DE2363580A1

DE2363580A1 - Aktive fernsehanlage mit automatischer entfernungseinstellung

Info

Publication number: DE2363580A1
Application number: DE2363580A
Authority: DE
Inventors: Edwin Earl Morris
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1974-06-27
Also published as: NL181891C; JPS5641070B2; DE2363580C2; GB1455278A; IT1002386B; NL7317533A; US3886303A; JPS4998267A; FR2211830A1; FR2211830B1; NL181891B

Description

Patentanwälte

Br.-Ing. Wilhelm fieichel
Dlpl-Ing. Wolfgang BAeI

6 Frankfuri a. M. 1

7732

GENERAL ELECTRIC GQMBAW _p Sefienestady₂ M₀T₀ VStA

Aktive Fernsehanlag© mit automatischer Intfernungseinstellung

Die Erfindung besieht sich auf eine aktive Femsehanlage mit automatischem Entferaimgseinst©lliiiig_P enthaltend einen gepulsten Sender ₉ ©ine eia V£d©©ausgasigssigaal liefernde torge-· steuerte Feras@Msam©ra, eia an di© torgesteue^t© Fernsehkamera angeschlossenes Sichtgerät mit ©iaea eine ober® und untere Rasterhälfte umfassenden Afetastrastei* «nd eine Taktschaltung Synchronisation der Rasterabtastimg.

Die Erfindung befaßt sich somit mit einer elektrooptischen Aalaggj, die insbesondere zm& Beobachten, und Erkennen τοπ Gegenständen im Dunkeln oder bei s©M.©eht©r Sicht dient» Die Erfindung ist iasbesondere auf ©in© gepulst© Las©ranlage mit einer Fernsehkamera gsrieht@t₀ d£@ sieSi eatferiiniigsiilSig auf das Ziel automatisch ©iastellto ' ■

7*ί® beschriebene aktive FsrnseiiaBXag© findet £nsb©sondsr© in und sonstigen Flugkörpsna ©der anderweitig erhöht

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seiianlage enthält ein Beleuchtungsgerät,, ■beispielsweise- einen gepulsten Laser₅ um einen Lichtimpuls auszusenden^ und einen Br₉ beispielsweise ©In© Fernsehkamera? die otl ©Ine gs°

getastet oder torgesteuert WiI⁵A₂ um den sref!©ktiertea- Il impuls zu empfangen,, Di© &wis@h@n ü®m Aussenden des pulses und der Austastung der" PernsehkameFa liegende wird Eatfer-nungsvergögenang genamnt uad bestiast di«

dl© reflektiertes Impulse empfängt„ Dureh. dl© LSng® d©s fgagerauftastimpulses wird dl© Tiefenschärf© des ^pfänger

Bildverstärker mit einer naehgeschalteten oder eine andere geeignete elektrooptisolie Empfang

fe@i der Beobaohtung- des Bodens am Bildverstärker "ein Videoausgangssigaal nur auf _g vreim die Empfangsentfernnag sprechend dem Abstand des Flugzeugs wm ,Boden eingestellt der Empfänger derart auf getastet wlrdj, daß" sieb, der

xirerdea keine Reflesslonsimpuls© empfangen_o ¥©aa. sias. am ©la© Kamera scferauktp um den Boden, abzutasten,, wird di© S

änderte Bei eiaer H3henänd@rungjles Flugzeugs tritt ebenfalls elae Inder-ung. des Abstaads zwisehen der Fernsehkamera uad dem Böden, auf_o Zum Empfang der irom Boden reflektierten Isprals© Is*e ©s daher unter den beschriebenen Bedingungen erfordernd^ file Entf@riraiigs¥@rzögerung-fortlaufend-manuell ein- bzw_o naeliziast©llen₀ Diese fortlaufende Nachstellung stellt eine hone Jkn=> forderung an die Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals_o Tz"Q~hz ständiger Beobaehtung und Machgtellung. kommt es jedoch mal VQTg daß das. Empfangsbild verlorengeht _o

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entfernungseinstellung bzw. Zielerfassung in einer aktiven Fernsehanlage automatisch vorzunehmen.

Die eingangs beschriebene aktive Fernsehanlage ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch eine mit ihrem Eingang an den Ausgang der torgesteuerten Fernsehkamera angeschlossene und mit zwei Ausgängen versehene Schalteinrichtung, die von der Taktschaltung derart ansteuerbar ist, daß sie an ihrem ersten Ausgang ein Signal abgibt, das dem während der Abtastung der oberen Rasterhälfte auftretenden Videoausgangssignal der torgesteuerten Fernsehkamera entspricht, und an ihrem zweiten Ausgang ein Signal abgibt, das dem während der Abtastung der imteren Rasterhälfte auftretenden Videoausgangssignal der torgesteuerten Fernsehkamera entspricht, und durch eine an den ersten und zweiten Ausgang der Schalteinrichtung angeschlossene Differentialintegrationseinrichtung, deren Ausgangssignal ein Fehlersignal darstellt, das die Differenz zwischen dem während der Abtastung der oberen Rasterhälfte auftretenden Videoausgangssignal und dem während der Abtastung der un-.teren Rasterhälfte auftretenden Videosignal angibt.

Nach der Erfindung werden somit in einer aktiven Fernsehanlage die Videoausgangssignale miteinander verglichen und integriert, die während der Abtastung der oberen Hälfte des Gesichtsfelds und während der Abtastung der unteren Hälfte des Gesichtsfelds auftreten. Das aus diesem Vergleich hervorgegangene Signal wird vorzugsweise einem Impulslängenmodulator zugeführt, der eine diesem Signal proportionale Entfernungsverzogerung erzeugt. Dadurch ist es möglich, mit dem Empfänger einen Entfernungsbereich zu erfassen, der ein maximales Videoempfangssignal liefert.

Bei einer an Bord eines Flugzeugs befindlichen aktives Fern-» '3-shanlage kann man somit nach der Erfindung mit Hilfe eines liipulslängenmodulators die Verzögerungszeit zwischen der Aus-

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sendung eines Laserimpulses durch den Sender und dem Empfang des reflektierten Impulses durch die torgesteuerte Fernsehkamera automatisch derart einstellen^ daß das zu beobachtende Ziel stets erfaßt bleibt. Zu diesem Zweck wird das Integral eines zusammengesetzten Videosignale, das die Szenenhelligkeit in der.oberen Hälfte des Gesichtsfelds der Fernsehkamera angibt ₉ mit dem Integral eines zusammengesetzten Tideosignals verglichen ₉ das die Szenenhelligkeit in der unteren Hälfte des Gesichtsfelds der Fernsehkamera angibt, um ein Steueroder Fehlersignal zu erzeugen,, das dem Impulslangenmodulator zugeführt wird» Der Impudslängenmodulator nimmt dann die Einstellung der Zeitverzögerung vor« Da bei einer an Bord eines Flugzeugs befindlichen aktiven Fernsehanlage keine reflektierten Laserimpulse empfangen werden, \feim entfernungsmäßig der Erfassungsbereich der Fernsehkamera nicht auf einen Abstand eingestellt istj der dem Abstand zwischen dem Flugzeug und dem Boden entspricht, stellt die erfindungsgemäße Anordnung ein ausgezeichnetes Mittel dar, um die Empfangsentfernung genau auf den interessierenden Abstand einzustellen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es"zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf eines Entfernungsverzögerungssignals, das von der in der FIg. 2 dargestellten Schaltungsanordnung erzeugt wird.

In der Fig. 1 ist ein Plugzeug 1 dargestellt^ das 2ur Erfassung eines den Erdboden 4 umfassenden Ziels eiae aktive Ferngehanlage 2 mit elnea Gesichtsfeld 3 aufweist» Bi© aktive Fernsehanlage sendet optische Energie aus, und gwar Insbesondere einen Laserimpuls, raid spricht auf di© optische Rückstrahlung innerhalb ©ines Weiten- ©der Entfisrauagebereiches 5 mit -einem gewählten Mittenabstand ä.5 isnd eimer gewählten Tiefenschärfe β an₈ ¥enn dae aktiv© Fernsehsystem 2 bezüglich seines Erfaasungsbereiches derart eingestellt ist bmw. entfernungsmäßig derart aufgetastet wird» daß as auf Rüekstrahlimgen anspricht ₉ ate innerhalb ü®& Gesichtsfeldes 3 aus einem Entfermingsbereich 10 mit ©in@a üb©r dem Bodea 4 befindlichen Mittenabstand d1 kommen, wird keine wirksam© Rückstrahlung festgestellt». Demzufolge tritt ein Sehwarzwert-Ticleoausgangasignal auf,- Wenn die aktive Fernaehanlage 2 in almlicher Weise derart aufgetastet wird_r daß sie innerhalb des Gesichtsfeldes ©isen Entfernungsbereieh 11 mit ©inea unter de® lrdb©d©n liegenden Mittenabstand d2 erfaßt ₉ wird ebenfalls kein© Rückstrah-Iraig festgestellt« Ia diesem Fall tritt ebenfalls -ein Schwarzt7ert»Videoausgangssignal auf. Der· angegebene Mittenabstanä be-Si©ht sich jeweils auf ä®n Abstand, d@s Entfermmgsbereiches der aktiven Fernsehanlag© 2* Wenn die aktiT© Fernsehanlage den Entfernungsbereich 5 mit der Tiefenschärfe 6 aufgetastet wird, empfängt sie innerhalb des Gesichtsfeldes 3 Rückstrahlungen von den eingezeichneten Entfernungsbereichen 12 mid 13, deren Mittenabstände d3 raid d4 innerhalb des Gesichtsfeldes 3 auf dem Erdboden 4 liegen. Die Smpfängertiefenschärfe xdlrd normalerweise derart-ausgewählt, da6 die aktive Fernsehanlage 2 in der Lage ist, Rückstrahlungen von allen Boäenpunkten zu empfangen, di© innerhalb des Gesichtsfeldes 5 liegen.

Die Punkte 16 und, 17 stellen einander gegenüberliegend© Sehaittpüatet© des Gesichtsfeldes 3 asit dem Erdboden 4 dar. Der t'Milit 16 erscheint, ia ä®r ©beres Zeile eines an. die aktive WmmB@hBiu.age 2 angeschlossenes Fernsehsielitsgerätg_e Bei¹ Pimkt 1? erscheint hingegen als ujatere Zeile _o Ein

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Paukt 18 stellt die Mitte des Gesiclitsfeld.es 3 dar₉ das' -bei dör Darstellung nach der Figo 1 von einer in der Figo 2 g©= zeigten Linse 23 abgetastet wireL Wena der Weitenraie. ©der Eiatferiittngsbereieh 5 auf den Rankt 18- nittig eingestellt ist.₉ g© daß der Mittenabstand d5 di© Strecke zwischen, dem Punkt 18 wid eier Farns ©hanlag® 2 ±st_ff «ad xsrenn die flefessehar-f® 6 art eingestellt ist_ö daß di© Punkte 16 und 17 noeh isa dem

leitshalber gesagte daß der betreffend© Ent-= beleuchtet ist» Wenn die Fernsehanlag© 2 auf den Entfemungsbereieh 5 eingestellt ist₉ wird somit der ge= gante innerhalb des Gesichtsfelds 5 liegende Erdbodenbereicti zwischen den Punkten 16 vxiä 17 erfaßt^ einschließlich der am

tet ist, mrd aueb. für di® lästere Bildhälfte d@i

3©d©ch di© aktiv© Fernsehanlage 2 besügiieh des ches derart -eingestellt ist_P de.8 sie auf Rückstrahlungen, aas ©iaem Entferaungsbereich 7 ait einem gegenüber de® Mittenab» -stand d5 größeren Mittenabstaad d6 anspricht_ff wird gwar aoefe der Entfemungsbereich 15 beleuchtet^' jedoch nicht mehr der Entferaungsbereich 12_O Für di© untere Bildhälfte des F©ras®fe.= Überwachungsgeräts tritt daher ein Sehwarzwert-Yideoausgangs=- signal auf₀ während das Hellwert-Yideoausgangssignal für di© ober® Bildhälfte erhalten bleibt_o ■

Nach der Erfindung werden nun Videosignale, die Rückstrahlungen von Gesichtsfeldteilen zwischen den Punkten 16 und 17, beispielsweise von Teilen zwischen den Punkten 17 nnd 18 sowie zwischen den Punkten 18 und 16, miteinander verglichen, um die aktive Fernsehanlage 2 entfernungsmäßig automatisch derart einzustellen, daß sie in dem gesamten Gesichtsfeld 3 auf Rückstrahlungen anspricht. Eine derartige automatische Sntfernungseinstellung bzw. Entfernungsauf tastung hat den Yorteil, daß fortlaufend eine maximale Menge an nützlicher Information empfangen wird. Abtastungen, bei denen nicht verwendbare oder sinnlose optische Information empfangen wird, werden daher vermieden. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Beispiel würde beispielsweise unnütze Information empfangen werden, wenn die aktive Fernsehanlage 2 auf den Entfernungsbereich 10 eingestellt wäre.

In der Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung ausgebildeten Fernsehanlage 2 als Blockschaltbild dargestellt. Ein Sender 20 enthält vorzugsweise einen gepulsten Laser. Die Rückstrahlung wird von einem Empfänger mit einer Fernsehkamera 22 empfangen, die eine Linse und einen auftastbaren oder torsteuerbaren Bildverstärker 24 enthält. An den steuerbaren Bildverstärker 24 ist eine Vidikonröhre 25 angeschlossen, die der Szenenhelligkeit entsprechende elektrische Impulse für eine Auswerteinrichtung liefert. Bei der Auswerteinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine optische Anzeige, also ein Sichtgerät 26. Das Sichtgerät 26 enthält vorzugsweise ein Fernsehbildüberwachungsgerät.

Die Weiten- oder Entfernungsverzögerung wird von einem Pulslängenmodulator 30 bestimmt, der ein in der Fig. 3 dargestelltes Entfemungsverzögerungssignal liefert _β Der ImpulslängenlEodulator 30 steuert ©iae Torschaltung mit einem erstes, πιοηο-stabilen Multivibrator 31 und einem zweiten monostabilen Multivibrator 52. Die monostabilen Multi vibratoren. 31 isnd 32 sind

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an den torgesteuerten Bildverstärker¹ 24 bzw_o den gepulsten Laser 20 - angeschlossen. In <ter Figo 3 ist ein Entfernungsverzögerungssignal dargestellt«, Zum Zeitpunkt t,. bewirkt ein positiver Sprung im Verlauf des Ausgangsimpnlses des Pulslängenmodulators 30 einen Seiialtvorgang des monostahllen Multivib^a=· tors 32, um einen Toriapuls zu erzeugen^ der den Laser 20 pulst. Zum Zeitpunkt tg₉ d_oJio ua einen gegenüber dem Zeitpwakt t,· um die Impulslänge Terschobenen Zeitpunkt ₉ bewirkt ein negativ gerichteter¹ Sprdng im Verlauf des von dem ImpulslängeDaodulator 30 gelieferten Entfemungsverzögerungssignals einen Sehaltvorgang des ffioaostabilen IfcltivibratQrs 31 ₉ um einen Torimpuls ausgmlosenp der dem torgesteuerten Bildverstärker 24 zugeführt wird» Die Torschaltung wird somit -in der beschriebenen Weise durch den Impulsläagenmodulatqr 30 synchronisiert. Die "beim Senden und Smpfangen erzielte Tiefenschärfe wird durch Auswahl der Impulslänge der von den "monostabilen Multi vibratoren 31 und 32 erzeugten Impulse bestimmt. Anstelle der beschriebenen Anordnung kann man auch andere. Takt- oder Synchronisiereinrichtungen verwenden. Die Entfernungsverzögerung j d_el2. die in der Fig. 3 dargestellte Impulslänge zwischen den Zeitpunkten t^ und t£f kann man in herkömmlicher Weise dadurch auswählen, daß der Impulslängenmodulator 30 über einen in einer ersten Stellung befindlichen Schalter 63 an eine manuelle Entfernungseingabeeinheit 35 angeschlossen wird. Die manuelle Entfernungseingabeeinheit 35 kann irgendeine an sich bekannte Einrichtung enthalten, die zum Einstellen der Länge des von dem Impulslängenmodulator erzeugten Impulses geeignet ist. Nach der Erfindung kann der Schalter 36 in-eine zweite Schaltstellung gebracht werden. Der Videoausgang der Vidikonröhre 25 ist mit einer Schalteinheit 38 verbunden, die an einen ersten Eingang 42 und an einen zweiten Eingang 43 einer Summierschaltung 44 Ausgangs-■signale liefert« Die Sehalt@inh@it 38" ist an eine zur Syncliroaisation dienend© Taktsehaltung nit einem Vertikalabienkgenerator 45 angeschlossen^ der vorzugsweise auch zur Synchro-

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nisation der Fernsehkamera 22 diente DI© SuMaiersslialtimg liefert ein Ausgangssignal an einen Integrator -46_β Der Ausgang des Integrators 46 ist über den Schalter 36 an den Im- -pulslängenmodulator 30 angaecMossea« Die Susp£#£*^ehaltung und der Integrator 46 enthalten Diffarentialintegrlereinrich-

Die Sehalteinheit 38 liefert das Vid@oausgangss£gnaX der Vi-' deoröhre 25 während eines ersten Abaebnitts des³. Vertikalablenkung zum Eingang 42 der Suiamierschaltuag 44 und während ©ines zweiten Abschnitts üev Vertikalablesikung sum Eingang der Smnmiersehaltuag 44_β Das Äusgangssignal d©r Vidikonröhr© 25 wird somit während dss.s last©«©ras yor vsrsebi^deaen Eapfangsbereiclien des Sielitgerits 26 durch, "das Videosignal dem Eingang 42 bzw» dem Eingang 43 der Suisaaiersehaltung 44 zugeführt ο Bei dem beschriebenen bevorzugten Aasführungsbeispiel handelt es sich bei diesen ttatersshiediicliea EmpfaBgsbereiclien um die ober© und mit©!⁵© Hälft© des von dsa Vertikalab- !©nkgenerator 45 abgetasteten Rasters₀ ¥ena di© Fernsehanlage entfermmgsmäßig richtig ©ingestellt ist₉ liefert die Vidikon- r'öhre 25 eis. Hellwert-Vidaoausgangssigaalj xfoMageg@n bei nicht passender Eatfernungseinst©llung ©ia ansgaagssignal auftritt. ¥©ns nun dl© Anlage" derart eingestellt bzw. aufgetastet wird_? daß mir die obere Hilfte des Gesichtsfelds" das- Ziel entfernimgsnäßig richtig erfaßt, liefert der Integrator 46 ©in Äusgangesignal der einen Polarität. Dabei handelt θβ sicfe_ im vorliegenden Fall um ein positives Ausgangssignal., In ähnlicher Weis© liefert der Integrator 46 ein negatives Ausgang&sign&l," wens <ä£@ Entfernung lediglich für den in der FIg₃ 1 zwischen den Prniktesi 17 und dargestellten Bereiefe ri©fetig ©ingestellt ist» Bie dabei aa i&asgaag des. Integrators 46 amftr©t@ad© negativ© Spasammg v

derart _ϋ daß sich di® Anlag® iiasie^lia als Enpfaagas³ di@n@nd@n F@2=as©Msaa©3?a 22 .selbsttätig ©atfernimgsaäßig In besieg aist <äas ©r-f'aßt® Ziel

richtig einstellt ο Das in der Figo 3 dargestellte Entfernung! ve^zöge^iangssignal kann aas daher als RegeXalweiehianggsignal

Bi© geseiiaffea© S©Iialtmgesa©rclarag ist somit ©in,® E@g@Ie©M©£= fs ZÜ2³ autosiatiseäea Einstellimg der Isitfer-niisigsver'sögerraigp-Sea erfsStea oder beleuchteten Teil des- eis Ziel scSm©id@ia·» Sssielitsfelcls Mitten auf dem Ziel zu halten»

Claims

Patentansprüche

λ! Aktive Fernsehanlage mit automatischer Entfernungseinstellung enthaltend einen gepulsten Sender₅ eine ein Videoausgangssignal liefernde torgesteuerte Fernsehkamera, ein an die torgesteuerte Fernsehkamera angeschlossenes Sichtgerät mit einem eine obere und untere Rasterhälfte umfassenden Abtastraster und eine Takt schaltung zur Synchroni sation der Rasterabtastung,

gekennzeichnet durch eine mit ihrem Eingang an den Ausgang der tor ge steuerten Fernsehkamera .(22) angeschlossene und mit zwei Ausgängen versehene Schalteinrichtung (38) ^ die von der Takt schaltung (45) derart ansteuerbar ist, daß sie an ihrem ersten Ausgang (42) ein Signal abgibt, das dem während der Abtastung der oberen Rasterhalfte auftretenden Videoausgangssignal der torgesteuerten Fernsehkamera entspricht, und an ihrem zweiten Ausgang (43) ein Signal abgibt, das dem während der Abtastung der unteren Rasterhalfte auftretenden Videoausgangssignal der torgesteuerten Fernsehkamera entspricht, und durch eine an den ersten und zweiten Ausgang (42 und 43) der Schalteinrichtung (38) angeschlossene Differentialintegrationseinrichtung (44, 46) deren Ausgangssignal ein Fehlersignal darstellt, das die Differenz zwischen dem während der Abtastung der oberen Rasterhalfte auftretenden Videoausgangssignal und dem während der Abtastung der unteren Rasterhälfte auftretenden Videosignal angibt.

2„ Anlage nach Anspruch 1_p
gekennzeichnet durch einen mit seinem Eingang an den Ausgang der Differentialintegrationseinrichtung (44, 46) angeschlossenen Impulslängenmodulator (30), an dessen Ausgang ein Entferaungsverzögerungssi-» gnal auftrittρ dessen Länge durch den Pegel des Fehlersignals bestimmt ist, und durch eine an den Ausgang des Impulslängenmodulators angeschlossene und durch ihn synchronisiert© Tor-

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schaltung (31', 32 }₅ die an den Sender (20) ein erstes Torsignal und an den dureii die 'Fernsehkamera (22) dargestellten Empfänger ein zweites Torsignal abgibt _P- derart daß der Sender zu einem ersten Zeitpunkt (t^) gepulst wird und der JEäapf anger zu einem gegenüber dem ersten Zeitpunkt um die Entfernungsverzögerung verzögertem zweiten Zeitpunkt (t«) aufgetastet wird. ...

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