DE2637647A1

DE2637647A1 - Digitaler multisensor-bilderzeuger

Info

Publication number: DE2637647A1
Application number: DE19762637647
Authority: DE
Inventors: Robert Alan Heartz
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-08-22
Filing date: 1976-08-20
Publication date: 1977-02-24
Also published as: FR2321725B1; US4017985A; GB1548031A; DE2637647C2; FR2321725A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Nachbildung bzw. Simulation von visuellen und anderen Sensorbildern durch Datenverarbeitungsmittel .

Beispielsweise aus den US-Patenten 3 6o3 7o3, 3 621 214 und 3 665 4o8 ergeben sich frühere Techniken zum Erzeugen visueller Darstellungen von Objekten, deren verschiedene Scheitel, Umrandungen und Ebenen bzw. Flächen durch auf ein Achsensystem, gewöhnlich kartesisch, bezogene Daten bestimmt werden, wobei die visuellen Darstellungen mittels Datenverarbeitungsmitteln erzeugt werden. Diese Techniken beinhalten allgemein Mittel zum Umsetzen solcher Daten in eine zweidimensionale perspektivische Ansicht in Verbindung mit Prüfungen zum Feststellen, welche der verschiedenen sich überlappenden Objekte sichtbar sind und die anderen verdecken. Die für die Darstellung des visuellen Bildes auf einer Kathodenstrahlröhre angewendete Abtastung entspricht einem herkömmlichen horizontalen Abtastungsraster, das demjenigen ähnelt, welches beim Fernsehen benutzt wird. Das US-Patent 3 671 729 beinhaltet Mittel, die einen mechanischen Schreiber bzw. Planzeichner zum Aufzeichnen · von Kurven oder Profilen veranlassen (die als elektrische Eingangssignale gebildet werden, welche für die aufeinanderfolgenden radia-

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len Abtastungen die Elevation bzw. Höhenrichtung und Entfernung angeben) , wobei die außerhalb des Blickfeldes eines erhöhten Betrachters liegenden Profilteile fortgelassen werden. Die Vorrichtung deutet auf keinerlei Anwendung bezüglich einer elektronischen Bilderzeugung hin und dürfte auch nicht in dieser Weise anwendbar sein.

Das US-Patent 3 769 442 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen einer komprimierten Datengrundlage für einen Radar-Landmassensimulator.

Beim Simulieren bzw. Nachbilden einer visuellen Szene war es jedoch bisher nicht bekannt, eine radiale Abtastung mit zunehmendem Blickwinkel und einer Unterdrückung unsichtbarer Oberflächen durch einen einfachen Winkelvergleich anzuwenden. Auch ist es unbekannt, eine simulierte Perspektive zu benutzen, indem radiale vertikale Abtastungen mit dem Abtastungsazimutwinkel als der horizontalen Koordinate der Anzeige dargestellt werden. Und schließlich ist auch kein Verfahren bekannt, bei dem Radarbilder, visuelle Bilder und andere Sensorbilder mittels einer üblichen Datenquelle erzeugt werden können.

Das Gelände wird unter Bezug auf ein passendes Achsensystem, gewöhnlich ein kartesisches, numerisch beschrieben, indem die Koordinaten der Anfangs- und Endpunkte geradliniger Approximationen von Teilen eines Bergrückens, eines Tals oder einer Küstenlinie gespeichert werden. Die visuellen Charakteristiken (die Reflexionskraft und Farbe) von durch die geraden Linien begrenzten Oberflächen werden auch gespeichert; die Reflexionseigenschaften der Oberflächen im Radarbereich und in anderen nicht sichbaren Bereichen können ebenfalls gespeichert werden. Die Standpunktkoordinaten werden spezifiziert. Beim üblichen Verfahren würden die Geländedaten dazu benutzt werden, innerhalb eines Sichtfensters die Koordinaten von Strahlen von dem Standpunkt zu sichtbaren Punkten bzw. Stellen in dem gespeicherten Terrain zu bestimmen. Diese Sichtfensterkoordinaten und -daten würden dann zu aufeinanderfolgenden Bild-Bitfolgen innerhalb eines Rasters von sich über das Sichtfenster erstreckenden horizontalen Linien gegliedert werden; und die in aufeinanderfolgenden Linien der Reihe nach gefundenen Punkte würden gespeichert und mit einem entsprechenden Abtastungsraster zu einer Anzeigevorrichtung ausgelesen werden.

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Entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung (Figur 1) wird ein Stand- bzw. Sichtpunkt 6 ausgewählt, der die simulierte Position des Betrachters einer nachzubildenden Szene bzw. Landschaft repräsentiert; diese Stelle befindet sich auf einer Höhe h über ihrer Grundposition 7. Die letztere dient als Ausgangs- bzw. Nullpunkt für in der Grundebene liegende orthogonale Achsen X sowie Y und für eine zum Boden rechtwinklige Achse Z. Es werden sich vertikal durch den Ausgangspunkt 7 erstreckende Abtast- bzw. überstreichungsebenen, wie die Ebene 2, ausgewählt; der Azimut- oder Abtastwinkel einer solchen Überstreichungsebene 2 wird durch den Winkel θ zwischen ihrer Schnittstelle mit der Grundebene und der X-Achse gemessen. Eine Überstreichungs- bzw. Abtantlinie 4 (die eine Nachbildung der Sichtlinie des Betrachters ist) erstreckt sich vom Stand- bzw. Sichtpunkt 6 unter einem Sichtwinkel 0, der von der Horizontalen gemessen wird, und diese Abtastlinie 4 schneidet ein von Terrainlinien 1o, 12, 14 und 16 bestimmtes Äbtast- bzw. Überstreichungsprofil 8. Der Ausdruck 'Terrainlinien¹ wird benutzt, um zu betonen, daß die mit 1o, 12, 14 und 16 bezeichneten Punkte tatsächlich die Spurpunkte der die Ebene 2 schneidenden Terrainlinien in dieser Überstreichungsebene 2 sind. In ähnlicher Weise wird eine gerade Linie, wie die Linie 12-14, in der Zeichnung eine Ebene genannt, da sie tatsächlich in der Ebene 2 die Spur einer Terrainebene ist. Aufeinanderfolgende Spuren in angrenzenden Überstreichungsebenen ergeben die Terrairilinien und -ebenen.

Das einem Raster beispielsweise eines Ikonoskops entsprechende allgemeine Abtast- und Überstreichungsmuster wird in der Weise erzeugt, daß ein Überstreichungswinkel θ ausgewählt und der Sicht- bzw. Blickwinkel 0 dazu veranlaßt werden, sich von einem Anfangswert von 9o° (das heißt rechtwinklig zur XY Grundebene) zu kleineren Werten zu verändern, wodurch das Profil 8 zu fortlaufend zunehmenden Bereichen bzw. Entfernungen von der Grundposition 7 überstrichen wird.

Es ist ersichtlich, daß die Ebene 12-14 bezüglich des Sichtpunkts 6 von der Ebene 1o-12 verdeckt wird, und ein Teil der Ebene; 14-16 wird ebenfalls verdeckt. Es ist auch ersichtlich, daß das Kriterium für das Verdecken der Ebene bzw. Fläche 12-14 darin

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besteht, daß der Sichtwinkel 0 größenmäßig nicht zunimmt, wenn die Abtastlinie 4 dem Überstreichungsprofil 8 zu größer werdenden Entfernungen folgt. Dieses Kriterium wird angewendet, um festzustellen, wann spezielle Vorgänge erforderlich sind, um eine Abdeckung von Geländeoberflächen zu bestimmen bzw. festzustellen.

Um die begrifflich umrissenen Vorgänge durchzuführen, werden die Koordinaten von Terrainlinien einer gegebenen Abtast- bzw. Überstreichungsebene gespeichert, und zwar zusammen mit den visuellen bzw. optischen (oder anderen Emissions-) Eigenschaften der hiervon begrenzten Ebenen. Ein solches Überstreichungsprofil wird dann bei fortlaufend zunehmenden Werten der Bereichs- bzw. Entfernungskoordinate ausgelesen und zum Steuern einer Kathodenstrahlanzeige benutzt, wobei die optischen Eigenschaften, wie die Helligkeit und Farbe, dekodiert und in herkömmlicher Weise zum Steuern der Helligkeit sowie Farbe der Anzeige benutzt werden, i-as Abtastmuster oder -raster der Anzeige ist ziemlich unkonventionell, indem es das Muster der überstreichungs- bzw. Abtastprofile dupliziert, das heißt die AnzeigeüberStreichungen bzw. -abtastungen werden vertikal mit dem Sichtwinkel oder dem Tangens des Sichtwinkels entsprechenden Koordinaten dargestellt. Es können Überstreichunysprofile für aufeinanderfolgend angrenzende Überstreichungsebenen erzeugt werden (was allgemein einem nicht verschachtelten üblichen Raster entspricht), oder es können für alle geradzahligen und ungeradzahligen Überstreichungsebenen in einer Folge Überstreichungsprofile erzeugt werden (entsprechend einem verschachtelten herkömmlichen Raster). Der Seitenabstand der vertikalen Anzeigespuren aufeinanderfolgender oder alternierender (verschachtelter) Abtastungen kann proportional zum Abtastwinkel oder zum Tangens des Azimutwinkels sein. Für eine getreue perspektivische Projektion auf eine ebene Sichtfensterfläche bzw. -ebene, die durch einen ebenen Anzeigescnirm repräsentiert wird (das Äquivalent einer 'Bildebene' einer üblichen perspektivischen Zeichnung), sind Verlagerungen vom Fenstermittelpunkt proportional zum Tangens des Winkels zwischen einem Strahl vom Standpunkt zu einem Terrainpunkt und der Normalen ('Bohruugssicht' - boresight) vom Standpunkt zur Sichtfensterebene. In der ersten Ausführungsform der Erfindung ist

, des ,Beobachters
die BohrungssichtYzwangsläufig horizontal. In der zweiten Ausfüh-

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QRiGiNAL JNSPECTED

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rungsform sind Mittel zum Berücksichtigen von Änderungen in der Bohrungssichthöhe vorgesehen.

Das angewendete Überstreichungs- bzw. Abtastungsmuster führt zu einem größeren Vorteil. Es ist im wesentlichen dasselbe wie da£; physikalische Abtastungsmuster eines Radarsystems; und die Radarbeschattung durch dazwischenliegendes Terrain ähnelt einer visuellen Sichtbehinderung. Wenn somit das Radarreflexxonsvermögen bzw. der Radarreflexionsfaktor in den Terraindaten zusammen mit den visuellen Charakteristiken kodiert wird, können dieselben Daten angewendet werden, um eine Nachbildung des von demselben Gelände bzw. Terrain erzielten Radarbildes zu erzeugen. Das beim Anzeigen der Radardaten angewendete Abtastungsmuster bzw. -schema unterscheidet sich gewöhnlich von demjenigen, das für eine visuelle Nachbildung benutzt wird, wobei gewöhnlich ein herkömmlicher Planbildanzeig^r bzw. ein Rundsichtgerät zur Anwendung kommt. In einem solchen Fall kann eine Bedienungsperson die Radar- und visuellen bzw. optischen Nachbildungen (die bequemerweise nebeneinander angezeigt werden) vergleichen und dabei lernen, die mit dem Auge erfaßbaren Geländemerkmale mit den Radarechos von demselben Gelände in Beziehung zu setzen.

Allgemein können Techniken, die ctenjenigen ähneln, welche zum Simulieren eines mit dem Auge beobachteten Bildes zur Anwendung kommen, zum Nachbilden der Wirkung eines passiven Systems benutzt werden, wie beispielsweise bei einem Infrarotfühler, der nur die Strahlung ohne Rücksicht auf die Laufzeit von der Quelle berücksichtigt; und es können Techniken benutzt werden, die denjenigen zum Nachbilden von Radarechos ähneln, um den Effekt irgendeines aktiven Systems zu simulieren, wobei sich die Entfernung durch Messung der L·aufzeiten ergibt.

Die Erfindung wird nachfolgend an bevorzugten zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - das grundsätzliche Abtastungsmuster der ersten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 2 - die allgemeine Gestaltung bzw. Einrichtung der ersten Ausführungsform,

Figur 3 - ein Detail aus Figur 2,
Figuren 4, 5 und 6 - andere Details aus Figur 2,

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Figur 7 - ein Überstreichungsprofil des Abtastungsmusters bzw. -Schemas aus Figur 1,

Figur 8 - weitere Details der ersten Ausführungsform der Erfindung ,

Figur 9 - die allgemeine Gestaltung bzw. Einrichtung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

Figur 1o - ein Detail aus Figur 9.

In Figur 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung in Blockdiagrammform dargestellt. Das Sichtgerät 2 (vorzugsweise eine Kathodenstrahlröhre), auf dem die simulierte Szene erscheint, kann von einer nicht dargestellten Bedienungsperson betrachtet werden. Diese betätigt Bedienungssteuerorgane 24, die gewöhnlich die Steuerungen eines Fahrzeugs simulieren und Signale erzeugen, welche über ein Befehlsinterface 26 (das die Ausgangsgrößen bzw. -signale der Steuerorgane in eine geeignete Form zum Eingeben in einen Digitalrechner 28 umsetzt) zu einem für allgemeine Zwecke bestimmten Rechner 28 geleitet werden. Der Rechner 28 setzt die Signale vom Befehls- bzw. Steuerinterface 26 unter Berücksichtigung der gespeicherten Information bezüglich der Eigenschaften des simulierten Fahrzeugs in Kurs- und Stellungsänderungen des Fahrzeugs um. Diese Funktionen, die für eine praktische Anwendung der Erfindung unbedingt zweckdienlich sind, dienen tatsächlich nur zum Bilden einer Information bezüglich der Lage des Sichtpunkts 6 aus Figur 1 und der Stellung dej. Normalen zum Sichtfeld.

Der Bilderzeuger liegt genau innerhalb des gestrichelten Rechtecks 3o. Der Ortsdatenspeicher bzw. die Ortsdatenbasis 32 beinhaltet eine digitale Beschreibung der Umgebung_/ in der Praxis gewöhnlich eine Beschreibung eines Bereichs, der merklich größer als de.L in einer gegebenen Sicht bzw. Darstellung zu simulierende bestimmte Bereich ist. Somit ist das Auswählen der für eine bestimmte Simulierung bzw. Nachbildung erforderlichen Einzelheiten ein (oder mehrere) Standardschritt in der Funktionsweise des Simulators. Die Ortsdatenbasis besteht aus einer angrenzenden Reihe von Linien und Punkten, die Geländemerkmale beschreiben, wie Bergrükken und Täler, Grenzen zwischen Oberflächen mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen oder Emissionsvermögen (einschließlich der

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sichtbaren Farbe sowie Helligkeit und des Emissionsvermögens in anderen interessierenden Spektralbereichen), ferner kodierte Darstellungen des Reflexionsvermögens sowie Emissionsvermögens und Grenzen oder einfache Linien oder Punkte, die künstliche Gebilde repräsentieren, wie Gebäude, Brücken und Straßen bzw. Wege. Jedes Datenbasiswort umfaßt die kartesischen Koordinaten eines Linienendpunkts, das Reflexionsvermögen und/oder das Emissionsvermögen rechts- und linksseitig der Linie (oder für Kulturobjekte bzw. Kulturen die anzuzeigende Intensität und Weite) und ein Identifizierungskennzeichen. Das US-Patent 3 769 442 beschreibt eine ähnliche Datenbasis, die jedoch auf Radarreflexionsvermögen beschränkt ist. Um den Speicherbedarf zu erhalten und die Wortlänge zu reduzieren, kann die Datenbasis im Inkrement- oder Delta-Format definiert werden, wobei die kartesischen Koordinaten in den Werten als das Inkrement bzw. der Zuwachs bezüglich des vorherigen Wertes ausgedrückt werden. Während die Umsetzung vom Deltaformat zu ganzen Werten oder umgekehrt bei der Datenverarbeitung durch Addieren oder Subtrahieren einfach durchgeführt werden kann, wird die Beschreibung durch Benutzen ganzer bzw. vollständiger Werte vereinfacht, was dementsprechend durchgeführt wird.

Der gesamte Gehalt der Ortsdatenbasis 32 wird einmal pro Rahmenzeit ausgelesen. Bei Annahme einer Standard-Fernsehrahmenfrequenz von 3o Rahmen bzw. Bildern pro Sekunde oder etwa 33 Millisekunden pro Rahmen bzw. Bild und einer Speicherauslesegeschwindigkeit von einem Wort pro Mikrosekunde beträgt die maximale Anzahl von Worten in der Ortsdatenbasis 33 ooo.

Aus dieser großen Anzahl von Worten müssen diejenigen ausgewählt werden, die in dem Sichtfeld eines sich am Sichtpunkt 6 aus Figur 1 befindlichen Betrachters liegen. Die Auswahlkriterien und ein großer Teil der weiteren Datenverarbeitung können am zweckmäßigsten in Verbindung mit der Grundposition 7 des Sichtpunkts 6 als dem Ursprung durchgeführt werden. Deshalb werden die X- und Y-Koordinaten eines jeden Punkts von der Ortsdatenbasis 32 (als X und Y bezeichnet, um die bestimmte Zugehörigkeit zu einem Punkt η aufzuzeigen) durch den Umsetzer 42 (Figur 3) umgerechnet, der die Koordinaten X und Y~ der Grundposition 7 vom Rechner 28 empfängt, welcher diese Werte aus den Eingangsgrößen von dem Be-

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fehlsinterface 26 berechnet hat. Die umgerechneten Koordinaten X¹ sowie Y¹ werden dem Verzögerungsglied 48 zugeführt, das Z und den Reflexions- und/oder Emissionskode direkt von der Ortsdatenbasis empfängt. Da das Gelände gemäß Annahme auf eine ebene Fläche bezogen wird, beeinflußt die Übertragung bzw. Umsetzung in den X und Y Koordinaten nicht die Z Koordinate und selbstverständlich auch nicht den Kode.

Das Sichtfeld vom Sicht- bzw. Standpunkt 6 wird winkelmässig begrenzt. Wenn beispielsweise das am Sichtpunkt 6 befindliche hypothetische Fahrzeug ein Beobachtungsfenster bestimmter Größe hat, bestimmen dessen Seiten die Azimutgrenzen des geometrischen Sichtfensters, wodurch bestimmt wird, welche Ortsdaten in der Nachbildung darzustellen sind. Der Rechner 28 berechnet sin θ^ und

cos e„, wobei θ der Kopf- bzw. Kurswinkel des Fahrzeugs ist und wobei angenommen wird, daß er auch der Winkel der Normalen zum Sichtfenster ist. Ein Drehglied (rotator) 44 empfängt X' sowie Y¹, und es erfolgt eine Drehung zu einer zum Sichtfenster normalen Komponente R (hierbei handelt es sich um die Grundentfernung vom Grundpunkt 6 zum Punk X , Y ) und zu einer zu R normalen sowie mit d bezeichneten Komponente, die die Normaldistanz desselben Punktes von R ist.

Der Rechner 28 liefert tan θ , wobei es sich um den Maximalwinkel in der X, Y Ebene von R handelt, in dem das Gelände für einen Betrachter am Standpunkt 6 sichtbar ist. Dieser Winkel ist, wie es angegeben wurde, eine der Voraussetzungen bzw. Bedingungen des Problems und wird von dem körperlichen Aufbau des Fahrzeugs oder seiner optik abgeleitet; er ist vorgegeben. Statt einer Umsetzung von R und d in einen Winkel, der mit θ verglichen werden kann (was möglich wäre), wird R durch einen Multiplizierer mit tan θ multipliziert und d erzielt - die maximale Normaldi-

m ^ nra

stanz von R , die noch im Sichtfeld liegt.

Die Berechnung von d liefert nur Azimutgrenzen. Das Sichtfeld ist auch vertikal begrenzt, und diese Grenze wird durch den W
wird.

den einer Abstreif- bzw. Trennlogik (stripping logic) 5o zugelei-

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den Maximalbereich R ausgedrückt, der vom Rechner 28 geliefert

Alle diese Selektionsparameter - R , d ,R und d - wer-

^e m' nm' η η

tet. Die Größen R und d wurden durch das Glied 56 verzögert, so

η η ^ '

daß sie erst eintreffen, nachdem d berechnet wurde. Während die

nm

Datenbearbeitungsvorgänge so weit als Vorgänge bezüglich einzelner Punkte in der X/ Y Ebene beschrieben wurden, bezieht sich die Trennlogik auf Linien, deren Endpunkte Paare von solchen Punkten sind, für die jeweils R und d berechnet wurden. Während die Organisation bzw. Gliederung der logischen Elemente zum Ausführen der Trennlogik detailliert in Figur 4 dargestellt ist, werden zunächst die logischen Funktionen angegeben: Wenn R eines Endpunkts positiv sowie kleiner als R ist und wenn (1) d einer der Endpunkte kleiner als d oder (2) die Werte von d für die zwei End-

nm η

punkte ein entgegengesetztes Vorzeichen haben, dann liegt, die hierdurch bestimmte Linie im Sichtfeld. Wenn eines dieser Kriterien erfüllt ist, leitet die Trennlogik 5o ein Eingabe- bzw. 'Einschreiben' Signal zum Sichtfeld- bzw. FOV-Speicher 52, wodurch die verzögerten X', Y", Z und Codesignale in den FOV-Speicher 52 eingelesen werden.

Der FOV-Speicher 52 hat zwei Teile, die mit einer gegenseitigen Zeitphasenverschiebung arbeiten. Ein Teil unterliegt einem Füll- oder Einschreibvorgang, während der andere Teil ausgelesen wird; wenn die zwei Vorgänge beendet sind (das heißt am Ende einer Rahmenperiode) werden ihre Funktionen umgekehrt, und zwar zweckmäßigerweise mittels eines Steuerungssignals vom Rechner 28, der die bequemste Quelle für Zeit- und Steuerungssignale ist, wobei angenommen wird, daß er mit seiner eigenen Taktquelle versehen ist. Dieser abwechselnde Betrieb zwischen zwei ähnlichen Speichern ist in der Technik als Ping-Pong-Betrieb bekannt.

Die soweit beschriebene Trennlogik füllt den FOV-Speicher 52 mit denjenigen Datenworten, die in dem ausgewählten Sichtfeld liegen. Aber der das Reflexions- oder Emissionsvermögen am Beginn einer Abtastung beschreibende Kode wird vielfach durch ein Wort gegeben, das außerhalb des Sichtfeldes liegt und einen negativen Wert von R hat. Es kann deshalb eine spezielle Zusatzbedingung der Trennlogik 5o gebildet werden, die darin besteht, daß das Datenwort mit der kleinsten Größe eines negativen R identifiziert und auch in den FOV-Speicher 52 eingegeben wird. Diese Bedingung ist nur in einer begrenzten Art von Fällen nützlich, wird nur aus

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- Ίο -

Vollständigkeitsgründen angegeben und bildet keinen Bestandteil der bevorzugten praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung.

Figur 4 zeigt die logische Gliederung der Trennlogik 5o aus Figur 3. Ein Schieberegister 54 empfängt d über das Verzögerungsglied 56 vom Drehglied 44. Es ist lang genug, um zwei Werte von d für zwei angrenzende oder aufeinanderfolgende Endpunkte zu enthalten. Das Vorzeichenbit für jedes d ist durch - dargestellt. Diese Vorzeichenbits werden einem Komparator 58 zugeleitet, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn ungleiche Vorzeichenbits, das heißt verschiedene Vorzeichen, vorliegen. Ein Register 6o empfängt d vom Multiplizierer 46 aus Figur 3; sein Inhalt bildet eine Eingangsgröße für Komparatoren 62 und 64, deren andere Eingangsgrössen d und d .. sind. Die Komparatoren 62 und 64 geben eine Ausgangsgröße bzw. ein Ausgangssignal ab, wenn d oder &' .« kleiner als d ist. Die Ausgangsgrößen der Komparatoren 58, 62 und 64 werden einer Pufferstufe bzw. ODER-Schaltung 66 zugeführt, deren Ausgangsgröße angibt, daß eines der oben mit (1) oder (2) bezeichneten Kriterien der Trennlogik erfüllt ist. R wird vom Drehglied 44 über das Verzögerungsglied 56 aus Figur 3 zum Schieberegister 68 geleitet, und R gelangt vom Rechner 28 aus Figur 3 in das Register 7o. Es sind Komparatoren 72 und 74 angeschlossen, um Ausgangsgrößen bzw. -signale zu erzeugen, wenn R und R₊₁ kleiner

als R ist; um jedoch die weitere logische Bedingung zu erfüllen, daß R oder R .. positiv ist, werden die Aus gangs signale der Komparatoren 72 und 74 durch Tore 76 und 78 geleitet, die nur dann erregt bzw. durchschaltbar sind, wenn die Vorzeichenbits in den zugeordneten Teilen des Registers 68 positiv sind. Die Ausgangssignale dieser Tore 76 und 78 gelangen zu einer Puffer- bzw. ODER-Schaltung 8o, deren Ausgangsgröße das Erfüllen der Bedingung anzeigt, daß R oder R * kleiner als R und positiv ist. Die Ausgänge der ODER-Schaltungen 66 und 8o sind mit einem Tor 82 verbunden, dessen Ausgangssignal das Erfüllen aller logischen Bedingungen der Trennlogik 5o anzeigt und somit das in Figur 3 angegebene 'Einschreiben' bzw. Eingabesignal bildet, welches dem FOV-Speicher 52 zugeführt wird.

Zum Erfüllen der Zusatzbedingung, daß die Trennlogik 5o das negative R_n der kleinsten Größe identifiziert und mit den zugeord-

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neten Wortdaten an den FOV-Speicher 52 weitergibt, ist es erforderlich, daß die Wortdaten für jede Möglichkeit gespeichert und weitere Proben bezüglich des negativen R genommen werden. Zu diesem Zweck ist der Speicher 84 vorgesehen. Er ähnelt insoweit dem FOV-Speicher 52, daß er eine 'Einschreiben' Instruktion empfangen kann, wodurch er zum Aufnehmen von Daten über verschiedene Eingangsleitungen veranlaßt wird. Die Z und die KODE Eingangsgrößen werden von der Ortsdatenbasis 32 aus Figur 3 empfangen; der R Inhalt wird jedoch von einem Zwischenanschluß im Register 68 abgeleitet. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Register 68 einen R Wert zuerst in dem mit R₊₁ markierten Abschnitt empfängt und dann

in den mit R markierten Abschnitt verschiebt, wenn ein neuer Wert η

von R, zweckmaßxgerweise mit R - bezeichnet, in den so markierten Abschnitt geschoben wird. Wenn das Tor 86 durch eine negative Angabe in dem Vorzeichenteil des R ₊- Abschnitts erregt wird, leitet es die Größe von R .. als ein Eingangssignal zum Komparator 88, dessen andere Eingangsgröße dem Inhalt des R Abschnitts des Speichers 84 entspricht - und damit einem zuvor gespeicherten Wert irgendeines früheren negativen R . Wenn R₊-I größenmäßig kleiner als der im Speicher 84 gespeicherte Wert ist, erzeugt der Komparator 88 ein Ausgangssignal, das als 'Einschreiben' bzw. Eingabeinstruktion oder -befehl zum Speicher 84 dient. In Abhängigkeit von diesem Befehl nimmt der Speicher 84 den neuen Wert von R auf, wenn dieser aus dem R ₊₁ Abschnitt des Registers 68 in den R Abschnitt verschoben wird. Der Speicher 84 nimmt auch die neuen Z und KODE Werte auf. Immer dann, wenn eine neue kleinere Größe eines negativen R aufgefunden wird, erfolgt ein Einspeichern desselben und der zugeordneten Wortdaten in den Speicher 84. Der in dem letzteren endgültig gespeicherte Wert entspricht damit der kleinsten Größe eines negativen-R in der gesamten Ortsdatenbasis. Am Ende einer Rahmenperiode liefert der Rechner 28 aus Figur 3 einen Lesebefehl an den Speicher 84 sowie einen Einschreibbefehl an den FOV-Speicher 52, und die gespeicherten Z und KODE Werte werden vom Speicher 84 in den FOV-Speicher 52 eingelesen. Dies erfolgt notwendigerweise, bevor der Rechner 28 die zwei Teile des FOV-Speicher s 52 zum Abwechseln bzw. Umkehren ihrer Funktionen veranlaßt. Zur gleichen Zeit kann er den verschiedenen Registern Freigabebzw. Rückstellbefehle zuleiten.

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Da der Abstreif- bzw. Trennvorgang lediglich ein Aussieben von nützlichen aus überflüssigen Worten ist, muß die Präzision nicht so groß wie diejenige der Datenworte selbst sein, die direkt von der Ortsdatenbasis 32 zum FOV-Speicher 52 übermittelt werden. Die einzige Ausnahme in diesem Zusammenhang ist der Speicher 84, der genau so viele ausgeprägte Zeichen haben muß, wie sie die ursprünglichen Daten von der Datenbasis 32 enthalten.

Die im Sichtfeld liegenden Daten wurden aus maximal 3 3 ooo Worten in der Ortsdatenbasis ausgewählt. Unter Annahme einer Verarbeitungsgeschwindigkeit von einem Wort pro Mikrosekunde und unter Berücksichtigung der Tatsache, daß während des Sektorabstreif- bzw. Sektortrennvorgangs mittels des Sektortrenners 36 aus Figur 2 der gesamte FOV-Speicher einmal pro Sektorperiode ausgelesen wird, ist es offensichtlich, daß die Kapazität des FOV-Speichers 52 auf· 33 ooo : N beschränkt werden muß, wobei N die Anzahl von Sektoren in einem Sichtfeld ist. Die tatsächliche Sektoranzahl beträgt in der beschriebenen Ausfuhrungsform 33, so daß die maximale Wortkapazität des FOV-Speichers 52 auf 1 ooo Worte eingestellt wird, was einer Auslesezeit von einer Millisekunde entspricht und mit der Geschwindigkeit von 33 Millisekunden pro Rahmen verträglich ist. Der Sektortrennvorgang gleicht mit einigen Vereinfachungen stark dem Sichtfeldtrennvorgang. Eine Umsetzung ist licht erforderlich, da sich der Ursprung bereits bei der Grundposition 7 des Sichtbzw. Standpunkts 6 befindet. Doch ist für jeden Sektor ein Drehvorgang erforderlich; θ ist der mittlere Azimut eines jeden Sektors, und sin θ sowie cos θ können vom Rechner 28 geliefert werden. Die Sichtfeldtrennung hat alle Punkte mit Bereichs- bzw. Entfernungswerten eliminiert, die größer als das zulässige Maximum sind, so daß R nicht benötigt wird. Tan θ — Maximalwinkel-Sektor ist einfach der Halbwinkel vom nominellen Mittelpunktswinkel des gegebenen Sektors zur Halbwegmarkierung zum nächsten Sektor. Die Sektortrennlogik wird somit auf d_n und d .. Vergleiche reduziert.

Wie es bereits angegeben wurde, ist es für die Sektorabtrennung erwünscht, .daß sie auf gleichen Inkrementen zu arc tan θ

und nicht auf gleichen Inkrementen im Azimutwinkel θ selbst ba-

siert. Dies kann in den Rechner 28 einprogrammiert werden, der die

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Quelle für viele Grundbefehle wie auch für Zeit- und Steuerungssignale ist. Die Details der Sektortrennung bzw. des Sektortrenners 36 ergeben sich aus Figur 5.

Der FOV-Speicher 52 ist für eine bequemere Beschreibung in Figur 5 wiederholt bzw. erneut dargestellt. X¹ und Y¹ werden direkt dem Drehglied 9o zugeführt, das dem Drehglied 44 aus Figur 3 entspricht und vorn Rechner 28 die Sinus und Kosinus Werte von θ empfängt, dem Azimutwinkel des vom Glied 52 abgezogenen bestimmten Sektors. Das Drehglied 9o erzeugt Ausgangsgrößen R und d , die sich dadurch von den entsprechenden Ausgangsgrößen des Drehgliedes 44 aus Figur 3 unterscheiden, daß sie Komponenten in der und entlang der Normalen zu der Überstreichungs- bzw. Abtastebene des bestimmten Sektors sind. Der Rechner 28 liefert tan θ , wobei

ms

θ der in dem bestimmten Sektor liegende Maximalwinkel ist, für ms

den Multiplizierer 92 (der dem Multiplizierer 46 aus Figur 3 entspricht) . Der Multiplizierer 92 erzeugt d , der maximalen Nor-

- - XIiILo

malkomponente, am Bereich R , die noch in dem Sektor liegt. Dieses Produkt wird zum Register 94 geleitet (das dem Register 6o aus Figur 4 entspricht). Nach einer Verzögerung durch das Verzögerungsglied 96 wird d vom Drehglied 9o zum Register 98 geleitet, das dem Register 68 aus Figur 4 ähnelt. Der Komparator 1oo erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Vorzeichnen von d und d .. unterschiedlich sind. Der Komparator 1o2 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn d kleiner als d * ist, und der Komparator 1o4 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn d .. kleiner als d ist. Die drei Ausgangsleitungen der Komparatoren 1oo, 1o2 und 1o4 führen zur Puffer- bzw. ODER-Schaltung 1o6, deren Ausgangsgröße ein 'Einschreiben¹ Befehl für den Sektorspeicher 1o8 ist (der ein zweiteiliger Ping-Pong-Speicher ist). Die Größen bzw. Signale X^, Y^, Z und KODE wurden durch das Verzögerungsglied 11o verzögert und treffen zur richtigen Zeit ein, um in den Sektorspeicher 1o8 eingeführt zu werden.

Bei der Sektortrennung ist keine Vorkehrung zum Auffinden der minimalen Größe eines negativen R getroffen, da diese bereits in dem FOV-Trennvorgang gefunden wurde. Das negative R wird in bezug auf den Ursprung bzw. den einen Punkt gemessen, der allen Sektoren gemeinsam ist; es bestimmt den für jeden Überstreichungs-

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bzw. AbtastungsVorgang, der am Ursprung beginnt, zu benutzenden
Kode; aber es muß eine diesbezügliche Gleichheit für alle überstreichungs- bzw. Abtastvorgänge vorliegen. Bezüglich der Reihenfolge der Bereichspunkte geht der negative Bereich jedem der positiven Bereiche vor, und somit bestimmt er den Kode für den Beginn der Überstreichung bzw. Abtastung. Dieses vereinfachte Verfahren ist zulässig, wenn die Grund- bzw. Bodenposition des Betrachters außerhalb des Sichtfeldes liegt. Eine nachfolgende Ausführungsform offenbart eine allgemein gültige Lösung. Die Periode des Sektortrennvorgangs betragt bei der beschriebenen bestimmten
Ausführungsform eine Millisekunde. Diese Periode muß allgemein
ausreichend kurz sein, damit das Abziehen bzw. Trennen aller Sektoren in einer Rahmenperiode beendet werden kann.

Die Abtastung/Linien bzw. Abtastung/Wort-Schnittstellenzentraleinheit 38 aus Figur 2 ist in Figur 6 detailliert dargestellt. Vom Sektorspeicher 1o8 werden X¹ und Y¹ zum Drehglied 112 ausgelesen, wodurch sie zum Abtastwinkel θ gedreht werden, dessen Kosinus- und Sinuswerte vom SIN/COS Speicher 114 entsprechend dem vom Rechner 28 gelieferten Wert von θ gebildet werden. (Diese
Funktionen könnten natürlich auch vom Rechner 28 selbst geliefert

einfachen Mikroprogrammspei-Kapazität des teureren allgemeinen Rechwerden, doch kann das Vorsehen eines ei;

(Festspeicher)
chersTäls kostensenkende Kapazität des

ners erwünscht sein.) Die sich ergebenden Größen R und d werden zum Interpolator 116 geleitet, und zwar zusammen mit Z , das durch das Verzögerungsglied 118 für einen Synchronismus mit R und d
verzögert wurde. Der Interpolator 116 ist ein spezieller Rechner, der die Gleichungen

^Rn~^Rn-1 ^Zn"^Zn-1

^Rni = ^Rn ^{+ d}n " T" ^{und Z}ni = ^Zn ^{+ d}n " 7~

^dn " ^dn-i ^dn " ^dn-1

löst, wobei der Index 'ni¹ den Wert anzeigt, der den Schnittstellen der Linie mit der überstreichungs- bzw. Abtastlinie entspricht. Die Ausgangsgröße Z . gelangt zu einem Eingang eines Abtastspeichers 12o. Dieser ist ein Zweifach- oder Ping-Pong-Betrieb Abtastspeicher mit direktem Zugriff, das heißt ein solcher mit spezifischen Speicherstellen, die durch einen Adreßkode adressierbar sind» Bei der vorliegenden Anwendung ist R die Adresse und entsprechend

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angeschlossen. Das tatsächliche Einschreiben in den Abtastspeicher 12o tritt nicht auf, so lange kein 'Einschreiben' Befehl empfangen wird. Der Wortwähler 122 empfängt d vom Drehglied 112 und erzeugt ein solches 'Einschreiben' Signal, wenn d und sein Vorläufer α _Λ

η η-1

entgegengesetzte Vorzeichen haben, wodurch angezeigt wird, daß die von ihnen bestimmte Linie die Überstreichungs- bzw. Abtastlinie kreuzt. Wenn d gleich Null ist, wird angezeigt, daß ein Punkt auf der überstreichungs- bzw. Abtastlinie liegt.

Es ist klar, daß diese Funktionen von einem Register durchgeführt werden können, das dem Register 54 aus Figur 4 ähnelt und in das aufeinanderfolgende Werte von d geschoben werden. Ein Komparator, dessen Eingänge mit den Vorzeichenbits von d und d „ verbunden sind, gibt ein Signal, wenn die Vorzeichen unterschiedlich sind. Ein Nullwert von d kann durch gemeinsames Anschalten (buffing together) aller numerischen Bitausgänge an einen Inverter identifiziert werden. Hierbei handelt es sich um eine völlig übliche Logik, die deshalb nicht detailliert dargestellt ist.

Da das Datenwort beide links- und rechtsseitigen Reflexions- oder Emissionskode trägt, muß bestimmt werden, welcher Kode zu benutzen ist; das heißt die Richtung, in der die Linie von dem n-1 Punkt zum η Punkt die überstreichungs- bzw. Abtastlinie kreuzt. Dies wird' durch das Vorzeichen des vom Drehglied 112 erzeugten d angezeigt. Der Kodewähler 124 empfängt d vom Drehglied 112 und wählt den passenden Kode aus den zwei Auslesewerten des Sektorspeichers 1o8 aus. Die Verzögerungsglxeder 126 und 128 sind so gewählt, daß das KODE Signal und der 'Einschreiben' Befehl zu den richtigen Zeiten am Abtastspeicher 12o ankommen.

Wenn die Eingangsinformationen empfangende Hälfte des Abtastspeichers 12o (die andere Hälfte wird während dieser Zeit ausgelesen) gefüllt ist, enthält sie ein vollständiges Überstreichungsbzw. Abtastprofil, das in Figur 7 dargestellt ist und jedoch zusätzliche Information enthält, die nur an diesem Abschnitt der Beschreibung verständlich ist. Der Sicht- bzw. Standpunkt 6 sowie dessen Grundposition 7 und die tatsächliche Geländehöhe bei 1o über 7 haben dieselbe Bedeutung wie bei Figur 1. Jedoch ist Figur 7 eine Darstellung einer einzelnen Überstreichungs- bzw. Abtastebene für einen einzelnen Wert von Θ. Die Bohrungs- bzw. Normal-

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" ¹⁶ " 2637547

sieht durch den Sichtpunkt 6 ist durch die Linie 13o wiedergegeben und verläuft bei dieser speziellen Ausführungsform horizontal. Die oberen und unteren Grenzen des Sichtfeldes (FOV) sind durch + und angegeben. Die Höhe h des Sichtpunkts 6 über seiner Grundposition 7 und die Höhe h-Z über dem Terrain bzw. Gelände bei

sind zum Erleichtern des Verständnisses dargestellt. Die Gattungsbezeichnung wird für das Profil 8 benutzt, und die Überstreichungsbzw. Abtastlinie wird mit 4 bezeichnet, da sie nur eine von einer unbegrenzten Anzahl von Positionen der überstreichungs- bzw. Abtastlinie repräsentiert. Gewisse Terrainpunkte sind mit geraden Zahlen von 132 bis 138 beziffert, um eine bequeme Bezugnahme beim Erläutern der von der Vorrichtung aus Figur 8 durchgeführten Betriebsvorgänge zu ermöglichen. Der Abtastspeicher 12o ist wiederum in Figur 8 dargestellt, da die beim Auslesen der zuvor gefüllten Hälfte auftretenden Funktionen beschrieben werden. Ein Bereichsbzw. Entfernungszähler 14o zählt zunehmende Bereichs- bzw. Entfernungseinheiten, die Speichersteilen im Äbtastspeicher 12o adressieren bzw. ansprechen. Immer wenn der adressierte Bereich Daten enthält, werden der oder die Kode und der Wert von Z zusammen mit der Bereichs- bzw. Entfernungszählung vom Zähler 14o in den Stapelspeicher (stack memory) 142 eingeschrieben, der ein Ping-Pon.j-Zweifachspeicher ist, dessen andere Hälfte gerade ausgelesen wird, wenn ein Auffüllen der gerade betrachteten Hälfte erfolgt. Bei der beschriebenen Ausführungsform hat der Abtastspeicher 12o eine Kapazität von 512 Worten in jeder Hälfte. Sein gesamter Inhalt muß in einer Überstreichungs- bzw. Abtastperiode ausgelesen werden, so daß das Zählen mit 125 Nanosekunden pro Zählung erfolgt. Da es vorkommen kann, daß mehr als ein Punkt im Überstreichungs- bzw. Abtastprofil mit einem gegebenen Bereich bzw. einer gegebenen Entfernung zusammenfällt, ist im Abtastspeicher eine überschüssige Kapazität vorgesehen, um bis zu fünf verschiedene Kode zu speichern. (Eine mehrfache Z Speicherung ist nicht erforderlich, da ein vorgegebener Bereichs- bzw. Entfernungspunkt nur eine Höhe haben kann, obwohl er die Schnittstelle verschiedener unterschiedlich reflektierender oder strahlender Oberflächen repräsentiert.) Wenn eine Vielzahl von Kode an einem Punkt erscheint, wird eine Majoritätsbewertung benutzt; wenn keine

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Majorität vorliegt/ wird der vorherige Kode beibehalten. Die gesamte an einer gegebenen Bereichs- bzw. Entfernungsadresse im Abtastspeicher I2o gespeicherte Information wird in den Stapelspeicher 142 eingelesen.

Trotz der Kapazität von 512 Worten pro Hälfte des Abtastspeichers 12o hat jede Hälfte des Stapelspeichers 142 eine Kapazität von nur 64 Worten. Dies ist möglich, da es bei Verwendung von integrierten Speichern wirtschaftlich ist, die Daten im Abtastspeicher 12o durch Verwenden der Bereichs- bzw. Entfernungszählung als Adresse zu ordnen, obwohl dieses Vorgehen bezüglich der Speicherkapazität verschwenderisch ist, da die meisten dieser Adreßspeicherstellen bei irgendeiner tatsächlichen Geländesimulation ungefüllt bzw. unbesetzt sind. Aber wenn die Daten von dem Abtastspeicher 12o ausgelesen werden, sind sie schon geordnet; und es ist deshalb möglich, die Worte im Speicher 142 aufeinanderfolgend anzuordnen, da es bekannt ist, daß an einem Bereich zwischen zwei schon eingeschriebenen Bereichen bzw. Entfernungen kein nachfolgendes Wort erscheint.

Wenn die Hälfte des Stapelspeichers 142 alle Daten in einer Hälfte des Abtastspeichers 12o empfangen hat, wird sie mit einem Wort pro Mikrosekunde ausgelesen. Ein Subtrahierer 144 subtrahiert das gegebene Z von h. Die Differenz wird einem Teiler 146 zugeführt, der R vom Stapelspeicher 142 empfängt und durch die Differenz teilt. Das Ergebnis ist tan 0 für die Linie 4 zu einem gegebenen Punkt n, der in Figur 7 der Punkt 134 ist. Beim nächsten Vorgang wird tan 0 für die sich durch den Punkt 136 erstreckende Linie 4 berechnet. Tan 0 hat zwei Bedeutungen. Wenn dieser Wert tan 0_FOV (positiv oder negativ) absolut übersteigt, wird hierdurch angezeigt, daß der berechnete Punkt außerhalb des Sichtfeldes liegt. Und wenn der Wert kleiner (das heißt größer im Absolutwert, jedoch negativ, da eine nach unten gerichtete Messung von 0 als im Vorzeichen negativ betrachtet wird) als ein vorhergehender Wert von tan 0 ist, wird hierdurch angezeigt, daß der berechnete Wert unterhalb der Sichtlinie eines früheren bzw. vorherigen Punktes liegt, der sich bei einer kleineren Entfernung von 7 befindet. Dieser Punkt wird deshalb von dem vorhergehenden Punkt verdeckt.

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Tan 0 wird deshalb vom Teiler 146 einem Komparator 148 und einem Maximumregister 15o zugeführt. Das letztere hält einen zuvor gespeicherten Wert, bis es als Eingangsinformation einen noch größeren Wert empfängt, um dann diesen neuen Wert zu speichern. (Die Technik des Speicherns eines Extremwertes ist durch die Glieder 68,, 84, 86 und 88 aus Figur 4 veranschaulicht.) Der vom Register 15o gespeicherte Wert ist somit der algebraisch größte aller zuvor empfangenen Werte. Da der in Abwärtsrichtung gemessene Winkel 0 als negativ betrachtet wird, handelt es sich tatsächlich um den kleinsten absoluten Wert. Das Register 152 leitet den Tangens (positiv und negativ) von 0_„, zum Komparator 148,

r UV

der mehrere Vergleiche von tan 0 durchführt. Wenn im absoluten Wert eine Überschreitung von 0p_OV vorliegt, werden keine Ausgangsinformation zur Kodeanpassung 154 und kein Eintrittssignal zum Pufferspeicher 156 geleitet. Wenn tan 0 algebraisch kleiner als der in 15o gespeicherte tan 0 ist, ist der Punkt, obwohl er im

max

Sichtfeld liegt, durch einen vorhergehenden Punkt abgeblockt bzw. verdeckt, und seine Daten werden nicht in den Pufferspeicher eingeführt. Wenn er jedoch im Sichtfeld liegt und nicht abgeblockt ist, werden sein Kode und sein Wert von tan 0 in den Pufferspeicher 156 eingelesen.

Der Kodewähler 158 empfängt den oder die aus dem Stapelspeicher 142 ausgelesenen Kode, und wenn mehr als ein Kode bei einer gegebenen Bereichs- bzw. Entfernungsadresse gespeichert ist, wird der Majoritätskode ausgewählt; oder wenn keine Majorität vorliegt, wird der vorherige Kode beibehalten. Der Kodewähler 158 leitet den ausgewählten Kode zur Kodeanpassung 154. Es ist festzustellen, daß der Kodewähler 158 so angeordnet ist, daß er alle vom Stapelspeicher 142 ausgelesenen Kode empfängt, und zwar unabhängig davon, ob diese einen Teil eines Wortes bilden, das die Vergleich^stests des Komparators 148 durchläuft. Der Kodewähler 158 kann somit den dem Punkt 138 zugeordneten Kode liefern, obwohl dieser Punkt selbst nicht sichtbar ist und im Vergleichstest herausfällt.

Im Pufferspeicher 156 sind somit am Ende eines Zyklus der beschriebenen Vorgänge in der Reihenfolge zunehmender Bereichsbzw. 'Entfernungswerte, entsprechend den algebraisch zunehmenden

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Werten von tan 0, die ausgewählten Kode gespeichert, die in die Anzeige bzw. das Sichtgerät bei jedem Wert von tan 0 einzuführen sind, der den Test durch den Komparator 148 überstanden bzw. positiv durchlaufen hat - das heißt, der einem sichtbaren und im Sichtfeld liegenden Punkt entspricht. Der Pufferspeicher 156 wird nunmehr umgeschaltet; die während des Zyklus eingeschriebene Hälfte wird zum Auslesen umgeschaltet, und die andere Hälfte wird zum Einschreiben während des nächsten Zyklus umgeschaltet.

Der tan 0 Zähler 16o ist der Grundzeitgeber des Anzeigesystems. Er beginnt bei minus tan 0_FOV und veranlaßt den Komparator 162 zum Leiten eines 'Lesen' Befehls zum Pufferspeicher 156, der den Tangens des ersten Wortes im Sichtfeld (134 in Figur 7) und den Kode des vorhergehenden Punktes ausliest und zum Konverter 164 leitet. Für eine Schwarz-Weiß-Anzeige ist der Konverter 164 ein einfacher Digital/Analog-Umsetzer, der eine passende Strahlintensität in der Kathodenstrahlröhre der Anzeige bzw. des Sichtgerätes erzeugt; bei einer Farbanzeige muß er jedoch beispielsweise drei verschiedene Steuersignale zum Steuern der Strahlströme von drei verschiedenen Farbstrahlsystemen erzeugen können. Dies gehört jedoch zum Stand der Technik. Der vom Pufferspeicher 156 ausgelesene Wert von tan 0 gelangt zum Komparator 162, der ihn speichert und mit aufeinanderfolgenden Zählungen vom tan 0 Zähler 16o vergleicht. Wenn ein Zählwert vom Zähler 16o dem gespeicherten Wert entspricht, sendet der Komparator 162 einen anderen 'Lesen' Befehl zum Pufferspeicher 156, der den nächsten Wert von tan 0 zum Komparator 162 ausliest, der diesen Wert anstelle des vorherigen Wertes speichert. Gleichzeitig liest der Pufferspeicher den Kode des vorhergehenden Punktes aus, und dieser Kode wird vom Konverter 164 empfangen und wie sein Vorläufer behandelt. In der Zwischenzeit wurden die aufeinanderfolgenden Ausgangssignale des tan 0 Zählers 16o vom Digital/Analog-Konverter 166 empfangen, um ein Vertikalablenksignal für die Anzeige bzw. das Sichtgerät 22 aus Figur 2 zu erzeugen. Somit erfolgt längs der sich fortsetzenden vertikalen Abtastung eine 'Färbung' entsprechend der durch aufeinanderfolgende Kode bestimmten Farbe und Helligkeit, bis eine Änderung durch Eintreffen an einem neuen Datenpunkt erfolgt. Am Ende des Zyklus, wenn der tan 0 Zähler 16o die obere Grenze des

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Sichtfeldes erreicht, werden die zwei Hälften des Pufferspeichers 156 umgeschaltet, und der tan θ Generator 168 wird gestoppt, um den nächsten Viert des Tangens des Abtastwinkels zu zählen. Diese Ausgangsinformation wird durch den Digital/Analog-Konverter 17o umgesetzt, um das Horizontalablenkungssignal für die Kathodenstrahlröhre der Anzeige bzw. des Sichtgerätes 22 zu bilden.

Die beschriebene Ausfuhrungsform beinhaltet keine Vorkehrung für eine von der Horizontalen abweichende Bohrungs- bzw. Normalsicht oder für ein Rollen bzw. Schlingern. Ein mittelmäßiges Rollen kann durch ein physikalisches bzw. körperliches Rollen oder Schlingern des Ablenksystems der Anzeige angepaßt werden. Mittels einer zweiten Ausführungsform ist jedoch auch eine Anpassung bezüglich eines Rollens, Stampfens und Gierens möglich.

Gemäß der aerodynamischen flugtechnischen Standardbezeichnung sind X die Rollachse, Y die Stampfachse und Z die Gierachse. Winkelrotationen um diese Achsen (positiv im Gegenuhrzeigersinn bei einer Betrachtung vom positiven Ende der Achse) werden mit γ für die Gierung, θ für das Stampfen und 0 für das Rollen bezeichnet. Die normalen Euler-Gleichungen für die kartesischen Koordinaten eines Körpers nach Rotationen in der angegebenen Reihenfolge ergeben sich aus der naciifolgenden Tabelle.

Tabelle

Der Index B bezeichnet die gedrehten Koordinaten. X_B -M₁₁X + M₁₂Y +M₁₃Z
Y_B = M₂₁X + M₂₂Y + M₂₃Z
Z_B = M₃₁X + M₃₂Y + M₃₃Z

Hierin bedeuten: M₁₁ = Cos θ Cos")¹' , M₁₂ = Cos θ Sin^ , M₁₃ = - Sin θ, M₂₁ = Cos)" Sin. θ Sin 0 - Sin Y Cos 0, M₃₃ = Cos Y Cos 0 + Sin T Sin θ Sin 0, M₃₃ = Cos θ Sin 0, M₃₁ = Cos Y Sin θ Cos 0 + Sin Y Sin 0, M₃₂ = Sin T Sin θ Co., 0 - Cos Y Sin 0, M₃₃ = Cos θ Cos 0.

Es ist festzustellen, daß die in der Tabelle und in der nachfolgenden Beschreibung der zweiten Ausführungsform benutzten Symbole bedeutungsmäßig nicht mit denjenigen übereinstimmen, die in der Beschreibung der vorhergehenden ersten Ausführungsform ver-

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wendet wurden. Es dürfte an dieser Stelle zweckmäßig sein, die normale aerodynamische flugtechnische Bezeichnung anzuwenden, obwohl gewisse Symbole bereits zuvor mit unterschiedlichen Bedeutungen benutzt wurden. Die bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform verwendeten Größen haben wenige exakte Äquivalente bei der vorliegenden Ausführungsform, so daß nicht viel bei dem Versuch gewonnen würde, einen Zusammenhang in den zwei Beschreibungen aufrechtzuerhalten; ein solcher Versuch würde lediglich dazu führen, daß mehrere bequeme und vertraute Symbole nicht mehr verwendbar waren und daß andere ausgefallenere und deshalb weniger wünschenswerte Symbole benutzt werden müßten.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten dadurch, daß die gesamte Ortsdatenbasis durch Verwirklichen der vollständigen Euler-Gleichungen gedreht wird. Mathematisch kann man entweder den Betrachter drehen (was tatsächlich geschieht), oder es kann die zu betrachtende Szene bzw. das entsprechende Gebiet gedreht werden. Die Ergebnisse sind physikalisch gleich, aber zur Verwirklichung dieses Systems ist die Drehung der Datenbasis bevorzugt, da dann das Sichtfenster und die Abtastmuster bzw. -Schemen konstant bleiben.

Der allgemeine Aufbau der zweiten Ausführungsform ist in Figur 9 dargestellt. (Zur leichten Identifizierung von Bezugszeichen, die zur zweiten Ausführungsform gehören, sind diese größer als 2oo gewählt.) Die Ortsdatenbasis 2o2 hat einen Dateninhalt ähnlich demjenigen der Ortsdatenbasis 32 aus Figur 2, aber die Z-Achsenkoordinaten müssen ständig auf einen Standardbezug, wie das Meeresniveau, bezogen werden. (Bei der ersten Ausführungsform kann die Höhe Z eines Objekts als Höhe über dem Boden bzw. Terrain definiert werden.)

Die Datenbasis 2o2 bzw. der Datenvorrat wird in die Translations-: und Rotationseinheit 2o4 eingelesen, wo X und Y eines jeden Datenbasisworts zur Flugzeugposition parallel verschoben bzw. umgesetzt werden. Die Datenbasis wird dann durch die vollständigen Euler-Winkelgleichungen zur Bohrungs- bzw. Normalsicht gedreht. Dies erfordert neun Multiplikationen der X, Y und Z Werte eines je-' den Datenbasisworts durch die Rxchtungsfunktionen (Richtungskosinus) · Der Digitalrechner 2o6 liefert die X und Y Flugzeugkoor-

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dinaten für die Translation bzw. Parallelverschiebung und die neun Euler-Winkelrichtungsfunktionen (in der Tabelle angegeben) für die Rotation bzw. Drehung an die Einheit 2o4. Die Berechnungsvorgänge der Einheit 2o4 sind nur mit normalen Additionen und Multiplikationen verbunden; doch müssen diese Vorgänge parallel und geordnet erfolgen, so daß ein Datenbasiswort einmal pro Mikrosekunde einer Translation und Rotation unterworfen wird.

DLe Ausgangsinformation der Einheit 2o4 wird dann durch die Einheit 2o8, die die FOV bzw. Sichtfeldtrennung betrifft, getrennt bzw. gesichtet. Die Verwirklichung der Einheiten 2o4 und 2o8 ist ähnlich derjenigen gemäß Figur 3, außer daß das Drehglied 44 Z enthält. Der Rechner 2o6 liefert an die Einheit 2o8 die Sichtfeldparameter; die Worte werden überprüft, und wenn sie in das Sichtfeld fallen, werden die gedrehten Koordinaten (Χ_Ώ, Y_n, Z_ß) und die Kode in den FOV-Speicher 21o eingeschrieben.

Die Betriebsvorgänge vom FOV-Speicher 21o zur CRT-Anzeige bzw. zum entsprechenden Sichtgerät 222 ähneln denjenigen, die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden. Figur 9 ist entsprechend gestaltet, um einen typischen Datenfluß aufzuzeigen. Wenn angenommen wird, daß die erwünschte Anzeigengeschwindigkeit 3o Rahmen pro Sekunde mit 525 Überstreichungen bzw. Rastern pro Rahmen beträgt, führt dieses zu 64 Mikrosekunden pro ÜberStreichung bzw. Abtastung. Die Ortsdatenbasis 2o2 wird einmal pro Rahmen gelesen und mit einem Wort pro Mikrosekunde verarbeitet. Der FOV-Speicher 21o wird einmal pro Sektor gelesen , und es sind zehn Sektoren pro Rahmen vorhanden. Der Sektorspeicher 214 muß während jeder ÜberStreichungs- bzw. Abtastungsperiode ausgelesen und verarbeitet werden.

Figur 1o zeigt Details bezüglich der Arbeitsweise der Schnittstellenzentraleinheit 216 aus Figur 9. Zum einfacheren Verständnis ist der Sektorspeicher 214 in dieser Figur nochmals dargestellt. Er wird in Form von Inkrementen - das heißt den Inkrementen von den vorhergehenden Wortdaten - ausgelesen. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Daten in Inkrementform an einem vorherigen Punkt in uer Anlagekette angelegt werden-so weit zurück wie die Datenbasis 2o2 - oder daß am Ausgang des Sektorspeichers 214 ein Differenznehmer vorgesehen wird; die vorherige Maßnahme

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ist bevorzugt und in der Technik vollständig üblich. Das Drehglied 224 nimmt die Ausgangsgrößen bzw. -signale des Sektorspeichers 214 in Inkrementform auf und empfängt vom Rechner 2o6 aus Figur 9 sin IjJ und cos IjJ für die bestimmte Überstreichung bzw. Abtastung. Es berechnet dann neue Werte für die X und Y Inkremente durch die Gleichungen:
X¹ = AX cos ψ₃ + ΔΥ sin ψ_Β und Y¹ = - AX sin ψ₃ +ydY cos ψ₃· Mittels dieser Operationen wird die Datenbasis zu den überstreichungs- bzw. Abtastkoordinaten gedreht. Die Inkrementergebnisse werden einer Wortwxederherstellungseinheit 228 zugeführt, die das Wort in nicht inkrementeller Form rekonstruiert. Die Ausgangsgrössen sind in Form der Koordinaten für die aufeinanderfolgenden Linienendpunkte. Der KODE, der eine Information bezüglich der Reflexionsoder Emissionseigenschaften der durch die Linie begrenzten Ebenen ergibt, wird ungeändert durchgeführt. Die Ausgangssignale von der Wortwiederherstellungseinheit 228 werden zum Pufferspeicher 23o geleitet, der im Ping-Pong- bzw. Umschaltbetrieb arbeitet und von dem die Signale zum Interpolator 232 gelangen. Die Funktion des Pufferspeichers 23o besteht darin, die Berechnungen, die mit 1o Worten /μ sec durchzuführen sind, von denjenigen Berechnungen zu trennen, die mit einem Wort/p see durchgeführt werden können. Dieses Zeitverhalten ist in Figur 1o dargestellt. Der Interpolator 232 berechnet den Bereich bzw. die Entfernung R und die Z Koordinate der Schnittstelle einer jeden Linie mit der Überstreichungs- bzw. Abtastebene nach folgenden Gleichungen:

R = Y" + X' und Z = Z' + X¹., ¹ ' ΛΧ¹ ' ^Ί Δ Χ'

Die Ausgangsinformation des Interpolators 232 wird in einen Ordnungsspeicher 24o einge'lesen, wobei die Entfernung als Adresse benutzt wird; die KODE-Ausgangsinformation des Pufferspeichers wird durch ein Verzögerungsglied 236 verzögert, so daß sie gleichzeitig mit den Daten vom Interpolator 232 in den Ordnungsspeicher 24o eingelesen wird. Der Bereichs- bzw. Entfernungszähler 238 führt dazu, daß die entfernungsadressierten Daten in der Reihenfolge zunehmender Entfernungen hintereinander in den Stapelspeicher 242 gelesen werden, von dem ein Einlesen in den Abtastspeicher 218 erfolgt (der aus Klarheitsgründen erneut dargestellt ist).

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Die Betriebsweise äer überstreichungs- bzw. Abtastzentraleinheit 22o aus Figur 9 ist im wesentlichen durch Figur 8 der ersten Ausführungsform offenbart. Die nach der Entfernung geordneten kodierten Daten können zur Darstellung im Rahmen einer gegebenen ÜberStreichung bzw. Abtastung aus dem Abtastspeicher 218 entnommen werden. Die Grenzparameter werden vom Rechner 2o6 aus Figur 9 zugeführt, wie es auch für die Überstreichungs- bzw. Abtastparameter zutrifft, wobei der dem Azimutwinkel θ von Figur 8 entsprechende Winkel ψ auf der Anzeige 222 derselbe ist wie derjenige auf der Anzeige 22: Die Horizontalablenkung ist proportional zum Tangens des Azimutwinkels, und die Vertikalablenkung ist proportional zum Tangens des vertikalen Sichtwinkels.

Das beschriebene Darstellungsmuster bzw. -schema ist das wirtschaftlichste bezüglich der vorliegenden Erfindung. Wenn jedoch die Erfindung in Verbindung mit einem größeren System angewendet werden soll, bei dem ein anderer Darstellungstyp, wie ein herkömmliches Fernsehraster, üblich ist, kann ein Abtastungskonverter benutzt werden, um das Schema bzw. Muster mit einer bezüglich der Entfernung zunehmenden vertikalen Abtastung in das andere Schema oder Muster umzusetzen. Während dieses zwar einen gewissen zusätzlichen Aufwand erforderlich macht, kann hierdurch die Einfachheit und Wirtschaftlichkeit der vorliegenden Erfindung beibehalten werden. Jedoch wird in einem solchen Fall die Bildgestaltungsfunktion bezüglich der Erzeugung eines Sichtbarkeitsmaßes an jedem Punkt, der durch eine gegebene Vertikal- und eine gegebene Horizontalablenkung bestimmt wird, in dem Abtastkonverter durchgeführt. Wenn der Abtastkonverter nicht benutzt wird, ist das Sichtbarkeitsmaß das in den Anzeigemitteln erzeugte sichtbare Signal; wenn jedoch ein Abtastkonverter benutzt wird, ist das Sichtbarkeitsmaß das im Abtastkonverter gespeicherte Intensitätssignal. Um die vorliegende Erfindung allgemein zu umreißen, müssen die Anzeigemittel allgemeiner als Bildformationsmittel definiert werden.

Im Anspruch 1 sind die allgemein als 'Mittel¹ bezeichneten Elemente mit den nachfolgenden Hinweiszahlen der ersten Ausführungsform versehen und mit entsprechend angegebenen Gliedern übereinstimmend:

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a) Drehglied 112 aus Figur 6; b) Interpolator 116 aus Figur 6; c) Teiler 146 und Register 15o aus Figur 8; d) Komparator 148 aus Figur 8; e) Kodeanpassung 154 und Pufferspeicher 156; f) Anzeige bzw. Sichtgerät 22 aus Figur 8 - Die beschriebenen Eigenschaften sind diejenigen bekannter Kathodenstrahlsichtgeräte, und der Grund für die obige verallgemeinerte Terminologie liegt in der möglichen Verwendung eines Abtastkonverters, dessen Eingangsseite dieselben bekannten Eigenschaften hat; g)1) Glieder 168 und 17o aus Figur 8; g)2) Glieder 16o und 166 aus Figur 8; g)3) Glied 164 aus Figur 8 für die Dekodierungsfunktion und Glied 162 für das Zeitverhalten. Bei dem Ausdruck 'optische Eigenschaften¹ handelt es sich um einen Gattungsbegriff für die verschiedenen Charakteristiken, die bei der praktischen Durchführung der Erfindung angewendet werden können. Beispielsweise ist bei einer Schwarz-Weiß-Nachbildung bzw. Simulation nur die Helligkeit von Interesse; bei einer aufwendigeren Farbsimulation können die Helligkeit und der Farbphasenwinkel oder die Helligkeit einer jeden von drei oder mehreren Farbkomponenten für die Simulation eines Infrarotbildes gespeichert werden, wie es mittels einer Bildkonverterröhre erzielt werden kann.

- Ansprüche -

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Claims

Ansprüche J Simulator zum Erzeugen eines von einem erhöhten Sicht- bzw. Standpunkt betrachteten visuellen Bildes eines Terrains, das durch einen Speicher beschrieben wird, welcher die dreidimensionalen Koordinaten der Endpunkte von Terrainlinien, die die Grenzen zwischen die Geländeflächen approximierenden Geländeebenen bestimmen,und kodierte Beschreibungen der optischen Eigenschaften der Oberflächen aufweist, gekennzeichnet durch a) Mittel (112) zum Bestimmen einer Reihe von Überstreichungsbzw. Abtastvorgängen jeweils in einer vertikalen Überstreichungs- bzw. Abtastebene, die den erhöhten Stand- bzw. Sichtpunkt (6) und dessen Grundposition (7) enthält, wobei diese Vorgänge bei aufeinanderfolgenden sowie in einer Grundebene gemessenen Abtastwinkeln (Θ) erfolgen und wobei sich * die Gesamtheit solcher Abtastungen über den zu simulierenden Teil des Terrains erstreckt; b) durch Mittel (116) zum Berechnen der Koordinaten der Schnittstelle einer jeden Terrainlinie mit jeder von ihr geschnittenen Überstreichungs- bzw. Abtastebene; c) durch Mittel (146, 15o) zum Berechnen des Tangens des Winkels (0) zwischen einer sich von dem Stand- bzw. Sichtpunkt (6) in der Überstreichungs- bzw. Abtastebene erstreckenden Referenzlinie und einer Sichtlinie von dem Sichtpunkt zu jeder Schnittstelle; d) durch Mittel (148). zum Vergleichen des Tangenswertes einer jeden Schnittstelle mit den Tangenswerten der Schnittstellen, die in der Überstreichungs- bzw. Abtastebene liegen und bezüglich einer von der Grundposition des Betrachtungspunktes ausgehenden Messung bereichs- bzw. entfernungsmäßig vorhergehen, und zum Erzeugen, in entsprechender Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches, eines Ausgangssignals, welches anzeigt, daß die Sichtlinie zu der Schnittstelle über der Sichtlinie zu irgendeiner vorherigen Schnittstelle liegt und daß somit die Schnittstelle von dem Sichtpunkt (6) aus sichtbar ist; 709808/1096 e) durch auf das Ausgangssignal der Vergleichsmittel (148) ansprechende Mittel (154, 156) zum Speichern der Koordinaten einer jeden sichtbaren Schnittstelle und der kodierten optischen Eigenschaften der hierdurch begrenzten Terrainebenen ; f) durch Bildformationsmittel (22), die durch ein Vertikalablenksignal vertikal abgelenkt und durch ein Horizontalablenksignal horizontal abgelenkt werden können, um an irgendeinem Punkt, zu dem auf diese Weise eine Ablenkung erfolgt, ein Sichtbarkeitsmaß zu erzeugen, dessen Intensität durch ein Intensitätssignal steuerbar ist; g) durch Mittel (168, 17o; 16o, 166; 164) zum Aufnehmen der für die Darstellung gespeicherten Daten und in Abhängigkeit hiervon zum Anlegen folgender Signale an die Bildformationsmittel (22), nämlich

1) eines zum Tangens des Äbtastwinkels (Θ) proportionalen Horizontalablenkungssignals,

2) eines Vertikalablenkungssignals, das sich während des Auftretens eines gegebenen Horizontalablenkungssignals kontinuierlich zwischen einem Minimum- und einem Maximumwert ändert, und

3) eines Intensitätssignals, das durch Dekodieren der für die Anzeige gespeicherten kodierten optischen Eigenschaften erzeugt wird, wobei dieses Intensitätssignal während der Zeit angelegt wird, wenn das Vertikalablenkungssignal zwischen Werten proportional zum Tangens für eine erste sichtbare Schnittstelle und zum Tangens für die nächste sichtbare Schnittstelle liegt, wobei diese Schnittstellen die Terrainebene mit den kodierten optischen Eigenschaften begrenzen,und wenn das Horizontal-

. ablenkungssignal einen Wert hat, der proportional zum Tangens des Abtastungswinkels der Überstreichungs- bzw. Abtastebene ist, in der sich die Schnittstellen befinden.

2. Simulator zum Erzeugen eines von einem erhöhten Sicht- bzw. Standpunkt betrachteten visuellen Bildes eines Terrains, das durch einen Speicher beschrieben wird, welcher die dreidimen-

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sionalen Koordinaten der Endpunkte von Terrainlinien, die die Grenzen zwischen die Geländeflächen approximierenden Geländeebenen bestimmen, und kodierte Beschreibung der optischen Eigenschaften der Oberfläche aufweist, gekennzeichnet durch

a) Mittel zum Berechnen und Speichern für jede Ebene in einer Vielzahl von Vertikalebenen, die sich unter verschiedenen Azimutwinkeln durch die Grundposition des Sicht- bzw. Standpunkts erstrecken, der Koordinaten der von dem Standpunkt aus sichtbaren Schnittstellen der Terrainlinien mit der Ebene und der kodierten Beschreibungen der optischen Eigenschaften der von den Schnittstellen begrenzten Oberflächen, und

b) durch Mittel zum Aufnehmen der und Ansprechen auf die gespeicherten Daten, um in einer Vielzahl von vertikalen Linien, die jeweils einen zum Tangens des Azimutwinkels einer vertikalen Ebene proportionalen Horizontalabstand haben, sichtbare Spuren, die repräsentativ für die kodierten optischen und durch die zwei angrenzenden Schnittstellen in der Ebene begrenzten Charakteristiken sind, über eine vertikale Distanz in der Linie darzustellen, deren Endpunkte proportional zum Tangens des Winkels zwischen einer Linie von dem Sichtpunkt zu den Schnittstellen und einer horizontalen Linie vertikal verlagert sind.

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