DE69008304T2

DE69008304T2 - Ortungssystem für einen beweglichen Körper.

Info

Publication number: DE69008304T2
Application number: DE69008304T
Authority: DE
Inventors: Gilles Grenier; Denis Guyot
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2010-10-23
Also published as: EP0425355A1; ES2053146T3; DK0425355T3; DE69008304D1; EP0425355B1; US5081345A; FR2653562A1; JPH03165282A; FR2653562B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System für die Bahnverfolgung eines bewegten Körpers. Obwohl nicht ausschließlich, ist sie doch ganz besonders für die Bahnverfolgung und Lenkung von Fernlenkgeschossen, z.B. solchen gegen Panzer, geeignet.
Durch das Patent EP-A-0206912 kennt man bereits ein System für die Bahnverfolgung eines bewegten Körpers im Verhältnis zu einer Achse, mit einem ortsfesten optischen Sensor, der mit einem optischen Sender kooperiert, der am genannten bewegten Körper befestigt ist. Dieses System zeichnet sich dadurch aus:
- daß der genannte optische Sensor einerseits eine fixe Matrix aus lichtempfindlichen Ladungstransferelementen besitzt (CCD-Matrix o.ä.), deren Ebene sich in deutlich rechtem Winkel zur genannten Achse befindet und der an eine Optik angeschlossen ist, die geeignet ist, auf der genannten Matrix ein Bild der Umgebung der genannten Achse abzubilden, auf der sich der genannte bewegte Körper fortbewegen wird, und andererseits elektronische Steuereinrichtungen für die genannten lichtempfindlichen Elemente besitzt;
- daß der optische Sender Blinksignale aussendet; und
- daß Synchronisationsmittel vorgesehen sind, damit die genannten elektronischen Steuereinrichtungen Steuerimpulse aussenden, die mit den genannten Blinksignalen synchronisiert sind und eine Bildaufnahme auslösen.
Auf diese Weise wird die Position des bewegten Körpers im Verhältnis zur genannten Achse dank eines derartigen Systems durch die Position des oder der lichtempfindlichen Elemente der Matrix, die durch das Bild der Blinksignale angeregt werden, im Verhältnis zur genannten Achse angegeben.
Anzumerken ist, daß der optische Sender, der Blinksignale abgibt und mit dem bewegten Körper verbunden ist, eine Leuchtbake sein kann, die der bewegte Körper trägt, oder ein einfacher Spiegel, der Blinksignale auffängt, die von einer ortsfesten Leuchtbake ausgesendet werden und die genannten Blinksignale an den optischen Sensor reflektiert.
In diesem bekannten System kann man, da es sich bei der Betriebsart um einen Impulsbetrieb und nicht um einen Dauerbetrieb handelt, einen besonders hohen Störabstand erzielen. In der Tat ist es möglich, Bildaufnahmen herzustellen, deren Dauer mit derjenigen der Signale des optischen Senders übereinstimmt und die mit der Lichtaussendung frequenz- und phasensynchronisiert sind.
Auf diese Weise ermöglicht es die Synchronisation des Sensors und des Senders, den genannten Sensor mit einem Nutzsignalpegel zu betreiben, der in der Nähe des Maximalwertes der Leistung des Senders liegt.
Die Verbindung Sender-Sensor kann somit - bei geringer durchschnittlicher Leistung - mit einem hohen Störabstand arbeiten, was den Verbrauch und die Kosten für den Sender senkt.
Wie im vorgenannten Patent erläutert wird, kann die Synchronisierung zwischen Sensor und Sender durch eine ständige oder durch eine zeitweilige Verbindung hergestellt werden, wobei der genannte Sensor und der genannte Sender dann Einrichtungen (Zeitbasen) besitzen, um die genannte Synchronisation individuell aufrechtzuerhalten.
Im ersten Fall (ständige Verbindung) kann die Synchronisation anhand einer immateriellen oder einer materiellen Verbindung gewährleistet werden. Wenn die Verbindung immaterieller Art, vom drahtlosen Typ (Funkverbindung) ist, ist sie kostspielig, weil in den bewegten Körper geeignete Einrichtungen eingebaut werden müssen. Darüber hinaus ist eine derartige drahtlose Verbindung anfällig für Störungen (Jamming) und elektromagnetische Störungen, was ein schwerwiegender Nachteil ist, da dies zum Verlust des bewegten Körpers durch den optischen Sensor führen kann. Wenn die Verbindung materieller Art ist, muß sie einen hohen Durchlaßbereich besitzen, um eine hohe Synchronisationsfrequenz zu ermöglichen. Eine derartige materielle Verbindung kann somit nur aus einer Lichtleitfaser bestehen, wodurch das System teuer wird. In jedem Falle begrenzt eine materielle Verbindung den Aktionsradius des bewegten Körpers im Verhältnis zum optischen Sender.
Daher ist es oftmals von Vorteil und manchmal sogar zwingend geboten, die Synchronisation mit Hilfe von Zeitbasen herzustellen, die anhand einer zeitweiligen Verbindung - vor dem Abschuß des bewegten Körpers - synchronisiert werden, wobei eine der genannten Zeitbasen dem Sensor und die andere dem Sender zugeordnet ist.
Allerdings führen anfängliche Zeitberechnungsfehler und relative Verschiebungen der beiden Zeitbasen zu Verschiebungen der Integrationszeiten der CCD-Matrix im Verhältnis zu den Blinksignalen des Senders. Man ist dann gezwungen, die Integrationszeiten der CCD-Matrix zu verlängern, damit während der Flugzeit des Fernlenkgeschosses jedes Blinksignal stets im entsprechenden zeitlichen Integrationsintervall liegt. In diesem Falle ist aber der Störabstand weniger gut, und die Bilanz kann letztlich kaum besser sein, als im Falle eines Senders mit Dauerbetrieb.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen. Sie ermöglicht die zeitliche Verfolgung des bewegten Körpers in geschlossener Schleife, ohne daß zwischen dem bewegten Körper und dem Bahnverfolgungssystem irgendeine sonstige Verbindung hergestellt wird, als die für die Bahnverfolgung verwendete optische Verbindung. Dank dieser Erfindung ist es die CCD-Matrix selbst, die eine ständige Synchronisation Sendung/Integration ermöglicht.
Zu diesem Zweck besitzt das System laut Erfindung für die Bahnverfolgung eines bewegten Körpers im Verhältnis zu einer Achse:
- einen optischen Sender, der mit dem genannten bewegten Körper verbunden ist und Blinksignale aussendet, die von einer ersten Zeitbasis abhängig sind; und
- einen ortsfesten lichtempfindlichen Sensor, der an ein optisches System angeschlossen ist, das die Umgebung der genannten Achse ständig observiert, auf der sich der genannte bewegte Körper bewegen wird, wobei der genannte lichtempfindliche Sensor einen Matrixsensor mit Ladungs- und Rastertransfer besitzt, der durch elektronische Einrichtungen gesteuert wird, die an eine zweite Zeitbasis angeschlossen sind, und der genannte Matrixsensor eine lichtempfindliche Zone besitzt, auf der das genannte optische System das quasi punktuelle Bild der genannten Blinksignale abbilden kann, wobei die Abfolge der Integrationszeiten der Bilder in der genannten lichtempfindlichen Zone und der Transferzeiten der genannten Bilder aus dieser Zone heraus von einer zweiten Zeitbasis abhängig sind;
wobei die genannten ersten und zweiten Zeitbasen vor dem Abschuß des genannten bewegten Körpers zeitweilig synchronisiert werden, damit jedes der genannten Blinksignale in eine Bildintegrationszeit der genannten lichtemp-findlichen Zone fällt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer einer Integrationszeit der genannten lichtempfindlichen Zone zu gegebenen Zeitpunkten auf einen Wert reduziert wird, der höchstens der Dauer der genannten Blinksignale entspricht, so daß sich das entsprechende Blinksignal zumindest teilweise innerhalb der genannten reduzierten Integrationszeit ereignet und, daß die genannten elektronischen Einrichtungen dafür eingerichtet sind, zum einen die Berechnung der relativen Verschiebung der ersten und zweiten Zeitbasis anhand der Lichtspur, die vom genannten Blinksignal auf der genannten lichtempfindlichen Zone gebildet wird, vorzunehmen und andererseits, um die zweite Zeitbasis im Verhältnis zur ersten nach dem Ergebnis dieser berechneten Abweichung zu justieren.
Wie man sieht, nutzt die vorliegende Erfindung diejenige Eigenschaft der Bildintegrationszonen der CCD-Matrixsensoren mit Zeilenübertragung, daß sie während der Übertragungszeit bildempfindlich sind.
Vorzugsweise erfolgen die Reduzierung der Dauer einer Integrationszeit der genannten lichtempfindlichen Zone, die Berechnung der genannten relativen Zeitabweichung der genannten ersten und zweiten Zeitbasis und die Justierung der genannten zweiten Zeitbasis im Verhältnis zur ersten periodisch.
Diese verschiedenen Maßnahmen erfolgen sodann systematisch alle n Integrationszeiten, wobei die Zahl n z.B. 10 betragen kann.
Vorzugsweise berechnen die genannten elektronischen Einrichtungen die genannte relative Zeitverschiebung zwischen der genannten ersten und zweiten Zeitbasis anhand bes Ausdrucks:
Δ t = m / F
wobei m die Anzahl der Zeilen der genannten lichtempfindlichen Zone angibt, über die sich die genannte Lichtspur erstreckt und F die Frequenz für den Transfer der Zeilen in den genannten Matrixsensor.
Da man dank der Erfindung ständig eine Justierung der Integrationszeiten des Matrixsensor im Verhältnis zu den Blinksignalen erhält ist es möglich:
- die Anforderungen an die Vorabsynchronisation zu senken;
- die Sicherheitszeitmarge bei der Integration zu senken, was die Verbindungsbilanz verbessert und
- relative Zeitverschiebungen der Zeitbasen des Senders und des Sensors zu akzeptieren.
Die größte zeitliche Präzision wird mit punktuellen Lichtquellen erzielt, deren Aussendungsdauer in der gleichen Größenordnung wie beim Zeilentransfer liegt. Gegebenenfalls ist es möglich, die Dauer der Lichtaussendung für besondere Messungen alle n Raster absichtlich zu senken. Die Verbindungsbilanz ist identisch, in Anbetracht der Tatsache, daß sich die Lichtspur wegen der Transfers in diesem Falle nicht ausdehnt.
Bei einer vorteilhaften Verwirklichung des Systems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung liegen die Zeiten für die genannten Blinksignale zwischen 5 und 10 us, die Integrationszeiten der lichtempfindlichen Zone - sofern sie nicht unter die Zeiten für die genannten Blinksignale gesenkt werden - zwischen 10 und 20 us und die Transferzeiten, die den nicht reduzierten Integrationszeiten entsprechen, bei 10 us.
Die Abbildungen auf der beigefügten Zeichnung machen deutlich, wie die Erfindung verwirklicht werden kann. Auf diesen Abbildungen sind identische Elemente mit identischen Kennziffern bezeichnet.
Abbildung 1 ist eine schematische Darstellung, die das Bahnverfolgungssystem laut Erfindung veranschaulicht.
Abbildung 2 ist ein synoptisches Schema des Matrixsensors mit Ladungstransfer und Rastertransfer, der für das System in Abbildung 1 verwendet wird.
Die Abbildungen 4a bis 4d sind Zeitdiagramme, die den Synchronbetrieb des Systems aus Abbildung 1 veranschaulichen.
Die Abbildungen 5a bis 5c zeigen schematisch die Bildung eines punktuellen Bildes eines Blinksignals auf dem Matrixsensor.
Die Abbildungen 6a bis 6d und die Abbildungen 7a bis 7d sind zeitliche Darstellungen, die die reale Funktion des Systems gemäß Erfindung mit zwei unterschiedlichen Konfigurationen veranschaulichen.
Die Abbildungen 8 und 9 veranschaulichen den Zustand der lichtempfindlichen Zone des Matrixsensor mit den jeweiligen Konfigurationen der Abbildungen 6a bis 6d und 7a bis 7d.
Der Modus für die Verwirklichung eines Bahnverfolgungssystems gemäß Erfindung wird in Abbildung 1 gezeigt und dient dazu, ständig die Position eines Fernlenkgeschosses 1 im Verhältnis zu einer Achse OX zu bestimmen, bei der es sich zum Beispiel um die Visierlinie einer (nicht dargestellten) Panzerabwehrwaffe handelt, die mit der genannten Bahnverfolgungseinrichtung ausgerüstet ist.
Das Bahnverfolgungssystem besteht im wesentlichen aus einem ortsfest aufgestellten, z.B. im genannten Waffensystem eingebauten optischen Sensor 2 und einer Lichtimpulse aussendenden Leuchtbake 3, die sich auf dem genannten Fernlenkgeschoß befindet. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Leuchtbake 3 ortsfest aufgestellt sein könnte, z.B. im Sensor 2. In diesem Falle würde das Fernlenkgeschoß 1 einen Spiegel tragen, der die Blinksignale, die er von der genannten ortsfesten Leuchtbake erhält, zum Sensor 2 reflektieren würde. Der mit dem genannten Fernlenkgeschoß verbundene Sender würde dann aus dem genannten Spiegel bestehen.
Der ortsfeste Sensor 2 beinhaltet im wesentlichen einen Matrixsensor 4 mit lichtempfindlichen Elementen 5 vom Typ CCD mit Ladungstranster und Rastertransfer, ein optisches System 6 und elektronische Schaltkreise 7 für den Einsatz des Matrixsensors 4.
Im Matrixsensor 4 sind die lichtempfindlichen Elemente 5 koplanar in Zeilen und Spalten angeordnet, die jeweils parallel zu einer Achse OY und einer Achse OZ verlaufen. Der Punkt O ist z.B. das Zentrum des Matrixsensors 4 und der Achsen OX, OY und OZ, die ein System rechtwinkliger Achsen bilden, deren Achse OX rechtwinklig zur Ebene des Matrixsensors 4 angeordnet ist, während sich die Achsen OY und OZ koplanar zum genannten Matrixsensor verhalten.
Das optische System 6 ist geeignet, auf dem Matrixsensor 4 das Bild des Raumes um die Achse Ox abzubilden und namentlich das punktuelle Bild der Blinksignale 8, die von der Leuchtbake 3 ausgesendet werden.
Wie man nachstehend im Detail noch sehen wird, ermöglichen die elektronischen Schaltkreise die Ablesung der Ladungen, die von den lichtempfindlichen Elementen des Matrixsensors während der Integrationszeiten 9 bewirkt werden (siehe Abbildung 4), d.h. sie ermöglichen die Herstellung von aufeinanderfolgenden Bildaufnahmen des Raumes um die Achse Ox herum. Die Aussetzungsdauer des Matrixsensors 4, d.h. die Dauer der genannten Integrationszeiten 9 und der genannten Bildaufnahmen ist kurz und entspricht der Integrationszeit der Photonen auf den lichtempfindlichen Zonen der lichtempfindlichen Elemente 5. Gemäß Erfindung kann sie in der Größenordnung von 10 bis 20 Mikrosekunden liegen.
Die Leuchtbake 3 beinhaltet eine Lichtquelle mit Impulsbetrieb, die geeignet ist, Blinksignale 8 im sichtbaren Bereich oder im Infrarotbereich auszusenden. Diese Lichtquelle ist z.B. eine Xenonlampe mit einer Bündelungsoptik, oder ein Generator oder eine Laserdiode mit oder ohne Optik.
Die Blinksignale 8 besitzen eine kurze Dauer, z.B. in der Größenordnung von 10 Mikrosekunden.
Vorzugsweise ist die genannte Quelle für Lichtimpulse mit einem Filter mit engem Spektrum ausgerüstet, der die Lichtstrahlen der Leuchtbake 3 einengt. Sodann wird der Optik 6 des Sensors 2 ein identischer Filter zugeordnet, um Strahlungen außerhalb der Bandbreite der Leuchtbake 3 zu eliminieren und eventuell wünschenswerte spektrale Trennungen zu ermöglichen.
Dank einer anfänglichen Verbindung zur zeitlichen Synchronisation, die vor dem Abschuß des Fernlenkgeschosses 1 unterbrochen wird, wird die Aussendung der Blinksignale 3 durch die Leuchtbake 3 mit den Bildaufnahmen synchronisiert, die vom Matrixsensor 4 durchgeführt werden, der von den Schaltkreisen 7 ausgelöst wird. Dies wird durch die Abbildungen 4a bis 4d veranschaulicht, die zeigen, daß die Integrationszeiten 9 mit den Blinksignalen 8 synchronisiert werden. Die Dauer jeder Integrationszeit 9 entspricht mindestens derjenigen der Blinksignale 8, so daß jedes Blinksignal zeitlich vollständig durch eine Integrationszeit 9 abgedeckt wird.
Da die Synchronisationsverbindung nur zeitweilig gegeben ist, besitzen der Sensor 2 und die Leuchtbake 3 stabile Uhrwerke (Zeitbasen), die geeignet sind, die Synchronisation der Integrationszeiten 9 der Bildaufnahmen und der Blinksignale 8 während des gesamten Fluges des Fernlenkgeschosses aufrechtzuerhalten.
So ist jedesmal, wenn die Leuchtbake 3 ein Blinksignal 3 aussendet, der Sensor 2 aktiv, so daß das punktuelle Bild 10 dieses Blinksignals, das vom optischen System 6 erzeugt wird, ein Element 5 des Matrixsensors 4 trifft. Dieses erregte Element 5 bildet somit das Bild des Blinksignals 8, wie es vom Sensor 2 gesehen wird. Da das Blinksignal 8 mit dem Fernlenkgeschoß 1 verbunden ist, sind die Koordinaten des erregten Elements 5 im Verhältnis zu den Achsen OY und OZ für die Position des genannten Fernlenkgeschosses 1 im Verhältnis zur Achse OX charakteristisch.
Anhand der Koordinaten des genannten erregten Elements 5 können die Schaltkreise 7 ein repräsentatives Signal der genannten Position entwickeln, das eventuell dazu dient, die Flugbahn des genannten Fernlenkgeschosses zu korrigieren.
Die soeben beschriebene theoretische Funktionsweise setzt voraus, daß die Synchronisation zwischen der Leuchtbake 3 und dem optischen Sensor 2 während der gesamten Flugbahn des Fernlenkgeschosses 1 perfekt bestehen bleibt. Andererseits ist eine derartige Aufrechterhaltung der Synchronisation wegen der Fehler aufgrund der Zeitweiligkeit der anfänglichen Synchronisationsverbindung einerseits und wegen der Verschiebungen der für die Leuchtbake und den Sensor vorgesehenen Zeitbasen andererseits illusorisch, so daß es notwendig ist, den Sensor im Verhältnis zur Leuchtbake oder umgekehrt von Zeit zu Zeit zu justieren. Genau dies ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Allerdings, und bevor das Verfahren gemäß Erfindung detailliert beschrieben wird, erscheint es nützlich, den CCD-Matrixsensor 5 und seine Funktionsweise in Anbetracht der Abbildung 2 genauer zu beschreiben.
Auf dieser Abbildung 2 sieht man, daß der Matrixsensor 4 mit Ladungstransfer und Rastertransfer folgendes besitzt:
- eine lichtempfindliche Zone 12, die das Strahlenbündel des Lichtimpulses 11 der Leuchtbake 3 auffängt (Blinksignale 8) und die aus einer Vielzahl von Zeilen aus lichtempfindlichen Elementen 5 besteht, über die das genannte optische System ein Bild darstellen kann; diese lichtempfindliche Zone 12 ist geeignet, elektrische Ladungen zu integrieren, die von den photonen des genannten Bildes hervorgerufen werden, um Bildinformationen in elektrischer Form zu erzeugen;
- eine Zwischenspeicherzone 13, die aus einer Vielzahl von Zeilen aus Speicherelementen besteht, in die Zeile für Zeile die genannten elektrischen Bildinformationen übertragen werden, die in den Zeilen der genannten lichtempfindlichen Zone 12 enthalten sind; und
- ein Leseregister 14, in das die elektrischen Bildinformationen, die jeder Zeile der Zwischenspeicherzone 13 entsprechen, parallel dazu übertragen werden, wobei das genannte Leseregister 14 an seinem Ausgang 15 ein Videosignal erzeugt, das dem Bild entspricht, das das optische System 6 von der lichtempfindlichen Zone 12 erhalten hat.
Im übrigen ist der Matrixsensor 4 angeschlossen:
- an eine Verarbeitungseinheit 16 außerhalb des genannten Matrixsensors 4, die an ihrem Ausgang 17 die Parameter erzeugt, die die Erfassung der Bilder definieren, wie Dauer der Aussetzung der Bilder, Synchronisation der Bildaufnahmen, Synchronisation des Lesevorgangs usw.;
- an mindestens einen Speicher 19, dessen Zugang durch eine Steuervorrichtung 20 gesteuert wird; der Speicher 19 und die Vorrichtung 20 befinden sich außerhalb des Matrixsensors 4 und werden vorteilhafterweise in die Verarbeitungseinheit 16 integriert; und
- an einen Folgeschalter (Sequencer) 21, der vom Ausgang 17 der Verarbeitungseinheit 16 die genannten Parameter für die Erfassung der Bilder empfängt und die Aufgabe hat, die Bildaufnahmen durch die lichtempfindliche Zone 12 zu steuern und die Informationsübertragungen zu verwalten.
Zu diesem Zweck besitzt der Folgeschalter 21 insbesondere:
- einen Ausgang 22, an dem ein Signal erscheint, das an die lichtempfindliche Zone 12 gerichtet ist und dazu dient, die elektrischen Bildinformationen innerhalb der genannten lichtempfindlichen Zone 12 Zeile für Zeile in Richtung auf die Zwischenspeicherzone 13 weiterzuleiten;
- einen Ausgang 23, an dem ein Signal erscheint, das an die Zwischenspeicherzone 13 gerichtet ist und dazu dient, die elektrischen Bildinformationen innerhalb der genannten Zwischenspeicherzone 13 Zeile für Zeile in Richtung auf das genannte Leseregister 14 weiterzuleiten;
- einen Ausgang 24, an dem ein Signal erscheint, das an die Leseregister 14 gerichtet ist und dazu dient, dieses zu steuern, damit es an den Speicher 19 auf dem Wege über seinen Ausgang 15 und die Steuervorrichtung 20 ein serielles Videosignal richtet, und zwar anhand der parallelen Informationen, die es von der Zwischenspeicherzone 13 erhält. Im übrigen ist der Ausgang 24 gleichfalls an die genannte Steuervorrichtung 20 des genannten Speichers 19 angeschlossen; und
- einen Ausgang 25, an dem ein Bestätigungssignal erscheint, das an die genannte Steuereinrichtung 20 gerichtet ist.
Jedes dieser Signale, die an den Ausgängen 22, 23 und 24 erscheinen, besteht aus einer Folge von Impulsen mit konstanter Frequenz, und jeder Impuls entspricht dem Übergang von einer Zeile auf die nächste (für die Zonen 12 und 13) oder der Umwandlung einer parallelen Zeile in eine serielle Zeile (für das Leseregister 14).
Auf der Abbildung 3 ist schematisch eine Art der Verwirklichung des Systems gemäß Erfindung dargestellt, unter Berücksichtigung des Schemas aus Abbildung 2. Man sieht hier, daß der optische Sender 3 eine Zeitbasis 26 besitzt, die einen Folgeschalter 27 speist, der eine elektronische Auslösevorrichtung 28 besitzt, die wiederum die Lichtquelle 29 steuert, die die Blinksignale 8 aussendet.
Die elektronischen Steuerschaltkreise des optischen Sensors 2 besitzen eine Zeitbasis 30, die an einen Prozessor 31 angeschlossen ist, der die Verarbeitungseinheit 16 für die Bilderfassung durch die Steuerung 32 aktiviert. In Übereinstimmung mit dem Schema aus Abbildung 2 ist der Folgeschalter 27 mit einem Matrixsensor 4 anhand der Anschlüsse 22, 23 und 24 und mit der Verarbeitungseinheit 16 anhand der Anschlüsse 17, 24 und 25 verbunden. Darüber hinaus wurde die Verbindung 15 zwischen dem Matrixsensor 4 und der Verarbeitungseinheit 16 dargestellt. Man sieht, daß die Vorrichtungen 16, 21, 30 und 31 die elektronischen Schaltkreise 7 aus Abbildung 1 bilden.
Die theoretische Funktionsweise des Systems aus den Abbildungen 1 und 3 wird nachstehend anhand der Abbildung 2, der Diagramme aus den Abbildungen 4a bis 4d und der schematischen Darstellungen aus den Abbildungen 5a bis 5d erläutert.
Bei einem anfänglichen Zeitpunkt "t0" wird davon ausgegangen, daß die lichtempfindliche Zone 12 vollständig frei von allen Informationen ist, die sie zu einem früheren Zeitpunkt enthalten hat. Der Folgeschalter 21 gibt keinerlei Signal an seinen Ausgang 22 ab, so daß eine Integrationszeit 9 beginnt (siehe Abbildung 4b). Weiterhin erscheint zum Zeitpunkt "t1", der zeitlich nach "t0" folgt, ein Blinksignal 8 (siehe Abbildung 4a), und das Bild dieses Blinksignals wird in die lichtempfindliche Zone 12 integriert bis zum Zeitpunkt "t2", an dem das genannten Blinksignal endet. Zum Zeitpunkt "t3", der zeitlich nach "t2" folgt, ist die Integrationszeit 9 beendet.
So bildet sich innerhalb der lichtempfindlichen Zone 12 das punktuelle Bild 10 des Blinksignals 8, das die Position des Fernlenkgeschosses 1 im Verhältnis zur Achse OX darstellt, auf einem besonderen lichtempfindlichen Element 5 dieser lichtempfindlichen Zone 12. Man stellt fest, daß die Position des punktuellen Bildes 10 innerhalb der lichtempfindlichen Zone 12 (siehe Abbildung 5a) nur von der Position des Fernlenkgeschosses im Verhältnis zur Achse OX abhängt; sie ist insbesondere unabhängig von der zeitlichen Beziehung zwischen dem Blinksignal 8 und der Integrationszeit 9. Die Position des Blinksignals 8 innerhalb der Integrationszeit 9 hat keinerlei Einfluß auf die Position des Bildes 10 in der lichtempfindlichen Zone 12.
Zum Zeitpunkt "t3", der dem Ende der Integrationszeit 9 entspricht, sendet der Folgeschalter ein Signal an seine Ausgänge 22 und 23, ohne ein Signal an den Ausgang 24 abzugeben. Im Anschluß daran wird das Bild 10 des Blinksignals 8 Zeile für Zeile in Richtung auf die Zwischenspeicherzone 13 weitergeleitet. Die Übertragung der Zeilen der lichtempfindlichen Zone 12 in die Zwischenspeicherzone 13 erfolgt während des Zeitimpulses 33 und endet zum Zeitpunkt "t4", der auf "t3" folgt. Zu diesem Zeitpunkt "t4" sendet der Folgeschalter 21 ein Signal an seine Ausgänge 23 und 24, ohne ein Signal an den Ausgang 22 abzugeben, so daß der Inhalt des Zwischenspeichers 13 vom Leseregister 14 gelesen wird. Ein derartiger Lesevorgang erstreckt sich bis zum Zeitpunkt "t5", der auf "t4" folgt (siehe Zeitimpuls 34 aus Abbildung 4d). Während des Impulses 34 wird der Inhalt des Zwischenspeichers 13 Zeile für Zeile zum Register 14 weitergeleitet und dann in dieses übertragen, das diesen Inhalt über seinen Ausgang 15 an den Speicher 19 weiterleitet. Dank der Verbindung zwischen Ausgang 24 des Folgeschalters 21 und Steuervorrichtung 20 wird das Videosignal am genannten Ausgang 15 des Leseregisters 14 durch das Lesesignal, das an Ausgang 24 erscheint, gestaffelt und synchronisiert.
Man stellt fest, daß die zeilenweisen Übertragungen des Inhalts der lichtempfindlichen Zone 12 in die Zwischenspeicherzone 13 und sodann des Inhalts dieser Zwischenspeicherzone in das Leseregister 14 sowie die anschließende Serienschaltung des genannten Inhalts durch das Register 14 problemlos die Feststellung der Position des Bildes 10 im Verhältnis zu den Achsen OY und OZ, d.h. die Position des Fernlenkgeschosses im Verhältnis zur Achse OX ermöglichen.
Zum Zeitpunkt "t5" findet man sich in der Situation wieder, die zum Zeitpunkt "t0" geherrscht hat, und es kann ein neuer Zyklus mit einer neuerlichen Integrationszeit 9.1 und einem neuen Blinksignal 8.1 beginnen.
In der lichtempfindlichen Zone 12 erscheint sodann das Bild 10.1 des nachfolgenden Blinksignals 8.1 (siehe Abbildung 5b). In Anbetracht der hohen Frequenz der Impulse 9 und der Blinksignale 8 stellt man fest, daß sich die Position des Bildes 10.1 kaum von der des Bildes 10 unterscheidet.
Dank einer Impulsfolge 8, 8.1, 8.2, ... 9, 9.1, 9.2, ... , 33, 34, ... ist es möglich, die Position 10, 10.1, 10.2 (Abbildung 5c) des Fernlenkgeschosses 1 im Verhältnis zur Achse OX praktisch permanent zu verfolgen.
Man stellt fest, daß die voranstehend beschriebene theoretische Funktionsweise voraussetzt, daß die Synchronität der Abfolge der Integrationszeiten 9, 9.1, 9.2, ... und der Blinksignale 8, 8.1, 8.2, ... wenn nicht perfekt, so doch mindestens gut genug sein muß, damit sich die genannten Blinksignale während der genannten Integrationszeiten ereignen.
Nun machen aber die relativen Verschiebungen der Zeitbasen 26 und 30 sowie die Fehler, die zum Zeitpunkt ihrer zeitweiligen Synchronisation begangen wurden, eine derartige Funktionsweise illusorisch. In der Realität variiert (T1, T2) die anfängliche Justierung T0 zwischen den Impulsen 8 und 9 (siehe Abbildungen 6a und 7a) derart, daß es vorkommen kann, daß sich Blinksignale 8 außerhalb der Integrationszeiten 9 ereignen.
Daher ist gemäß Erfindung vorgesehen, daß von Zeit zu Zeit - z.B. regelmäßig alle n Integrationszeiten 9 (z.B. n = 10) - die Dauer "tot3" einer Integrationszeit 9 auf einen Wert gesenkt wird (z.B. auf 1 us), der höchstens der Dauer "t1t2" der Blinksignale 8 entspricht. Auf den Abbildungen 6 und 7 ist eine Integrationszeit 9.n dargestellt, die einer derartigen reduzierten Integrationszeit entspricht. Bei den beiden dargestellten Beispielen wurde davon ausgegangen, daß die Dauer jeder reduzierten Integrationszeit 9.n geringer als die der Blinksignale 8 ist.
Natürlich führt einer derartige, vorzugsweise regelmäßige Zeitreduzierung korrelativ dazu zu einer Verlängerung der Transferimpulse 33 und 34 (siehe Transferimpulse 33.n und 34.n auf den Abbildungen 6 und 7).
Die Reduzierung der Integrationszeiten 9.n und die korrelative Verlängerung der Impulsdauer 33.n und 34.n werden vom Prozessor 31 verwaltet, der seine Anweisungen an die Einheit 16 weitergibt, die wiederum eine entsprechende Steuerung des Folgeschalters 21 anhand des Anschlusses 17 steuert.
Wegen der Reduzierung der Dauer der Integrationszeit 9.n erstreckt sich das entsprechende Blinksignal 8 teilweise entweder über die Dauer der Transferimpulse 33 und 34, die unmittelbar auf die Integrationszeit 9.n (Fallbeispiel in Abbildung 6) folgen, oder über die verlängerten Transferimpulse 33.n und/oder 34.n, die der genannten Integrationszeit 9.n vorausgehen (Fallbeispiel in Abbildung 7).
Auf diese Weise trifft das Blinksignal zum Teil auf die lichtempfindliche Zone 12, während des Transfers ihres Inhalts in die Zwischenspeicherzone 13 und/oder in das Register 14. Daraus resultiert im ersten Falle eine Lichtspur 35, die sich über mehrere Bildzeilen ab Bild 10 erstreckt, das aus dem Teil des Blinksignals 8 besteht, das zeitlich mit der reduzierten Integrationszeit 9.n übereinstimmt (siehe Abbildung 8), und im zweiten Fall eine Lichtspur 36, die sich über mehrere Bildzeilen bis zum genannten Bild 10 erstreckt (siehe Abbildung 9).
Wenn m die Anzahl der Bildzeilen ist, über die sich die Lichtspuren 35 und 36 erstrecken, sieht man, daß
m= F x Δ t
In diesem Ausdruck ist F (z.B. = 2 Mhz) die Frequenz für die Bildzeilenübertragung und Δ t die Verschiebung zwischen der reduzierten Integrationszeit 9.n und dem entsprechenden Blinksignal 8.
Natürlich kennt der Prozessor 31 die Frequenz F; darüber hinaus kennt er die Anzahl der Zeilen m durch die Steuereinheit 16. Somit kann er problemlos Δ t berechnen.
Der Prozessor 31 errechnet somit problemlos die Verschiebung T ± Δ t (das Pluszeichen entspricht dem Fallbeispiel aus Abbildung 6 und das Minuszeichen entspricht dem aus Abbildung 7), die die relative Abweichung der Zeitbasen 26 und 30 zwischen die Integrationszeiten 9 und die Blinksignale 8 eingeführt hat.
Er kann somit die Steuereinheit 16 und den Folgeschalter 21 ansteuern, um die genannten Integrationszeiten 9 im Verhältnis zu den Blinksignalen 8 neu zu justieren, damit die Integrationszeit 9, die auf die reduzierte Integrationszeit 9.n folgt, im Verhältnis zum entsprechenden Blinksignal 8 eine zeitliche Justierung aufweist, die mit der anfänglichen Justierung T0 übereinstimmt.
Auf diese Weise bekommt man eine ständige Neujustierung der Integrationszeiten 9 im Verhältnis zu den Blinksignalen 8.
Natürlich wird die Vorabsynchronisation zwischen Leuchtbake 3 und Sensor 2 beim Abschuß des Fernlenkgeschosses 1 mit hinreichender Präzision gewährleistet (z.B. 0,5 us), um während einiger aufeinanderfolgender Bilder (die z.B. mit einer Frequenz von ungefähr 50 Hz aufgenommen werden) die Blinksignalimpulse (z.B. 5 bis 10 us) innerhalb kurzer Integrationszeiten (z.B. 20 us) zu halten, die mit den genannten Blinksignalen phasen- und frequenzsynchronisiert sind.

Claims

1. System für die Bahnverfolgung eines bewegten Körpers (1) im Verhältnis zu einer Achse (OX) mit:

- einem optischen Sender (3), der mit dem genannten bewegten Körper verbunden ist und in Abhängigkeit von einer ersten Zeitbasis (26) Blinksignale (8) aussendet; und

- einem ortsfesten lichtempfindlichen Sensor (2), der an ein optisches System (6) angeschlossen ist, das die Umgebung der genannten Achse (OX) observiert, auf der sich der genannte bewegte Körper (1) bewegen wird, wobei der genannte lichtempfindliche Sensor (2) einen Matrixsensor (4) mit Ladungsübertragung und Rasterübertragung besitzt, der anhand elektronischer Einrichtungen (16, 21, 31) gesteuert wird, denen eine zweite Zeitbasis (30) zugeordnet ist, und der genannte Matrixsensor (4) eine lichtempfindliche Zone (12) besitzt, auf der das genannte optische System das Bild der genannten Blinksignale (8) abbilden kann, wobei die aufeinanderfolgenden Integrationszeiten für die Bilder in der genannten lichtempfindlichen Zone (12) und der Transferzeiten der genannte Bilder aus dieser lichtempfindlichen Zone heraus von der genannten zweiten Zeitbasis abhängig sind;

wobei die genannte erste und zweite Zeitbasis (26 und 30) zeitweilig, vor dem Abschuß des genannten bewegten Körpers so synchronisiert werden, daß sich jedes der genannten Blinksignale während einer Integrationszeit (9) des Bildes in der genannten lichtempfindlichen Zone (12) ereignet,

dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer einer Integrationszeit in die genannte lichtempfindliche Zone (12) zu bestimmten Zeitpunkten auf einen Wert reduziert wird, der höchstens der Dauer der genannten Blinksignale (8) entspricht, so daß sich das Blinksignal zumindest teilweise während der Übertragungszeit ereignet, die der genannten reduzierten Integrationszeit vorangeht oder ihr folgt, und, daß die genannten elektronischen Einrichtungen einerseits für die Berechnung der relativen Zeitverschiebung, der ersten und zweiten Zeitbasis anhand der Lichtspur (35, 36) eingerichtet sind, die durch das genannten Blinksignal auf der genannten lichtempfindlichen Zone (12) gebildet wird und andererseits, für die Justierung der genannten zweiten Zeitbasis im Verhältnis zur ersten anhand der berechneten Zeitverschiebung.

2. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung der Dauer der Integrationszeit in die genannte lichtempfindliche Zone, die Berechnung der genannten relativen Zeitverschiebung der genannten ersten und zweiten Zeitbasis und die Justierung der genannten zweiten Zeitbasis im Verhältnis zur ersten regelmäßig erfolgen.

3. System gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten elektronischen Einrichtungen dafür eingerichtet sind, um die genannte relative Zeitverschiebung (Δ t) zwischen der genannten ersten und zweiten Zeitbasis anhand des Ausdrucks Δ t = m / F zu berechnen,

bei dem in die Anzahl der Zeilen der genannten lichtempfindlichen Zone (12) angibt, über die sich die genannte Lichtspur (35, 36) erstreckt und F die Frequenz des Transfers der Zeilen in den genannten Matrixsensor.

4. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der genannten Blinksignale (8) zwischen 5 und 10 45 beträgt, daß die Integrationszeiten der lichtempfindlichen Zone (12) - sofern sie nicht unter die Zeiten für die genannten Blinksignale gesenkt werden - zwischen 10 und 20 us betragen und daß die Transferzeiten, die den nicht reduzierten Integrationszeiten entsprechen, bei 10 us liegen.