SE517127C2 - Metod och anordning för presentation av föremål i omgivande rymd - Google Patents

Description

517 127, 914sEpri0 2 synnerhet föraren i ett stridsflygplan har en mångfald instrument i sitt synfält, varvid det i trängda situationer kan uppstå stress, vilket innebär att tolkningen av instrumentvisning på displayer måste vara lättillgänglig och lätt omvandlingsbar till den egna föreställningsvärlden och rumsuppfattningen.

Dokument US 5 181 028 visar ett exempel på en display för förmedling till en pilot information om omgivande flygplans lägen på en plan skärm, där dessa återges på ett till planprojektion omforrnat sfäriskt rutnät. Användningen är dock komplicerad, då tillämpningen kräver användning av hjälpmedel för stereoskopisk avläsning av visningen.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN En aspekt av uppfinningen framgår av de oberoende patentkraven för metoden och anordningen. Enligt denna aspekt visas hur man tekniskt skapar en bild av omgivande rymd och riktningen till föremål i rymden för visning på en plan presentationsyta, t ex en bildskärm.

Bilden av omgivningen erhålls genom att man runtom en referensposition, vilken vanligen utgörs av den egna positionen, skapar en tänkt projektionsytai form av en rotationsyta med lodrät rotationsaxel, där rotationsytans tvärsnitt är tilltagande i riktning från rotationsaxelns ena ända till dess andra ända. Projektionsytans höjd väljs fritt. I denna beskrivning används begreppet strut för att beskriva rotationsytan, eftersom rotationsytan mycket väl kan vara buktad inåt eller utåt. Referenspositionen i rymden ligger på rotationsaxeln, varvid ett horisontalplan genom referenspositionen definierar en cirkelkurva på projektionsytan som på projektionsytan visar höjden för referenspositionen. Med höjden för referenspositionen avses här referenspositionens höjd i den kropp som innesluts av projektionsytan. Vid inmätning av ett föremål till vilket man önskar riktningen visad på presentationsytan bestäms läget för den punkt där en siktlinje från referenspositionen genom föremålet skär projektionsytan.

Rent tekniskt kan nu riktningen till föremålet avbildas på presentationsytan, dvs vanligen ett instrumentfönster, genom att på denna visa en planvy av den definierade projektionsytan, som exempelvis kan utgöras av den nämnda struten, tvärs dess rotationsaxel. På bilden visas här- vid en största cirkel som anger projektionsytans största tvärsnitt och en cirkel som represente- rar referenspositionens höjd proj icerad på projektionsytan. Egen position finns i cirklarnas oanac 10 15 20 25 30 517 127, 914sEpri0 3 n un» u o 10 p. nu o n 0 v; n u u n I u man on u a medelpunkt, där projektionsytans rotationsaxel är belägen. Denna medelpunkt kan markeras med någon bildsymbol. Från den egna positionen definieras en referensriktning, en nollriktning, på den cirkel som anger horisontalplanet för referenspositionen.

Vid inmätning av föremålet erhålls en riktning till detta, varigenom medelst beräkningar läget för bilden av föremålet på projektionsytan bestäms och läggs in på den plana avbildningen av projektionsytan på presentationsytan som en punkt. Härvid kommer nämnda punkt som alltså ligger på siktlinjen till föremålet att representera riktningen till föremålet sett från referenspositionen. Om struten är vänd så att dess basyta är orienterad uppåt och punkten ligger utanför den horisontalcirkel som anger referenshöjden, innebär detta att föremålet ligger högre än referenspositionen, dvs att höjdvinkeln till föremålet är positiv. Ligger punkten i detta fall under horisontalcirkeln innebär detta att föremålet ligger lägre än referenshöjden, dvs att höjdvinkeln till föremålet är negativ. Vidare representerar vinkeln med spets i medelpunkten från referensriktningen till siktlinjen mot föremålet föremålets bäring relativt referenspositionen. Bäringen kan företrädsvis räknas från referensriktningen 180° åt höger och 180° åt vänster för att intuitivt överensstämma med rumsuppfattningen. Ett föremål som exempelvis på ett instrumentfönster är avbildat som en punkt som ligger på horisontalcirkeln och 180° åt höger eller vänster befinner sig följaktligen i en riktning som är rakt bakom och på samma höjd som egen position i ett fall där referensriktningen har innebörden "rakt framåt".

Referenshöjden, dvs höjden för den på projektionsytan visade cirkelkurva som representerar referenspositionens horisontalplan kan antingen vara rörlig eller låst i höjdled på projektions- ytan. Dessa varianter visar på två olika tillämpningar av tekniken. I det ena fallet när referens- höjden är låst på projektionsytan innebär det att vid användning av tekniken för en flygfarkost som utgör referenspositíon, att projektionsytan följer med flygfarkosten och är låst till denna. I det andra fallet, när referenshöjden är rörlig, kommer horisontalcirkeln att förflyttas i höjdled på projektionsytan alltefter flygfarkostens höjdförändringar. I det senare altemativet kommer cirkelkurvan som på projektionsytan visar referenspositionens horisontalplan att stiga uppåt, allteftersom flygfarkosten stiger från lägre till högre höjd.

Den redovisade metoden och anordningen kan med fördel användas i flygplan för att ge operatören, i detta exempel en pilot, en lättförståelig orientering om riktningen till föremål, som främmande farkoster i omgivningen, sett från egen position som i detta fall utgör o oense o a u: bort nu coon n u u u I a v g g oc: oc; n u none u n u o o u o 10 15 20 25 30 517 É':É":".:' :"::": 'i :": 'i 4 ¿.. . . . . .. - _ E 9l4SEprio . : :":' .':.=..=' ' referenspositionen. Piloten kan på ett överskådligt sätt få del av vinkelinformation om dessa farkoster. Detta är en stor fördel, eftersom i detta fall en pilot har tillgång till bakomliggande instrumentsystem i flygplanet som baseras på vinkelmätningar, såsom olika sensorsystem som radar, IR-sensorer, radarvarnare, etc. Om piloten ska utföra en kognitiv eller motorisk åtgärd, där åtgärden innebär en vinkelrelaterad manöver, så underlättas denna väsentligt om åtgärden är stödd på metoden enligt uppfinningen, eftersom den endast presenterar vinklar på instrumentfönstret.

Metoden och anordningen enligt uppfinningen kan med fördel tillämpas inom varje domän där relationer mellan föremål, händelser eller andra företeelser kan beskrivas enligt uppfin- ningsaspekten, såsom i militära och civila flygplan, flygledning, simulatorer, ledningssystem, processtyming och övervakningssystem.

FIGURBESKRIVNING Fig. 1 visar i en perspektivvy hur olika mål kan inmätas från exempelvis ett flygplan och hur dessa mål kan representeras av punkter på en strutformad projektionsyta.

Fig. 2 visar en planvy över projektionsytan enligt figur 1 och representation av målen på ett instrumentfönster, där referenspositionen representeras av medelpunkten, den yttersta cirkeln största mätbara höjdvinkel till ett mål och den inre cirkeln horisontalplanet genom referenspositionen.

Fig. 3 visar i en sidvy projcktionsytan som används enligt uppfmningsaspekten.

Fig. 4 visar i ett snitt genom projektionsytan de vinklar som utgör underlag för beräkning av projicering av inmätta föremål till projektionsytan.

Fig. 5 visar inkopplingen av presentationsytan till inmätningsinstrument och en processor för beräkningar.

Fig. 6 visar en presentationsyta med endast sektorer av omgivningen återgivna. oznna 10 15 20 25 nu.. 517 127 5 9l4SEpfio BESKRIVNING Av UTFÖRANDEN Ett antal utföranden av uppfinningen beskrivs i det följande med stöd av figurema.

Enligt ett utförande av uppfinningen används uppfinningsaspekten för att utnyttja instrument i ett flygplan för att mäta in mål i omgivande rymd genom att läsa av riktningen till målen och att överföra mätvärdena från vinkelinmätningen till målen till en projektion av riktningen till målen som en punkt på en projektionsyta 3. I figur 1 visas i ett perspektiv en referensposition 1 i form av ett flygplan som ligger någonstans i höjdled på rotationsaxeln 2 till en mantelyta formad som en strut som utgör projektionsytan 3.. Strutens dimensioner är förutbestämda. Som exempel kan strutens spets 4 läggas in som höjd noll, dvs att den är förlagd till marknivå.

Strutens höjd är valbar. Vid användning i ett flygplan kan strutens höjd vara flera tusen meter.

Det är också lämpligt att kunna koppla om mellan ett antal fixa projektionsytor med olika höjd, dvs i detta fall strutar med några fixa höjder. Vidden på strutens öppning, dvs dess största cirkeltvärsnitt väljs fritt. Strutens höjdvinkel v, vilken vi här definierar som vinkeln vid cirkelperiferin mellan en radie i nämnda största cirkeltvärsnitt och strutens spets, har godtycklig storlek. Marknivå, i detta fall havsytan, är visad på figuren med landornråden inritade som symboler på figuren. Cirkelkurvan 5 runt det största tvärsnittet markerar största höjdvinkel som kan presenteras på projektionsytan från den egna positionen som här utgör referensposition 1. En annan cirkelkurva 6 representerar skärningen för horisontalplanet genom egen position och projektionsytan. På cirkelkurvan 6 är en punkt 0 markerad med innebörden framåtriktning från egen position, i detta exempel rakt framåt från det egna flygplanet. Denna punkt 0 är referensriktningen och används som utgångspunkt för angivande av sidvinkel, dvs bäring, till inmätta mål, vilket innebär att punkten 0 har bäring noll.

Två föremål, i detta fall flygande farkoster A och B, är inritade som mål i fig. 1. Det flygande föremålet A ligger snett bakom och höger om eget flygplan och på högre höjd, dvs med en positiv höjdvinkel oti förhållande till det egna flygplanet. Sidvinkeln c (se fig. 2) till målet A, dvs bäringen till A är i exemplet uppmätt till l40° åt höger mätt från framåtriktningen. Sikt- linjen från den egna positionen vid l till målet A skär projektionsytan 3, dvs struten, i punkten A1. 10 15 20 25 30 .nu .n 517 127 6 9 14SEpri0 Det flygande föremålet B ligger snett bakom och vänster om eget flygplan och på lägre höjd, dvs med en negativ höjdvinkel ß i förhållande till det egna flygplanet. Sidvinkeln d till målet B, dvs bäringen till B är i exemplet uppmätt till 120° åt vänster mätt från framåtriktningen.

Síktlinjen från den egna positionen vid 1 till målet B skär projektionsytan 3, dvs struten, i punkten Bl.

I figur 1 är även visad det vinkelområde en sensor befintlig i eget flygplan kan avtäcka i rym- den. Detta vinkelornråde betecknas med 7 i figuren. En sådan sensor kan utgöras av t ex en IR-sensor som en pilot på flygplanet kan manövrera i vinkelled, dvs i höjd och sida. I exemp- let är sensorn inställd på avsökning av ett område som ligger snett framför och till höger om egen position och dessutom på högre höjd, i exemplet är sensororrirådet 7 exempliflerat att avtäcka en höjdvinkel mellan 'y och ö och i sidled från bäring cl till c; åt höger.

Visningen av riktningen till de inmätta målen A, B och sensorornrådets 7 läge görs via en presentationsyta I som kan utgöras av en bildskärm (av CRT-typ) eller annan valfri form av display (t ex LCD-display) för visning av grafik. Fig. 2 återger en presentation av en horison- talvy, en planvy, över det rymdornråde runt om egen position som motsvaras av projektions- ytan 3 enligt figur 1. I presentationen enligt figur 2 representerar alltså de visade cirkelkur- voma 5 och 6 vinklar. Cirkelkurvan 6 visar höjden (i projektionsytan) för föremål som befin- ner sig på samma höjd som referenspositionen l, dvs i detta fall egen höjd, medan cirkelkur- van 5 visar maximal höjdvinkel till vilken en målriktning kan anges från egen position. Egen position kan ej visas i projektionen, eftersom projektionsytan 3 utgör den tidigare nämnda mantelytan till en strut. Här får man tänka sig eget flygplan placerat i höjdled på axeln 2 på samma höjd som cirkelkurvan 6. I figuren betecknar sträckan m maximal höjdvinkel som är presenterbar på presentationsytan I med den projektionsyta som är vald. Målet A är i figuren visad med bäring 140° åt höger och med höjdvinkeln ot motsvarande avståndet a över cirkelkurvan 6 för projektionen Al av målet A. På samma sätt är målet B återgivet med bäring 120° åt vänster med höjdvinkeln ß motsvarande avståndet b under cirkelkurvan 6 för projektionen Bl av målet B. Sensorområdet 7 sträcker sig från bäring cl till bäring c; åt höger och från höj dvinkel y till höjdvinkel ö, i detta exempel presenterande positiva höjdvinklar. canon 10 15 20 25 30 517 127 7 9 l4SEprio Vid beräkning av läget för mål projicerade på projektionsytan kan detta göras enligt de vinklar och sträckor som återges i fig. 4, där ett lodrätt snitt genom projektionsytan 3 visar att snittlin- jen genom mantelytan är en rät linje. Snittlinjen genom mantelytan kan lika väl utgöras av en krökt kurva för de fall där mantelytan är dubbelkrökt, dvs att struten buktar inåt ellerutåt. I det visade fallet är strutens höjdvinkel v, vilken bestämmer lutningen på projektionsytan. Stru- tens största radie betecknas med R, egen positions höjd med h och radien i horisontalplanet för egen position med r. Dessa data är kända genom att strutens dimensioner är förutbestämda och genom avläsning av egen höjd h från instrument. Höjdvinkeln till mål A är oc. Man kan då visa att sträckan a som motsvarar avståndet i horisontalled utåt från kurvan 6 som är projektionen av egen höjd på struten kan beräknas som rz tand a= -:--- h-rtana Denna sträcka a är beroende av höjdvinkeln ot och kan sålunda utgöra ett mått på nämnda vinkels storlek vid visningen på presentationsytan I.

På motsvarande sätt utgör sträckan b avståndet i horisontalled inåt från kurvan 6, där b kan beräknas enligt __ rz tanß _ h + r tanß och r = h /tan V I figur 5 visas ett par av ett godyckligt antal inmätningsinstrument M1, M2 för insamling av data om höjdvinkel och bäring till omgivande föremål A, B. Dessa data förs till en processor C, vilken även erhåller uppgifter om värden för önskad projektionsyta via en omkopplare 8.

Processom C kan härvid matas med förvalda värden på exempelvis önskad totalhöjd på projektionsytan och dess höjdvinkel v samt var projektionsytans spets skall placeras över markytan. Det är möjligt att vända den strutformade projektionsytan 3 med sin spets uppåt eller nedåt. Här förutsätts att spetsen 4 är vänd nedåt medan patentkraven i föreliggande ansökan är utformade för att täcka båda alternativen. För det fall att projektionsytan som ovan nämnt är låst till flygplanet har egen höjd i detta fall ett förutbestämt värde och har ingen betydelse som beskrivning av höjden över markytan. 10 15 20 25 30 517 127 ¿-:;--,-._,- 8 a"==.= 9 l4SEprio Det är möjligt att vid visningen av riktningen till föremål även mäta in avståndet till respekti- ve föremål A, B. Dessa avstånd kan då representeras på presentationsytan i form av bildskärm eller display genom att låta respektive föremål symboliseras av grafik på ett sätt som är bero- ende av föremålets avstånd. Detta kan göras genom att olika avstånd representeras av t ex olika fargkulörer, av olika grafiska symboler, av bildpunktens storlek, av alfanumeriska tecken eller genom en kombination av dessa visningar. På detta sätt kan i det fall att åtgärder krävs av en operatör insatser sättas in i beroende av föremålens närhet.

Presentationsytan I kan som ovan nämnts utgöras av en bildskärm i form av vanliga bildrör, LCD-displayer, eller för visning medelst VRD-teknik (så kallad Virtual Retinal Display).

I många sammanhang kan det vara så att man har huvudsakligt intresse av att studera omgivningen och erhålla riktningsinformation till föremål som befinner sig inom en viss sektor, t ex inom den sektor som ligger framåt, dvs mellan bäring 90° vänster och 90° höger, här kallad framåtsektorn. I detta fall är det fördelaktigt att enbart visa åtminstone en del av framåtsektom på presentationsytan, där lämpligen endast en halvcirkel visas. Härvid kan såsom visas i figur 6 en 160-gradig del av framåtsektom visas i en skalenlig återgivning.

Sektom F markerad i figur 6 representerar den 160-gradiga framåtriktningen, medan visningen av mål som förekommer mellan bäring 80 och 180 höger visas komprimerat i sektorn R, samtidigt som mål mellan bäring 80 och 180 vänster visas komprimerat i sektorn L. I dessa sektorer R och L är alltså gradskalan krympt. Avsikten är att ändå kunna indikera mål i övriga riktningar trots att uppmärksamheten är riktad framåt genom större upplösning ordnad i den sektom. Andra sektorer än de här föreslagna kan naturligtvis väljas.

Inmätningen av vinklar till föremålen A, B kan erhållas från andra mätorgan än de ovan nämnda. Sålunda kan dessa data i vårt aktuella exempel, där referenspositionen innehas av ett flygplan, erhållas via länk från t ex stridsledningscentral, annan flygcentral eller andra yttre inmätningsorgan. I dessa fall erhålls vinkelvärden till föremålen genom omräkning av utifrån erhållna data genom behandling i en processor. Härvid kan i ñg. 5 minst ett av instrumenten M1, M2 symbolisera ett sådant yttre inmätningsorgan, varvid i detta exempel processorn C oniräknar erhållna mätdata till vinkelvärden för föremålen A, B relevanta för den egna positionen.

Claims (4)

10 15 20 25 30 9 1 4SEm0d » a ~ . n» 517 127 9 PATENTKRAV

1. Metod för att på en presentationsyta (I) från en referensposition (1) visa riktningen till omgivande föremål (A, B) i rymden vilken metod innefattar att höjdvinkel (ot, ß) och bäring (c, d) till föremålen mäts in, en projektionsyta (3) i form av mantelytan till en rotationskropp som har lodrät rotationsaxel (2) och tilltagande tvärsnittsarea längs rotationsaxeln (2) definieras i rymden, en siktlinje från referenspositionen (1) på rotationsaxeln (2) till ett föremål (A, B) skär projektionsytan (3) i en punkt (Al, B 1), på presentationsytan (I) visas projektionsytan (3) i en planvy tvärs dess rotationsaxel (2), riktningen till föremålet (A, B) i rymden relativt referenspositionen (1) anges av bilden av punktens (A1, B 1) läge på presentationsytan (I), där punktens (Al, Bl) bäring (c, d) från en referensriktning (O) anger bäringen till föremålet (A, B) kännetecknad av att referenspositionen (1) är belägen på rotationsaxeln (2) mellan projektionsytans ändlägen, att horisontalplanet genom referenspositionen (1) skär projektionsytan (3) i en cirkelkurva (6) och att föremålets (A, B) höjdvinkel (ot, ß) relativt referenspositionen (1) återges av punktens (A1, Bl) avstånd (a, b) från horisontalcirkelkurvan (6) med höjdvinkeln (oc, ß) positiv eller negativ i beroende av om punkten (Ai, Bl) faller utanför eller innanför horisontalcirkelkurvan (6).

2. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att referenspositionen (1) är rörlig längs projektionsytans (3) rotationsaxel (2).

3. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att referenspositionen (1) är låst till en viss punkt på projektionsytans (3) rotationsaxel (2).

4. Metod enligt patentkrav 2, kännetecknad av att projektionsytans (3) spets följer markytans nivå. 10 15 20 25 30 9 l 4SEmod 10. 11. . - - 4 nu 517 127 f: 10 : ::': Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att inmätning av höjdvinklar och sidovinklar till föremålen (A, B) utförs med radar, IR-sensor eller radarvarnare. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknar! av att inmätning av åtminstone någon av höjdvinkel resp sidovinkel till ett föremål (A, B) utförs av inmätningsorgan på annan position än vid referenspositionen (1) och att en processor (C) omräknar nämnda vinkel så att de är relaterade till referenspositionen (1). Metod enligt patentkrav 1, kännetecknar! av att referenspositionen (1) intas av en flygfarkost och att åtminstone någon av höjdvinkel resp sidovinkel till ett föremål mottas i flygfarkosten via länk från inmätningsorgan på annan position, såsom från en flygcentral eller en stridsledningscentral och att en processor (C) omräknar nämnda vinkel till värden relaterade till flygfarkosten. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att avstånden till resp föremål (A, B) uppmäts med avståndsinstrument, varvid resp punkt (Al, Bl) svarande mot ett föremål symboliseras på presentationsytan (I) med en grafisk symbol, såsom att punkten antar olika färger i beroende av avstånd, att punkten ändrar storlek i beroende av avstånd, att punkten anges som alfanumeriska tecken som innehåller avståndsinformation eller att punkten anges som en grafisk symbol tillsammans med ett alfanumeriskt tecken. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att på presentationsytans (I) planvy över projektionsytan (3) visas endast en mindre del av cirkelvarvet, t ex genom att åtminstone en sektor (F, R, L) med valbar vinkel kring referenspunkten (1) visas. Metod enligt patentkrav 9, kännetecknad av att den visade sektorns (F, R, L) gradindelning visas i valbar skala. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att bäringen (ot, ß) för resp föremål (A, B) visas på presentationsytan (I) som bäringen till mot resp föremål svarande punkt (A1, Bl). 15 20 25 30 9 l4SEmod 12. 13. 14. ~ n o a nu 5 1 7 1 2 7 ål: .". .' . - u . n u - n. n n s ~ u... q . . n -1 n u - - u n Q n 11 o » . -. n. ...- nu ~ n-u. u Anordning för att från en referensposition (1) visa riktningen till omgivande föremål i rymden, innefattande: instrument (M1, M2) för mätning av höjdvinkel (oc, ß) och bäring (c, d) till resp föremål (A, B) en processor (C) vilken matas med nämnda vinkelvärden och i vilken lagras data för en virtuell projektionsyta (3) i rymden, där projektionsytan (3) utgörs av en rotationsyta med lodrät rotationsaxel (2) och med rotationsytans tvärsnittsarea tilltagande längs rotationsaxeln (2) med referenspositionen (1) liggande på rotationsaxeln och där processorn beräknar läget för skärningspunkten (Al, Bl) där en siktlinje från referenspositionen (1) till resp föremål (A, B) skär projektionsytan 3, en presentationsyta (I) som i en planvy tvärs rotationsaxeln (2) visar a) projektionsytan (3) i form av en största cirkelkurva (5) som representerar begränsningskurvan för projektionsytans största tvärsnitt, c) föremål (A, B) representerade av punkter (Al, Bl). kännetecknad av att processorn vidare är inrättad att beräkna läget för en cirkelkurva (6) som anger skärningen mellan horisontalplanet genom refererenspositionen (1) och projektionsytan (3) och presentationsytan (I) vidare i en planvy tvärs rotationsaxeln är inrättad att visa b) en höjdcirkelkurva (6) som representerar horisontalplanet genom referenspositionen (1). Anordning enligt patentkrav 12, kännetecknad av att processorn (C) beräknar en sträcka (a, b) mellan höjdcirkelkurvan (6) och resp bildpunkt (A1, Bl), där sträckan (a, b) är en funktion av uppmätt höjdvinkel till mot resp bildpunkt (Al, Bl) svarande föremål (A, B). Anordning enligt patentkrav 12, kännetecknad av att presentationsytan (I) utgörs av ett bildrör, en LCD-display eller en VRD-avbildning.