DE1623395C1 - Navigationsberichtigungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Navigationsberichtigungssystem, mit welchem die von einer Trägheitsnavigationseinrichtung gelieferte Position eines Luftfahrzeugs in regelmäßigen Abständen dadurch berichtigt wird, daß beim Überfliegen von vorherbestimmten Berichtigungsgeländen ein Vergleich zwischen der aus dem Blickwinkel der Sollposition des Luftfahrzeugs gesehenen, gespeicherten Struktur des Berichtigungsgeländes und der aus der Istposition abgetasteten Struktur des tatsächlich, überflogenen Geländes durchgeführt und entsprechend einer hierbei festgestellten Differenz der Positionsanzeige korrigiert wird.

Es ist bereits ein Navigationsberichtigungssystem dieser Art bekannt, bei dem eine bestimmte Zahl vpn Berichtigungsgeländen verwendet wird, die entlang der einzuhaltenden Flugbahn liegen. Über jedem Berichtigungsgelände wird der Vergleich zwischen der Istposition oder einer ihrer Koordinaten und der Sollposition durchgeführt Die Angabe über die Istposition wird experimentell dadurch erhalten, daß die Höhe über dem Meeresspiegel und die Höhe über dem Boden gemessen werden, wodurch die Höhe des gerade vom Flugzeug überflogenen Bodenpunktes erhalten wird. Die Sollposition ist in gleicher Weise gespeichert, d. h. durch das Höhenrelief des Berichtigungsgeländes, welches das Flugzeug im Augenblick der Messung überfliegen sollte. Damit der Vergleich durchgeführt werden kann, sind bei dem bekannten System die Höhen einer größeren Anzahl von Punkten des Berichtigungsgeländes auf einem Magnetband aufgezeichnet, das während des Überfliegens des Berichtigungsgeländes vor elektromagnetischen Abtastern ablauf t

Für jeden Meßpunkt gibt ein an Bord des Flugzeugs befindliches Rechengerät aus diesem Magnetspeicher die Höhen (Z) einer bestimmten Zahl von Punkten aus, die rings um die geschätzte Augenblicksposition (mit der gemessenen Höhe Z₀) liegen, es berechnet die Fehlerquadrate (Z- Zo)² und bildet deren Summe. Diese Operationen werden während des Zeitintervalls, in welchem das Flugzeug das Berichtigungsgelände überfliegt, in einem regelmäßigen Rhythmus durchgeführt. Durch Bildung der Summe aller Teilsummen und durch Bestimmung der dem Minimum dieser Summe entsprechenden Stellung durch Interpolation leitet man den Fehler ab, der hinsichtlich des Punktes begangen wurde, den das Rechengerät als Augenblicksposition geschätzt hat

Zur Bestimmung des Fehlers muß dieses bekannte Verfahren somit bei jeder Messung die wirkliche Höhe (Za) des der Istposition des Flugzeugs entsprechenden Bodenpunktes ermitteln, eine beschränkte Zahl von vorbestimmten Bodenpunkten wählen, die in bezug auf die Projektion der Sollposition des Flugzeugs festliegen, und die Fehlerquadrate der diesen Bodenpunkten entsprechenden gespeicherten Höhen berechnen.

Bei diesem Verfahren ist zwangsläufig die Zahl der von vornherein festgelegten Hilfspunkte beschränkt, so daß diese Punkte relativ weit voneinander entfernt liegen. Dadurch wird das Auflösungsvermögen begrenzt und die Genauigkeit der Ermittlung des Stellungsfehlers des Flugzeugs verringert

Die von diesen Punkten am Boden bedeckte Zone muß nämlich ausreichend groß sein, damit sie mit sehr großer Wahrscheinlichkeit sowohl die Projektion der Iststellung des Flugzeugs als auch die Projektion der Sollstellung des Flugzeugs enthält Bei einer Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs in der Größenordnung von Mach 2 kann diese Zone, die »Unsicherheitszone« genannt wird, mehr als einen Quadratkilometer erreichen. Durch Wahl einer beschränkten Anzahl von Punkten vergrößert man demzufolge deren Abstände, wodurch die Genauigkeit der Ermittlung der Abweichung zwischen der Iststellung des Flugzeugs und der Sollstellung verringert wird.

Da andererseits bei diesem bekannten Verfahren eine magnetische Aufzeichnung benutzt wird, deren Abtastung auf eine einzige Dimension beschränkt ist und eine gewisse Zeit erfordert, muß der Vergleich der Höhenwerte auf einige isolierte Punkte der Unsicherheitszone beschränkt werden, da sonst das Rechengerät eine völlig unannehmbare Kapazität haben müßte.

Dieses Verfahren, das sich auf unstetige Abtastung mit geringer Auflösung beschränkt, erfordert dennoch an Bord ein beträchtliches Rechengerät, eine Höhenkarte, die durch einen eindimensionalen Magnetspeicher dargestellt, also sehr umfangreich ist, und eine komplizierte Informationsverarbeitung.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Navigationsberichtigungssystems der eingangs angegebenen Art, bei welchem die Zahl der bei jedem Vergleich herangezogenen Bodenpunkte beträchtlich größer sein kann, so daß die Genauigkeit wesentlich erhöht ist

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Struktur des Berichtigungsgeländes in Form eines symbolisierten Geländebildes gespeichert ist, welches für ausgewählte Geländepunkte jeweils die Abbildung einer vom Wert eines kennzeichnenden Parameters des betreffenden Geländepunktes abhängigen Symbolfigur enthält, daß das symbolisierte Geländebild einer optischen Korrelation mit einem auf Grund der gleichen Symbolfigur gebildeten Bezugsbild unterworfen wird, das in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert des

gleichen kennzeichnenden Parameters des gerade überflogenen Geländepunktes laufend derart verändert wird, daß in der durch die optische Korrelation in einer Untersuchungsebene erhaltenen Abbildung des symbolisierten Geländebildes diejenigen Bildpunkte die größte Helligkeit aufweisen, die Symbolfigur entsprechen, deren Parameterwerte dem die Einstellung des Bezugsbildes bestimmenden Parameterwert am nächsten kommen, und daß eine Vorrichtung zur optischen Integration der bei aufeinanderfolgenden optischen Korrelationen in der Untersuchungsebene erhaltenen Abbildungen vorgesehen ist

Die bei der Erfindung angewendete Maßnahme der optischen Korrelation mit HiUe von Symbolfiguren eines symbolisierten Geländebildes ermöglicht den gleichzeitigen Vergleich einer beliebig großen Zahl von Parameterwerten mit dem gemessenen Parameterwert in sehr kurzer Zeit. Die Zahl der für jeden Vergleich herangezogenen Geländepunkte hängt praktisch nur von der gewünschten oder erzielbaren Aufzeichnungsdichte der Symbolfiguren in dem symbolisierten Geländebild ab. Wegen der sehr kurzen Zeit, in der die optische Korrelation durchgeführt werden kann, können auch die Meßzyklen sehr schnell aufeinanderfolgen, so daß auch die Zahl der angemessenen Bodenpunkte sehr groß sein kann.

Jede optische Korrelation ergibt eine Abbildung des symbolisierten Geländebildes, in welcher diejenigen Punkte am hellsten sind, deren Parameterwert dem gemessenen Parameterwert des gerade überflogenen Geländepunktes am nächsten kommt. Der geometrische Ort dieser Punkte ist eine Standlinie des Flugzeugs. Für jede Messung und optische Korrelation erhält man eine solche Standlinie, und durch die optische Integration wird erreicht, daß diese Standlinien sich in einem Punkt schneiden, der als hellster Punkt erscheint und die Bodenprojektion der Istposition des Flugzeugs darstellt Sobald dieser Punkt bekannt ist, läßt sich der Navigationsfehler leicht ermitteln und berichtigen.

Wenn gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der kennzeichnende Parameter die Höhe ist, erhält man als Ergebnis der optischen Korrelation die durch den angemessenen Geländepunkt gehende Höhenlinie.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Flugbahnen und der Unsicherheitszonen,

Fi g. 2 die Überlagerung der Höhenlinien auf dem Untersuchungsschirm,

Fig.3 eine schematische Ansicht eines optischen Korrektors,

Fig.4 das Funktionsschema des Berichtigungssystems,

Fig.5 ein Diagramm eines stufenweisen Vorschubs des symbolisierten Geländebildes,

Fig. 6 das Schema der Anordnung für den stufenweisen Vorschub,

Fig.7 die Auswertung des Höhenreliefs einer Unsicherheitszone,

Fig.8 den für die Aufzeichnung der Höhen einer Unsicherheitszone reservierten Bereich der Symbolfigur,

F i g. 9 eine Ausführungsform der Symbolfigur,

F i g. 10 die Intensitätsverteilung einer Korrelationsfunktion,

F i g. 11 eine Ausführungsform der Höheneinstellvorrichtung,

Fig. 12 eine Ausführungsform der lichtelektrischen Integrationsanordnung,

Fig. 13 eine schematische Darstellung eines mit kohärentem Licht arbeitenden Korrelators und

F i g. 14 eine genauere Darstellung eines mit nichtkohärentem Licht arbeitenden Korrelators.

Die hohe Fluggeschwindigkeit moderner Luftfahrzeuge erfordert eine außerordentlich genaue Navigation und eine Automatisierung, welche die Arbeit des (bzw. der) Piloten möglichst weitgehend vereinfachen kann. Zur Erfüllung dieser zwingenden Forderung ist ein empfindliches Gerät, beispielsweise eine Trägheitsplattform in Verbindung mit programmierten Rechengeräten vorgesehen, damit der Mannschaft und gegebenenfalls dem automatischen Piloten möglichst genaue Informationen über den Ort des Flugzeugs und die Abweichungen von der vorgeschriebenen Route geliefert werden. Selbst kleine Fehler einer Trägheitsnavigationseinrichtung können sich aber über einen langen Flugweg so kumulieren, daß der Fehler zwischen dem von dem Trägheitsnavigationssystem angezeigten Ort des Flugzeugs und dem tatsächlichen Ort unzulässig groß wird. Deshalb ist ein Navigationsberichtigungssystem vorgesehen, mit welchem die von der Trägheitsnavigationseinrichtung gelieferten Daten berichtigt werden können.

Bei dem nachstehend beschriebenen System wird angenommen, daß auf der vorgeschriebenen Route eine bestimmte Zahl von sogenannten Berichtigungsgeländen vorhanden ist, welche das Flugzeug im Verlauf seiner Reise überfliegen muß. Bei einem Überqueren jedes dieser Berichtigungsgelände bestimmt das Navigationsberichtigungssystem die Abweichungen zwischen der Sollflugbahn (TI) und der Istflugbahn (T_r), indem es eine zuvor angefertige Aufzeichnung des Berichtigungsgeländes, das entsprechend der Sollflugbahn überflogen werden sollte, mit dem wirklich überflogenen Gelände vergleicht. Für diesen Vergleich wird ein kennzeichnender Parameter des Geländes verwendet, und zwar bei dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Höhe. Der Vergleich erfolgt durch eine optische Korrelation, durch welche die Höhe des gerade überflogenen Geländepunktes mit den aufgezeichneten Höhen einer größeren Anzahl von Geländepunkten des Berichtigungsgeländes gleichzeitig verglichen wird. Die Höhe des gerade überflogenen Geländepunktes kann laufend dadurch festgestellt werden, daß einerseits die absolute Höhe Z₂ des Flugzeugs über dem Meeresspiegel, beispielsweise mit einem barometrischen Höhenmesser, und andererseits die Höhe h über dem Boden, beispielsweise mit einem Funkhöhenmesser gemessen werden.

Fig. 1 zeigt schematisch die beiden Flugbahnen 7} und T_r beim Überfliegen eines Berichtigungsgeländes ODER Das Flugzeug sollte in einem gegebenen Zeitpunkt die auf der Sollflugbahn 7} liegende Position Aj haben, es hat aber in Wirklichkeit die auf der Istflugbahn T_r liegende Position Bj. Dabei kann angenommen werden, daß die Istposition Bj im Inneren einer die Sollposition umgebenden Unsicherheitszone (abcd)j liegt. Diese Unsicherheitszone drückt den größten Fehler aus, der, gegebenenfalls unter Berücksichtigung früherer Berichtigungen, bei der Trägheitsnavigation auftreten kann. Dieser Fehler kann nach einem Flug von 100 km mit einer Geschwindigkeit von Mach 2 beispielsweise in der Größenordnung von 1200 · 1200)m² liegen. Wenn angenommen wird, daß die Abweichung AjBj während des Überfliegens des

809 681/24

Berichtigungsgeländes ODEF konstant bleibt, läßt sich die Istflugbahn T_r durch eine einfache Translation aus der Sollflugbahn 77 ableiten. Dies bedeutet also, daß die zu bestimmende Istflugbahn T_r sich in einem zentrisch zu der Sollflugbahn 7/liegenden Raum befindet, der eine Breite ajdjhat, die gleich dem größtmöglichen Fehler ist, welchen die Trägheitsnavigationseinrichtung bei der Augenblicksortung der Position 5,-machen können.

Man kann annehmen, daß dieser Raum durch einen mit dem Flugzeug »fest verbundenen« elementaren Unsicherheitsraum gebildet ist, der sich zusammen mit dem Flugzeug über das Berichtigungsgelände bewegt. Die Projektion dieses Unsicherheitsraums auf den Boden ergibt dort die Unsicherheitszone (abcd)j, in der einerseits gerade überflogene Geländepunkt (Projektion der Istposition Bj) und andererseits die Projektion der Sollposition Aj liegen. Während der Dauer des Überfliegens führt das Navigationsberichtigungssystem in einer wiederholten Folge Höhenmessungen der zuvor beschriebenen Art durch, welche die Höhe des gerade überflogenen Geländepunktes ergeben. Die Folgeperiode der durchgeführten Messungen ist so klein, daß die Zahl der Messungen über dem Berichtigungsgelände sehr groß ist; aus diesem Grund entsprechen die unstetigen Meßabtastungen praktisch einer fortgesetzten kontinuierlichen Messung des Höhenreliefs des Geländes unter der von dem Flugzeug zurückgelegten Istflugbahn Τ_Λ

In dem Navigationsberichtigungssystem sind die Höhen einer großen Zahl von Punkten des Berichtigungsgeländes ODEF in Form eines symbolisierten Geländebildes gespeichert, und bei jeder Höhenmessung wird eine optische Korrelation zwischen der gemessenen Höhe des der Istposition 6,-entsprechenden Geländepunktes und der aufgezeichneten Höhen aller Geländepunkte des zugehörigen Unsicherheitsraums (abcd)j durchgeführt Auf Grund der Autokorrelationsfunktion erhält man dabei mit einem Schlag alle von der Aufzeichnung erfaßten Geländepunkte der Unsicherheitszone, welche die gleiche Höhe wie der gerade überflogene Geländepunkt haben, also die durch den gerade überflogenen Geländepunkt gehende Höhenlinie Cj. Durch eine optische Integration mehrerer nacheinander aufgenommener Höhenlinien erhält man dann die Abweichung der Istposition Bj von der Sollposition Aj.

F i g. 1 zeigt schematisch mehrere Höhenlinien Q ... Cj ... C_a welche im Verlauf des Überfliegens des Berichtigungsgeländes erhalten werden. Jede dieser Höhenlinien geht bei jeder Messung durch die entsprechende Augenblicksposition Bi ... Bj ... B_n. Natürlich ist in Wirklichkeit die Zahl der während des Überfliegens des Berichtigungsgeländes aufgenommenen Höhenlinien sehr groß.

Auf jeder Höhenlinie besteht mit Sicherheit ein und nur ein Punkt, der die Istposition des Flugzeugs darstellt. Eine einzige Meßabtastung ergibt also nur eine Standlinie des Flugzeugs. Wenn man aber eine optische Integration vornimmt indem man beispielsweise die Bilder der nacheinander aufgenommenen Höhenlinien im Verlauf ihrer Bildung auf einen einzigen Schirm mit geeigneter Nachleuchtdauer projiziert erreicht man, daß sich alle Höhenlinien in einem einzigen, sehr hellen Punkt schneiden, der die Istposition: des Flugzeugs darstellt

Diese Maßnahme ist in Fig.2 dargestellt Auf der einzigen Ebene KLMN, die Untersuchungsebene genannt wird, werden die Koordinaten der den aufeinanderfolgenden Messungen entsprechenden Unsicherheitszonen (abcd)jso dargestellt daß die zugehörigen Sollpositionen A zusammenfallen, vorzugsweise im Mittelpunkt der Untersuchungsebene. Alle Höhenlinien Cj schneiden sich dann in dem gemeinsamen Punkt B, .welcher die Spur der Istflugbahn T_r darstellt Die Lage des Punktes B in bezug auf die Koordinatenachsen der Untersuchungsebene ergibt direkt die kartesischen Koordinaten p_x und p_y der geometrischen Abweichung ίο der Istflugbahn T₁,

Der optische Korrelator untersucht bei jeder Höhenmessung unmittelbar und gleichzeitig die ganze Unsicherheitszone und erfüllt dadurch gleichzeitig mehrere Funktionen, insbesondere die Funktion einer Wählanordnung, welche die Geländepunkte gleicher Höhe auswählt die Funktion einer Entfernungsmeßanordnung, welche die räumliche Lage dieser Punkte bestimmt und die Funktion einer Diskriminatoranordnung, welche die Höhendifferenzen der nächsten Umgebung rings um die Punkte gleicher Höhe auswertet

Für diesen Zweck geeignete optische Korrektoren können mit inkohärentem oder mit kohärentem Licht arbeiten; Beispiele hierfür werden später beschrieben.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des Navigationsberichtigungssystems sind in Fig.3 schematisch die wesentlichen Bestandteile eines mit inkohärentem Licht arbeitenden Korrektors dargestellt

In dieser Darstellung sind auf einer Achse hintereinander die Ebene P\ eines Bezugsbildes 31, die Ebene P₂ des symbolisierten Geländebildes, ein durch die Linse L dargestelltes optisches System und die Untersuchungsebene P3 gezeigt Das Bezugsbild 31 ist eine unterscheidungskräftige geometrische Symbolfigur, die um ihren auf der optischen Achse liegenden Mittelpunkt in der Ebene Pi drehbar ist und vorzugsweise so ausgebildet ist daß sie nur in einer einzigen Winkelstellung mit sich selbst deckungsgleich ist Zur Vereinfachung ist in F ig. 3 angenommen, daß die Symbolfigur durch vier auf einem lichtundurchlässigen Hintergrund angebrachte lichtdurchlässige Löcher gebildet ist

Der Winkel Θ zwischen einer Bezugsrichtung dieser Figur und der Bezugsachse X-X' drückt in einem geeignet gewählten Maßstab die gemessene Höhe des gerade überflogenen Geländepunktes aus. Zu diesem Zweck wird das Bezugsbild entsprechend den jeweiligen Meßwerten laufend verdreht
In der Ebene Pi ist das zuvor aufgenommene symbolisierte Geländebild des Berichtigungsgeländes angeordnet Auf diesem symbolisierten Geländebild ist für eine große Zahl von Geländepunkten die Höhe jeweils durch eine Symbolfigur dargestellt die mit der Symbolfigur des Bezugsbildes 31 identisch ist und um einen der Höhe des betreffenden Geländepunktes in dem gleichen Maßstab entsprechenden Winkel verdreht aufgezeichnet ist Zur Vereinfachung sind in F i g. 3 nur drei dieser aufgezeichneten Symbolfiguren dargestellt; in Wirklichkeit trägt das symbolisierte Geländebild eine sehr große Zahl dieser Symbolfiguren. Das symbolisierte Geländebild wird in der Ebene P% laufend so eingestellt daß der der Projektion der augenblicklichen Sollposition Aj entsprechende Punkt auf der optischen Achse liegt Für die optische Korrektion wird der diesen Punkt umgebende Bereich ausgenützt welcher der Unsicherheitszone (abcdjjsntspncht.

Das optische System L wirft das Bild des symbolisierten Geländebildes der. Ebene Pz auf den in der

Untersuchungsebene Pz angeordneten Schirm. Wenn das symbolisierte Geländebild von einer nichtkohärenten Lichtquelle durch das Bezugsbild 31 hindurch beleuchtet wird, dann erscheinen in der Untersuchungsebene die Bilder der Symbolfiguren des symbolisierten Geländebildes in der gleichen räumlichen Anordnung wie auf diesem, aber mit unterschiedlicher Helligkeit. Am hellsten erscheinen die Bilder der Symbolfiguren, die in dem gleichen Winkel Θ aufgezeichnet sind, in den das Bezugsbild 31 gerade eingestellt ist, also der Symbolfiguren, die denjenigen Punkten des Berichtigungsgeländes zugeordnet sind, welche die gleiche Höhe wie der gerade überflogene Geländepunkt haben, dessen Höhe die Einstellung des Bezugsbildes 31 bestimmt. Die Bilder der anderen Symbolfiguren erscheinen in der Untersuchungsebene wesentlich dunkler. Die hellen Bilder stellen zusammen die gesuchte Höhenlinie dar. Infolge der laufenden Verstellung des symbolisierten Geländebildes in der Ebene P% erscheinen die den aufeinanderfolgenden Messungen entsprechenden Höhenlinien in der Untersuchungsebene P3 in der in Fi g. 2 gezeigten Weise so, daß sie sich in dem der Iststellung B des Flugzeugs entsprechenden Punkt Bi schneiden.

Zur automatischen Bestimmung der Lage des Punktes B von Fig.2 bzw. des entsprechenden Bildes B\ von F i g. 3 ist ein lichtempfindliches Detektorsystem vorgesehen, das den Untersuchungsschirm abtastet, alle Lichtintensitäten der Höhenlinien integriert, die sich in dem Punkt Bi schneiden, die kartesischen Koordinaten p_x und p_y der Abweichung ermittelt, elektrische Fehlersignale bildet und dieser zu einer sehr einfachen Rechenanordnung schickt, damit die Angaben der Trägheitsnavigationseinrichtung berichtigt werden.

F i g. 4 zeigt schematisch die Gesamtheit des Navigationsberichtigungssystems. Dieses System besteht im wesentlichen aus zwei Gruppen: Dem Kanal 1, der in der Kette des Navigationssystems liegt, und der Korrekturschleife 2.

Der Kanal 1 enthält ein Rechenwerk 11 und eine Anordnung 12, welche die korrigierten Positionswerte (X, Y) zu einer Anordnung 13 liefert, die die Aufgabe hat, die Informationen für die Kurshaltung und für die Navigation im allgemeinen anzuzeigen.

Das als Addierwerk arbeitende Rechenwerk 11 empfängt einerseits die von der Trägheitsplattform 10 gebildeten Stellungswerte (X, Y) und andererseits die Korrekturglieder

m-l

Σ (ρ Α

und

m-l

Σ C?A>

die durch Extrapolation aus den Berichtigungen berechnet worden sind, welche über dem Berichtigungsgelände (m—\) durchgeführt worden sind, das dem gerade überflogenen Berichtigungsgelände mit der Nummer (m) vorangeht Das Addierwerk 11 bildet somit die korrigierten Stellungskoordinaten

" (Yt +Σ Py). und es liefert diese korrigierten Ergebnisse in binärer Zahlendarstellung zu der Anordnung 12 Es ist zu bemerken, daß diese korrigierten Koordinaten, die in bezug auf den Abflugpunkt Cdes Flugzeugs angegeben sind, die Punkte Ä/ betreffen, deren geometrischer Ort die durch die vorangehenden Korrekturen vorgeschriebene Sollflugbahn 7} bildet, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist

Das Berichtigungssystem hat die Aufgabe, Fehlersignale zu ermitteln und zu bilden, welche die Komponenten (px)_m und (p^_m der zusätzlichen Abweichung ausdrücken, welche das Flugzeug auf dem Weg von dem vorangehenden Berichtigungsgelände (m—i), über dem die Koordinaten (X, Y) korrigiert worden sind, bis zu dem gerade überflogenen Berichtigungsgelände m angenommen hat. Die in Fig.2 dargestellten Komponenten (p_x)m und (p^_m werden durch die Korrekturschleife 2 von Fig.4 bestimmt die jedesmal dann in Tätigkeit gesetzt wird, wenn das Flugzeug eines der Berichtigungsgelände überfliegt

Die Schleife 2 enthält demzufolge den mit nichtkohärentem oder kohärentem Licht arbeitenden Korrelator 20, der beispielsweise nach dem in Fig.3 gezeigten Prinzip arbeitet und bei jeder Messung die optische Korrelation zwischen dem Bezugsbild 31 (Fig.3) und dem symbolisierten Geländebild durchführt Das symbolisierte Geländebild wird durch die vom Rechenwerk 21 gesteuerte Einstellvorrichtung 24 laufend nachgestellt, während das Bezugsbild 31 durch die Höheneinstellvorrichtung 22 eingestellt wird, welche die Analogsignale der zur Messung verwendeten Höhenmesser empfängt. Der Taktgeber 23, der gleichfalls vom Rechenwerk 21 gesteuert wird, steuert den Betrieb des Berichtigungssystems.

Die Einstellvorrichtung 24 bringt das symbolisierte Geländebild des Berichtigungsgeländes in die richtige Stellung, so daß die jeweilige Sollposition A mit den auf den Ursprung O (Fig. 1) des Berichtigungsgeländes bezogenen Koordinaten χ und y gemäß F ig. 3 auf der optischen Achse gehalten wird.

Die Anordnung 12 von Fig.4 liefert jedoch die Koordinaten Xvsva Y"in bezug auf den Abflugpunkt C des Flugzeugs; daher muß für jedes Berichtigungsgelände die Subtraktion X=(X-X₀) und y=(Y-Y₀) durchgeführt werden, wobei Xq, Yo die Koordinaten des Ursprungs Odes betreffenden Berichtigungsgeländes in bezug auf den Punkt C sind. Diese Koordinaten X₀, Yo sind auf dem das symbolisierte Geländebild tragenden Aufzeichnungsträger aufgezeichnet Sie werden von diesem Aufzeichnungsträger vor dem Erreichen des Berichtigungsgeländes von einer Leseschaltung 26 abgelesen, von der sie zu dem Rechenwerk 21 übertragen werden, das die zuvor angegebene Subtraktion durchführt und die Koordinaten λγ und y direkt in . binärer Zahlendarstellung abgibt.

Damit die Einstellvorrichtung 24 auf dem Nullpunkt gehalten werden kann, solange sich das Flugzeug

so außerhalb des Berichtigungsgeländes befindet, bewirkt das Rechenwerk 21, daß die abgegebenen Signale nur dann den zuvor angegebenen Differenzen entsprechen, wenn der Wert X(bzw. Y) größer als der Wert Xo (bzw. Yo) ist Wenn dagegen A"(bzw. Y)Meiner als Xo (bzw. Ιό) ist, sind die abgegebenen Signale nicht negativ, sondern sie haben den Wert Null. Diese Besonderheit ermöglicht es, das aufgezeichnete symbolisierte Geländebild im voraus in die richtige Anfangsstellung zu bringen, sobald sich das Flugzeug dem Berichtigungsgelände nähert Die mittlere Vorschubbewegung des symbolisierten Geländebildes ist der Bewegung des Flugzeugs proportional. Wegen des sehr kleinen Maßstabs ist aber selbst bei großen Fluggeschwindigkeiten die Vorschubbewegung des symbolisierten Geländebildes verhältnismäßig klein, und da für die optische Korrelation mit Lichtimpulsen kurzer Dauer gearbeitet wird, kann das symbolisierte Geländebild gleichförmig bewegt werden.

In bestimmten Sonderfällen kann es jedoch vorteil-

haft sein, das symbolisierte Geländebild in einer schnellen Folge von unstetigen Schritten vorzuschieben. Der sehr kleine Vorschubschritt ρ kann so gewählt werden, daß er einen Flugweg in der Größenordnung von einigen Metern bis einigen zehn Metern entspricht, wenn das Flugzeug mit Mach 2 fliegt. Diese Entfernung entspricht nur einem kleinen Bruchteil der Länge der Unsicherheitszone.

Die Aufzeichnung des symbolisierten Geländebildes erfolgt zweckmäßig so, daß jede Unsicherheitszone in mehr als 100 Gittermaschen unterteilt ist. Für jede Gittermasche ist eine Symbolfigur aufgezeichnet, welche die Höhe des Mittelpunktes der Gittermasche angibt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß jede optische Korrelation mit ebenso vielen aufgezeichneten Symbolfiguren durchgeführt wird, wie Gittermaschen in einer Unsicherheitszone vorhanden sind. Wenn die Länge einer Unsicherheitszone das /23-fache der Länge einer Gittermasche beträgt, enthält die Unsicherheitszone m² Gittermaschen.

Die optische Korrelation ergibt somit die Wirkung, daß bei jeder einzelnen Messung alle Gittermaschen einer Unsicherheitszone gleichzeitig und praktisch augenblicklich geprüft und mit der gemessenen Höhe verglichen werden. Durch entsprechende Wahl der Folgefrequenz f_r der aufeinanderfolgenden optischen Korrelation wird außerdem erreicht, daß in dem Zeitintervall öt, welches das Flugzeug zum Überfliegen einer Unsicherheitszone braucht, eine gleiche Reihe von m Gittermaschen mehrmals, beispielsweise /2-mal untersucht wird. Während dieses Zeitintervalls öt liefert der Korrelator /2 verschiedene Höhenlinien, für deren Bildung jeweils /22 Reihen von /22 Gittermaschen, also m² Gittermaschen herangezogen werden.

Während der Zeit T, in der das Berichtigungsgelände überflogen wird, ist die erhaltene Gesamtzahl N von Höhenlinien

N= fr-T

und die Zahl M der untersuchten Reihen von Maschengittern ist

M=™-N.
η

Jede Reihe, die senkrecht zu der Richtung des Flugzeugs liegt, wird /2-mal untersucht und enthält jeweils /22 Gittermaschen.

Die Auflösung des symbolisierten Geländebildes wird so gewählt, daß die das Maschengitter kennzeichnende Zahl m mehrfach größer als die Zahl /2 ist.

Um die Genauigkeit zu vergrößern, wird die Zahl N der beim Überfliegen eines Berichtigungsgeländes ausgewerteten Höhenlinien in der Größenordnung von etwa 100 bemessen, wodurch zugleich die Folgefrequenz f_r für eine durch andere Überlegungen vorgegebene Zeit T festgelegt wird, in welcher das Berichtigungsgelände überflogen wird.

Das Funktionsschema von Fig.6 zeigt schematisch eine stufenweise arbeitende Einstellvorrichtung 24 für das symbolisierte Geländebild, deren Arbeitsweise an Hand des Diagramms von F i g. 5 erläutert wird.

Die unstetige Kurve Di von Fi g. 5 zeigt schematisch den schrittweisen Vorschub der Abszissenachse χ des symbolisierten Geländebilds mit dem sehr kleinen Vorschubschritt p. Der Mittelwert dieser Treppenkurve fällt mit der Geraden D₂ zusammen, welche der linearen Vorwärtsbewegung des Flugzeugs als Funktion der Zeit entspricht

F i g. 6 zeigt schematisch ein entsprechendes Ausführungsbeispiel der Einstellvorrichtung 24, die auch in Fig.4 dargestellt ist. Diese Anordnung enthält zwei Kanäle, welche die Aufgabe haben, die Koordinate χ bzw. die Koordinate y des symbolisierten Geländebildes in Abhängigkeit von der Vorwärtsbewegung des Flugzeugs einzustellen. Die beiden Kanäle haben den gleichen Aufbau, und in F i g. 6 ist nur das Funktionsschema des der Koordinate χ zugeordneten Kanals dargestellt.

Dieser Kanal enthält einen Stellmotor 240 und eine Regelschleife mit den Anordnungen 241,.243 und 244. Da die Werte χ und y von dem Rechenwerk 21 von Fig.4 in binärer Zahlendarstellung geliefert werden, kann der Stellmotor 240 durch einen Schrittmotor gebildet sein, welcher die Verstellung des symbolisierten Geländebildes 242 steuert, die einen Teil des Korrelators 20 von Fi g. 4 bildet und bei P2 in F i g. 3 dargestellt ist. Ein Impulsgenerator 242 erzeugt bipolare Impulse und steuert den Stellmotor 240 in der einen oder in der anderen Laufrichtung. Die zur Steuerung des Stellmotors dienenden Impulse werden außerdem einem Vorwärts- und Rückwärtszähler 241 zugeführt, welcher in Form einer Binärzahl den Wert des vom Stellmotor eingestellten Koordinatenwertes x_c angibt Eine Vergleichsanordnung 243 empfängt die Koordinate χ von dem Rechenwerk 21 von F i g. 4 sowie den Wert x_c vom Zähler 241. Damit in jedem Zeitpunkt die Polarität der Abweichung bestimmt werden kann, die zwischen der Sollstellung χνηά der Iststellung xbdes vom Stellmotor 240 gesteuerten symbolisierten Geländebildes besteht, bildet die Vergleichsanordnung 243 die Differenz (x—Xb), und sie bildet ein Einheitssignal für das Vorzeichen der Differenz, indem sie die Operation (x—x_c)/| x—x_c I durchführt. Das Vorzeichensignal wird dem Impulsgenerator 244 zugeführt, der seinerseits eine Impulsfolge entsprechender Polarität zu dem Motor 240 liefert Das Eingreifen der von den Anordnungen 241, 243 und 244 gebildeten Regelschleife hört in dem Augenblick auf, in welchem die Stellung x_c des symbolisierten Geländebildes gleich der Sollstellung χ ist Die gleiche Operation wird von dem anderen Kanal mit der Ordinate ^durchgeführt.

Die schematisch bei 22 in Fig.4 dargestellte Höheneinstellvorrichtung steuert die Drehung des Bezugsbildes 31 in der Ebene P\ von Fig.3 in Abhängigkeit von der Höhe des im Augenblick der Messung überflogenen Bodenpunktes. Diese Einstellung erfolgt direkt in analoger Form, damit die Informationen der Höhenmesser verwertet werden können, ohne daß eine Umsetzung vorgenommen werden muß.

Die Anordnung 22 empfängt zwei Arten von Informationen. Die erste Informationsart betrifft die Augenblicksmeßwerte, insbesondere die Höhe Z_a in bezug auf den Meeresspiegel, die von einem Barometer angegeben wird, und die von einem Funkhöhenmesser gemessene Höhe h über Grund.

Die Informationen der zweiten Art, die der Anordnung unmittelbar vor dem Eintritt in das Berichtigungsgelände geliefert werden, betreffen die Grundhöhe Ho des Berichtigungsgeländes über dem Meeresspiegel und den Wert AH, welcher den Mittelwert der Höhenänderungen des betreffenden Berichtigungsgeländes über der Grundhöhe Hq darstellt

Diese beiden zuletzt genannten Daten Ho und AH kennzeichnen zusammen mit den Koordinaten Xo, Yo des Ursprungs O das Berichtigungsgelände, das überflogen werden soll. Diese vier Informationen sind

auf dem das symbolisierte Geländebild tragenden Aufzeichnungsträger in digitalisierter Form in dem zwischen den symbolisierten Geländebildern von zwei Berichtigungsgeländen liegenden Abschnitt aufgezeichnet, so daß sie beim Wechsel des Geländebildes nach der Überquerung des vorangehenden Berichtigungsgeländes photoelektrisch abgelesen werden können. Das Ablesen dieser Informationen erfolgt während der Vorschubbewegung des Aufzeichnungsträgers. Die Werte von Ho und AH sind so quantisiert, daß eine kleine Zahl von Ziffern zur Codierung der dem Berichtigungsgelände entsprechenden Werte genügt. Diese Werte werden von der Leseschaltung 26 abgelesen und der Höheneinstellvorrichtung 22 zugeführt.

"Im allgemeinen kann unterstellt werden, daß das überflogene Gelände in jeder Unsicherheitszone von einem hügeligen Boden gebildet ist, wie er in Fig.7 dargestellt ist, der eine größere Anzahl von Wellungen aufweist, die nach oben und unten von dem Mittelwert Hq+idifabweichen.

Für jeden gemessenen Bodenpunkt wird die Amplitude

ε=Ζ-(Η₀+ΔΗ)

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bestimmt, worin Z die Höhe des betreffenden Punktes über dem Meeresspiegel und gleich der Differenz der vom Barometer gemessenen Höhe Z_a und der vom Höhenmesser gemessenen Höhe h ist. Die gleichen Amplituden ε sind für die ausgewählten Bodenpunkte auf dem symbolisierten Geländebild aufgezeichnet.

Die Amplitude ε sowie die Extremwerte 8maxund ε,π/π der Erhebungen und Vertiefungen des Geländes sind gleichfalls in F i g. 7 dargestellt.

Entsprechend der Beschreibung von F i g. 3 wird jede Amplitude ε durch die Winkelstellung des Bezugsbildes 31 bzw. der auf dem symbolisierten Geländebild aufgezeichneten geometrischen Figuren ausgedrückt

Damit ein möglichst hohes Amplitudenunterscheidungsvermögen gewährleistet ist, muß der größtmögliehe Winkeländerungsbereich β der geometrischen Figur für die vorkommenden Höhenänderungen möglichst vollständig ausgenutzt werden. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß der Winkeländerungsbereich ß, der nahezu 2 η Bogengrade beträgt, dem größten Höhenunterschied D=e_max+\ B_min\ des Geländes zugeordnet sein muß. Je höher die Grundhöhe Ho des Geländes und der Mittelwert AH der Wellüngen sind, um so größer ist der Höhenunterschiedsbereich D. Im Verlauf des gleichen Flugs kann das Flugzeug Berichtigungsgelände j überfliegen, welche durch sehr verschiedene Parameter Hoj und AHj gekennzeichnet sind und daher auch sehr verschiedene Höhenunterschiedsbereiche Dj haben. Um unter allen Umständen ein maximales Amplitudenunterscheidungsvermögen zu erhalten, paßt daher die Höheneinstellvorrichtung 22 von Fig.4 halbautomatisch oder automatisch den Maßstab der Höheneinstellung so an, daß der ganze Winkeländerungsbereich β dem Höhenunterschiedsbereich Dj des überflogenen Berichtigungsgeländes ent- βο spricht. Eine entsprechende Anpassung ist natürlich auch bei der Aufzeichnung des symbolisierten Geländebildes vorgenommen worden.

In dem folgenden Abschnitt wird an Hand von F i g. 7 bis 10 der für die Aufzeichnung des gesamten Höhenunterschiedsbereichs D ausnutzbare Wert des Winkels β erläutert.

Fig. 7 zeigt, daß das Relief des eine Unsicherheitszone bildenden Geländes sowohl positive als auch negative Amplituden ε haben kann. Um auf dem symbolisierten Geländebild und bei der Einstellung des Bezugsbildes die Erhebungen von den Vertiefungen gegenüber der mittleren Höhe H₀+AH zu unterscheiden, wird die von Null bis 180⁰C gehende Winkelzone für die eine Polarität der Amplitude (beispielsweise die positive Amplitude) reserviert, während die entgegengesetzte Polarität die andere Hälfte des trigonometrischen Kreises einnimmt

Um aber jede Zweideutigkeit zwischen einem Punkt größter Höhe (Punkt Sin F i g. 7 und 8) und einem Punkt kleinster Höhe (Punkt R in F i g. 7 und 8) zu vermeiden, ist ein kleiner Sektor zu beiden Seiten der 180°-Richtung vorgesehen, der nicht benutzt wird und die beiden für die Aufzeichnung der Amplitude ε vorgesehenen Winkelzonen voneinander trennt. Dieser Trennsektor mit dem Winkel Θο ist in F i g. 8 schraffiert dargestellt. Man verfügt also über einen Winkel β von (360° — Θ_ο) für die Aufzeichnung des Bereichs der Amplitude ε jedes Berichtigungsgeländes.

Natürlich kann in besonderen Fällen, in denen das Geländerelief sehr abwechselungsreich ist, der Mittelwert üb+AH im Verlauf des Überfliegens des Berichtigungsgeländes verändert werden.

Bei dem beschriebenen Navigationsberichtigungssystem können sehr verschiedenartige Symbolfiguren verwendet werden, die durch ihre Form oder durch ihre Richtung die Höhen des überflogenen Geländes ausdrücken. Als Beispiel ist in Fig.9 eine der bevorzugten geometrischen Figuren dargestellt, die den gewünschten Zweck erfüllt.

Diese Figur enthält eine gewisse Zahl von Löchern, mit einem Durchmesser d, die auf konzentrischen Kreisen D, A, D₂ usw. verteilt sind. Die Abstände zwischen den Löchern entsprechen auf jedem Kreis einer arithmetischen Reihe mit der Grundzahl d, wodurch eine Folge von Abständen gebildet wird, welche die Werte 2d, 3d, 4d usw. haben. Eine solche geometrische Figur, die »Korrelationsfigur« genannt wird, ahmt in erster Annäherung eine »zufällige« Verteilung der Löcher nach, so daß man auf dem gleichen Kreis keine zwei Löcherpaare finden kann, die den gleichen Abstand haben. Damit die Korrelationsfigur sich besser für die optische Korrelation eignet, kann sie durch lichtdurchlässige Löcher auf einem lichtundurchlässigen Hintergrund gebildet sein.

Damit man eine Korrelationsfunktion mit schmaler Basis erhält, ist es vorteilhaft, diese Figur mit einer großen Zahl von Löchern kleinen Durchmessers d zu bilden.

Man kann die optische Korrelation mit nichtkohärentem Licht vorteilhaft anwenden, wenn die verschiedenen Kreise Dj so groß sind, daß bei einer großen Zahl von Löchern die Durchmesser d dieser Löcher nicht kleiner als einige Zehntel Millimeter sind.

Bei bestimmten besonderen Anwendungsfällen werden die Durchmesser d der Löcher notwendigerweise kleiner als einige Zehntel Millimeter, so daß sie die Erscheinung der Lichtbeugung hervorrufen. Dann kann die optische Korrelation unter Verwendung von kohärentem Licht durchgeführt werden. In diesem Fall wird nämlich, wie später noch erläutert wird, die Beugungserscheinung keineswegs störend, sondern sogar sehr vorteilhaft

F i g. 10 zeigt die mit der Korrelationsfigur von F i g. 9 erhaltene Korrelationsfunktion. Diese zeigt die Helligkeit der auf dem Untersuchungsschirm (P3 in F i g. 3) .

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erhaltenen Bilder der Symbolfiguren als Funktion des Winkelunterschieds zwischen dem Winkel des Bezugsbildes (31 in Pi von Fig.3) und dem Winkel einer Symbolfigur des symbolisierten Geländebildes (P2 in Fig.3). Die Korrelationsfunktion hat die Form eines gleichschenkligen Dreiecks der Höhe a, an das sich zu beiden Seiten eine gezackte Figur der maximalen Höhe b anschließt Die größte Helligkeit a entspricht einer aufgezeichneten Symbolfigur, welche die gleiche Winkelstellung wie das Bezugsbild hat, also mit diesem deckungsgleich ist

In F i g. 10 ist auch die nicht verwendete Winkelzone mit dem Winkel θο/2 zu beiden Seiten der 180°-Richtung zu erkennen, welche die schematisch in Fig.8 dargestellte Trennzone RST ist Die günstigsten Verhältnisse werden erhalten, wenn die Basis des gleichschenkligen Dreiecks doppelt so groß wie der tote Winkel Θο ist, sich also über ΙΘο erstreckt

Zur Erläuterung der Möglichkeiten, welche die schematisch in Fig.9 dargestellte Korrelationsfigur bietet, ist als Beispiel zu bemerken, daß einige zehn Löcher in einem Kreis mit einem Durchmesser von etwa 10 Millimeter eine Korrelationsfunktion ergeben, deren Basis in der Größenordnung von 16° liegt, und deren Höhe a ferner zehnmal höher als die Höhe b ist, wobei die nutzbare Winkelzone dann 352° beträgt

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß einer Höhenmessung eine genau bestimmte Amplitude ε und eine genau bestimmte Winkelrichtung θ des Bezugsbildes entsprechen. Diese genau definierten Werte ergeben jedoch eine Korrelationsfunktion, die sich über einen Winkelbereich ausdehnt und dabei einen Sektor mit einer Basis 2 Θο einnimmt Daraus folgt, daß der genaue Wert der Amplitude ε einen kleinen Unbestimmtheitsbereich (Δε)ι aufweist, der nachfolgend »Quantum« genannt werden solL

Wenn angenommen wird, daß zwei Korrelationsfunktionen im Grenzfall als voneinander unabhängig unterschieden werden, wenn ihre Scheitel um 2 Q₀Zr voneinander entfernt liegen, läßt sich leicht die Zahl po der unterscheidbaren Höhenwerte ableiten, welche der für die Aufzeichnung verfügbare Winkeländerungsbereich β enthält Die Kenntnis der Zahl po bestimmt den Höhenunterschiedsbereich Da einer Gruppe von Berichtigungsgeländen, die als Bezugsgruppe Null bezeichnet wird. Da man andrerseits die entsprechende Übertragungsfunktion Go der Organe kennt, welche die Amplitude ε in den Winkel θ der Richtung des Bezugsbildes übersetzt (und die beispielsweise durch den Verstärker AM und den Motor Ma von Fig. 11 dargestellt sind), läßt sich zeigen, daß einerseits DaGo gleich dem gesamten Winkeländerungsbereich β ist und daß andrerseits der Höhenunterschiedsbereich Do gleichp(48)iistwobei(d8)t Gbgleich2e<)/i· ist

Diese Beziehungen werden nur unter Berücksichtigung des Quantums abgeleitet, das durch das Auflösungsvermögen begrenzt ist, welches durch die Fähigkeit vorgeschrieben ist zwei voneinander unabhängige, aber sehr nahe beieinanderliegende Korrelationsfunktionen voneinander zu unterscheiden. Es ist hierbei zu eo bemerken, daß bei Übernahme des Rayleighschen Kriteriums der zuvor eingeführte Parameter r einen Maximalwert 2 annimmt

Damit der Höhenunterschiedsbereich Do sorgfältig in po voneinander unterscheidbaren Höhenwerten abgetastet werden kann, ist es jedoch notwendig, daß das Quantum Δε zugleich sowohl das zuvor erwähnte Auflösungsvermögen als auch den wahrscheinlichen Fehler berücksichtigt welcher hinsichtlich der aus den Höhenmessungen abgeleiteten Wellungsamplitude gemachtwird.

Wenn angenommen wird, daß die Dichte der Verteilung der Wellungen auf dem Gelände durch das Verteilungsgesetz von Poisson beherrscht wird, läßt sich ableiten, daß mehr als 90% Wahrscheinlichkeit dafür besteht daß die Abweichung [Δε)ι zwischen dem wirklichen Augenblickswert der Amplitude und dem durch die Messungen bestimmten Wert den Mittelwert ΔΗ der Wellungen nicht überschreitet wobei dieser Mittelwert gleich der Varianz des Geländes ist d.h. gleich dem Quadrat seiner typischen Abweichung σ.

Man gewährleistet eine optimale Abtastung, wenn ein Quantum Δε gewählt wird, das gleichzeitig den beiden zuvor angegebenen Begrenzungen entspricht, d.h, Wenn man (Δε), (Δε)ι und (Δε)ζ gleichmacht Somit erfordert ein Berichtigungsgelände der Gruppe j ein Quantum in der Größenordnung von (ΔΗ)} und einen Höhenunterschiedsbereich Dj, der den Wert p(Aif)y· erreichen kann.

Deshalb werden die Berichtigungsgelände in mehrere Gruppen zusammengefaßt welche durch die Mittelwerte (AH)j ihrer Wellungen sowie durch die verschiedenen mittleren Höhen (/^./gekennzeichnet sind.

Für jede Gruppe /wird der Höheneinstellvorrichtung 22 von Fig.4 ein eigener Maßstab zugeteilt der durch einen solchen Faktor Rj reduziert ist, daß der Winkel ß, der gleich (360° — θο) ist, von dem Höhenunterschiedsbereich Dj vollkommen ausgenutzt wird. Für jeden Maßstab j ist dieser Faktor Rj derart bemessen, daß der Höhenunterschiedsbereich Dj gleich RjDo ist Auf diese Weise wird erreicht, daß die Gruppe von Organen, welche das Bezugsbild ausrichtet und die Übertragungsfunktion Gb hat, bei jeder beliebigen Gruppe /unter den gleichen Bedingungen wie bei der Bezugsgruppe Null arbeitet

Es ist zu bemerken, daß jedes so behandelte Berichtigungsgelände / eine sehr kleine Zahl von Punktpaaren, wie die Punkte R und S von Fi g. 7 und 8 hat, welche den entsprechenden Bereich .D/überschreitet; die beschränkte Zahl von Punktpaaren beeinflußt das Endergebnis der optischen Korrelation nicht

Dies hat zur Folge, daß entlang der vom Flugzeug zurückgelegten Flugbahn das Berichtigungssystem unter allen Umständen ein großes Auflösungsvermögen gewährleistet, dank der Höheneinstellvorrichtung, weiche durch ihre Mehrfachmaßstäbe automatisch den Korrelator, an die verschiedenartige Beschaffenheit der überflogenen Gelände anpaßt

Wenn man den Fall einer Gesamtflugstrecke von mehreren 1000 km annimmt, entlang welcher das Flugzeug mit Mach 2 mehrere zehn Berichtigungsgelände überfliegt, kann man als Beispiel eine Einteilung annehmen, welche diese Gelände in beispielsweise 5 Gruppen staffelt deren Höhenunterschiedsbereiche Dj von Di gleich 100 m bis D5 gleich 1000 m gehen. Jedem Wert Dj wird, wie bereits erwähnt wurde, ein Reduzierfaktor Rj zugeordnet der von der schematisch in Fig. 11 dargestellten Anordnung gebildet wird, welche die Drehung des Bezugsbildes der Ebene Pj von F i g. 3 um Quanten Δε steuert welche durch die Höhen //ojUnd(/4i/)ybedingtsind.

Um die Erläuterung des Verfahrens noch konkreter zu machen, kann man die zuvor angegebenen Zahlenwerte wieder aufnehmen, insbesondere den Winkel θο von 8°, das durch den Parameter r=2 ausgedrückte Trennvermögen der Bilder, einen Höhen-

Unterschiedsbereich von 100 mund einen auswertbaren Winkel β von 352°. Daraus folgt, daß der kleinste erkennbare Winkelabstand 8° beträgt, daß die Zahl der unterscheidbaren Stufen 44 ist, daß die scheinbare Übertragungsfunktion Gi den Wert 3,5° pro Meter hat, daß der Mittelwert (ΔΗ)ι der Wellung 2,25 m beträgt und daß die typische Abweichung σ des Geländes 1,5 m ist. Bei einem Trennvermögen zwischen den Bildern von 16°(r=l) verwendet man 22 Stufen, und mit der gleichen scheinbaren Übertragungsfunktion Gi läßt man einen Mittelwert (ΔΗ)ι der Wellung von 4,5 m bei einem Gelände zu, dessen typische Abweichung α etwa 2,1 m beträgt.

Fig. 11 zeigt im einzelnen ein Ausführungsbeispiel der Höheneinstellvorrichtung, die schematisch bei 22 in F i g. 4 dargestellt ist Die Einstellung der Winkelstellung des Bezugsbildes in Abhängigkeit von der gemessenen Höhe erfolgt mit Hilfe von elektronischen Schaltungen, welche die von den Höhenmessern gelieferten Analoginformationen Z_a und h verwerten. Der Funkhöhenmesser liefert dauernd die Höhe h über Grund, und es wird unterstellt, daß die von dem Funkhöhenmesser gelieferte Spannung sich in Abhängigkeit von der gemessenen Höhe h linear ändert, was in der Praxis berechtigt ist

Die Klemmen Z₂ und h empfangen die vom Barometer bzw. vom Funkhöhenmesser gelieferten Spannungen. Wie bereits erwähnt worden ist, empfängt die Höheneinstellvorrichtung 22 außerdem von der Leseschaltung 26 die Signale, welche die Grundhöhe i/o des Berichtigungsgeländes sowie den Mittelwert AH der Schwankungen betreffen. Diese Signale werden durch zwei Spannungsteiler Vo bzw. Wo herabgesetzt, von denen jeder so viele diskrete Elemente enthält, wie Reduktionsfaktoren Rj vorgesehen sind. Zur Vereinfachung des Schemas ist angenommen, daß die Spannungsteiler Vo und Wo die empfangenen Signale jeweils in fünf Stufen unterteilen, welche die verschiedenen reduzierten Höhen Hoj bzw. AHj abgeben. Diese Spannungen .sowie die von dem Funkhöhenmesser gelieferte Spannung h sind gleichphasig, aber sie haben entgegengesetzte Polarität wie die von dem Barometer gelieferte Spannung Z_a. Das dem Verstärker AM vorgeschaltete System von Widerstandsspannungsteilern ermöglicht die Durchführung der Operation e=Z—u, worin u die Summe der mit den entsprechenden Reduktionsfaktoren reduzierten Werte Hojvaid AHj ist

Die betreffenden Reduktionsfaktoren Rj sind ebenfalls auf dem Aufzeichnungsträger des symbolisierten Geländebildes aufgezeichnet und werden abgelesen, wenn das Flugzeug den Zwischenraum zwischen zwei Berichtigungsgeländen überfliegen. Die Einstellung des Reduktionsfaktors, welcher den Wert der mittleren Höhe Hoj reduziert, erfolgt durch die Leseschaltung 26, wie schematisch durch die Achse Yi I2 dargestellt ist

Die schematisch angedeutete Achse Y3Y4 dient zur Einstellung des Reduktionsfaktors Rjtür(AH)j, so daß an dem Spannungsteiler Vo die richtig reduzierte Spannung abgenommen wird, die dem Potentiometer po zugeführt wird. Die am Abgriff dieses Potentiometers verfügbare Spannung wird in Gegenkopplung der dem Eingang des Verstärkers Am zugeführten resultierenden Spannung gegengeschaltet. Dieser Verstärker speist mit einer der Amplitude ε proportionalen Spannung den Motor Ma, welcher in einer sehr kurzen Zeit das Bezugsbild in der Ebene Pi von Fig.3 in die richtige Winkelstellung bringt. Die aus dem Verstärker AM und dem Motor Ma bestehende Anordnung hat, wie zuvor angegeben wurde, die Übertragungsfunktion Go.

Die Ansprechzeit der Höheneinstellvorrichtung und des Motors Ma, der eine kleine Trägheit hat, ist so kurz, daß unter Berücksichtigung der großen Geschwindigkeit des Flugzeugs und der Folgefrequenz der Messungen die Symbolfigur, welche durch ihre Winkelstellung die gemessene Höhe darstellt, im Augenblick der Abgabe des Lichtblitzes der Lichtquelle des Korrektors fertig eingestellt ist.

Sobald das symbolisierte Geländebild und das Bezugsbild eingestellt sind, bildet sich die Korrelationsfunktion in der Untersuchungsebene P$ des Korrektors unmittelbar nach der Höhenmessung bei der Abgabe des Lichtblitzes.

Die verschiedenen nacheinander auf dem Untersuchungsschirm gebildeten Korrelationsbilder werden dann von der lichtelektrischen Anordnung 25 von F i g. 4 integriert Zur Durchführung dieser Integration können verschiedene Maßnahmen angewendet werden. Eine Ausführungsform enthält ein Mosaik von Photodioden, denen eine Gruppe von elektronischen Integrationsschaltungen nachgeschaltet ist, die jeweils an eine der Dioden angeschlossen sind. Diese Photodioden sind in einem Raster angeordnet, das eine ebene Fläche bildet, die unmittelbar die Untersuchungsebene P3 des optischen Korrektors darstellt.

Eine andere, bequemere Ausführungsform, die schematisch in Fig. 12 dargestellt ist, besteht aus einer Bildaufnahmeröhre 251 und einer Speicherröhre 252. Während des Überfliegens des Geländes empfängt die Bildaufnahmeröhre 251, die beispielsweise ein Vidicon ist, auf ihrer die Untersuchungsebene P3 darstellenden Photokathode die bei jeder Korrelation gebildete Höhenlinie, und ihre Videosignale werden auf der Speicherröhre 252 aufgezeichnet, welche die Signale während der ganzen Dauer des Überfliegens des Geländes integriert.

Die Anordnung 253, welche die beim Ablesen der Bildaufnahmeröhre 253 erhaltenen Videosignale empfängt, enthält einen Kleinstwertbegrenzer und eine Kontrastverstärkeranordnung. Der Kleinstwertbegrenzer bedingt, daß das empfangene elektrische Signal nur dann zu der Bildspeicherröhre 252 übertragen wird, wenn es einen festgelegten Schwellenwert übersteigt.

Die Kontrastverstärkeranordnung verstärkt in den zu der Bildspeicherröhre übertragenen Videosignalen die starken Signale noch mehr als die schwachen Signale, wodurch das Höhenunterscheidungsvermögen der gewählten Korrelationsfigur vergrößert wird.

Nach dem Überfliegen des Berichtigungsgeländes wird das auf der Signalplatte der Bildspeicherröhre 252 aufgezeichnete Bild abgelesen, und das erhaltene Videosignal wird so verarbeitet, daß daraus die Koordinaten X3 und I3 des die Istposition darstellenden hellsten Bildpunktes sowie die Werte (px)_m und (p^_m der Abweichung der Istflugbahn T_r von der Sollflugbahn 7} abgeleitet worden. Diese Informationen werden über die Verbindung 254 zu dem Rechenwerk 11 von F i g. 4 übertragen.

Die lichtelektrische Anordnung 25 enthält ferner die Ablenkanordnung 255 und 257, welche den Betrieb der Bildspeicherröhre 252 und der Bildaufnahmeröhre 251 synchronisieren. Sie enthält außerdem die Leseablenkanordnung 156, die nach dem Überfliegen des Berichtigungsgeländes in Tätigkeit tritt.

Der Taktgeber 23 und die Schalter I\, h, /3 von F i g. 4 zeigen symbolisch die Organisation des Betriebsablaufs des Berichtigungssystems.

In dem Augenblick, in welchem das Flugzeug über das Berichtigungsgelände kommt, liefert das Rechenwerk 21 die Koordinaten χ >0 und Y>0, wodurch sich die Schalter J₁ und h schließen und dadurch den Taktgeber

23 und die periodischen Höhenmessungen auslösen. Bei jeder Höhenmessung löst der Taktgeber während

einer sehr kurzen Zeit die Lichtquelle des Korrektors aus, welche gleichzeitig das symbolisierte Geländebild und das Bezugsbild beleuchtet, welche zuvor eingestellt worden sind.

Nachdem die Folge der Höhenlinien gebildet worden ist, verläßt das Flugzeug wieder das Berichtigungsgelände. Das Rechenwerk 21 liefert dann ein Koordinatenpaar χ und y, das einen der Maximalwerte hat, wie: (0,0); (0,ymw);{Xmax,0)oaev(x_max,y_ma^. t5

Beim Auftreten irgendeines dieser Paare werden die Schalter /1 und I₂ geöffnet und der Schalter /3 geschlossen. Dieser Vorgang führt insbesondere zum Stillsetzen des Taktgebers 23 und des Höhenmeßzyklus, zur Auslösung des Ablesens der Bildspeicherröhre 252 in der lichtelektrischen Anordnung 25, und die Verarbeitung des so erhaltenen Videosignals, welche die Komponenten (p_x)_m und (p_y)_m der Abweichung der Flugbahnen T^und 7}ergibt

Während des gleichen Zeitintervalls, in welchem das Flugzeug den Zwischenraum zwischen zwei Berichtigungsgeländen überfliegt, führt das System noch die folgenden Operationen durch: Die Einstellvorrichtung

24 bringt das symbolisierte Geländebild des nächsten zu überfliegenden Berichtigungsgeländes in die Stellung 0, die photoelektrische Anordnung liest die das folgende Berichtigungsgelände betreffenden Werte Xo, Yo, Ho und AH ab, der Speicher 26 überträgt diese Informationen zu dem Rechenwerk 21 und zu der Höheneinstellvorrichtung 22, und die Höheneinstellvorrichtung 22 bestimmt den Maßstab j sowie den Übertragungsfaktor Gj zur Herstellung der richtigen Beziehung zwischen der Drehung Θ/des Bezugsbildes und dem HöhenunterschiedsbereichDj.

Wenn diese Operationen ausgeführt sind, ist das Berichtigungssystem zur Wiederaufnahme des Meßzyklus bereit, sobald das Flugzeug über dem Berichtigungsgelände mit der Nummer (m +1) erscheint.

Wie bereits erwähnt wurde, ist die Beschaffenheit des verwendeten Lichts nicht wesentlich für die Durchführung der optischen Korrelation. Wenn jedoch das Bezugsbild von Fig.9 Löcher mit so kleinem Durchmesser enthält, daß diese Beugungserscheinungen hervorrufen, ist es vorteilhaft, in dem Korrelator 20 von F ig. 4 kohärentes Licht zu verwenden,

Zur Vervollständigung der Beschreibung soll in dem folgenden Abschnitt kurz eine Ausführungsform des Korrektors 20 bei Verwendung von nichtkohärentem Licht an Hand von F i g: 3 und 14 und bei Verwendung von kohärentem Licht an Hand von Fig. 13 erläutert werden.

Bei der Anordnung von Fi g. 3 beleuchtet eine nicht dargestellte isotrope und nicht kohärente Lichtquelle das Bezugsbild 31, das in der Ebene P\ liegt, sowie das symbolisierte Geländebild der Unsicherheitszone (abcd)j, das in der Ebene P₂ liegt.

Die Symbolfigur des Bezugsbildes 31 bildet mit der Bezugsachse X-X' einen Winkel Θ, und die Symbolfigüren des symbolisierten Geländebildes nehmen Winkel 0/ ein, die im allgemeinen von Θ verschieden sind. Bei Beleuchtung in durchscheinendem Licht verhält sich das Bezugsbild 31 wie eine Sekundärlichtquelle mit der Emissipnsfähigkeit Eß), die von ihrem Einstellwinkel Θ abhängt. Eine Symbolfigur des symbolisierten Geländebildes, die um den Winkel ocj gegen das Bezugsbild 31 verdreht ist, verhält sich wie ein optisches Element mit einem Übertragungskoeffizient, der von einem Einstellwinkel 0y=(0 —κ]} abhängt, also durch einen Durchlässigkeitsfaktor 7(0—χ]) gekennzeichnet ist.

Der von der betreffenden Symbolfigur des symbolisierten Geländebildes übertragene Lichtstrom Φ (α,) hat also den Wert

Der von der Linse L aufgefangene und dann in der Untersuchungsebene P3 fokussierte Lichtstrom Φ (α/) stellt die Korrelationsfunktion der um einen Winkel α,-gegen das Bezugsbild 31 verdrehten Symbolfigur des symbolisierten Geländebildes dar. Der Wert dieses Integrals ist ein Maximum, wenn die gegenseitige Verdrehung a/Null ist. Dieser Fall entspricht in Fig.3 der Symbolfigur 5,-und deren Bild Bu

Fig. 13 zeigt schematisch eine Ausbildung des Korrektors 20 von Fig.4 bei Verwendung von kohärentem Licht. Bei dieser Maßnahme wird, wie bereits erwähnt wurde, die durch kleine Öffnungen hervorgerufene Beugung eine nützliche Erscheinung.

Da die Verwendung von kohärentem Licht sich besonders für die Behandlung von Figuren mit kleinen Abmessungen eignet, können für die Darstellung der Höhe des Geländes Figuren verwendet werden, die sehr viel feinere Details aufweisen, als die Figuren, welche bei nichtkohärentem Licht brauchbar sind, und sie ergeben ausgeprägtere Korrelationsfunktionen.

Eine Lichtquelle 130, die durch eine punktförmige Lichtquelle mit Kollimator oder vorzugsweise durch ein Laser gebildet sein kann, schickt ein paralleles, monochromatisches und kohärentes Lichtbündel auf die zu untersuchende Zone des symbolisierten Geländebildes. Dieses Geländebild liegt in der gegenstandsseitigen Brennebene Pi der Linse Lu Diese bildet also in der bildseitigen Brennebene Pz die Funktionen, welche die Fourier-Transformierten der auf dem Geländebild aufgezeichneten Funktionen sind. Wenn jede Gittermasche des symbolisierten Geländebildes das Kennzeichen e (x, y) der Amplitude ε des Bodenreliefs im Punkt (x, y) der Unsicherheitszone trägt, findet man daher in der Ebene Pz deren Spektrum E(p, q). Die Parameter ρ und 9, die räumliche Frequenzen genannt werden, haben die Werte

2π
P= -J₁X₁

Darin sind X2,y₂ die Koordinaten der Ebene P₂, /die Brennweite der Linse Xi und λ die Wellenlänge des verwendeten Lichts.

Wenn man in der gleichen Ebene P₂ ein photographisches Durchsichtsbild T(p, q) einfügt, bildet man in dieser Ebene die Beleuchtungsverteilung H(p, q), die gleich dem Produkt E ■ Γ ist. Das Durchsichtsbild T(p, q) stellt die Konjugierte der Fourier-Transformierten des Kennzeichens des Bezugsbildes dar, welches die gemessene Höhe wiedergibt. Das Produkt H(p, q) stellt somit das Spektrum der Korrelationsfunktion zwischen der gemessenen Höhe und den Höhen des Bodenreliefs der Unsicherheitszone dar.

Die Linse L2 hat die Aufgabe, die umgekehrte Transformation durchzuführen, d. h. bis auf Vorzeichen

der Koordinaten in der Untersuchungsebene Pz die gesuchte Korrelationsfunktion

A(Ab₁Jo) = JJe(A + xo,y + Jo) d*dy

wiederherzustellen. Diese Funktion wird auf Grund des in der Ebene Pi gebildeten Bildes erhalten, das in der gegenstandsseitigen Brennebene der Linse La. liegt.

Die Verwendung eines solchen Korrektors mit kohärentem Licht ist gleich derjenigen des zuvor beschriebenen nichtkohärenten Korrektors. ι ο

Insbesondere wird das in der Ebene P% angeordnete Durchsichtsbild, welches die Konjugierte des Spektrums des Bezugsbildes trägt, in Abhängigkeit von den Angaben der Höheneinstellvorrichtung 22 gedreht. Somit erhält man für jeden Wert Θ dieser Drehung um die Koordinaten {x% yi) der Ebene P2 in der Untersuchungsebene P3 Korrelationsfunktionen, deren Maxima denjenigen Gittermaschen der untersuchten Zone des symbolisierten Geländebildes in der Ebene P\ entsprechen, welche die gleiche Höhe wie die gemessene Höhe haben. Das in der Ebene P\ angeordnete symbolisierte Geländebild wird in gleicher Weise wie im Fall des Korrektors mit nichtkohärentem Licht bewegt. Die Auswertung der Korrelationsfunktion kann in der an Hand von F i g. 12 beschriebenen Weise dadurch erfolgen, daß jedes Bild auf der Bildaufnahmeröhre 251 in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform mit nichtkohärentem Licht aufgezeichnet wird.

Die Wirkungsweise des Berichtigungssystems bleibt also die gleiche, unabhängig davon, ob der optische Korrelator 20 kohärentes oder nichtkohärentes Licht verwendet. Es ist jedoch zu bemerken, daß das kohärente Verfahren außer dem Vorteil, der den Gewinn an Feinheit der untersuchten Details betrifft, auch noch einen besseren energetischen Wirkungsgrad aufweist, weil die verwendete Strahlung von Anfang an in ein paralleles Lichtbündel konzentriert ist.

F i g. 14 zeigt schematisch die Anordnung der verschiedenen Bestandteile eines mit nichtkohärentem Licht arbeitenden Korrektors.

Diese Darstellung entspricht dem in Fig.3 dargestellten Korrelator sowie dem Funktionsschema von Fig.4 und den sich darauf beziehenden Einzeldarstellungen.

Es ist jedoch zu bemerken, daß aus Gründen des Raumbedarfs die gegenseitige Lage der Teile in den Ebenen Pi und P2 gegenüber dem Schema von F i g. 3 vertauscht ist.

Das symbolisierte Geländebild läuft in der Ebene P\ hinter einer Blende DP ab, welche das von der Lampe Fl ausgesendete Licht nur auf den Bereich CL der untersuchten Unsicherheitszone fallen läßt.

Das Bezugsbild 31 ist in der Ebene Pi angeordnet, die an der Linse L anliegt, um einerseits den gesamten Raumbedarf und andrerseits die Öffnung der Linse L zu verringern. Diese aus der Ebene P2 und der Linse L bestehende Anordnung dreht sich um ihre optische Achse in Abhängigkeit von den Informationen, die von der Höheneinstellvorrichtung 22 geliefert und über das vom Motor Ma angetriebene Zahnradgetriebe EN übertragen werden.

Das symbolisierte Geländebild 242 wird von der Einstellvorrichtung 24 in Abhängigkeit von den Werten χ und y eingestellt, welche von dem Rechenwerk 21 geliefert und jeweils einem Motor 250 zugeführt werden, der durch die aus den Anordnungen 241, 243 und 244 bestehende Regelschleife nachgeregelt wird.

Fig. 14 zeigt ferner die Leseschaltung 26, welche während des Weges zwischen zwei Berichtigungsgeländen die spezifischen Parameter Xo, Yo, Ho und AH abliest, den Taktgeber 23 sowie die lichtelektrische Anordnung 25. Diese lichtelektrische Anordnung enthält, wie bereits erwähnt wurde, die Bildaufnahmeröhre 251, die Bildspeicherröhre 252, die Leseablenkanordnung 256 und die Informationsverwertungsschaltungen 253 und 254, welche die Fehlersignale zu dem in das Trägheitsnavigationssystem 10 eingefügten Rechenwerk 11 schicken.

Wenn das beschriebene Navigationsberichtigungssystem an Bord eines Flugzeugs verwendet wird, das in. einem Zug mit einer Geschwindigkeit, die mehr als Mach 2 betragen kann, einen Weg von mehreren tausend Kilometern zurücklegt, auf dem mehrere (bis zu einigen 10) Berichtigungsgelände vorgesehen sind, bestimmt es regelmäßig und mit großer Genauigkeit die Abweichung, die zwischen der Istflugbahn und der Sollflugbahn besteht und durch das angewendete Navigationsverfahren, beispielsweise eine Trägheitsplattform eingeführt worden ist, und es unterrichtet das Navigationspersonal über diese Abweichung. Auf diese Weise bringt das System das Flugzeug am Ende der Flugbahn bis auf wenigstens 100 oder einige 100 Meter an das Ziel heran, wodurch es möglich wird, entweder eine Sichtlandung oder eine automatische Landung mit Hilfe eines elektromagnetischen Blindlandesystems mit jeder gewünschten Sicherheit durchzuführen.

Infolge der großen Arbeitsgeschwindigkeit des optischen Korrektors, der eine beliebige Anzahl von Symbolfiguren des Geländebildes praktisch augenblicklich erfaßt, ist es ohne weiteres möglich, in dem Geländebild eines Berichtigungsgeländes mehrere Zehntausend Geländepunkte aufzuzeichnen und während des Überfliegens des Berichtigungsgeländes etwa 100 Höhenmessungen und optische Korrelationen durchzuführen, wobei sich die jeweils erfaßten Unsicherheitszonen überlappen, so daß jeder ihrer Geländepunkte für mehrere aufeinanderfolgende optische Korrelationen benutzt wird.

Man erhält auf diese Weise während des Überfliegens eines Berichtigungsgeländes etwa hundert Höhenlinien großer Auflösung, deren durch die optische Integration gebildeter Schnittpunkt die Projektion der Istposition mit großer Genauigkeit wiedergibt. Die erzielbare Genauigkeit kann in der Größenordnung von einem Promille liegen, und durch die Anwendung wechselnder Maßstäbe kann diese Genauigkeit auch bei sehr unterschiedlicher Welligkeit des Geländes stets optimal ausgenützt werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen 809 681/24

Claims (39)

Patentansprüche:

1. Navigationsberichtigungssystem, mit welchem die von einer Trägheitsnavigationseinrichtung gelieferte Position eines Luftfahrzeugs in regelmäßigen Abständen dadurch berichtigt wird, daß beim Überfliegen von vorherbestimmten Berichtigungsgeländen ein Vergleich zwischen der aus dem Blickwinkel der Sollposition des Luftfahrzeugs gesehenen, gespeicherten Struktur des Berichtigungsgeländes und der aus der Istposition abgetasteten Struktur des tatsächlich überflogenen Geländes durchgeführt und entsprechend einer hierbei festgestellten Differenz der Positionsanzeige korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur des Berichtigungsgeländes (ODEF) in Form eines symbolisierten Geländebildes (242) gespeichert ist, welches für ausgewählte Geländepunkte jeweils die Abbildung einer vom Wert eines kennzeichnenden Parameters des betreffenden Geländepunktes abhängigen Symbolfigur enthält, daß das symbolisierte Geländebild in einem optischen Korrelator (20) einer optischen Korrelation mit einem auf Grund der gleichen Symbolfigur gebildeten Bezugsbild (31) unterworfen wird, das in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert des gleichen kennzeichnenden Parameters des gerade überflogenen Geländepunktes laufend derart verändert wird, daß in der durch die optische Korrelation in einer Untersuchungsebene (P3) erhaltenen Abbildung des symbolisierten Geländebildes diejenigen Bildpunkte die größte Helligkeit aufweisen, die Symbolfiguren entsprechen, deren Parameterwerte dem die Einstellung des Bezugsbildes bestimmenden Parameterwert am nächsten kommen, und daß eine Vorrichtung (25) zur optischen Integration der bei aufeinanderfolgenden optischen Korrelationen in der Untersuchungsebene (P3) erhaltenen Abbildungen vorgesehen ist

2. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede optische Korrelation nur ein Teil (Unsicherheitszone abc d) des symbolisierten Geländebildes verwendet wird, der so groß bemessen ist, daß er mit Sicherheit die Projektionen der Sollposition und der Istposition des Luftfahrzeugs enthält

3. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kennzeichnende Parameter die Höhe ist

4. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Höhe des gerade überflogenen Geländepunktes an Bord des Luftfahrzeuges die Differenz der Meßwerte von zwei Höhenmessern gebildet wird, von denen der erste Höhenmesser die absolute Höhe (Z^ des Luftfahrzeugs und der zweite Höhenmesser die Höhe (j&jlüber Grund mißt

5. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der erste eo Höhenmesser ein barometrischer Höhenmesser und der zweite Höhenmesser ein Funkhöhenmesser ist

6. Navigationsberichtigungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß

in jedem Berichtigungsgelände der gesamte Änderungsbereich (ß) der Symbolfigur der größten vorkommenden Höhendifferenz (!^zugeordnet ist

7. Navigationsberichtigungssystem nach einem

der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen (ε) der Geländepunkte in bezug auf die mittlere Höhe (Ηο+ΔΗ) des Berichtigungsgeländes gemessen werden.

8. Navigationsberichtigungssystem nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der das symbolisierte Geländebild (242) tragende Aufzeichnungsträger für jedes Berichtigungsgelände zusätzliche Angaben über die Grundhöhe (Ho) des Berichtigungsgeländes, den Mittelwert (AH) der Schwankungen der Höhe und über den Zuordnungsmaßstab (Rj) zwischen Änderungsbereich (ß) der Symbolfigur und Höhendifferenz (D) des Berichtigungsgeländes enthält

9. Navigationsberichtigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Symbolfigur eine geometrische Figur von unveränderlicher Gestalt und in Abhängigkeit vom Wert des kennzeichnenden Parameters veränderlicher Winkelstellung (Θ) ist

10. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Symbolfigur eine große Zahl von in konzentrischen Kreisen ^ angeordneten Löchern kleinen Durchmessers auf-f weist, deren Abstände auf jedem Kreis so bemessen sind, daß die Symbolfigur nur in einer einzigen Winkelstellung mit sich selbst deckungsgleich ist (F ig. 9).

11. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die Abstände zwischen den Löchern auf jedem Kreis einer arithmetischen Reihe entsprechen, deren Grundzahl dem Durchmesser eines Loches proportional ist (F Vg. 9).

12. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet daß die Löcher auf einem lichtundurchlässigen Hintergrund lichtdurchlässig sind.

13. Navigationsberichtigungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß sich der Änderungsbereich der Winkelstellung der Symbolfigur von einer Mittelstellung aus nach beiden Seiten über einen Winkelbereich von weniger als 180° erstreckt(Fig. 8).

14. Navigationsberichtigungssystem nach An- ( spruch 13, in Verbindung mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Mittelstellung der mittleren Höhe (Ηο+ΔΗ) des Berichtigungsgeländes entspricht

15. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet daß der für den Änderungsbereich der Winkelstellung nicht ausgenutzte Winkelsektor (θο) gleich dem halben Basiswinkel (2θο) der Korrelationsfunktion ist

16. Navigationsberichtigungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß das Bezugsbild (31) in dem optischen Korrelator (20) derart drehbar gelagert ist daß seine Drehachse mit der optischen Achse des Korrektors zusammenfällt, und daß eine Vorrichtung (22) zur Einstellung der Winkelstellung (Θ) des Bezugsbilds (31) entsprechend dem gemessenen Wert des kennzeichnenden Parameters des gerade überflogenen Geländepunktes vorgesehen ist

17. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 16, unter Rückbeziehung auf die Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die Vorrichtung (22) zur Einstellung der Winkelstellung des Bezugs-

bildes eine Analogrechenschaltung enthält, der elektrische Signale zugeführt werden, die einerseits den laufend gemessenen Höhen über Grund (h) und über dem Meeresspiegel (Za) und andererseits den auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichneten zusätzlichen Angaben über die Grundhöhe (Ho) des Berichtigungsgeländes und über den Mittelwert (ΔΗ) der Höhenschwankungen proportional sind, und die daraus ein der Höhenamplitude (ε) des gerade überflogenen Geländepunktes proportionales Signal bildet, das einem Stellmotor (M_a) für das Bezugsbild zugeführt wird (F i g. 11).

18. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogrechenschaltung Potentiometer (Wo, Vo) enthält, an welche die der Grundhöhe (Ho) und dem Mittelwert (ΔΗ) der Höhenschwankungen proportionalen Signale angelegt werden, und deren Abgriffe entsprechend dem Zuordnungsmaßstab (R]) zwischen Änderungsbereich (ß) der Symbolfigur und Höhendifferenz (D) des Berichtigungsgeländes einstellbar sind.

19. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffe der Potentiometer (Wo, Vo) in einer begrenzten Zahl von diskreten Schritten einstellbar sind.

20. Navigationsberichtigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung (24), welche das symbolisierte Geländebild (242) im optischen Korrelator in Abhängigkeit von der Bewegung des Flugzeugs derart verstellt, daß der der Projektion der Sollposition des Flugzeugs entsprechende Bildpunkt (A]) ständig auf einem vorgegebenen Punkt der Untersuchungsebene (P₃) abgebildet wird.

21. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (24) den der Projektion der Sollposition entsprechende Bildpunkt (A]) ständig auf der optischen Achse des optischen Korrektors (20) hält.

22. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (24) schrittweise arbeitet.

23. Navigationsberichtigungssystem nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Geländebild (242) im optischen Korrelator in zwei zueinander senkrechten Koordinatenrichtungen (λγ, y) verstellbar ist, daß für die Einstellung des Geländebildes (242) in jeder Koordinatenrichtung ein eigener Stellmotor (240) vorgesehen ist und daß für jede Koordinatenrichtung ein Schaltungskanal (241, 243, 244) vorgesehen ist, dem von einem Rechenwerk (21) ein die entsprechende Koordinate (x, y) der Sollposition des Flugzeugs darstellendes elektrisches Signal zugeführt wird, und der daraus Steuersignale für den Stellmotor (240) ableitet (F ig. 6, F ig. 14).

24. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaltungskanal einen Impulsgenerator (244) enthält, der Impulse beider Polaritäten erzeugt, die dem Stellmotor (240) als Steuersignale für die eine bzw. die andere Laufrichtung zugeführt werden, daß an die Ausgänge des Impulsgenerators (244) ein Impulszähler (241) angeschlossen ist, der die Impulse der einen Polarität vorwärts und die Impulse der anderen Polarität rückwärts zählt, und daß eine Vergleichsschaltung (243) vorgesehen ist, die den Zählerstand des Impulszählers (241) mit dem vom Rechenwerk (21) kommenden Koordinatenwert vergleicht und ein vom Vorzeichen des Vergleichsergebnisses abhängiges Signal abgibt, das den Impulsgenerator (244) zur Abgabe von Impulsen der einen bzw. der anderen Polarität steuert (F i g. 6).

25. Navigationsberichtigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Korrelator (20) eine nichtkohärentes Licht abgebende Lichtquelle (Fl) enthält, daß das Bezugsbild (31) die im Geländebild (242) verwendete Symbolfigur trägt und daß ein optisches System (L) vorgesehen ist, welches das Geländebild (242) auf die Untersuchungsebene (P₃) abbildet (F ig. 3, F ig. 14).

26. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsbild (31) zwischen der Lichtquelle und dem Geländebild angeordnet ist (F i g. 3).

27. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsbild (31) zwischen dem Geländebild (242) und der Untersuchungsebene (P₃) angeordnet ist (Fig. 14).

28. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugsbild (31) unmittelbar an eine Linse des optischen Systems (Z-^ angelegt ist.

29. Navigationsberichtigungssystem nach einem der Ansprüche 25 bis 28 unter Rückbeziehung auf die Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher der Symbolfigur so groß sind, daß sie keine merklichen Beugungserscheinungen hervorrufen.

30. Navigationsberichtigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Korrelator eine kohärente Lichtquelle (130) enthält, daß ein erstes optisches System (Li) vorgesehen ist, in dessen gegenstandsseitiger Brennebene (Pi) das Geländebild und in dessen bildseitiger Brennebene (Ρϊ) das Bezugsbild liegen, daß das Bezugsbild ein Durchsichtsbild trägt, welches die Fourier-Transformierte der für das Geländebild verwendeten Symbolfigur darstellt, und daß ein zweites optisches System (Li) vorgesehen ist, in dessen gegenstandsseitiger Brennebene (P2) das Bezugsbild und in dessen bildseitiger Brennebene die Untersuchungsebene (P₃) liegen (F i g. 13).

31. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (130) ein Laser ist.

32. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 30 oder 31 Rückbeziehung auf die Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher der Symbolfigur so klein sind, daß merkliche Beugungserscheinungen auftreten.

33. Navigationsberichtigungssystem nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle impulsweise arbeitet

34. Navigationsberichtigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (25) zur optischen Integration ein Bildschirm mit großer Nachleuchtdauer ist

35. Navigationsberichtigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet daß die Vorrichtung (25) zur optischen Integration ein in der Untersuchungsebene (P₃) angeordnetes Raster von Photodioden ist an die jeweils eine elektrische

Integrierschaltung angeschlossen ist

36. Navigationsberichtigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (25) zur optischen Integration eine Bildaufnahmeröhre (251) enthält, deren Photokatode in der Untersuchungsebene (P3) angeordnet ist und deren Signalausgang mit einer Bildspeicherröhre (252) verbunden ist, deren Schreibsystem (255) synchron mit dem Abtastsystem (257) der Bildaufnahmeröhre (251) betrieben wird, und deren Lesesystem (256) am Ende der Integrationszeit ausgelöst wird.

37. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Signalausgang der Bildaufnahmeröhre (251) und die Bildspeicherröhre (252) eine Kleinstwertbegrenzer- und Kontrastverstärkeranordnung (253) eingefügtist

38. Navigationsberichtigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Taktgeber (23), der Taktimpulse für die Auslösung der Höhenmessungen und der optischen Korrelationen abgibt

39. Navigationsberichtigungssystem nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsperiode der Taktimpulse wesentlich kleiner als die für das Überfliegen des jeweils der optischen Korrelation unterworfenen Teils des Berichtigungsgeländes erforderliche Zeit ist