CH399756A - Abtastorgan zur laufenden Ermittlung der Koordinaten eines Bildpunktes im Bildfeld eines Strahlungs-Ortungsgerätes - Google Patents

Description

  Abtastorgan zur laufenden Ermittlung der Koordinaten eines Bildpunktes  im Bildfeld eines Strahlungs-Ortungsgerätes    Es ist     bekannt,    bewegte Objekte, z. B. Flugkörper,  die auf Grund der von ihnen ausgehenden optischen  oder quasioptischen, z. B. infraroten, Strahlung fest  stellbar sind, unter Verwendung eines     Strahlungs-          Ortungsgerätes    auf ihrer Bahn automatisch zu ver  folgen oder in eine bestimmte Bahn     fernzulenken.    Zu  diesem Zwecke muss das Ortungsgerät zur laufenden  Ermittlung der     Einfallsrichtung    der vom Objekt aus  gehenden     Strahlung    bezüglich der optischen Achse des  Gerätes eingerichtet sein.

   Die Einfallsrichtung ergibt  sich aus den     Koordinaten    des von der     einfallenden     Strahlung herrührenden Bildpunktes im Bildfeld des  Ortungsgerätes. Zur laufenden Ermittlung dieser  Koordinaten bedient man sich einer in der     Bildebene     rotierenden Abtastscheibe mit abwechselnden Zonen  verschiedener Durchlässigkeit für die betreffende  Strahlung. Der auf den     Strahlendetektor    des Ortungs  gerätes fallende Strahl erfährt durch das, bewegte  Scheibenmuster eine Modulation, die als Träger der  Information über die Lage des Bildpunktes im Bild  feld dient.  



  In Fig. 1 ist die Grundkonzeption eines derartigen  bekannten Strahlungs-Ortungsgerätes schematisch dar  gestellt. Der optische Teil des Gerätes besteht im  wesentlichen aus einem Objektiv 1 zur Aufnahme der  vom beobachteten Objekt ausgehenden Strahlung,  einer in der Bildebene der Optik rotierenden Abtast  scheibe 2 mit ausserhalb der optischen Achse 3 liegen  den Drehachse 4, einer Sammeloptik 5 und einer  strahlungsempfindlichen Detektorzelle 6.

   Die Detek  torzelle 6 liefert elektrische Impulse, die den Impulsen  der durch die Abtastscheibe 2 periodisch unterbroche  nen Strahlung entsprechen, an eine elektronische Ein  richtung 7, in der aus dem empfangenen impulsmodu  lierten Signal die Lageinformation gewonnen wird,     die       am Ausgang der     elektronischen    Einrichtung 7 bei  spielsweise in Form von den Koordinaten des Bild  punktes in einem auf die Bildmitte bezogenen     karte-          sischen    Koordinatensystem proportionalen Spannun  gen Ux und U, anfällt.  



  Die Abtastscheibe kann beispielsweise das aus  Fig. 2 ersichtliche Abtastmuster aufweisen. Die Ab  tastfigur ist auf einer kreisringförmigen Spur in Form  eines in der Bewegungsrichtung der Spur periodi  schen, polaren Spaltmusters angeordnet, das sich in  aufeinanderfolgenden sektorförmigen Abschnitten 8  wiederholt. In Fig. 2 ist das Spaltmuster nur in einem  Abschnitt eingezeichnet. Jeder Abschnitt 8 ist durch  eine zu den Spalten schräg verlaufende     Grenzlinie    9  in zwei Felder 10 und 11 mit voneinander verschie  dener Winkelteilung des Spaltmusters.     eingeteilt.    Das  Verhältnis der Winkelteilungen der Spaltmuster  zweier Felder eines Sektors, betrage beispielsweise  1:1,5. Der Kreis 12 deutet die Begrenzung des Bild  feldes an.  



  In Fig. 3 ist ein Sektor der Abtastfigur mit teil  weise angedeutetem Spaltmuster dargestellt, wobei der  Einfachheit halber der Scheibenradius unendlich     gross     angenommen wurde. Die von einem     punktförmigen     Strahler ausgehende Strahlung, die im Bildfeld (12)  den Bildpunkt P erzeugt, wird     vorn    Spaltmuster der  Abtastfigur, die sich in Fig. 3 beispielsweise nach links  bewege, in Strahlungsimpulse zerhackt, deren Folge  frequenz von der Winkelteilung und der Winkel  geschwindigkeit des Spaltmusters abhängt. Die Win  kelteilung ändert an der     Grenzlinie    9     sprunghaft    von  derjenigen des zuerst durchlaufenen Feldes 10 auf  diejenige des Feldes 11.

   Dementsprechend wechselt  die     Impulsfolgefrequenz    im Moment, da die Grenz  linie 9 den Bildpunkt P     passiert.    Die     Abtastung    be-      ginnt mit der linken Kante des Abschnittes und be  ansprucht das Feld 10 über die Strecke al und das  Feld 11 über die Strecke a2. Die resultierenden Im  pulszüge abwechselnder Frequenz sind aus dem Dia  gramm in Fig. 4 (oben) ersichtlich. Der Strecke a1  entspricht die Dauer t1 des Impulszuges 13 der einen  Frequenz, und der Strecke<I>a2</I> entspricht die Dauer<I>t2</I>  des Impulszuges 14 der anderen Frequenz. Mit r ist  die Periodendauer des Frequenzwechsels bezeichnet.

    Die Koordinate     y"    des Bildpunktes P in     bezug    auf das  Koordinatensystem x -y, dessen Nullpunkt im Mittel  punkt des Bildfeldes liegt, ist proportional der     Strek-          kendifferenz    a2-a1, was sich leicht geometrisch er  klären lässt.

   Folglich ist das Zeitverhältnis t1/t2 ein  Mass für die Koordinate     y,,.    Die Koordinate     x"    des  Bildpunktes P ist proportional der Winkeldifferenz  ^p, um das der Frequenzumschlag vom Impulszug 14  auf den Impulszug 13 gegenüber einem Referenz-Im  pulszug 15 (Fig. 4, unten), der durch Abtastung einer  ortsfesten Strahlungsquelle mit einer Referenzspur 17  (Fig. 2) erzeugt wird und dessen Periodendauer eben  falls z beträgt, phasenverschoben ist.  



  Für die     Auswertung    der auf die beschriebene  Weise erhaltenen Impulszüge ist nur der jeweilige  Zeitpunkt eines Frequenzumschlages erheblich, und  die     Messgenauigkeit    hängt wesentlich davon ab, wie  genau dieser Zeitpunkt     festgelegt    werden kann. An  den Grenzen zwischen den einzelnen Abschnitten ist  bei einer Abtastfigur nach Fig. 2 der Übergang von  der einen zur anderen Winkelteilung des Spaltmusters  örtlich eindeutig bestimmt, was demzufolge auch für  den betreffenden Zeitpunkt des Frequenzumschlages  des Impulssignals zutrifft. Hingegen entstehen an der  Grenzlinie 9 Übergänge im Spaltmuster, die im Im  pulssignal kein zeitlich     übereinstimmendes    Kenn  zeichen für den Frequenzumschlag hervorrufen.

   Die  Ursache dieser Erscheinung ist aus den Fig. 5 und 6  ohne weiteres ersichtlich. Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt  der Übergangszone in grösserem Massstab und Fig. 6  die Impulsdiagramme für drei verschiedene Ordina  tenlagen des Bildpunktes. Einzig das oberste der drei  Impulsdiagramme lässt einen eindeutigen Frequenz  übergang erkennen, wogegen die beiden anderen zei  gen, dass     an    der Übergangsstelle Störungen auftreten,  die zudem je nach Ordinatenlage verschiedener Art  sind. Diese Störungen äussern sich im Ausgangssignal       U,    durch einen treppenförmigen statt gleichförmigen  Verlauf in Abhängigkeit von der Koordinate     y".     



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei  einem Abtastorgan zur laufenden Ermittlung der  Koordinaten eines Bildpunktes im Bildfeld eines  Strahlungs-Ortungsgerätes mit auf einer Spur angeord  neter Abtastfigur in Form eines längs der Spur perio  dischen Spaltmusters, das sich in aufeinanderfolgen  den Abschnitten wiederholt, wobei jeder Abschnitt  durch eine zu den Spalten schräg verlaufenden Grenz  linie in zwei Felder     mit    voneinander verschiedener    Teilung des Spaltmusters eingeteilt ist, die dargelegten  Mängel     zu    beheben.  



  Dies wird dadurch erreicht, dass jedes Spaltmuster  gegenüber der relativen Lage an der vorhergehenden  Grenzlinie längs seiner Grenzlinie verschoben ist, wo  bei der Betrag der Verschiebung vom Verhältnis der  Teilungen abhängt, derart, dass sich die     Sprungfunk-          tionen    an zwei aufeinanderfolgenden     Grenzlinien    im  Mittel wenigstens     annähernd    aufheben.  



  In Fig. 7 ist eine beispielsweise Anordnung der  Spaltmuster dargestellt.  



  Jeder Übergang vom einen auf ein nachfolgendes       Spaltmuster    16 erzeugt auch bei dieser Anordnung  ein Ausgangssignal mit treppenförmigem Verlauf, also  eine Sprungfunktion, wie dies anhand der Fig. 5 und  6 schon erläutert wurde. Durch die Verschiebung  eines Spaltmusters 16 längs seiner Grenzlinie 9 wird  erreicht, dass die Abweichung des Signalverlaufs bei  jedem Übergang zwischen zwei Spaltmustern 16 an  ders ist. Durch geeignete Verschiebung kann insbeson  dere erreicht werden, dass zwei aufeinanderfolgende  Übergangssignale sich gegenseitig aufheben. Diese  Kompensation kommt dadurch zustande, dass die Ab  weichungen von Spaltmuster zu Spaltmuster ihre  Richtung wechseln und durch     zeitliche    Mittelwert  bildung praktisch zum Verschwinden gebracht wer  den.  



  Bei einem Verhältnis der Winkelteilungen der  Balken und Spalte in den Spaltmustern von beispiels  weise 2:3 gemäss Fig. 7 beträgt das günstigste Mass  der Versetzung eine Winkelteilung des gröberen Bal  kens und Spaltes.  



  Dieselbe Massnahme kann mit gleichem Erfolg  auch bei einem geradlinig bewegten     Abtastorgan,     z. B. in Form eines endlosen Filmstreifens, angewen  det werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Abtastorgan zur laufenden Ermittlung der Ko ordinaten eines Bildpunktes im Bildfeld eines Strah- lungs-Ortungsgerätes, mit auf einer Spur angeordneter Abtastfigur in Form eines längs der Spur periodischen Spaltmusters, das sich in aufeinanderfolgenden Ab schnitten wiederholt, wobei jeder Abschnitt durch eine zu den Spalten schräg verlaufende Grenzlinie in zwei Felder mit voneinander verschiedener Teilung des Spaltmusters eingeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Spaltmuster (16) gegenüber der relativen Lage an der vorhergehenden Grenzlinie (9) längs sei ner Grenzlinie (9) verschoben ist,

   wobei der Betrag der Verschiebung vom Verhältnis der Teilungen (10, 11) abhängt, derart, dass sich die Sprungfunktionen (Fig. 6) an zwei aufeinanderfolgenden Grenzlinien (9) im Mittel wenigstens annähernd aufheben.