DE3133570C2 - Verfahren zum Aufnehmen und Verarbeiten von Detektor-Ausgangssignalen bei der optoelektronischen Geländeaufnahme und Anordnung zum Ausüben eines solchen Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7.

Diese gattungsgemäßen Maßnahmen sind aus der DE-PS 17 98 311 bekannt. Um sicherzustellen, daß trotz großer Flug-Geschwindigkeit und auch bei Schwankungen der Geschwindigkeit und der Flug-Höhe keine Lücken in den nacheinander längs der Flugrichtung erfaßten, sich beiderseits quer zur Flugrichtung erstreckenden Geländestreifen auftreten, ist eine Mehrzahl von Detektoren am Flugkörper in Flugrichtung angeordnet, und die Drehgeschwindigkeit des Rotationsspiegels wird von einem höhen- und geschwindigkeitsabhängigen Signal gesteuert. Um dieses Steuersignal zu gewinnen, wird ein bestimmter, hinsichtlich der

Signalverarbeitung singuiärer Gelände-Punkt zweimal hintereinander von den Detektoren erfaßt und ober eine nicht näher angegebene Bildauswertung ermittelt, in welcher Richtung sich dieser Punkt im aufgenommenen Geländestreifen verschiebt Diese Verschiebung ist nach Richtung und Stärke ein Maß für hinsichtlich der momentanen Überfluggegebenbejt zu schnellen oder zu langsamen Antrieb des Rotationaspiegels für die optisch Geländestreifen-Abtastung und ist (in nicht dargestellter Weise) in ein Korrektur-Signal zur Modifizierung to der Drehgeschwindigkeit umzusetzen.

Nachteilig bei diesen vorbekannten Maßnahmen ist insbesondere, daß die Drehgeschwindigkeit des Rotationsspiegels abhängig von den momentanen Oberfluggegebenheiten variiert werden muß, was wegen der Trägheiten des elektromechanischen Antriebssystems zu Auswertefehlern führt und auch im Betrieb störanfällig ist. Nachteilig ist dabei ferner, daß ein BUdvergleich zur Ermittlung von Richtung und Betrag der Verschiebung eines bestimmten Punktes nicht nur sehr aufwendig ist, sondern daß darüber hinaus auch nur bei sehr, gegenüber ihrer Umgebung, ausgeprägten Geländepunkten eine eindeutige derartige Vergleichsauswertung möglich ist

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit vergleichsweise einfachen, jedenfalls aus standardisierten Baugruppen der elektronischen Informationsverarbeitung zusammenstellbaren, Schaltungsanordnungen bei störunanfälliger und keine zusätzlichen Verarbeitungsfehler hervorbringender Betriebsweise des Rotationsspiegels sicherzustellen, da3 der Flugkörper über dem zu erfassenden Gelände eine Folge von Geländestreifen stets gleicher Länge erfaßt und dabei die Bildinformation mit konstanter Auflösung (d.h. Bildpunkte-Anzahl) verarbeitet insbesondere digitalisiert werden kann.

Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren bzw. bei einer Anordnung eingangs erwähnter Art gemäß den zusätzlichen Maßnahmen nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 7 gelöst -to

Der Grundgedanke der Lösung besteht also darin, unter Verzicht auf apparativ aufwendige und störanfällige Eingriffe in die Drehgeschwindigkeit des Rotationsspiegels für stets konstante Länge des erfaßten Geländestreifens flughöhenabhängig nur einen aus dem Detektor-Ausgangssignal herausgegriffenen zeitlichen Anteil zu quantisieren, dabei aber stets die gleiche Anzahl von Digitalisierungs-Abtastpunkten auf diesen jeweils gerade herausgegriffenen zeitlichen Anteil zu verteilen. Bei sich vergrößernder Flughöhe und > <) konstantem öffnungswinkel der Projektions-Optik wird zwar im Zuge der optischen Rotationsspiegel-Abtastung ein längerer Geländestreifen auf den Detektor projeziert; aber aus dem über der Zeit mit schwankender Amplitude auftretenden Detektor-Ausgangssignal wird nur ein zeitlich kürzerer Mittelbereich für die weitere Signalverarbeitung ausgeblendet der einer bestimmten symmetrisch beiderseits der Flugrichtung sich erstreckenden Geländestreifen-Länge entspricht Da mit konstant vorgegebener Abtastfrequenz für die so Quantisierung und Digitalisierung des zeitkontinuierlichen Detektof'Ausgangssignals bei dieser verkürzten Auswerte-Zeitspanne nur entsprechend weniger Amplitudenmomentanwerte erfaßt würden, die Auflösung der quantisierten Geländeinformation also höhenabhängig *>5 schwanken würde, wird die Abtastfrequenz derart gesteuert, daß sie sich boi sich vergrößernder Flughöhe erhöht, daß also auch in z. B. verkürzte Auswerte-Zeitspannen des Detektor-Ausgangssignals wieder die gleiche Anzahl von Momentanwert-Abtastwngen hineinfällt

Damit ist mit rein elektrischen Maßnahmen bei der Quantisierung des Detektor-Ausgangssignales die Wirkung eines Zoom-Objektives, nämlich entfernungsunabhängige Erfassung des gleichen Objektbereiches bei konstanter Auflösung, erzielt ohne daß es des im Betrieb anfälligen Aufwandes für ein elektromechanisch verstellbares optisches Objektiv bedürfte.

Eine zusätzliche Tiefpaß-Filterung über das Tießpaß-Verhalten des Detektors hinaus kann notwendig sein, um, auch bei starken Höhenschwankungen und dementsprechend starken Abtastfrequenzschwankungen, stets das Abtasttheorem zu erfüllen.

Um eine lückenlose Folge von Geländestreifen in Flugrichtung höhenunabhängig und unter Gewährleistung des Abtasttheorems optoelektronisch erfassen und diese Information für die Weiterverarbeitung digitalisieren .zu können, sind zweckmäßigerweise — wie als solches aus der eingangs erläuterten Veröffentlichung vorbekannt — in Flugrichtung im Detektor mehrere Detektorelemente angeordnet von denen desto mehr auf ein Tiefpaßglied zusammengeschaltet werden, je geringer die Flughöhe wird. Dabei sind zweckmäßigerweise jeweils zwei bezüglich eines mittleren Detektorelementes symmetrisch gelegene Detektorelemente fest zusammengeschaltet wodurch sich eine symmetrische Änderung der Aufnahmecharakteristik in Abhängigkeit von der momentanen Flughöhe über Grund ergibt

Für die Gewinnung der flughöhenabhängigen Steuergrößen zur Beeinflussung der Zeitspanne, über die das Detektor-Ausgangssignal bei konstant-gehaltener Anzahl der Momentanwert-Abtastungen quantisiert wird, sowie zur Umschaltung der Detektorelement-Anzahl in Flugrichtung wird vorteilhafterweise auf eine Korrelationsauswertung zurückgegriffen. Dabei ergibt sich ein höhenproportionales Signal aus der Kreuzkorrelierten von Sensorsignalen, die mit unter unterschiedlichen Winkeln in der Flugrichtung orientierten, Teleskop-Optiken gewonnen werden, gewichtet mit einem Proportionalkatsfaktor, in den die momentane Fluggeschwindigkeit über dem Gelände und der Winkel zwischen den beiden Teieskop-Orientierungen eingeht Die Geschwindigkeit ihrerseits ergibt sich aus dem Kehrwert der Kreuzkorrelierten zweier Sensorausgangssignale mit Teleskop-Optiken, die bei gleicher Orientierung längs der Flugrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind, mit einem durch diesen gegenseitigen Abstand gegebenen Proportionalitätsfaktor. Diese Signalverarbeitung ist sehr viel zuverlässiger als die Beobachtung der Bildverschiebung eines bestimmten, jedoch nicht beeinflußbaren Geländepunktes, da die überflogen^ Geländeformation in ihrer Gesamtheit eingeht Um auch bei wenig ausgeprägten Geländeunebenheiten ein eindeutiges Korrelationsergehnis zu erzielen, ist es zweckmäßig, den Sensoren Differenzierstufen zur dynamischen Ausprägung von Signaiänderungen nachzuschalten.

Die erfindungsgemaße Lösung kann in gleicher Weise etwa bei der Radar-Abtastung von Geländebahnen oder bei der Untersuchung von Meeresgrund mittels Schleppsonden, die mit entsprechenden Sohar-Sende- und -Empfangseinrichtungen ausgestattet sind, eingesetzt werden. Beim eingangs erwähnten Flugkörper muß es sich also nicht um ein mit Eigenantrieb oder auf einer ballistischen Bahn sich bewegendes Projektil im

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Luftraum über der Erdoberfläche handeln.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche vereinfacht dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es zeigt

F i g. 1 in vereinfachter Prinzipdarstellung den Einbau des optischen Systems zur Geländestreifen-Abtastung und des Detektors mit nachgeschalteter Signalverarbeitung in einem Plugkörper über einer abzufliegenden Geländebahn, bei schräger Vorderansicht (Draufsicht),

Fig. 2 ein Beispiel für ein Ausgangssignal des Detektors gemäß Fig. I, zur Erläuterung der höhengesteuerten Ausblendung einer Signalzeitspanne für höhenunabhängige Länge des erfaßten Geländestreifens, aber noch nicht unter Berücksichtigung höhenabhängiger, konstanter Digitalisierungs-Auflösung und

Fig.3 im Blockschaltbild eine Flugdaten-Ermittlungsschaltung gemäß Fig. I und den Einbau ihrer Sensor-Optiken in den Flugkörper.

Die in Fig. 1 skizzierte Anordnung zeigt symbolisch einen Flugkörper 1, der sich in einer momentanen Höhe h mit einer momentanen Geschwindigkeit ν über einer Geländcbahn 2 längs dieser bewegt. An Bord des Flugkörpers I soll eine Folge digitaler Bildpunktsignale 3 über die Eigenarten der erfaßten Geländebahn 2 gewonnen werden, beispielsweise über die zweidimensionale Verteilung mehr oder weniger warm strahlender Gelände-Punkte 5, die nacheinander mittels eines Infrarot-Detektors 4 erfaßt und dementsprechend zeitabhängig in elektrische Detektor-Ausgangssignale 6 umgesetzt werden.

Dafür werden Geländestreifen 7, die sich quer zur Richtung der erfaßten Geländebahn 2 und somit quer zur Flugrichtung 8 des Flugkörpers 1 erstrecken (tatsächlich nach Maßgabe der Flug-Geschwindigkeit ν gegenüber der senkrechten zur Flugrichtung 8 geneigt, was aber in der Zeichnung aus Gründen der Übersicht nicht berücksichtigt ist), punktförmig-zeilenweise mittels eines segmentierten Rotationsspiegels 9 über eine Sammeloptik 10 auf die in ihrer Brennebene liegende Aufnahmefläche H des Detektors 4 projiziert. Im Strahlengang vor dem Rotationspiegel 9 kann in als solcher bekannter Weise ein Umlenk-Nachführspiegel 12 vorgesehen sein, der von einer beispielsweise kreiselstabilisierten Kompensationsschaltung 13 derart, für Schwenkbewegungen um seine Schwenkachse 14 parallel zu den zu erfassenden Geländestreifen 7, angesteuert wird, daß trotz etwaiger Nickbewegungen w des Flugkörpers 1 mittels des Rotationsspiegels 9 nur der gerade überflogene, opto-elektronisch zu erfassende Geländestreifen 7 von der Detektor-Aufnahmefläche 11 erfaßt wird.

Der Rotationsspiegel 9 zum Ablenken des Geländepunkt-Erfassungsstrahles 15 längs des gerade überflogenen Geländestreifens 7 wird von einer elektromotorischen Antriebseinrichtung 16 mit konstanter Drehgeschwindigkeit bewegt. Daraus resultiert, daß bei geringer Flug- oder Aufnahme-Höhe h von der Detektor-Aufnahmefläche 11 eine schmalere Geländebahn 2, also ein kürzerer Geländestreifen 7, in kurzer Zeit erfaßt wird, bei großer Flug-Höhe h dagegen in längere Zeit ein längerer Geländestreifen 7. Für einfache Datenverarbeitung reproduzierbarer Geländeaufnahmen soicher Art ist aber anzusireben, daß unabhängig von der — aus anderen Kriterien sich ergebenden bzw. nur mit großem Zusatzaufwand über unebenem Gelände angenähert konstant einstellbaren — Höhe Λ stets Geländestreifen 7 gleicher Länge mit gleicher Auflösung in eine Folge digitaler Bildpunktsignale 3 umgesetzt werden.

Um dieses zu erreichen, ist eine (unten näher erläuterte) Flugdaten-Ermittlungsschaltung 17 vorgesehen, die mittels eines höhenabhängigen Ausgangssignales 18 einen Abtaststeuerpuls-Folgefrequenzgeber 19, z. B. einen hochfrequent angesteuerten Frequenzteiler mit elektrisch veränderbarem Teilerverhältnis, und einen Torsteuerpuls-Längengeber 20, etwa einen hochfrequent angesteuerten Zähler mit Abfrage unterschiedlicher Zählst;. Düngen symmetrisch zu einer Zählmittelstellung, ansteuert.

Das Detektor-Ausgangssignal 6. dessen zeitlicher Verlauf der detektierten Bildinformation einer kontinuierlichen Folge von Gelände-Punkten 5 längs des gerade optisch abgetasteten Gelände-Streifens 7 entspricht, wird über eine Torstufe 21 auf eine Abtast-Halte-Schaltung 22 gegeben. Diese steiit im Rhythmus irirei zeitlichen Ansteuerung, aus dem stetigen Detektor-Ausgangssignal 6 während der Schließ-Zeit der Torstufe 21 abgegriffene, Momentanwerte 23 (vgl. Fig. 2) einem Analog-Digital-Wandler 24 ζίγ Verfügung, der mit binären digiia!versch!üsse!tcn Bildpunktsignalen 3 eine Weiterverarbeitungsschaltung 25 speist, etwa zur Abspeicherung der Folge dieser Bildpunktsignale 3 und/oder zum Vergleich mit vorgegebenen Gcländedaten für daraus abzuleitende weitere Steuerungsfunktionen hinsichtlich des Einsatzes des Flugkörpers 1.

Bei konstantem Geländestreifen-Erfassungswinke¹ 26 symmetrisch zum Lot vom Flugkörper 1 auf die Geländebahn 2, also bei konstanter optischer Zeilenabtastdauer infolge konstanter Drehgeschwindigkeit des Rotationsspiegels 9, würde von der Abtast-Halte-Schaltung 22, wie schon erwähnt, abhängig von der Flughöhe h ein unterschiedlich langer Geländestreifen 7 erfaßt, der in F i g. 2 symbolisch durch den zeitlichen Verlauf des Detektor-Ausgangssignales 6 repräsentiert ist. Im Falle eines Infrarot-Detektors 4 stellt der Amplitudenverlauf die Intensität der einzelnen Bild-, also Gelände-Punkte 5 im Zuge des zeitproportionalen optischen Abtastens des gerade überflogenen Geländestreifens 7 dar, wobei der Zeitpunkt iL das Erfassen des Gelände-Punktes 5 senkrecht unter dem Flugkörper 1 und somit den Abtastzeitpunkt in der Winkelhalbierenden des Erfassungswinkels 26 angibt. Um nur Bildpunktsignale 3 von Geländestreifen 7 höhenunabhängig konstanter Länge (symmetrisch zum Lot unter dem Flugkörper 1) zu Verarbeiten, also eine Geländebahn 2 konstanter Breite zu erfassen, ist die Durchlaßzeitspanne 27 der Torstufe 21 bei geringerer Flughöhe Λ größer zu wählen, als bei Aufnahme aus größerer Höhe Λ, wie in Fig.2 durch den entsprechenden Parameter-Pfeil veranschaulicht.

Bei — wie in F i g. 2 eingetragen — konstanter Folgefrequenz der Abtaststeuerimpulse 28 zum Gewinnen der zu quantisierenden Folge von Momentanwerten 23 aus dem Amplitudenverlauf des Detektor-Ausgangssignales 6 würde je nach momentaner Aufnahme-Höhe h eine unterschiedliche Anzahl von digitalisierten Bildpunktsignalen 3 für die gerade erfaßten Geländestreifen 7 anfallen, was einer unterschiedlichen Auflösung der abgetasteten Bildinformation entspricht und demzufolge der Weiterverarbeitung, zumal dem Vergleich mit einem vorgegebenen !niormationsmu.-.ter, abträglich wäre. Deshalb wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung mittels der Flugdaten-Ermitt-

lungsschaltung 17 die Folgefrequenz der Abtaststeuerpulse 28 umgekehrt proportional zur Schwankung der Flugkörper- Höhe h über dem Geländestreifen 7 erhöht; d. h., bei kürzerer Tor-Durchlaßzeitspanne 27 (vgl. F i g. 2) infolge größerer Aufnahmehöhe Λ werden von der Abtast-Halte-Schaltung 22 in dichterer Folge Momentanwerte 23 an den Wandler 24 geliefert, als bei leeren Tor-Durchlaßzeitspannen 27, so daß innerhalb einer j<*^en Tor-Durciuaßzeitspanne 27 — entsprechend der auszuwertenden Information über den Geländestreifen 7 — (entgegen der Darstellung in F i g. 2) die gleiche Anzahl von digitalisierten Bildpunktsignalen 3 aus einer entsprechenden Anzahl von abgetasteten Momentanwerten 23 gewonnen wird (vgl. unten).

Um über die Frequenzvariationsbreite der Abtaststeuerpuls-Folgefrequenz die Erfüllung des Abtasttheorems sicherzustellen, kann es notwendig sein, zusätzlich zum ohnehin gegebenen Tiefpaßverhalten des Detektors 4 hinter dem Detektor-Ausgang 29 ein Tiefpaßglied 30 einzuschalten.

Für die Gewinnung des Höhenausgangssignales 18 sind am Flugkörper 1 (vgl. F i g. 3) zwei dem Detektor 4 entsprechende Sensoren 31, 32 vorgesehen, die über entsprechend ausgerichtete Teleskop-Optiken 33 bzw. 34 unter einem gegenseitigen Spreizwinkel 35 gegen die Geländebahn 2 gerichtet sind, die vom Flugkörper 1 überflogen wird. Vorzugsweise ist die eine Optik 33 senkrecht orientiert, so daß die Länge ihres Strahlen-Aufnahmeweges der momentanen Flug-Höhe h ent- >o spricht; während die weitere Optik 34 vorzugsweise schräg 'oraus orientiert ist. Aufgrund dieser geometrischen Einbau-Gegebenheiten läßt sich nachweisen, daß die momentane Höhe h proportional der Flugzeit zum Überfliegen der Geländebahn-Strecke 36 ist, die sich als die dem Spreizwinkel 35 gegenüberliegende Dreiecksseite darstellt (wobei unterstellt ist, daß Geländeunebenheiten nur einen vernachlässigbaren Auswertefehler ergeben oder zu derartigen Sprüngen bei der Auswertung führen, daß die entsprechenden Werte ohne *" weiteres aufgrund von Plausibilitätsbetrachtungen als Fehlmessungen ausgeschieden werden können). Die in diese Auswertung eingehende Proportionalitätskonstante ist das Produkt aus momentaner Flug-Geschwindigkeit ν des Flugkörpers 1 und aus dem Cotangens des Spreizwinkels 35.

Die der gesuchten Höhe h proportionale Zeitspanne zwischen Erfassen eines beliebigen Geländepunktes 5' von den Strahlengängen der beiden gegeneinander geneigten Optiken 33 und 34 wird vorzugsweise mittels einer als solchen bekannten Kreuzkorrelationsanordnung 37 durchgeführt, die mit den beiden Ausgangssignalen der Sensoren 31 und 32 gespeist wird. Bekanntlich stellt das mittels eines Maximum-Filters 38 ermittelte Maximum der Kreuzkorrelierten ein Maß für die Zeitverschiebung zwischen den beiden — hinsichtlich der vom Gelände-Punkt 5' aufgenommenen Strahlung bei Vernachlässigung der unterschiedlichen Einfallswinkel insoweit übereinstimmenden — Ausgangssignalen der Sensoren 31 und 32, also ein Maß für bo die gesuchte, der Höhe h proportionale Zeitspanne dar, in der die Strecke 36 überflogen wurde.

Um die im genannten Proportionalitätsfaktor enthaltene momentane Flug-Geschwindigkeit ν des Flugkörpers 1 zu ermitteln, wird vorzugsweise ebenfalls auf eine Kreuzkorrelations-Signalverarbeitung zurückgegriffen; denn diese bedingt einen geringeren Signalverarbeitungs-Schaltungsaufwand, als die sich an sich bei einer geneigten Aufnahmecharakteristik anbietende Dopplerauswertung. Es ist deshalb im Flugkörper 1 ein weiterer Sensor 39 mit Teleskop-Optik 40 vorgesehen, die zu einer der beiden anderen Optiken 32 bzw. 33 — vorzugsweise der lotrecht orientierten Optik 33 — optisch parallel angeordnet ist. Da sich zeigen läßt, daß die momentane Geschwindigkeit ν umgekehrt proportional zur Zeitspanne ist, in der der Flugkörper 1 die Teleskop-Einbaudistanz 41 durchmißt, erfolgt zweckmäßigerweise wieder eine Kreuzkorrelationsauswertung. Dafür werden die Ausgangssignale der beiden zur Fluggeschwindigkeits- Bestimmung herangezogenen Sensoren 31, 39 in eine weitere Kreuzkorrelationsanordnung 42 eingespeist, um mittels eines weiteren Maximum-Filters 43 über das Maximum der sich dabei ergebenden Kreuzkorrelationsfunktion ein Maß für die interessierende Zeitspanne, also für die momentane Flug-Geschwindigkeit v,zu gewinnen.

Das gemäß den überflogenen Geländegegebenheiten zeitabhängige Höhen-Ausgangssignal 18 ergibt sich dann als das Produkt der beiden, auf einen Multiplizierer 44 geschalteten, Ausgangssignale der Maximum-Filter 38 und 43 unter Berücksichtigung der Ausgangs-Informationen zweier Konstantengeber 45 bzw. 46, die einen Multiplizierer 47 nach Maßgabe des Spreizwinkels 35 bzw. (als Dividend) einen Dividierer 48 nach Maßgabe der wirksamen Einbau-Distanz 41 beaufschlagen.

Zweckmäßigerweise sind den Sensoren 31,32 und 39 Differenzierstufen 55 nachgeschaltet, um durch Hochpaßverhalten Geländeoberflächen-Änderungen zu verdeutlichen, also tatsächlich signifikant-zeitvariable Sensorsignale für die Kreuzkorrelationen auch bei wenig variierender Geländeoberfläche zur Verfügung zu haben.

Da für die höhenabhängige Ansteuerung der Torstufe 21 und der Abtast-Halte-Schaltung 22 begrenzte Genauigkeiten genügen, reicht es im Interesse der Aufwands-Einsparung aus, im Folgefrequenzgeber 19 bzw. im Längengeber 20 (vgl. F i g. 1) Tabellen-Speicher vorzusehen, die gemäß eingespeicherten Abhängigkeiten nur bei Überschreiten bestimmter Toleranzbereiche hinsichtlich der momentanen Flug-Höhe Λ die Folgefrequenz der Abtaststeuerpulse 28 (und die Länge der gegebenenfalls realisierten Torsteuerpulse 49) entsprechend umschalten.

Solche ROM-bereitgehaltenen Tabellen werden zweckmäßigerweise im Rahmen einer Datenverarbeitungseinrichtung realisiert, die zur Durchführung auch der übrigen Datenverarbeitungs-Schritte ausgelegt sind, die im Rahmen dieser Beschreibung zur Vereinfachung anhand von diskreten Blockschaltbildern erläutert sind; wie insbesondere hinsichtlich der Flugdaten-Ermittlung. schaltung und der von dieser angesteuerten Funktionselemente sowie hinsichtlich der Informations-Weiterverarbeitungsschaltung 25 im Anschluß an den Analog-Digital-Wandler 24, insoweit nicht diese Analog-Digital-Wandlung entsprechend der Konzeption modemer Datenverarbeitungseinrichtungen bereits als peripherer Bestandteil des Mikrocomputers realisiert ist Insbesondere bei Realisierung der beschriebenen (und noch zu beschreibenden) Funktionen durch einen entsprechend angepaßten Rechner ist es zweckmäßig, die Funktion der Torstufe 21 und des diese mit flughöhenabhängiger Torpulslänge ansteuernden Längengebers 20 dadurch zu ersetzen, daß pro erfaßtem Geländestreifen 7, also pro optischem Abtastzyklus des Geiändepunkt-Erfassungsstrahies 15, nur eine bestimmte, vorgegebene Anzahl von Quantisierungen des

Detektor-Ausgangssignals 6 erfolgt. Denn es kommt, wie oben dargestellt, darauf an, daß über die höhenabhängig schwankende Folgefrequenz der Abtaststeuerpulse 28 bei gegensinnig schwankender Quantisierungszeitspanne pro optischem Abtastzyklus (wirksamem Segment des Rotationsspiegels 9) für die Aufeinanderfolge der erfaßten Geländestreifen 7 stets die gleiche Anzahl von diskreten Amplituden-Momentanwerten digitalisiert wird. Das entspricht aber pro Abtastzyklus einer konstanten Anzahl von für die Ό Abtastung und Analog-Digital-Wandlung wirksamen Abtaststeuerpulse 28; d.h., anstelle der in Fig. 1 gestrichelt eingerahmten Funktionsblöcke kann ein — z. B. einstellbarer — Torlängen-Zähler 56 vorgesehen sein. Die Anzahl ζ von pro Abtastzyklus wirksamen (in ihrer Folgefrequenz höhengesteuerten) Abtaststeuerpulsen 28 für die Quantisierungsfunktion der Abtast-Halte-Schaltung 24 bzw. des Analog-Digital-Wandlers 24 entspricht der erfaßten Länge des jeweiligen

GciditucMlciiciiä 7, ύΐϊϋ dcf CMüßicii Breite der '0

Geländebahn 2. Hierfür kann der von einer Steuereinrichtung am Rotationsspiegel 9 periodisch freigegebene Torlängen-Zähler 56 unmittelbar auf den höhengesteuerten Folgefrequenzgeber 19 einwirken; oder es wird diesem (wie in der Zeichnung im Interesse der Übersichtlichkeit berücksichtigt) ein UND-Gatter 57 für Durchlassen der jeweils ζ Abtaststeuerimpulse 28 nachgeschaltet. Bei Erreichen dieser Anzahl ζ setzt sich der Zähler 56 zurück, bis er vom Rotationsspiegel 9 neu gestartet (freigegeben) wird, um die vom Folgefre- so quenzgeber 19 abgegebenen (Abtaststeuer-)Pulse wieder bis ζ hochzuzählen. Um einen gegenseitigen Versatz der aufeinandei folgend erfaßten Geländestreifen 7 bei schwankender Flug-Höhe Λ zu vermeiden, kann der — in der Zeichnung nur symbolisch berücksichtigte — J5 Auslösemechanismus 58 am Rotationsspiegel 9 wegen dessen konstanter Drehgeschwindigkeit ohne weiteres darauf eingerichtet sein, durch entsprechende Vorverlegung des Freigabezeitpunktes für den Zähler 56 die Verteilung der pro Abtastzyklus wirksamen Pulszahl ζ -to je zur Hälfte beiderseits des lotrecht überflogenen Gelände-Punktes 5 (in dem der momentan wirksame Sektor des Rotationsspiegels 9 parallel zur Aufnahmefläche 11 steht bzw. das zentrale Detektorelement 50' anregt) wirksam werden zu lassen. ·> >

Die diskontinierliche Signalverarbeitung der Detektor-Ausgangssignale 6 durch Speisen des Analog-Digital-Wandlers 24 über die Abtast-Halte-Schaltung 22 ist (in Hinblick auf das einzuhaltende Abtasttheorem) unkritisch hinsichtlich der Informationsfolge längs des jeweils optisch abgetasteten Geländestreifens 7. weil — wie schon erwähnt — der Detektor 4 zum Umsetzen des (z. B. infraroten) Eingangssignales in ein elektrisches Ausgangssignal 6 ein Tießpaßverhalten aufweist, das gegebenenfalls durch ein nachgeschaltetes Tiefpaßglied 30 ohne weiteres noch im erforderlichen Maße verstärkt werden kann. Dagegen ist es für die diskrete Signalverarbeitung kritisch, daß am Ende eines optisch abgetasteten Geländestreifens 7 mit dem Übergang auf den Anfang des in Flugrichtung 8 nächstfolgenden Geländestreifens 7 anstelle eines stetigen Verlaufes des Detektor-Ausgangssignales 6 ein Informationssprung auftritt. Die in dieser Erfassungsrichtung fehlende Bandbegrenzungswirkung des Detektors 4 unterbindet die Erfüllbarkeit des Abtasttheorems und somit die nicht-stetige digitale Signalweiterverarbeitung. Um diese Einschränkung zu überwinden, ist vorgesehen, am riugküipcr i in Fiugnciiiuiig S eine iiüiieiiauiiäitgig variierbare Anzahl von einzelnen Detektorelementen 50 im Detektor 4 anzuordnen und davon umgekehrt proportional zur momentanen Flug-Höhe h mehr oder weniger viele auf den Detektor-Ausgang 29 über ein Tiefpaßglied 51 durchzuschalten. Dadurch kann die. in Flugrichtung 8 orientierte. Breiten-Ausdehnung der aufeinanderfolgend vom optisch abtastenden Rotationsspiegel 9 erfaßten Geländestreifen 7 flughöhenabhängig variiert werden, um gegenseitige Überlappungen und somit ein kontinuierliches Detektor-Ausgangssignal 6 sicherzustellen.

Die Anordnung und Zuschaltmöglichkeit der einzelnen Detektorelemente 50 ist in F i g. 1 symmetrisch zum dort zentral gelegenen der Detektorelemente 50' vorgesehen, das stets über einen Summierverstärker 52 auf das Tiefpaßglied 51 durchgeschaltet ist. Bei abnehmender Flug-Höhe Λ wird vom Höhen-Ausgangssignal 18 eine Schalter-Steuerstufe 53 für Zuschaltung zunächst der beiden nächstbenachbarten der Detektorelementc 50 und — bei weiter sich verringernder Höhe h — für Durchschaltung auch der beiden äußeren der Detektorelemente 50 angesteuert. Um mit einer möglichst geringen Anzahl von Schaltern 54 auszukommen, sind die stets gleichzeitig geschalteten Detektorelemente 50 direkt zusammengeschaltet, also nicht über gesonderte Schalter auf weitere Summiereingänge des Summierverstärkers 52 gelegt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprtche:

1. Verfahren zum flughöhenabhängigen Aufnehmen und Verarbeiten von Detektorausgangssigna- s len (6) bei von einem Flugkörper (1) uus erfolgender optoelektronischer Geländeaufnahme, insbesondere bei der Infrarot-Geländeaufnahme, mittels zellenförmigen optischen Abtastens je eines aus einer Folge von Geländestreifen (7), die sich in ihrer Länge quer to zur Flugrichtung (8) erstrecken, und mittels Projizierens auf einen Detektor(4), dadurch gekennzeichnet, daß bei konstanter optischer Abtastgeschwindigkeit des auf den Detektor (4) projezierten Geländestreifens (7) nur ein — mit steigender Flug-Höhe (h) zeitlich verkürzter — zeitlicher Mittelbereich (Zeitspanne 27) aus dem Detektor-Ausgangssignal (6) quantisiert und digitalisiert wird, wobei zum Quantisieren eine Abtastung mit einer Abtastfrequenz erfolgt, die proportional mit der Flug-Höhe (hjtber dem Geländestreifen (7) ansteigt

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abtasten von Amplituden-Momentanwerten (23) des Detektor-Ausgangssignales (6) eine Tiefpaß-Filterung (5t) erfolgt

3. Verfahren zum flughöhenabhängigen Aufnehmen und Verarbeiten von Detektor-Ausgangssignalen (6) bei der optoelektronischen, insbesondere bei der Infrarot-Geländeaufnahme von einem Flugkörper (1) aus, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Detektor (4) in Flugrichtung ',6) erfaßte Ausdehnung des optisch abgetasteten, auf den Detektor (4) projizierten Geländestreifens (7) proportional zu einem Anstieg der Flughöhe (^verringert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Summierung der Ausgangssignale mehrerer individuell höhengesteuert zuschaltbarer Detektorelemente (50) mit nachfolgender Tiefpaß-Filterung erfolgt

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das höhengesteuerte Zuschalten bzw. Abschalten von Detektorelementen (50) symmetrisch beiderseits eines mittleren Detektorelementes (50) erfolgt

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein flughöhenabhängiges Signal aus der Kreuzkorrelierten zweier Sensorsignale mit unterschiedlicher optischer Orientierung in Flugrichtung (8), multipliziert mit dem Kehrwert der Kreuzkorrelierten zweier Sensorsignale mit gleicher optischer Orientierung aber mit gegenseitiger Distanz (41) in Flugrichtung (8), gewonnen wird.

7. Anordnung zum Aufnehmen und Verarbeiten von Detektor-Ausgangssignalen bei der optoelektronischen, zumal bei flughöhenabhängiger Infrarot-Geiändsaufnahme von einem Flugkörper (1) aus, insbesondere zum Ausüben eines der Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, mit einem "> längs der Flugrichtung (8) aufeinanderfolgend benachbarte Geländestreifen (7) optisch abtastenden und auf eine Detektor-Aufnahmefläche (II) projizierenden Rotationsspiegel (9), dadurch gekennzeichnet, daß dem Detektor (4) eine Torstufe &5 (21) und eine Abtast-Haite-Schaltung (22) nachgeschaltet sind, und daß eine Flugdaten-Ermittlungsschaltung (17) vorgesehen ist, die, bei mit konstanter Drehgeschwindigkeit betriebenem Rotationsspiegel (9), über einen Torpuls-Längengeber (20) die Torstufe (21) mit Torsteuerpulsen (49) ansteuert, deren Länge umgekehrt proportional zur Flug-Höhe (ti) schwankt, und die über einen Abtaststeuerpuls-Folgefrequenzgeber (19) die Abtast-Halte-Schaltung (22) mit Abtaststeuerpulsen (28) ansteuert, deren Pujsfolgefrequenz proportional mit der Flughöhe (h) schwankt

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (4) mehrere in Flugrichtung (8) hintereinander angeordnete Detektorelemente (50) aufweist, deren von der Flugdaten-Ermittlungsschaltung (17) auf den Detektor-Ausgang (29) durchgeschaltete Anzahl umgekehrt proportional mit der Flug-Höhe Qi) variiert

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß den auf den Detektor-Ausgang (29) durchgeschalteten Detektorelementen (50) ein Tiefpaßglied (51) nachgeschaltet ist

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden jeweils symmetrisch beiderseits eines mittleren Detektor-Elementes (50') gelegenen Detektorelemente (50) zusammengeschaltet sind.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet daß die Flugdaten-Ermittlungsschcitung (17) eine von zwei Sensoren (31, 32) mit in Flugrichtung (8) unterschiedlich orientierten Optiken (33, 34) beaufschlagte Kreuzkorrelationsanordnung (37) und eine von zwei, bei gleich orientierten Optiken (33, 40), gegeneinander in Flugrichtung (8) versetzt angeordneten Sensoren (31,39) beaufschlagte Kreuzkorrelationsanordnung (42) aufweist deren Ausgänge über Maximum-Filter (38, 43) und über einen Konstanten-Multiplizierer (47) bzw. über einen Konstanten-Dividierer (48) auf einen Ausgangs-Multiplizierer (44) zur Abgabe eines Höhen-Ausgangssignales (18) geschaltet sind.

12. Anordnung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß den Sensoren (31, 32, 39) Differenzierstufen (55) nachgeschaltet sind.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Torpuls-Längengeber (20) angesteuerte Torstufe (21) durch einen Torlängen-Zähler (56) ersetzt ist, der, periodisch vom Rotationsspiegel (9) freigegeben, eine fest vorgebbare Anzahl (z) von Abtaststeuerpulsen (28) wirksam werden läßt.