DE4007713C2 - Aufhängung einer photogrammetrischen Luftbildmeßkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung in photogrammetrischen Luftbildmeßkammern, die in horizontstabilisierten Plattformen aufgehängt sind.

Praktische Ergebnisse von Bildflügen unter turbulenten Flugbedingungen zeigen, daß trotz Bildwanderungsausgleich und dynamisch stabilisierten Plattformen immer noch unkompensierte Bildwanderungskomponenten durch azimutale Drehbewegungen des Flugzeugs vorhanden sind. Unter mittelturbulenten Flugbedingungen werden Winkelgeschwindigkeiten bis 3°/s bei Frequenzen von 0,5 Hz gemessen. Die dadurch resultierenden Bildwanderungen betragen

Das bedeutet beispielsweise bei einer azimutalen Winkelgeschwindigkeit von 2°/s und einer Belichtungszeit von 1/100 s in den Bildecken einer 23 × 23 cm² Meßkammer einer Bildwanderung 56 µm.

Bekannte stabilisierte Aufhängungen für Luftbildmeßkammern (SU 4 48 422, US 37 03 999) stabilisieren nur die beiden horizontalen Kippachsen, können daher diesen Fehler nicht ausgleichen.

Aus der DE 36 21 897 A1 ist eine Anordnung zur dynamischen Lagestabilisierung einer allseitig schwenkbar aufgehängten Luftbildmeßkammer bekannt. Dabei ist mit der Luftbildmeßkammer mindestens ein Winkelgeschwindigkeitssensor fest verbunden, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn zur Erfassung der Längs- und Querneigung der Meßkammer je ein Sensor vorgesehen ist. Diese Winkelgeschwindigkeitssensoren arbeiten vorzugsweise auf der Grundlage von Kreiseln und sprechen nur auf rotatorische Bewegungen an. Die Ausgangssignale der Sensoren werden jeweils einem Motor zugeführt, der mit den Sensoren einen Regelkreis bildet und die vom Flugzeug auf die Meßkammer einwirkenden rotatorischen Bewegungen eliminiert.

Ziel der Erfindung ist die Verringerung der Bildwanderung und die damit verbundene Genauigkeitserhöhung der Luftbildaufnahme.

Aufgabe der Erfindung ist es, den durch azimutale Drehbewegungen des Flugzeuges verursachten Störfaktor bei der Luftbildaufnahme weitgehend auszugleichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Aufhängung einer photogrammetrischen Luftbildmeßkammer, die zur Korrektur des Flugzeugabdriftwinkels einen ersten Regelkreis enthält, der den von einem Steuer- oder Navigationsgerät ermittelten Abdriftwinkel kompensierend auf die Meßkammer überträgt, dadurch gelöst, daß ein zweiter Regelkreis vorgesehen ist, der die Abdriftwinkelgeschwindigkeit der Luftbildmeßkammer gegen Null oder auf eine Korrekturwinkelgeschwindigkeit regelt, die von der Regelabweichung des ersten Regelkreises abgeleitet wird. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß über den ersten Regelkreis, bestehend aus einem Winkelaufnehmer, der den Ist-Abdriftwinkel zwischen Luftbildmeßkammer und Flugzeug mißt, und einen ersten Summierer, der diesen Istwert mit dem Abdrift- Sollwert des Steuergerätes vergleicht, die sich ergebenden Regelabweichungen über einen Begrenzerverstärker und einen Pegelsteller einem zweiten Summierer des zweiten Regelkreises als Winkelgeschwindigkeits-Sollwert zugeführt wird, durch diesen mit dem Winkelgeschwindigkeits-Istwert eines mit der Luftbildmeßkammer verbundenen Winkelgeschwindigkeitssensors verglichen wird und die daraus resultierende Differenz als Stellgröße über einen Regler und einen Antrieb auf die Meßkammer einwirkt, bis die Winkelgeschwindigkeit dem Ausgangspegel des Pegelstellers proportional ist.

Weiterhin ist es günstig, daß der Ausgang des Begrenzerverstärkers über einen Tiefpaß großer Zeitkonstante mit einem Eingang eines Fensterkompensators verbunden ist, der, falls das Eingangssignal den Fensterbereich verläßt, den Ausgangspegel des Pegelstellers auf einen größeren Wert umschaltet. Das ist der Fall, wenn über einen größeren Zeitraum eine einseitige Regelabweichung des ersten Regelkreises vorliegt, d. h. die absolute Abdriftposition hat eine größere Differenz zwischen Soll- und Istwert (z. B. nach einer geflogenen Kurve). Die Umschaltung des Pegelstellers bewirkt nun eine größere Korrekturgeschwindigkeit des zweiten Regelkreises, wodurch die neue Abdriftposition schneller erreicht wird. Der auf beliebige Art und Weise ermittelte Flugzeugabdriftwinkel kann auch in einem Rechner mit dem Ist-Abdriftwinkel der Luftbildmeßkammer verglichen werden, wobei der Rechner dem Begrenzerverstärker das entsprechende Korrektursignal zuführt und die Pegelumschaltung des Pegelstellers ebenfalls vom Rechner nach beliebigen Kriterien vorgenommen werden kann. Der mit der Luftbildmeßkammer verbundene Winkelgeschwindigkeitssensor kann durch einen ausreichend empfindlichen Winkelbeschleunigungssensor mit nachgeschaltetem Integrator ersetzt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Aufhängung der Luftbildmeßkammer.

Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung.

Die Kammer 1 ist in einem Abdriftdrehlager 14 gelagert, das im Aufhängungsoberteil 15 angeordnet ist. Das Oberteil 15 ruht über einer Horizontierungseinrichtung auf einem Unterteil 16. Der Abdriftwinkel zwischen Kammer und Flugzeug wird durch einen Winkelaufnehmer 7 gemessen, der mit dem Oberteil 15 fest verbunden ist.

Der Winkel zwischen Drehlager 14 und Oberteil 15 wird über einen Antrieb 5 eingestellt, der ebenfalls mit dem Oberteil 15 fest verbunden ist. Am Drehlager 14 ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor 2 vorgesehen. Wie in Fig. 2 dargestellt, bildet der Winkelgeschwindigkeitssensor 2 zusammen mit dem Summierer 3, dem Regler 4 und dem Antrieb 5 einen Regelkreis, der die azimutale Winkelgeschwindigkeit der Meßkammer 1 auf eine Winkelgeschwindigkeit regelt, die dem Ausgangssignal des Pegelstellers 12 proportional ist (im Normalfall Null). Ist die Meßkammer 1 am Anfang der Flugtrasse entsprechend zu dieser ausgerichtet, bleibt die Meßkammer während der Aufnahme der Luftbilder über der Trasse konstant zur Trasse ausgerichtet - unabhängig von dynamischen azimutalen Drehungen des Flugzeugs, die z. B. durch Turbulenzen oder Korrekturmanöver des Piloten hervorgerufen werden.

Da dieser schnelle Regelkreis die Meßkammer in jeder beliebigen azimutalen Position fixiert, wird ihm ein weiterer langsamer Regelkreis überlagert, der die Ausrichtung der Meßkammer zur Flugtrasse wie die herkömmliche Abdriftsteuerung ermöglicht.

Dazu ist ein weiterer Meßwertumformer 7 (Winkelmessung z. B. mit Potentiometer) vorgesehen, der den Winkel zwischen Meßkammeraufhängung 15/16 (identisch mit Flugzeugabdrift) und Meßkammer 1 mißt. Dieser Meßwert (Istwert) wird im Summierer 8 mit dem Sollwert verglichen. Das Ergebnis ist eine Regelabweichung, die über den Begrenzerverstärker 11 und den Pegelsteller 12, dem Summierer 3 des schnellen Regelkreises als Führungsgröße für die Soll- Winkelgeschwindigkeit zur Abdriftkorrektur zugeführt wird.

Im Normalfall (während der Luftbildaufnahme) ist die Korrekturwinkelgeschwindigkeit so klein festgelegt (z. B. 0,2°/s), das die dadurch hervorgerufene Bildwanderung in den Luftbildern vernachlässigbar klein bleibt. Das dem Winkelmeßwert des Meßwertumformers 7 überlagerte dynamische azimutale Flugzeugpendeln (Regeln des schnellen Regelkreises) wird dabei durch das wesentlich langsamere Nachführen des langsamen Regelkreises weitestgehend integriert.

Durch eine Veränderung der Abdriftwinkelsollgröße entsteht ein einseitiges Korrektursignal am Ausgang des Begrenzerverstärkers 11, das solange anliegt, bis die Meßkammer 1 nachgeführt ist und das Signal der Winkeldifferenz nach dem Summierer 8 wieder nullpunktsymmetrisch pendelt. Für die Korrektur größerer Winkelbeträge, wie das z. B. nach einer geflogenen Wende erforderlich ist, würde die neue Positionierung der Meßkammer mit der langsamen Korrekturwinkelgeschwindigkeit zu viel Zeit in Anspruch nehmen. Zu diesem Zweck wird das Korrektursignal nach dem Begrenzerverstärker 11 über einen Tiefpaß 9 (mit relativ großer Zeitkonstante) dem Fensterdiskriminator 10 zugeführt. Läuft nach einer definierten Zeit (z. B. 20 s) der Tiefpaß-Ausgang aus dem Fenster des Fensterdiskriminators hinaus, schaltet dieser den Pegelsteller 12 um. Der Summierer 3 wird nun mit einer wesentlich größeren Führungsgröße beaufschlagt, so daß die Korrektur der Abdrift-Position mit einer wesentlich größeren Winkelgeschwindigkeit erfolgt. Ist die vorgesehene Abdriftposition erreicht, wird das Signal am Tiefpaß-Ausgang wieder kleiner und der Fensterdiskriminator schaltet den Pegelsteller wieder auf Normal-(langsam) Korrekturwinkelgeschwindigkeit zurück.

Der Abdrift-Sollwert wird wie bei klassischen unstabilisierten Systemen manuell durch ein Steuergerät 6 gemessen und durch einen Meßwertumformer (Potentiometer) elektrisch zur Meßkammer-Abdriftsteuerung übertragen oder ein Mikroprozessor 13 übernimmt den Abdrift-Sollwert von einem beliebigen System (z. B. einem Steuergerät 6 oder einem Navigationssystem), dem Abdrift-Istwert von dem Meßwertgeber 7 und liefert ein entsprechendes Korrektursignal (nach Soll-Ist- Wert-Vergleich) an den Begrenzerverstärker 11. Ein Mikroprozessor 13 kann auch in den Pegelsteller 12 eingreifen und nach anderen Kriterien die Schnell-Abdrift- Positionierung ein- und ausschalten.

Claims (5)

1. Aufhängung einer photogrammetrischen Luftbildmeßkammer, die zur Korrektur des Flugzeugabdriftwinkels einen ersten Regelkreis enthält, der den von einem Steuer- oder Navigationsgerät ermittelten Abdriftwinkel kompensierend auf die Meßkammer überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Regelkreis vorgesehen ist, der die Abdriftwinkelgeschwindigkeit der Luftbildmeßkammer gegen Null oder auf eine Korrekturwinkelgeschwindigkeit regelt die von der Regelabweichung des ersten Regelkreises abgeleitet wird.

2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über den ersten Regelkreis, bestehend aus einem Winkelaufnehmer, der den Ist-Abdriftwinkel zwischen Luftbildmeßkammer und Flugzeug mißt und einem ersten Summierer, der diesen Istwert mit dem Abdrift-Sollwert des Steuergerätes vergleicht, die sich ergebende Regelabweichung über einen Begrenzungsverstärker und einen Pegelsteller, einem zweiten Summierer des zweiten Regelkreises als Winkelgeschwindigkeits-Sollwert zugeführt wird, durch diesen mit dem Winkelgeschwindigkeits-Istwert eines mit der Luftbildmeßkammer verbundenen Winkelgeschwindigkeitssensors verglichen wird und die daraus resultierende Differenz als Stellgröße über einen Regler und einen Antrieb auf die Meßkammer einwirkt, bis die Winkelgeschwindigkeit dem Ausgangspegel des Pegelstellers proportional ist.

3. Aufhängung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Begrenzerverstärkers weiterhin über einen Tiefpaß großer Zeitkonstante mit dem Eingang eines Fensterkomparators verbunden ist, der, falls das Eingangssignal den Fensterbereich verläßt, den Ausgangspegel des Pegelstellers auf einen größeren Wert umschaltet.

4. Aufhängung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf beliebige Art und Weise ermittelte Flugzeugabdriftwinkel in einem Rechner mit dem Ist-Abdriftwinkel der Luftbildmeßkammer verglichen wird, wobei der Rechner dem Begrenzungsverstärker ein Korrektursignal zuführt und die Pegelumschaltung des Pegelstellers vornimmt.

5. Aufhängung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Luftbildmeßkammer verbundene Winkelgeschwindigkeitssensor durch einen Winkelbeschleunigungssensor mit nachgeschaltetem Integrator ersetzt wird.