DE1914524A1

DE1914524A1 - Sichtgeraet fuer Flugzeuge

Info

Publication number: DE1914524A1
Application number: DE19691914524
Authority: DE
Inventors: Greening Charles Philip; Sweeney James Stevens
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1968-04-01
Filing date: 1969-03-21
Publication date: 1969-11-13
Also published as: GB1230742A; US3539696A

Description

North American Rockwell Corporation, El SegUHdo ., California/USA

Sichtgerät für Flugzeuge

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur zeitechten, dynamischen und perspektivischen Wiedergabe eines auf einer Höhenkarte dargestellten Geländes.

Der zunehmende militärische Einsatz von Flugzeugen hat zusammen mit der erhöhten Geschwindigkeit moderner Kampf-, Bomben- und Aufklärungsflugzeuge die Anforderungen an die vom Piloten zum Führen des Flugzeuges benötigten Informationsquellen beträchtlich heraufgesetzt. Dies gilt beispielsweise beim Führen eines Flugzeuges auf einem festgelegten Kurs. Das häufigste Hilfsmittel zur Navigation ist eine gewöhnliche Höhenkarte. Beim Flug in großen Höhen bieten solche Karten

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keine Schwierigkeiten, da das unten liegend· Gelände im wesentlichen flach erscheint und ein geübter Pilot das sich ihm bietende Geländebild mit der Höhenkarte in Bezug setzen kann. Beim Flug in geringer Höhe wird das Problem jedoch bedeutend ernster« Die Konturen des Geländes sind in niedriger Höhe zwar besser zu erkennen, wobei allerdings die Relation zwischen den Oberflächenmerkmalen durch die Perspektive beeinträchtigt wird. Dadurch werden erhebliche Anforderungen an die Fähigkeit des Piloten gestellt, wenn es darum geht, die erforderlichen Koordinaten aus Erhebungen und Senken sowie anderen Konturen des Geländes, das er sieht, in Höhenlinien und andere Merkmale einer normalen Karte umzusetzen, fc So hat es sich in der Tat gezeigt, daß es beim Flug in geringer Höhe, insbesondere mit hoher Geschwindigkeit, dem Piloten praktisch nicht möglich ist, den erforderlichen Zusammenhang zwischen der Höhenkarte und dem Gelände zu finden.

Eine weitere Situation, die unbedingt nach einem Bild- oder Anzeigesystem für den Piloten verlangt, ist der Flug unter Schlechtwetterbedingungen mit geringer oder gar keiner Sicht ο Hier ist es erwünscht, dem Piloten eine Darstellung geben zu können vom Bild des Geländes vor dem Flugzeug, so wie er es bei guten Sichtverhältnissen sehen könnte_o Eine bereits vorgeschlagene Anlage arbeitet mit einem nach vorn gerichteten Monoimpuls-Radar, der das vor dem Flugzeug liegende Gelände r in immer weiteren Bereichen abtastet und eine Reihe von Profilen wiedergibt, wobei die zunehmende Entfernung durch variierende Grauschattierungen angedeutet wird. Eine solche Anlage ist zwar einsatzfähig, wird jedoch in ihrer Brauchbarkeit durch das Erfordernis einer aktiven Radaranlage, die dauernd in Betrieb sein muß, begrenzt. Dies ist vor allem über feindlichem Gebiet meist unerwünscht, da die Radarstrahlung zur Farming vor dem sich annähernden Flugzeug verwendet werden kannο

Eine große Bedeutung besitzen solche Anzeigeanlagen auch für das Training der Piloten, um einer Versuchsperson im Simulator

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ein Geländebild bieten zu können· Ein mögliches Verfahren besteht darin, mit einem Flugzeug über das Gelände zu fliegen und dieses zu filmen. Der Film wird dann vor der Versuchsperson im Simulator abgespielt, während die Bewegung des Simulators dann so zu steuern ist wie die Bewegung des Flugzeuges» das den Film aufnahm. Dies hat den schwerwiegenden Nachteil, daß das Bild, das sich der Versuchsperson bietet, nicht von ihren Handlungen beim Steuern des Simulators abhängig ist· Zur Vermeidung dieses Nachteiles wurde es schon vorgeschlagen, einen Digitalrechner vorzusehen, der eine gewöhnliche Höhenkarte verarbeitet, in Daten einteilt und alle Daten speichert· Der Digitalrechner ermöglicht nun die Wiedergabe des Kartenbildes in Abhängigkeit von den Handlungen der Versuchsperson im Simulator· Der Nachteil dieser Anlage besteht darin, daß ein solcher Digitalrechner eine erhebliche Speicherkapazität erfordert. Überdies ist das Gerät, das benötigt wird, damit der Digitalrechner seine Information in Abhängigkeit von den Handlungen während des simulierten Fluges wiedergibt, außerordentlich kompliziert.

Ein weiteres Verfahren, um einer Versuchsperson im Simulator das Bild des Geländes vor dem Flugzeug vorzuführen, besteht darin, ein detailliertes dreidimensionales Modell des Geländes aufzubauen und eine fahrbare Fernsehkamera entsprechend der simulierten Flugzeugsteuerung zu bewegen. Ein schwerwiegender Nachteil dieses Verfahrens ist der zur detaillierten Geländenachbildung von größeren Gebieten erforderliche Arbeitsaufwand.

In diesen drei Situationen besteht sämtlich das Bedürfnis nach einer zeitechten, dynamischen und perspektivischen Wiedergabe des Geländes, die streng und exakt das Geländebild nachbildet, das sich dem Piloten bei direkter Sicht bieten würde. Im Fall eines Fluges in geringer Höhe ermöglicht es eine solche Wiedergabe dem Piloten, das tatsächliche Geländebild mit seinem Flugplan, wie er in einer gewöhnlichen Höhenkarte dargestellt ist, in Bezug zu setzen. Bei schlechten

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Sichtverhältnissen liefert eine solche Wiedergabe zusammen mit einer gleichwertigen Navigationsanlage dem Piloten die zum Steuern des Flugzeuges erforderliche Information oder vermittelt dem Piloten in Kombination mit einer anderen elektronischen Ausrüstung zur Umgehung von Geländehindernissen eine zusätzliche Sicherheit für die gelieferte Informationο Schließlich liefert eine solche Wiedergabe» wenn es erforderlich ist, das Geländebild zu Ausbildungszwecken nachzubilden, eine genaue und steuerungsabhängige Darstellung«

Durch die Erfindung wird eine derartige zeitechte, dynamische und perspektivische Wiedergabe des vor einem Flugzeug liegenden Geländes vermittelt. Die Anzeige wird direkt von einer Höhenkarte abgeleitet, so daß ein aktiver Sensor, wie eine nach vorn strahlende Radaranlage, nicht benötigt wird· Die Eigenart der Wiedergabe besteht darin, die Erde in perspektivischer Sicht zu zeigen, die der gegenwärtigen Lage und Flugrichtung des Flugzeuges mit dieser Anlage zugeordnet ist* Die -Bewegung dee Flugzeuges mit Kehren oder Höhenwechsel wird zeitecht wiedergegeben. Der Fortschritt einer solchen Wiedergabe gegenüber der bisherigen Methode mit festen oder beweglichen Höhenkarten ist offensichtlich. Die Umwandlung einer gewöhnlichen Höhenkarte in eine dreidimensionale, perspektivische Wiedergabe erleichtert zweifellos die Erkennung des Geländes, da sich die Merkmale des Geländes leichter wahrnehmen lassen. Außerdem stimmen bei dieser Wiedergabe die Koordinaten genau mit derjenigen bei direkter Sicht oder bei einer indirekten perspektivischen Erfassungsanlage, wie etwa einer Fernsehanlage, überein. Schließlich lassen sich die Höhe und Höhenänderungen unmittelbar der Wiedergabe entnehmen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die folgende Beschreibung der Zeichnung Bezug genommen, in der gleiche Bezugsziffern gleiche Teile in den verschiedenen Figuren bezeichnen. Es zeigt:

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Fig. 1a eine normale farbschattierte Höhenkarte gemäß der Erfindung,

Pig. 1b ein Geländeprofil bzw. einen Geländeschnitt längs der Linie A-B in Fig. 1a,

Figo Ic eine Höhenkarte mit einem Abtastmuster, das zur Erzielung einer perspektivischen Wiedergabe verwendet werden kann,

Figo 2 eine vereinfachte Sicht des Geländes, über das ein

Flugzeug fliegt, um dadurch die Erläuterung der geometrischen Verhältnisse bei der perspektivischen Wiedergabe zu erleichtern,

Fig. 3 einen Grundriß des Geländes nach Fig. 2 mit dem bevorzugten Abtastmuster,

Fig. K einen Schnitt entlang der Linie k-k in Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Ansicht der Wiedergabefläche im Verhältnis zu einem Betrachter,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer gemäß der Erfindung ausgeführten Wiedergabeanlage,

Figo 7a bzwo Figo 7b einen der Erläuterung der Wirkungsweise dienenden Kurvenverlauf,

Fig. 8 eine typische perspektivische Wiedergabe, wie sie sich mit dem Gerät nach Figo 6 gewinnen läßt, und

Fig. 9 die Wiedergabe nach Figo 8, wenn dem Gerät nach Fig. noch eine Glättungsschaltung zugeordnet wirde

In Fig. 1a ist eine übliche Höhenkarte 1 mit einer Reihe höhengleicher Linien 2 gezeigt, die entweder in sich geschlossen sind oder am Rande der Karte 1 enden. Für jede der Linien gilt, daß das Gelände auf der einen Seite der Linie höher liegt als auf der anderen Seite. Man erhält dadurch Gelände-

θ09846/0Β6β

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streifen 3, k und 5» die durch die Höhenbereiche neben den Höhenlinien gekennzeichnet sind. Jeder Geländestreifen wird auf der einen Seite durch eine andere Konturlinie oder den Rand der Karte 1 begrenzt·

Es sei eine Höhenanzeige von 1.000 Fuß bzw· Metern in Fig. 1a betrachtet· Gemäß der Erfindung ist der Gelandestreifen auf der ansteigenden Seite dieser Höhenlinie farbcodierte Im vorliegenden Fall ist die gewählte Farbe bzw_e Schattierung hell. Der nächst höherliegende Streifen kann in einem Grauton und der weitere Streifen schwarz gefärbt sein. Der darauf folgende höherliegende Geländestreifen ist wieder hell gefärbt, wobei diese, Aufeinanderfolge beliebig oft in beiden Richtungen wiederholbar ist. Auf diese Weise zeichnet sich j ede Höhenzunahme durch eine einstufige Änderung nach dunklerer Schattierung oder eine zweistufige Änderung von schwarz nach hell aus. Jede Höhenabnahme wird durch eine einstufige Änderung nach hell charakterisiert oder durch eine zweistufige Änderung von hell nach schwarz ο

Außerdem wird eine optische Abtastvorrichtung vorausgesetzt, die die Karte 1 abtastet. Die Farbwertänderungen lassen sich wie folgt interpretieren:

Tabelle 1 Zustand 1 Zustand 2 Höhenänderung

hell hell 0 hell grau +100 hell schwarz -100 grau hell -100 grau grau 0 grau schwarz +100 schwarz hell +100 schwarz grau -100 schwarz schwarz Ci

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Somit ist jeder Farbwertänderung eine unzweideutige Höhenänderung zugeordnet. Wenn sich die optische Abtastvorrichtung vom Punkt A nach dem Punkt B in Fig. 1a bewegt bzw. in dieser Richtung abtastet, entsprechen sich die Zustande- und Höhenangaben wie folgt:

Tabelle 2 Zustand Farbwert Höhenänderunfr

1 grau keine

2 schwarz +100

3 hell +100 k schwarz -100

5 grau -100

6 schwarz +100 2 hell +100

Das entsprechende Profil ist in Fig. 1b gezeigt.

Wenn die optische Absastvorrichtung so programmiert oder gesteuert ist, daß sie ein einfaches Muster erzeugt, das von einem Punkt P ausgehend das Gelände gleichmäßig fortschreitend abtastet, wobei P der gegenwärtigen Flugzeugposition entspricht, erhält man, ausgehend von diesem Punkt, eine fortlaufende Reihe von Profilen oder Geländeschnitten, die sich beliebig eng über das Gebiet erstrecken. Außerdem kann das Ausgangssignal der Abtastvorrichtung dazu dienen, eng nebeneinanderliegende Profilreihen über parallele oder in der Nähe paralleler Geländeabschnitte zu erzeugen, wie im folgenden noch ausführlicher beschrieben wird. Ein Beispiel für ein einfaches Muster 6, das gemäß der Erfindung zum Abtasten der Karte 1 und zur Erzeugung eines Wiedergabebildes geeignet ist, ist in Fig. 1c gezeigt. Bin solches Muster läßt sich durch Abtasten nach einem Polarkoordinatensystem auf gewölbter Bahn zwischen zwei Linien gewinnen, die mit der Flugzeug-Flugrichtung 7 die Winkel + 0 und -Θ einschließen. Am Ende

m m

jeder Abtastung dieses Winkels wandert der Taststrahl um einen festen Betrag ^R vom Punkt P weiter.

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Zur Erzielung einer perspektivischen Wiedergabe des Geländes ist es erforderlich, die Koordinaten der kontinuierlichen Reihe von Profilen so umzuformen, daß sich der Abstand von einem Punkt und die Höhe über einem Punkt des Geländes in der wiedergegebenen Lage dieses Punktes darstellen· Gemäß den Fig» 2 bis k sei angenommen, daß ein Flugzeug 10 die augenblickliche Position P hat und die Plugrichtung 7 über ein Gelände 9 geht. Irgendein Punkt P des Geländes vor dem Flugzeug 10 kann zu jeder Zeit durch die Winkel Θ. und CK wiedergegeben werden, wobei der zuerst genannte Winkel di· Abweichung in einer horizontalen Ebene zwischen der Flugrichtung und einer Linie 8, die das Flugzeug 10 und den Punkt P₁ verbindet, wiedergibt und der letztere Winkel der Abweichung in einer vertikalen Ebene zwischen der Flugrichtung 7und der Linie 8 entspricht.

Entsprechend den Fig. 3 und k lassen sich die Winkel Θ, und CXj. wie folgt definieren:

θ, = θ und
t s

= tan

-1

^Rt

= tan

-1

wobei θ die augenblickliche Winkelstellung der optischen Abtastvorrichtung ist. Zur Gewinnung von Θ, und OL müssen die Größen auf der rechten Seite der Gleichungen (i) und (2) ermittelt werden· Dies kann auf folgende Weise geschehen:

θ Direkt aus dem Ausgangssignal des optischen Karten-

lesers«
h Vom Flugzeughöhenmesser (oder einer Höhenvorgabe)* Durch das Höhenlinienintervall der Karte vorgegeben» ^Die algebraische Summe der /^h-Stuf en, die beim Abtasten erfaßt werden»
Vorgegeben,

Direkt aus dem Ausgangesignal des optischen Kartenlesers«

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¥ie man aus Fig. 5 erkennt, ist es zur Gewinnung einer perspektivischen Wiedergebe 14 lediglich erforderlich, daß ein beliebiger Punkt des Geländes, beispielsweise P₁, der in dem wiedergegebenen Bild erscheint, so liegt, daß Θ. und oC. genauso groß wie in der Natur sind. Wenn der Betrachtungsabstand D zwischen einem-Betrachter 15 und der Wiedergabe groß ist gegenüber den Abmessungen der Wiedergabe 14, kann kQ, als seitliche Abweichung von der Mittellinie 16 der Wiedergabe 14 und kcC als vertikale Abweichung von einer Horizontlinie 17 dienen«

Gemäß den Fig. 6 und 7a bis 7b wird eine transparente Karte mit drei Schattierungswerten, wie sie bei Fig. 1a beschrieben wurde, über die Fläche eines Kartenlesers 50 mit einem dreiachsigen Antrieb 51 gebracht. Der Kartenleser 50 kann ein "Vidicon", ein Lichtpunktabtaster oder ein mechanisches System sein, was von der gewünschten Arbeitsgeschwindigkeit abhängig ist. Um die Lage der Karte 1 entsprechend der gegenwärtigen Flugzeugposition über einer Lageanzeige im Abtaster 50 einstellen zu können, wird eine Information eines Navigationssysteme s oder eines Simulatorprogrammes dem Kartenantrieb 51 zugeführt, wobei die Karte so ausgerichtet wird, daß der Flugzeugbug auf der Schirmfläche feststeht. Ein heller Lichtpunkt wird von einem Abtastgenerator 52 über die Mappe 1 bewegt, wodurch man die in den Fig. 7a und 7b gezeigten Ausgangssignale erhält. Der Grund dafür, daß die θ -Abtastung mehr einer stufenförmigen Funktion als einem geglätteten Sägezahn entspricht, wird später noch erläutert. Eine Fotozelle 53 ist so angeordnet, daß sie das durch die Karte 1 strahlende Licht aufnimmt und ein Ausgangssignal liefert, das mit einem der drei Durchlässigkeitswerte der Karte übereinstimmt. Das Ausgangssignal der Fotozelle 53 wird einem Impulswandler 54 zugeführt, dessen Logikschaltungen die dreiwertigen

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Ausgangssignale der Fotozelle 53 ia +Ah-und -Zlh-Signale umwandeint die eine Höhenabnahme bzw· -zunähme anzeigen. Die ι- und - Ah-Signale gelangen zu einem Addierwerk 55» dem

außerdem als weiteres Eingangssignal ein Signal h von einem Höhenmesser 56 zugeführt wird, das die Höhe des Plugzeuges über dem Gelände wiedergibt· Das Addierwerk 55 kombiniert die Signale h , + Ah. und - Ah und leitet daraus h, nach folgender

O "C

Beziehung her:

h_t = h_o -2( + Ah) ₊£(-ZU). (3)

Das h,-Signal wird einem Koordinatenwandler 57 zugeführt, der als zweites Eingangssignal das Signal R = R, vom Abtastgene-

S T

rator 52 erhält. D'er Koordinatenwandler 57 verarbeitet h. und R gemäß Gleichung (2) und leitet daraus (X ab. Das Signal oC. gelangt zu einem Wiedergabekoordinatenwandler 58 > dem auch das Signal θ = θ, des Abtastgenerators 52 zugeführt wirdο Außerdem erhält der Koordinatenwandler 58 zwei einstellbare Signale X und Y , die die Flugrichtung definieren* Der Wiedergabekoordinatenwandler 53 verarbeitet diese drei Signale nach den. folgenden Gleichungen:

X=X + k9, und (k)

ot

^Y - ^Yo ⁺ *V (5)

Die Signale X und Y werden zusammen mit den Signalen X und Y , die die Flugrichtung definieren, den horizontalen und vertikalen Eingängen eines Wiedergabe- oder Sichtgerätes 59 zugeführt. Das Wiedergabegerät 59 kann bei geringer Geschwindigkeit ein Kurvenschreiber sein und bei höherer Geschwindigkeit eine Kathodenstrahlröhre. Das Ausgangs signal oC, des Koordinatenwandlers 57 gelangt außerdem zu einer Geisterbilderunter drückungs- , Speicher- und Vergleichsschaltung 60, deren Ausgangssignal als Austastsignal für das Wiedergabegerät 59 dient. Der Zweck der S_chaltung 60 wird noch erläutert .

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Die Hauptsynchronisation aller Elemente wird von einem Taktgeber 61 gesteuert, der eine Impulsfolge mit festem Intervall zur Steuerung des Abtastgenerators 52, eines Rückstellimpulsgenerators 62 und der Geisterbilderunterdrückungs-, Speicherund Vergleichsschaltung 60 liefert. Der Ruckstellimpulsgenerator 62 zählt die Impulse des Taktgebers 61 und erzeugt nach Erreichen eines Zählerstandes, der einer ganzen Abtastung entspricht, ein Rückstellsignal für den Abtastgenerator 52, das Addierwerk 55 und die Schaltung 60.

Vor dem Start oder während des Fluges mit bekannter Position, Höhe und Kurs muß die Karte 1 im Kartenleser so eingestellt werden, daß die Ausgangsbedingungen vorhanden sind. Der Taktgeber 61 startet dann den Abtastgenerator 52, der die in Fig. 7a und 7b gezeigten Ausgangssignale für das Abtastmuster nach den Fig» 1o und 3 liefert. Der Abtaster 50 beginnt das Lesen der Karte 1 im Punkt P , der gegenwärtigen Flugzeug-' position und tastet die Karte nach einem in Flugrichtung fortschreitenden Muster ab· Das Ende der ersten Abtastlinie liegt in einem beliebigen Bereich. Dies wird von einem Rückstellimpulsgenorator 62 erfaßt, der einen Impuls auf den Abtastgenerator 52 gibt, wodurch der Abtaster 50 zur neuen Flugzeugposition zurückgeht, die infolge der Bewegung des Flugzeuges während der ersten Abtastung etwas vorgerückt ist,und startet erneut. Die Information eines Navigationssystemes oder eines Simulatorprogrammes wird dem Kartenantrieb 51 zugeführt, wodurch die Karte 1 immer richtig in der Bahn des Abtasters 50 liegt. Die Fotozelle 53 nimmt das durch die Karte 1 gehende Licht auf und gibt ein dreiwertiges Ausgangssignal auf den Impulswandler 5^· Der Grundgedanke der Erfindung verlangt, daß der Wert jedes Höhenintervalles zu der vorherigen Summe addiert oder subtrahiert wird. Auf diese Weise erhält man eine konstante Anzeige der augenblicklichen Geländehöhe am Punkt des Abtaststrahles. Entsprechend wird das ImpulsmusterAusgangs signal der Fotozelle 53 so umgewandelt, daß durch die Logikschaltung des Impulswandlers $k die Impulse gemäß der Tabelle 1 addiert oder subtrahiert werden. Die Addier- und

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Subtrahierimpulse gelangen zu einen Addierwerk 55* das die gemessenen β chrittweisen Änderungen addiert und diese Summ· von der vom Höhenmesser 56 gelieferten Bezugshöhe h gemäß Gleichung (3) abzieht und liefert als Resultat die augenblickliche Geländehöhe h, gegenüber der Ausgangestellung P .

Da die noch verbleibende Größe R in Gleichung (2) bekannt ist, d.h. mit dem Ausgangssignal R dee Abtastgenerators 52 identisch ist, läßt sich nun Gleichung (2) nach CX^ auflösen. Das Signal h, des Addierwerkes 55 und das Signal R^ des Abtastgenerators 52 werden deshalb einem Koordinatenwandler 57 zugeführt) der C7L ergibt. Das den Höhenwinkel (7C wiedergebende Signal» das vom Koordinatenwandler 57 abgeleitet ist, und das den Peilwinkel 0. wiedergebende Signal, das direkt vom Abtastgenerator 52 herrührt, gelangen zum Wiedergabekoordinatenwandler 58t zusammen mit den Signalen X und Y » die zur Festlegung der Flugrichtung von Hand oder automatisch einstellbar, sind· Der ¥iedergabekoordinatenwandler 58 wandelt die Peil- und Höhenwinkelsignale in Wiedergabekoordinaten um, indem er diese Signale mit einer konstanten k multipliziert und mit den Signalen X und Y gemäß den Gleichungen (4) und (5) aufsummiert« Die Signale X und Y werden der X- und Y-Steuerung des Wiedergabegerätes 59 zugeführt.

Als Resultat erhält man ein Abtastbild, das aus einer perspektivischen Ansicht einer Reihe von Abtastungen des direkt vor dem Flugzeug liegenden Geländes besteht« Die Abtastfrequenz wird so hoch gewählt» daß bezüglich aller Änderungen von Position» Höhe und Flugrichtung ein Filmeindruck entsteht· Das erhaltene Bild einer Abtastung gleicht ohne Glättung der Geländemerkmale demjenigen nach Fig. 8. Ein durch Filtern dar Signale X und Y erzieltes geglättetes Abtastbild zeigt Fig. Details der Wiedergabe hängen ab von den Intervallen der ' Höhenlinien, dem Kartenmaustab, der Glättungefunktion usw.

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Die Geisterbilderunterdrückungs-, Speicher- und Vergleichsschaltung 60 soll verhindern, daß Höhenlinien, die niedriger liegen als bereits erfaßte Höhenlinien, auf dem Wiedergabegerät sichtbar werden. Vie man aus Fig. 8 erkennen kann, ist es zur realistischen Wiedergabe erforderlich, daß, wenn eine Profillinie hinter einer anderen Profillinie liegt, diese neue Profillinie nicht wiedergegeben wird, da ein Betrachter eine solche Linie nicht sehen könnte₀ Es wird deshalb das Höhenwinkelsignal 0<-, des Koordinatenwandlers 57 der Speicher- und Vergleichssohaltung 60 zugeführt, die mehrere Speichereinheiten enthält, und zwar je eine für die Stufen der θ -

Abtastung nach Fig. 7a. Während der Abtastung 0 gelangt das abgeleitete oC -Signal, gesteuert von einem Synchronisiersignal des Taktgebers 61, zur Speiehereinheit für den jeweiligen Peilwinkel. Bei der nächsten Abtastung wird der augenblickliche Höhenwinkel oC für jeden Peilwinkel mit dem ge-

speicherten Höhenwinkel c^-_t für diesen Peilwinkel verglichen* Wenn die Größe des Eingangssignales größer ist als das gespeicherte Signal, kann das neue Signal in die Speichereinheit eintreten und das Signal 0^. wird vom Wiedergabegerät 59 angezeigt. Wenn die Größe des eingehenden Signales kleiner ist als diejenige des gespeicherten Signales, wird eine Schwächung des gespeicherten Signales durch das eingehende Signal verhindert und über eine Leitung 63 wird ein Austastsignal zum Wiedergabegerät 59 gegeben. Dadurch bleibt der gespeicherte Wert ungeändert und diejenigen Höhenwinkelwerte, die eine verborgene niedrigere Höhe angeben, werden vom Wiedergabegerät 59 ferngehalten.

Man erhält somit gemäß der Erfindung eine zeitechte, dynamische und perspektivische Wiedergabe des vor einem Flugzeug liegenden Geländes, wie die Fig. 8 und 9 zeigen, die gedrängt und genau das nachbilden, was der Pilot bei direkter Sicht auf das Gelände sehen könnte. Ein solches Sichtgerät kann zur Navigation, in geringer Höhe dienen, indem die perspektivische Wiedergabe mit dem tatsächlichen Bild verglichen wird zum

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seitlichen Ausweichen bei schlechten Sichtverhältnissen, zur Kursvorwahl alt simulierten Höhen- und Navigationssignalen und mit einer Wählvorrichtung für Höhenvorgabesignale beim Blick nach vorn in niedriger Höhe. Diese Eigenschaften ermöglichen dem Piloten auch in geringer Höhe und in hügeligem Gelände einen großen Überblick über das vor ihm liegende Gelände, ohne das eigene Plugzeug in eine exponierte Lage bringen zu mussen_β

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Claims

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ΊΟ

Patentansprüche

1./ Sichtgerät für Flugzeuge zur zeiteohten, dynamischen und .y perspektivischen Wiedergabe dea vor einem Flugzeug liegenden Gelände· mittels einer Höhenkarte, auf der das Gelände durch Höhenlinien in streifen?örmige Bereiche bestimmter Höhe unterteilt ist, gekennzeichnet durch Mittel zum Abtasten der Höhenkarte von einer der Position des Flugzeuges zugeordneten Ausgangelage, in einem Muster, das aus immer weiter von der Auegangslage entfernten Linien besteht, die eine kontinuierliche Folge von Profillinien bilden, durch eine mittels unterschiedlicher Färbung oder Schattierung benachbarter Geländestreifen erzielte Farbcodierung der Karte und durch Mittel zur Wiedergabe der Prodillinien.

2· Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen derartigen Antrieb der Höhenkarte, daß die Ausgangslage immer ■it der Flugseugposition übereinstimmt·

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhenkarte unter Verwendung v©n mindestens drei Farbechat tierungen in einer vorgegebenen Folge derart farboodiert ist, daß jeder beim Abtasten der Karte erfaßten Farbechattierungsänderung eine unzweideutige Höhenänderung zugeordnet ist.

k* Gerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch drei verschiedene in derartiger Folge auf der Karte angeordnete Grausohattierungen, daß alle zunehmenden Höhenstufen sich durch eine einsige Wertänderung nach dunkel hin oder durch e ine zweistufige Wertänderung von der dunkelsten nach der hellsten Schattierung hin auszeichnen und daß alle abnehmenden Höhenstufen durch eine einsige Wertänderung nach hell hin oder durch eine zweistufige Wertänderung von der hellsten nach der dunkelsten Schattierung hin charakterisiert sind.

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5· Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abtastvorrichtung die Karte mittels eines Lichtstrahles abtastet, gekennzeichnet durch Mittel, die auf das durch die Karte gehende Licht ansprechen und ein erstes Signal erzeugen, das die jeweilige FärbSchattierung der Karte in der Bahn des Lichtstrahles angibt, durch Mittel zur Umwandlung des ersten Signales in +^Jh- und -/ih-Signale, die bei der Abtastung der Karte zunehmende bzw· abnehmende Höhenstufen darstellen, durch Mittel,' die auf die +ZIh- und -/Ih-Signale und ein Signal h_Q ansprechen, wobei letzteres Signal die Höhe des Flugzeuges über seiner Ausgangsposition angibt, um daraus ein Signal h^ gemäfi der Beziehung h. * h -£( + Δ&) + Σ(-ZIh) abzuleiten, durch

»Mittel, die auf dieses h,-Signal und ein Signal R. der χ χ

Abtastvorrichtung ansprechen, das den augenblicklichen Abstand zwischen der Ausgangsposition und dem Abtaststrahl anzeigt, um, daraus ein Signal qL gemäß der Beziehung qL = tan" — zu erzeugen, wobei OL gleich dem augenblick-

t
liehen Höhenwinkel des Punktes auf dem Gelände im Weg des

Abtaststrahles ist, und durch Mittel, die ansprechen auf das OC-Signal, ein Signal O. der Abtastvorrichtung, das den augenblicklichen Pellwinkel einer Linie zwischen dieser Ausgangsposition und dem Punkt im Gelände in der Bahn des Abtaststrahles anzeigt, und auf zwei Signale X und Y , die die horizontale bzw. die vertikale Komponente des Flugzeugkurses darstellen, um daraus zwei Signale X und Y nach den ™ Beziehungen X = X_- + kO. und Y = Y + k oC zu erzeugen,

O » Ov

wobei die X- und Y-Signale auf den horizontalen bzw. vertikalen Eingang des Wiedergabegerätes gegeben werden.

6. Gerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel, die auf das <%_t-Signal ansprechen und ein Auetastsignal immer dann auf die Wiedergabevorrichtung geben, wenn der augenblickliche Wert des (X..-Signal es bei einem bestimmten Peil-' winkel kleiner ist als der vorherige Wert des oC-Signale*

bei dem gleichen Peilwinkel.

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. 7· Gerät naoh eine» der vorhergehenden Anspruch·, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung auf konstant vorrückenden Stellen entlang bogenförmiger Bahnen über daa Gelände hin- und hertastet, wobei die bogenförmigen Bahnen einen gemeinsamen» im Ausgangspunkt gelegenen Krümmungsmittelpunkt aufweisen und wobei die aufeinanderfolgenden Abtastungen um einen festen Abstand Z\R voneinander getrennt aind.

8· Gerät naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Kittel, die verhindern, daß nachfolgende Profiillinien alt einer geringeren Höhe als vorhergehende Profillinien auf der Wiedergabevorrichtung erscheinen.

9« Oerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel, die mit der Abtaatvorrichtung zusammenarbeiten und die Profillinien in erste und zweite Signale umwandeln, die die augenblicklichen Peil- bzw. Höhenwinkel wiedergeben, ausgehend von einer gewählten Höhe über der Ausgangsposition der Punkte im Gelände, wenn die Höhenkarte abgetastet wird, und durch Mittel zur Wiedergabe der ersten und zweiten Signale·

10. Gerät nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Höhenkarte aus einer Reihe höhengleicher Linien besteht, die Geländestreifen begrenzen, wobei jeder Streifen einem bestimmten Höhenbereich zugeordnet ist, und daß die Karte derart farboodiert ist, daß aufeinanderfolgende Geländestreifen eine unterschiedliche Farbschattierung aufweisen.

11· Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbcodierung der Höhenkarte durch mindestens drei Farbschattierungen bewirkt ist, die in einer vorgegebenen Folge derart aufeinanderfolgen, daß jeder beim Abtasten der Karte ' erfaßten Farbschattierungsänderung eine unzweideutige Höhenänderung zugeordnet ist.

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12. Gerät nach Anspruch k und Anspruch 11, gekennzeichnet duroh die Wiedergab· von Höhenstufen mittels Farbsohattierungsänderungen·

13. Gerät nach eine» der Ansprüche 9, 10» 11 oder 12» bei der die Umvandlungsmittel gekennzeichnet sind durch Mittel, die mit der Abtastvorrichtung zusammenwirken und Signale erzeugen, die zunehmende oder abnehmende Höhenstufen beim Abtasten der Karte anaeigen, duroh Mittel» die auf die zuletzt genannten Signale ansprechen sowie auf «in Signal, da« die gewählte Höhe anzeigt» um daraus ein Signal iu erzeugen, das den augenblicklichen Abstand zwischen der ge-

™ wählten Höhe und den Punkten des Geländes wiedergibt» und duroh Mittel» die auf das zuletzt genannte Signal und ein Signal τοη der Abtastvorrichtung ansprechen, das den Abstand in einer horizontalen Ebene zwischen der Ausgangs» position und dem Punkt auf dem abgetasteten Gelände anzeigt» ua daraus das erwähnte zweite Signal zu erzeugen» wobei die Abtastvorrichtung das erwähnte erste Signal als eine Funktion des augenblicklichen Peilwinkels einer Linie zwischen der Ausgangsposition und den erwähnten Punkt auf dem abgetasteten Gelände erzeugt.

14. Gerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Mittel» die

k auf das zweite Signal ansprechen und ein Austastsignal auf die Wiedergabevorrichtung immer dann geben, wenn der augenblickliche Wert des zweiten Signales bei irgendeinem Peilwinkel kleiner ist als der vorhergehende Wert des zweiten Signales beim gleichen Peilwinkel.

15· Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch die Wiedergabe einer Reihe Profillinien auf aufeinanderfolgenden Geländeteilen und durch Mittel, die auf das zweite Signal ansprechen und auf die Wiedergabevorrichtung immer dann ein Auetastsignal geben, wenn der Höhenwinkel irgendeines Punktes des Geländes bei einem beliebigen Peilwinkel größer ist als der Höhenwinkel eines vorhergehenden Punktes im Gelände beim gleichen Peilwinkel·

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