DE2820392C3 - Umschaltverfahren zur Vermessung von zwei benachbarten Flugobjekten in Aufeinanderfolge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Umschaltverfahren zur Vermessung von zwei benachbarten Flugobjekten in Aufeinanderfolge mittels einer VermessungsanJage, die ein elektronisches Beobachtungssystem mit Bildsensor und Bildgerät, ein Regelungssystem zum automatischen Richten des Bildsensors auf ein zu vermessendes Flugobjekt und mindestens ein erstes und ein zweites Bildauswertesystem enthält, wobei im Beobachtungssystem ein erstes elektronisches Fenster erzeugt wird, welches auf dem Bildgerät die Spur der Visierlinie umrahmt und im ersten Bildauswertesystem aus solchen Signalen des Beobachtungssystems, die einem auf dem Bildgerät innerhalb des ersten Fensters liegenden Bildpunkt entsprechen, ein Paar von ersten Ablagesignalen erzeugt wird, die ein Maß für die momentane Winkelablage in Azimut und Elevation zwischen der Richtung des ersten Flugobjekts und der Visierlinie des Bildsensors darstellen und dem Regelungssystem als Istwerte zugeführt werden, wobei ferner im Beobachtungssystem ein zweites elektronisches Fenster erzeugt wird, welches auf dem Bildgerät mittels manuell betätigbarer Steuermittel als Rahmen um das Bild eines zweiten Flugobjekts positioniert wird und im zweiten Bildauswertesystem aus solchen Signalen des Beobachtungssystems, die einem auf dem Bildgerät innerhalb des zweiten Fensters liegenden Bildpunkt entsprechen, ein Paar von zweiten Ablagesignalen erzeugt wird, die ein Maß für die momentane Winkelablage in Azimut und Elevation zwischen der Richtung des zweiten Flugobjekts und der Visierlinie darstellen, und wobei die Istwerte des Regelungssystems vom Paar der ersten Ablagesignale auf das Paar der zweiten Ablagesignaie umschaltbar sind.

Es sind Vermessungsanlagen bekannt (DE-AS 25 02 245), die ein elektronisches Bwbachtungssystem mit Bildsensor und Bildgerät, ein Regelungssystem zum automatischen Richten des Bildsensors auf ein zu vermessendes Flugobjekt und ein Bildauswertesystem enthalten, wobei im Beobachtungssystem ein elektronisches Fenster erzeugt wird, welches auf dem Bildgerät die Spur der Visierlinie umrahmt und im Bildauswertesystem aus solchen Signalen des Beobachtungssystems, die einem auf dem Bildgerät innerhalb des Fensters liegenden Bildpunkt entsprechen, ein Paar von Ablagesignalen erzeugt wird, die ein Maß für die momentane Winkelablage in Azimut und Elevation zwischen der Richtung des Flugobjekts und der Visierlinie des BiIdsensors darstellen und dem Regelungssystem als Istwerte zugeführt werden; elektronische Fenster werden im wesentlichen als Mittel zur Verbesserung der Videokontrastanalyse des Bildes eines Flugobjektes verwendet. Wie beispielsweise aus der US-PS 37 36 376 bekannt ist, sind derartige Anlagen dazu bestimmt und ausgebildet, das elektronische Fenster und das Bild des zu vermessenden Flugobjektes etwa in die Mitte des Bildes auf dem Bildgerät zu bringen und dort zu halten. Bekannt sind auch manuell betätigbare Steuermittel — meist ein zweidimensional beweglicher Steuerknüppel der in der DE-AS 22 09 073 dargestellten Art —, mit welchen ein elektronisches Fenster um andere Bildpunkte als die Bildmitte gelegt werden kann. Wenn die Bedienungsperson ein zu vermessendes Flugobjekt auf dem Bildgerät erscheinen

sieht, positioniert sie das elektronische Fenster mit Hilfe der Steuermitte! um das Bild des Flugobjektes, worauf sie ein automatisches Richten einschaltet; nun wird der Bildsensor automatisch so gerichtet, daß das Bild des Flugobjektes und das elektronische Fenster auf dem Bildschirm zur Bildmitte zurückkehren. Die Position des Bildsensors wird laufend gemessen, wie auch die genaue Lage des Bildes des Flugobjektes auf dem Bildgerät, woraus sich Daten über die Lage des Flugobjektes in Azimut und Elevation ergeben. Für militärische Zwecke werden diese Daten z. B, zum Richten von Fliegerabwehr-Kanonen gegen das Flugobjekt verwendet; für zivile Zwecke wird z. B. das Flugobjekt laufend verfilmt, während die Daten über die Lage des Flugobjektes auf dem Film kodiert registriert werden. Ein typisches Beispiel einer solchen zivilen Anwendung ist die Vermessung von Raketen, die beispielsweise zur Beförderung von Raumschiffen verwendet werden: es ist sowohl bei der Entwicklung solcher Raketen als auch beim Starten solcher Raumschiffe nötig, die Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Flugobjektes genauestens zu kennen. Gerade in einem solchen Fail ist es aber nötig, als zu vermessenden Punkt wahlweise die Düse oder die Spitze der Rakete oder noch einen beliebigen Punkt derselben zu verfolgen. Das Umschalten der Vermessungsanlage von der Vermessung des einen Punktes zur Vermessung eines anderen Punktes (welche beiden Punkte als zwei benachbart im Verband fliegende Flugobjekte betrachtet werden können) ist mit Richtfehlern verbunden, die vorwiegend auf die mit dem Eingriff der Bedienungsperson verbundenen Zeitverzögerungen zurückzuführen sind.

Um diesem Mangel abzuhelfen, ist ein Verfahren der eingangs genannten Art (Bulletin 606 der Firma DBA Systems, Ine, 16.2.1973) entwickelt worden, bei dem durch Vorsehen von wenigstens zwei voneinander unabhängigen elektronischen Fenstern wenigstens zwei Flugobjekte gleichzeitig verfolgt werden können. Dabei sind auch zwei Bildauswertesysteme für die Erzeugung von entsprechenden, jedem Fenster zugeordneten Ablagesignaien vorgesehen. Jedoch ergibt auch die bei diesem bekannten Verfahren vorgesehene Verdoppelung des Bildauswertesystems noch keine Lösung des Umschaltproblems, weil beim Umschalten des Regelungssystems von den einen auf die anderen Ablagesignale Einschwingvorgänge erzeugt wurden, die ihrerseits Fehler der Vermessung verursachen.

Aufgabe der Erfindung ist, beim Umschalten der Vermessung von einem Flugobjekt auf ein anderes benachbartes Flugobjekf die Fehler zu eliminieren, die so auf einen Eingriff der Bedienungsperson oder auf Einschwingvorgänge zurückzuführen sind.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß zum Erreichen der Koinzidenz des zweiten Fensters mit dem Bild des zweiten Flugobjekts zu den ersten Ablagesignalen ein Azimut- bzw. Elevationszusatzsignal addiert wird und gleichzeitig auf dem Bildgerät das erste Fenster um eine dem Azimjt- bzw. Elevationszusatzsignal entsprechende Ablage von der Ausgängsläge, bei der das erste Fenster die Spur der Visierlinie umrahmt, versetzt wird, während das zweite Fenster in der die Spur der Visierlinie umrahmenden Lage bleibt und nach Erreichen der Koinzidenz das Umschalten erfolgt. Auf diese Weise wird ein ruckfreies Umschalten von dem eisten auf das zweite Flugobjekt erzielt, da im Moment des! !mschaltens die Visierlinie des Bildsensors bereits auf das zweite Flugobjekt gerichtet ist und folglich Einschwingvorgänge des Regelungssystems vermieden werden.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dadurch verbessert, daß das Azimut bzw. Elevationszusatzsignal vom Wert Null ausgehend verändert wird, bis infolge der Reaktion des Servosystems auf diese Veränderung das jeweils zugeordnete zweite Ablagesignal etwa annulliert wird, wobei die Dauer des Veränderungsvorganges wesentlich größer ist als die Zeitkonstante des Regelungssystems.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren noch dadurch verbessert, daß eine momentane Position von manuell betätigbaren Steuermitteln den jeweiligen Wert des Azimut- bzw. Elevationszusatzsignals bestimmt, wobei in einer Ausgangsposition der Steuermittel beide Zusatzsignale den Wert Null einnehmen, und daß im Moment der Umschaltung diese Steuermittel wirkungslos werden, bis sie in die- Ausgangsposition zurückgebracht werden. Damit wird erreicht, daß das erste elektronische Fenster nach dem Umschalten in die Bildmitte zurückkommt, um die Bereitschaft zum erneuten Umschalten auf ein anderes Flrgobjekt wieder zu erstellen, wobei unzeitige Umschaltungen als Bedienungsfehler ausgeschlossen werden.

Vorteilhaft ist bei diesem Umschaltverfahren, daß durch eine einzige Handlung der Bedienungsperson gleichzeitig das künftig zu vermessende zweite Flugobjekt erfaßt und die Vermessungsanlage in die für diese Vermessung günstigste elektronische und mechanische Ausgangssituation gebracht wird, während die Vermessung des ersten Flugobjektes ungestört noch weiterläuft

Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Vermessungsanlage zur Durchführung des Umschaltverfahrens, und

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines auf dem Bildgerät erscheinenden Bildes bei der Durchführung des Umschaltverfahrens.

In F i g. 1 ist eine Zielverfolgungs- und Vermessungsantage schematisch dargestellt. Das Beobachtungssystem dieser Anlage enthält einen Bildsensor 1 und ein Bildgerät 2. Der Bildsensor 1 ist beispielsweise eine auf Licht oder Infrarot empfindliche Fernsehkamera; seine Visierlinie 3 ist als strichpunktierte Linie dargestellt. Das Bildgerät 2 ist beispielsweise ein übliches Fernseh-Bildgerät mit einem Bildschirm 4. Auf dem Bildschirm 4 erscheint die Spur der Visierlinie 3 etwa in der Bildmitte. Der Bildsensor 1 wird durch ein Servosystem 5 auf ein zu beobachtendes Flugobjekt gerichtet was mit dem gestrichelten Pfeil 6 symbolisiert wird; Schleppfehkr des Servosystems werden hier vernachlässigt, d.h. es ivird davon ausgegagen, daß das Servosystem fähig ist, den Bewegungen des Flugobjektes zu folgen.

Die Signale des Bildsensors 1 werden über eine Leitung 7 einem ersten Bildauswertesystem 8 und einem zweiten Bildauswertesystem 9 zugeführt. Solche BiIdauswertesystema sind bekannt; sie analysieren die dem Bild des Flugobjektes entsprechenden Signale des Bildsensors, um aufgrund des Bildkontrastes den Schwerpunkt oder mittleren Punkt der Bildflache des Flugobjektes zu bestimmen, und erzeugen ein Paar von Ablagesignalen, welche die Lage des Schwerpunktes in bezug auf ein Koordinatensystem bezeichnen; der Bezugspunkt des Koordinatensystems und die Richtung der Koordinaten werden dabei so gewählt, daß je eines der Ablagesignale proportional zum Winkelmaß der

Azimut- bzw. Elevationsablage des Flugobjektes in bezug auf die Visierlinse ist. Vom ersten Bildauswertesystem 8 wird ein Paar von ersten Ablagesignalen auf einem Leitungspaar 10 geliefert, ebenso wird ein Paar von zweiten Ablagesignalen vom zweiten Bildauswertesystem 9 auf einem Leitungspaar 11 geliefert; Leitungspaare werden in der Zeichnung als mit zwei Schrägstrichen gekreuzte Leitungen dargestellt.

Das erste Paar von Ablagesignalen wird vom Leitungspaar 10 Ober ein Addierwerk 12 und einen Umschalter 13, deren Funktionen weiter unten erläutert werden, einem Leitungspaar 14 zugeführt; ebenso wird das zweite Paar von Ablagesignalen vom Leitungspaar 11 über den Umschalter 13 zum Leitungspaar 14 zugeführt. Die vom Leitungspaar 14 geführten Signale werden dem Servosystem 5 als Istwert eingegeben, d. h., je eines der Signale dient als Istwert der Richtung der Visierlinie 3 in Azimut bzw. Elevation; gleichzeitig werden diese Ablagesignale von einem Leitungspaar 116 abgenommen, um zur Registrierung der momentanen Richtung der Visierlinie verwendet zu werden.

In einem ersten Fenstererzeuger 17 werden Signale eines ersten elektronischen Fensters erzeugt, die das erste Bildauswertesystem 8 über die Leitung 18 steuern. Solche elektronischen Fenster sind bekannt und dienen dazu, die Kontrastanalyse der Bildfläche des Flugobjelctes zu verbessern; zur Identifizierung des Bildes des Flugobjektes werden nur solche Bildpunkte analysiert, die sich innerhalb des elektronischen Fensters befinden. Der erste Fenstererzeuger 17 steuert auch einen ersten Videomischer 19 über eine Leitung 20. In einem zweiten Fenstererzeuger 21 werden Signale eines zweiten elektronischen Fensters erzeugt, die das zweile Bildauswertesystem 9 über die Leitung 22 steuern; ebenfalls steuert der zweite Fenstererzeuger 21 einen zweiten Videomischer 23 über eine Leitung 24. Die Signale des Bildsensors 1 werden von der Leitung 7 je einem anderen Eingang der beiden Videomischer 19 und 23 zugeführt. Die Ausgangssignale der Videomischer 19 und 23 werden über je eine Leitung 25 bzw. 26 einem dritten Videomischer 27 zugeführt, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 28 das Bildgerät 2 steuert.

Auf UIC5C Weise wild auf dem Bildschirm 4 ein öiid erzeugt, das die von den elektronischen Fenstern modifizierten Signale des Bildsensors 1 darstellt; die Modifikation besteht darin, daß im Bild auf dem Bildschirm je ein Rahmen erscheint, der je eines der Fenster darstellt; in einer anderen bekannten und sogar üblicheren Ausbildung könnte je ein Fadenkreuz zur Darstellung je einer Mitte eines Fensters erscheinen, während der Rahmen des jeweiligen Fensters nicht erscheint.

Es sind Steuermittel 29 vorgesehen, welche von einer Bedienungsperson mittels eines zweidimensional beweglichen Steuerknüppels 30 betätigbar sind; je eine Bewegungsrichtung des Steuerknüppels 30 steuert atf bekannte Weise in den Steuermitteln 29 die Erzeugung je eines Zusatzsignals. Dem einen Zusatzsignal ist die Azimutablage, dem anderen die Elevationsablage zugeordnet. Beide Zusatzsignale werden über das Leitungspaar 31 einerseits dem Addierwerk 12 und andererseits dem ersten Fenstererzeuger 17 zugeführt.

Im Addierwerk 12 werden die einander zugeordneten Ablage- und Zusatzsignale summiert, woraus sich je ein Azimut- bzw. Elevations-Summensignal ergibt, das dem Umschalter 13 über je eine Leitung eines Leitungspaares 15 zugeführt wird. Es wird vorerst angenommen, da3 der Umschalter das Leiiungspaar 15 mit den Leitungipaaren 14 und 16 verbindet, während das Leitungspaar 11 nicht weiter verbunden ist. Das Addieren von Zusatzsignalen zu den Ablagesignalen bewirkt eine Veränderung der dem Servosystem 3 auf dem Leitungspaar 14 zugeführten Istwerte. Auf diese Veränderung der Istwerte reagiert das Servosystem 5 durch eine Veränderung der Richtung der Visierlinie 3, was aber bewirkt, daß die Visierlinie 3 um eine von den Zusatzsignalen vorgegebene Sollablage von der Rieh·

ίο tung des ersten Flugobjektes abweicht Da die Spur der Visierlinie 3 auf dem Bildschirm 4 grundsätzlich auf der Bildmitte liegt, erscheint nun das Bild des ersten Flugobjektes um einen von den Zusatzsignalen bestimmten Betrag von der Bildmitte versetzt.

Ii Gleichzeitig bewirken die Azimut- bzw. Elevations-Zusatzsignale im ersten Fenstererzeuger 17 eine Versetzung des Zentrums des eniten elektronischen Fensters. Wenn beide Zusatzsignale gleich Null sind, liegt das Zentrum des Fensters in der Bildmitte auf dem

2n Bildschirm 4; ein Azimutzusatzsignal bewirkt eine horizontale, ein Elevationszusatzsi|;nal eine vertikale Versetzung, und zwar um genau den gleichen Betrag wie die Versetzung des Bildes des Flugobjektes in Reaktion auf dieselben Zusatzsignale. Auf diese Weise

2=> umrahmt das erste elektronische Fenster in jeder Versetzungslage immer das Bild des ersten Flugobjektes.

Das »weite elektronische Fenster bleibt hingegen immer auf die Bildmitte zentriert, da der entsprechende

in zweite Fenstererzeuger 21 nicht von den Zusatzsignalen gesteuert wird. Die Bedienungsperson kann also mit dem Steuerknüppel 30 solche Zusatzsignale erzeugen, die eine solche Versetzung des Bildes des ersten Flugobjektes und des ersten elektronischen Fensters

3i bewirken, daß das Bild des zweiten Flugobjektes gerade in die Bildmitte und in das zweite elektronische Fenster zu liegen kommt. Ein solcher Zustand wird in Fig. 2 veranschaulicht.

In Fig. 2 wird das Bild auf dem Bildschirm 4 dargestellt. Um die Bildmitte liegt das zweite elektronische Fenster, dessen Rahmen 42 sichtbar gemacht wird. Von der Bildmitte versetzt erscheint der ebenfalls sichtbare Rahmen 4i des ersten elektronischen Fensters. Auf dem Bildschirm ist das Bild 43 einer

-15 Rakete sichtbar, deren Spitze im Rahmen 42 erscheint, während der Motor, bzw. der heißeste Punkt der aus der Düse austretenden Gase, im Rahmen 41 erscheint In dieser Situation vermißt die Vermessungsanlage die Richtung des Motors, jedoch hat die Bedienungsperson

V) mit Hilfe des Steuerknüppels 30 das Bild auf dem Bildschirm 4 so verschoben, daß die Spitze der Ra'-ete in die Bildmitte gekommen ist Die Visierlinie 3 ist also in dieser Situation auf die Spitze der Rakete gerichtet Folglich wird ein späteres Umschalten der Vermessung vom Motor auf die Spitze der Rakete gar keine Änderung der Richtung der Visierlinie, keine Bewegung des Bildsensors und keine Änderung des Zustandes des Servosystems verursachen — zum Umschalten wird also keine Zeit für eine Suche des neuen Flugobjektes

so oder für ein Einschwingen des Sepfosystems benötigt werden.

Das Umschalten erfolgt durch Betätigen eines Schaltknopfes 32, der sieb im Knauf des Steuerknüppels 30 befindet Ein Druck auf den Schaltknopf 32 bewirkt eine Unterbrechung der Verbindung zwischen den Lsiturigspaaren 15 und !4 sowie eine Verbindung der Leitungspaare 11 und 14, was mit dem gestrichelten Pfeil 33 symbolisiert wird. Gleichzeitig werden durch

den Druck auf den Schaltknopf 32 die vom Leitungspaar 31 geführten Zusatzsignale auf den Wert Null geklemmt und erst wieder freigegeben, wenn der Steuerknüppel 30 in die Ausgangsposition zurückgebracht wird, d. h., wenn die Zusatzsignale ohnehin den Wert Null 5 einnehmen.

Beim Druck auf den Schaltknopf 32 erhält also das Servosystem 5 seinen Istwert von den zweiten Ablagesigpalen des zweiten Bildauswertesystems 9, so daß die Visierlinie 3 nun das zweite Flugobjekt verfolgt. Die Zusatzsignale kehren auf Null zurück, .«o daß das erste elektronische Fenster in die Bildmitte zurückkommt und sich dort dem zweiten elektronischen Fenster überlagert. Wenn der auf den Schaltknopf 32

ausgeübte Druck aufhört, werden die Leitungspaare 15 und 14 wieder verbunden, während die Verbindung zwischen den Leitungspaaren 11 und 14 wieder unterbrochen wird. Da aber inzwischen das Leitungspaar 31 keine Zusatzsignale mehr führt, werden die ersten Ablagesignale des ersten Bildauswertesystems 8 im Addierwerk 12 mit Null addiert, d. h. nicht verändert, so daß dem Servosystem 5 keine Sollablage aufgeprägt wird. Die Visierlinie 3 ist und bleibt also auf das zweite Flugobjekt gerichtet, und die Vermessungsanlage steht in einem Bereitschaftszustand zur Wiederholung des Umschaltverfahrens auf ein weiteres Flugobjekt, sobald dies erwünscht ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Umschaltverfahren zur Vermessung von zwei benachbarten Flugobjekten in Aufeinanderfolge mittels einer Vermessungsanlage, die ein elektronisches Beobachtungssystem mit Bildsensor und Bildgerät, ein Regelungssystem zum automatischen Richten des Bildsensors auf ein zu vermessendes Flugobjekt und mindestens ein erstes und ein zweites Bildauswertesystem enthält, wobei im Beobachtungssystem ein erstes elektronisches Fenster erzeugt wird, welches auf dem Bildgerät die Spur der Visierlinie umrahmt und im ersten Bildauswertesystem aus solchen Signalen des Beobachtungssystems, die einem auf dem Bildgerät innerhalb des ersten Fensters liegenden Bildpunkt entsprechen, ein Paar von ersten Ablagesignalen erzeugt wird, die ein Maß für die momentane Winkelablage in Azimut und Elevation zwischen der Richtung des ersten Flugcwjekts und der Visierlinie des Bildsen-· sors darstellen und dem Regelungssystem als Istwerte zugeführt werden, wobei ferner im Beobachtungssystem ein zweites elektronisches Fenster erzeugt wird, welches auf dem Bildgerät mittels ma- 2s nuell betätigbarer Steuermittel als Rahmen um das Bild eines zweiten Flugobjekts positioniert wird und im zweiten Bildauswertesystem aus solchen Signalen des Beobachtungssystems, die einem auf dem Bildgerät innerhalb des zweiten Fensters liegenden Bildpunkt entsprechen, ein Paar von zweiten Ablagesignalen erzeugt wird, die ein Maß für die momentane Winkelablage in Azimut und Elevation zwischen der Richtung des zweiten Flugobjekts und der Visierlinie darstellen, und wobei -iie Istwerte des Regelungssystems vom Paar der ersten Ablagesignaie auf das Paar der zweiten Ablagesignale umschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen der Koinzidenz des zweiten Fensters mit dem Bild des zweiten Flugobjekts zu den ersten Ablagesignalen ein Azimut- bzw. Elevationszusatzsignal addiert wird und gleichzeitig auf dem Bildgerät das erste Fenster um eine dem Azimut- bzw. Elevationszusatzsignal entsprechende Ablage von der Ausgangslage, bei der das erste Fenster die Spur der Visierlinie umrahmt, versetzt wird, während das zweite Fenster in der die Spur der Visierlinie umrahmenden Lage bleibt und nach Erreichen der Koinzidenz das Umschalten erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Azimut- bzw. Elevationszusatzsignal vom Wert Null ausgehend verändert wird, bis infolge der Reaktion des Servosystems auf die Veränderung das jeweils zugeordnete zweite Ablagesignal etwa annuliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Veränderungsvorganges wesentlich größer ist als die Zeitkonstante des Regelungssystems.

4. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß eine momentane Position von manuell betätigbaren Steuermitteln den jeweiligen Wert des Azimut· bzw. Elevationszusatzsignals bestimmt, wobei in einer Ausgangsposition der Steuermittel beide Zusatzsignale den Wert Null einnehmen. es

5. Verfahren nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Moment der Umschaltung die manuell betätigbaren Steuermittel wirkungslos werden, bis sie in die Ausgangsposition zurückgebracht werden,