DE2119580C3 - Vorrichtung zur Positionierung eines Objektes längs eines spiralförmigen Weges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Impulsen, die in digitalen Impulszügen für Inkremente Ax und Ay zur Positionierung des Elektronenstrahles einer Kathodenstrahlröhre längs eines spiralförmigen Weges im kartesischen Koordinatensystem charakteristisch sind. Eine bevorzugte Anwendung ' ndet eine solche Vorrichtung in Sichtgeräten für akustische Ortungsgeräte mit Rundsichtdarstellung.

Zur Verwendung in Sichtgeräten von akustischen Ortungsgeräten entwickelte, aus der USA.-Patentschriit 3 43i 459, bekannte Spira'-Abicnkgeneratoren machen von analogen Funktionsgeneratoren Gebrauch, die mit einem sinusförmigen Azimut-Abtastsignal betrieben werden. Von der Anmelderin entwickelte, nicht veröffentlichte Systeme machen sowohl von der Analog- als auch von der Digitaltechnik Gebrauch. Durch die Anwendung solcher Kybridtechniken vvird ein Teil der Kosten und der Stabilitätsprobleme eines Analogsystems eingespart bzw. vermieden, jedoch führen diese Techniken nicht zu dem Ausmaß an Genauigkeit, die bei Verwendung der Digitaltechnik zur Berechnung von Impuiszügen für die spiralförmige AblenJ :.g unter einer steuernden Synchronisation durch anmoge Azimutsignale erreicht werden kann. Beispielsweise kann von einem sinusförmigen Azimut-AbtastsignaI leicht ein Cosinussignal abgeleitet werden und es können dann die Sinus- und Cosinussignale zur Steuerung digital variabler Frequenzgeneratoren benutzt werden. Digitale Impulsmultiplikatoren können dann dazu benutzt werden, Impulszüge zu erzeugen, deren Frequenz nicht nur als Funktion des Sinus und des Cosinus des Abtastwinkels 0, sondern auch als Funktion der Entfernung verändert wird, wenn die Entfernung der spiralförmigen Abtastung vom Ursprung zunimmt.

Es wäre sehr vorteilhaft, wenn es möglich wäre, digitale Ablenk-Impulszüge als Funktion des Abtastwinkels und der Entfernung für einen Spiral-Ablenk-

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Weitere Fin/elheitcn und Ausp^i.iUuüi^s·. der tr· findung sind der Beschreibung der in dtr /ru-hiuins li.irgvsiellien Ausführungsbeispielc :u entnehmen. l>i» der Beschreibung und der /eichnun,« in t·utnehmon»len F'.n.'i'.hoi'.o» kennen bei anderen Ausfuhruniisfv»:n\cn der Erfindung ein/ein fur sich oder m \\i-*Xmn\\ in beliebiger Kombination Anwendung finden Is .'ngt

Fig I das !"oeksch.iltbild eines tikiiMiM'hrn Οι·- tungsgerä's mit einem Spiiiil -\blenks\stein /ut Wranschiuilichung einer Anwendung tier
gemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines SpImI-rators nach der Erfindung,

Fig. 3 das Blockschaltbild eines in der Vorrichtung nach Fig. 2 verwendeten digitalen DlfferentlnU Analysators (DDA),

Fig. 4 das Schaltbild einer Anll-ICoiiuklötunuhttl· tung, die in einem digitalen Differentifil-Auülysutor nach Fig. 3 verwendet werden kann,

Fig. 5 das Schaltbild einer SuluiltUnßNUnordnung zur Bestimmung der Hauptpunkte eincH sinusförmigen Azimut-Synrhronisulioimignitlü und der Voi/eluhen

der Ableitungen von X und Y, die in der erfindungsgemäßcn Vorrichtung benötigt werden,

Fig. 6 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 5,

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 2,

Fig. .8 das Blockschallbild einer Schaltungsanordnung 7UI Erzeugung der Azimut- und Entfernungs-' inkremente für die Vorrichtung nach Hg. 2 und

Fig. 9 das Blockschaltbild einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zur Anwendung in Fällen mit sich nur langsam änderndem Radius geeignet ist.

Das in Fig. 1 dargestellte akustische Ortungsgerät umfaßt einen omnidirektioneiien Schaliwandler 10, der aus einer Matrix piezoelektrischer Elemente besteht, beispielsweise aus Hariumtitanat oder Bleititanatzirconat, die an der Überfläche eines Hohlzylindcrs angeordnet sind und an der Oberfläche dieses Zylinders reihen und längs Mantellinien des Zylinders Spalten bilden. Eine Sendesteuerung 11 bewirkt nach einem von einer Programmeinheit 12 gelieferten Programm eine gleichzeitige Erregung aller Spalten von so ausgewählten Reihen, daß effektiv ein omnidirektioneller Schallstrahl gebildet wird.

Ein typischer Schallwandler weist sieben Reihen und siebenundzwanzig Spalten auf. Da ein piezoelektrisches Element auf Druckimpulse anspricht und Spannungsimpulse erzeugt, kann das Vorliegen eines Zieles durch Abtasten der Spalten in einer Folge festgestellt werden, die bei einem Ursprung beginnt, der eine relative 0 -Richtung auf einem Rundsichtgerät 13 darstellt.

Um nacheinander die Spalten des Schallwandlers 10 abzutasten, werden Empfangsschalter 14 durch ein Entfernungssteuersignal eingeschaltet, das von der Programmeinheit 12 nach einem ausgesendeten Schallimpuls erzeugt wird. Verstärker 15 übertragen die Signale von den Empfangsschaltern 14 zu einem Empfangsabtaster 16, der für eine Rundsichtdarstellung zyklisch die kombinierten Signale aller Reihen aufeinanderfolgender Spalten abtastet. Wenn ein Ziel in einem gegebenen Azimut und einer gegebenen Entfernung vorliegt, wird, wenn der Empfangsabtaster 16 die auf dieses Azimut ausgerichtete Spalte zu einer Zeit nach dem Aussenden des Schallimpulses abtastet, die ausreichend ist, um eine:; Echoimpuls aus der gegebenen Entfernung zu empfangen, ein Videosignal erzeugt :: und dem Rundsichtgerät 13 als Intensitätssteuersignal zugeführt, um auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre unter einem Azimutwinkel, der der Peilrichtung des Zieles entspricht, und in einer Entfernung vom Zentrum des Schirmes, die der Zielentfernung entspricht, einen Leuchtfleck zu erzeugen. Die Beziehung zwischen dem Leuchtfleck der Rundsichtdarstellung und der tatsächlichen Stellung des Zieles wird mit Hilfe eines Spiral-Ablenkgenerators 17 hergestellt, der bewirkt, daß der Elektronenstrahl einer Kathodenstrahlröhre des Rundsichtsgeräts 13 auf einen Punkt gerichtet wird, der sich um das Darstellungszentrum mit einem Monoton zunehmenden Abstand vom Zentrum herumbewegt und dessen Azsmutwinkel in jeder beliebigen Stellung direkt dem Azimutwinkel des Empfangsäbtasters 16 entspricht, wenn dieser die Spalten des Schallwandlers 10 zyklisch abtastet. Diese Bewegung des Punktes wird gemäß der Erfindung von einem Spiral-Ablenkgenerator 17 bewirkt, der digitale Ax- und J>'-Impuls7Uge für eine Spiralablenkung erzeugt.

die in dem Rundsichtgerät 13 aufsummiert werden, um die X- und Y-Knordinatcn aufeinanderfolgender .. Stellungen des Elcktionens'-'ahls auf einer Spirale zu .erzeugen. . ',

,5^V, Wie an Hand der,Fig, 2_: und 9 später noch mehr im

„.-' einzelnen erläutert werden wird,-sind'zwei DDA zur ; Erzeugung der" Ableitungen von jsin fl| und (cos fl| von

Inkrcmenlen \'A U '· kreuzgekoppclL' Die' so ι erzeugten Ableitungen werden dann effektiv mit Hilfe von

ίο Digitalintcgratoren mit einer ständig zunehmenden Entfernung multipliziert, um die Ableitungen von X und Y /u erzeugen, von denen X dem Wert R [sin 0| und Y dem Wert R |cos 0] gleich ist.

Eine Steuerlogik 18 spricht auf das von der Programmeinheit 12 gelieferte Entfernungsst<;uersi^nal an, um die Inkremente Ao und Ar zu erzeugen sowie geeignete Voreinstellsignale für die Integrandenzähler und Akkumulatoren in dem Spiral-Ablenkgeneraior 17 sowie die die Zählrichtung steuernde Signale für die

so aufwärts und abwärts zählenden Integrandenzähler zu liefern. Außerdem bestimmt die Steuerlogik 18 fortlaufend die Vorzeichen von X und Y an Hand eines sinusförmigen Azimut-Abtastsignals, das von dem Empfangsabtaster 16 geliefert wird, um das Rundsicht-

i>5 gerät 13 im A imut mit der Abtastung der Spalten des Schallwandlers 10 zu synchronisieren. Bei Bedarf können von der Steuerlogik auch noch Signale, die den Beginn und das Ende der Abtastung anzeigen, durch einfaches Differenzieren der vorderen und !unteren Flanke des Entfernungssteuersignals erzeugt werden. Obwohl bisher als Anwendungsbeispiel für die Erfindung nur ein akustisches Ortungsgerät behandelt *vorden ist, das einen Spiral-Ablenkgenerator für ein Rundsichtgerät aufweist, versteht es sich, daß auch andere Systeme von einer Vorrichtung iiacii Fig. 2 mit Vorteil Gebrauch machen können, wie beispielsweise das Rundsichtgerät einer Radaranlage oder sogar eine numerische Steuerung für Werkzeugmaschinen. Sowohl bei akustischen Ortungsgeräten als auch bei Radargeräten nimmt die Entfernung von Null bis zu einem Maximalwert zu, und zwar bei akustischen Ortungsgeräten mit geringer und bei Radaranlagen mit hoher Geschwindigkeit. Bei anderen Anwendungen der vorliegenden Erfindung können der Winkel 0 und die Entfernung oder der Radius sich jeweils mit einer gewissen Geschwindigkeit ändern. Die Vorrichtung nach Fig. 2ist für alle diese Anwendungen geeignet, einschließlich für Radaranlagen und akustische Ortungsgeräte. Ein vereinfachter Spiral-Ablenkgenerator ist für Anwendungen geeignet, bei denen sich die Entfernung oder der Radius nur sehr langsam ändert, wie beispielsweise bei akustischen Ortungsgeräten. Eine solche vereinfachte Ausführungsform der Erfindung wird an Hand Fig. 9 beschrieben werden.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 werden digitale Ax- und /ty-lmpulszüge für die Spiralablenkung von einem ersten DDA 21 erzeugt, der mit einem zweiten DDA 22 kreuzgekoppelt ist, um Absolutwerte Kund U zu erzeugen, die jcos 0\ und [sin Oj entsprechen. Wäh-

rend jsin ö| und jcos 0\ jeweils sin 0 und cos 0 von den kreuzgekoppelten DDA erzeugt werden, werden auch die Ableitungen von [sin 0[ und |cos Oj gemäß den folgenden Gleichungen

du = vdO = cos OdO dv = —vdO = —sin OdO

erzeugt, in denen dO die Inkremente der Azimutabtastung darstellt. In der Praxis werden endliche Inkre-

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merite AO, Au und Av zur Verwirklichung der Gleichen 1 und 2 benutzt. Die Inkrcmcnte Au und Av werden bei der normalen Iteration der DDA durch die InICrCmCnIeZ-IOCrZCUgI, während Integrandenzählcr in den entsprechenden DDA 21 und 22 die Inkrementc Au und Avzählen, um die Werte |K| und \U\ zu bilden. Zu diesem Zircck werden die entsprechenden DDA von der Steucrlogik 18 (Fig. I), welche die Hauptpunkte (0". 90", I8O'^J und 27O¹⁷) des sinusförmiger, A/imutabtastsignals feststellt, synchronisiert und zum Aufwärts- und Abwärts/jhlen veranlaßt, damit die Vorzeichen von sin 0 und cos D mit dem Empfangsabtaster 16 synchronisiert sind.

Obwohl es möglich wäre, die von den kreuzgekoppelten DDA 21 und 22 erzeugten Integranden V und U mit den Vor/eichen zu versehen, ist eine solche Maßnahme nicht erforderlich, wenn die Intcgrandenzähler in der richtigen Weise gesteuert werden, daß sie von .000.. .0 bis zu . 111... I und wieder zurückzählen und bei jedem Hauptpunkt des Azimutablastsignals die Richtung wechseln. Der Intregrandenzähler im DDA 21 zählt wahrend des ersten und des dritten Quadranten jedes Zyklus des Azimutabtastsignals aufwärts und während des zweiten und des vierten Quadranten abwärts. Während der Integrandenzähler für !sin 0] aufwärts zählt, muß der Integrandenzähler für !cos 0] abwärts zählen.

Sich ad 'ierende Fehler bei der Erzeugung von !sin 0\ und cos 0- können vermieden werden, indem die Integrandenzähler in jedem der vier Hauptpunkte während jedes Azimutabtastzyklus auf den korrekten Wert eingestellt werden. Zu Beginn jedes ersten und dritten Quadranten wird der Integrandenzähler im DDA 22 auf Null gestellt, wogegen der Integrandenzähler im DDA 21 effektiv auf Eins gestellt wird. Während der zweiten und vierten Quadranten werden die Voreinstellungen umgetauscht.

Vor einer weiteren, mehr ins einzelne gehenden Beschreibung der in Fig. 2 dargesteltten Vorrichtung nach der Erfindung soll die prinzipielle Arbeitsweise eines digitalen Differentialanalysators (DDA) an Hand Fig. 3 erläutert werden, die innerhalb des von einer gestrichelten Linie umgebenen Bereichs die Hauptbestandteile des DDA 21 in Fig. 2 wiedergibt. Der Verlauf der gestrichelten Linie wird in den Fig. 2 und 9 dazu benutzt, DDA darzustellen, welche die gleichen Hauptbestandteile enthalten. Die Hauptbestandteile des DDA 21 verwirklichen die Gleichung (1). Ein Aufwärts-Abwärts-Zähler 24 enthält den gegenwärtigen Wert des Integranden V. Durch richtiges Voreinstellen des Auiwärts-Abwärts-Zählers TA an den Hauptpunkten des Azimutabtastsignals, das von dem Empfangsabtaster 16 nach Fig. 1 geliefert wird, und Steuern der Zählrichtung bildet der DDA 21 fortlaufend den Wert V, der [cos 0\ gleich ist.

Ein Addierer 25 addiert fortlaufend den Inhalt des Zählers 24 und es liefert ein Akkumulator 26 die Summe und ein Überlaufinkrement, wenn die Summe den Maximalwert überschreitet, der in dem Akkumulator 26 gespeichert werden kann. In der Praxis können der Aufwärts-Abwärts-Zähler 24, der Addierer 25 und der Akkumulator 26 mit einer Kapazität für eine beliebige Anzahl von Stellen einer Binärzahl, beispielsweise elf Stellen, versehen sein. Demnach speichert das DDA 21 für jedes Inkrement AO die vom Addierer 25 gelieferte Summe im Akkumulator 26 und überträgt, wenn erforderlich, ein Überlauf-Inkremeni als Inkrement Au. Diese Funktion erfolgt bei der

Vorrichtung nach Fig. 3 mit Hilfe der UND-Glieder 27 und 28. Obwohl die Übertragung eines Inkrcmmts Au in Abhängigkeit von einem Inkrement AO leici.t mit einem einzigen UND-GJied verwirklicht werden kann, versteht es sich, daß das Speichern' der Summe im Akkumulator 26 mit Hilfe eines getrennten',UND-Gliedes, das dem UND-Glied 27 gleich ist, fürjecle binare Stufe dcsv\kkumulators 26 erfolgen muß, wenn um der Geschwindigkeit Willen eine Paralleladdition

ίο und eine Parallelübertragung der Summe gewünscht wird.

Die Inkremente Au werden von einem Aufwärts-Abwärts-Integrandenzähler in dem DDA 22 gezählt, um den Integranden \U\ zu bilden, der dem Wert

,₅ [sin <i\ gleich ist, und zwar in der gleichen Weise, wie der Aufwärts-Abwärts-Zähler Vi die Inkremente Av zur Bildung des Integranden \V\ empfängt. In dieser Weise sind die DDA 21 und 72, die einen identischen Aufbau haben, kreuzgekoppelt, um die Absolutwerte

aö von cos 0 und sin 0 und die Inkremente Av und Au mit einer Geschwindigkeit zu bilden, die diesen Werten proportional ist. Da jedoch der Absolutwert von sin 0 von Eins auf Null abnimmt, während der Absolutwe-t von cos 0 von Null auf Eins anwächst und umgekehrt,

as sind die Voreinstellungen und Auf-Ab-Steuerungen für die Integrandr ahler voneinander unabhängig, wie es durch den Index Eins für die Voranstell- und Auf-Ab-Steuersignale für den integrandenzähler im DDA 21 und den Index Zwei für die entsprechenden Steuersignale für den DDA 22 angezeigt ist.

Bei dem Integrandenzähler 24 kann es sich um jeden bekannten Zähler handeln, der durch Zuführen einer vorgegebenen Spannung, wie beispielsweise +6 V, zum Aufwärtszählen und durch Zuführen einer zweiten Spannung, beispielsweise 0 V zum Abwärtszählen veranlaßt werden kann, jedoch nicht über einen Wert von . 111... I noch unter einen Wert von .000.. .0 zählt. Solch ein beschränkter Zählbereich kann leicht durch ein Eingangsglied für die zuzählenden Inkrementimpulse verwirklicht werden, das normalerweise von einem UND-Glied vorbereitet und gesperrt wird, das den Zählerstand . 111... I feststellt, wenn die Zählrichtung aufwärts ist, und von einem UND-Glied gesperrt wird, das den Zählerstand .000.. .0 feststellt, wenn die Zählrichtung abwärts ist. Es versteht sich, daß auch andere bekannte Techniken angewendet werden können. So kann die Auf-Ab-Steuerung ein einfaches Binärsignai sein. Zur Erzeugung von cos 0 im Zähler 24 wird das Auf-Ab-Steuersignal so synchronisiert, daß der Zähler 24 im zweiten und vierten Quadranten zum Aufwä-tszählen und im ersten und dritten Quadranten zum Abwärtszählen veranlaßt wird, während das Auf-Ab-Steuersignal für den Integrandenzähler im DDA 22 umgekehrt ist, damit während des ersten und des dritten Quadranten ein Aufwärtszählen und während des zweiten und vierten Quadranten ein Abwärtszählen erfolgt.

Weiterhin sind die Voreinstellsignale mit den Hauptpunkten verknüpft, so daß für den Integrandenzähler

⁶<> im DDA 21 ein Signal O-Voreinstellungi erzeugt wird, um jede Stufe des Zählers in den Hauptpunkten, in denen 0 gleich 90° und 270° ist, auf Null zu stellen. In den anderen HauDtpunkten, in denen θ gleich 0° und 180" ist, wird ein Signal 1-Voreinstellung! erzeugt, um jede Stufe des Zähfers 24 auf eine binäre I einzustellen. Demnach wird in der Praxis der Zähler auf Null gestellt, wenn für [cos θ| der Wert Null anzunehmen ist, und auf eine Binärzahl, die gerade um ein

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Jnkrement kleiner ist als der volle Wort von |cos 0\, wenn hierfür der Wert 1.000-..0 anzunehmen ist. Auf diese Weise wird die Verwirklichung des DDA erleichtert, ohne einen bedeutenden Fehler einzuführen. Mit anderen Worten stellt das Signal !-Voreinstellung! den Jntegrandensrähler 24 im wesentlichen auf 1.000.. .0, indem er ihn auf . 111... 1 voreinstellt. Der integrandenzähler des DDA 22 wird auf gleiche Weise auf Null und auf im wesentlichen Fins in Übereinstimmung mit den Absolutwerten von sin 0 an den Hauptpunkten 0 , 90 , 180 und 270 voreingestellt. Um einen Fehler in den Akkumi'latoren der DDA 21 und 22 auf ein Minimum zu reduzieren, wird der Akkumulator jedes DDA beim Voreinstellen der Integrandenzähler in jedem Hauptpunkt auf 1/2 eingestellt, indem alle Stufen des Akkumulators, außerdem höchststelligen Bit, auf Null gestellt und das höthststellige Bit auf eine binäre 1 eingestellt werden, so daß der Akkumulator auf . 100.. .0 eingestellt wird.

Die kreuzgekoppelten DDA 21 und 22 arbeiten fortlaufend in Abhängigkeit von den Inkrementen AO, um die Absolutwerte von sin 0 und cos 0 als entsprechende Integranden U und V zu erzeugen. Die Inkremente Λ ο werden von einem Azimutoszillator erzeugt und während der Dauer des Entfernungssteuersignals den DDA 21 und 22 zugeführt. Zu diesem Zweck genügt es, einen stabilen Oszillator vorzusehen, dessen Arbeitsfrequenz so gewählt ist, daß die Iniegrandenzähler gerade den Stand erreichen, der den Absolutwerten von sin 0 und cos <> entspricht, wenn sie während der Halbzyklen des Azimutabtastsignals aufwärts und abwärts zählen. Das Entfernungssteuersignal kann dann einfach dazu benutzt werden, Gatter vorzubereiten, welche die Inkremente AO den DDA 21 und 22 zuführen.

Die Impulszüge für die X- und Y-Koordinaten werden dann als Funktion der folgenden digitalen Differentialgleichungen erzeugt:

ix =-- RAu* UAr Ay = RAv t VAr

Der Integrand R des ersten Terms jeder Gleichung wird von einem Zähler 30 erzeugt, der von der Vorderflanke des von der Programmeinheit 12 gelieferten Entfernungssteuersignals auf Null zurückgestellt wird und dann die Inkremente Ar zählt, die von einem Oszillator der Steuerlogik 18 erzeugt und dem Zähler30 während der Dauer des Entfernungssteuersignals ebenso zugeführt werden wie die /dO-ImpuIse den DDA 21 und 22.

Zur Erzeugung der vier Terme der Gleichungen (3) und (4) werden vier getrennte DDA 31 bis 34 benutzt, von denen die DDA 31 und 32 vom Inhalt des Entfernungszählers 30 als Integrand R und die DDA 33 und 34 vom Inhalt der Integrandenzähler der DDA 21 und 22 für die Integranden V und U Gebrauch machen. Das für die DDA 21 bis 22 gebrauchte Symbol wird nicht für die DDA 31 bis 34 verwendet, um kenntlich zu machen, daß die DDA 31 und 32 gemeinsam den Integrandenzähler 30 zur Erzeugung der ersten Terme der Gleichungen (3) und (4) Gebrauc; machen und die DDA 33 und 34 mit den DDA 21 und 22 die Integrandenzähler der DDA 21 und 22 teilen, um der. weiten Term der Gleichungen (3) und (4) zu bilden.

Der DDA 33 überträgt Inkremente Ay₁ in Abhängigkeit von Inkrerr?-:~:en r mit einer Geschwindigkeit, die sich in Abhängigkeit von dem Integranden V ändert, der cos 0 gleich ist, währ:nd der DDA 31 Inkremente Ay₂ in Abhängigkeit von Inkrementen Av erzeugt die von der Vorderflanke des Entfcrnungssteucrsignals bis zu dessen Rückflanke für einen vollständigen Spiralabl'cnkzyklus mit ständig zunehmender Geschwindigkeit aufeinanderfolgen. Die Inkremente Ay\ und ay± Werden dann in einem ODER-Glied 35 addiert, um einen !mpuls/ug/u bilden, dessen Impulsfolgefrequenz

ίο mit der Zeit entsprechend der Entfernung oder dem Radius der spiralförmigen Ablenkung zunimmt. Die ständig zunehmende Folpefrequenz der Inkremente \y ist jedoch mit cos 0 moduliert, und zwar nicht nur, weil der Integrand V von dem DDA 33 verwendet wird, sondern auch weil die Inkremente ι ■·, die dem DDA 31 zugeführt werden, mil einer Folgefrequenz erscheint, die eine Funktion des Integranden V im DDA 21 ist. Die DDA 32 und 34 erzeugen in gleicher Weise Inkremente Ay₁ und Ay₂, die mit Hufe eines

so ODER-Gliedes 36 addiert werden, um einen Zug von Inkrementen Ax mit einer Folgefrequenz zu bilden, die grundsätzlich als Funktion der Zeit gemäß einer ständig zunehmenden Entfernung oder einem ständig zunehmenden Radius in der spiralförmigen Darstellung zunimmt, jedoch mit dem Integranden U moduliert ist, der sin 0 gleich ist.

Es ist zu beachten, daß jedes gleichzeitige Auftreten von Inkrementimpulsen, die mit Hilfe des ODER-Gliedes kombiniert werden, den Verlust eines dieser Impulse zur Folge hat. Bei Anwendungen, bei denen ein solcher Verlust von Bedeutung ist, können die Inkrementimpulse dem ODER-Glied über Pufferflipfiops zugeführt werden, die von phasenverwrhobenen Taktimpulsen CP₁ und CP₂ zurückgestellt werden.

Eine solche Anordnung ist für die Inkremente /Jx₁ und Ax₂ in Fig. 4dargestellt. Die Flipflops FFi ^u"d FF₁ sind vom üblichen R-S-Typ und jeweils so ausgebildet, daß sie von der Vorderflanke der zugeführten Impulse gestellt und rückgesteilt werden. Mit anderen Worten enthüllt jeder Stell- und Rückstclleingangskreis eines gegebenen Flipflops eine Differenzierschaltung und eine Seriendiode in üblichem Aufbau. Nach dem Stellen bereitet das jeweilige Füpflop ein entsprechendes von zwei UND-Gliedern 39 vor, damit es einen Taktimpuls dem ODER-Glied 36 zuführt. Der übertragende Taktimpuls stellt sofort das jeweilige Flipflop zurück und es werden die Inkrementimpulse Ax von dem ODER-Glied 36 phasenverschoben, also nicht zeitlich zusammenfallen, in Abhängigkeit von zeitlich

zusammenfallenden Inkrementimpulsen Ax₁ und Ax₂ übertragen, solange dafür Sorge getragen wird, daß die den beiden UND-Gliedern zugeführten Taktimpulse CP₁ und CP₂ phasenverschoben sind. Zu diesem Zweck genügt es, wenn die Taktimpulse CP₁ ein-

fach mit einer Frequenz erzeugt werden, die gleich oder größer ist als die höchste der Frequenzen für die Inkremente A 0 und Ar und die Taktimpulse CP₂ mit Hilfe einer geeigneten Verzögerungsleitung abgeleitet werden. Wenn beispielsweise die Frequenz der Takt-

impr.^e CP₁ der Frequenz der Inkrementimpulse A θ gleich ist, kann die Dauer der Taktimpulse CP₁ so festgelegt werden, daß sie gleich einem Viertel der Periode eines vollen Zyklus der Inkrementimpulsfc Λ0 ist. Die Verzögerungsleitung wird dann so gewählt,

daß die Verzögerungszeit gleich der halben Dauer der Periode eines vollen Zyklus für die Inkrementimpulse AO ist. Die Maximalfrequenz, mit der Inkrementimpulse Ax dann von dem ODER-Glied 36 übertragen

werden, ist dann gleich der doppelten Frequenz der Täktimptilse CP₁.

Zur Erzeugung der Ableitungen X und Y für das Koordinatensystem der spiralförmigen Darstellung wnd Aufwärts-Abwärts-Zähler 37 und 38, die in dem Rundsichtgerät 13 nach Fig. 1 enthalten sind, so angetchlosscn, daß Sie die entsprechenden Inkremcnte .JlIv und /jj> empfangen und zählen. Die Werte X und Y '■■ nehmen im wesentlichen ständig zu, sind jedoch so moduliert, daß sie als Funktion von |cos Oj bzw. |sin o| variieren. Zu diesem Zweck wird die Zählrichtung des Aufwärts-Abwärts-Zähiers 37 von dem Auf-Ab-Steucrsignal des Integrandcn/ählers im DDA 22 gesteuert. In gleicher Weise wird der Aufwärts-Abwärts-Zähler 38 von dem Auf-Ab-Sleuersignal gesteuert, der 4en Integrandenzähler des DDA 21 steuert. Am Ende jedes Spiralablenkzyklus werden die Zähler 37 und 38 ebenso wie der Entfernungszähler 30 auf Null zurückgestellt. Das Zurückstellen aller dieser Zählei kann auf einfache Weist, mit der Rückflanke des von der Pro-{rammeinheit 12 gelieferten Entfernungssteuersignals erfolgen. Demnach werden durch Kreuzkoppeln der beiden DDA 22 und 21 Ableitungen von {sin 0\ und |cos »I erzeugt und den DDA 31 bis 34 zugeführt, die dann Ableitungen von X und Y gemäß den vorstehenden Gleichungen (3) und (4) für die Spiralablenkung erzeugen.

Bei Anwendungen, bei denen sich die Entfernung im Verhältnis zum Azimut nur langsam ändert, ist es möglich, die vorstehenden Gleichungen auf die folgende Form zu reduzieren:

Ax =- RAu (5)

Ay -- RAv

Die Ableitungen X und Y werden dann nur mit den kreuzgekoppelten DDA 21 und 22 und den zur Entfernungsmultiplikation dienenden DDA 31 und 32 erzeugt, wie es Fig. 9 veranschaulicht. Es sei bemerkt, daß in jedem Fall die Ableitungen X und Y Absolutwerte sind, weil in diesen bevorzugten Ausführungsbeispielen nur Absolutwerte von sin 0 und cos 0 zum Gebrauch bei der Berechnung von χ und y berechnet werden. Die Vorzeichen von sin 0 und cos 0 werden unabhängig von der Berechnung von X und Y bestimmt und unmittelbar dem Rundsichtgerät zugeführt, um den Aufbau der DDA zu vereinfachen.

Bevor mit einer detaillierten Beschreibung der zweiten, in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform der Erfindung fortgefahren wird, soll an Hand der Fig. 5 und 6 die Art und Weise erläutert werden, in der die Vorteichen von X und Y bestimmt werden. Das in Fig. 6 Veranschaulichte, sinusförmige Azimutabtastsignal (sin 0) wird der Steuerlogik 18 (Fig. 1) zugeführt, die die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 enthält. Diese Schaltungsanordnung umfaßt einen 90°-Phasenschieber 40, der zur Erzeugung eines Signals dient, das gegenüber dem sinusförmigen Azimutsignal um 90" phasenverschoben ist, wie es Fig. 6 zeigt. Demnach ist, wenn das Azimutsignal für die Spiralablenkung als sin 0 verwendet wird, das Ausgangssignal des Phasenschiebers 40 ein Signal cos G. Wenn sin 0 bei 0° den Wert Null hat, hat cos 0 den Wert +1. Während sin 0 im ersten Quadranten zunimmt, fällt cos 0 auf Null ab. Im zweiten Quadranten fällt sin 0 auf Null ab, ■wogegen cos 0 dem Betrage nach zunimmt, jedoch mit negativem Vorzeichen. Im dritten Quadranten nimmt der Absolutwert von cos 0 bis auf Null ab, wogegen der Absolutwert von sin 0 zunimmt, jedoch mit negativem Vorzeichen. Endlich wächst im vierten Quadranten cos 0 auf f I an, während der Betrag von sin 0 auf Null abnimmt.

Differentialkomparatoren 41 Und 42, bei denen es sich im wesentlichen um nichts anderes handelt als um Differentialverstärker mit hoher Verstärkung, erzeugen Rechtecksignale, die in dem Zeitdiagräirnrn nach Fig. 6 als Signale^ und\ßdargestellt sind. Negationsgliedei 43 ,, 'und 44 bewirken eine ümkehrunfde'FSignare'^'und^ f"

ίο "und liefern Signale A und B. Wenn das' Vorzeichen, mit denen die Ableitungen X und Y in dem Rundsichtgerät 13 nach Fig. I versehen werden sollen, eine binäre 0 für ein positives und eine binäre 1 für ein negatives Vorzeichen sind und eine binäre 0 durch den Nullpegel und eine binäre 1 durch einen positiven Spannungspegel definiert sind, ist ersichtlich, daß die komplementären Signale A und B unmittelbar die Vorzeichen von sin U und cos 0 angeben. Da das Vorzeichen von X dem Vorzeichen von sin 0 und das Vorzeichen von Y dem Vorzeichen von cos 0 entspricht, bilden die komplementären Signale A und B die benötigten Vorzeichensignale in Binärform, die für einen direkten Gebrauch in dem Rundsichtgerät für die entsprechenden Ableitungen X und Y geeignet sind.

Es ist wichtig, daß die Vorder- und Rückflanken der Rechteckwellen α und B zeitlich mit dem Nulldurchgang oder den Hauptpunkten der Sinus- und Cosinuswellen zusammenfallen. Demgemäß sind Potentiometer 45 und 46 zur Einstellung der Bezugsspannungen für die Differentialkomparatoren vorgesehen, bei denen es sich, wie oben angegeben, um Differentialverstärker mit hohem Verstärkungsgrad handelt, die schnell die Sättigung erreichen, wenn das Eingangssignal die NuIlspannung überschreitet und positiv wird, und schnell gesperrt sind, wenn die Eingangssignale erneut den Nullpegel kreuzen.

Eine Hysterese wird durch den hohen Verstärkungsfaktor der Verstärker im wesentlichen auf Null reduziert. Um solche Verstärker mit sehr hohem Verstärkungsgrad gegen übermäßig große Eingangssignale zu schützen, sind Begrenzerdioden Dl bis £>4 ν Tgesehen. Es versteht sich, daß auch andere Techniken zur Erzeugung von Rechteckwellen verwendet werden können, einschließlich der Verwendung eines Schmitt-Triggers, der in Zähl- und Impulsschaltungen breite Anwendung gefunden hat, denn auch hier kann d^; Hysterese durch geeignete Wahl der Schaltungspara meter im wesentlichen auf Null reduziert werden.

Differenzierschaltungen 47 bis 50 erzeugen an den Vorder-^.und Rückflanken der Rechteck wellen A, A, B und B scharfe positive und negative Ii ■; pulse. Dioden D₅ bis D₈ übertragen dann nur die scharfen positiven Impulse über ein ODER-Glied 52 an einen Impulsformer 51, um mit den Hauptpunkten der Sinus- und Cosinuswellen zeitlich übereinstimmende positive Impulse T zu erzeugen, wie sie in Fig. 6 dargestellt sind. Diese Hauptimpulse werden dann vor. der Steuerlogik 18 dazu benutzt, die Voreinstell- sowie Aufwärts-

^fio und Abwärtszähl-Steuersignale für den in Fig. 2 dargestellten Spiral-Ablenkgenerator 17 gemäß den folgenden Booleschen Gleichungen zu erzeugen:

1-Voreinstellung! = T(AB_+ÄB) O-Voreinstellung! = T(AB+ÄB) Auf-Ab-Steuerungj = A W+AB*) 1-Voreinstell ung₂ = T(AB+lB) 0-VoreinsteIlung₂ = T(AB+IB)

13 14

Auf-Ab-Steuerung, = AB ^AB*) gekoppelten DDA 21 und 22 sowie den DDA 31 bis 34

',,-Voreinstellung = T bewirkt wird. Wenn die Entfernung oder der Radius R

konstant auf einem Wert R₁ gehalten wird, definieren

*) »Wahr« zum Aufwärtszählen, »uMsch« zum Ab- _{die DDA 21 und 22} einen Kreis. Wenn die Entferwärtszählen. _{5 nung R wäc}hst, arbeiten die DDA 31 bis 34 im

Diese Steuersignale werden den Integrandenzählern wesentlichen als Geschwiiidigkeitsmultiplikatoren, um der DDA 21 und 22 zugeführt. Der Index I gibt an, fortlaufend die Geschwindigkeit zu erhohen, mit der daß zs sich um ein Steuersignal für den DDA 21 han- die Inkremente Ax und Ay sonstwie erzeugt werden, ddt, wogegen der Index 2 angibt, daß das Steuersignal d. h., um die Ableitungen X und Y fortlaufend in dem für den DDA 22 bestimmt ist. Außerdem wird der i° Maße zu erhöhen, wie der Radius anwächst, beispiels-Akkumulator eines jeden der beiden DDA 21 und 22 weise vom Wert R₁ zum Wert R₂.
an jecern Hauptpunkt beim Auftreten eines Takt- Die quantisierten Inkremente von 0 und der Ent-

impulses T auf ¹J₂ voreingestellt, also auf .I00...0.. fernung R sind von unabhängigen stabilen Oszilla-

Obwohl drei getrennte Boolesche Gleichungen für torcn 53 und 54 erzeugte Taktimpulse-die in Abhängigjeden der DDA 21 und 22 angegeben sind, ist es 15 keit von dem Entfernungssteuersignal durch UND-offensichtlich, daß der Integrandenzähler des DDA 21 Glieder 55 und 56 geleitet werden, wie es aus Fig. 8 auf I, also auf . 111... 1, voreingestellt wird, während ersichtlich ist. Es versteht sich, daß auch andere der Integrandenzähler des DDA 22 auf 0, also Techniken angewendet werden könnten, beispielsweise .000...O, voreingestellt wird und umgekehrt. Dem- durch die Anwendung von Vorspannungen für die gemäß werden in der Praxis nur zwei Steuersignale 2° Oszillatoren 53 und 54, die von dem Entfernungsfür die beiden voreinzustellenden Zustände der Inte- steuersignal abhängig sind. In jedem Fall werden die grandenzähler der DDA 21 und 22 benötigt, die als Inkremente Ao während eines vollständigen Spiral- C₁ und C₂ bezeichnet werden können, denn die gleichen abtastzyklus den DDA 21 und 22 mit konstanter beiden Steuersignale, die dem DDA 21 zugeführt Folgefrequenz zugeführt. Zur gleichen Zeit werden werden, brauchen nur umgekehrt zu werden, um die 25 die Inkremente Ar dem Entfernungszähler 30 zuge-Steuersignale zu bilden, die für den Integrandenzähler führt und es werden die Ableitungszähler 37 und 38 des DDA 22 benötigt werden. Hirisichtlich der Auf- für X und Y in der vorstehend beschriebenen Weise Ab-Steuerung der Integrandenzähler ist es offensicht- zurückgestellt. Das Zurückstellen erfolgt auf einfache Hch, daß ein einziges Auf-Ab-Steuersignal, das für den Weise mit Hilfe einer Differenzierschaltung 56 und IntegrandenzäMer des DDA 21 gebildet wird, nach 30 einer Diode D₉, die so gepolt ist, daß sie nur negative einfacher Negation auch für den Integrandenzähler Impulse überträgt, die von der Rückflanke des Entdes DDA 22 benutzt werden kann, weil der Inte- fernungssteuersignals abgeleitet sind, wie es Fig. 2 grandenzähler des DDA 21 aufwärts zählen muß, zeigt.

während der Integrandenzähler des DDA 22 abwärts Wie iben erwähnt, kann der Spiral-Ablenkgenerator

zählt. 35 nach Fig. 2 für solche Anwendungen vereinfacht wer-

Fig. 7 veranschaulicht die für die Darstellung im den, bei denen sich die Entfernung im Vergleich zum Rundsichtgerät 13 gewählte Orientierung der Achsen Azimut nur langsam ändert, wie bei typischen akusti-X und Y des cartesischen Koordinatensystems, bei der sehen Ortungsgeräten, indem die Gleichungen (5) ein positives Vorzeichen für die Ableitung von X vor- und (6) verwirklicht werden. Eine solche vereinfachte liegt, wenn 0 von 0 nach 90 und 180 zunimmt, und 40 Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 9 veran-

:«, D_A__A:~u « ion- u:- i-7r\ ■ . -.-l. u η _:_ ι i:_i_a :_ λ ji- j ι i.- i*

XItI UV.IUVI1 YKJtI 1U\J UlO £.t\J UIlU Z.UI UUA. liaUII XJ CUl SUIiaUllUIIL, III UCl UlC VUII UCIl AlCUXgCHlSpUfCllClI

negatives Vorzeichen vorliegt. Das Signal Λ kann dann DDA 21 und 22 gelieferten Inkremente Au und Av

unmittelbar als Vorzeichen von X benutzt werden, den DDA 31 und 32 zugeführt werden. Die von den

wie es vorher angegeben worden ist. Da die Ableitung DDA 31 und 32 erzeugten Inkremente Ay und Ax Y in diesem Fall zwischen 90 und 270_negativ und 45 werden direkt den Zählern 37 und 38 zugeführt, die

im übrigen positiv ist, kann das Signal B unmittelbar sich in dem Rundsichtgerät 13 nach Fig. I befinden,

als Vorzeichen für Y benutzt werden. Der Aufbau und die Wirkungsweise des vereinfachten

Fig. 7 ist auch für das Verständnis der Weise nütz- Systems sind im übrigen die gleichen wie diejenigen

lieh, in der eine Spiralablenkung von den kreuz· des vollständigeren Systems nach Fig. 2.

nierzu ^ man z^icnnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Impulsen, die

in digitalen impuiszügen für Inkremente Ax und Ay zur Positionierung des Elektronenstrahls einer Kathodenstrahlröhre längs eines spiralförmigen Weges im kartesischen Koordinatensystem charakteristisch sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgenerator (53, 54) erste und zweite Taktimpulse erzeugt, die für gleiche Azimutinkremente A 0 des spiralförmigen Weges bzw. für gleiche Entfernungsinkremente Ar des Abstandes R des spiralförmigen Weges vom Nullpunkt des Koordinatensystems charakteristisch sind, daß eine auf die ersten Taktimpulse ansprechende Schaltungsanordnung (21, 22) vorhanden ist, die die Werte von sin 0 i< id cos 0 sowie einen ersten Impulszug, der für gleiche Inkremente Au aufeinanderfolgender Änderungen des Wertes sin 0, und _ao einen zweiten Impulszug, der für gleiche Inkremente Av aufeinanderfolgender Änderungen des Wertes cos 0 charakteristisch ist, erzeugt, daß eine weitere, auf die zweiten Taktimpulse ansprechende Schaltungsanordnung (30) vorhanden ist, die ein sich fortlaufend änderndes Signal für den Abstand R erzeugt, und daß auf das Signal für den Abstand R eine dritte Schaltungsanordnung (31,32) anspricht, welche die Impulsfolgefrequenz des ersten und des zweiten Impulszuges äiS Funktion des Abstandes R so ändert, daß die Ir. pulszüge für die Inkremente Ax und Ay entstehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (21, 22) zur Erzeugung der Werte von sin 0 und cos 0 sowie des ersten und des zweiten Impulszuges zwei kreuzgekoppelte digitale Differeniialanalysatoren (21 und 22) umfaßt, in denen sin 0 als Integrand von einem Zähler (24) in dem zweiten der beiden Differentialanalysatoren in Abhängigkeit von Inkremente Au gebildet wird, die von dem ersten Differentialanalysator (21) geliefert werden, cos 0 als Integrand von einem Zähler (24) im ersten Differentialanalysator (21) in Abhängigkeit von von dem zweiten Differentialanalysator (22) gelieferten Inkrementen Iv gebildet wird und Au und Av in dem ersten bzw. zweiten Differentialanalysator in Abhängigkeit von den Inkrementen AO gebildet werden.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn^i^hnpt. Aaß noch ein dritter und ein vierter digitaler Differentiaianalysator (35 bzw. 36) vorhanden sind, die als Funktion der entsprechenden Integranden des ersten und des zweiten Differentialanalysators (21 bzw. 22) und der Inkremente Ar der Entfernung einen dritten und einen vierten Impulszug erzeugen, und daß eine Einrichtung (35, 38 und 36, 37) vorhanden ist, die zum Erzeugen der Inkremente Ay und Ax eine Addition des dritten und des vierten Impulszuges zu dem ersten bzw. zweiten Impulszug bewirkt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (21, 22) zur Erzeugung der Werte von sin 0 und cos 0 die Absolutwerte dieser Funktionen erzeugt, daß eine Steuereinrichtung (Fig. 5) vorhanden ist, die auf ein sinusförmiges Azimutsignai anspricht, das gemäß der Änderung des Abstandes öts spiralförmigen Weges vom NuIlpjnkt des Koordinatensystems für sin 0 charakteristisch ist, und feststellt, wenn die Absolutwerte von sin 0 und cos 0 mit dem Anstieg von 0 bis im wesentlichen 1 und dem Abfall von im wesentlichen 1 nach 0 beginnen, und daß ein erster Aufwärts-Abwärts-Zähler (38) den ersten Impuiszug und ein zweiter Aufwärts-Abwärts-Zähler (37) den zweiten Impulszug in Abhängigkeit von der Steuereinrichtung synchron zur Zunahme und Abnahme von sin 0 bzw. cos 0 aufwärts und abwärts zählt.

5 Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrandenzähler (24) zur Bildung der Absolutwerte von sin 0 und der Integrandenzähler (24) zur Bildung der Absolutwerte von cos 0 auf 0 und auf im wesentlichen 1 gestellt werden, wenn die Steuereinrichtung (Fig. 5) feststellt, daß die Absolutwerte "on sin 0 und cos 0 anzuwachsen bzw. abzunehmen beginnen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Differentialanalysatoren (21 und 22) einen Akkumulator (26) enthält, der von der Steuereinrichtung je'ies Mal zurückgestellt wird, wenn die Integrandenzähler zu einem Wechsel der Zählrichtung veranlaßt werden.