der F.intritt eines neuen öbjekies in das Senfeid eine unmittelbare Zunahme des Signals am Anschluß 44 hervor und seine Lage in dem Feld wird durch Impulse wie p—q und r—s in V5 angegeben. Umgekehrt zeigt das NichtVorhandensein einer großen Spannung am Anschluß 44 an, daß die Signale V, und V2 eng miteinander übereinstimmen und daß das zur Zeit tnr abgetastete Objekt vergleichbar ist mit dem zur Zeit tWb abgetasteten oder das gleiche wie dieses ist. Dieses Merkmal des Systems ist für Anwendungsfälle zur Schemaerkennung brauchbar. Andererseits kann der Schemavergleich auch gleichzeitig statt aufeinanderfolgend durch Verwendung von zwei (oder mehr) synchronisierten Abtastern durchgeführt werden, um die zwei Schema abzutasten und Vi und V2 zu erzeugen und so weiterhin die Notwendigkeit zu beseitigen, das Bezugssignal V2 aufzuzeichnen und wiederzugeben. Diese Betriebsart ist gänzlich der analog, bei der z. B. der Flugzeugzielvorrichtungsabtaster der Fig.2 mit dem Abtaster der Fig. 1 zusammenarbeitet.
Damit das Signal am Anschluß 44 (Fig. 13) in erster Linie Unterschiede in den Schemen wiedergibt, die die Signale Vi und V2 ergaben, ist es sehr wünschenswert, zuerst die Unterschiede in der relativen Lage (und in der Größe, wie im einzelnen unten beschrieben wird) der Bilder durch Aufheben der jeweiligen Signale zu beseitigen, die an den Anschlüssen 41, 42 und 43 erscheinen. Dies kann z. B. durch manuelle Repositionierung des einen oder des anderen Schemas oder automatisch mit üblichen Servoantriebseinrichtungen erreicht werden, wobei die Signale, die beseitigt werden sollen, als Eingangssignale verwendet werden.
Es gibt auch zahlreiche Schemavergleichsanwendungsfälle in der Meteorologie, in denen es notwendig ist, genau die Lage von bestimmten vorher ausgewählten Schemen zwischen anderen Schemen oder in Bezug auf ein Koordinatensystem oder -gebilde zu messen. Solche Messungen können mit großer Genauigkeit durch Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung und des eben beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden. Ein Beispiel eines solchen Anwendungsfalles ist die genaue Feststellung entsprechender Bildteile in sich überlappenden Stereophotographien, wie dies bei der Lufttriangulation getan wird. In diesem Anwendungsfall kann ein ausgewählter Bildteil einer ersten Photographie verwendet werden, um ein aufgezeichnetes Bezugssignal zu erzeugen, das später mit Signalen, die von dem entsprechenden Teil einer zweiten Photographie herrühren, in Beziehung gesetzt werden.
In einem weiteren Anwendungsfall kann ein Werkstück, an dem ein oder mehrere Arbeitsgänge an genau bestimmten Stellen durchgeführt werden sollen, mit großer Genauigkeit durch Vergleich von Schemen oder Umrissen auf dem Werkstück mit vorher aufgezeichneten Bezugssignalen angeordnet werden.
Der Fachmann erkenni, daß viele Abwandlungen der Konstruktion der oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden können, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Z. B. können nicht ringförmige Abtastschemen verwendet werden uiid sind ifi bestimmten Anwendungsfällen bevorzugt. Z. B. können sich ausdehnende oder zusammenziehende Spiralabtastungen in Anwendungsfäjlen verwendet werden, die
erhebliche fortschreitende Änderungen in der Bildgröße mit sich bringen, wie dies eine Folge der Verminderung oder Erhöhung der Entfernung zwischen der Vorrichtung gemäß der Erfindung und seinem Objekt sein kann. Andererseits kann in solchen Anwendungsfäiien der Feldwinkel durcn fortschreitende Änderung der Brennweite einer Gummiobjektivlinse geändert werden, um eine Spiralabtaslung bei dem Objekt anstatt in der Bildebene zu erzeugen. Die Geschwindigkeit, mit der der Feldwinkel geändert wird, kann von dem System selbst gesteuert werden, um solche Entfernungsänderungen auszugleichen und das Signal, das am Anschluß 44 (Fig. 13) erscheint, auf oder nahe dem minimalen Wert zu halten. Einrichtungen, die der Anordnung der F i g. 13 hinzugefügt werden können, um eine solche automatische Steuerung zu erhalten, sind in Fig. 15 gezeigt. So speist ein Niederfrequenz-Wechselstromgenerator 163 einen Eingang des Gleichstromdifferentialservoverstärkers 164, der veranlaßt, daß der Gleichstrommotor 165 abwechselnd um einen geringen Betrag in jeder Richtung dreht. Ein Brennweitensteuerzahnkranz 166 des Gummiobjektivs 20a. der mit der Motorwelle 167 gekuppelt ist, führt deshalb eine gleiche alternierende Bewegung aus und veranlaßt eine periodische Änderung um einen relativ geringen Betrag bzw. eine Zitterbewegung der Objektivbrennweite und daher des Feldwinkels und der Größe des Bildes, das auf die Stirnnlattp 21p nroÜ7iert wird. Die Frequenz einer solchen Zitterbewegung kann etwa 2 Hz betragen.
Wenn das bei TSUb abgetastete Gebiet im wesentlichen das gleiche ist wie das bei Τηιabgetastete, jedoch in der Größe um einen geringen Betrag verschieden ist, enthält das »Ungleichheits«-Signal am Ausgangsanschluß 44a des Blocks 168, der die in Fig. 13 im einzelnen gezeigten elektronischen Bauteile darstellt, die zur Erzeugung eines solchen Ungleichheitssignales erforderlich sind, eine Wechselstromkomponente mit einer Zitterfrequenz. Diese Komponente ist entweder mit dem Ausgangssignal des Generators 163 in Phase oder gegenphasig zu diesem, je nachdem, welches abgetastete Gebiet größer ist Deshalb ist am Ausgang des Synchrondetektors 169 ein Gleichstromsignal vorhanden, von dem von dem Tiefpaßfilter 170 ein Mittelwert gebildet wird und das auf den zweiten Eingang des Verstärkers 164 gegeben wird, wodurch der Motor zu einer Drehung vornehmlich in der Richtung veranlaßt wird, die erforderlich ist, um eine vollkommene Übereinstimmung der Gebiete und einen Ausgleich der Servoschleife zu bewirken.
_ Während die oben beschriebene Konstruktion durch
Änderung der Brennweite des Objektivs 20a im Verhältnis zur Entfernung zum Objekt arbeitet, kann andererseits die radiale Lage der Abtastöffnung 23a für ein entferntes Objekt auf einen kleinen Radius gesetzt
werden und der Radius kann vergrößert werden, wenn sich das Objekt nähert oder umgekehrt. Es kann dann angezeigt sein, die Winkelgröße der Öffnung aufrechtzuerhalten und sie mit einer Lichtsteuereinrichtung zu versehen, wie z. D. einem abgestuften neutralen Dichtefilter, das in der Nähe des Zentrums eine höhere Lichtdurchläsiigkeit und in der Nähe des Randes der Stirnplatte 21 eine geringere Durchlässigkeit besitzt. Dies hält eine im wesentlichen konstante Lichtübertragung durch das System ohne Rücksicht auf lineare Änderungen der Abmessungen der Öffnung 4a aufrecht. Solch ein Filter kann auch mit festen Öffnungen zur Erhöhung der telerierbaren Größenänderungen ver wendet werden. Es ist auch möglich, die beiden Methoden, wie unten gezeigt wird, zu kombinieren, um den Einstellbereich der Vorrichtung stark zu erhöhen.
Bei der Ausführungsform der schematisch in der aii<;einanflerge7ogpnen Ansicht der Fig. 16 gezeieten Konstruktion befindet sich vor der Abtastscheibe 340. die eine radial langgestreckte Öffnung 349 besitzt, eine Blendenscheibe 347. an der ein spiralförmiger Schlitz
348 ausgebildet ist. Während des Betriebes dreht sich die Blendenscheibe 347 mit der benachbarten Abtastscheibe 340 mit Ausnahme einer geringen Schwingbzw. Zitterbewegung gegenüber der Abtastscheibe, wie oben an Hand der Fig. 15 erläutert wurde. Der Schlitz
349 der Abtastscheibe 340 erstreckt sich quer zu dem Schlitz 348 der Blendenscheibe 347. In Abhängigkeit von der Winkelstellung der Blendenscheibe 347 gegenüber der Abtastscheibe 340 empfängt daher ein Teil des Schlitzes 349, der näher an oder weiter entfernt von der optischen Achse ist, das Licht, das zu dem I'hotovervtelfacher übertragen wird.
Es ist zu erkennen, daß das Zielbild, wenn sich der Abtaster z. B. einem Ziel nähert, das Bestreben hat. anzuwachsen und daher Objekte, die in einer Abtastung »gesehen« werden, sich später über den Kreis der Abtastung hinausbewegen. Dies kann vermieden werden, wenn entweder die Brennweite der Gummilinse 335 vermindert oder wenn die Scheibe 347 in der richtigen Richtung gegenüber der Abtastscheibe 340 gedreht wird, so dab der I eil des Schlitzes J49, der von dem Schlitz 348 bedeckt wird, sich in einer größeren Entfernung von der optischen Achse befindet. Dies erhöht den Durchmesser des Kreises der Abtastung in dem genauen Maß, in dem die Bildgröße erhöht wird, wenn sich das System dem Ziel nähert Die Gummilinse 335 arbeitet selbstverständlich nur in bestimmten Grenzen und das gleiche gilt für die Blendenscheibe 347. Wenn jedoch diese beiden Vorrichtungen in der gleichen Konstruktion kombiniert und wie gezeigt angetrieben werden, erhöht eine der Vorrichtungen die Betriebsgrenzen der anderen Vorrichtung und auf diese Weise wird der Bereich, über den das System zum Beispiel in dem Sehfeld bestimmte Objekte in einem früher abgetasteten Gebiet halten kann, erheblich vergrößert Natürlich erlaubt die gleiche Anordnung auch die Beseitigung von Größenunterschieden beim Schemenvergleich in Fi g. 16 ist der Servomotor 343Λ analog dem Motor 165 der Fig. 5 und kann daher in gleicher Weise von dem Ausgangssignal des Verstärkers 165- angetrieben werden. Während in Fig. 16 die Scheibe 340 direkt von dem Motor 341 angetrieben wird, wird die Blende 347 über das Differential 445 angetrieben und führt zusätzliche Winkelbewegungen aus. die von dem Motor 343Λ über ein Untersetzungsgetriebe 3435 und das Differential 445 bewirkt werden. Ein Potentiometer oder ein anderer Winkelmeßwertgeber kann von düin Motor 343Λ angetrieben werden, um eine relative oder absolute Fernanzeige der Objektgröße oder -differeiiz zu liefern.
In Anwendungsfällen zur Sehemaerkennung ist es oft efwünschti mehrere aufgezeichnete Bezugssignale V2Z11 Verwenden, von denen jedes z. B. eincni unterschiedlichen Gesichtswinkel eines zu erkennenden Schemas entspricht. Zu diesem Zweck können mehrere Magnetköpfe (nicht gezeigt) anstelle eines einzigen Kopfes 35
ίο (Fig. 11), eine entsprechende Anzahl von Aufzeichnungsspuren, wie die Spur 37 an dem Gehäuse 22 und eine entsprechende Anzahl von elektronischen Bauteilen wie die in F i g. 13 gezeigten vorgesehen werden, um einen gleichzeitigen Vergleich des von dem Flipflop 143
Ii erzeugten Signals mit allen aufgezeichneten Bezugssignalen zu ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 ist zu erwähnen, daß das Signal Vs proportional ist zu V2 V1 — Vi V2, wobei V\ und V2 die verzögerten Gegenstücke von Vi und Vj sind. Ein identisches Signal V? kann daher auch am Anschluß 39a von zwei 4-Quadrantvervielfachern 171, 172 und einem Verstärker 173 (Fig. 17) anstelle der Verstärker 151 und 152 und der Gleichrichter 153 und 154 erzeugt werden, wie in Fig. 13 gezeigt ist.
Die kombinierten Ausgangssignale der Multiplizierer 171 und 172, die den Widerständen 174 und 175 addiert und von dem Tiefpaßfilter 176 gefiltert werden, erscheinen am Anschluß 45 als ein Signal, das eine mittlere Amplitude besitzt, die den Grad der Übereinstimmung bzw. den Korrelationspegel zwischen Vi und V2 angibt. Das letztere Signal ist ein »Übereinstimmungs«-Signal und kann daher in der gleichen allgemeinen Weise wie das »Nichtübereinstimmungs«- Signal verwendet werden, das am Anschluß 36 (F i g. 13) zur Verfügung steht, um anzuzeigen, ob richtig in Beziehung gesetzte Signale verfügbar sind. Während jedoch das »Übereinstimmungs«-Signal bei Vorhandensein von sogar kleinen Unterschieden zwischen Vi und
V2 stark erhöht wird, wird das »Übereinstimmungs«-Signal von solchen Differenzen bzw. von kleinen Verscniebungen wenig beeinfiuSi und nimmt im wesentlichen nur ab, wenn die Differenzen bzw. Verschiebungen so sind, daß nur eine partielle Korrelation zwischen Vi und V2 existiert, wie an Hand der Korrelationspegelkurve F i g. 7 gesehen werden kann.
Verschiedene andere Arten von »Übereinstimmungs«- oder »Nichtübereinstimmungs«-Signalen können leicht durch auf verschiedene Arten erfolgende Kombination der vier verfügbaren Korrelatoreingangssignale Vj, V2, V1 und V'2 erhalten werden. Z. B. könnten Vi und V2 in einem Vervielfacher, wie 172 (Fig. 17) kreuzweise multipliziert werden, um ein Signal zu erzeugen, das nach Mittelwertbildung und Glättung nicht das Merkmal des abgeflachten Daches des Korrelationspegelsignals aufweisen würde, das graphisch in Fig. 17 dargestellt ist Umgekehrt könnte ein »Nichtübereinstimmungs«-Signal, das auf Verschiebungen nicht ansprechen würde, klarerweise dadurch erhalten werden, daß alle vier Korrelationseingangssignale zu einem bipolaren logischen Oder-Gatter gegeben werden und das logische Gatterausgangssignal umgekehrt würde.
ö5 Für manche Zwecke kann eine nicht kreisförmige Abtastung vorzuziehen sein. Eine Vielzahl von sich wiederholenden Abtastschemen verschiedener Formen kann einfach durch Kombination der vorher beschriebe-
nen sich drehenden, radialen langgestreckten öffnungen mit fasten Öffnungen bzw. Blenden, die vor oder hinter diesen gelegen sind, erhallen wefderu Z. B. liefert eine feste, lichtundurehlässige Blende, die vir-r gerade Schlitze 46,47,48 und 49 besitzt, und die wie in F i g. 18 angeordnet sind, in Verbindung rriit der sich drehenden Öffnung 23c ein quadratisches abgetastetes Gebiet. Die Signale, die von den Spur 38 abgeleitet und den Synchrondetektoren .156 und 158 (Fig. 13) zugeführt werden, sollten die Art des ausgewählten Abtastsche^ mas wiedergeben, indem sie den linearen Geschwindigkeitskomponenlen proportional sind. In dem obigen Beispiel können symmetrische Rechteckimpulse verwendet werden, die jeweils synchron mit den horizontalen und vertikalen linearen Teilen der Abtastung sind. Solche Impulse erreichen in einem ausreichenden Maß näherungsweise die diskontinuierlichen
cos 2 wi
cos2fvvt + y j
Funktionen, die den linearen Geschwindigkeitskomponenten der Abtastöffnung in den x- und /-Richtungen entsprechen und liefern dahei eine nahezu konstante Bewegungsempfindlichkeit über das abgetastete Gebiet.
V/H Sensoren
Bei der Luftbildaufnahme ist es notwendig·, die Größe des Geschwindigkeits/Höhen-Verhältnisses (V/H) zu kennen, um eine genaue Bildbewegungskompensation zu liefern und Unscharfen zu beseitigen, die sich von der relativen Bewegung des Flugzeuges gegenüber dem Boden ergeben. Die Nachlaufeinrichtung gemäß der Erfindung kann so zur Luftbildaufnahme oder zu Navigationszwecken od. dgl. verwendet werden, indem, wie in Fig. 19 gezeigt ist, aufeinanderfolgende Gebiete des Bodens getrackt werden. Alle Abtastungen können nicht auf die gleiche ursprüngliche aufgezeichnete Abtastung bezogen werden, und, da das Gebietsrelief und die Änderung der Perspektive infolge eines sich bewegenden Aussichtspunktes und auch wegen geometrischer Störungen, die von Änderungen des relativen Winkels (von a bis inzwischen der Systemachse und der Vertikalen und von Störungen in der Linse herrühren können, muß die Zeitperiode, über die aufeinanderfolgende Abtastungen mit den ursprünglich aufgezeichneten Abtastung vergl-chen werden können, entsprechend den Grenzstellungen A und B der Systemachse beschränkt werden. Ein neues aufgezeichnetes Bezugssignal wird periodisch erhalten, nachdem die Systemachse in ihre Ausgangsstellung zurückgebracht wurde, und leitet jedesmal einen Nachlaufzyklus ein, wenn dies auftritt Dies ist in Fig. 19 dargestellt Wenn das Flugzeug die Position II erreicht wird der nächste Nachlaufzyklus gestartet wobei die Achse des Systems von der Endstellung 3 zu der Ausgangsstellung A' zurückgestellt wurde. Diese Schritt- und -wiederhol-Folge dauert an, und wird automatisch so lange durchgeführt, wie eine V/'/Z-Bestirnrnung bzw. - ein-Bodengleichlaufvorgang gewünscht wird.
F i g. 20 zeigt schematisch an einem vereinfachten Blockschaltbild die Bodennachlauf- bzw. Bodenkursschaltkreise, die eine Abtastvergleichsanordnung enthalten, die gänzlich der in F i g. 5 gezeigten analog ist Und daher hier nur kurz beschrieben wird. Das Ausgangssignal des Photovervielfachers 221 ist ein schwankendes Spannungssignal, das die Lichtintensität während einer jeden Abtastung wiedergibt. Diese Spannung wird von einem Photovervielfacherverstärker 222 verstärkt, von einem Kondensator 223 UilH einem Widerstand 224 differenziert und zu einem bistabilen Multivibrator 225 gegeben und in ein binäres Signal umgewandelt. Das Ausgangssignal des Multivibrators 225 besteht aus der vorher beschriebenen Folge von Impulsen von konstanter Amplitude und veränderlicher Breite und Zeitlage. Diese Impulse, die von einem Aufzeichnungsverstärker 227 weiterverstärkt werden, werden über einen Aufzeichnungs-Leseschalter 229 zu der Magnetspeichereinrichutng 228 geleitet.
Nachdem die Ursprungs- bzw. Bezugsabtastung in der Speichereinrichutng gespeichert wurde, wird der Schalter 229 automatisch in die »Lese«-Stellung gebracht und speist dann das Bezugssignal in die Vergrößerungssensoreinrichtung 230 ein.
Das Ausgangssignal Vj des Verzögerungssensors 230, das Verzögerungsleitungen und Gegentaktmodulatoren enthält, wie in Verbindung mit Fig.5 beschrieben wurde, wird auf Synchrondetektoren 231 und 232 gegeben, zusammen mit in Phase befindlichen und um 90° phasenverschobenen Bezugsspannungen, die von der Speichereinrichtung 228 erzeugt werden, wie o,ben erläutert wurde. Dadurch werden Fehlersignale in dem V/W-Plus-Neigungs-Kanal und in dem Abdrift/f/-Plus-Roll-Kanal erzeugt. Vj wird auch auf den Eingang des Gierungskanals gegeben.
Ein Ausgangssignal in irgendeinem der drei Kanäle.
das von den integrierenden Servoverstärkern 233, 234 und 235 verstärkt wird, die jeweils Servomotoren 236, 237 und 238 antreiben, veranlaßt eine entsprechende Betätigung der optischen Kompensationseinrichtung 239, die gleichzeitig von Meßwertgebern 240, 241 und 242 abgefühlt wird.
Die paarweisen Dioden, die in die Eingangsleitungen der integrierenden Vciaiürkci 233, 234 uiiü 233 aiistcüc der üblicherweise verwendeten Widerstände "'ngefügt sind, erzeugen eine gewünschte nichtlineare Charakteristik. In eingeschwungenem Zustand und während die Motoren 236, 237 und 238 eine geringe Leistung benötigen, erscheinen nur kleine Signale an dem Ausgang der Verstärker, die die Dioden veranlassen, relativ als Hochohm-Widerstände zu arbeiten. Unter diesen Umständen ist die Integratorzeitkonstante groß, die Servobandbreite klein und die Systemstabilität hoch. Diese Faktoren führen zu einem sehr glatten und genauen Systembetrieb. Wenn sich jedoch die Umstände wie beim Start ändern, treten relativ große Signale an dem. Eingang der Verstärker auf und die Dioden arbeiten als Niedrigohm-Widefstände. Die Integratorzeitkonstante ist dann klein und läßt ein viel schnelleres Ansprechen der Servoeinrichtungen auf die sich ändernden Umstände zu als dies mit Festohm-Widerständen möglich wäre.
Ein Signal, das den Grad der Korrelation anzeigt, wird ebenfalls von dem Verzögerungssensor 230-abgeleitet und tritt auf der Leitung 230A auf. Dieses Signal ist eine Anzeige der Genauigkeit, mit der der Gleichlauf unter den vorherrschenden Zuständen von Gebietskontrast Beleuchtung und Dunst oder Wolkendecke bewirkt wird, und kann verwendet werden, um externe Kameras der V/f/-Sensoren oder anderer
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Einrichtungen, die von einem entsprechenden optischen Eingangssignal zu ihrer Korrekturbewegung abhängen, einzuschalten.
Das Signal auf der Leitung 230A steuert außerdem die Speicherung in den integrierenden Verstärkern 233/234 und 235 der Momentanwerte der Winkelgeschwindigkeit in den Vorwärts-, Quer- und Vertikalrichtungen, die von dem VW-Sensor bestimmt wird. Sollte der Grad der Korrelation unter einen vorher festgesetzten minimalen annehmbaren Pegel fallen, dann werden die Winkelgeschwindigkeitswerte nicht gespeichert und die vorher gespeicherte Information wird von dem System verwendet, um die optische Stabilisierung in Betrieb zu halten.
Einrichtungen sind vorgesehen, um einen automatt- is sehen Betrieb des VW-Sensors bei jeder Gebietshelligkeit über dam Schwellwert zu erlauben. Eine automatische Verstärkungssteuereinrichtung 226 wird von dem Ausgangssignal des Photovervielfacherverstärkers 222 in genau der gleichen Weise gesteuert wie beispielsweise die Si^nHl'^c'elsteuereinnchtun** 92 ^F i a 5^ von dem Vorverstärker 91 Der Photovervielfacher 221. sein Verstärker 222 und die automatische Verstärk\,ngssteuereinrichtung 226 bilden so eine elektrische Servoschleife. die bestrebt ist, den Pegel der Signale, die auf den bistabilen Multivibrator 225 gegeben werden, zu stabilisieren. Als Nebenprodukt wird ein nützliches Belichtungssteuersignal von der automatischen Verstärkur.gssteuereinnchtung 226 erhalten, das sich logarithmisch mit der Helligkeit ände.-t und das von Kameras und anderen Einrichtungen verwendet werden kann, wenn dies gewünscht wird.
F" ig 21 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung in Form eines automatischen Geschwindigkeits/Höhen-Sensors. y-, der cne Vorrichtung zur automatischen und kontinuierlichen Bestimmung des VW-Vemältnisses ist. Der Abtaster besieht aus den gleichen Elementen wie der in F i g. 11 gezeigte. Insbesondere treibt ein Motor 346 ein Drehgehäuse 226 an; eine Stirnplatte 21 6 ist mit einer Öffnung 23b versehen und ein optisches System besteht aus Linsen und Spiegeln (nicht gezeigt), die den Lichtfluß, der durch die Öffnung 236 zugeführt wird, zu einem Photovervielfacher 326 leiten: der Abtaster ist mit seiner Drehachse allgemein vertikal über der Objektivlinse 20b angeordnet. Die Stirnplatte 216 liegt in der gleichen Ebene wie das Bild des Bodens 270. das von der Linse 206 erzeugt wird. Die Linse 206 wird von einer Lenkeinrichtung (nicht gezeigt) getragen, die eine lineare translatorische Bewegung parallel zur Stirnplatte 216 zwischen den Linsenstellungen 206 und 206' unter der Steuerungeines Drehexzenters 271 zuläßt, der auf eine Exzenterrolle einwirkt, die an der Fassung dieser Linse 206 befestigt ist. Eine Rückstellfeder (nicht gezeigt) hält die Berührung zwischen dem Exzenter 271 und der Exzenterrolle 272 aufrecht.
Zunächst wird, wenn sich die Linse 206 in der in ausgezogenen Linien gezeigten Stellung befindet, ein ringförmiges Gebiet 273. das schraffiert gezeigt ist, auf dem Boden abgetastet und die »Sichtlinie«, die von der Linse zu der Mitte des abgetasteten Gebietes geht; läuft längs der Linie 274. Wenn sich das Flugzeug in Richtung des mit LO.R bezeichneten Pfeiles (Fluglinie).bewegl, dreht sich der1 Exzenter 271 infolge der Wirkung eines Servoantriebs, der später beschrieben wird Und» veranlaßt eine fortschreitende Drehung in der Richtung der Sichtlinie von der Linie 274 zu der Linie 274', so.daß exakt das gleiche Gebiet 273 kontinuierlich während der Translation der Linsenstellungen von 206 nach 206' abgetastet wird.
Zur Erläuterung des Obigen ist die Orientierung der Systemachse· bzw. der Sichtiinie, die der Stellung 206' entspricht, als Linie 275 gezeichnet, die parallel zur Linie 274' verläuft. Man sollte sich daran erinnern, daß sich das Flugzeug ebenfalls in Richtung des mit LO.F. bezeichneten Pfeiles vorwärtsbewegt hat und den tatsächlichen Schnittpunkt des Bodens mi', der Sichtlinie 274 (der zur 274' läuft) veranlaßt, fest zu bleiben, vorausgesetzt, daß die Winkelgeschwindigkeit der Drehung genau dem VW-Verhältnis gleich ist. Das heißt, die Translation der Objektivlinse von 206 nach 206' gleicht tatsächlich die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs aus und läßt es zu, daß die Vorrichtung ein festes Gebiet auf dem Boden_ treckt (bis auf perspektivische Änderungen, die von Änderungen des Aussichtspunktes herrühren), vorausgesetzte, daß ihre Bewegung die Gleichung erfüllt:
VH = V/^Effektive Brennweite.
Um einen genauen Gleichlauf aufrechtzuerhalten, wird eine geschlossene Servoschleife verwendet, die den Block 276. der die elektronischen Bauteile darstellt, die ausführlicher in dem Blockschaltbild der Fig. 13 gezeigt sind und die zur Erzeugung von Richtsignalen am Anschluß 42 der Fig. 13 erforderlich sind, oder sein Äquivalent 426 der F i g. 21 umfaßt. Die Schleife enthält weiter einen Schalter 27 und einen Verstärker 278. der für die Widerstände 279 und 280 eine Niederimpedanzquelle darstellt, sowie den Servoverstärker 281. den Antriebsmotor 282 und einen elektronischen Integrator, de' eine Zeitkonstante bis zu einigen Minuten besitzt und den Widerstand 279, den Gegentaktverstärker 283 und den Kondensator 284 umfaßt, sowie den Tachometergenerator 285. der eine Spannung liefert, die proportional seiner Drehgeschwindigkeit ist, und weiterhin Summierwiderstände 280, 286 und 287. Der Motor 282 trägt an seiner Ausgangswelle einen Zapfen 288 und treibt über das Zwischenzahnrad 289 das Zahnrad 290 und den Zapfen 291 an der Welle des Generators 285 an. Das Zahnrad 290 ist an dem Exzenter 271 mit üblichen Mitteln (nicht gezeigt) befestigt.
Die Funktionsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Die Objektivlinse befindet sich in der Stellung 206. der Schalter 144 (Fig. 13) wird momentan betätigt, um ein Bezugsaufzeichnungssignal zu erhalten und der Schalter 277 ist geschlossen. Eine Verschiebung des Fkugzeugs in Richtung des Pfeiles LO.F bewirkt zunächst, daß das auf die Stirnplatte 216 projizierte Bild sich in der gleichen Richtung bewegt, was ein Signal am Ausschluß 426 erscheinen läßt. Nach Verstärkung durch die Verstärker 278 und 281 treibt dieses Signa! den Motor 282 im Gegenuhrzeigersinn an. Dieser wiederum veranlaßt eine Gegenuhrzeigersinndrs-hung des Exzen ters 271 und des Generators 285. dessen Ausgangssignal auf den Verstärker 281 mit einer Polarität gegeben wird, die der des Signals entgegengesetzt ist, das von dem Verstärker 278 erzeugt wird. Gleichzeitig erreicht das Ausgangssignal des Verstärkers 278 den Integrator 279, '283, 284, der veranlaßt, daß der Kondensator 284 von dem phasenumkehrenden Ausgang des Verstärkers 283 eine elektrische Ladung annimmt, und daß weiterhin ein Signal von seinem nichlUrhkehfenden Ausgang über defl Widerstand 286 zu dem Eingang des Verstärkers 281 läuft. Das Eingangssignal des Verstärkers' 281 umfaßt somit drei Signale, hämÜGh ein erstes, das der
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Verschiebung des Bildes auf der Stirnplatte 21 Z> gegenüber der Bildposition proportional ist, an der das Bezugsaufzeichnungssignal erhalten wurde, ein weiteres Signal, das der Geschwindigkeit der Drehung des Generators 285 proportional ist, wobei die Geschwindigkeit genau proportional der Geschwindigkeit der linearen Verschiebung der Linse 20b mittels einer geeigneten Wahl des Profils des Exzenters 271 gemacht wird, und ein drittes Signal, das proportional dem Zeitintegral der Bildverschiebung ist. Durch Verwendung dieser drei Signale wird eine gewünschte Servoschleifen-Charakteristik erhalten, die die hohe Verstärkung, die für einen genauen Gleichlauf der Bewegung des Bildes erforderlich ist, das auf die Stirnplatte 216 projiziert wird, mit dem Dämpfungsgrad kombiniert, der für einen stabilen Betrieb erforderlich ist.
Nachdem die Objektivlinse die Endstellung 206' erreicht, muö der Gleichlauf des Bildes unterbrochen werden und die Linse in ihre Ausgangsstellung 20ό zurückgcbrach; werden. Während der Rückwärtsbewegung wird der Schalter 277 geöffnet, um jedes Signal am Anschluß 42b daran zu hindern, die Verstärker 281 und 283 zu erreichen. Der Motor 282 dreht sich jedoch weiter mit der Gleichlaufgeschwindigkei! infolge der Spannung, die noch von dem Verstärker 283 geliefert wird, der von dem Generator 285 erzeugten Spannung nahezu Symmetrien wird. Nachdem die Objektivlinse die Stellung 206 erreicht, wird ein neues Bezugsaufzeichnungssignal erhalten und der Schalter 277 wird geschlossen, um den Bildgleichlauf wieder aufzunehmen, wie oben beschrieben wurde.
Im Betrieb gleicht die Bewegung der Linse 20Zj genau die Verschiebungen des Bildes auf der Stirnplatte 21 b aus. die infolge der Vorwärtsbewegung des Flugzeuges aufzutreten bestrebt sind, und die Geschwindigkeit der Linsentranslation entspricht dann genau der Gleichung:
Vijme = Effektive Brennweite χ V/H.
Daher ist die Spannung, die am Anschluß 292 auftriti. selbst genau dem Verhältnis V/H proportional und kann da/u verwendet werden, eine genaue Bildbewegungskompensation in Kameras oder anderen Einrichtungen zu erzeugen.
Unter üblichen Flugbedingungen verursachen Seitenwindkomponenten, die auf das Flugzeug einwirken, eine relativ langsame seitliche Bewegung, genannt Abdrifi. die sich in einer Bildverschiebung in der Richtung niederschlägt, die senkrecht zu der durch die Linsenverscniebung. die in Fig. 21 gezeigt ist. kompensierten senkrecht ist. Das Blockschaltbild der Fig. 13 zeigt eine Anordnung zur Erzeugung eines Signals an dem Anschfuß 43 infolge einer solchen seitlichen Bewegung. Es ist daher einfach, einen VW-Sensor, wie er in F ι g. 21 gezeigt ist. mit einer Seitengleichlaufschleife zu versehen, um das Verhältnis von Abdriftgeschwindigkeit zu Höhe zu messen, wenn die1; gewünscht werden Sollte. Eine Servosehleife. die allgemein der in Fig. 21 ge/eigten gleich ist. die jedoch zur Erzeugung einer normalerweise viel langsameren und Unabhängigen Seitlichen1· Bewegung der Linse 206 ausgebildet ist, könnte Vorgesehen werden, wenn dies nötig sein sollte.
Die Vorrichtung gemäß def Erfindung kann auch die Wirkung von Flugzeugdrehungen UrH eine vertikale Achse, die als Gieren bekannt sind und die Während des Gieichlaufvorgangs auftreten, messen und kompensieren* Zu diesem Zweck würde das Signal am Anschluß 41
(F i g. 13) als ein Eingangssignal zu einem noch weiteren Servoantrieb verwendet werden, der ausgebildet ist, um z. B. das gesamte System entgegen der Gierung in Drehung zu versetzen. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß dies im allgemeinen nicht erforderlich ist
Die Kompensation von Bildverschiebungen, die von der Flugzeugbewegung herrühren, kann in den Vorrichtungen gemäß der Erfindung mit einer Vielfalt von anderen bekannten optischen Einrichtungen erreicht werden, da sie der Bildbewegungskompensation in Luftbildkameras gänzlich analog ist. Z. B. können zwei (oder mehr) servogesteuerte linear verschiebbare Spiegel, die zwischen der Linse und dem Abtaster angeordnet sind, oder wenigstens ein schwenkbarer Spiegel, der vor der Linse angeordnet ist, oder ein Schwenkgestell, das das ganze System trägt, verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlasen.
Wenn niedrige Werte von V/H in Betracht gezogen werden, wird eine optische Kompensation z. B. durch eine Translation der Linse senkrecht zur optischen Achse in zwei zueinander senkrechten Richtungen leicht erhalten, um die Vorwärts- und Seitenbildbewegungen (einschließlich der Neigungs- und Rollwirkung) auszugleichen, und wenn nötig, kann die Gierung durch eine Drehung des Abtasters um die optische Achse in dem System beseitigt werden. Es gibt viele Antriebe, die in der Lage sind, die zwei Linsentranslationen zu liefern; z. B. liefert ein Doppelspindelantneb eine hohe Genauigkeit. Die Geschwindigkeitsuntersetzung, die von den Spindeln geliefert wird, eignet sich gut dazu, mittels elektrischer Meßwertgeber genau die Verschiebungen zu bestimmen, die der Linse aulgeprägt werden. Entweder können Tachomeiergeneratoren für analoge Geschwindigkeitsausgangssi^nale oder digitale Positionskodiereinrichtungen zum digi'alen Auslesen als Meßwertgeber verwendet werden.
Die Verwendbarkeit eines Spindelantriebs ist jedoch auf niedrige Werte von V/H begrenzt (weniger als I Radiant pro Sekunde) durch die Forderung, daß der Linsentragmechanismus in seine Ausgangsstellung in einer relativ kurzen Zeit zurückgebracht werden muß. Wenn dies ein merklicher Teil der Gesamtzeit wird, tritt die Neigung zu Gcnauigkeitsverlusten infolge intermittierender Abtastung auf. I in eine erheblich schnellere Rückkehr bzw. einen Rücklauf zu schaffen, kann eine optische Kompensation mittels eines Schwenkspiegels vorgesehen werden, wie in Fig. 22 gezeigt ist. Die Flugrichtung verläuft normalerweise parallel zu der optischen Achse des Abtasters. Die Kompensation der Vorwärtsgeschwindigkeit und der Neigung wird durch Drehung des Spiegels 210 um seine Achse mit einer Geschwindigkeit erhalten, die der Hälfte des V/H- Wer tes gleich ist. Die Kompensation der seitlichen Geschwindigkeit und des Rollens wird durch eine Drehung des gesamten Abtasters und der Spiegelanordnung um die Abtasterachse erreicht, während die Gierungskompensation durch eine ähnliche Drehung nur um den Abtaster ohne eine Schwenkbewegung des Spiegels erreicht wird Bezugnehmend auf F ig. 22 ist zu sehen, daß der Abtaster für die Drehbewegung um die optische Achse Von dem Gestell 199' getragen wird, Ein Zahnrad 212 ist koaxial an dem Abtaster befestigt und känirnt fhit dem Zahnrad211, das von dern Gierungsservoantrieb Ufid dem Meßwertgeber 199 angetrieben
wird, der Von dein Rahrrieii getragen wird, der für eine Drehbewegung von dem Gestell 199' gehalten wird. Der gesamte «ahmen trägt ein Zahnrad 215, das mit detri
■ Zapfen 214 kämmt, def Von dem seitlichen V/H' und
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dem Rollservoantrieb und dem Meßwertgeber 213 angetrieben wird.
Das Licht erreicht das Objektiv 193, nachdem es von einem kippbaren Spiegel 210 reflektiert wurde, der an dem Zapfen 194 befestigt ist, der drehbar um eine zu der optischen Achse senkrechte Achse gelagert ist Ein Hebel 195 ist an dem Zapfen 194 befestigt und trägt eine Exzenterrolle, die an einem Exzenter 197 angreift, und eine Feder 196 treibt den Hebel 195 und den Spiegel 270 in einer Drehrichtung an, die die Exzenterrolle in Berührung mit dem Exzenter hält. Dieser Exzenter 197 wird von dem V/H- und Neigungsservoantrieb und dem Meßwertgeber 198 angetrieben. Die Antriebe 198, 199 und 213 arbeiten automatisch, um das von dem Abtaster in der oben erläuterten Weise empfangene Bild zu stabilisieren. Die Kompensation mittels eines Schwenkspiegels wird auf relativ kleine Winkel durch die geometrischen Störungen begrenzt, die dem Kosinus des Winkels der reflektierten optischen Achse in Bezug auf ihre zentrs'e Lage proportional sind. Aus diesem Grund muß die Amplitude der Schwingbewegung des Spiegels auf 5 oder 10° begrenzt werden.
Sollte der V/W-Sensor zur Steuerung einer Kamera verwendet werden, die im wesentlichen die gleiche Orientierung besitzt, könnten die optischen Stabilisierungsbauteile des VW-Sensor vorteilhaft mechanisch oder optisch auseinandergezogen werden, um gleichzeitig die gleiche Funktion für die Kamera auszuführen, und könnten körperlich in der Kamerakonstruktion angeordnet werden. Ein hoher Grad an I.M.C.-Genauigkeit könnte so geschaffen werden, während die Notwendigkeit iiir Meßwertgeber und zugehörige Servoeinrichtungen besei.igt wi.de. Bei dieser Betriebsart ersetzt das optische Stabilisierungssystem funktionsmäßig eine stabilisierte -'iattform. F i g. 23 zeigt eine Kamera, die zur Verwendung an Bord eines Satelliten angepaßt ist. bei der die I.M.C.-Funktion mechanisch mit der eines integralen V/A/-Sensors 260 gemäß der Erfindung für einen vollautomatischen Betrieb gekoppelt ist
Der Satellit ist auf seinem Umlauf fünf unterschiedlichen Bewegungen relativ zu der Erde oder einem anderen Himmelskörper unterworfen: Zwei Drehungen treten um die Mitte der Erde auf; dies sind jeweils die Umlaufbewegung und die relative Verschiebung senkrecht /u der Ebene der Umlaufbahn, die von der Drehung des Himmelskörpers erzeugt wird, wenn diese auftritt Da der Radius des Himmelskörpers im allgemeinen sehr groß ist in Bezug auf die Bedeutenden Abmessungen des Sehfeldes, können diese beiden Bewegungen alsTranslationsbewegungen für photographische Zwecke angesehen werden. Außerdem bejchreibl der Satellit drei Schwingbewegungen um sein Schwerkraft/entrum. nämlich eine Neigungs-. Roll- und Gierbewegung.
Wenn irgendeine oder alle dieser Bewegungen unkondensiert gelassen werden, wurden sie eine außerordentliche Bildverschlechterung infolge der Be wegungsver?errung zu verursachen suchen. Während es in der l.uftphotographie üblich ist. die Wirkungen der NeigungS', Roll· und Giefbewegungen durch Kreiselstabilisierung zu beseitigen, im Hinblick auf die vergleichsweise geringe Amplitude und die niedrige Frequenz der Schwingungen des Satelliten, ist es i. B< für den K/WSensor möglich, die kombinierte Wirkung der Vorwärtsgeschwindigkeit und der Neigung abzufühlen und sie durch Bewegungen der Linsen 261 und 262 zu kompensieren und dadurch eine gyroskopische Rollstabilisierung zu umgehen.
Die seitliche Bildgeschwindigkeit wird von der Antriebseinrichtung 257 beseitigt die die Kamera 255 (und den VOT-Sensor, den sie trägt) um Schwenkachsen 258 und 2575 in Richtung des mittleren Bodenkurses richtet. Die Rollbewegung wird optisch durch eine Sterngleichlaufeinrichtung ermittelt und durch eine Kameradrehung um die Schwenkachse 25B mittels der Antriebseinrichtung 256 kompensiert (während die Antriebseinrichtung 257 sich um ihren Befestigungspujikt257Cdreht).
Indem man die ausgezeichnete Gierungsempfindlichkeit des V///-Sensors gemäß der Erfindung ausnützt, werden Gierungssignale auch zu der Antriebseinrich-
[5 tung 257 geleitet, um die Kamerarichtung, wie oben erläutert wurde, zu ändern und so die Gierungsschwingungen auszugleichen.
Das sich ergebende System ist im Vergleich zu den üblichen gyroskopisch gesteuerten, servobetätigten wesentlich einfacher, da die Kamera nur innerhalb des Satelliten in einer Weise gelagert werden snuß, um zwei unabhängige Kompensationsdrehbewegungen um die Gierungs- und Rollachsen zu erzeugen, wobei eine optische Stabilisierung um die Neigungsachse und in der Vorwärtsrichtung vorgesehen ist.
Wie in Fig. 23 zu sehen ist, ist di? Kamera eine vollständige und -. itegrierte Einheit, die in dem Fahrzeug mittels seiner vertikalen Schwenkachsen gelagert ist. während Gierungs- und Rollservoantriebs-
jo einrichtungen, die an dem Fahrzeugrahmen mittels der Gelenke 257C und 256C befestigt sind, ihre Lage steuern.
Das System gemäß der Erfindung, das so den Kern eines Satellitensteuersystems bilden kann, besitzt ferner
j5 die Fähigkeit, ein Schema vorher ausgewählter Himmelskörper zu erkennen und zu verfolgen, um die Fluglage des Satelliten, insbesondere in bezug a"f die Rollachse, aber auch auf die Gierungs- und Neigungsachse zu bestimmen bzw. zu steuern.
Wenn die optische Kompensation des V//Y-Sensors gleichzeitig für Kamera-I.M.C.-Zwevice verwendet wird sollte die Kamerarückführung allgemein gleichzeitig nut dem V'/V-Sensor-Rücklauf stattfinden. Zu diesem Zweck kann ein Impuls von dem WW-Sensor am Beginn des Rücklaufs erze igt werden, um den Kamerarücklauf einzuleiten.
Wenn eine Kamera in Verbindung mit dem System gemäß der Erfindung verwendet wird, ist es selbstverständlich nicht erforderlich, stets eine direkte mechani-
» sehe Verbindung zwischen der Kamera und dem System vorzusehen. Statt dessen können Meßwertgeber verwendet werden, um entfernt eine Kamera zu steuern, die vollkommen von dem System gemäß der Erfindung getrennt ist. Solche Steuerungen können nicht nur für
« I.M.C. und für die Orientierung der Kamera, sondern auch zur Steuerung der Belichtungszeit, wie oben gezeigt wurde, und des Filmtransportes der Kamera verwendet werden
Während in photographischen Anwendungsfällen die Fehler, die festgestellt werden, /ur Steuerung von Drehmomenterzeugern oder anderen Antriebseinrichtungen verwendet Werden, ist es auch möglich, diese fehler einfach auf Meßinstrumenten t. B. für Navigationszwecke anzuzeigen öder sie auf Streifenblatt' Schreibern aufzuzeichnen, so daß die Fehler graphisch dargestellt Und später beurteilt werden können.
Während die Abtastung öbefi als von mechanischen Einrichtungen* erzeugt gezeigt wurde, ist es offensteht-
lieh, daß ein ähnlich brauchbares Ergebnis statisch durch elektrische Einrichtungen erzeugt werden kann, z. B. kann eine Bildwandlerröhre verwendet werden, in der ein Elektronenstrahl, der elektrostatisch oder elektromagnetisch abgelenkt oder gesteuert wird, ein RiId abtastet oder erzeugt, das analysiert bzw. zerlegt wird.
In Verbindung mit den oben beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Abtasteinrichtungen sollte beachtet werden, daß es auch möglich ist, auf das Ziel ein Strahlenbündel in Form eines relativ dünnen Streifens von Strahlen zu richten, das von dem Ziel reflektiert wird, um von dem System gemäß der Erfindung empfangen zu werden, wobei das System selektiv für die Energie in solchen Strahlen empfindlich ist Z. B. kann die in F i g. 1 dargestellte Abtastung durch Projektion von einer Energiequelle erzeugt werden, wie z. B. einem optischen Maser, der einen reflektierbaren Strahl erzeugt, der sich mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht, um im wesentlichen einen Hohlkegel zu beschreiben, dessen Basis bei dem Ziel liegt. Seibstver-. ständlich kann bei einer solchen Anordnung in manchen Fällen eine geschlitzte Abtastscheibe bzw. ihr Äquivalent an dem Detektor unnötig sein und statt dessen kann das System einfach die gesamte Strahlung erfassen, die durch Reflexion von dem sich drehenden Keil empfangen wird, der auf das Zielgebiet gerichtet wurde.
Außer den in den Fig. 1. 2, 3 und 11 gezeigten Anordnungen sind viele unterschiedliche Anordnungen in der Lage, zu dem Photodetektor den Lichtfluß zu übertragen, der von der Linse projiziert wird und der durch die Abtastöffnung des Abtasters gemäß der Erfindung läuft. F i g. 24 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein profiliertes Faseroptikbündel 295 die oben erwähnte Lichtleitfunktion durchführt.
Der Abtastantriebsmotor 34c/ist mit einer rohrförmigen Welle 33c/versehen, durch die der Lichtfluß mittels der Linse 20c/ projiziert und durch die Abtastöffnung 23c/verlaufend gelenkt wird. Die Lenkung wird mittels des Bündels i95 erreicht, das sich von der Abtastöffnung (die von dem Bündel selbst oder von einem gesonderten Offnungsteil gebildet wird) bis in die Nähe der Photokathode 31c/ des Photovervielfachers 32c/ erstreckt. Das Bündel ist an dem Drehgehäuse 22c/mittels eines Klebstoffes 296 befestigt, der den gesamten nicht verwendeten Raum in der Stirnausnehmung des Gehäuses 22c/ ausfüllen kann. Die Außenfläche des Gehäuses 22c/ kann weiterhin Magnetspuren 376' und 38c/tragen, die mit Magnetköpfen (nicht gezeigt) in der oben beschriebenen Art zusammen arbeiten können. so Die oben beschriebene Anordnung überträgt Licht sehr wirksam, und ist noch mechanisch und optisch einfach und billig.
Bei dem System gemäß der Erfindung werden die Richtungs- bzw. Fehlersignale von stetigen oder zyklischen Änderungen in der mittleren Amplitude der Korrelationssignale erhalten, die von Änderungen der relativen Lage der Bilder herrühren. Somit müssen die Änderungen in der Lage, die zugelassen werden können, in solchen Grenzen bleiben, daß eine ausreicnende Korrelation aufrechterhalten wird. In bestimmten Anwendungsfällen kann es erwünscht sein, momentane Änderungen in der Lage über die normalen Grenzen des Systems hinaus zuzulassen. Wenn die Genauigkeit in gleichem Maß von Bedeutung ist, ist es möglich, ein oder mehrere Systeme gemäß der Erfindung zu kombinieren, d. h. gleichzeitig zu verwenden, wobei eines der Systeme so entworfen ist, daß es größere Grenzen zuläßt, während ά enigstens ein anderes so entworfen ist, daß es eine hohe Genauigkeit erzeugt, dau i'jdoch so begrenzt ist, daß es in engeren Grenzen arbeitet. Die Rieht- bzw. Fehlersignale, die von den Systemen erzeugt werden, werden dann kombiniert und zu den richtigen Gesielldrehmomenterzeugern, Ausgangsmeßinstrumenter oder jeder anderen Vorrichtung gesandt, wie dies gewünscht werden kann.
Die Bewegungsgrenzen, in denen das System gemäß der Erfindung richtig arbeiten kann, werden von Faktoren, wie z. B. der Brennweite der Linse, bestimmt, die zusammen mit den Abmessungen der Abtastöffnung den optischen Feldwinkel bestimmen, sowie dem Frequenzgang des Videoteils der Schaltung, dem Betrag der Zeitverzögerung, die von solchen Schaltungen, wie 102 und 103 (F i g. 5) eingeführt werden, ebenso wie dem gesamten Rauschabstand, der meist von der Qualität des abgetasteten Bildes abhängt.
Um weitere Betriebsgrenzen mit der Genauigkeit eines eng begrenzten Systems zu verbinden, /st es jedoch nicht immer nötig, die optischen Teile des Systems oder die mechanischen Abtastelemente oder die gesamte elektronische Schaltung, die dem Photovervielfacher folgt, bis zu und einschließlich der Drehmomentverstärker zu verdoppeln. In manchen Frillen ist es möglich, einen einzigen Abtaster und einen einzigen Photovervielfacher zu verwenden, und die Videosignale zu zwei getrennten elektronischen Verarbeitungseinrichtungen zu senden, von denen eine für enge Grenzen und daher für hohe Genauigkeit entworfen ist, wenn die andere für breitere Grenzen, jedoch nicht für den gleichen Grad an Genauigkeit entworfen ist.
Hierzu 16 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Erfassung von Inhaltsänderungen eines Bildes mit willkürlicher Verteilung der Strahlungsenergie gegenüber einem Referenzbild mit einer elektro-optischen Abtastvorrichtung, einem Wandler zur Erzeugung eines der Energiedichte entsprechenden analogen Signals, einem dieses Signal in ein Digitalsignal mit konstanter Amplitude, variabler Pulsbreite und variablem Pulsabstand wandelnden Quantisierer und einer Korrelationsschaltung zum Vergleich des quantisierten mit dem dem Referenzbild entsprechenden Signal und Abgabe eines die Abweichung charakterisierenden Signals, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtaster ein mechanisch-optisches System mit im Verhältnis zu den Bildelementen großer Apertur vorgesehen ist, dem Wandler ein Hochpaß- sowie ein Tiefpaßfilter nachgcschaltct sind und die Korrelationsschaltung die der Bildbewegung entsprechenden Signale Null-Punkt-symmetrisch sowie getrennt vom Korrelationsgrad der zu vergleichenden Signale erzeugt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaster (20—29) rotierend ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, einen Speicher mit wenigstens zwei Aufzeichni ••gsspuren und durch Schaltmittel, mit denen in aufeinanderfolgenden Abtastzyklen wechselweise auf einer Spur das ist-Signal aufgezeichnet wird und aus der anderi-n Smir das während der vorangegangenen AbtastperioJe aufgezeichnete Signal als Referenzsignal ausgelesen wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher mit einer zusätzlichen Aufzeichnungsspur zum Aufzeichnen zusätzlicher Bezugssignale versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet -to durch einen Abtaster mit einem Objektiv (20), einer drehbaren Abtastscheibe (21), die in der Brennebene des Objektivs angeordnet ist und deren Drehachse das Bild wenigstens schneidet, und die eine Öffnung (23) besitzt, die im Abstand von der Drehachse liegt, und einen im Strahlengang hinter der drehbaren Scheibe angeordneten Wandler, mit dem ein der Strahlungsenergie analoges elektrisches Signal erzeugt wird.
b. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als öffnung (23) ein langgestreckter radialer Schlitz (23) in der Abtastscheibe (21) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Schlitz (23) keilförmig ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Blendenscheibe (347), die koaxial mit der die Öffnung tragenden Abtastscheibe (340) angeordnet und mit einem spiralförmigen Blendenschlitz (348) Versehen ist« dessen radiale Steigung der Höhe des fädialeri Schlitzes in der Scheibe entspricht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mit der def Winkel zwischen der Blendenscheibe (347) und der Abtastscheibe (340) in Abhängigkeit von einer Änderung der Entfernung zwischen einem Objekt und dem Objektiv verstellbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet durch einen Speicher für mindestens ein zweites Referenzsignal, aus dem durch Multiplikation mit dem D'ifferenzsignal ein Signal abgeleitet wird, welches Bildverlagerungen in mindestens einer zur optischen Achse senkrechten Richtung entspricht
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die auf das Verlagerungssignal anspricht, um die Lage des Bildes zu verschieben und eine Bildbewegungskompensation zu bewirken.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur automatischen Nachführung des Winkels, unter dem die Abtasteinrichtung jeweils zum Bild steht im Sinne einer Minimierung des Differenzsignals.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung mit einer ersten Verzcgerungsschaltung, die ein verzögertes, dem Ist-Zustand des Bildes entsprechendes Ist-Signal liefert, einer zweiten Verzögerungseinrichtung, die mit dem Speicher zusammenarbeitet und ein verzögertes Referenzsignal liefert, einem Paar Mulfiplizierer, die einerseits das verzögerte Ist-Signal mit dem unverzögerten Speichersignal und andererseits das unverzögerte Ist-Signal mit dem verzögerten Speichersignal multiplizieren, und durch eine Schaltung zur Bildung des Größe und Richtung etwaiger Bildbewegungen angebenden Differenzsignals aus den Produkten.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schaltung zur Bestimmung des Grades der Korrelation zwischen dem gefilterten Ist-Signal und dem Referenzsignal und zur Erzeugung einer davon abhängigen Steuergröße, sowie durch eine Schaltung, die von dieser Steuergröße betätigt wird, wenn ein gegebenes Referc Ί/signaI von einem vorgegebenen Grad an Korrelation abweicht, und die ein neues Referenzsignal sinführt
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