DE69819480T2

DE69819480T2 - Verbessertes elektrooptisches Anzeigegerät mit stabilisiertem Gleitwinkel

Info

Publication number: DE69819480T2
Application number: DE69819480T
Authority: DE
Inventors: Guido Biffi Gentili; Marcello Vivoli
Original assignee: Calzoni SRL
Current assignee: Calzoni SRL
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2018-07-18
Also published as: DE69819480D1; EP0973140A1; EP0973140B1; ATE253760T1

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Systeme zum Anzeigen des Gleitwinkels oder Gleitpfades eines Luftfahrzeugs auf einem Begleit- bzw. Trägerschiff und insbesondere betrifft sie ein System, bei dem der Lichtstrahl, der durch einen geeigneten optischen Projektor projiziert wird, mit Hilfe einer elektrooptischen Stabilisierungsvorrichtung, die keine bewegbaren mechanischen Teile aufweist, unabhängig von den Roll- und Stampfbewegungen des Schiffes erzeugt wird.
Bekannte optische Gleitpfadanzeigevorrichtungen (GSI-Gleitpfadanzeige), wie sie im allgemeinen an Bord von Flugzeugträgern verwendet werden, um anfliegenden Hubschraubern eine optische Hilfe zu gewähren, verwenden einen optischen Strahl, der dem Piloten mit Hilfe einer geeigneten Codierung basierend auf der Farbe oder auf einer Modulation diskreter Sektoren des Strahls selbst den richtigen Decklandewinkel anzeigt.
Ein Problem bei diesen Vorrichtungen besteht darin, daß der Ort und die Orientierung des optischen Anzeigestrahls den Einwirkungen der Stampf- und Rollbewegungen des Trägerschiffes unterworfen sind, so daß, falls diesen Einwirkungen nicht in geeigneter Weise Rechnung getragen wird, diese die Anzeigevorrichtung völlig nutzlos machen können.
Alle bisher realisierten Anzeigevorrichtungen verwenden eine stabilisierte Plattform, an der das optische Projektionssystem befestigt ist, um den betreffenden optischen Strahl von den oben genannten Stampf- und Rollbewegungen des Schiffes unabhängig zu machen. Die Plattform wird von einem lokalen oder zentralisierten vertikalen Referenzgenerator oder einer Zuführvorrichtung mit Hilfe von präzise entworfenen Servomechanismen mit beachtlicher mechanischer Komplexität versorgt, die unvermeidbar einem Verschleiß und Fehlfunktionen unterworfen sind.
Außerdem ist zu beachten, daß die Plattform -Projektionseinrichtung unvermeidbar eine mechanische Masse aufweist und daher Trägheitseffekten unterworfen ist und folglich bei der Reaktion auf Bedienungsbefehle durch eine bestimmte Verzögerung beeinflußt wird, was zu einem bestimmten Fehler bei der Winkelverfolgung führt.
US-A-5 523 887 offenbart ein stabilisiertes Bildaufnahmesystem, bei dem ein elektrooptischer Bildgenerator verwendet wird, um Bewegungen des Flugzeugs zu kompensieren, in welches er eingebaut ist.
Wenn der Strahl nur auf einer chromatischen Basis codiert ist, wie dies bei den Gleitwinkelanzeigevorrichtungen der YGR-(Gelb, Grün, Rot)-Bauart der Fall ist, beinhaltet das optische System Farbfilter, welche mit ihren Abmessungen die Winkelbreite des jeweiligen Sektors bestimmen. Andererseits wird bei FGR- (blinkendes Grün-Rot: blinkendes Grün, Grün, Rot, blinkendes Rot) -Vorrichtungen bei welchen die Modulation der äußeren Sektoren erforderlich ist, dies im Allgemeinen mit Hilfe von oszillierenden Blenden erreicht, welche die Ursache für weitere mechanische Komplikationen darstellen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik zum Gestalten von Decklandesystemen für Hubschrauber, ist die allgemeine Aufgabe der Erfindung, die erforderlichen mechanischen Elemente, die Verschleiß- und Trägheitseffekten unterworfen sind, so weit wie möglich zu eliminieren und gleichzeitig eine Technik für eine Synthetisierung des optischen Strahls zu verwenden, um zu ermöglichen, ihn einfach mit Hilfe von Software zu rekonfigurieren, wodurch nicht nur eine sehr hohe Systemflexibilität sondern auch eine von allen durch Trägheitseffekte begründeten Verzögerungen befreite Reaktion und auch eine merkbare Reduzierung der Herstell- und Unterhaltskosten erreicht wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung durch Bezugnahme auf die davon umfaßten Zeichnungen offensichtlich, wobei die bevorzugte Ausführungsform veranschaulichend und nicht einschränkend gezeigt ist.
In der Zeichnung stellt 1 eine schematische Ansicht des einzigen Projektors dar, dessen Konstruktion vollkommen herkömmlich ist, weil er eine Lampe, einen Kondensierer und eine Linse mit einer geeigneten Brennweite aufweist.
Bezug nehmend auf 1, ist zu erkennen, daß diese Erfindung auf dem Konzept beruht, eine Konstruktion zu realisieren, bei welcher anstelle von herkömmlichen Farbfiltern, welche die Winkelbreite und den Farbcode jedes Sektors des Strahls mit Hilfe ihrer Farben und ihrer Abmessungen bestimmen, eine elektrooptische Flüssigkristall-Aktivmatrixvorrichung verwendet wird, wie sie bereits in tragbaren Personalcomputern verwendet wird.
Tatsächlich weist die Vorrichtung ein Feld auf, das aus einer großen Anzahl kleiner diskreter Bereiche (Pixel) besteht, die, wenn sie durch eine geeignete Abtastelektronik gesteuert werden, dazu geeignet sind, ein Farbbild in der Brennebene der Linse zu bilden.
Der Betrieb der Vorrichtung basiert auf der üblichen Komponente, die als ein Lieferant für eine vertikale Referenz wirkt, deren Ausgangssignale in Echtzeit durch eine dazu bestimmte DSP-(Digitalsignalprozessor)-Einheit verarbeitet werden, und die darauffolgend mit einem Grafikprozessor gekoppelt werden, der die Steuerungssignale erzeugt, die zur Flüssigkristallvorrichtung zuzuführen sind.
Gute Leistungen können erreicht werden, wenn die Pixel-Abtastfrequenz so ist, daß auch sich schnell bewegende Bilder synthetisiert werden können und somit ohne wahrnehmbare Verzerrungs-(Trägheits)-effekte.
Auf dem Flüssigkristallfeld wird ein rechtwinkliges Fenster erzeugt, das vertikal in Sektoren verschiedener Farben unterteilt ist, von welchen jeder einem unterschiedlichen Farbfilter entspricht.
Der Ort des Fensters auf der Brennebene wird kontinuierlich in Echtzeit aktualisiert, um die Schwingungen des Schiffes zu kompensieren, oder um ihnen Rechnung zu tragen und folglich, um den optischen Strahl im Raum stationär zu halten. Insbesondere wird den Stampfbewegungen durch ein Verstellen des Fenster nach oben oder nach unten Rechnung getragen (mit A bezeichneter Pfeil), während den Rollbewegungen durch Drehen des Fensters um den zentralen Punkt 0 des Bildes zentriert auf der Strahlachse (mit B bezeichneter Pfeil) Rechnung getragen wird.
Dank der in der oben beschriebenen Weise realisierten Konstruktion, und welche, wie oben beschrieben, gesteuert wird, um den Stampf- und Rollbewegungen Rechnung zu tragen, ist das Erfordernis, eine stabilisierte Plattform zu verwenden, beseitigt, da ihre Funktion durch die in herkömmlicher Weise betriebene elektrooptische Flüssigkristallvorrichtung vollkom men erfüllt ist. Da dieses System virtuell frei von jeder Art von Trägheitseffekten ist, kann ferner eine Steuerung mit „offener Regelschleife" ohne Rückgriff auf komplizierte und teure Winkeltransducer bewirkt werden.
Diese Flüssigkristallvorrichtung läßt es virtuell zu, jede Farbe des sichtbaren Spektrums mit jeder Winkelbreite und bei irgendeiner Modulation jedes Sektors, der den Strahl bildet, zu synthetisieren, wodurch dem resultierenden System ein Flexibilitätsgrad verliehen wird, der tatsächlich mit keinem System des Stands der Technik erreicht werden kann.
Mit anderen Worten kann jeder Betriebsmodus, einschließlich irgendeines NVG- (Nachtsichtbrille)-Modus verwendet werden, indem das System mittels Software in einfacher Weise rekonfiguriert wird. Bei diesem System werden tatsächlich nicht nur die Regelung der Lichtstrahlintensität, sondern auch alle seine chromatischen, winkelmäßigen Eigenschaften und die Modulationseigenschaften mit Software gesteuert.
Es ist für Fachleute leicht verständlich, daß der Pilot durch den Einsatz eines Systems gemäß dieser Erfindung durch AN-AUS-Modulation des Lichtstrahls oder eines Sektors des Lichtstrahls mit einer voreingestellten Frequenz oder von verschiedenen Sektoren des Lichtstrahls mit verschiedenen voreingestellten Frequenzen in einer von den Farben unabhängigen Weise mit Informationen, welche den Abstiegspfad betreffen, für Fluganwendungen mit einer Nachtsichtbrille (NVG) oder mit zusätzlicher geeignet codierter Information, die frei von Uneindeutigkeiten bezüglich der Abstiegswinkelpositionsinformation ist, versorgt werden kann.
Im Ergebnis ist es durch den Einsatz der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung möglich, den Piloten entweder mit Hilfe einer Farbcodierung oder mit Hilfe einer AN-AUS-Modulation des Lichtstrahls mit einer voreingestellten Frequenz oder durch eine Kombination beider oben genannter Methoden mit jeder den Abstiegspfad betreffenden Information zu versorgen.
Weitere Vorteile der Erfindung folgen aus der Abwesenheit sich bewegender mechanischer Teile, wie von Drehmomenterzeugungsmotoren, Synchros oder Untersetzungsgetrieben. Dies bringt wiederum eine beträchtliche Reduzierung der Komplexität der Konstruktion und des Betriebes, sowie eine rasche Absorption der durch die Lampe erzeugten Wärme – selbstverständlich – zusätzlich zu einer wesentlichen Kostenreduzierung mit sich.
Im Lichte der vorhergehenden Beschreibung ist einfach zu verstehen, daß, obwohl eine elektrooptische Vorrichtung, insbesondere ein Flüssigkristallfeld in Transmissionsbauart, beschrieben wurde, auch eine elektrooptische Vorrichtung in Reflexionsbauart, wie beispielsweise DMD-(Digital Micromirror Device)- Vorrichtungen durch geeignete Überlegungen auf dem Fachgebiet fachkundiger Entwickler einfach verwendet werden kann.

Claims

System für eine Installierung auf einem Begleitschiff zum Anzeigen eines Gleitpfades eines Luftfahrzeugs zu dem Begleitschiff mittels einer geeigneten Kodierung basierend auf der Farbe oder auf der diskreten Modulation eines sektorierten optischen Strahls mit einer elektro-optischen Stabilisierung des Strahls, welches ein Mittel zum Bereitstellen einer Vertikalreferenz und einen Projektor, der aus einer Lampe, einem Kondensor und einer Linse besteht, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektro-optische Vorrichtung, welche Mittel zum Aufbereiten des optischen Strahls beinhaltet, um den Piloten mit der Anzeige des Gleitpfades in einer Weise zu versorgen, die unabhängig von den Stampf- und Rollbewegungen des Begleitschiffes ist, mit einer offenen Regelkreissteuerung und ohne Verwendung von sich bewegenden mechanischen Teilen, in die Brennebene der Linse eingefügt ist.
System zum Anzeigen des Gleitpfades nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Aufbereiten des optischen Strahls im Sendemodus arbeitet und ein Aktivmatrix-Flüssigkristallfeld aufweist.
System zum Anzeigen des Gleitpfades nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Aufbereiten des optischen Strahls im Reflexionsmodus arbeitet und eine Mikrospiegelvorrichtung (DMD) aufweist.
System zum Anzeigen des Gleitpfades nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Aufbereiten des optischen Strahls eine Pixelmatrix aufweist, die durch eine Abtastoptik angetrieben wird, um in der Brennebene der Linse ein rechtwinkliges Bild in Form eines Fensters zu bilden, das vertikal in Sektoren verschiedener Farben unterteilt ist, mit einer derartigen Abtastfrequenz, daß auch sich rasch bewegende Bilder ohne wahrnehmbare Verzerrungseffekte synthetisiert werden können, und dadurch, daß die Mittel zum Aufbereiten des optischen Strahl durch einen Grafikprozessor gesteuert werden, der durch das Mittel zum Bereitstellen einer Vertikalreferenz erzeugte Signale empfängt, nachdem die Signale durch eine ausschließlich zugeordnete DSP(Digitalsignalverarbeitung)-Einheit verarbeitet wurden.
System zum Anzeigen des Gleitpfades nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stampfbewegungen des Begleitschiffs durch aufwärts oder abwärts (A–A) Verschieben des Fensters aufgenommen werden.
System zum Anzeigen des Gleitpfades nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollbewegungen des Begleitschiffs durch Drehen des Fensters um die Achse des Strahls (B) aufgenommen werden.
System zum Anzeigen des Gleitpfades nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Information betreffend den Sinkflugpfad entweder durch Farbe oder durch eine EIN-AUS-Modulation des Strahls bei einer voreingestellten Frequenz kodiert ist, oder durch eine Kombination davon.
System zum Anzeigen des Gleitpfades nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer EIN-AUS-Modulation des Strahls oder eines Sektors des Strahls bei einer voreingestellten Frequenz oder von verschiedenen Sektoren des Strahls bei verschiedenen Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Fluganwendung mit einer Nachtsichtbrille (NVG) die Information über den Sinkflugpfad in einer Weise geliefert wird, bei welcher die Farben beseitigt sind.
System zum Anzeigen des Gleitpfades nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen der Lichtintensität des Strahls durch Software ausgeführt wird.
System zum Anzeigen des Gleitpfades nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die chromatischen Eigenschaften, die Winkel- und die Modulations-Eigenschaften des Strahls über Software rekonfigurierbar sind.
System zum Anzeigen des Gleitpfades nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster in modulierbare Sektoren unterteilt ist, um den Piloten mit geeignet kodierter Information zu versorgen, die frei von Zweideutigkeiten in Bezug auf Information über die Sinkflugwinkelposition ist.