DE69014702T2

DE69014702T2 - Verfahren und Gerät zur Abtastumsetzung von Radarvideosignalen in Fernsehsignale.

Info

Publication number: DE69014702T2
Application number: DE69014702T
Authority: DE
Inventors: William R Hancock
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1989-04-24
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2010-04-21
Also published as: EP0394857A3; CA2013583A1; EP0394857B1; DE69014702D1; EP0394857A2; US4931801A; JPH02297086A

Description

Die Erfindung ist allgemein auf das Gebiet der Flugzeuganzeigen und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtastumwandlung von Radar- Videodaten in einem polaren Schwebungsformat in ein horizontales Rasterformat gerichtet, um eine Kompatibilität mit einem Standard-Fernsehmonitor zu erzielen.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist aus der WO-A-82/02637 bekannt. Dort werden kartesische Koordinaten in Polarkoordinaten unter Steuerung durch einen Mikroprozessor umgesetzt und die Polarkoordinaten dienen der Adressierung eines Speichers. Danach werden die adressierten Daten in Analogsignale umgewandelt, um die Videoverstärker einer Anzeigeeinheit anzusteuern.
Moderne Flugzeuge und insbesondere Militärflugzeuge umfassen eine Vielzahl von Anzeigeeinrichtungen, die im Cockpit installiert sind, um Information der Besatzung in einer Weise vorzugeben, die die Arbeitsbelastung der Besatzung vermindert. Solche Systeme können an Bord befindliche digitale Abbildungssysteme umfassen, welche an Bord verschiedener Flugzeuge zum Zweck der Darstellung aeronautischer Karten und anderer Daten, wie beispielsweise von Navigationsinformation, benutzt werden. In anderen Cockpitumgebungen kann Radarinformation in gleicher Weise dargestellt werden. Fig. 1 zeigt eine Kabine eines Flugzeugs der Art, wie sie in einem modernen Flugzeug verwendet wird und welche aufweist eine Überkopfanzeige 12, eine linke Multifunktionsanzeige (MFD) 14, eine rechte MFD 16, einen Missionscomputer 20, einen Datenbus 22, einen Anzeigecomputer 18, eine Radargruppe 26 mit zugeordneten diskreten Eingängen 24 und einen Radar-Graphikgenerator 10. In solchen Systemen steuert der Missionscomputer 20 die Funktionen des Anzeigecomputers, des Graphikgenerators und der Radargruppe. Die Radargruppe nimmt diskrete Eingänge auf und liefert Ausgänge, die Videodaten und serielle Digitaldaten für den Radar-Graphikgenerator umfassen, welcher seinerseits die Radar-Videodaten zu dem Anzeigecomputer 18 für eine weitere Verarbeitung liefert und unter Umständen diese dem Piloten über eine der Anzeigeeinheiten anzeigt. Die Kernfunktion des Radar- Graphikgenerators 10 liegt in der Umwandlung der Radar- Videoausgänge auf den Leitungen 27a und 27b in das geeignete Format, wie es durch den Anzeigecomputer 18 angefordert wird. In einem solchen System bestehen die Radar-Videoausgänge aus einem Rastermuster von 675 Zeilen mit einer Fortschreibgeschwindigkeit von 30/60 und diese müssen in ein Format von 525 bei 30/60 umgewandelt werden. Die primäre Quelle der Steuerdaten ist für den Radar-Graphikgenerator durch den Missionscomputer über den Bus 22 vorgegeben, der beispielsweise ein Multiplexerbus des Typs 1553B sein kann. Der Missionscomputer führt mit allen Subsystemen an dem Bus 22 einen Dialog aus und steuert diese. Der Radar-Graphikgenerator empfängt eine Modusinformation, Radarattribute und Symbol-Einfügungsanweisungen in der Form von Anzeigemakros. Es gibt zwei primäre Verbindungen zwischen der Radargruppe 26 und dem Radar-Graphikgenerator. Diese Verbindungen sind die analogen Videodaten, die auf der Leitung 27A übertragen werden und die seriellen Digitaldaten, die auf der Leitung 27B übertragen werden. In einem bekannten System überträgt die analoge Schnittstelle die Radar-Videodaten über ein einziges Triaxkabel. Die Videodaten kommen in einem RS-343-Format an, welches 512 aktive Zeilen von den 675 Gesamtzeilen umfaßt. Die Radar-Videodaten werden entweder in einem Sektor-Abtastmodus oder in einem hin- und hergehenden orthogonalen Abtastfleckenmuster (B-Abtastung) übertragen. Die Sektor-Abtastmoden erfordern eine Umwandlung aus einem Polarformat in ein normales orthogonales Raster, während die B-Abtastung bereits orthogonal erfolgt und lediglich in eine normale Rückführungs-Rasterdarstellung umgewandelt werden muß. Die Sektor-Abtastmoden und die B-Abtastmoden erfordern beide eine Rotation vor der Eingabe in den Anzeigecomputer. Das Radar überträgt digitale Zieldaten zu dem Radar-Graphikgenerator über einen redundanten Bus, der aus sechs verdrillten Paarleitungen besteht. Die Schnittstelle besteht aus zwei Modusleitungen, einer Megahertz-Taktleitung und der aktuellen Datenleitung. Die digitalen Daten und der Takt werden wiederholt, so daß die digitalen Datenübertragungen redundant empfangen werden. Die digitalen Datennachrichten werden sodann in Symbole umgewandelt und in die Radar-Videodaten eingefügt.
Typischerweise ist in dem Radar-Graphikgenerator 10 ein Video-Abtastwandler enthalten. Gegenwärtige Verfahren und Vorrichtungen tasten Radardaten ab und wandeln diese um, während die Daten einlaufen. Die Radardaten werden sodann in einem Speicher für das volle Feld mit einer X,Y- Adressierung gespeichert. Dies erfordert das mehrfache Einschreiben von jedem Radius bzw. Bogen mit geringfügig unterschiedlichen Koordinaten, um das Auftreten von Pixellöchern zu verhindern, wobei Pixellöcher Leerstellen sind, die durch fehlende X,Y-Koordinaten während der Abtastumwandlung hervorgerufen werden. Neben den möglichen "Löchern", die speziell bei einem Zoombetrieb vorherrschen, besitzen gegenwärtige Verfahren Probleme bei der genauen Zoomeinstellung und der Kompression der Radardaten. Ferner können bei der bekannten Vorrichtung während Abtastumwandlungen in der Nähe des Ursprungs mehrfache Radarpixel sich mit einem Einzelpixel schneiden.
Ausgehend von dem vorstehend aufgezeigten Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Umwandlungs- bzw. Übersetzungsverfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine optimale Darstellungstreue sicherstellen und in Echtzeit arbeiten. Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Die vorgesehene Erfindung besitzt Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, die erzielt werden durch Speicherung der Radardaten, die mit einem Radius und einem Winkel versehen sind. Somit gibt es in dem vollen Speicherfeld keine Fälle von "Löchern" oder mehrfacher Überschreibungen eines Einzelpixels. Während der Auslesephase führt eine Hochgeschwindigkeits-Pipeline- Hardware die erforderliche Umformung von Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten, die Rotation und Skalierung aus. Die Pipeline-Verarbeitung verwendet eine bilineare Interpolation, um eine optimale Darstellungstreue sicherzustellen. Somit löst die Erfindung die schwierigen Probleme der fehlenden Pixel an den Kanten des Radarbereichs und sie verhindert ferner den Datenverlust in der Nähe des Ursprunges auf Grund des Mehrfachschreibens von Pixeln durch unterschiedliche Radien bzw. Bögen. Die Erfindung liefert insbesondere mehr Genauigkeit in dem Bereich in der Nähe des Ursprungs. Die Umformungs-, Rotations- und Skalierungsfunktion werden in Echtzeit durch eine sehr viel einfachere Pipelineverarbeitung gegenüber der ausgeführt, die im Stand der Technik verfügbar ist. Die Pipeline-Verarbeitung muß eine inverse Tangensfunktion lösen und sie muß die Quadratwurzel der Summe von X*X und Y*Y lösen. Bekannte Pipeline- Verarbeitungsverfahren, die diese Gleichungen lösen, erfordern bis zu 12 Schritte und liefern eine ungenügende Genauigkeit für Radar-Umwandlungsanwendungen. Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung erfordern nur 7 Schritte einschließlich dreier Schritte für den Datenzugriff und die Ausführung der bilinearen Interpolation.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung von Radar-Videodaten im Polarformat in ein horizontales Rasterformat als Ausgang für einen Fernsehmonitor wird offenbart. Radar-Videodaten umfassen Radar-Videopixel, von denen jedes einen zugeordneten Intensitätswert und eine Polarkoordinate in einer Rasterdarstellung aufweist. Der Fernsehmonitor umfaßt einen Darstellungsschirm einschließlich einer Vielzahl von Pixeln, wobei jedes Pixel eine entsprechende X,Y-Adresse besitzt. Die Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung umfassen Schritte bzw. Mittel zum Speichern der Radar-Videopixel, der Umsetzung der X,Y-Adressen in entsprechende Winkel- und Radialkoordinaten, die Abtastung der Speichereinrichtung unter Verwendung der umgesetzten X-Y-Adresse und die Interpolation eines Radar-Intensitätswertes für die umgesetzte X,Y-Adresse. Die Radar-Videopixel werden mit Radial- und Winkelkoordinaten versehen. Das Abtastverfahren umfaßt den Zugriff auf wenigstens vier Radar- Videopixel, die die umgesetzte X,Y-Adresse umgeben.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Abtastumwandlung der X,Y-Adressen in einer siebenstufigen Abtastwandler-Pipeline verwirklicht.
Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen dem Fachmann aus der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles, den Ansprüchen und den Zeichnungen hervor, wobei hierbei sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Elemente beziehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer typischen Flugzeugkabine, die das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung beinhaltet.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Video- Abtastwandlers, der die Bogen- Abtastwandler-Pipeline der Erfindung beinhaltet.
Fig. 3 veranschaulicht das Darstellungskoordinatensystem, das bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.
Fig. 4 veranschaulicht das Radar-Bogenabtast- Koordinatensystem, das bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.
Fig. 5 veranschaulicht ein Verfahren der Luminanz-Intensitätsinterpolation, wie sie bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.
Fig. 6 ist ein schematisches Funktionsdiagramm der Bogen-Abtastwandler-Pipeline der Erfindung.
Fig. 7 ist ein Funktionsdiagramm einer Modifikation der Bogen-Abtastwandler- Pipeline von Fig. 6 zur Anpassung an den B-Abtastmodus.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles

Gemäß Fig. 2 ist ein funktionelles Blockdiagramm der Video-Abtastwandler-Vorrichtung der Erfindung dargestellt, wie sie bei der Anzeige in einer Luftfahrtanwendung verwendet wird. Die Video- Abtastwandler-Vorrichtung ist durch die gestrichelte Linie 100 eingerahmt und umfaßt funktionsmäßig eine Abtastwandler-Pipeline 120, einen Parameterlader 140, eine Wandler-Zeittaktsteuerung 150 und einen Speicherpuffer (FIFO) 200, der die zuerste eingegebenen Daten zuerst ausgibt. Der Video-Abtastwandler besitzt Eingänge, die an einen Anzeigespeicher für ein volles Feld (FFM) 160 und an einen System-Überlagerungsprozessor 180 angeschlossen sind. Es wird angenommen, daß der Vollfeldspeicher 160, der Haupt-Taktgeber 190, der Überlagerungsprozessor 180, die Wandler-Zeitgebersteuerung 150 und der FIFO 200 aus herkömmlichen Schaltkreisen bestehen, die durch Vorrichtungen und Verfahren verwirklicht sind, welche im Stand der Technik wohlbekannt sind. Der Wandler 150 nimmt Eingänge von dem Anzeigecomputer einschließlich der Horizontalsynchronisierung (HSYNC), der Vertikalsynchronisierung (VSYNC) und des Pixeltaktes (PCLK) auf, um diese bei dem Zeittakt und der Steuerung des Video-Abtastwandlers 100 zu verwenden. Die Abtastwandler-Pipeline 120 nimmt Intensitätswerte von dem Vollfeldspeicher 160 auf dem Eingangsbus 162 auf. Diese Intensitätswerte werden durch I&sub0;, I&sub1;, I&sub2; und I&sub3; repräsentiert und sie repräsentieren ferner die vier Intensitäten, die einen gewünschten Auslesepunkt (an den Koordinaten R, Theta) umgeben. Der Video-Abtastwandler muß die X,Y-Adressen für jedes Pixel in Adressen umwandeln, die durch den Vollfeldspeicher nach der Ausführung der Koordinatentransformationen, der Rotation und der Kompression angefordert werden. Die sodann aus dem Vollfeldspeicher wieder aufgesuchten Daten müssen sodann durch einen bilinearen Interpolator geleitet werden, um die beste Annäherung an die gewünschte Intensität für diesen Punkt zu erhalten. Wie durch die Erfindung vorgesehen, wird das gesamte Verfahren in Echtzeit ausgeführt, so daß ein neuer Pixel- Datenpunkt bei jedem Pixel-Zeittakt verfügbar wird. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Pixel-Taktperiode ungefähr 109 ns für eine 30/60 Standard-Rasteranzeige mit 525 Zeilen.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das für die Ausführung der Koordinatentransformation und der bilinearen Interpolation erforderliche Verfahren in einer Abtastwandler-Pipeline 120 mit 7 Schritten bei einem Sektor-Abtastmodus und mit 4 Schritten bei einem B- Abtastmodus enthalten. Die zugrundeliegenden Algorithmen, die für die Abtastwandler-Pipeline gelöst werden müssen, sind folgende:
Sektor-Abtastung: R = Radius - Kompression*SQRT(X**2 + Y**2)
Theta = Comp2*(Max Theta - inverser TAN(X/Y))
B-Abtastung: X' = Kompression*cos(Winkel) - (Y*sin(Winkel))
Y' = Kompression*(Y*cos(Winkel) + (X*sin (Winkel)
Bilinear: B&sub1; = I&sub0; + (I&sub1; - I&sub0;)*Fx
B&sub2; = I&sub2; + (I&sub3; - I&sub2;)*Fx
Intensität = B&sub1; + (B&sub2; -B&sub1;)*Fy
wobei "Kompression" der lineare Kompressionsfaktor ist, Comp2 der Winkel-Kompressionsfaktor ist, X,Y Pixelentfernungen zu dem Radarursprung sind, "Radius" die Entfernung von dem Ursprung zu dem weitesten Bogen bezeichnet, Max Theta der Winkel der linken Seite der Sektorabtastung ist, "Winkel" der Rotationswinkel ist und I&sub0;, I&sub1;, I&sub2; und I&sub3; die vier Intensitäten sind, die den gewünschten Auslesepunkt (an den Koordinaten R,Theta oder X',Y') umgeben. Der endgültige Intensitätsausgang wird an der Startkoordinate X,Y angezeigt.
Der Umwandlungsprozeß löst diese Gleichungen nicht explizit. Statt dessen wird eine inkrementale Lösung erzeugt in der Art, daß die Zwischendaten eines vorangegangenen Punktes verwendet werden, um die Lösung für den nächsten Punkt zu finden. Der Überlagerungsprozessor ist erforderlich, um Auslösedaten für jede Ausleseleitung zu liefern, um diese Zwischenberechnungen auszulösen. Der Zeilendaten-FIFO gestattet dem Prozessor die asynchrone Ladung mehrerer Zeilen im voraus und sodann eine Fortschreibung des FIFOs falls erforderlich. Eine Interruptleitung informiert den Prozessor darüber, daß der FIFO nahezu leer ist. Der Vollfeldspeicher 160 dient der Rückführung der Intensitäten aller vier Punkte, die pro Adressenzugriff parallel erforderlich sind. Der Haupt-Zeitgeber 190 erzeugt die Zeittaktsignale, die benutzt werden, um das Auslösen und den Betrieb der Umwandlungspipeline zu synchronisieren. Der endgültige Ausgang der Abtastumwandler-Pipeline umfaßt Intensitäten "B" mit 5 Bit für jedes Pixel, wenn der Haupt-Zeittaktgeber diesen Ort aufruft.
Im Herzen des Abtastwandlers 100 befindet sich eine in Hardware verwirklichte Abtastwandler-Pipeline 120. Wenn der Überlagerungsprozessor Auslöseparameter vorgibt, so führt die Abtastwandler-Pipeline die Verarbeitung für die Koordinatentransformation, die Rotation und die Kompression aus. Die Abtastwandler-Pipeline zusammen mit dem Überlagerungsprozessor führt die Abtastumwandlung für den Sektor-Abtastmodus des Radars und den B-Abtastmodus aus.
In einem Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung wird das Sektor-Abtastraster in dem FFM 160 als 4 Bit- Intensitäts-Datenpunkt in einem Feld von 512 Winkelwerten und 512 Radiuswerten gespeichert. Die 512 Winkelpunkte decken 120 Grad ab, die bei dem normalen Sektor- Abtastmodus um das Darstellungszentrum zentriert sind. Bei der hohen Auflösung, dem Punktlicht-Abtastmodus, decken die 512 Winkelpunkte eine 45 Grad-Abtastung ab, die innerhalb +/- 60 Grad von dem Darstellungszentrum enthalten ist. Für beide Sektor-Abtastmoden wird das Polarraster des Radars, das in den FFMs gespeichert ist, in ein X,Y-Rasterformat umgewandelt, das durch den Anzeigecomputer gefordert wird. Zwei Funktionen auf hohem Pegel müssen durch die Umwandlungshardware in Echtzeit für jedes dargestellte Pixel ausgeführt werden. Zunächst wird eine Orthogonal/Polaradress-Umwandlung ausgeführt, um die geeignete FFM-Adresse für das Pixel zu erhalten. Als Zweites wird eine bilineare Interpolation mit vier Pixelintensitäten ausgeführt, um die dargestellte Intensität zu erhalten. Die spezifischen hier erläuterten numerischen Parameter werden nur beispielhaft benutzt und sollen nicht als Einschränkung der Erfindung verstanden werden.
Die Transformationen werden ausgeführt unter Verwendung eines erprobten Algorithmus, der in Software für ein Demonstrationsprogramm durch Honeywell Inc., Defense Systems Division, Albuquerque, Neu Mexiko, entwickelt wurde. Der Algorithmus ist in einer Hardware-Pipeline für die Sektor-Abtastumwandlungen verwirklicht. Zunächst werden die X,Y-Koordinaten in Winkel- und Radialkoordinaten umgewandelt. Der Winkel ist einfach der Arcustangens von (X/Y). Die Radiusberechnung wird umgeschrieben, um ebenfalls eine Funktion von (X,Y) darzustellen. Die Gleichung sei in der Hardwarebeschreibung der Pipeline erläutert. Das Darstellungs- Koordinatensystem, wie es durch die Erfindung verwendet wird, ist in Fig. 3 dargestellt.
Die Umsetzung in das FFM-Koordinatensystem erfordert zwei Schritte. Zunächst müssen Skalenfaktor-Einstellungen wie folgt vorgenommen werden:
RR = SFR x RD
= SFR x [x² + Y²]
= SFR x Y x [1 + [X² / Y²]]
= SFR x Y x F(SQRT)
= YN x F(SQRT) wobei YN = SFR x Y
ΘR = SFΘ x ΘD wobei SFR und SFΘ die radiale und winkelmäßige Koordinatenbewertung der Kompositionsfaktoren bei der Umsetzung von Anzeigekoordinaten in Radarkoordinaten sind.
Bezug nehmend nunmehr auf Fig. 6 ist dort ein detailliertes Flußdiagramm eines Beispieles einer Ausführungsform der Abtastumwandlungs-Pipeline 120 der Erfindung dargestellt. Die Pipeline besteht aus sieben Stufen und umfaßt nur einen (1) Festpunkt-Multiplizierer und drei (3) Festpunkt-Addierer. Ein maximaler Nutzen wird vorteilhafterweise aus Aufsuchtabellen gezogen, wobei die Pipeline dieses Beispiels sechs (6) Aufsuchtabellen verwendet.

Stufe 1

Die Stufe 1 der Pipeline verwirklicht eine X/Y-Berechnung und Addition. Anstatt die Pipeline ein neues X dividiert durch Y bei jeder Pixelzeit errechnet, vermeidet die Pipeline eine Division und erfordert nur eine einfache Addition am Beginn der Pipeline durch Einwirkung auf (X/Y) und (1/Y). Für eine vorgegebene Zeile ist
XN+1 = XN + 1
YN+1 = YN
Bemerkung: Y ist eine Konstante für eine vorgegebene Zeile. Daher ist
(X/Y)N+1 = (XN + 1)/Y
= (X/Y)N +1/Y
Somit addiert, um das neue (X/Y) zu berechnen, die Pipeline einfach die Konstante (1/Y) zu dem alten Wert (X/Y). Beim Beginn einer jeden Zeilenabtastung wird die Pipeline mit einem neuen (1/Y) und einem anfänglichen Wert (X/Y) entsprechend ((X-1)/Y) geladen. ((X-1)/Y) ist erforderlich, um die Pipeline auszulösen und den korrekten Wert (X/Y) für das erste Pixel in der Zeilenabtastung nach der Verarbeitung durch die erste Stufe der Pipeline zu erhalten. (X/Y) und (1/Y) benutzen 16 Bit-Darstellungen im Zweier-Komplement mit Festkomma. Da jedes Pixel innerhalb +/- 60 Grad enthalten ist, ist X/Y begrenzt auf einen Bereich von:
Arctan (-60 ) < X/Y < Arctan (+60 )
(1.7) < X/Y < (+ 1.7)
(X/Y) und (1/Y) sind skaliert in einem Bereich -2,0 bis +2,0.

Stufe 2 (ΘD,F (SQRT) : AUFSUCHTABELLE)

Der durch Stufe 1 der Pipeline errechnete Wert (X/Y) wird den Aufsuchtabellen 210, 220 und 230 zugeführt, um ΘD und den F(SQRT)-Teil von RD zu erhalten. Die SQRT-Tabelle ist eine Tabelle mit 4K x 16 Bit. Wie zuvor beschrieben, ist die durch die SQRT-Tabelle ausgeführte Funktion folgende:
F(SQRT) = SQRT[(X/Y)² + 1]
Die Multiplikation des Skalenfaktors für in der nächsten Stufe der Pipeline wird eliminiert durch Berechnung von SFΘ in der ARCTAN-Tabelle. Zusätzlich werden die Daten komplementiert, wenn der aktuelle Ausgang der ARCTAN-Tabelle -ΘR ist. Da der Skalenfaktor zwischen dem normalen Abtastmodus und dem Punktlicht- Abtastmodus verschieden ist, war eine ARCTAN- Aufsuchtabelle für jeden Modus erforderlich. Die zwei (2) ARCTAN-Tabellen umfassen ebenfalls 4K x 16 Bit.

Stufe 3 (Skalenfaktoreinstellung: MULTIPLIZIEREN)

Die Skalenfaktoren stehen für
(a) Rasterformat-Unterschiede zwischen dem aktiven 512 x 512 Radarformat und dem aktiven 480 x 480 Anzeigeformat;
(b) Unterschieden in der festen Binärdarstellung von LSB-Werten bei der Hardwareverwirklichung der Erfindung; und
(c) Sektor-Abtastunterschiede zwischen beispielsweise dem vollen 120 Grad-Abtastmodus und dem 45 Grad- Punktlicht-Abtastmodus.
Ein Offsetäquivalent wird zu dem Ort des ersten Polarpixels hinzuaddiert sowohl zu den Radial- als auch zu den Winkelwerten, um die verketteten Werte zu ergeben und die FFM-Adresse des gewünschten Pixels (obere linke Ecke des Radar-FFM) zu bilden.
RFFM = R(O) - RR
ΘFFM = Θ(0) - ΘR wobei Θ(0), R(0) die Koordinaten des ersten Polarpixels sind.
Die Adresse ist tatsächlich die Verkettung der MSB von ΘFFM,RFFM. Die LSB definieren den Subpixel-Ort der gewünschten endgültigen Intensität.
Die X,Y-Darstellungskoordinaten sind in FFM-Koordinaten ΘFFM,RFFM umgesetzt worden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist und die bilineare Interpolation wird als nächstes mit den Intensitäten der vier umgebenden Pixel ausgeführt, um die gewünschte darzustellende Intensität zu erzielen. Gemäß Fig. 5 ist das Pixel ΘN,RN durch die 10 MSB von ΘFFM,RFFM definiert. FΘ und FR sind der Bruchteil der FFM-Koordinaten und werden durch die 3 LSB von ΘFFM und RFFM entsprechend definiert. Die Gleichungen für die bilineare Interpolation der Intensitäten sind wie folgt:
B&sub1; = I&sub0; + (I&sub1; - I&sub0;) x FΘ
B&sub2; = I&sub2; + (I&sub3; - I&sub2;) x FΘ
B = B&sub1; + (B&sub2; - B&sub1;) x FR
wobei I&sub0; bis I&sub3; die Intensitäten der vier umgebenden Pixel sind und B den Intensitätsausgang zu der Video- Generatorkarte darstellt.
Da die ARCTAN-Tabellen der vorangegangenen Stufe die Skalierung für ΘD ausführten und tatsächlich ΘR vorgaben, wird keine Verarbeitung der Winkelkomponente in Stufe 3 ausgeführt. Der Parameter -ΘR erfordert nur eine Speicherung, um die geeignete Phase mit der korrekten Radialkomponente beizubehalten. Um RR zu erhalten, muß der Ausgang der SQRT-Tabelle mit YN multipliziert werden. -YN ist der dritte Parameter, der durch die Pipeline beim Beginn einer jeden Abtastzeile vorgegeben wird. (Da YN eine Funktion von Y ist, kann YN nicht in die SQRT- Tabelle eingeschlossen werden, um die geforderte Multiplikation von Stufe 3 zu vermeiden). Die Multiplikation führt zu der Berechnung von -RR.

Stufe 4 (ΘFFM,RFFM: ADDITION)

Bevor auf Radardaten von dem FFM zugegriffen werden kann, müssen Offsets addiert werden, um ΘFFM und RFFM zu erhalten. Die Offsets Θ(0) und R(0), welche die Koordinaten des ersten Pixels in dem Polarraster sind, werden der Pipeline beim Beginn eines jeden Rahmens vorgegeben. In einer Paralleladdition werden Θ(0) und R(0) zu -ΘR und -RR durch die Additionsvorrichtung 232A und 232B entsprechend addiert.

Stufe 5 (I&sub0; bis I&sub3;: FFM WIEDERAUFSUCHE)

Die durch die vorangegangene Stufe vorgegebenen ΘFFM und RFFM werden jeweils als 13 Bit-Zweierkomplement- Festkomma-Darstellungen formatiert. Die zehn (10) MSB eines jeden Wertes werden als ein Adresseingang dem FFM vorgegeben. Der FFM liefert vier Intensitäten (I&sub0; bis I&sub3;) der vier umgebenden Pixel, die durch die nächste Stufe der Pipeline benutzt werden. Die FFM-Koordinaten sind skaliert, um einen Negativwert der Adresskomponenten hervorzurufen, wenn die berechnete Pixeladresse den Bereich der Radar-FFM-Datenbasis überschreitet. Der FFM gibt einen Intensitätspegel von Null für Pixel außerhalb des Bereichs der FFM-Datenbasis aus. Die unteren 3 Bit von ΘFFM und RFFM werden gespeichert, um die geeignete Pipeline-Phasenlage beizubehalten und sie werden durch die folgenden Stufen der Pipeline verwendet.

Stufe 6 (B&sub1;, B&sub2;: AUFSUCHTABELLE)

Die Stufe 6 führt den ersten Schritt der bilinearen Interpolation unter Verwendung von zwei Aufsuchtabellen aus. Die B&sub1;- und B&sub2;-Aufsuchtabellen 240 und 250 in diesem Ausführungsbeispiel umfassen jeweils 2K x 8 Bit. Die B&sub1;- Tabelle empfängt die Intensitäten I&sub0; und I&sub1;, die jeweils 4 Bit umfassen und die 3 LSB von ΘFFM (FΘ) und sie gibt einen 5 Bit-Wert für B&sub1; aus. Die B&sub2;-Tabelle empfängt die Intensitäten I&sub2; und I&sub3;, die jeweils 4 Bit umfassen und die 3 LSB von ΘFFM (FΘ) und sie gibt einen 5 Bit-Wert für B&sub2; aus. Um eine geeignete Daten-Phaseneinstellung vorzugeben, muß die Speicherung für FR während dieser Stufe vorgesehen werden.

Stufe 7 (B: AUFSUCHTABELLE)

Die Stufe 7 führt den zweiten und endgültigen Schritt in der bilinearen Interpolation aus, der zu der Intensität führt, die zu der externen Elektronik (nicht dargestellt) für die Erzeugung der Anzeige gesendet wird. Die B- Aufsuchtabelle 260umfaßt in diesem Beispiel 8K x 8 Bit. Die in der vorangegangenen Stufe erhaltenen Werte B&sub1;, B&sub2; zusammen mit den 3 LSB von RFFM (FR) werden als Eingänge zu der Tabelle vorgesehen.

B-Abtast-Pipeline

Bei dem Prozeß der Hin- und Rückspeicherung von B-Radar- Abtastschwebungen in den FFM erhöht und erniedrigt der FFM die x-Achsenadresse entsprechend, was dazu führt, daß die Radardaten als ein normales orthogonales Raster mit 512 x 512 aktiven Pixeln erscheinen, die in dem FFM gespeichert sind. Daher ist die einzige durch die Hardware-Pipeline geforderte Verarbeitung die Rotation und die Skalenfaktoreinstellung der FFM-Datenbasis. Die Skalenfaktorgleichung ist einfach:
XFFM = SFB x XD
YFFM = SFB x YD wobei XD,YD die Anzeigekoordinaten des Pixels darstellen und SFB der Anzeige- Skalenfaktor im B-Abtastkoordinatensystem ist. Statt XD um 1 zu erhöhen und YD konstant während einer Zeilenabtastung zu halten, wird die Rotation der B- Abtastdaten erzielt, indem die Koordinaten entsprechend erhöht werden:
(XD)N+1 = (XD)N + COS(Θ)
(YD)N+1 = (YD)N + SIN(Θ) wobei Θ der Rotationswinkel ist. Daher gilt
(XFFM)N+1 = (XFFM)N + SFB x COS(Θ))
= (XFFM)N + delta x
(YFFM)N+1 = (YFFM)N + (SFB x SIN(Θ))
= (YFFM)N + delta y
Bemerkung: delta x und delta y sind Konstanten für einen vorgegebenen Abtastrahmen. Durch einfache Auslösung der X,Y-Koordinaten auf einer Zeilenbasis und Addition der geeigneten Deltawerte wird die FFM-Adresse erzeugt. Um die Bildwiedergabetreue während der Kompression und Rotation auf ein Maximum zu bringen, wird die bilineare Interpolation der Anzeige-Pixelintensität wie in den zwei Bogen-Abtastmoden ausgeführt.
Fig. 7 zeigt die Modifikation der Sektor-Abtast-Pipeline zur Anpassung an den B-Abtastmodus. Ein zusätzlicher Multiplexer 300 wird der Pipeline hinzugefügt vor jedem Addierer 232 in der Stufe 4. X(0) und Y(0) werden der Pipeline für jede Abtastzeile vorgegeben, um die Pipeline auszulösen, während delta x und delta y auf einer Rahmenbasis vorgegeben werden. Wie im Sektor-Abtastmodus, werden die 10 MSB von XFFM und YFFM als Adresse für den FFM 160 verwendet, während die 3 LSB von jedem Wert in den stromabwärtsliegenden Stufen der Pipeline für die bilineare Interpolation verwendet werden.
Anstatt eine 2x2-Matrix von Punkten für die Interpolation zu verwenden, könnte man beispielsweise auf eine NxN- Matrix des FFM Zugriff nehmen, wobei N irgendeine ganze Zahl ist. In einem solchen Fall würde man einen Kurven- Anpaßalgorithmus verwenden, um die gewünschten Anzeigeintensitäten zu erzeugen. Ein populärer Kurven- Anpaßalgorithmus der verwendet werden kann ist die kubische Spline-Interpolation.

Claims

1. Verfahren zur Umwandlung von Radar-Videodaten im Polarformat mit Radar-Videopixeln, von denen jedes einen zugeordneten Intensitätswert in einer Polar- Rasterdarstellung aufweist, in einen horizontalen Raster-Formatausgang zu einem TV-Monitor, wobei der TV-Monitor einen Darstellungsschirm mit einer Vielzahl von Pixeln und mehreren Abtastzeilen aufweist und wobei jedes Pixel eine entsprechende X, Y-Adresse aufweist und das Verfahren die Schritte umfaßt:

a) Speicherung der Radar-Videopixel, die mit Radial- und Winkel-Polarkoordinaten versehen sind, in einer Speichereinrichtung;

b) Umwandlung einer X, Y-Darstellungsadresse in entsprechende Winkel- und Radial- Polarkoordinaten;

c) Abtastung der Speichereinrichtung unter Verwendung der umgewandelten X, Y-Adresse, um auf wenigstens vier Radar-Videopixel Zugriff zu nehmen, die die umgewandlete X, Y-Adresse umgeben; und

d) Interpolation eines Radar-Intensitätswertes für die umgewandelte X, Y-Adresse als eine Funktion der den umgebenden Pixeln zugeordneten Intensitätswerte;

wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der Umwandlungsschritt die Schritte umfaßt:

(i) Addieren durch Einwirken auf (X/Y) und (1/Y), wobei für jede aufeinanderfolgende Abtastzeile die Konstante (1/Y) zu dem vorangehenden (X/Y) hinzuaddiert wird, um ein neues (X/Y) zu errechnen und wobei ferner beim Beginn einer jeden Abtastzeile die Umwandlungseinrichtung mit einem neuen (1/Y) und ((X-1)/Y) geladen wird,

(ii) Vorgabe der Quadratwurzel von [(X/Y)² + 1], um einen ersten Wert der Radialkoordinate RR zu erhalten,

(iii) Vorgabe und Skalierung des Arcustangens von (X/Y), um einen ersten Wert der Winkelkoordinate ΘR zu erhalten,

(iv) Multiplikation des Wertes RR mit einem Skalenfaktor YN, um einen skalierten ersten Wert der Radialkoordinate -RR zu erhalten,

(v) Addition von Offsets zu den Werten -ΘR und -RR, wobei die Offsets die Koordinaten des ersten Pixels in dem Polarraster sind, um Werte ΘFFM und RFFM vorzugeben, die die Winkel- und Radial-Polarkoordinaten darstellen, und

(vi) Formatierung der Werte ΘFFM und RFFM als 13 Bit-Festkomma-Zweierkomplement-Darstellung, wobei die 10 höchstwertigen Bits jeweils als ein Adresseingang der Speichereinrichtung eingegeben werden und die drei niedrigrangigen Bits gespeichert werden, um einen geeigneten Pipeline-Phasenabgleich für den Interpolationsschritt aufrechtzuerhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches für eine B- Abtastoperation modifiziert ist, dadurch gekennzeichnet , daß erste und zweite zusätzliche Multiplizieroperationen zwischen dem Multiplikationsschritt (iv) und dem Offset- Additionsschritt (V) hinzugefügt werden, wobei Anfangskoordinaten X(0) und Y(0) den ersten und zweiten Multiplikatoren entsprechend für jede Abtastzeile vorgegeben werden und Delta x und Delta y, die auf einer Rahmenbasis vorgegeben werden, als Additions-Offset benutzt werden, wobei

Delta x = SFΘ * COS(Θ)

Delta y = SFΘ * SIN(Θ)

und Θ der Rotationswinkel ist, und SFΘ der Skalenfaktor zwischen der Darstellung und der Radarkoordinate ist.

3. Vorrichtung zur Umwandlung von Radar-Videodaten im Polarformat mit Radar-Videopixeln, von denen jedes einen zugeordneten Intensitätswert in einer Polar- Rasterdarstellung aufweist, in einen horizontalen Raster-Formatausgang zu einem TV-Monitor, wobei der TV-Monitor einen Darstellungschirm mit einer Vielzahl von Pixeln und mehreren Abtastzeilen aufweist und wobei jedes Pixel eine entsprechende X, Y-Adresse aufweist und die Vorrichtung umfaßt:

a) eine Einrichtung (160) zur Speicherung der Radar-Videopixel, die mit Radial- und Winkelpolarkoordinaten versehen sind;

b) eine Einrichtung (120) zur Umwandlung einer X, Y-Darstellungsadresse in entsprechende Winkel- und Radial-Polarkoordinaten;

c) eine Einrichtung zur Abtastung der Speichereinrichtung unter Verwendung der umgewandelten X, Y-Adresse, um auf wenigstens vier Radar-Videopixel Zugriff zu nehmen, die die umgewandelte X, Y-Adresse umgeben; und

d) eine Einrichtung (240,250,260) zur Interpolation eines Radar-Intensitätswertes für die umgewandelte X, Y-Adresse als eine Funktion, der den umgebenden Pixeln zugeordneten Intensitätswerte;

wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Umwandlungseinrichtung (120) umfaßt:

(i) eine Einrichtung zum Addieren durch Einwirken auf (X/Y) und (1/Y), wobei für jede aufeinanderfolgende Abtastzeile die Konstante (1/Y) zu dem vorangehenden (X/Y) hinzuaddiert wird, um ein neues (X/Y) zu errechnen und wobei ferner beim Beginn einer jeden Abtastzeile die Umwandlungseinrichtung mit einem neuen (1/Y) und ((X-1)/Y) geladen wird,

(ii) eine Einrichtung (230) zur Vorgabe der Quadratwurzel von [(X/Y)²) + 1), um einen ersten Wert der Radialkoordinate RR zu erhalten,

(iii) eine Einrichtung (210,220) zur Vorgabe und Skalierung des Arcustangens von (X/Y), um einen ersten Wert der Winkelkoordinate zu erhalten,

(iv) eine Einrichtung zur Multiplikation des Wertes RR mit einem Skalenfaktor YN, um einen skalierten ersten Wert der Radialkoordinate -RR zu erhalten,

(v) eine Einrichtung (232) zur Addition von Offsets zu den Werten -ΘR und -RR, wobei die Offsets die Koordinaten des ersten Pixels in dem Polarraster sind, um Werte ΘFFM und RFFM vorzugeben, die die Winkel- und Radial-Polarkoordinaten darstellen und

(vi) eine Einrichtung zur Formatierung der Werte ΘFFM und RFFM als 13 Bit-Festkomma-Zweierkomplement- Darstellung, wobei die 10 höchstwertigen Bits jeweils als ein Adresseingang der Speichereinrichtung eingegeben werden und die drei niedrigrangigen Bits gespeichert werden, um einen geeigneten Pipeline-Phasenabgleich für den Interpolationsschritt aufrechtzuerhalten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, welche für eine B- Abtastoperation modifiziert ist, dadurch gekennzeichnet , daß erste und zweite zusätzliche Multiplizierer (300) zwischen der Multipliziereinrichtung (iv) und der Offset- Additionseinrichtung (v) (232) hinzugefügt werden, wobei Anfangskoordinaten X(0) und Y(0) den ersten und zweiten Multiplizierern entsprechend für jede Abtastzeile vorgegeben werden und Werte Delta x und Delta y, die auf einer Rahmenbasis vorgegeben werden, als Additions-Offset benutzt werden, wobei

Delta x = SFΘ * COS(Θ),

Delta y = SFΘ * SIN(Θ),

und Θ der Rotationswinkel ist

und SFΘ der Skalenfaktor zwischen der Darstellung und der Radarkoordinate ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Interpolationseinrichtung (240,250,260) ferner eine Einrichtung zur Ausführung einer bi-linearen Interpolation umfaßt, wobei die Gleichungen für die bi-lineare Interpolation der Intensitätswerte wie folgt vorgegeben sind:

B&sub1; = I&sub0; + (I&sub1; - I&sub0;) x F&sub0;

B&sub2; = I&sub2; + (I&sub3; - I&sub2;) x F&sub0;

B = B&sub1; + (B&sub2; - B&sub1;) x FR

wobei I&sub0; bis I&sub3; die Intensitäten der vier umgebenden Pixel und B der Intensitätsausgang ist und F&sub0; und FR die niedrigrangigen 3 Bits der Werte ΘFFM und RFFM sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Interpolationseinrichtung (240,250,260) ferner einen Kurven- Anpaßalgorithmus für eine NxN-Matrix von Intensitätswerten von umgebenden Pixeln umfaßt, wobei N irgendein ganzzahliger Wert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Kurven- Anpaßalgorithmus eine kubische Spline-Interpolation umfaßt.