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Vorrichtung zum Abtasten eines Blickfeldes
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtasten eines Blickfeldes
und Erzeugen von elektrischen Signalen, die für die Energieverteilung innerhalb
des Blickfeldes charakteristisch sind, mit einem kardanisch aufgehängten Rotor,
dessen Rotor mit einem mehrflächigen Abtastspiegel versehen ist, mit einer die längs
einer optischen Achse aus dem Blickfeld einfallende Energie auf den Abtastspiegel
richtenden Optik und mit einer im Weg der vom Abtastepiegel reflektierten Energie
angeordneten Detektoreinheit.
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Vorrichtungen dieser Art1 die eine räumliche Stabilisierung erfordern,
wie beispielsweise auf Fahrzeugen angeordnete Vorrichtungen, waren bisher mit getrennten
Ereiselaystemen zur Stabilisierung versehen, Obwohl solche Systeme für viele Anwendungen
befriedigend sind, sind die Kosten und der Raumbedarf für solche getrennten Stabilisierungssysteme
bei manchen Anwendungen recht bedeutend und stehen sogar in anderen Fällen der Anwendung
entgegen. Beispielaweise fehlt bei Luftfahrzeugen häufig der benötigte Raum. Bei
gelenkten Flugkörpern sind außer dem Raumbedarf auch die Kosten von erstrangigerBedeutung,
weil die Bysteme nur einmal zum Einsatz kommen.
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Demgemäß liegt der Erfindung die AuSgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs beschriebenen Art 8o aus zum bilden, daß sowohl ihr Raumbedarf als
auch ihre Herstellungskosten auf ein Minimum reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine solche Ausbildung der Optik gelöst,
daß die optische Achse, längs der die Energie aus dem Blickfeld einfällt, im wesentlichen
mit der Drehachse des Rotors zusammenfällt.
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Die Erfindung macht es möglich, einen Hauptteil der optischen Abtasteinrichtung
und des Rotors in einem einzigen Bauelement zu vereinigen und zugleich eine Eigenstabilisierung
der optischen Achse zu bewirken, die zu einer erheblichen Einsparung an Platzbedarf
und Kosten führt. Die erfindungagemäße Vorrichtung ist dazu geeignet, in Abhängigkeit
von empfangener Infrarotenergie fernsehartige Bilddaten mit hoher Qualität und Zuverläsaigkeit
zu liefern und ist ausreichend kompakt. und billig, um auch in Raketenleitsystemen
verwendet zu werden.
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Die erfindungagemäße Vorrichtung liefert gleichzeitig mit der Bildabtastung
eine Trägheits-Stabilisierung und ermöglicht die Erzeugung von Bilddaten hoher Auflösung
mit relativ wenigen DetektorelementanO Bei einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist ein mehrflächiger Spiegel an einem Kreiselrotor angebracht, der kardanisch
aufgehängt ist, so daß, wenn Jede Spiegelfläche durch den optischen Weg einer die
Energie empfangenen Optik ein Detektor, eine Detektorgruppe oder auch mehrere Detektorgruppen
in einer ersten Richtung von dem Bildfeld überstrichen werden. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung ist Jede Spiegelfläche unter einem anderen Winkel zur Drehachse des
Rotors geneigt, so daß beim Umlauf des Rotors ein zweidimensionales Muster abgetastet
wird. Bei einer anderen Ausführungsform ist ein angetriebener Spiegel im optischen
Weg der empfangenen Energie angeordnet, um die Abtastung in der zweiten Richtung
zu bewirken.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der
Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung
einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es
zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten iusführungsform einer
Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung
nach Fig. 1 aus einer anderen Richtung,
Fig. 3 einen Längsschnitt
durch die Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 mit sich in ihrer Mittelstellung befindenden
Rahmen der kardanischen Aufhängung, Fig. 4 eine Explosionsdarstellung von teilweise
geschnittenen Teilen der Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 3, Fig. 5 eine Explosionsdarstellung
der mehrflachigen Rotor-Abtastspiegel-Anordnung nach Fig. 4 in Verbindung mit einer
perspektivischen Darstellung einer Form zur Erzeugung des Abtastspiegels, Fig. 6
eine perspektivische Darstellung eines optischen Systems zur Erläuterung der Wirkungsweise
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 7 ein Diagramm der Bewegung des in Fig.
3 dargestellten Umlenkspiegels als Funktion der Zeit, Fig. 8 das Diagramm der Anordnung
von Detektorgruppen, die für eine Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 3 geeignet sind,
Fig. 9 das Blockschaltbild einer der in Fig. 8 dargestellten Detektorgruppen und
der zugeordneten Schaltungsanordnungen
Fig, 10 eine Draufsicht auf
die bynchronisations-Strichplatte der Vorrichtung nach Fig. 3, Fig0 11 das Blockschaltbild
der erfindungsgemaßen Vorrichtung, Fig. 12 das Blockschaltbild einer zweiten Anordnung
zur Abtastung des Bildes in einer zweiten Richtung, Fig. 13 das Blockschaltbild
eines Bildsuchsystems, das zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
geeignet ist, und Fig. 14 das Blockschaltbild eines Abtast-Umsetzers, das in Verbindung
mit dem Bildsuchsystem nach Fig. 17 verwendet werden kann0 Die in den Fig. 1 bis
3 dargestellte, selbststabilisierende Abtastvorrichtung umfaßt einen Sockel 20,
auf dem das Gestell 22 einer kardanischen Aufhängung und Einrichtungen 24 und 26
zur Erzeugung von Drehmomenten befeatigt sind. Der Sockel 20 dient auch als Träger
für einen Domdeckel 29 und einen IR-Dom 30 (siehe Fig. 3)o Das Gestell 22 weist
vier Beine auf, die vom Sockel 20 nach vorn abstehen und zur Lagerung eines äußeren
Rahmens 32 und eines Bügels 34 dienen. Der äußere Rahmen 32 ist zwischen zwei seitlichen
Beinen des Gestells 22 mittels zweier nicht dargestellter, geflanschter Doppelkugellager
gelagert.
Um 90° zur Schwenkachse des äußeren Rahmens versetzt ist in dem kreisförmigen äußeren
Rahmen 32 ein innerer Rahmen 36 durch zwei geflanschte Doppelkugellager 38 gelagert
(siehe Fig. 3)o Die gesamte Sensoreinheit, die einen Kreiselstator 40 (Fig. 4),
einen Kreiselrotor 42, eine Detektor-Dewar-Vorverstärker-Einheit 44 eine Synchronisations-Strichplatte
46, einen Synghronisations-Generator 48 und eine Verzögerungsleitung 50 umfaßt,
wird vor der Befestigung in der kardanischen Aufhängung montiert, Justiert und sowohl
statisch als auch dynamisch ausgewuchtete Der Innendurchmesser des inneren Rahmens
36 (siehe Fig. 4) ist groß genug, um die einen großen Durchmesser von beispielsweise
10 cm aufweisende Frontlinse 52 des Objektivs hindurchzulassen.
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Der Bügel 34 ist zwischen vertikalen Beinen des Gestells 22 mittels
eingeschraubter Kugellager 54 gelagert. Die äußeren Ringe der Kugellager sind in
den Bügel eingeschraubt und vorgespannt, um das Radialspiel des Bügels zu vermindern.
Der Bügel ist unabhängig um die Achse des inneren Rahmens ausgewuchtet, um Störmomente
zu reduzieren, die durch eine für das Schwerefeld empfindliche Unwucht hervorgerufen
werden0 Ein Dreibein 56 sieht von der Rückseite des inneren Rahmens 36 ab und ist
mit dem Bügel 34 durch zwei vorgespannte Kugellager verbundene Der Außendurchmesser
der Kugellager greift in das Innere des U-förmigen Bügels ein und verbindet dadurch
die Achse
des inneren Rahmens mit dem Bügel, während die Achse
des äußeren Rahmens entkoppelt ist Die Achse des inneren Rahmens kann beispielsweise
dem Azimut und die Achse des äußeren Rahmens beispielsweise der Elevation zugeordnet
sein.
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Wie insbesondere hig. 1zeigt, ist eine Schubstange 62 für den inneren
Rahmen mit dem Bügel 34 durch einen Kurbelarm 60 verbunden. Eine Schubstange 58
fiir den äußeren Rahmen 32 ist unmittelbar mit diesem äußeren Rahmen verbunden,
wie es Fig. 2 zeigt. Um eine Beschädigung der Vorrichtung durch ein plötzliches
Tauchen des Kreisels zu verhindern, ist zwischen einem Vorsprung 64 an der Rückseite
der von dem inneren Rahmen 36 und dem Bügel 34 gebildeten Struktur und einer dünnen
halbkugelförmigen Struktur 66, die an dem Gestell 22 befestigt ist, ein mechanischer
Anschlag vorgesehen0 In der halbkugelförmigen Struktur 66 ist ein Loch geeigneter
Form vorhanden, das die Erfassung eines gewünschten Rundsicht-Blickwinkels in der
Elevation und dem Azimut zuläßt0 Positionsfühler 68 und 70, bei denen es sich um
Schichtpotentiometer handeln kann, sind auf den Achsen des inneren und des äußeren
Rahmens befestigt, Der Positionsfühler 68 ist in Figo 3 dargestellt, während das
den Positionsfühler 70 bildende Potentiometer im Blockschaltbild nach Fig. 11 vorhanden
ist.
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Das optische System der dargestellten Vorrichtung umfaßt ein IR-Fernrohr
mit den Objektivlinsen 52 und 72, einen Umlenkspiegel 74 und ein Okular 76o Das
IR-Fernrohr
richtet empfangene IR-Energie auf einen mehrflüchigen
Abtastspiegel 78, die an einer Innenfläche des Kreiselrotors 42 angeordnet sind.
Die von dem Abtastspiegel 78 reflektierte Energie wird durch eine sichtlinie 80
und ein Dewar-Fenster 82 in die Detektor-Dewar-Vorverstärker-Einheit 44 einer Detektoreinheit
88 zugeleitet, die darin angeordnet ist (siehe Fig. 6 und 8)o Es versteht sich,
daß die Erfindung bei optischen Systemen jeder Art anwendbar ist, obwohl es sich
bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel um eine Vorrichtung zum Abtasten eines
IR-Bildes handelt. Der hier gebrauchte Ausdruck "optisches System umfaßt demnach
sowohl Systeme, die auf Infrarot- oder Ultraviolett-Strahlung ansprechen als auch
Systeme1 die auf Energie im sichtbaren Bereich des Spekr trums reagieren, Die thermische
Kompensation des IR-Fernrohres erfolgt durch Anordnung der hinteren Objektivlinse
72 in einer Temperatur-Kompensationsanordnung 840 Die Kompensationsanordnung 84
spricht auf Temperaturänderungen an und bewegt die Objektivlinse 72 in solcher Weise,
daß Fehler in der Scharfeinstellung reduziert werden, die auf thermisch bedingte
Änderungen des Brechungsindext der Linsenform und der Dimensionen der Tragstruktur
zurückzuführen sind. Die Kompensationsanordnung 84 wird an ihrem Platz durch die
einander entgegenwirkenden Kräfte von teilweise komprimierten Bimetall-Tellerfedern
gehalten, Dies Tellerfedern sind;miteinander entgegengesetzten Bimetallflächen ausgebildet,
so daß sich beide Flächen
bei Temperaturänderungen in der gleichen
Richtung bewegen und dabei die gleichen Peder-Haltekräfte stets unverändert beibehalten.
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In gleicher Weise wird der optische Brennpunkt in der Detektorbildebene
unabhängig von thermischen Einflüssen durch eine Temperatur-Kompensationsanordnung
86 eingehalten.
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Ein bedeutendes Merkmal der Erfindung liegt in einer Raumstabilisierung
und optischen Abtastung wenigstens längs einer Abtastrichtung durch ein einziges
Element.
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Das große polare Trägheitsmoment, das durch die Drehung des Kreiselrotors
42 erzielt wird, erteilt dem System eine Raumstabilisierung. Zugleich bewirken die
Spiegelflächen des Abtastapiegel8 78 die optische Abtastung wenigstens längs einer
Dimension. Der Umlenkspiegel 73 ermöglicht es, die Drehachse, bei der es sich um
die richtungsmäßig stabilisierte Achse handelt, im wesentlichen mit der optischen
Achse zusaninienfallen zu lassen.
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Der Kreiselstator 40 ist an der Unterseite des inneren Rahmens 36
starr befestigt (siehe Fig. 4) und es bildet die Kombination von Kreiselstator 40
und Kreiselrotor 42 einen Dreiphasenmotor mit Kurzschlußläufer.
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Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, kann das Hauptgehäuse 41 des Kreiselrotors
42 aus Titanium bestehen und einen Abtastspiegelteil 78 aus Nickel besitzen. Eine
bevorzugte Methode zur Herstellung des Abtastspiegels 78
besteht
darin, ein aus Metall bestehendes Formteil 77 oder Kern herzustellen, wie es Fig.
5 zeigt, und auf diesem Kern galvanoplastisch den Nickeispiegel herzustellen. Diese
Art der Herstellung hat sich als kosteneffektiv erwiesen, da eine Vielzahl von Abtastspiegeln
anhand eines einzigen Formteils hergestellt werden kann.
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Ein Abtastspiegel der in Fig. 5 dargestellten Art kann einen Außendurchmesser
von etwa 17 cm aufweisen und beispielsweise 20 aktives rechteckige Spiegelflächen
und drei kleinere vbergangszonen bildende, inaktive Flächen aufweisen.
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Der optische Weg der empfangenen Energie ist in Fig. 6 gesondert dargeatellt
Wie aug Fig. 6 ersichtlich, wird die empfangene IR-Energie durch optische Elemente,
die den IR-Dom 30 und den Fernrohrteil mit den Elementen 52, 72, 74 und 76 des optischen
Syate3s umfassen, auf den Abtaatspiegel 78 gerichtet. Die vom Abtaatspiegel 78 reflektierte
Energie wird durch die Si¢htlinae 80 und das Fenster 82 auf die Detektoreinheit
gerichtet, die sich in der Detektor-Dewar-Vorverstärker-Einheit 44 befindet. Der
kbtastspiegel 80 kann sich im Bereich der austrittspupille dec Fernrohre befinden.
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Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorriohtung erfolgt
das Abtasten in einer Richtung, beispielsweise im Azimut, durch die Rotation der
Spiegelflächen des Abtastspiegels 78. Das Abtasten längs einer zweiten Dimension,
beispielsweise die Elevation, erfolgt durch
eine solche Stellung
der Spiegelflächen, daß sie mit der Drehachse des Kreiselrotors 42 verschiedene
Winkel bilden. Die zweidimensionale Abtastung mittels eines Abtastspiegels, dessen
Spiegelflächen unterschiedliche Neigungen haben, ist beispielsweise in der US-ES
3 626 091 beschrieben. Bei der in Fig0 3 dargestellten Ausführungs form werden zeilenverschobene
Teilbilder erzeugt, indem die Stellung des Umlenkspiegels 74 zwischen leilbildern,
also zwischen vollen Umdrehungen des Kreiselrotors 42 geändert wird. Die Verschiebung
des Umlenkspiegels 74 mittels einer Verstelleinrichtung 73 (Fig. 3) ist in Fig.
7 schematisch dargestellt.
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Wie die Big. 6 und 8 zeigen, umfaßt bei der hier dargeatellten Ausführungsforn
die Detektoreinheit 88 vier Detektorgruppen 90 bis 93, die quer zur Richtung der
mechanischen Abtastung also beispielsweise der Azimutrichtung, angeordnet sind.
Jede Detektorgruppe umfaßt eine Anzahl Detektorelemente, so beispielsweise die Detektorgruppe
90 die Detektorelemente 90a, 9Ob, 90c und 9Od. Jede Detektorgruppe ist in gleicher
Weise aufgebaut und erzeugt eine Zeile eines Ausgangs-Video pro aktive Spiegelfläche
und pro Eeilbild, Demgemäß werden während der Periode, während der eine einzige
Spiegelfläche den Weg 79 (Fig. 6) der empfangenen optischen Energie passiert, vier
Videozeilen erzeugt, die längs einer Richtung versetzt sind, die zu der Richtung
der mechanischen Abtastung senkrecht verläuft.
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Die Verarbeitung der Signale, die von einer der Detektorgruppen, beispielsweise
der Detektorgruppe 90, geliefert werden, veranschaulicht Fig. 9. Wie Fig. 9 zeigt,
werden die Ausgangssignale Jedes der Detektorelemente 90a, 90b, 9Oc und 9Od einzeln
in Vorverstärkern 95 verstärkt und dann einer mehrfach angezapften Verzögerungsleitung
96 zugeführt. In der Verzögerungsleitung 96 wird den Ausgangssignalen der verschiedenen
Detektorelemente eine unterschiedliche zeitliche Verzögerung erteilt0 Die kombinierten
Signale werden über einen Pufferverstärker 98 einem Ausgangs-Videokanal zugeführt,
der in Fig. 9 mit A bezeichnet ist. Der Pufferverstärker 98 koppelt die Signale
aus der Verzögerungsleitung aus und verhindert unerwünschte Singalreflexionen, bewirkt
also eine Isolierung. Ein Abschluß 97 verhindert unerwünschte Reflexionen am anderen
Ende der Verzögerungsleitung. Die Busgangssignale der Detektorgruppen 91 bis 93
werden in gleicher Weise zu Video-Ausgangs signalen für die Videokanäle B C und
D verarbeitet (siehe Fig. 11). Es ist wichtig zu bemerken, daß die Zeitverschiebung
oder die Signalverzögerung, die den Ausgangs signalen der Detektorelemente der gleichen
Detektorgruppe aufgeprägt werden, so gewählt sind, daß sie die mechanische Abtastgeschwindigkeit
im hzimut in bezug auf die Verschiebung der Elemente längs der Abtastrichtung ausgleichen.
Auf diese Weise werden am Ausgang der Verzögerungsleitung 96 die Signale, die aus
dem gleichen Abschnitt des abgetasteten Blickfeldes stammen, kombiniert. Durch diese
Art der Signalverarbeitung wird das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert
und
es erzeugt ein fehlerhaftes oder ausfallendes Detektorelement nicht eine dunkle
oder fehlende Zeile im resultierenden Bild. Die Kanalqualität vermindert sich demnach
nur wenig. Die vorstehend summarisch behandelte Verarbeitungstechnik und daraus
reaultierende Vorteile sind mehr im einzelnen in der DU-PS 2 224 275 behandelt.
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Die Synchronisation der Darstellungs- und Verfolgungseinrichtungen,
die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekoppelt sein können, erfolgt mittels
Horizontal-und Vertikal-Synchronisationssignalen H5 bzw. V5, die von dem elektro-optischen
Synchronisations-Generator 48 in Verbindung mit der Strichplatte 46 erzeugt werden.
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Die Strichplatte 46 ist ringförmig ausgebildet und auf dem Kreiselrotor
angeordnet. Sie enthält zwei Spuren von abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen
Speichen0 Wie Fig. 10 zeigt, kann eine äußere Spur 100 beispielsweise 525 Speichen
aufweisen, welche die Horizontal-Synchronisationsimpulse erzeugen. Eine zwischen
einer Montageschulter 104 und der äußeren Spur 100 angeordnete innere Spur 102 enthält
eine einzige Speiche zur Erzeugung eines Vertikal-Synchronisationsimpulses.
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Die weitere Erläuterung der Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erfolgt nunmehr anhand des in Fig. 11 dargestelltgn Blockschaltbildes. Wie aus Fig.
11 ersichtlich, durchdringt die einfallende IR-Energie das Fenster des IR-Domes
30 und durchläuft die in Fig. 11 mit 53 bezeichnete Optik, die oben anhand Fig.
6 bexchrieben
wurde, Die empfangene Energie wird dann an einer
der Spiegelflächen des Abtastspiegels 80 auf die Detektor-Dewar-Vorverstärker-Einheit
44 reflektiert. Die Ausgangssignale der Detektorelemente der Einheit 44 werden,
nachdem sie in dieser Einheit vorverstärkt wurden, in den Verzögerungsleitungen
verarbeitet, die den einzelnen Detektorgruppen zugeordnet sind, so daß Videodaten
auf vier parallelen Kanälen auf einem Ausgangskabel 106 abgegeben werden.
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Wie vorstehend bei der 3ehandlung der Beige 10 erläutert.
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erzeugen die Synchronisations-Strichplatte 46 und der elektro-optische
Synchronisations-Generator 48 Vertikal-und Horizontal-Synchronisationsimpulse V5
bzw.
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Wie oben erläutert, erfolgt das Abtasten längs wenigstens einer Dimension
mittels eines Satzes ebener Spiegelflächen, die sich an einer Innenfläche des umlaufenden
Kreiselrotors 42 befinden, siehe insbesondere Fig. 3 und 6. Wenn jede ßpiegelfläohe
den optischen Weg 79 (Fig. 6) d's Linsensystems passiert, wird das Blickfeld in
einer Richtung, beispielsweise dem Azimut, über die Detektoreinheit 88 hinweggeführt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet Jede Spiegelfläche
mit der Drehachse des Kreisel rotors 42 einen anderen Winkel, 80 daß von Spiegelfläche
zu Spiegelfläche eine schrittweise Verschiebung in einer Dimension, beispielsweise
der Elevation, stattfindet, die zu der eraten Richtung quer verläuft. Die Folge
der Spiegelflächen ist so gewählt, daß das Blickfeld in der
Elevation
in gleichen Schritten einmal pro Umdrehung abgetastet wird.
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Ein Beispiel für eine mögliche Gestalt des mehrflächigen Abtastspiegels
78 ist eine Ausführungsform mit zwanzig aktive aneinandergrenzenden Spiegelflächen,
von denen sich Jede über 27t/21,875 rad erstreckt, Die restlichen 1,875 x 2in/21,875
rad fallen mit der vertikalen Rücklaufzeit zusammen und enthalten drei kleinere
Flächen, die den Übergang von der ersten zur letzten der aktiven Spiegelflächen
erleichtern. Die Gesamtzahl der äquivalenten Spiegelflächen kann so gewählt werden,
daß nach der Abtast-Umsetzung 525 Bildzeilen pro Bild erzielt werden.
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Es sei bemerkt, daß 525 Bildzeilen zu 21,875 Spiegelflächen im Verhältnis
24:1 stehen. Der Faktor 24 ergibt sich aus der Verwendung von zwei Teilbildern pro
Bild mit jeweils vier Zeilen pro Spiegelfläche und drei Fernseh-Bildseilen pro IR-Zeile.
Die oben beschriebene-Abtasteinrichtung liefert 80 aktive IR-Zeilen pro Zeile bild
und mit einem 2:1 Zeilensprung 160 aktive IR-Zeilen pro Bild.
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Bei einer anderen Busführungsform der Erfindung haben alle Spiegelflächen
auf dem Kreiselrotor 42 den gleichen Winkel in bezug auf die Drehachse des Rotors
und es wird die Abtastung längs einer zweiten Richtung, wie beispielsweise der Elevation,
mittels eines Umlenkspiegels 74 erzielt, der auf eine Vielzahl diskreter Stellungen
einstellbar ist. Beispielsweise können zwanzig solcher Stellungen pro Teilbild und
viersig solcher Stellungen pro Bild mit zwei verschachtelten Teilbildern erzielt
werden.
Das Funktionsdiagramm einer solchen Elevation abtastung ist in Fig. 12 dargestellt.
Wie ersichtlich, erzeugt ein Elevations-Abtastgenerator 75, der mittels der Horizontal-
und Vertikal-Synchronisationsimpulse synchronisiert sein kann, Steuerströme für
eine Verstelleinrichtung, bei der es sich beispielsweise um einen Galvanomotor handeln
kann. Der Umlenkspiegel 74 ist mit dem Galvanomotor 73 mechanisch gekoppelt und
wird dadurch während der Abtastwert Jeder der Spiegelflächen des Abtastspiegela
78 in eine neue, diskrete Winkelstellung gebracht. Ein Galvanomotor ist ein in der
Technik bekanntes Bauelement, dessen elektromechanischen Komponenten im wesentlichen
mit denen eines üblichen Galvanometers identisch sind. Der Unterschied in der Bezeichnung
ist von der Funktion des Bauelementes abgeleitet, nämlich der Erzeugung eines mechanischen
Antriebs.
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Wie wiederum aus Fig. 11 ersichtlich, wird dem Kreiselstator 40 von
einem Drehzahlregler 108 ein Dreiphasenstrom zugeführt. Der Drehzahlregler 108 spricht
auf die Horizontal-Synchroxiiaationsimpulse Ha an, um die Drehzahl des Kreiselrotors
42 auf einem vorbestimmten Wert zu haltens beispielsweise auf 3600 U/min.
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Während Betriebszeiten1 während denen der Sucher nicht arbeitet, werden
die Einrichtungen 24 und 26 zur Erzeugung eines Drehmomentes durch Bremsen 112 und
114 in einer festen Stellung gehalten9 Während Betriebs zeiten, während denen die
Abtasteinrichtung arbeitet, werden die Bremsen
durch Zuführen eines
Einschaltsignals auf einer Leitung 110 von einer nicht dargestellten Steuereinheit
gelöst, so daß die Einrichtungen zur Erzeugung eines Drehmomentes betriebsbereit
sind. Die die Positionsfühler 68 und 70 bildenden Potentiometer erhalten ihre Betriebs
spannungen über Leitungen 116 und 118.
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Die Temperatur der Detektoreinheit 88 (Fig. 6) wird durch die Ausgangssignale
auf den Ausgangs leitungen 120 der Detektor-Dewar-Vorverstärker-Einheit 44 angezeigt,
In Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur liefert ein nicht dargeatelltes Kühl
system eine Eühlflüssigkeit, wie beispielsweise flüssigen Stickstoff, durch eine
Kühlleitung 122, wie es erforderlich ist, um die gewünschte Temperatur der Detektoreinheit
aufrecht-zu erhalten.
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Eine Verschiebesteuerung 124 führt der Verstelleinrichtung 73 Steuersignale
zu, so daß in der Ausführungsform nach Fig. 3 der Umlenkspiegel 74 so eingestellt
wird, daß die Verschiebung der Teilbilder gegeneinander nach dem Zeilensprungverfahren
erfolgt. Die Verachiebesteuerung 124 wird von den Vertikal-Synchronisations impulsen
V synchronisiert. Bei der Ausfünrungsform 5 nach Fig. 12 wird sowohl die Verschiebung
zur Verschachtelung der Teilbilder als auch die Verschiebung zur L1evationsabtastung
durch den Elevations-Abtastgenerator 75 bewirkt
Die erfindungsgemäße
Vorrichtung ist zur Verwendung in einem Raketensuchsystem geeignet, dessen Blockschaltbild
in Fig. 13 dargestellt ist. Es sei bemerkt, daß das System nach Fig. 13 nicht Teil
der Erfindung ist, sondern eine mögliche Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
veranschaulichen soll. Wie Fig. 13 zeigt, werden die Daten der vier Videokanäle
von den Verzögerungsleitungen 50 in Fig. 11 auf einem Kabel 106 einem Signalverarbeiter
128 zugeführt. Der Signalverarbeiter 128 bewirkt eine übliche Signalverarbeitung
und führt dann die Daten der vier Videokanäle parallel einem Abtastumsetzer 130
zu. Der Abtastumsetzer 130 setzt die ihm auf vier parallelen Kanälen im Zeitformat
des Bildabtasters zugeführten Daten in Ausgangsdaten um, die einem üblichen Fernseh-Videoformat
entsprechen. Die Auagangasignale des Abtastumsetzers 130 werden einem Fernsßh-Sichtgerät
132 und einer Verfolgungseinheit 134 zugeführt, Die Verfolgungseinheit kann von
Jeder geeigneten Art sein, beispielsweise, wie sie in der US-PS 3 586 770 beschrieben
ist. Die Verfolgungseinheit 134 verarbeitet die zugeführten Daten zu Ausgangs- oder
Steuersignalen, die für die Abweichung eines zugewiesenen Zieles vom Zentrum des
abgetasteten Blickfeldes charakteristisch sind.
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Während des Verfolgungsbetriebes werden die Steuersignale über einen
Verfolgungs/Nachführ-Schalter 136 Drehmomentverstärkern 138 zugeführt. Die Drehmomentverstärker
138
führen die erforderlichen Signale den iainrichtungen 24 und
26 nach den Fig. 1 bis 3 zu, die zur Erzeugung von Drehmomenten dienen, und bewirken,
daß die Bildabtastvorrichtung so ausgerichtet wird, indem dem Kreisel eine Präzessionsbewegung
erteilt wird, daß das zugewiesene Ziel etwa im Zentrum des Blickfeldes gehalten
wird.
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Während des Suchbetriebes befindet sich der Schalter 136 in einer
Stellung, die zu der in Fig. 13 dargestellten entgegengesetzt ist, und bei der die
Drehmomentverstärker 138 von den Ausgangssignalen einer Summiereinlieit 140 gesteuert
werden. Eines der Eingangssignale der Summiereinheit 140 wird von einem Befehlssignal
gebildet, das von einer Nachführeinheit 142 zugeführt wird, während ein zweites
Eingangs signal von Demodulatoren 144 geliefert wird0 Die Ausgangssignale der Demodulatoren
144 sind für die Kardanwinkel der Sucheinrichtung charakteristisch. Die Differenz
zwischen den von der Nachführeinheit 142 zugeführten Befehlssignale und den für
die tatsächlichen Kardanwinkel der Sucheinrichtung charakteristischen Ausgangasignale
der Demodulatoren 144 wird zur Erzeugung von Antriebssignalen benutzt, die über
den Schalter 136 den Drehmomentverstärkern 138 zugeführt werden, die ein Ausrichten
der kardanischen Aufhängung auf die eingegebene Stellung bewirken.
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Es sei erwähnt, daß im Interesse der Klarheit in Fig. 13 ein einziger
Doppel-Steuerkanal dargestellt ist. Es versteht sich, daß zwei getrennte Kanäle,
nämlich einer für den inneren und einer für den äußeren Rahmen, vorzusehen sind
Die
von der Verfolgungseinheit 134 gelieferten Steuersignale werden auch einer Flugwegsteuerung
146 zugeführt, die in Abhängigkeit davon beispielsweise die Steuerflächen einer
Rakete verstellen kann, so daß der Flugweg im Sinne einer Verminderung der Steuersignale
verändert wird und der Flugweg ein verfolgtes Ziel schneidet.
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Geeignete Ausführungsformen und eine eingehendere Beschreibung der
Verfolgungaeinheit 134 und der Plugwegsteuerung 146 befinden sich in der oben erwähnten
US-PS 3 586 77ovo Bei dem Abtastumsetzer 130 (Sig. 13) kann es sich um jede geeignete
Einheit handeln, die vier parallele Kanäle von IR-Videodaten in ein Einkanal-Fernseh-Signalgemisch
zur Darstellung auf einem üblichen Fernseh-Monitor und zur Verwendung in der Verfolgungseinheit
134 umsetzt.
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Eine geeignete Ausführungsform ist allgemein in Fig. 14 dargestellt.
Sie umfaßt eine Eingabesteuerung 150, einen ersten Halbbildspeicher 152, einen zweiten
Halbbildspeicher 154 und eine Ausgabesteuerung 156. Die Steuerungen 150 und 156
sowie die Speicher 152 und 154 werden durch die Ausgangssignale einer Eakt- und
Steuereinheit 158 synchronisiert, die ihrerseits von den Vertikal-und Horizontal-Synchronisationsimpulsen
V5 und H 5 synchronisiert wird, welche von der erfindungs gemäßen Vorrichtung geliefert
werden. In Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Takt- und-Steuereinheit 158
führt die Bingabesteuerung 150 die Daten der vier Videokanäle,
die
von der Abtastvorrichtung erzeugt werden, einem der Halbbildspeicher 152 und 154
zu, Wahrenddessen liest die Ausgabesteuerung 156 die Daten, die zuvor in den anderen
der beiden Halbbildspeicher eingegeben worden sind, in einem üblichen Fernsehformat
mit 525 Zeilen aus. Die Takt- und Steuereinheit synchronisiert auch den Fernseh-Synchronisationssignalgenerator
160, dessen Ausgangssignal mit den von der Ausgabe steuerung 156 gelieferten Signalen
in der Kombinationseinheit 162 vereinigt wird. Das Ausgangs signal der Kombinationseinheit
162 bildet ein Signalgemisch, das dem Fernseh-Sichtgerät 132 und der Verfolgungseinheit
134 in Fig. 13 zugeführt wird0 Demnach wurde vorstehend eine neuartige und nützliche
Vorrichtung zur Bildabtastung beschrieben, bei der eine räumliche Stabilisierung
erzielt wird, indem die Abtast-und Detektoreinheit als integraler Teil einer Ereiselanordnung
mit zwei Freiheitsgraden ausgebildet sind.
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Um die Brfindung ulufassend und vollständig zu erläutern, wurden bevorzugte
Ausführungsformen im einzelnen beschieben0 Es versteht sich Jedoch, daß dem gegenüber
viele Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen. So ist es beispielsweise möglich, die Detektoreinheit im Zentrum der
kardanischen Aufhängung fest anzuordnen anstatt am inneren Rahmen der kardanischen
Aufhangun zu befestigen.
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Obwohl eine solche Anordnung an den sonden der Detektorgruppen zu
einer gewissen Unschärfe führen würde, könnte
eine solche Anordnung
bei manchen Anwendungen annehmbar sein. Weiterhin ist es möglich, alle geeigneten
optischen Einrichtungen und Detektoranordnungen zu verwenden, auch wenn sie von
den dargestellten Ausführungsbeispielen abweichen, Beispielsweise brauchen die optische
Achse und die Drehachse des Kreiselrotors nicht übereinzustimmen0 Ferner können
gewisse Linsenanordnungen durch konkave oder konvexe Spiegel ersetzt werden. Auch
könnte der Umlenkspiegel durch ein ablenkendes Prisma ersetzt sein, also ein brechendes
anstatt ein reflektierendes Element verwendet werden