DE2546961C3 - Anzeigevorrichtung für Panorama-Anzeigegeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung für Panorama-Anzeigegeräte nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

Bei Sonarsystemen strahlt ein Meßwertsender eine Ultraschall-lmpulswelle in einem bestimmten Neigungswinkel in bezug auf die Horizontalebene gleichzeitig über den ganzen Azimut ab, und der durch ein Objekt reflektiei te Impuls wird durch einen Empfängerwandler mit scharfer Richtwirkung aufgefangen, der auf gleichem Neigungswinl-el gehalten wird, bei dem jedoch der Azimut mit bestimmter Drehgeschwindigkeit variiert v/ird. Der Elektronenstrahl einer Kathodenstrahlröhre wird mit dem Empfangssignal moduliert, wodurch die Position des Objekts auf dem Sichtschirm der Kathodenstrahlröhre anzeigbar wird.

Bei bekannten System dieser Art, wie sie etwa in der DE-OS 19 43 919 beschrieben sind, läßt sich der gerade Abstand und der Azimut des Objekts durch Einblenden einer Entfernungsskala in die Sichtanzeige unmittelbar auf dem Schirm ablesen, jedoch können der Horizontalabstand und die vertikale Tiefe nicht unmittelbar abgelesen werden, sondern nur über einen Rechenvorgang aus z'vei Größen, nämlich dem geraden Abstand und dem Neigungswinkel, ermittelt werden.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich auf dem Anzeigeschirm eines PPI-Systems eine Neigungs- und eine Abstandsmarkierung angeben läßt, aus der sich die horizontale und die vertikale Komponente des geradlinigen Abstands direkt ersehen und auf einfache Weise ablesen lassen.

Die Erfindung ist bei einer Anzeigevorrichtung für Panorama-An/.eigegeräte mit einer Einrichtung zur Abstrahlung und zum Empfang eines Raumwellensignals mit Richtwirkung in und aus einer speziellen in bezug auf die Horizontalebene geneigten Richtung gekennzeichnet durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale, für die vorteilhafte Weiterbildungen in Unteransprüchen angegeben sind.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung umfaßt einen Sichtschirm, der in einer Anzahl konzentrischer Kreise abgetastet wird, Mittel zur Anzeige, also zur Helltastung bestimmter dieser Abtastkreise und eine Einrichtung zur Anzeige eines Radius, auf dem Sichtschirm als helle Linie, wobei dieser Radius in bezug auf eine bestimmte Linie einen Neigungswinkel aufweist, der dem des Sender- bzw. Empfänger-Wandlers ennspricht.

Die Erfindung eignet sich besonders, jedoch nicht sschließlich, für Scnar- also Unterwasser-Schallmeß-

systeme mit Sichtschirmen, die in kreisrunder Strahlbahn abgetastet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das schematische Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf ein Sonarsystem;

F i g. 2 ein Schaubild zur Verdeutlichung der Art der Abtastung auf dem Sichtschirm der Anzeigevorrichtung und

F i g. 3 ein Folardiagramm anhand dessen ein Beispiel für ein Anzeigemuster auf dem Sichtschirm der Vorrichtung nach F i g. 1 veranschaulicht wird.

Die Anordnung nach Fig. 1 umfaßt eine Kathodenstrahlröhre 1 mit einem kreisrunden Sichtschirm 2, vertikalen und horizontalen Ablenkelektroden 3 und 4 sowie einer Elektronenstrahl-Modulationselektrode 5. Die vertikalen und horizontalen Ablenkelektroden 3 und 4 sind an den Ausgang eines Sinus-Wellengenerators 11 bzw. eines Kosinus-Wellengenerators 12 angeschlossen, deren jeweils erste Eingänge gemeinsam mit dem Ausgang eines ersten Zählers 13 und dessen zweite Eingänge gemeinsam mit dem Ausgang eines zweiten Zählers 14 verbunden sind. Der Eingang des ersten Zählers 13 ist an den Ausgang eines Bezugsimpulsosziliators 15 angeschlossen, der eine Folge von Bezugs-Taktimpulsen abgibt.

Der erste Zähler 13 zähit die Taktimpuls des Impulsoszillators 15 und erzeugt einen Zählwert-Ausgang in kodierter Form und liefert andererseits einen Impuls an einen ersten Impuls-Ausgang 16 jeweils bei.n Erreichen eines vorgebbaren Bezugszählwerts. Außerdem Hefen dieser Oszillator jeweils bei Erreichen des halben Bezugszählwerts einen Impuls an einen zweiten Impuls-Ausgang 17. Der Bezugszählwert läßt sich prinzipiell beliebig einstellen: aus weiter unten zu erläuternden Gründen jedoch wird ein Zählwert von 360 bevorzugt. Der zweite Zähler 14 zählt die Impulse am ersten Impuls-Ausgang 16 des ersten Zählers 13 und Hefen einen Zählwert-Ausgang ebenfalls in kodierter Form. Der Sinus- und Kosinus-Wellengenerator 11 bzw. 12 geben eine Sinuswelle bzw. eine Kosinuswelle gleicher Periode ab, die dem Bezugszählwert des ersten Zählers 13 entspricht, und zwar mit gleicher Amplitude, die ihrerseits proportional ist zum Zählwert des zweiten Zählers 14. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß auf dem Sichtschirm 2 der Kathodenstrahlröhre 1 ein kreisrunder Abtaststrahl geschrieben wird, dessen Periode dem erwähnten Bezugszählwert entspricht und dessen Durchmesser nach jeweils einer Periode Schritt für Schritt vergrößert wird.

Es sei bemerkt, daß dieser Abtastzyklus genau mit der Azimut-Rotation des Sonar-Empfängerwandlers also auch mit der Ausbreitungsrichtung der Ultraschall-Impulswelle synchronisiert ist, die vom Senderwandler in hier nicht weiter interessierender Weise abgestrahlt wird.

Der Zählwert-Ausgang des zweiten Zählers 14 ist außerdem mit einem ersten Eingang eines Koinzidenztors 18 verbunden, dessen zweiter Eingang an den Ausgang einer Abstand-Einstelleinheit 19 angeschlossen ist, über die der Ausgang mit kodierten Signalen versorgt wird. Der Ausgang des Koinzidenztors 18 ist mi! einem Eingang eines ODER-Glieds 20 verbunden, dessen Ausgang an die Strahlmodulations-Elektrode 5 der Kathodenstrahlröhre 1 angeschlossen ist.

Der zweite Impulsausgang 17 des ersien Zählers 13 ist mit den Setzeingängen eines Flip-Flops 21 verbunden, während der erste Impuls-Ausgang 16 außerdem an den Rücksetz-Eingang R des gleichen Flip-Flops angeschlossen ist Der Ausgang des Flip-Flops 21 speist den Steuereingang eines reversiblen Zählers 22. Der Ausgang des Bezugs-Jmpulsoszillaiors 15 ist außerdem mit d>.m Eingang des reversiblen Zählers 22 verbunden, der die Taktimpulse des Oszillators 15 unter Steuerung durch das Flip-Flop 21 zählt und einen Zählwert-Aus-ο gang in kodierter Form Hefen.

Das Flip-Flop 21 wird durch den Impuls des zweiten Impuls-Ausgangs 17 des ersten Zählers 13 auf Zustand »hoch« gesetzt und liefert ein Ausgangssignal mit hohem Pegel; es wird in den Zustand »niedrig« durch

is einen Impuls des ersten Impulsausgangs 16 des gleichen Zählers 13 rückgesetzt und liefert dann ein Ausgangssigna'- mit niedrigem Pegel. Der reversible Zähler 22 bewirkt eine Additions-Operation in Abhängigkeit von einem Niedrigpegel-Ausgang des Flip-Flops 21 und eine Subtraktions-Operation bei Pegelausgang »hoch«. Daraus ist ersichtlich, daß der reversible Zähler 22 während der ersten Hälfte des Abtastzyklus des Sichtschirms 2 addiert und während der zweiten Hälfte dieses Zyklus subtrahiert.

Der Zählwert-Ausgang des reversiblen Zählers 22 beaufschlagt einen Eingang eines zweiten Koinzidenztors 23, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang einer Subtraktions-Schaltung 24 verbunden ist. Diese Subtraktionsschaltung 24 weist zwei Eingänge auf, deren einer mit einer Einheit 25 zur Überwachung des Neigungswinkels und dessen anderer Eingang an eine Einheit 26 zur Einstellung eines Bezugswinkels angeschlossen sind. Die Neigungswinkelsteuerung oder -Überwachung 25 bestimmt den Neigungswinkel Θ, der Ausrichtung des Sender- und Empfängerwandlers 27 auf einen bestimmten Wert und liefert eine Neigungswinkel-Information in kodierter Form. Die Bezugswinkel-Einstelleinheit 26 liefert ein kodiertes Ausgangssignal, das einem bestimmten Bezugswinkel entspricht, der sich an dieser Einheit einstellen läßt. Diese Subtraktionsschaltung 24 subtrahiert den von der Neigungswinkel-Steuereinheit 25 gelieferten Winkelwert von dem Bezugswinkelwert, der durch die Bezugswinkel-Einstelleinheit 26 bereitgestellt wird und erzeugt ein Differenz-Ausgangssignal in kodierter Form. Der Koinzidenz-Ausgang des Koinzidenztors 23 beaufschlagt den Steuereingang eines Impuls-Generators 28.

Die Richtcharakteristik des Wandlers 27 hat in der Praxis eine gewisse Breite oder Aufspreizung, die durch den Winkel * angegeben ist, und der Impulsgenerator 28 sowie eine Neigungsbereich-Einstelleinheit 29 dienen zur Anzeige dieses Breitenwerts auf den Sichtschirm 2. Außer von Koinzidenztor 23 wird der Impulsgenerator 28 an einem Bezugseingang noch mit den Taktimpulsen des Bezugsimpuls-Oszillators 15 beaufschlagt.

Der Impulsgenerator 28 erzeugt auf der Grundlage der Bezugs-Taktimpulse einen Impuls, dessen Dauer dem erwähnten Winkel α entspricht und der einen weiteren Eingang des ODER-Glieds 20 unter Steuerung vom Ausgangssignal des Koinzidenztors 23 speist. Die Neigungswinkelbereich-Einstelleinheit 29 besitzt einen Steuereingang, der vom zweiten Impulsausgang 17 des ersten Zählers 13 gespeist ist und ein kodiertes Ausgangssignal abgibt, das dem voreingestellten Winkel

i>5 « en^pricht und unter Steuerung des Impulses vom Zähler 13 auf den reversiblen Zähler 23 gelangt. Der reversible Zähler 23 subtrahiert — soweit vorhanden — diesen Ausgangswert von seinem Inhalt.

Unter Bezug auf die Fig. 2 und 3 wird nachfolgend die Betriebsweise der anhand der Fig. 1 erläuterten Vorrichtung beschrieben:

Um die Übersichtlichkeit zu erleichtern, wird der erwähnte Bezugszählwert zu 360 angenommen, so daß ein Grad des Abtastwinkels einem Zählwert der Bezugstaktimpulse entspricht. Der Neigungswinkel Θ und der Neigungswinkel α werden zu 30 bzw. 10 Grad angenommen. Diese Werte werden zuvor über den ersten Zähler 13, die Bezugswinkeleinstelleinheit 26, den Impulsgenerator 28 und die Neigungswinkel-Bereicheinstelleinheit 29 vorgewählt, wie zuvor beschrieben.

Die vom Bezugsimpulsoszillator abgegebene Taktimpulsfolge wird im ersten Zähler 13 gezählt, der also nach jeweils 360 Zählschritten an seinem ersten Impulsausgang 16 einen Ausgangsimpuls abgibt. Da der Sinusbzw. Kosinus-Wellengenerator U bzw. 12 eine Sinusbzw. Kosinuswelle abgeben, deren Periode dem Zählwert 360 des ersten Zählers 13 entspricht, wiederholt sich der Abtastzyklus für die Kathodenstrahlröhre 1 nach jeweils 360 Zählschritten, so daß ein Grad des Abtastwinkels mit der Periode der Bezugs-Tastimpulse übereinstimmt. Da der zweite Zähler 14 die Impulse des ersten Zählers 13 zählt, und die Amplitude der von den Generatoren 11 bzw. 12 gelieferten Sinus- bzw. Kosinuswellen proportional ist zum Zählwert des zweiten Zählers 14. vergrößert sich der Durchmesser des Abtastkreises Schritt um Schritt, jeweils nach Ablauf eines Abtastzyklus, so daß der Sichtschirm 2 der Kathodenstrahlröhre 1 in Form von konzentrischen kreisrunden Bogen abgetastet wird, was in F i g. 2 schematisch verdeutlicht ist.

Das erste Koinzidenztor 18 vergleicht den Zählwert-Ausgang des zweiten Zählers 14 mit dem Ausgang der Abstand-Einstelleinheit 19 und liefert sein Ausgangssignal über das ODER-Glied 20 auf die Strahl-Modulationselektrode 5 der Kathodenstrahlröhre 1 sobald sich aus dem Vergleich Koinzidenz ergibt. Dies hat ein Aufleuchten eines ganz bestimmten Abtastkreises zur Folge, der in diesem Augenblick dem Zählwertausgang des Zählers 14 entspricht und der seinerseits dem zuvor in der Abstand-Einstelleinheit 19 eingestellten Abstand entspricht. Wie die Fig. 3 erkennen läßt, kann dieser helle Kreis 31 auf ein bestimmtes auf dem Sichtschirm 2 angezeigtes Objekt 32 dadurch eingestellt werden, daß der Voreinstellen der Abstandseinstelleinheit 19 entsprechend einreguliert wird. Der geradlinige oder wahre Abstand des Objekts 32 läßt sich dann aus dem Schnittpunkt dieses Kreises 31 und der orthogonalen Bezugsachse X oder Y ablesen, die mit einer kalibrierten Distanzunterteilung versehen sind.

Wie zuvor beschrieben, führt der reversible Zähler 22 Additions- und Subtraktionsoperationen abwechselnd während jeder Halbperiode der Abtastperiode durch, d. h. für jeweils 180 Zählschritte der Bezugs-Taktimpulse. Da der Zähler 22 auch die gleichen Taktimpulse des Taktimpulsoszillators 15 zählt, erhöht sich der Zählwert-Ausgang des Zählers 22 während eines Abtastzyklus von Null bis 180 und fällt dann wieder von 180 auf Null ab. Es sei bemerkt, daß der Zählwert des Zählers 22 dem von dem Zählwert Null des Zählers 22 entsprechenden Radius OY' nach oben gemessenen Umfangswinkel entspricht.

Bei dieser Ausführungsform jedoch wird der Neigungswinkel θ von der Horizontalebenc aus nach unten gemessen und auf dem Schirm 2, vorzugsweise auf die Horizontalachse X. bezogen. Die Subtraktionsschaltung 24 dient zu diesem Zweck und liefert ein Kompliment

zum Neigungswinkel Θ. Um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, wird der über die Bezugswinkel-Einstclleinheit 26 einzustellende Winkel zu 90° —a/2 gewählt, wobei der Winkel λ dem erwähnten Neigungswinkelbereich entspricht. Bei dem gewählten Beispiel wird dieser Winkel in der Einheit 26 auf 90° -10°/2 = 85° eingestellt, so daß die Einheit 26 ein entsprechendes Ausgangssignal in kodierter Form liefert. Da die Neigungswinkel-Steuereinheit 25 ein dem vorgewählten Neigungswinkel — in diesem Beispiel 30° — entsprechendes Ausgangssignal abgibt, liefert die Subtraktion über die Schaltung 24 einen Winkel von 85° - 30° = 55°. Da der Winkel von 55° dem Zählwert von 55 Impulsen im reversiblen Zähler 22 entspricht, liefert das Koinzidenztor 23 ein Koinzidenz-Ausgangssignal bei einem Radius 33, was einen Winkel von 55° in bezug auf die Bezugslinie OY' während der ersten Hälfte des Abtaslzyklus auf jeder Abtastlinie ergibt (vergleiche Fig. 3).

Zu Beginn der zweiten Hälfte des Abtastzyklus jedoch, bietet der erste Zähler 13 der Neigungswinkel-Bereicheinstelleinheit 29 einen Impuls über seinen zweiten Impulsaisgang 17 an. Als Antwort auf diesen Impuls liefert die Einheit 29 den voreingestellten Winkel « = 10° an den reversiblen Zähler 22. Der Zähler 22 subtrahiert diesen Winkel von seinem Inhalt, d. h. vom Wert 180, und beginnt den Rückwärts-Zählvorgang vom Wert 170, Damit wird der Zählwert 55 um 10 Impulse früher erreicht, und zwar auf einem Radius 34', der einem Winkel von 65° in bezug auf die Bezugslinie OY' entspricht (vergleiche F i g. 3). Das Koinzidenztor 23 liefert damit sein Koinzidenz-Ausgangssignal bei einem Radius 34' auf jeder Abtastlinie während der zweiten Hälfte des Abtastzyklus.

Der Impulsgenerator 28, der einen Impuls abgibt, dessen Dauer dem Neigungswinkelbereich, d. h. *= 10° entspricht, liefert — in Abhängigkeit des Koinzidenztors 23 — sein Ausgangssignal kontinuierlich über das ODER-Glied 20 an die Strahlmodulations-Elektrode 5 der Kathodenstrahlröhre 1, und zwar während des Zeitintervalls vom Radius 33 bis 34 sowie vom Radius 34' bis 33' eines jeden Abtastzyklus. Dies führt zu einer Leuchtanzeige von zwei symmetrisch zueinanderliegenden Sektoren zwischen diesen Radii, was in der Zeichnung durch Schraffur hervorgehoben ist.

Wie sich aus der soweit gegebenen Beschreibung ersehen läßt, lassen sich hinsichtlich des Neigungswinkels θ zwei symmetrische Radii 35 bzw. 35' auf dem Sichtschirm 2 dadurch leuchtend hervorheben, daß der Wert Null als Neigungswinkelbereich λ in den Einheiten 26, 28 und 29 eingestellt wird, wobei der gewünschte Horizontalabstand und die vertikale Tiefe des Objekts leicht sichtbar als X bzw. Y Koordinatenwerte sbzw. d abgelesen werden können, und zwar an der Überschneidung des ausgeleuchteten Kreises 31 und des Radius 35, wie in der Zeichnung der F i g. 3 angegeben. Für den Fall der Anzeige des Neigungswinkelbereichs α lassen sich die Fehler für die Werte s bzw. d ebenfalls am Kreis 31 und den Radii 33 bzw. 34 ablesen.

Es ist auch ersichtlich, daß die Vorrichtung durch Weglassen der Einheiten 28 und 29 vereinfacht werden kann, wenn eine Neigungswinkclbereichanzcigc nicht benötigt wird. In diesem Fall wird der Ausgang des Koinzidenztors 23 direkt auf das ODER-Glied 20 geschaltet. Wird darüber hinaus die Neigungswinkel-Steuereinheit 25 so geschaltet, daß sie das Kompliment des Neigungswinkels liefert, so sind auch die Einheiten 24 und 26 entbehrlich.

Obgleich die Erfindung in Anwendung auf ein Sonarsystem beschrieben wurde, eignet sie sich auch für eine Reihe von anderen Rundsicht- und Panoramaanzeige-Systemen, bei denen die anhand der F i g. 2 veranschaulichte kreisrunde Abtastung des Sichtschirms vorgesehen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anzeigevorrichtung für Panorama-Anzeigegeräte (PPI-Sichtgeräte) mit einer Einrichtung zur Abstrahlung und zum Empfang eines Raumwellen-Signals mit Richtwirkung in und aus einer speziellen in bezug auf eine Horizontalebene geneigten Richtung mit einer Kathodenstrahlröhre mit kreisrundem Anzeigeschirm und festem Bezugsdurchmesser, einer Abtasteinrichtung, die auf dem Schirm eine Anzahl von konzentrischen kreisrunden Abtastlinien schreibt, und mit einer ersten Markierungseinrichtung zur auswahlweisen Helltastung mindestens eine der Abtastlinien, gekennzeichnet durch eine zweite Markierungseinrichtung (21 bis 29) zur Helltastung eines speziellen Radius, die eine Einrichtung (24 bis 26) zur Abgabe eines auf den System-Neigungswinkel bezogenen Signals an eine Koinzidenzschaltung (23) aufweist, die bei Koinzidenz mi! einem den momentanen Winkel des Abtaststrahls in bezug auf eine Orientierungsachse auf dem Anzeigeschirm erfassenden Signals ein Tastsignal zur momentanen Helltastung des Abtaststrahls abgibt.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (3, 4, 11 bis 15) einen Bezugsimpuls-Oszillator (15) zur Erzeugung einer Bczugs-Taktimpulsfolge, einen ersten Zähler (13) für die Taktimpulse und zur Abgabe eines Impulses in Abhängigkeit vom Erreichen eines vorgebbaren Referenz-Zählwerts, einen zweiten Zähler (14) für die Ausgangsimpulse des ersten Zählers (13) und zur Abgabe eines dem Zählwert entsprechenden Ausgangssignals, einen Sinus-Wellengenerator (11) und einen Kosinus-WeI-lengenerator(12), die vom ersten und zweiten Zähler (13, 14) angesteuert sind und ein Sinus- bzw. Kosinus-Signal erzeugen, dessen Periode dem Referenz-Zählwerk entspricht und dessen Amplitude proportional zum Zählwert-Ausgangssignal des zweiten Zählers (14) ist und weiterhin eine Einrichtung zur Ankopplung des Sinus- bzw. Kosinus-Signals an die vertikalen bzw. horizontalen Ablenkelektroden der Kathodenstrahlröhre (1) enthält; daß die erste Markierungseinrichtung eine Einrichtung (19) zur Abgabe eines einer bestimmten Distanz entsprechenden Zählwerts, eine Vergleichseinrichtung (18) für diesen mit dem vom zweiten Zähler gelieferten Zählwert und zur Abgabe eines Koinzidenzsignals sowie eine Einrichtung (20) aufweist, über die der Ausgang der Vergleichseinrichtung (18) auf die Strahlmodulationselektrode (S) der Kathodenstrahlröhre (1) koppelbar ist; und daß . die zweite Markierungseinrichtung einen vom ersten Zähler (13) gesteuerten reversiblen Zähler (22) zur Aufwärtszählung der Bezugstakiimpulse von Null bis zur Hälfte des Bezugszählwerts und zur nachfolgenden Abwärtszählung auf Null, eine Einrichtung (25) zur Überwachung des System-Neigungswinkels und zur Erzeugung eines spezifischen, dem Kompliment des System-Neigungswinkels entsprechenden Zählwerts und eine Vergleichseinrichtung (23) für den spezifischen gegen den Zählwert des reversiblen Zählers (22) aufweist, die bei Koinzidenz dieser Zählwerte einen Impuls an die Strahlmodulationselektrode (5) abgibt.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der reversible Zähler (22) der zweiten Markierungseinrichtung eine Einrichtung (24) zur Substraktion eines bestimmten Zählwerts vom Zählerinhalt nach Abschluß des Zählvorgangs von Null bis zur Hälfte des Bezugszählwerts aufweist, wobei die Einrichtung zur Erzeugung des bestimmten Zählwerts eine Einheit enthält, die eine Hälfte des bestimmten Zählwerts vom spezifischen Zählwert abzieht, und daß die Impulserzeugereinrichtung Mittel zur Steuerung der Impulsdauer aufweist, die dem bestimmten Zählwert auf der Grundlage der Bezugsimpulse entspricht