DE2053462B2 - System zur automatischen zielverfolgung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur automatischen Zielverfolgung bei direkter Sicht des Zieles und durch elektronische Korrelation unter Bestimmung eines die Winkelverschiebung zwischen der optischen Achse des Systems und der Visierlinie ausdrückenden und ein Nachstellglied beaufschlagenden Fehlersignals, mit mindestens einer das erfaßte Zielbild an ein es in ein Impulsbild umwandelndes elektro-optisches Gerät übertragenden Fernsehkamera, das Impulsbild mindestens in einer Richtung abtastenden Kippschaltungen, einer elektrische fmpulszüge, welche die Heiligkeitsverteilung des Bildes wiedergeben, liefernden Abtastschaltung, zwei gleichen, die aufeinanderfolgenden Impulsbilder des Zielbildes aufnehmenden Speicherschaltungen und einer die gespeicherten Impulsbilder vergleichenden Korrelationsschaltung, deren Ausgangsspannung das der Fernsehkamera zugeordnete Nachstdlglied regelt, nach Patent 16 23 399.

Der im Hauptpatent beschriebene Korrelator wertet die Korrelationsspitze auf einer Flanke aus, um dadurch die Vorzeichendoppeldeutigkeit zu beseitigen, die durch die Symmetrie der Korrelationsfunktion bedingt ist. Mittels eines Verzögerungselementes, wird einem der zu korrelierenden Signale eine ganz bestimmte Verschiebung erteilt und der Vergleich geschieht in bezug auf eine ebenfalls vorher bestimmte Schwelle.

Diese Schaltung besitzt in der Praxis verschiedene Nachteile, die insbesondere auf Schwankungen der Amplitude und der Breite der Korrelationsspitze sowie auf Verformungen, insbesondere die gegebenenfalls unsymmetrische Ausbildung der Korrelationsspitze, zurückzuführen sind.

Nach einem bekannten Verfahren verwendet man zwei Korrelatoren, die um einen gleichen Betrag, jedoch in entgegengesetzter Richtung in bezug auf den Mittenwert verschoben sind, der dem Maximalwert der Korrelationsspitze entspricht. Diese im vorhinein festgelegten Verschiebungen werden durch in den Signalweg eingefügte Verzögerungsschaltungen erreicht. Der Vergleich der Korrelationsergcbnisse, insbesondere ihrer Differenz, gestattet das Fehlersigna! nach Amplitude und Vorzeichen in einem beschränkten Nutzbereich zu erhalten. Die maximale Breite dieses Bereiches ist gleich der halben Breite der Korrelationsspitze an deren Fußpunkt, was einer Verschiebung der zwei Korrelatoren mit derselben Amplitude entspricht. Eine derartige Schaltung spricht insbesondere auf Änderungen der Breite der Korrelationsspitze sowie deren möglicherweise vorhandene Unsymmetrie an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das Zielverfolgungssystem nach Hauptpatent eine Korrelationsschaltung zu schaffen, die die vorzeichenrichtige Ermittlung des Fehlersignals unabhängig von Schwankungen der Korrelationsfunktion, wie etwa Schwankungen der Breite oder der Amplitude, Unsymmctrien, Formänderungen usw. vorzunehmen gestattet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch ge-

löst, daß die den Speichern nachgeschaltete Korrelationsschaltung aus einer Batterie von zeitlich nacheinander ansprechenden Korrelatoren, einer Vergleichsschaltung, die die Ordnungszahl des das stärkste Signal liefernden Korrelators bestimmt, und einer Steuerschaltung besteht, die ein Fehlersignal erzeugt, dessen Amplitude und Vorzeichen in Abhängigkeit von der ermittelten Ordnungszahl vorher festgelegt ist, wobei die Korrelatorbatterie aus einem Hauptkorrelator besteht, der das Bezugssignal und das Augenblickssignal direkt erhält, sowie aus einer ersten Anzahl von Korrelatoren, die eines dieser beiden Signale direkt, das andere mit einer zeitlichen Verschiebung erhalten, die längs des Signalweges von einem Korrelator zum nächsten durch Einfügen je ein:s Verzögerungselementes um gleiche Beträge wächst, und aus einer zweiten Anzahl \on Korrela-(oren, die die relativ zueinander verschobenen Signale mit der gleichen Verzögerung, jedoch im umgekehrten Sinn erhalten, wobei die gemeinsame zeitliche Verschiebung vorzugsweise gleich der für die Analog/Digital-Umfetzung der Signale verwendeten Abtastperiode oder Taktdauer ist.

Dieser Aufbau hat den Vorteil, eine große Zahl von Meßpunkten erfassen zu können, woraus sich eine hohe Wirksamkeit des Nachführsystems ergibt. Die Erkennung der zu messenden Verschiebung Θ wird durch Verformungen der KorrelaHonsfunkiion wie wechselnde Breite, Unsymmetrie und Nebenmaxima gestört. Da die Bestimmung der Ordnungszahl des das stärkste Signal liefernden Korrelators nicht durch eine Schwellwertschaltung, sondern durch Vergleich erfolgt, bleiben Amplitudenschwankungen der Korrelationsfunktion ebenfalls ohne Auswirkung. Die Schaltung ist unempfindlich gegenüber Schwankungen der Steigung der Korrelationsflanken. Die erfindungsgemäße Korrelatoreinheit gestattet eine Interkorrelationsfunktion bei einem erheblichen dynamischen Bereich der Meßwerte unter Bedingungen auszuwerten, die denen der Autokorrelation nahe kommen.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Systems zeichnet sich dadurch aus, daß die Korrelatorbatterie 2n + l Korrelatoren enthält, nämlich je η Korrelatoren zu beiden Seiten des Hauptkorrelators, daß ihnen in bezug auf den Hauptkorrelalor mit der Ordnungszahl 0 die Ordnungszahlen —n ... — / . .. —1,0, -I-1 ... +/ ... +/ι zugeordnet sind und sie in Verbindung mit der Vergleichsschaltung der Ermittlung der Verschiebungen zwischen den zu koalierenden Signalen dienen, die in einer Zeitspanne enthalten sind, die 2 η mal der Wert der Verzögerungen zwischen aufeinanderfolgenden Korrelator en ist, wobei die Genauigkeit der Ermittlung gleich dieser Zeiteinheit ist.

In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße System an Hand eines Blockschaltbildes und erläuternden Diagrammen in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild des Vcrfolgungssystcms nach Hauptpatent, jedoch mit der erfindungsgemäßen Korrelatoreinheit,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der zufolge der Zeitverschiebungen zwischen den Korrelatoren sich ergebenden Verschiebungen,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Signalvcrlaufs im Falle von Schwankungen der Amplitude und der Breite der Korrelationsfunktion,

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Signalverlaufs im Falle einer unsymmetrischen Korrelationsfunktion.

Fig. 1 entspricht der Fig. 1 des Hauptpatentes. Gleiche Teile sind mit den gleichen BezugszifTern versehen. Der Korrelator 4 stellt im vorliegenden Fall eine Korrelatoreinheit dar. Der Schaltungsblock 9 bezeichnet das Impulsfilter das Gegenstand des ersten Zusatzpatentes 20 53 465 ist. Das Impulsfilter 9 dient zur Beseitigung der den kleinen Einzelheiten entsprechenden kurzen Impulse. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Weiterbildung der Korrelatoreinheit des Systems nach Hauptpatent ist seine Verwendung zwar zweckmäßig, aber keineswegs unbedingt erforderlich. Sofern von dem Impulsfilter 9 Gebrauch gemacht werden soll, wird es dem Analog-Digital-Wandler 23 nachgeschaltet. Dessen Ausgangssignal ist das digitale Ergebnis einer elektronischen Abtastung der Fotokathode 10 des optoelektrischen Wandlers L₁I. Die Ausgänge der Speicher 30 bzw. 31 liefern einerseits ein Bezugssignal S_n(t), das von dem bei der vorhergehenden Abtastung gespeicherten Signal gebildet wird und andererseits das augenblickliche Signal S(t), das der gerade laufcnden Abtastung entspricht. Der Korrelator 4 gewinnt aus diesen beiden Signalen das Fehlersignal ε, das der selbsttätigen Nachführeinheit 5 zugeführt wird, die die Ausrichtung des opto-elcklrischen Wandlers L,l besorgt. Über die Schaltung 32 wird eine Umschaltung der Eingänge der Speicher vorgenommen, wenn das Fehlersignal zu Null wird. Eine durch die Arbeitsweise der Korrelatoreinheit 4 bedingte gleichzeitige Umschaltung der Ausgänge der Speicher 30, 31 wird gleichfalls von der Schaltung 32 gesteuert.

Diese Umschaltung ist durch die Kontakte 33 und 34 angedeutet. Auf diese Weise liegen die Signale S_n(O bzw. S(O stets an jeweils dem gleichen Eingang der Korrelatoreinheit 4.

Die Korrelatoreinheit 4 enthält eine Batterie von zeitlich nacheinander ansprechenden Korrelatoren, wobei die zeitliche Verschiebung von einem Korrelator zum nächsten stets die gleiche ist und durch Einfügung von Verzögerungselemcnten in den Signalwcg erreicht wird. Jeder Korrelator besteht aus einer Multiplizicrschaltung, gefolgt von einer Integrierschaltung. Die einem der beiden Signale erteilte zeitliche Verschiebung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Korrelatoren ist vorzugsweise gleich der in dem Analog-Digital-Wandler 23 verwendeten Abtastpcriodendauer TH. Der Korrelator C_n entspricht der Ordnungszahl Null und erhält die zeitlich nicht gegeneinander verschobenen Signale S_n(O und 5(0. Die erste Anzahl von Korrelatoren Cl bis Cn mit den Ordnungszahlen 4 1 bis +/1 erhält das augenblickliche Signal 5(0 ohne Verschiebung und das schrittweise aufeinanderfolgend um die Zeitdauer TH mittels der Verzögerungselcmcntc Rl bis Rn verzögerte Bczugssignal S₁₁(O. Die zweite Anzahl von Korrelatoren C-I bis C-n entsprechen den Ordnungszahlen — 1 bis —n und erhalten umgekehrt das nichtverzögcrte Bezugssignal S₀(O und das schrittweise um die Zeitdauer TH mittels der Verzögerungselcmentc R-\ bis Rn verzögerte augenblickliche Signal S(O-

Eine derartige Schaltung gestattet direkt die Be-Stimmung der Verschiebung zwischen dem augenblicklichen Signal und dem Bczugssignal nach Amplitude und Vorzeichen. Diese Verschiebung gibt eine Winkelablage wieder, und zwar durch Feststellung

der Ordnungszahl desjenigen Korrelalors, der das stärkste Signal liefert. Pig. 2 veranschaulicht dies. Es wird eine ideale Korrclationsfimktion, bestehend aus einem gleichschenkligen Dreieck mit einer Basisbrcitc von 8 TH betrachtet. Die tatsächliche Kurve kann Formabweichungen wie Unsymmetricn und Nebenzipfel oderNcbcnmaxima aufweisen, von denen im Augenblick abgesehen wird. Die verschiedenen gegenseitig um den Wert TH verschobenen Kurven geben die Korrclationsfunktion für die verschiedenen Korrelatoren wieder und sind selbst mit C 4... C-I, C₀, C₁ ... C4 bezeichnet, wobei η in diesem Beispiel gleich 4 gewählt ist.

Wenn sich die Verschiebung C-) zwischen S(i) und S_n(I) ändert, so ist das am Ausgang der Korrelatoren gewonnene Korrclationscrgcbnis ebenfalls von veränderlicher Höhe, wobei der Maximalwert von dem dieser Verschiebung entsprechenden Korrelator geliefert wird. Unter der Annahme, daß die Verschiebung einen Wert von j TH hat liefert folglich im Fall einer Nacheilung der Korrelator der Ordnungszahl f/, im Fall einer Voreilung derjenige mit der Ordnungszahl — / das maximale Signal. Dieses Ergebnis wird in Form eines Wertes festgehalten, der gleich demjenigen zwischen aufeinanderfolgenden Korrelatoren (nämlich TH) ist, und zwar in bezug auf den Mittelwert der Verschiebung des Korrelator*. Beispielsweise liefert der Korrelator Cl für einen zwischen 1,5 TH und 2,5TH schwankenden Wert von t> das Signal mit der größten Amplitude. Die Achse Cn bezeichnet die Ordnungszahl des Korrclators, der bei Änderung von θ die Verschiebung nach Amplitude und Vorzeichen feststellt.

Im Hauptpatent wurde beschrieben, daß der Winkel zwischen der optischen Achse des Systems und der auf das Ziel zeigenden Visierlinie, die sogenannte Winkelablage, durch Messung der zeitlichen Verschiebung θ zwischen den Signalen S₁₁O) und S(l) festgestellt wird. Die Winkelablage ist folglich direkt mit dem Wert W und folglich mit der Ordnungszahl des das stärkste Signal liefernden Korrclators verknüpft. Demzufolge ist die Amplitude des Fehlersignals ι, das die Nachführeinheit 5 steuert, ebenfalls direkt mit dieser Ordnungszahl verknüpft und die Beziehung θ --= /(/) bildet eine mit der Ordnungszahl /' wachsende Funktion, die für / = 0 gleich Null

ίο ist und dasselbe Vorzeichen wie η hat. Ein willkürlich gewähltes einfaches Beispiel ist eine lineare Funktion wie Θ = JV, worin V eine bestimmte Spannungsamplitude sein kann; ε kann die verschiedenen Werte -nV, . . . -V, 0, 4 V .... η V annehmen, wenn sich /von — η bis +n ändert.

Die in der Korrelatoreinheit 4 zur Umsetzung der Ordnungszahl / mit dem stärksten Signal in ein Fehlersignal ι- verwendeten Schaltungen bestehen aus einer Vergleicherschaltung für die von den zwei n-| 1-Korrelatoren abgegebenen Signale zur Abtrennung der Ordnunszahl / sowie aus einer Steuerschaltung zur Erzeugung des Fehlersignals r in Abhängigkeit von dieser Ordnungszahl /. Es handelt sich hierbei um Schaltungen bekannten Aufbaus, der sich nach dem angestrebten Änderungsgesetz ε = /(/) richtet. Wie schematisch in F i g. 1 dargestellt, kann es sich bei diesen Schaltungen insbesondere um eine Vergleichsschaltung CP handeln, die mit 2n+ 1-Eingängen mit den Korrelatoren C~n bis C +η oder mit 2«4 !-Ausgängen mit einer Steuerschaltung CC verbunden ist, deren einziger Ausgang das Fehlersignal liefert. Bei jedem Vergleich entspricht ein bestimmtes Ausgangssigna] der Vergleichsschaltung der Ordnungszahl mit dem höchsten Korrelationsergebnis.

Dieses Signal gelangt auf die Steuerschaltung, die das dieser Ordnungszahl entsprechende Fehlersignal ε erzeugt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. System zur automatischen Zielverfolgung bei direkter Sicht des Zieles und durch elektronische Korrelation unter Bestimmung eines die Winkelverschiebung zwischen der optischen Achse des Systems und der Visierlinie ausdruckenden und ein Nachstellglied beaufschlagenden Fehlersignals, mit mindestens einer das erfaßte Zielbild an ein es in ein Impulsbild umwandelndes elektro-optisches Gerät übertragenden Fernsehkamera, das Impulsbild mindestens in einer Richtung abtastenden Kippschaltungen, einer elektrische Impulszüge, welche die Helligkeit«- verteilung des Bildes wiedergeben, liefernden Abtastschaltung, zwei gleichen, die aufeinanderfolgenden Impulsbilder des Zielbildes aufnehmenden Speicherschaltungen und einer die gespeicherten Impulsbilder vergleichenden Korrelationsschaltung, deren Ausgangsspannung das der Fernsehkamera zugeordnete Nachstellglied regelt, nach Patent 16 23 399, dadurch gekennzeichnet, daß die den Speichern (3) nachgeschaltete Korrelationsschaltung (4) aus einer Batterie von zeitlich nacheinander ansprechenden Korrelatoren, einer Vergleichsschaltung (CP), die die Ordnungszahl des das stärkste Signal liefernden Korrelators bestimmt, und einer Steuerschaltung (CC) besteht, die ein Fehlersignal erzeugt, dessen Amplitude und Vorzeichen in Abhängigkeit von der ermittelten Ordnungszahl vorher festgelegt ist, wobei die Korrelatorbatterie aus einem Hauptkorrelator (C_n) besteht, der das Bezugssignal (S_ot) und das Augenblickssignal (St) direkt erhält, sowie aus einer ersten Anzahl von Korrelatoren, die eines dieser beiden Signale direkt, das andere mit einer zeitlichen Verschiebung erhalten, die längs des Signalweges von einem Korrelator zum nächsten durch Einfügen je eines Verzögerungselementes um gleiche Beträge wächst, und aus einer zweiten Anzahl von Korrelatoren, die die relativ zueinander verschobenen Signale mit der gleichen Verzögerung, jedoch im umgekehrten Sinn erhalten, wobei die gemeinsame zeitliche Verschiebung vorzugsweise gleich der für die Analog/Digital-Umsetzung der Signale verwendeten Abtastperiode oder Taktdauer (TH) ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelatorbattcrie 2« + 1 Korrelatoren enthält, nämlich je η Korrelatoren zu beiden Seiten des Hauptkorrelators (C₀), daß ihnen in bezug auf den Hauptkorrelator mit der Ordnungszahl 0 die Ordnungszahlen — η ... — / ... —1, 0, +1 ..,+/... -;-/! zugeordnet sind und sie in Verbindung mit der Vergleichsschaltung der Ermittlung der Verschiebungen zwischen den zu korrelierenden Signalen dienen, die in einer Zeitspanne enthalten sind, die 2/i mal der Wert der Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Korrelatoren ist, wobei die Genauigkeit der Ermittlung gleich dieser Zeiteinheit ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Speicher (3) in den Signalweg der beiden zu korrelierenden Signale Umschalter eingefügt sind, deren Umschaltung gleichzeitig mit der Umschaltung der am Eingang der Speicher liegenden Schalter derart erfolgt, daß die beiden Signale stets an den gleichen Eingängen der Korrelationsbatterie liegen.