DE2815158A1 - Sichtgeraet fuer einen flugsimulator - Google Patents

Description

28151S R

Patentanwalt DIPL.-PHYS. DR. W. LANGHOFF Rechtsanwalt B. LANGHOFF*

MÜNCHEN 81 WISSMANNSTRASSE 14 - TELEFON 93 27 74 · TELEd., . - j ι ί ·. ■ ι c Γ 11 ι-ί> ι. > = .. : ■

■ 2-

München, den 7. April 1978 Unser Zeichen : 33 - 1741

Patentanmeldung
der

THE SINGER COMPANY, 321 First Street, Elizabethport F₇ New Jersey 07207,
USA

Sichtgerät für einen Flugsimulator

809842/0899

* Ständiger allgemeiner Vertreter nach § 46 PatAnwO, zugelassen bei den Landgerichten München I und If.

■3·

Die Erfindung betrifft ein Sichtgerät für einen Flugsimulator zum Darstellen eines überflogenen Gebietes, etwa einem ausgedehnten Gewässer, wie es sich von einem Plugzeug aus darbietet in perspektivischer Ansicht, die durch die Höhe, die Flugzeuglage, den Kurs und sonstige Parameter des Flugzeuges gegeben ist, wobei die Darstellung sich mit der Geschwindigkeit des Flugzeuges ändert. Das Sichtgerät läßt sich auch für andere Darstellungszwecke verwenden.

Der erste von Edwin A. Link hergestellte Instrumentenflugtrainer war dazu bestimmt, Instrumentenflugübungen durchzuführen. Kurz danach wurde ein Flugsimulator geschaffen (US-PS 2 385 291), der eine realistische Simulierung eines überflogenen Geländes aus der Sicht des Piloten ergab. Dabei wurde ein vorher im Fluge aufgenommenes Bild projiziert, welches entsprechend dem Flugweg bewegt wurde.

Andere Flugsimulatoren verwenden eine Kamera, die entsprechend der durch den Simulatorpiloten ausgeübten Flugbewegung über ein Modellgelände bewegt wurde, wobei die Kamera in Bezug auf Höhe, Lage und Geschwindigkeit entsprechend den Flugdaten bewegt wurde. Das Blickfeld der Kamera wurde auf einem Sichtgerät abgebildet, welches einen Bildausschnitt zeigte, wie er sich einem Piloten durch die Fenster eines Flugzeuges bieten würde.

So eindrucksvoll derartige Flugsimulatoren heute auch arbeiten, so leiden sie doch alle unter dem Nachteil, daß sie nur simulierte Flugbewegungen in einem verhältnismäßig eng begrenzten Gelände ermöglichen, welches durch den verwendeten Film oder das Modellgelände gegeben ist.

Es sind auch Flugsimulatoren mit synthetischem Bildaufbau bekannt (US-PS 3 911 597), wobei an den Grenzen des Gebietes Wolkendurchflüge simuliert sind, an deren Ende ein Gelände

809842/0899

Λ·

erscheint, das synthetisch erzeugt wird und welches entsprechend der simulierten Fluggeschwindigkeit vorbeizieht. Die Darstellung ändert sich mit Höhe und Fluglage und Flugzustand. Der Bereich der synthetisch erzeugten Geländedarstellung ist nicht begrenzt. Nach einem Flug von genügender Dauer tritt der Simulatorpilot wieder auf ein bereits überflogenes Gebiet oder auf ein Gebiet, das von einem neuen Film oder einem anderen Modellgelände stammt.

Die synthetisch erzeugten Geländeansichten mit ihren regelmäßigen geometrischen Mustern eignen sich gut für die Simulierung von Flügen über Land. Für die Simulierung von Flügen über Wasser sind derartige Darstellungsgeneratoren jedoch weniger geeignet, da ein Pilot über Wasser Wellen erwartet, die kein regelmäßiges geometrisches Muster bilden, sondern in dauernder Bewegung sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Sichtgerät für einen Flugsimulator zu schaffen, das keine erkennbaren Bereichsgrenzen aufweist und sich insbesondere für die Simulierung von Flügen über Wasser eignet. Das Sichtgerät soll auch Geschwindigkeit, Höhe, Fluglage und Kurs als Parameter berücksichtigen können.

Die Erfindung geht aus von einem Sichtgerät für einen Flugsimulator zum Darstellen eines überflogenen Gebietes, mit einer Filmplatte, auf der das Gebiet abgebildet ist, und mit einer Abtasteinrichtung für das auf der Filmplatte dargestellte Gebiet, wobei die Darstellung entsprechend den Flugzeugparametern veränderbar ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist darin zu sehen, daß die Filmplatte mehrere identische Abbildungen des Gebietes nebeneinanderliegend enthält, daß die aneinandergrenzenden Bildgrenzen so beschaffen sind, daß ein für das Auge unerkennbarer

8098Ü2/0899

Übergang gebildet ist, und daß die Abtasteinrichtung eine Umschalteinrichtung aufweist, die die Abtastung auf eine identische Stelle eines anderen Bildes umschaltet, wenn die Abtastung in die Nähe der Begrenzung eines Bildes gelangt.

Vorzugsweise umfaßt die Abtasteinrichtung eine Kathodenstrahlröhre als Punktabtaster, und die Umschalteinrichtung beeinflußt die Ablenksignale. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Umschalteinrichtung so ausgebildet ist, daß sie während des Vertikalrücklaufs betätigt wird.

Zusätzlich kann eine Einrichtung zum Beeinflussen der Größe und der Gestalt des Abtastrasters vorgesehen sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Filmplatte vier identische Abbildungen des Gebietes.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispxel ergänzend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein typisches Darstellungsgerät mit den Merkmalen

nach der Anmeldung;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispxel einer Filmplatte für die Zwecke der Erfindung.

Synthetische Geländedarstellungen ergeben unbegrenzte Übungsbereiche für Übungspersonen in Flugsimulatoren. Der Einfluß der Höhe wird dadurch berücksichtigt, daß das Gelände, welches die Übungsperson sieht, größer oder kleiner dargestellt wird, je nachdem, ob das simulierte Flugzeug niedriger oder höher fliegt. Perspektivische Änderungen der Darstellung erfolgen durch einen dynamischen Analog-Rastercomputer (DARC), wie an sich bekannt, so daß auch Änderungen in der Fluglage des Flugzeuges berücksichtigt werden können. Kursänderungen werden berücksichtigt durch Drehen des Darstellungsrasters. Die

809842/0899

Geschwindigkeit wird berücksichtigt durch die Schnelligkeit, mit der die Darstellung auf dem Sichtgerät bewegt wird.

In ähnlicher Weise läßt sich eine Meeresansicht oder eine Geländedarstellung, welche anfangs von einem Bild auf eine Filmplatte übertragen worden ist, und welche als Vorlage für einen Punktabtaster dient, zum Gewinnen von Informationen über die Höhe, die Fluglage, den Kurs und die Geschwindigkeit verwenden. Die Größe des Punktabtastrasters, d.h. die Größe der beleuchteten Filmfläche, bestimmt das sichtbare Gelände auf dem Sichtgerät, das die Übuigsperson des Simulators sieht. Die Größe der Fläche auf dem Sichtgerät ist eine Funktion der Punktabtastrastergröße, die sich wiederum mit der eingenommenen Höhe des Flugzeuges ändert. Das Punktabtastraster wird wahlweise verzerrt durch den dynamischen Analog-Rastercomputer, um die Flugzeuglage zu berücksichtigen. Die Geschwindigkeit, mit der sich ein bestimmtes Raster über die Abtastfläche des Punktabtasters bewegt, ist ein Maß für die Geschwindigkeit des Flugzeuges.

Normalerweise würde die Übungsperson bald die Grenzen des auf dem Film dargestellten Geländes überschreiten. Dies läßt sich vermeiden durch Anwendung der anmeldungsgemäßen Merkmale. Die Erfindung läßt sich verwenden für Meeresansichten, für die Simulierung von Flügen über Wasser und für reichlich bewaldete Gegenden oder Landflächen, bei denen das Gelände aus der Sicht des Flugzeuges deutlich sich wiederholende Muster aufweist.

Die Erfindung läßt sich am besten anhand von Fig. 1 beschreiben. In einem nicht dargestellten Rechner sind die für ein betreffendes Flugzeug geltenden Fluggleichungen sowie andere Parameter eingegeben, so daß sich der Simulator in gleicher Weise verhält wie das betreffende Flugzeug. Dies ist an sich bekannt. Die

809842/0899

- fs -

aus dem Rechner stammenden Daten, die dynamisch die Höhe, die Fluglage, Geschwindigkeit, Kurs und statische perspektivische Parameter enthalten, sind erforderlich, um optische Verzerrungen zu korrigieren, Gelände darzustellen und geometrische Verzerrungen auszuführen.

Der Ausgang des Interface 11 gelangt an einen Ablenkgenerator 12, der die erforderlichen dynamischen und statischen Korrekturen durchführt für die endgültige perspektivische Darstellung. Die Ablenksignale gelangen an eine Treiberstufe 13 für eine Kathodenstrahlröhre und lenken den Elektronenstrahl des Punktabtasters 14 ab, der ein Raster erzeugt, welches in Größe und Gestalt von den Signalen des Ablenkgenerators 12 bestimmt wird.

Der Punktabtaster 14 hat eine faseroptische Stirnfläche, die in inniger Berührung mit einer Filmplatte 15 steht. Das Punktlicht des Punktabtasters gelangt durch die Filmplatte 15 und wird durch eine Optik 16 an einen Photovervielfacher 17 geleitet. Das Ausgangssignal des Photovervielfachers gelangt an einen Videoprozessor 18 und sodann auf das in der Figur nicht dargestellte Sichtgerät.

Der Ablenkgenerator 12 kann einen Geschwindigkeitsgenerator, einen dynamischen Analograstercomputer, etwa den nach Millard et al, und eine digitale Glättungseinrichtung umfassen.

Der Geschwindigkeitsgenerator empfängt die X- und Y-Geschwindigkeitssignale von dem Interface 11 und wandelt diese in einer Ausführungsform in ein Geschwindigkeits-Taktsignal um, welches mit einem Referenzzählsignal verglichen wird, das repräsentativ für eine bestimmte Rasterposition auf dem Punktabtaster 14 ist. Auf diese Weise ist die Lage des Punktabtastrasters auf der Schirmfläche des Punktabtasters 14 und daher auch die Lage auf der Filmplatte 15 in Bezug auf eine bestimmte Referenzlage immer bekannt. Der

809842/0899

Geschwindigkeitsgenerator erzeugt auch analoge Geschwindigkeitssignale, die an den dynamischen Analog-Rastercomputer gelangen· Dieser formt die Ablenkeingangssignale für den Punktabtaster 14 so um, daß sie dynamisch den dynamischen Flugzeugparametern und den statischen Parametern der optischen Verzerrungen folgen. Eine digitale Glättungseinrichtung dient dazu, sichtbare Änderungen der visuellen Darstellung bei einer Änderung der Daten aus dem Rechner zu vermeiden. Eine derartige Glättungseinrichtung kann z.B. nach der US-Patentanmeldung Nr. 650 102 vom 19. Januar 1976 des D.L. Peters erfolgen.

Als Punktabtaster 14 läßt sich die Kathodenstrahlröhre L 4229-01/LP 201 der Firma Litton Industries, Inc. verwenden. Die faseroptische Schirmfläche hat eine innere Oberfläche, die genau kugelförmig geschliffen ist entsprechend einem Radius, der dem Ablenkradius des Elektronenstrahls angepaßt ist, so daß Kissenverzerrungen vermieden werden. Die üblichen Möglichkeiten der Linearitätskorrektur erlauben es, die Abweichung von der Linearität kleiner als 0,025 mm entsprechend der Größe des Abtastpunktes zu halten, und zwar über die gesamte Nutzfläche der Kathodenstrahlröhre.

Die faseroptische Schirmfläche ermöglicht die direkte Verwendung einer auf der Schirmfläche direkt aufliegenden Filmplatte. Für die oben genannte Kathodenstrahlröhre wird als wirksame Blendenöffnung für diesen Fall der Wert o,7 angegeben. Diese außergewöhnlich hohe Lichtstärke zusammen mit anderen Eigenschaften der Kathodenstrahlröhre ermöglicht einen Störabstand in dem System von 40 db.

Die Filmplatte 15 ist in Fig. 2 dargestellt. Das Bild 20, etwa eine Meeresansicht oder andere sich wiederholende Geländekonfigurationen, besteht aus vier identischen Bildern I bis IV, die auf an sich bekannte Weise durch hochpräzise Druck- und übertragungsverfahren hergestellt werden. Die Bilder I-IV

809842/0899

·9·

überlappen sich so, daß an den Schnittstellen zwischen den Bildern ein stetiger Übergang der Bildmuster erfolgt. Diese Schnittstellen sind so ausgeführt, daß sie für das Auge bei der Sichtdarstellung nicht erkennbar sind.

Der in Figur 2 dargestellte Nadir-Umgrenzungsbereich 21 bildet keinen Teil des auf der Filmplatte 15 abgebildeten Bildes. Dieser Nadir-Umgrenzungsbereich ist vielmehr eine unsichtbare Grenze, die, wenn sie von dem simulierten Flugzeugnadir geschnitten wird, ein Umschalten des Rasters des Punktabtasters 14 von beispielsweise Bild I auf eine identische Bildstelle beispielsweise bei dem Bild III bewirkt. Das tatsächliche Bildmuster, auf das der Rasterpunkt umgeschaltet wird, ergibt sich durch den Flugweg zur Zeit der Umschaltung des Rasters. Praktisch wird das Raster nicht umgeschaltet in dem Moment, wo der Flugzeugnadir den Nadir-Umgrenzungsbereich 21 schneidet, sondern erst in der nächsten vertikalen Abtastperiode des Punktabtasters 14.

Der im Zusammenhang mit dem Ablenkgenerator 12 bereits erwähnte Geschwindigkeitsgenerator bewirkt den Lauf des Abtastpunktes auf der Schirmfläche des Punktabtasters 14 und damit auf der Filmplatte 15. Wenn der Nadir-Umgrenzungsbereich überschritten wird, wird ein überlaufzähler betätigt, der weiterzählt, wenn der Flugzeugnadir die den Nadir-Umgrenzungsbereich einschließende Linie überschreitet* Beim Vertikal-Rücklauf kann der Überlaufzählwert verwendet werden zum Einstellen des Zählers für den Rasterort, wodurch bewirkt wird, daß der Rasterpunkt so eingestellt wird, daß der Flugzeugnadir über einen neuen Stelle der Filmplatte liegt, welcher ein identisches Bild hat wie diejenige Stelle, die vor dem Beginn des Rücklaufs vorhanden war.

809842/0899

- ff -

./ίο·

Die Sammeloptik 16 kann von bekannter Ausführung sein, wobei jedoch für eine größtmögliche Lichtausbeute eine sogenannte "Total Internal Reflection Optical Device" gemäß der US-Patentanmeldung 742 288 vom 15. November 1976 auf den Namen R.A. Mecklenburg vorzuziehen ist.

Der Videoprozessor 18 kann einen Generator für Spezialeffekte enthalten, um beispielsweise einen realistischen Horizontübergang zwischen Meer und Himmel oder Wolkeneffekte und dergleichen zu simulieren.

2/0899

Claims (1)

1. 33-1741 S

   Patentansprüche :

   Sichtgerät für einen Flugsimulator zum Darstellen eines überflogenen Gebietes, mit einer Filmplatte, auf der das Gebiet abgebildet ist, mit einer Abtasteinrichtuna für das auf der Filmplatte dargestellte Gebiet, wobei die Darstellung entsprechend den Flugzeugparametern veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Filmplatte mehrere identische Abbildungen des Gebietes nebeneinanderliegend enthält, daß die aneinandergrenzenden Bildgrenzen so beschaffen sind, daß ein für das Auge unerkennbarer Übergang gebildet ist, und daß die Abtasteinrichtung eine Umschalteinrichtung aufweist, die die Abtastung auf eine identische Stelle eines anderen Bildes umschaltet, wenn die Abtastung in die Nähe der Begrenzung eines Bildes gelangt.

   Sichtgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung eine Kathodenstrahlröhre als Punktabtaster umfaßt und daß die Umschalteinrichtung die Ablenksignale beeinflußt.

   Sichtgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung so ausgebildet ist, daß sie während des Vertikal-(Bild)-Rücklaufs betätigt wird.

   Sichtgerät nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Beeinflussen der Größe und Gestalt des Abtastrasters.

   8O9842/089Q