DE2729866C3 - Anzeigevorrichtung für ein Bord-Navigationssystem zur Anzeige der Position eines Luftfahrzeuges u.a. Navigationsinformationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 35 07 993 bekannt. Die geographische Karte liegt dort in Form eines zuvor am Boden aufgezeichneten Videobandes vor, das an Bord des Flugzeugs in üblicher Weise mittels eines Monitors mit zeilenweiser Ablenkung ausgelesen wird. Nachteilig ist hieran, daß für die Speicherung umfangreichen Kartenmaterials große Mengen von Videoband erforderlich sind, so daß einerseits auch das Abspiel- bzw. Lesegerät viel Platz beansprucht, andererseits, mehrere Spulenwechsel erforderlich sein können, die nur von Hand vorgenommen werden können.

Aus den US-PS 31 64 822 und 31 64 823 ist es bei Radarnavigationsgeräten bereits bekannt, für die Navigation wichtige Daten beispielsweise über die Geschwindigkeit, den Treibstoffverbrauch, den Kurs usw. auf dem Radar- bzw. Monitorbildschirm während der Austastung des Radarbildes zur Anzeige zu bringen.

Ferner ist es aus der DE-OS 17 74 017 bekannt, einen

Film als Kartenspeicher zu verwenden, der an Bord mittels einer Projektionsoptik und geeigneten Steuervorrichtungen für die Auswahl des Filmausschnittes augeselesen wird, wobei dem projizierten Bild synthetisch erzeugte Navigationsdaten nach dem Prinzip der Einspiegelung überlagert werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, bei der statt eines Videobandes ein Film als Kartenspeicher verwendbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß die Anzeigevorrichtung dem allgemein für Bordgeräte für Luftfahrzeuge geltenden Bedürfnis entsprechend im Vergleich zu den bisher üblichen Vorrichtungen verhältnismäßig klein und leicht gehalten werden und zwar selbst dann, wenn umfangreiches Kartenmaterial gespeichert werden muß. Erst die vorgeschlagene Lösung ermöglicht es nämlich, die durch Speicherung auf einem Film mögliche

hohe Informationsdichte fur Zwecke der Bordnavigation nutzbar zu machen, ohne daß der Pilot oder der Navigator den Film von Hand jeweils neu positionieren muß.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung nach der Erfindung und deren Einzelheiten schematisch vereinfacht wiedergegeben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschema einer Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Teils der Vorrichtung der F i g. 1 mit Veranschaulichung der weiteren Bestandteile zur Vervollständigkung zu einem elektronischen Navigationsanzeigesystem,

F i g. 3 eine Blockdarstellung des Geräts zur Erzeugung des Karten videosignals der F i g. 1,

Fig.4 ein Schema zur Veranschaulichung des Prinzips der Unterteilung einer Karte zur Herstellung eines Films,

F i g. 5 einen Filmausschnitt zur Veranschaulichung der im Fall der Ausführungsform nach F i g. 3 abgetasteten Bereiche.

Gemäß der Blockdarstellung der F i g. 1 umfaßt die Anzeigevorrichtung einen Videosignalgenerator 1 zur Erzeugung des Videosignals VCC Das Videosignal VCC ist ein zusammengesetztes Signal für die zeilenweise Darstellung nach dem Fernsehverfahren und umfaßt das Kartenvideosignal VC und die Zeilen- und Bildsynchronsignale SL bzw. ST. Eine Abtrennschaltung 2 gestattet die Trennung des Kartenvideosignals VC von den Bildsynchronsignalen SL, ST. Während der Nutzdauer der Bildablenkung wird das Kartenvideosignal VC an eine Kathodenstrahlröhre 3 übertragen. Eine Ablenkschaltung 4 erzeugt aus den Synchronsignalen SL und ST die für die zeilenweise Ablenkung notwendigen Ablenksignale DX und DY. Diese Ablenksignale liegen an den elektrostatischen oder elektromagnetischen Ablenkorganen an, die durch die Spulen 5 symbolisiert sind.

Während des Bildrücklaufes oder Bildwechsels werden die Symbole oder alphanumerischen Zeichen nach dem Verfahren der Zufallsabtastung dargestellt; das diese Darstellung erzeugende synthetische Videosymbolsignal ist mit VS in der Figur bezeichnet. Das Signal VS sowie die Ablenksignale DA" und D Y werden entsprechend jeder zu schreibenden Spur von einem Symbolgenerator 6 geliefert. Zwei elektronische Schalter 7, 8, die periodisch von dem Bildwechselsignal, genauer von der Vorderfront des Bildaustastsignals, gesteuert werden, gestatten die Video- und Ablenkkanäle jeweils umzuschalten.

Selbstverständlich ist diese Darstellung sehr allgemein gehalten, da sie lediglich den prinzipiellen Aufbau veranschaulichen soll. Insbesondere wird das Kartenvi- 5s deosignal VC an ein Gitter der Kathodenstrahlröhre 3 erst nach Durchlaufen von nicht, dargestellten Eingangsschaltungen angelegt und das Videosymbolsignal VS wird in Form eines Helltastsignales an die Elektronen imtierende Kathode angelegt. Die entsprechenden Verstärkerschaltungen sind ebenfalls nicht dargestellt.

Der Videosignalgenerator 1 besitzt ein beträchtliches Volumen, da er die gespeicherte Karte in Form eines Positivfilms unterschiedlicher Transparenz, Antriebseinrichtungen für den Film, optische Vorrichtungen usw. umfaßt, wie noch erläutert werden wird. F i g. 1 läßt erkennen, daß der Videosignalgenerator 1 vorteilhaft abgesetzt von der Röhre und folglich an anderer Stelle als dem Instrumentenbrett des Luftfahrzeuges angebracht werden kann. Die Anzeigevorrichtung besteht aus einem Monitor üblicher Art mit den Bauteilen 2,3,4, 5 und vervollständigt um die elektronischen Schalter 7, 8.

Die gestrichelt eingezeichneten Schaltungen beziehen sich auf einen Generator 9 zur Erzeugung von Videoüberschreibsignalen VI, die gewünschtenfalls dem Kartenvideosignal VC überlagert werden sollen. Diese Oberschreibsignale werden dem Videosignal ViT in einem Videomischer 10 zugemischt. Die Videoüberschreibsignale VI erzeugen entweder eine bestimmte Vergrößerung der Amplitude des Videosignals VCoder umgekehrt eine bestimmte Abschwächung, derart, daß ein oder mehrere Symbole bestimmter Form an bestimmten Stellen des Bildschirms auftreten; diese Symbole stellen für den Beobachter Zusatzinformationen neben denjenigen dar, die bereits durch den Symbolgenerator 6 erzeugt werden.

Die Vorrichtung wird über eine Steuereinheit 11 gesteuert, die insbesondere einen Darstellungsreehner umfaßt. In Fig.2 ist dieser Darstellungsreehner mit 15 bezeichnet, 16 entspricht einer Steuereingabe für die Führungsbefehle und mit 17 ist ein Speicher bezeichnet. Letzterer legt fest, welche Informationen und Symbole in welchen Zeitpunkten des Fluges darzustellen sind. Dieser Speicher 17 wird daher vor dem Flug in Abhängigkeit von der Flugaufgabe programmiert und kann in der einfachen Form einer Magnetbandkassette oder in anderen bekannten Formen, etwa sls Kernspeicher oder als Halbleiterspeicher, ausgeführt sein. In Abhängigkeit von dem Flugprogramm, von dem Piloten gegebenen Steuerbefehlen und Informationen über die Position und die Fluglage, die von dem nicht dargestellten Navigationssystem erhalten werden, erzeugt der Darstellungsreehner 15 die Steuersignale für die bereits erwähnten Generatoren 1, 6 und 9 um die von dem Piloten gewünschte, kombinierte Darstellung zu erzeugen. Außerdem ist vorgesehen, daß der Pilot von dem Videokanal VCC auf einen anderen Videokanal VR umschalten kann, der von einem Zusatzgerät 18 stammt. Hierfür ist ein Umschalter 19 vorgesehen, der auch eine Nullstellung hat. Das weitere Videosignal VR kann beispielsweise von einem Bordradarsystem oder von einer Infrarotkamera stammen.

F i g. 3 bezieht sich auf eine bevorzugte Ausführungsform des Videosignalgenerators 1.

Bei dieser Ausführungsform wird optisch punktweise ausgelesen, und zwar unter Benutzung einer indirekt arbeitenden Analyseröhre mit wanderndem Lichtpunkt, also nach einem Verfahren, das im angelsächsischen Sprachgebrauch mit »flying-spot« bezeichnet wird. Der Analyseröhre 25 sind Schaltungen 26 für die zeilenweise Abtastung und Generatorschaltung 27 für die Zeilen- und Bildsynchronsignale SL und STzugeordnet. Die von dem Lichtpunkt herrührende Lichtstrahlung wird von einem optischen Objektiv 28 aufgenommen, das die Strahlung in ein Parallelstrahlenbündel zum Zweck der optischen Trennung durch einen im Strahlengang liegenden, halbdurchlässugen Spiegel 29 umformt. Dieser Spiegel ist derart behandelt, daß er einen zweiten optischen Kanal für die Positionskontrolle der Abtastung erzeugt. Dieser zweite Kanal enthält lediglich einen geringen Bruchteil der einfallenden Lichtenergie, beispielsweise einige Prozent. Der verbleibende, überwiegende Teil bildet den ersten optischen Kanal, der für die Abtastung der Karte benutzt wird. Gemäß der Darstellung ist dieser erste Kanal gleichbedeutend mit

dem Weg des von dem Spiegel 29 reflektierten Lichtes. Ein zweites optisches Objektiv 30 bündelt die Strahlung wieder und projiziert den Lichtpunkt in der Bildebene der Karte.

Die Karte befindet sich auf einem auf Spulen 32, 33 aufgerollten Film JI. Dieser Film wird durch aufeinanderfolgende Aufnahmen des aufzuzeichnenden oder zu speichernden kartographischen Gebietes in einer bestimmten, im Schema der Fig.4 erläuterten Zerlegung erhalten. Die Zerlegung in m Zeilen und η Spalten entspricht der Erzeugung von mn fotografisch gespeicherten Bildern in der angegebenen Reihenfolge /1 bis Im, dann lm+\ bis 12m usw., was gleichbedeutend ist mit einem Aneinandersetzen der sich aus der Zerlegung oder Unterteilung ergebenden, aufeinanderfolgenden η vertikalen Streifen.

Die Analyseröhre 25 erzeugt eine zeilenweise Abtastung, die auf dem Film der Abtastung eines begrenzten Teilbereiches Zj des betrachteten Bildes Ij entspricht (Fig.5). Der Film 31 besitzt außerdem in bekannter Weise Randspuren 34, die derart kodiert sind, daß sie die Nummer des gerade abgetasteten Bildes und die Stellung desselben angeben.

Hinter dem Film 31 befindet sich ein optisches Objektiv 35 zur Fokussierung und einem Fotodetektor 36, der das Kartenvideosignal VC liefert. Dieses Signal wird mit den Synchronsignalen SL und ST in einem Mischer 37 zu dem Videosignal VCC zusammengemischt, das für den Monitor bestimmt ist.

Es ist schwierig, die Stellung der Abtastung der Röhre genau festzustellen. Diese Genauigkeit ist aber notwendig, um einen Bezugspunkt angeben zu können, der im allgemeinen der Mittelpunkt des Bereiches Zj ist und dazu vorgesehen ist, den momentanen Standort des Luftfahrzeuges anzugeben. Die Kontrolle der Position der Abtastung geschieht mittels des zweiten optischen Kanals. Die Strahlung in dem zweiten Kanal wird durch ein Objektiv 40 auf einen zweiten Fotodetektor 41 fokussiert, dem noch eine Blende 42 vorgeschaltet sein kann. Die Positionierung des zweiten Fotodetektors 41 entspricht derjenigen des hier als in der Mitte des Bildschirmes liegend angenommenen Bezugspunktes. Der zweite Detektor 41 stellt somit den Durchgang des Lichtpunktes bei jeder Bildablenkung fest Das entsprechende, detektierte Signal wird einem Vergleicher 43 zugeführt, der von dem Synchronsignalgenerator Impulse erhält, deren zeitliche Stellung den X- und V-Koordinaten des betrachteten Bezugspunktes entspricht. Wenn sich die Positionierung der Abtastung von einer Bildabtastung zur nächsten ändert, liefert der Vergieicher 43 Fehiersignaie entsprechend der Verschiebung in der V-Richtung, das heißt, die Zeilenzahl der Verschiebung und entsprechend der Verschiebung in der X-Richtung, das heißt der Verschiebung längs der Bezugszeile, hier der Mittelzeile. Der Vergleicher kann beispielsweise einen Zähler enthalten und in bekannter Weise die Perioden eines hochfrequenten Taktsignales zählen, um die Verschiebungen mit großer Genauigkeit zu ermitteln. Die entsprechenden Fehlersignale werden der Abtastschaltung zugeführt, um demzufolge die bo Abtastsignale zu ändern und den Mittelpunkt der Abtastung dem Bildschirmmittelpunkt nachzuführen.

Sofern ein Farbfilm abgetastet werden soll, werden die Teile 35 und 36 durch eine optische Farbtrennvornchtung (Filter) ergänzt, um die verschiedenen Farbaus- b5 züge zu gewinnen. In diesem Fall sind ebenso viele Fotodetektoren wie Farbkanäle vorgesehen.

Die Positionierung und die Winkelstellung des abgetasteten Bereiches Zj werden den Bewegungen des Luftfahrzeuges oder jeder anderen sich aus Steuerungseingriffen ergebenden Position, beispeilsweise einem manuellen Transport der Karte, nachgeführt. Ein Bordrechner 45 erhält die Positions- und Lagedaten des Luftfahrzeuges von dem Darstellungsrechner 15; diese Daten entsprechen der Länge, der Breite und dem Kurs, die jeweils darzustellen sind; der Bordrechner ermittelt aus diesen Daten Steuersignale für den Winkel θ und die Nachführung in der X- und der V-Richtung. Die Nachführung in der V-Richtung umfaßt Schaltungen 46, die eine Antriebsvorrichtung 47 für die Filmspulen versorgen. Die Drehung der Spulen transportiert den Film parallel zur V-Richtung mit dem Vorzeichen des Positionierungsfehiers und mit einer Amplitude entsprechend der Beseitigung dieses Fehlers. Die Nachführung in der X-Richtung umfaßt Schaltungen 48, die eine Antriebsvorrichtung 49 versorgen. Die Antriebsvorrichtung 49 ändert die Winkelstellung des Spiegels 29 in bezug auf die optische Achse Z. Hieraus ergibt sich eine Verschiebung des abgetasteten Bereiches Zj in der -Y-Richtung mit dem Vorzeichen und der entsprechenden Amplitude zur Beseitigung des yY-Positionierungsfehlers. Der Bezugswert für die X-Positionierung wird ausgehend von den Positionsinformationen auf den Spuren 34 geliefert. Diese Informationen werden mittels der Analyseröhre 25 ausgelesen. Hierzu führt die Analyseröhre 25 während der jeweiligen Bildaustastlükke eine zweite Abtastung im Randbereich des Films durch, dort wo dieser die kodierten Spuren aufweist, wie genauer in F i g. 5 erkennbar. Während der Bildaustastung, die hinreichend lang gewählt ist, erzeugt die Ablenkschaltung 26 andere Ablenksignale, und zwar in der Weise, daß der Lichtpunkt der Röhre exzentrisch liegt und einen Randbereich Zk abtastet. Die Kodierung der Spuren gestattet die Feststellung der Bildnummer und der Positionierung; sie umfaßt eine Grobkodierung für die Bildnummer und für Bezugspositionen auf der einen Spur und eine Feinkodierung für die Positionierung in Form eines Impulszuges auf einer anderen Spur. Die Abtastung des Bereichs Zk erfolgt vorzugsweise durch zwei Kodespuren in V-Richtung. Die auf diese Weise durch den Fotodetektor 36 festgestellten V-Positionierungssignale werden dem Rechner 45 über einen Schalter 50 zugeführt, der auf den Ausgang des Detektors 36 folgt und der durch das Bildsynchronsignal STgesteuert ist.

Die X-Bezugsposition wird von einem Winkelgeber geliefert, der aus einem Potentiometer 53 bestehen kann, dessen Schleifer von der Antriebsvorrichtung 49 synchron mit der Drehung des Spiegels 29 verstellt wird. Die zwischen dem Schleifer und Masse (Bezugspotential) abgegriffene Spannung gibt die Winkelstellung des Spiegels 29 wieder und wird dem Bordrechner 45 zur Ermittlung des Fehlersignals zugeführt, das durch Vergleich mit den erhaltenen Positionsdaten des Luftfahrzeuges ermittelt und der -Y-Nachführung zugeführt wird.

Das Objektiv 30 ist für eine hinreichend große Öffnung unter Berücksichtigung der möglichen Verschiebungen des Bereiches Zj in dem Bild längs der X-Richtung ausgelegt Eine verfeinerte, aufwendigere Anordnung mit einem Objektiv 30 kleinerer öffnung bzw. kleineren Gesichtsfeldes ist unter der Voraussetzung möglich, daß seine Stellung in X-Richtung linear entsprechend der Winkeldrehung des Spiegels 29 nachgeführt wird.

Die Winkelausrichtung oder Drehung θ der Karte

wird durch Drehung der Ablenkung des Lichtpunktes auf dem Schirm erhalten, die zu einer gleichgroßen Drehung des abgetasteten Bereiches des Filmes um den Bezugspunkt führt (Fig. 5). Die Nachführung der Positionierung dieses Bezugspunktes gewährleistet, daß der Mittelpunkt der Drehung stets festliegt.

Der von dem Darstellungsrechner 15 abgegebene Wert der Drehung wird dem Bordrechner 45 zugeführt, der die Ablenkschaltung 26 über die Verbindung 51 ansteuert, die daraufhin die entsprechenden Ablenksignalle liefert

Dieser Wert kann durch Eingriff des Piloten gelöscht oder geändert werden. Der über die Steuereingabe 16 eingegebene Wert wird von dem Darstellungsrechner 15 an den Bordrechner 45 übertragen, der den Wert der Winkeldrehung löscht oder ändert.

Die Darstellung der Karte in verschiedenen Maßstäben wird durch Vergrößerung oder Verkleinerung der

Abmessungen des analysierten Bereiches Z/erhalten, da dieser Bereich vollständig auf dem Bildschirm der Anzeigeröhre 3 wiedergegeben wird.

Ein Befehl des Piloten zur Vergrößerung wird über die Steuereingabe 16 und den Darstellungsrechner 15 an den Bordrechner 45 übertragen, der seinerseits die Ablenkschaltung 26 über die Verbindung 52 derart steuert, daß letztere die entsprechenden Ablenksignale abgibt.

Der eingeblendete Bezugspunkt kann auch exzentrisch liegen und wird durch Videoüberlagerung mittels des Überschreibsignalgenerators 9 und des Videomischers 10 (F i g. 1) erhalten.

Die Winkeldrehung, die Vergrößerung und die exzentrische Abtastung werden durch Änderung der Ablenksignale gemäß bekannten Techniken erhalten, ebenso die Positionsnachführung des Bezugspunktes.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anzeigevorrichtung für ein Bord-Navigationssystem zur Anzeige der Position eines Luftfahrzeuges und anderer Navigationsinformationen, bestehend aus einem Fernsehmonitor zur Darstellung eines beweglichen Bildausschnittes aus einer geographischen Karte und der Fahrzeugposition, Einrichtungen zur Nachführung des Bildausschnittes in Abhängigkeit von der Positionsänderung bezüglich der geographischen Breite und Länge sowie des Kurses des Fahrzeuges, einem Videosignaigenerator zur Erzeugung der Kartenvideosignale und der Zeilen- und Bildsynchronisationsimpulse, und aus Einrichtungen zur Erzeugung von Symbolen zur Darstellung von Navigationsinformationen, die einem ersten, durch die Synchronisationssignale gexakteten Symbolgenerator umfassen, der Videosignale erzeugt, die in einem Mischer den zusammengesetzten Kartenvideosignalen überlagert werden und das Positionssymbol auf dem Fernsehmonitor erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Videosignalgenerator (1) eine auf einem Film (31) aufgenommene Karte, Stellvorrichtungen zur Auswahl eines dem darzustellenden Bild entsprechenden Bereiches (ZJ) des Films (31), durch die der Film (31) längs einer Richtung V verschoben wird, eine Analyseröhre (25) für die Erzeugung eines wandernden Lichtpunktes zum zeilenweisen Abtasten des Bereiches (ZJ) der darzustellenden Karte, sowie ein erstes optisches Objektiv (28) zur Projektion dieses Lichtpunktes in Form eines Parallelstrahlenbündels auf einen halbdurchlässigen Spiegel (29), ein zweites optisches Objektiv (30) zur Fokussierung des von dem Spiegel reflektierten Parallelstrahlenbündels auf den darzustellenden Bereich (ZJ) des Films (31) und einen ersten Fotodetektor (36) umfaßt, auf dem der Bereich (ZJ) punktweise abgebildet wird und der das Kartenvideosignal (VC) entsprechend dem abgetasteten Bereich liefert, daß der drehbare, halbdurchlässige Spiegel (29) mit Stellantrieben (48, 49, 61) zur Nachführung seiner Winkelstellung verbunden ist und das Parallelstrahlenbündel in eine Richtung X senkrecht zu der Richtung Y ablenkt, daß im Strahlengang hinter dem halbdurchlässigen Spiegel (29) ein zweiter Fotodetektor (41) zur Erzeugung eines Bezugssignals angeordnet ist, das dem Durchgang des Lichtpunktes durch einen bestimmten Bezugspunkt des Schirms der Analyseröhre (25) entspricht und an einem Vergleicher (43) anliegt, der es mit einem weiteren Bezugssignal vergleicht und Korrektursignale für die X- und Y- Positionierung der Ablenkung des Lichtpunktes abgibt, daß die Einrichtungen zur Erzeugung von Symbolen einen zweiten Symbolgenerator (6) umfaßt, der die Navigationsinformationen in Form von synthetischen Videosymbolsignalen zu deren Darstellung nach dem Verfahren der Zufallsabtastung abgibt, und daß der Monitor (2, 4, 3, 5) von dem Bildsynchronisationssignal gesteuerte elektronische Schalter (7, 8) enthält, die jeweils die Videosignale (VC, VS) und die Ablenksignale für zeilenweise Abtastung und für die Zufallsabtastung derart schalten, daß die Symbole im Anschluß an jede Bilddarstellung der Karte während jeder Bildaustastung auf dem Monitor erscheinen.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ wobei der Film an seinem Rand kodierte Spuren (34) aufweist, die die Filmherstellung in der V-Richtung angeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse^röhre (25) während der Bildaustastung die Spuren (34) ausliest und über den ersten Fotodetektor (36) ein Positionsnachführsignal für die Nachführung in der y-Richtung erzeugt, daß die Nachführeinrichtung für die X-Richtung gleichzeit den Spiegel (29) und einen Potentiometergeber (53) verstellt, der das X-Nachführsignal erzeugt, und daß der Videosignalgenerator (1) einen Bordrechner (45) umfaßt, der die Positionsdaten des Luftfahrzeuges nach Breite und Länge, sowie die X- und V-Nachführsignale erhält und die Fehlersignale für die X- und V-Nachführung erzeugt

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bordrechner (45) einerseits eine Angabe über die Kartendrehung und andererseits eine Angabe über die Bildvergrößerung der Karte erhält und entsprechende Signale (Si, 52) liefert, die die Drehung und Vergrößerung durch Änderung der Ablenksignale der Analyseröhre (25) auslösen.