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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Verfolgungssysteme für
Raketen und, genauer gesagt, eine Video-Demultiplex-Schnittstelle
zur Umformung multiplexverarbeiteter Videosignale in demultiplexverarbeitete
Videosignale.
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2. Diskussion
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Bestimmte Raketen, beispielsweise
aus einem Rohr abgeschossene, optisch verfolgte, drahtgeführte Raketen
(TOW) enthalten keine an Bord mitgeführte Verfolgungselektronik
und benötigen
daher die Eingabe von Zielverfolgungssignalen von entfernt angeordneten
Verfolgungselektronikeinrichtungen. Solche Raketensysteme enthalten
typischerweise eine Zielobjektkennzeichnungseinrichtung, welche eine
Ziellinie oder eine Sichtlinie (LOS) von einem Abschußort zu
einem Zielobjekt hin definiert. Wenn die Rakete abgeschossen wird,
dann führt
die Verfolgungselektronik die Rakete entlang der Ziellinie zu dem
Zielobjekt hin, unter Verwendung einer Regelschleifensteuerstrategie.
Mit anderen Worten, wenn sich die Rakete von der durch die Zielobjektkennzeichnungseinrichtung
definierten Ziellinie wegbewegt, nimmt das Fehlersignal, das von
der Verfolgungselektronik erzeugt wird, proportional zu. Wenn sich
die Rakete zu der durch die Zielobjektkennzeichnungseinrichtung
definierten Ziellinie hinbewegt, nimmt das Fehlersignal proportional
ab.
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Für
die Zwecke der Verfolgung erzeugen einige Raketen ein optisches
Bakensignal oder Meldesignal bei infrarotnahen Wellenlängen, welches durch
die Verfolgungselektronik, welche dem Flugzeug angehört, empfangen
wird. Wieder andere Raketen verwenden eine Radarverfolgung. Die
Verfolgungselektronik erzeugt Azimut- und Ele vationsfehlersignale
durch Identifizieren der Ablage der Rakete von der Ziellinie. Die
Verfolgungselektronik formt die Fehlersignale von dem Koordinatensystem
des Abschußortes,
beispielsweise dem Koordinatensystem eines Flugzeugs, in das Koordinatensystem
der Rakete um. Die Verfolgungselektronik verstärkt die Fehlersignale und sendet
die Fehlersignale zu der Rakete. Diese Steuerung in geschlossener
Regelschleife wird fortgesetzt, um die Rakete längs der Ziellinie zu führen, bis
die Rakete das Zielobjekt trifft.
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Manche Zielobjekte jedoch sind durch
elektrooptische Störsender
geschützt,
welche Signale hoher Intensität
bei infrarotnahen Wellenlängen
aussenden. Wenn das Störsignal
eine Amplitude aufweist, welche größer als die Amplitude des Bakensignales
oder Meldesignales ist, das durch die Rakete erzeugt wird, dann
kann die Verfolgungelektronik durch das elektrooptische Störsignal
verwirrt werden. Ist das Störsignal
erfolgreich, dann identifiziert die Verfolgungelektronik die Ablage
der Rakete relativ zu der Ziellinie unrichtig. Demzufolge sind die
durch die Verfolgungselektronik erzeugten Fehlersignale unrichtig
und die Rakete wird sowohl von der Ziellinie und, was noch wichtiger
ist, von dem Zielobjekt weggeführt. Übliche Bedingungen
im Kampfgebiet, beispielsweise Rauch, verschlechtern auch das optische
Meldesignal, das durch die Rakete erzeugt wird, und verursachen
unrichtige, von der Verfolgungselektronik erzeugte Fehlersignale.
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Es ist daher ein Raketensystem erwünscht, welches
die Einflüsse
von elektrooptischen Störungen
und/oder von Bedingungen im Kampfgebiet, beispielsweise Rauch, vermindert.
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Da Einsparungen im militärischen
Haushalt andauern, nimmt der wettbewerbsmäßige Druck zu, Raketenverfolgungssysteme
mit höherer
Zuverlässigkeit
und erhöhter
Genauigkeit zu niedrigeren Kosten bereitzustellen. Es ist daher
auch ein Raketensystem wünschenswert,
welches die Einflüsse
von elektrooptischen Störungen
und/oder Einflüssen
im Kampfgebiet, beispielsweise Rauch, vermindert, ohne eine wesentliche
Erhöhung
der Kosten des Raketenverfolgungssystems zu bewirken.
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Die
US-PS
3,974,328 offenbart ein Kennzeichenerfassungsschema für einen
Linienabtastbereich. Bei diesem Schema wird ein amplitudenveränderliches
elektrisches Signal empfangen, welches ein Gesichtsfeld, das von
einem Sensor betrachtet wird, repräsentiert, und dieses Signal
wird zu einem Vertikalbereichskennzeichnungsdetektor und einem Horizontalbereichskennzeichnungsdetektor
gegeben. In Entsprechung mit Signalen, welche durch den Detektor
auf Zeitbasis erzeugt werden, wird eine Anzahl von Segmenten des
empfangenen Signals für die
Bestimmung der Bereichskennzeichnungen oder Flächenkennzeichnungen einer Torschaltung
unterzogen. Die ausgeblendeten Segmente werden gemäß diesem
Schema durch die Anwendung diktiert, bei welcher das Schema eingesetzt
wird. Die Kennzeichnungen werden dann bestimmt und ausgegeben. Der
Zeitbasisgenerator stellt sicher, daß die zwei Kennzeichnungen
(horizontal und vertikal) zeitlich synchronisiert sind.
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Die
EP
0 554 586 offenbart einen rekursiven Videosignalprozessor,
welcher einen Vierquadrantdemultiplexer verwendet, um das Videosignal
für die weitere
Verarbeitung zu bereiten. Anderen Arten der Demultiplexverarbeitung,
welche für
die Demultiplexverarbeitung in einem 3-D Bereich geeignet sind, sind
auch skizziert.
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Die
US-PS
4,227,212 offenbart einen sich anpassenden Aktualisierungsprozessor
für die
Verwendung in einer Flächenkorrelationsvideoverfolgungseinrichtung.
Dieses Dokument offenbart die Verwendung von Untergruppen von Pixeln,
welche von einem Videosignal extrahiert werden, wie dies auch die
US-PS 5,332,176 angibt.
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Die
US-PS
5,083,204 offenbart eine Signalverarbeitungseinrichtung
für ein
bilderzeugendes Sensorsystem. Dieses Dokument offenbart die Umwandlung
von Signalen in ein Format, das für die Betrachtung auf einem
Videomonitor geeignet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Video-Demultiplex-Schnittstelle
gemäß der Erfindung
formt ein seriell multiplexverarbeitetes Signal, welches ein Feld
mit M horizontalen Reihen und L Spalten von Pixeln enthält, welche
seriell Spalte um Spalte ausgegeben werden, in ein Parallelvideosignal
um, aus welchem N benachbarte horizontale Reihen von Pixeln ausgewählt werden
können.
Die Video-Demultiplex-Schnittstelle enthält eine Steuereinrichtung zur
Erzeugung von Kanalauswahlsignalen zur Auswahl der N benachbarten
horizontalen Reihen von Pixeln aus den M horizontalen Reihen, wobei
N kleiner als M ist. Die Video-Demultiplex-Schnittstelle enthält weiter
N Tastungskreise, welche mit der Steuereinrichtung gekoppelt sind
und welche jeweils zur Auswahl aufeinanderfolgender Pixel aus dem
genannten Feld in dem seriell multiplexverarbeiteten Videosignal
dienen, welche aus einer horizontalen Reihe stammen, welche durch
die genannten Kanalauswahlsignale bezeichnet ist.
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Gemäß einem anderen Merkmal der
Erfindung enthält
die Video-Demultiplex-Schnittstelle
weiter N Verstärkungsgrad-Steuereinrichtungen.
Jede der Verstärkungsgrad-Steuereinrichtungen
ist mit einem der N Tastungskreise verbunden und optimiert die Amplitude
jedes der genannten Pixel, welche durch einen der N Tastungskreise
ausgewählt
sind, mit Bezug auf einen vorbestimmten Schwellwertpegel.
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Gemäß wiederum einem anderen Merkmal der
Erfindung enthält
die Video-Demultiplex-Schnittstelle N Versatz-Korrektrueinrichtungen.
Jede der Versatz-Korrektureinrichtungen
ist mit einer der genannten N Verstärkungsgrad-Steuereinrichtungen gekoppelt und kompensiert
jedes der genannten Pixel, welche durch eine der genannten N Tastungskreise
ausgewählt
worden ist, bezüglich
eines Gleichstromversatzes (DC).
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Entsprechend wieder einem anderen
Merkmal der Erfindung enthält
die Video-Demulitplex-Schnittstelle
weiter N Filtereinrichtungen. Jede der Filtereinrichtungen ist mit
einer der genannten Versatz-Korrektureinrichtungen gekoppelt und
erhöht das
Signal-Rauschverhältnis
für jedes
der genannten Pixel, welche von einem der N Tastungskreise ausgewählt worden
sind.
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Entsprechend abermals einem anderen Merkmal
der Erfindung enthält
die Video-Demultiplex-Schnittstelle
Richtungsbezeichnungsmittel zur Ausgabe eines Abtastrichtungssignals,
welches die Abtastrichtung der in dem seriellen, multiplexverarbeiteten
Videosignal enthaltenen Spalten für die Steuereinrichtung bezeichnet.
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Entsprechend einem weiteren Merkmal
enthält
die Video-Demultiplex-Schnittstelle Pixel-Taktgebermittel zur Erzeugung
eines Pixeltaktsignales, welches für die Steuereinrichtung die
Pixel-Taktrate für das
serielle multiplexverarbeitete Videosignal bezeichnet.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung enthält
die Video-Demultiplex-Schnittstelle
weiter Spalten-Taktgebermittel zur Erzeugung eines Spalten-Taktsignals,
welches für
die Steuereinrichtung die Spaltenlage für das serielle multiplexverarbeitete
Videosignal bezeichnet.
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Entsprechend abermals einem anderen Merkmal
der Erfindung enthält
die Video-Demultiplex-Schnittstelle
weiter Aktvierungsmittel zur Erzeugung eines Videoaktivierungssignals,
welches für
die Steuereinrichtung angibt, wann das seriell multiplexverarbeitete
Videosignal gültige
Pixeldaten innerhalb jedes Feldes enthält.
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Gemäß nochmals einem anderen Merkmal der
Erfindung enthält
die Video-Demultiplex-Schnittstelle fernerhin einen Pufferverstärker und
einen Tiefpaßfilter,
der an den Ausgang des genannten Pufferverstärkers angeschlossen ist, und
einen Ausgang aufweist, der mit den N Tastungskreisen verbunden ist.
Eine Schalteinrichtung erdet periodisch einen Eingang des genannten
Pufferverstärkers.
Die N Versatz-Korrektureinrichtungen messen den Gleichstromversatz
(DC), während
der Pufferverstärker
geerdet ist, und kompensieren danach den gemessenen Gleichstromversatz.
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DETALLIERTE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die verschiedenen Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich für
den Fachmann noch deutlicher nach Studium der folgenden Offenbarung
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen Stellen dar:
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1 ein
vereinfachtes Blockschaltbild, das ein in einer geschlossenen Schleife
arbeitendes Verfolgungssystem für
Raketen verdeutlicht, das außerhalb
des Umfangs der anliegenden Ansprüche liegt;
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2 eine
erste Ausführungsform
einer Video-Demultiplex-Schnittstelle gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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3 eine
zweite Ausführungsform
einer Video-Demultiplex-Schnittstelle gemäß der vorliegenden Erfindung
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung schafft
eine zweite Verfolgungsverbindung für die Führung der Rakete, wenn die
primäre
Verfolgungsverbindung nicht ordnungsgemäß arbeitet, etwa wegen elektrooptischer Störungselektronik
oder den Bedingungen im Kampfgebiet, beispielsweise wegen Rauches.
Die sekundäre
Verfolgungsverbindung, beispielsweise ein vorwärtsblickender Infrarotsensor
(FLIR), der eine thermische Bake auf der Rakete verfolgt, ist in
der Lage, eine Verfolgung und Führung
durch Bedingungen im Kampfgebiet hindurch, beispielsweise durch
Rauch, vorzunehmen und enthält
herkömmliche
Algorithmen zum Verhindern von Störungen. Eine Video-Demultiplex-Schnittstelle formt
das serielle multiplexverarbeitete Videosignal, das durch den FLIR-Sensor ausgegeben
wird, in N wählbare
Parallelkanäle
um, die als Eingang zu einem thermischen Videoverfolgungssystem
geeignet sind.
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Es sei auf 1 Bezug genommen. Hier ist ein in einer
geschlossenen Schleife arbeitendes Raketenverfolgungssystem 10 gezeigt,
das außerhalb des
beanspruchten Umfanges der vorliegenden Erfindung liegt, das jedoch
einen technischen Hintergrund repräsentiert, der für das Verständnis der
vorliegenden Erfindung nützlich
ist. Das Verfolgungssystem 10 enthält eine Rakete 12 und
die Verfolgungselektronik 14. Die Rakete 12 enthält eine
Steuereinrichtung 20, welche mit einem optischen Bakensignalgenerator 22 und
einem thermischen Bakensignalgenerator 24 gekoppelt ist.
Die Steuereinrichtung 20 ist außerdem mit einem Gyroskop (Gyro) 32,
einem Empfänger 28 sowie
Seiten- und Höhensteuereinrichtungen 36 gekoppelt.
Die Steuereinrichtung 20 kann eine nicht dargestellte Eingangs-/Ausgangsschnittstelle
enthalten.
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Die Verfolgungselektronik 14 enthält ein Zielsystem 40 mit
einer Zielobjekt-Anvisier- und -Kennzeichnungeinrichtung 44,
eine nahe dem Infrarotbereich arbeitende Verfolgungseinrichtung 48,
einen vorwärtsblickenden
Infrarotsensor (FLIR) 52 und eine Video-Wiedergabeeinrichtung 54.
Eine erste Verfolgungseinrichtung oder nahe dem Infrarotbereich
arbeitende Verfolgungseinrichtung 48 verfolgt einen optischen
Bakensignalgeber 90 und ist mit einer thermischen Video-Verfolgungseinrichtung
(VTT) 58 gekoppelt, welche einer elektronischen Verarbeitungseinheit
(PEB) 62 zugeordnet ist. Eine zweite oder optische Verfolgungseinrichtung 64 verfolgt
das thermische Bakensignal 94. Der FLIR-Sensor 52 und die
Video-Wiedergabeeinrichtung 54 sind mit der elektronischen
Schaltungseinheit des vorwärtsblickenden
Infrarotsensors (FEB) 66 gekoppelt. Die FEB-Schaltungseinheit 66 wiederum
ist mit der PEB-Schaltungseinheit 62 unf einer Video-Multiplex-Schnittstelle
oder einer thermischen Videoverfolgungs-Schnittstelle (VTT) 70 gekoppelt.
Die VTT-Schnittstelle 70 ist mit der thermischen Video-Verfolgungseinrichtung
(VTT-Einrichtung) 58 gekoppelt. Ein Ausgang der VTT-Einrichtung 58 ist
mit einem Koordinatentransformator 74 eines Stabilisierungssteuerverstärkers (SCA-Verstärkers) 78 gekoppelt.
Der Koordinatentransformator 74 ist mit einem Raketen-Steuerbefehlsverstärker (MCA-Verstärker) 82 gekoppelt,
der einen Sender 86 enthält. Während hier der Sender 86 und
der Empfänger 28 dargestellt sind,
versteht es sich, daß dann,
wenn Drähte
die Verfolgungselektronik 14 und die Rakete 12 verbinden,
der Sender 86 und der Empfänger 28 weggelassen
oder durch Eingangs/Ausgangsschnittstellen ersetzt werden können.
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Das Verfolgungssystem 14 verwendet
den optischen Bakensignalgenerator 22 und den thermischen
Bakensignalgenerator 24 zum Verfolgen der Rakete 12 und
zum Erzeugen von Fehlersignalen, welche proportional zu der Ablage
der Rakete 12 von einer Ziellinie sind, die durch ein Anvisieren
des Zielobjektes und die Kennzeichnungseinrichtung 44 zum Zielobjekt
definiert ist. Wenn die Rakete 12 abgeschossen wird, dann
initialisiert die Steuereinrichtung 20 ein Raketenkoordinatensystem
und den Gyrator 32 (, so daß die Rakete rollstabilisiert
ist). In entsprechender Weise initialisiert der SCA-Verstärker 78 ein Flugzeug-Koordinatensystem.
Die Steuereinrichtung 20 aktiviert den optischen Generator 22,
der ein optisches Signal 90 auszusenden beginnt, vorzugsweise bei
infrarotnahen Wellenlängen
(0,9 μm).
In entsprechender Weise aktiviert die Steuereinrichtung 20 den thermischen
Bakensignalgenerator, welcher ein thermisches Signal 94 aussendet,
vorzugsweise bei infrarotfernen Wellenlängen (10 μm).
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Die erste Verfolgungseinrichtung
oder infrarotnahe Verfolgungseinrichtung 48 empfängt das
optische Bakensignal 90 und erzeugt Azimut- und Elevationsfehlersignale
basierend auf dem Unterschied zwischen dem optischen Bakensignal
und der Ziellinie, welche durch die Zielobjekt-Anvisier- und Kennzeichnungseinrichtung 44 definiert
wird. Die Azimut- und Elevations-Fehlersignale werden über die
Verbindung 100 zu der thermischen Video-Verfolgungseinrichtung 58 oder
der VTT-Einrichtung 58 ausgegeben. In früheren Raketensteuersystemen
würden dann
die Azimut- und Elevations-Fehlersignale unmittelbar von der im
nahen infrarotbereich arbeitenden Verfolgungseinrichtung 48 zu
dem Koordinatentransformator 74 des SCA-Verstärkers 78 ausgegeben.
Der Videoausgang von einem FLIR-Sensor würde nicht zur Erzeugung der
Fehlersignale verwendet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält die
zweite Verfolgungseinrichtung 64 den FLIR-Sensor 52,
der auf das thermische Bakensignal 94 anspricht und seriell
multiplex verarbeitete Videosignale erzeugt, welche zu der elektronischen
FLIR-Schaltungs einheit 66 ausgegeben werden. Die elektronische
FLIR-Schaltungseinheit 66 erzeugt zwei Videosignale. Ein
erstes Videosignal wird durch Abtastung umgeformt, vorzugsweise
unter Verwendung eines RS-170-Formates, um eine Kompatibilität mit der
Video-Wiedergabeeinrichtung 54 herzustellen. Da das erste
Videosignal entsprechend dem Äquivalent
von einem Bildformat (oder 1/30 Sekunden) verzögert ist, ist es für die Verwendung
in einem in geschlossener Schleife arbeitenden Verfolgungssystem
ungeeignet. Eine solche Verzögerung
würde beachtliche
Verfolgungsprobleme verursachen. Die elektronische FLIR-Schaltungseinheit 66 liefert
auch ein zweites Videosignal, das seriell multiplex verarbeitet
ist und ein nicht durch Abtastung umgewandeltes Videosignal (oder
Pseudo-Videosignal) ist. Das Pseudo-Videosignal wird typischerweise
bei herkömmlicher
Abbildungselektronik, beispielsweise einer Videoszenenverfolgung,
verwendet.
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Vorzugsweise ist das Pseudo-Videosignal ein
analoges, seriell multiplex verarbeitetes Videosignal mit einem
Scheitelspannungsbereich von –2,50 bis
+2,50 Volt Gleichstrom (DC) und einer Pixeltaktrate von 6,804 MHz.
Das Pseudo-Videosignal wird über
die Verbindung 102 zu der VTT-Schnittstelle 70 ausgegeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform transformiert
die VTT-Schnittstelle 70 das seriell multiplex verarbeitete
Pseudo-Videosignal in ein Parallel-Videosignal, das ein Minimum
von 56 parallelen Kanälen
darbietet, von denen eine Gruppe von acht benachbarten Kanälen durch
die VTT-Einrichtung 58 gleichzeitig wählbar ist. Vorzugsweise kann
der thermische Bakensignalgenerator 24 selektiv eingeschaltet
und ausgeschaltet werden, so daß das
thermische Bakensignal genau und deutlich von Rauschechos unterschieden
werden kann.
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Die VTT-Einrichtung 58 erzeugt
eine zweite Gruppe von Azimut- und Elevations-Fehlersignalen aus dem parallel abgetasteten
FLIR-Sensor-Videosignal. Während
also die Funktion der ersten Verfolgungseinrichtung durch die im
nahen Infrarotbereich arbeitende Verfolgungseinrichtung 48 alleine
erfüllt wird,
wird die Funktion der zweiten Verfolungseinrichtung durch den FLIR-Sensor 52,
die FLIR-Elektronikeinheit 66, die VTT-Schnittstelle 70 und
die VTT-Einrichtung 58 erfüllt.
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Die VTT-Einrichtung 58 erfüllt die
zusätzlichen
Funktionen einer Auswahl zwischen der ersten Gruppe von Azimut-
und Elevations-Fehlersignalen, welche unter Verwendung des optischen
Bakensignales 90 und der im nahen Ifrarotbereich arbeitenden Verfolgungseinrichtung 48 erzeugt
worden sind, und der zweiten Gruppe von Azimut- und Elevations-Fehlersignalen,
welche durch das thermische Bakensignal 94 und die zweite
Verfolgungseinrichtung 64 erzeugt worden sind. Vorzugsweise
kann die VTT-Einrichtung 58 eine Hybridgruppe von Azimut-
und Elevations-Fehlersignalen aus einer Kombination der ersten und
der zweiten Gruppe von Fehlersignalen bilden. Der Koordinatentransformator 74 übersetzt die
ausgewählten
Azimut- und Elevations-Fehlersignale, welche durch die VTT-Einrichtung 58 ausgegeben
werden, von dem Flugzeug-Koordinatensystem in das Raketen-Koordinatensystem
und gibt über
die Verbindung 106 an den Raketenlenkbefehlsverstärker MCA 82 Gier-
und Steigungsfehlersignale ab. Der Sender 86 sendet die
Gier- und Steigungsfehlersignale an den Empfänger 28 auf der Rakete 12.
Der Empfänger 28,
die Steuereinrichtung 20 und das Seitenleitwerk und Höhenleitwerk 36 der
Rakete 12 korrigieren die Flugbahn der Rakete.
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Die VTT-Einrichtung 58 wählt zwischen
den ersten und zweiten Azimut- und Elevations-Fehlersignalen oder
erzeugt eine Hybridgruppe basierend auf einem Qualitätsfaktor,
welcher der ersten und der zweiten Gruppe von Azimut- und Elevations-Fehlersignalen zugeordnet
ist. Der Qualitätsfaktor
wird durch Untersuchung des Signal/Rausverhältnisses für jedes Fehlersignal bestimmt.
Die Signal-/Rauschverhältnisse
werden dann in Beziehung zu einem Gewichtungsfaktor gesetzt, der
den ersten und den zweiten Azimut- und Elevations-Fehlersignalen
zugeordnet wird.
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Die VTT-Einrichtung 58 verwendet
die Azimut- und Elevations-Fehlersignale, welche von der im nahen
Infrarotbereich arbeitenden Verfolgungseinrichtung 48 und
dem optischen Bakensignalgenerator 22 erzeugt werden, wenn
nicht der Qualitätsfaktor
dieser Signale unter einen vorbestimmten Schwellwert abfällt. In
einem solchen Falle schaltet die VTT-Einrichtung 58 auf
die Azimut- und Elevations-Fehlersignale um, welche durch den thermischen
Bakensignalgenerator 94 und den FLIR-Sensor 52 sowie die
VTT-Einrichtung 58 erzeugt werden. In verschlechterten
Bedingungen, wenn beide Verfolgungsvorgänge, nämlich in nahen Infrarotbereich und
im thermischen Bereich aufgrund von Rauch, Staub und anderen atmosphärischen
Einflüssen
verschlechtert sind, werden die Fehlersignale der Verfolgung im
nahen Infrarotbereich und im thermischen Bereich basierend auf einer
Gewichtungsfunktion, welche beiden Signalen zugeordnet ist, zusammenaddiert.
Wenn ein Störsender
detektiert wird, wird eine Hybridgruppe von Fehlersignalen nicht
erzeugt und es werden entweder die Fehlersignale vom im nahen Infrarotbereich
arbeitenden Sensor oder vom thermischen Sensor alleine verwendet.
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Wenn nur die erste und die zweite
Gruppe von Fehlersignalen verwendet wird (ohne die Hybridgruppe),
dann wird die optische Verfolgungsverbindung als die primäre Verfolgungsverbindung
angesehen. Sie wird bezüglich
ihrer Signalqualität
während
des gesamten Fluges der Rakete überwacht. Wenn
die Qualität
der optischen Verfolgungsverbindung aufgrund von elektrooptischen
Störungsmaßnahmen
oder aufgrund von Bedingungen im Kampfgebiet, beispielsweise Rauch,
verschlechtert wird, dann wird die Verfolgung der Rakete auf die
thermische Verfolgungsverbindung übertragen. Da die Rakete bereits
entlang der Ziellinie fliegt, welche durch die Zielobjektkennzeichnungseinrichtung 44 definiert ist,
entsteht kein abgestufter Eingang zu dem in geschlossener Regelschleife
arbeitenden Lenksystem, wenn die Änderung zwischen der ersten
und der zweiten Gruppe von Fehlersignalen durchgeführt wird.
Ist einmal die Verfolgung der Rakete auf die thermische Verfolgungsverbindung übertragen,
dann wird die optische Verfolgungsverbindung für den Rest des Fluges der Rakete
nicht mehr verwendet.
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Der Pseudo-Videosignalausgang von
dem FLIR-Sensor 52 ist ein Serien-multiplexverarbeitetes Videosignal.
Nimmt man beispielsweise eine Abtastung der Objektszenen von links
nach rechts an, dann folgt auf das erste Pixel der ersten Zeile
das erste Pixel der zweiten Zeile, ..., und schließlich das erste
Pixel der M-ten Zeile. Mit anderen Worten, das Pseudo-Videosignal
gibt die am weitesten links gelegene Spalte von Pixeln zuerst aus.
Dann wird das zweite Pixel der ersten Zeile ausgegeben, und auf dieses
folgt das zweite Pixel der zweiten Zeile, ..., und das zweite Pixel
der M-ten Zeile. Mit anderen Worten, das Pseudo-Videosignal gibt
dann die zweite Spalte von Pixeln (von links gerechnet) aus. Diese Folge
setzt sich fort, bis die am weitesten rechts gelegene Spalte des
Bildfeldes ausgegeben wird. Es sei bemerkt, daß das Pseudo-Videosignal mit
der am weitesten rechts gelegenen Spalte zuerst beginnen kann und
mit der am weitesten links gelegenen Spalte enden kann, wenn der
FLIR-Sensor 52 die Objektszene von rechts nach links abtastet.
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Eine herkömmliche VTT-Einrichtung 58 erfordert
N benachbarte Videosignalkanaleingänge, wobei jedes Kanal-Videosignal
eine horizontale Reihe oder Zeile von Pixeln aus dem Bildfeld enthält (, worin
N kleiner als M ist). In einer bevorzugten Ausführungsform ist M gleich 120
und N ist gleich 8. Die VTT-Schnittstelle 58 nimmt eine
Demultiplexverarbeitung des Pseudo-Videosignals vor und ermöglicht es
der VTT-Einrichtung, die N benachbarten Kanal-Videosignale auszuwählen.
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Eine erste Ausführungsform einer Video-Demultiplex-Schnittstelle
oder einer VTT-Schnittstelle 70' gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in 2 dargestellt.
Der FLIR-Sensor 52 erzeugt das Pseudo-Videosignal an dem
Ausgang 128 wobei das Signal durch einen Differenzial-Pufferverstärker 130 wird.
Der Pufferverstärker 130 ist
mit einem Tiefpaßfilter 134 gekoppelt,
der wiederum mit N Tastungs- und Haltekreise 136, 138,
... und 142 gekoppelt ist. Ein Ausgang jedes der N Tastungs-
und Haltekreise ist mit einem Eingang eines Verstärkers mit
automatischer Verstärkungsrege-lung (AGC) 146, 148,
...., und 152 gekoppelt. Ein Ausgang jedes der N AGC Verstärker ist
mit einem Eingang eines Versatzkorrekturverstärkers 156, 158,
..., und 162 gekoppelt. Ein Ausgang jedes der N Versatzkorrekturverstärker ist
mit einem Eingang eines Tiefpaßfilters 166, 168, ....,
und 172 gekoppelt. Ausgänge
jedes der N Tiefpaßfilter
sind mit N Kanälen 176, 178,
..., 182 gekoppelt. Wie durch den Fachmann erkennbar zeigt 2 N Tastungs- und Haltekreise.
In einer bevorzugten Ausführungsform
sind beispielsweise acht Tastungs- und Haltekreise vorgesehen. Im
vorliegenden Beispiel ist somit N gleich acht. Es versteht sich,
daß der dritte
bis siebente Tastungs- und Haltekreis in 2 durch die Symbole „..." dargestellt sind. Dieselbe Darstellung
ist in 2 für die Verstärker mit
automatischer Verstärkungsgradregelung,
für die
Versatzkorrektur und für
die Tiefpaßfilterschaltungen
verwendet.
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Die VTT-Schnittstelle 70' enthält weiter
eine Steuereinrichtung 188 mit einem Kanalauswahlausgang
und einem Tastungs-Taktgeberausgang bei 190, welcher mit einem zweiten
Eingang jedes der N Tastungs- und Haltekreise 136, 138,
..., und 142 gekoppelt ist. Der FLIR-Sensor 52 enthält eine
Anzahl von Steuerausgängen,
welche mit einem Eingang einer logischen Steuerschaltung 188 gekoppelt
sind. Die Steuerausgänge
umfassen ein Ungerad-/Gerad-Signal 194, ein Pixel-Taktsignal 196,
ein Spalten-Taktsignal 198 und ein aktives Videosignal 200. Die
VTT-Einrichtung enthält
verschiedene Steuerausgänge
einschließlich
eines Gleichstromkompensationsausblendungssignales 204,
welches an einen zweiten Eingang jedes der N Versatzkorrekturverstärker 156, 158,
..., und 162 angekoppelt ist. Ein Verstärkungsgewinn-Auswahlsignal 206 der VTT-Einrichtung 58 ist
an einen zweiten Eingang jedes der N Verstärker mit automatischer Verstärkungsregelung 146, 148,
..., und 152 angekoppelt. Ein Bandauswahlsignal 208 der
VTT-Einrichtung 58 ist mit einem Eingang der Steuereinrichtung 188 gekoppelt.
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Im Betrieb wird der Pseudo-Videosignalausgang 128 des
FLIR-Sensors 52 in den Differenzial-Pufferverstärker 130 eingegeben
und von ihm verstärkt.
Der Ausgang des Pufferverstärkers 130 wird über den
Tiefpaßfilter 134 geleitet,
um die Störungen in
dem Videosignal minimal zu machen. Vorzugsweise hat der Tiefpaßfilter 134 eine
Grenzfrequenz von 9,3 MHz. Ein Kanalauswahlsignal und ein Tastungstaktsignal 190 und
das gefilterte Pseudo-Videosignal werden an den ersten und den zweiten
Eingang der N Tastungs- und Haltekreise 136, 138,
..., und 142 angekoppelt.
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Das seriell-multiplexverarbeitete
Pseudo-Videosignal 128, das von dem FLIR-Sensor 52 ausgegeben
wird, enthält
aufeinanderfolgende Bildfelder. Jedes Feld wird durch eine Vielzahl
von Pixeln in M horizontalen Reihen oder Zeilen und L Spalten definiert.
Das seriell multiplexverarbeitete Pseudo-Videosignal, das von dem
FLIR-Sensor 52 ausgegeben wird, enthält Pixel, welche seriell in
einer Anordnung Spalte um Spalte geordnet sind. Das Pseudo-Videosignal
muß einer
Demultiplexverarbeitung in parallele Reihen von Pixeln unterzogen
werden, so daß die VTT-Einrichtung 58N horizontale
Reihen der M horizontalen Reihen in einem Bildfeld auswählen kann
(, worin N kleiner als M ist). Die VTT-Einrichtung 58 erfordert
einen Paralleleingang der N horizontalen Reihen oder Zeilen.
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Zu diesem Zwecke löst die Steuereinrichtung 188 den
Tastungs- und Haltekreis 136 aus, um ein erstes bezeichnetes
Pixel aus der ersten Spalte auszuwählen. Der nächste Tastungs- und Haltekreis 138 wählt das
zweite bezeichnete Pixel aus derselben Spalte und der nächsten Reihe
oder Zeile aus. Der N-te Tatstungs- und Haltekreis 142 wählt das
N-te bezeichnete Pixel aus derselben Spalte aus. Der Spaltentakt 198 signalisiert
eine neue Spalte und der Vorgang wird für jeder der L Spalten des Bildfeldes
wiederholt.
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Software, welche der Steuereinrichtung 188 und/oder
der VTT-Einrichtung 58 zugeordnet ist, überwacht periodisch ein Bildfeld
bezüglich
eines Scheitelwert-Pixelsignals und stellt den Verstärkungsgewinn
für das
Bildfeld auf diesem Scheitelwert basierend ein. In einer bevorzugten
Ausführungform wird
das Scheitelwert-Pixelsignal für
jedes Bildfeld gemessen. Die VTT-Einrichtung 58 gibt den
Verstärkungsgewinn über ein
Vestärkungsgewinn-Auswahsignal 206 aus.
Somit wird der Verstärkungsgewinn für jedes
Pixel eines Bildfeldes gleichförmig
eingestellt. Mit anderen Worten, die acht Tastungs- und Haltekreise 136, 138,
..., und 142 geben N benachbarte horizontale Reihen oder
Zeilen, je ein Pixel gleichzeitig aus. Die Verstärker mit automatischer Verstärkungsgewinnregelung 146, 148,
..., und 152 optimieren die Amplitude der Pixel mit Bezug
auf einen vorbestimmten Schwellwertpegel basierend auf einer Scheitelwert-Pixelamplitude.
Die VTT-Einrichtung 58 erzeugt das Verstärkungsgewinn-Auswahlsignal 206 welches
den Verstärkungsgewinn
steuert, der durch die AGC-Verstärker 146, 148,
..., 152 verwirklicht wird. Um die Einflüsse eines
Gleichstromversatzes (DC) während
eines Betriebes mit hohen Verstärkungsgewinn
minimal zu machen, werden die Versatzkorrekturverstärker 156, 158,
..., 162 eingesetzt. Periodisch wird der Eingang zu dem
Pufferverstärker 130 mit
dem Schalter 164 kurzgeschlossen und der Gleichstromversatz
in jedem der N Kanäle wird
getastet und gespeichert. Wenn sich der Schal ter 164 öffnet, werden
die gespeicherten Gleichstromversatzkompensationswerte mit dem Videosignal
des entsprechenden Kanals summiert. Das Gleichstrom-Kompensations-Ausblendsignal 204 begrenzt
die Zeit für
die Gleichstromversatz-Kompensationsfunktion. Vorzugsweise ist der
Schalter 164 ein Feldeffektransistor (FET).
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Der Ausgang jedes der N Versatzkorrekturverstärker 156, 158,
..., und 162 ist mit einem Eingang der Tiefpaßfilter 166, 168,
..., und 172 gekoppelt. Vorzugsweise haben die Tiefpaßfilter 166, 168, ...,
und 172 eine Grenzfrequenz von 706 KHz. Die Tiefpaßfilter 166, 168,
..., und 172 optimieren das Signal-/Rauschverhältnis und
halten eine optimale Ausbreitungsfunktion für eine Punktquelle aufrecht. Eine
höhere
Grenzfrequenz würde
eine minimale Verzerrung für
das echte Signal bewirken, würde aber
das Vorhandensein von mehr Störung
zulassen und dadurch das Signal-/Rauschverhältnis vermindern. Eine niedrigere
Grenzfrequenz würde
das Signal-/Rauschverhältnis
verbessern, würde
aber auch in einem nicht akzeptablen Verlust bezüglich der Scheitelenergie des
echten Signales resultieren. Das Bild eines Punktes im Objektraum
kann als ein Energieberg betrachtet werden, und Wirkungen auf das Bild
können
unter Verwendung mathematischer Ausdrücke für eine Punkt-Ausbreitungsfunktion
bestimmt werden.
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Die Steuereinrichtung 188 steuert
den Betrieb der VTT-Schnittstelle 70' und empfängt vier Steuersignale von
dem FLIR-Sensor 52 und ein Bandauswahlsignal von der VTT-Einrichtung 58.
Das Ungerad-/Gerad-Signal 194 ist ein logisches Signal, das
die Spaltentastrichtung von links nach rechts oder von rechts nach
links vorgibt. Das aktive Videosignal 200 ist ein logisches
Signal, welches immer dann einen Wahrheitswert hat, wenn das Videosignal in
jenem Bildfeld gültig
ist. Das Spaltentaktsignal 198 ist ein logisches Zeitgabesignal,
dessen Übergang zum
niedrigen Signalzustand die zeitliche Lage jeder gültigen Videospalte
bestimmt. Das Pixel-Taktsignal 196 ist ein logisches Zeitgabesignal,
das die zeitliche Lage innerhalb jeder Videospalte angibt, wo die
Daten für
jedes Videopixel gültig
sind.
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Nachdem das gesamte Bildfeld eingegeben ist
und durch die Kanäle
geleitet ist, repräsentiert
der Ausgang jedes der N Tiefpaßfilter 166, 168,
..., und 172 einen Kanal des Video, welcher zur Raketenverfolgung
in die VTT-Einrichtung 58 eingegeben werden muß.
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Die VTT-Einrichtung 58 enthält einen
(nicht dargestellten) Multiplexer, welcher mit einem Analog-/Digital-Umformer
(A/D Umformer) (nicht dargestellt) gekoppelt ist, welcher das analoge
N Kanal-Videosignal in ein digitales N Kanal-Videosignal umformt.
Ein direkt auf den Speicher Zugriff nehmender oder adressierender
Prozessor (DMA) (nicht dargestellt) gibt das digitale N Kanal-Videosignal
direkt in den VTT-Speicher
ein.
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Wie zu erkennen ist, unterzieht die
Videoschnittstelle 70' den
Pseudo-Videoausgang des FLIR-Sensors 52 einer Demultiplexverarbeitung
und ermöglicht
es der VTT-Einrichtung 58N der
M horizontalen Zeilen von Pixeln auszuwählen. Demzufolge kann die VTT-Einrichtung 58 dazu
verwendet werden, eine zweite Gruppe von Azimut- und Elevations-Fehlersignalen
zu erzeugen und zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe
(oder einer Hybridform davon) der Azimut- und Elevations-Fehlersignale
eine Auswahl zu treffen.
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Die zweite thermische Verfolgungsverbindung
verhindert einen Verlust einer Rakete, wenn eine erfolgreiche elektrooptische
Störung
die primäre optische
Verfolgungsverbindung überwindet,
oder wenn die Bedingungen im Kampfgebiet, beispielsweise Rauch,
die primäre
optische Verfolgungsverbindung verschlechtern. Die thermische Verfolgungsverbindung
wird im allgemeinen nicht durch typischerweise im Kampfgebiet vorhandenen
Rauch beeinflußt.
Herkömmliche
Algorithmen können
erfolgreich eine Störung
der thermischen Verfolgungsverbindung verhindern. Durch Formatieren
des Pseudo-Videosignalausgangs vom FLIR-Sensor 52 in ein herkömmliches
VTT-Format können der
vorhandene FLIR-Sensor und die VTT-Technologie mit geringen Modifikationen
verwendet werden.
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Eine zweite Video-Demultiplex-Schnittstelle oder
VTT-Schnittstelle 70'' ist in 3 dargestellt. Für die klare
Darstellung werden die Bezugszahlen von 2 soweit zutreffend auch in 3 verwendet. Die VTT-Schnittstelle 70'' enthält einen Tastungsund Haltekreis 220 mit
einem an den Asugang des Tiefpaßfilters 134 angekoppelten
ersten Eingang und einem an einen Tastungstaktgeber 222 einer Steuereinrichtung 224 angekoppelten
zweiten Eingang. Ein Verstärkungsgewinn-Auswahlausgang 206 der
VTT-Einrichtung 58 ist mit einem ersten Eingang eines Verstärkers 228 mit
automatischer Verstärkungsgewinn-Steuerung
(AGC-Verstärker)
gekoppelt, und ein zweiter Eingang ist mit einem Ausgang des Tastungs-
und Haltekreises 220 gekoppelt. Ein Ausgang des AGC-Verstärkers 228 ist
mit einem ersten Eingang eines Versatzkorrekturverstärkers 232 gekoppelt.
Ein zweiter Eingang des Versatzkorrekturverstärkers 232 ist mit
der Gleichstromkompensations-Ausblend-Einrichtung 204 der
VTT-Einrichtung 58 gekoppelt.
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Ein Ausgang des Versatzkorrekturverstärkers 232 ist
mit einem ersten Eingang eines Analog-/Digital-Umformers 236 (A/D
Umformer) gekoppelt. Ein zweiter Eingang des A/D Umformers 236 ist mit
einem Umformer-Zeitgeberausgang 238 der Steuereinrichtung 224 gekoppelt.
Ein Ausgang des A/D Umformers 236 ist mit einem ersten
Eingang eines digitalen Filters 240 gekoppelt. Ein zweiter
Eingang des digitalen Filters 240 ist mit einem Filter-Zeitgeberausgang 244 der
Steuereinrichtung 224 gekoppelt. Ein Ausgang des digitalen
Filters 240 ist mit einem Eingang des direkt auf den Speicher
Zugriff nehmenden oder adressierenden Ausgangprozessors 250 (DMA-Prozessor)
gekoppelt, welcher die digitalen gefilterten Videodaten unmittelbar
zu dem VTT-Speicher 254 überträgt.
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Die Steuereinrichtung 224 bestimmt
die Zeitsteuerung und die übrige
Steuerung des Betriebes der VTT-Schnittstelle 70''. Die Steuereinrichtung 224 empfängt vier
Steuersignale von dem FLIR-Sensor 52 und das Bandauswahlsignal 208 von
der VTT-Einrichtung 58.
Jedes der Steuersignale von dem FLIR-Sensor 52 und von
der VTT-Einrichtung 58 bewirkt
einen Betrieb in entsprechender Weise, wie bei der ersten Ausführungsform,
die in 2 dargestellt ist.
Im Betrieb wird der Pseudo-Videosignalausgang von dem FLIR-Sensor 52 in
den Differenzial-Pufferverstärker 130 eingegeben
und dort verstärkt.
Der Tiefpaßfilter 134 minimiert
die Störung
in dem Pseudo-Videosignal.
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Das gefilterte Videosignal und ein
Tastungstaktausgang 223 werden in den Tastungsund Haltekreis 220 eingegeben,
welcher sicherstellt, daß der serielle
Videosignalausgang davon nur gültige
Pixeldaten repräsentiert.
Der AGC-Verstärker 228 optimiert
die serielle Videoamplitude mit Bezug auf einen festen Video-Schwellwertpegel
in einer Art und Weise entsprechend wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 2. Zu diesem Zwecke erzeugt
die VTT-Einrichtung 58 ein Verstärkungsgradauswahl-Steuersignal 206 für den AGC-Verstärker 228, wie
zuvor beschrieben wurde.
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Um die Einflüsse des Gleichstromversatzes während eines
Betriebes mit hohem Verstärkungsgewinn
zu minimieren, wird ein Versatzkorrekturverstärker 232 eingesetzt.
Der Eingang des Pufferverstärkers
wird periodisch durch den Schalter 164 kurzgeschlossen
und der durch den Betrieb mit hohem Verstärkungsgewinn des Pufferverstärkers 130,
durch den Tiefpaßfilter 134,
den Tastungs- und Haltekreis 220 und den AGC-Verstärker 228 verursachte Gleichstromversatz
wird getastet und gespeichert. Wenn der Schalter 164 öffnet, dann
werden die gespeicherten Gleichstromversatz-Kompensationswerte mit
dem seriellen Videosignal zusammenaddiert. Das Zeitgabesignal für die Gleichstromversatzkompensationsfunktion
wird durch die Gleichstromversatzkompensationsausblendung 204 definiert
und wird durch die VTT-Einrichtung 58 erzeugt.
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Der serielle Videoausgang von dem
Versatzkorrekturverstärker 232 wird
zusammen mit einem Umformer-Zeitgebersignal 238 an Eingänge des
A/D Umformers 236 angekoppelt. Der Ausgang des A/D Umformers 236 ist
vorzugsweise ein mehrere Bits aufweisendes serielles Digitalsignal.
Der Ausgang des A/D Umformers 236 und ein Video-Bandauswahlsignal
werden zu dem digitalen Filter 240 geleitet. Der digitale
Filter 240 gibt das serielle digitale Videosignal in jeden
der N ausgewählten
Videokanäle ein
und filtert rekursiv die darin befindlichen Videodaten. Videosignale
außerhalb
der gewählten
N Kanäle werden
ignoriert. Das Bandauswahlsignal 208 bestimmt, welche N
benachbarte Kanäle
der M Videokanäle
zu verarbeiten sind. Der digitale Filter 240 definiert
eine 3 dB Grenzfrequenz für
jeden der ausgewählten
Videokanäle.
Vorzugsweise beträgt
die Grenzfrequenz 7,4 kHz. Der digitale Filter 240 liefert ferner
ein maximales Signal-/Rauschverhältnis
und hält
gleichzeitig eine optimale Ausbreitungsfunktion für eine Punktquelle
aufrecht.
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Ein Ausgangs-Zeitgebersignal 256 und
der Ausgang des digitalen Filters 240 werden in den DMA-Ausgangsprozessor 250 eingegeben.
Der DMA-Ausgangsprozessor 250 bewirkt die Steuerung, welche
notwendig ist, um den Prozessor der VTT-Einrichtung 58 von
der Leitung zu nehmen und die digital gefilterten Videodaten unmittelbar
auf den VTT-Speicher 254 zu übertragen. Nachdem die Videodaten
in jedem der gewählten
N Kanäle
rekursiv gefiltert sind, werden sie unmittelbar an den VTT-Prozessorspeicher 254 gegeben.
Die Videodaten von jedem der N ausgewählten Kanäle werden der Reihe nach zu
dem VTT-Prozessorspeicher 254 übertragen. Die Videodaten von
den verbleibenden M-N Kanälen
werden ignoriert. Vorzugsweise ist M gleich 120 und N ist gleich
8.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
besteht das Verfolgungsystem 10 aus einem Standard-M65-System
mit einem vorwärtsblickenden
Infrarotsensor und einem Laser-Zielobjektkennzeichnungsgerät, das zu
einer M65-Teleskopzieleinrichtung hinzugefügt ist. Das Standard-M65-System
wird von Firma Hughes Aircraft hergestellt und die Nachtzielsystem-Zusatzeinrüstung zu
der M65-Teleskopzieleinrichtung wird durch Firma TAMAM, einer Abteilung
von Israel Aircraft Industries, oder von Kollsman, einer Abteilung
von Sequa Corporation, hergestellt. Vorzugsweise sind die verwendeten
Raketen aus dem Rohr abgeschossene, optisch verfolgte, drahtgeführte Raketen
(TOW) welche sowohl mit thermischen als auch mit optischen Bakensignalen
arbeiten.
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Man erkennt aus dem Vorstehenden,
daß das
Raketenverfolgungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung zwei Verfolgungsverbindungen für das Führen oder Verfolgen einer Rakete
aufweist. Wenn die primäre
Verfolgungsverbindung nicht ordnungsgemäß arbeitet, was auf den Bedingungen
im Kampfgebiet, beispielsweise Rauchentwicklung, oder auf elektrooptischer
Störelektronik
durch das Zielobjekt beruhen kann, dann kann eine zweite Verbindung
verwendet werden, um die Rakete ordnungsgemäß auf das Zielobjekt hinzuführen. Eine sekundäre Verfolgungsverbindung,
beispielsweise mit dem FLIR-Sensor, der das thermische Bakensignal
verfolgt, kann durch Bedingungen im Kampfgebiet, beispielsweise
durch Rauch hindurch führen und
kann mit herkömmlichen
Algorithmen eingesetzt werden, um eine Störung zu verhindern. Die VTT-Schnittstelle gemäß der Erfindung
transformiert analoge, seriell multiplex verarbeitete Videosignale
in N parallele Kanäle,
welche durch eine VTT-Einrichtung ausgewählt und in diese eingegeben
werden können.
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Vielerlei weitere Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich für
den Fachmann nach Studium der vorstehenden Beschreibung und der
Zeichnungen in Verbindung mit den nachfolgenden Ansprüchen.