DE2651839C2 - Einrichtung zur Zielverfolgung und/oder Fernsteuerung eines Fahrzeugs oder Geschosses - Google Patents
Einrichtung zur Zielverfolgung und/oder Fernsteuerung eines Fahrzeugs oder GeschossesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zielverfolgung und/oder Fernsteuerung eines Fahrzeugs oder
Geschosses gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und betrifft insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich.
Einrichtungen, die als automatische Zielfesthalte- und Verfolgungssysteme (kurz A.LF.-Systeme) bekannt sind.
die beispielsweise dazu verwendet werden, ein Geschoß in ein Ziel zu lenken.
Bei einem bekannten A.LF.-System, wie es beispielsweise in der US-PS 38 28 122 beschrieben ist. ist das
Geschoß mit einer SeBioreinii.htung versehen, z. B. mit einer Fernsehkamera, die mit einer vorbestimmten
Bildgeschwindigkeit Bilder des Gebietes liefert, auf das sich das Geschoß zubewegt Die Erfassung eines Zieles
erfolgt durch Übertragung der Ekler zu einer entfernt liegenden Lenkungsstelle, an der ein Bild des Bereiches
rekonstruiert und von einer Bedienungsperson beobachtet wird, die die Position eines Zieles (wenn vorhanden)
in dem Bereich bestimmt und das Bild so verschiebt, daß das Ziel in bezug zu einer festen Fadenkreuzmarke
zentralisiert ist. Die Zentralisierung des Zieles wird bewirkt, um ein Kurskorrektursignal zu erzeugen, das dem
Geschoß zugeführt wird, um den Kurs des Geschosses zwecks Zentralisierung des Geschosses im Blickfeld der
Sensoreinrichtung zu ändern. Wenn dies einmal erfolgt ist, ist die Zweikanalübertragungsverbindung zwischen
dem Geschoß und der Lenkungsstelle nicht länger erforderlich und kann, falls gewünscht, unterbrochen werden.
zuzusteuern. Dies entspricht der wahren A.L.F.-Betriebsweise und bezieht die Korrelation eines Referenz-»Bil
des« ein, das eine Darstellung des Zieles und seiner unmittelbaren Umgebung enthält, das aus dem Zentralbe·
reich eines Bildes abgeleitet ist, welches von der Sensoranordnung gewonnen wird, nachdem die oben erwähnte
Zielerfassung erfolgt ist, bevor jedes Bild bzw. jede Darstellung von der Sensoranordnung gewonnen wird. In
jedem Korrelationsprozeß wird das Referenzbild mit der relevanten Darstellung bzw. dem relevanten Bild in
jeder Anordnung oder Lage mehrerer dazu relativer Anordnungen verglichen; ein »Trefferergebnis«, das den
Grad der Übereinstimmung zwischen den Inhalten des Referenzbildes und der Darstellung anzeigt, wird für jede
Lage oder Anordnung ermittelt, und die Koordinaten, relativ zu denen des Zentrums der Darstellung bzw. des
Bildes, des Zentrums des Referenzbildes in der Anordnung oder Lage, die das beste Trefferergebnis ergibt,
werden ausgewertet und dazu verwendet, das Geschoß auf einem Kurs zu halten oder den Sensor zu steuern, der
in einer kardanischen Anordnung aufgehängt ist, so daß das Ziel im Zentrum des Blickfeldes der Sensoranordnung bleibt. Selbstverständlich ändert sich der Maßstab der Darstellungen bzw. Bilder, wenn sich das Geschoß
de.m Ziel nähert, relativ zum Referenzbild, und dieser Umstand wird den Pegel des Korrclalionsprozesscs
erniedrigen. Diesem wird durch Überwachung des besten für jede Korrelation erhaltenen Trefferergebnisses
Rechnung getragen und ferner dadurch, daß das Referenzbild auf den neuesten Stand gebracht (berichtigt) wird,
wenn das erhaltene beste Trefferergebnis unter einen vorbestimmten Referenzpegel fällt. Dieser Vorgang des
Auf-den-neuesten-Stand-Bringens erfolgt jedoch sozusagen blind, weil der Korrelationsfehler nicht aufgrund
so relativer Änderungen des Maßstabes zwischen der Darstellung und dem Referenzbild hervorgerufen wird,
jedoch beispielsweise dadurch verursacht sein kann, daß das Geschoß im Flug rollt, wodurch bewirkt wird, daß
die Darstellungen oder Bilder in Rotationsrichtung mit dem Referenzbild fehl ausgerichtet sind. In diesem Falle
bewirkt die Berichtigung lediglich eine zeit- und teilweise Abhilfe für den Korrelationsfehler bzw. die Korrelationsunschärfe, und es kann die Notwendigkeit bestehen, diese Berichtigung häufiger vorzunehmen, um einen
vernünftigen Übereinstimmungsgrad (Korrelationsgrad) zu erhalten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zielverfolgungs- und Fernsteuerungseinrichtung
für ein Fahrzeug oder Geschoß zu schaffen, das sowohl dem Rollen oder Drehen und den relativen Maßstabsänderungen zwischen den von der Sensoranordnung abgeleiteten oder gewonnenen Darstellungen oder Bildern
und dem Referenzbild Rechnung trägt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnung, in der beispielhaft Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher
erläutert werden. Es zeigt ί
F i g. 1 ein Beispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung in Form eines Blockdiagramms und
F i g. 2 schematisch die Gewinnung bzw. Ableitung von Signalen, die die relative Drehbewegung und Maßstabsänderungen
zwischen verschiedenen Darstellungen oder Bildern eines Bereiches anzeigen.
Es soll nun Bezug genommen werden auf die Zeichnungen: von einer Sensoranordnung, die eine Fernsehkamera
und zugeordnete Schaltkreise umfaßt, gezeigt als Block 1, abgeleitete bzw. gewonnene Videosignale in
werden digitalisiert und einem geeigneten Speicher 2 unter dem Einfluß bzw. der Steuerung einer Zcilstufc 3
zuge/ührt, die außerdem für das Triggern der Zeilenablenk- und Feldablenk-Wellenformen für die im Block 1
enthaltenen Kamera zuständig ist Die im Speicher 2 gespeicherten Signale werden einem Gatter 4 in der
gleichen Ordnung, wie sie aufgenommen wurden, zugeführt, jedoch möglicherweise mit einer anderen Frequenz.
und werden entweder einem Referenzbiid-Selektorschaltkreis 5 oder einem Korrelator 6 zugeleitet. In der r.
nachfolgenden Beschreibung sei angenommen, daß die hier beschriebene Zielerfassung bereits erfolgt ist. und
daß das Geschoß, das in diesem Fall eine Rakete mit einem Sprengkopf ist, beginnt, in der richtigen A LF.-Weise
zu arbeiten. Es ist eine Übertragungseinrichtung 7 gezeigt, mit der von der Kameraanordnung 1 erzeugte
Videoinformation zu einer Steuer- oder Lenkstelle übertragen werden kann, während die Rakete in ihrer
Zielerfassungsbetriebsweise arbeitet und, falls gewünscht, kann diese Übertragungseinrichtung für den gesamten
Raketenfiug betriebsbereit bleiben. Diese Einrichtung kann alternativ jedoch auch außer ScHeb gcsci/i
werden, wenn die Zielerfassung einmal erfolgt ist
Das erste Bildinformations-Vollbild, das nach erfolgter Erfassung vom Speicher 2 abgeleitet ist. wird vom
Gatter 4 zum Referenzbild-Selektorschaltkreis 5 weitergeleitet der in bekannter Art und Weise dazu bestimmt
ist aus der zugeführten Information lediglich die auszuwählen die einem schmalen zentral angeordneten
Bereich in dem Videobild zugeordnet ist Sobald die Zielerfassung erfolgt ist sollte dieser schmale Bereich das
Ziel umfassen, und das Referenzbild kann dann mit für die Korrelation in der Einheit 6 mit nachfolgend
abgeleiteten bzw. gewonnenen Vollbildern von Videoinformationen verwendet werden.
Wenn das Referenzbild einmal selektiert worden ist wird das Gatter so geschaltet, daß es nachfolgend
gewonnene Vollbilder der Videoinformationen dem Korrelator 6 zuführt Der Referenzbild-Selektor 5 spaltet jo
die Information im Referenzbild in η Teile von im wesentlichen gleicher Räche. In diesem Beispiel, wie man der
F i g. 2 entnehmen kann, nimmt die Zahl π den Wert vier ein. und die vier Teile sind relativ zum Bezugsbild
symmetrisch angeordnet; die Teile sind dabei mit ihren Zentren um /2* χ d vom Zentrum des Rcfcrcnzbildcs
entfernt angeordnet Wie man der F i g. 2 entnehmen kann, sind die Zentren /Ί. Pj, Pj und Pa der vier Teile des
Referenzvollbildes, wenn angenommen wird, daß der Ursprung 0 eines kartesisch»;ii Koordinatensystemen X
■ in/4 Vrr»i* rlerr» 7öntriiiTi /\ac D<af*»i*<»r»"Tl^iIHr»c rikorainclimmt onfanac ca nnitOAr^nai slofl η tr* n I in>AniJArkin<JiinA
ua tu μ ίίΐίι. w^.iii £>ν·ΐν· Uli· uwu itvivi vi!£lf!iubi üi/vi νϊίι5ϊιί!ϊιϊ·ϊ| Mtiiui*££u Sv uü^vvriuiivti \iuw viiiv L*ii!ivii ivi VilKlUMK
Pt bis P3 die Linienverbindung Pi bis Pt senkrecht halbiert; die Linien treffen dabei im Ursprung 0 zusammen. In
der F i g. 2 sind die vier Teile so dargestellt, daß sie voneinander im Abstand angeordnet sind, jedoch braucht iics
nicht notwendigerweise der Fall zu sein, und das Abrücken der Teile voneinander in de dargestellten Art und
Weise oder auf andere Art und Weise hängt zu einem beträchtlichen Teil von der Natur des zu verfolgenden *o
Zieles ab.
Der Korrelator 6 korreliert jedes TeiJ des Referenzbifdes einzeln mit der Videoinformation, die von der
Kameraanordnung 1 nach der Information, von der das Referenzbüd gewonnen wurde, abgeleitet oder gewonnen
wird. Die Koordinaten der Zentralpunkte P\ bis P4 der vier Teile werden in ihren entsprechenden Stellungen
oder Lagen der besten Übereinstimmung mit der Videoinformation einem Roll- bzw. Dreh- und/oder zoom-(Brennweiten-JKompensationsschai'ikreis
8 zugeführt, welcher durch Einführen der zuvor erwähnten Koordinaten in mathematische Formeln, die weiter unten offenbart werden sollen, das Rollen bzw. Drehen und/oder die
Brennweite errechnet welches oder welche im Intervall zwischen der Gewinnung des Referenzbildes und der
Gewinnung der Videoinformation, mit der das Referenzbüd korreliert wird, aufgetreten ist. Der Schaltkreis 8
erzeugt Roll- bzw. Dreii- und/oder Brennweiten-Fehlersignale, die zum Referenzbild-Selektor 5 zurückgeführt
werden und dazu verwendet werden, das Referenzbüd durch Drehen und/oder Dehnen so zu modifizieren, daß
solche Fehlersignale verkleinert werden. Durch diese Mittel wird das Referenzbüd modifiziert um Änderungen
der Kameraanordnung 1 relativ zum Ziel hinsichtlich des Rollers bzw. Drehens und/oder der relativen Entfernung
zu gestatten.
Es versteht sich, daß jede derartige Modifikation des Referenzbildes in ei;v2m Sinne durchgeführt wird, die
geeignet ist, daß die Korrelation mit der Videoinformation, mit der es gerade korreliert worden ist, besser wird,
so daß im allgemeinen die Korrelation des modifizierten Referenzbildes mit dem nächsten einlaufenden Vollbild
der Bildinformation nicht ideal sein wird und eine weitere Modifikation des Referenzbildes erforderlich wird,
jedoch zeigt das Referenzbüd stets die Neigung, der bestehenden bzw. vorherrschenden Drehung und/oder
Brennweite zu folgen, so daß die Korrelation die Tendenz zeigt, auf einem vernünftigen guten Niveau zu bleiben, μ
Wenn zusätzliche Kompliziertheit in dem System toleriert werden kann, unter Beachtung, daß die ganze Rt-kctc
und ihr Inhalt, der sämtliche Schaltungsteile aufweist, die in bezug auf F i g. I beschrieben worden sind, notwendigerweise
Verbrauchsmaterial darstellt, wäre es möglich, einen Extrapolationsschaltkreis in den Leitungsweg
der Zählersignale vom Schaltkreis 8 zum Selektor 5 zu legen, so daß der wahrscheinliche Pegel der Fchlcrsignalc
für das nächste einlaufende Vollbild der Videoinformation auf der Basis einer linaren Extrapolation der aus dem *>s
laufenden Bild der Videoinformation erhaltenen Fehlersignale vorausberechnet werden könnte, um so das
Referenzbüd um ein Ausmaß zu modifizieren, das die Wahrscheinlichkeit einer besseren Korrelation mit dem
nächsten einlaufenden Vollbild erhöhen würde.
Trotz der durch die Erfindung bewirkten Verbesserung hinsichtlich der Korrelation ist es jedoch, auch wenn
eine Extrapolation, wie oben erwähnt, verwendet wird oder nicht, immer noch notwendig, einen Schaltkreis 9
vorzusehen, der den Korrelationspegel in dem besten Übereinstimmungszustand überwacht für jeden Teil des
Referenzbildes und der das Gatter 4 steuert, um die Auswahl eines neuen Referenzbildes durch den Selektor 5 /u
bewirken, wenn die Korrelation unter einen vorbestimmten Schwellwert-Pegel fällt. Zweckmäßig berechnet der
Schaltkreis 9 den mittleren Korrelationspegel für alle vier Abschnitte bzw. Teile und vergleicht diese mit dem
Schwellwert.
Außerdem wird die Koordinateninformation, die dem Kompensationsschaltkreis 8 für die Kompensation des
Rollens oder Drehens und/oder der Brennweite zugeführt wird, einem Steuersignalgenerator 10 zugeführt, der
ίο die X- und Y-Richtungs-Steuersignale errechnet aus zwei mathematischen Gleichungen, auf die nachfolgend
Bezug genommen werden soll, zur Steuerung der Steuer- bzw. Leitflächen bzw. des Leitwerkes Il auf der
Rakete, um den Flug der Rakete in das Ziel zu steuern, oder zur Steuerung der Kardanaufhängung des Sensors.
Wie man der F i g. 2 entnehmen kann, lauten die Gleichungen, die im Generator 10 verwendet werden, um die
Steuersignale όΧ und JVFürdie normale X- und V-Richtungs-Zielverfolgung zu erzeugen:
- Ox1 + Ox2 + 0X3
wobei axt die Bewegung von Pi in der -Y-Richtung nach der Korrelation ist. verglichen mit der Anfangsposition,
wie in der F i g. 2 gezeigt, und όχι, όχι und Ox4 haben ähnliche Bedeutungen in bezug zu Pi, Pj bzw. P4, und
4 OY= Oy1 + Oy2 + Oy1 + Oy4
wobei oy\,oy2 usw. ähnliche Bedeutungen haben wie όχ\,όχ2 usw, jedoch zu den Bewegungen in der K-Richtung
in Beziehung stehen.
Die Gleichungen, die verwendet werden, um das Rollen bzw. Drehen (όθ) und die Brennweite (OZ) im
Schaltkreis 8 zu berechnen (»Brennweite« ist definiert als die Bildausdehnung in Bruchteilen) sind folgende:
8 d όθ = όχ\ — Ox2—όχ3 + Ox4 —Oyι — Oy2 + dyz + Oy4 und
8doZ=ox\+ Ox2—όχι—Ox4 + δχ\ — Oy2—oyi + Oy4
8doZ=ox\+ Ox2—όχι—Ox4 + δχ\ — Oy2—oyi + Oy4
Beide Gleichungen können leicht dadurch bestimmt werden, daß getrennt eine Rotation der Punkte Pt bis P4
in einer gemeinsamen Richtung um den Ursprung 0 und die Bewegung der Punkte P1 bis P4 entlang den
Diagonalen der F i g. 2 in eine Auswärtsrichtung vom Ursprung 0 aus betrachtet werden.
Bei einem schrägen Blick auf einen Bereich, derart, als wenn sich der Sensor unter einem Winke! in seiner
kardanischen Aufhängung zur Bewegungsbahn des Geschosses befindet, erscheint ein rechteckiger Bereich
trapezförmig. Daher kann die Brennweite oder die Ausdehnung, wie oben definiert, quer über das Bild variieren
und man kann Gleichungen zur Ermittlung der Brennweite oder der Ausdehnung für verschiedene X- und
Y- Werte aus den oben ermittelten Bewegungen όχι,... usw. und oyt... usw. erhalten.
Diese Gleichungen sind:
4όόΖχ=όχ\+όχ2—όχι—Ox4 und
4dfZy—Oy \ — Oy2—oyi + Oy4
4dfZy—Oy \ — Oy2—oyi + Oy4
!n einigen Fällen bzw. unter einigen Bedingungen kann es vorteilhaft sein, um die Wirkungen von Rauschsignalen
im Referenzbild auf den Korrelationsprozeß zu reduzieren, solches Rauschen durch Integrieren von
Referenzbildern zu unterdrücken, die aus mehreren verschiedenen Videoinformationsbildern abgeleitet sind.
Wenn dies erfolgt ist, ist es wünschenswert, die Kompensation für das Rollen und/oder die Ausdehnung zu
5c bewirken, bevor die Referenzbilder integriert sind, so daß die Roll- und Brennweiten- bzw. Ausdehnungswirku.. gen
das Referenzbild nicht beeinträchtigen, wenn die Integration über eine geeignet lange Zeitperiode durchgeführt
wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Einrichtung zur Zielverfolgung und/oder Fernsteuerung eines Fahrzeugs oder Geschosses, das mit einer
Abtasteinrichtung zum Erzeugen von Darstellungen oder Bildern eines Gebietes mit bestimmter Bildgcschwindigkeit versehen ist, auf das sich das Fahrzeug oder das Geschoß zubewegt, mit einer Einrichtung /ur
Gewinnung eines Bezugsbildes aus einem vorgewählten Bildbereich und mit einer Einrichtung /um Vergleich des Bezugsbildes mit einer weiteren Darstellung, die nachfolgend von der Abtasteinrichtung cr/cugt
wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (5) zur Teilung des Bildes in Bildicilc. durc>. eine
Vergleichseinrichtung zum Vergleich sämtlicher dieser Bildteile in jeder einer Vielzahl von verschiedenen
relativen Anordnungen mit der weiteren Darstellung, um die Positionskoordinaten jedes der Bildicilc relativ
zu einer Bezugsposition zu bestimmen, an der die jeweiligen Bildteile am besten mit der weiteren Darstellung
übereinstimmen, und durch eine Einrichtung (8), die mittels der ermittelten Positionskoordinaten Drehlagenfehler und/oder Maßstabsänderungen zwischen den Inhalten des Referenzbildes und der weiteren Darstellung kompensiert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die mehrere hinsichtlich Drehlagenfehler und/oder Maßstabsänderung korrigierte Bezugsbilder integriert und so ein weiteres Bezugsbild
erzeugt, um so die Wirkung von Rauschsignalen in einem Bezugsbild zu verringern.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Steuersignalgenerator (10) und durch
eine Einrichtung (9) zur Überwachung der besten Obereinstimmung, die jeweils in Abhängigkeit von abge
schätzte« .Positionskoordinaten ein Steuersignal zur Beeinflussung des Kurses des Fahrzeugs oder Geschos
ses und zur Aufdatierung der Darstellung erzeugt, von der das Bezugsbild abgeleitet ist.
4. Rakete, gekennzeichnet durch eine Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
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