ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ ДАТЧИК КАРТЫ Советский патент 1971 года по МПК G01C21/14 G01C21/22 

Изобретение отн&сится к области навигации, в частности к навигационным индикаторам обстановки.

Известные системы отображения навигационной обстановки не обеспечивают необходимой точности определения местоположения из-за невысокого разрешения отображения систем, используемых в индикаторе и обла дающих довольно сложной конструкцией.

В предлагаемом устройстве влияние указанных недостатков снижено благодаря расцоложения и выполнению элементов отображающей системы.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 - конструкция накопителя для работы с отдельными микрокартами в твердом обрамлении.

Датчик содержит осветитель / в виДе электроннолучевой трубки (ЭЛТ) со световолоконной шайбой 2 на ее фронтальной поверхности, транспорант 3 с маркером 4, снабженный сервоприводом 5, призму 6 поворота ,изображения, например призму Пехана, снабженную сервоприводом 7, жестко связанные зеркала 8 н 9 с объективом 10 между ними, снабженные также приводом 11, накопитель 12 с набором микрокарт 13 и кадровым окном 14, экран 15 в виде матового стекла, волоконный световод 16 с плоским входным торцом и

тремя выходными торцами, светофильтры 17, 18 и /Я конденсорные линзы 20, 21 и 22 т фотодетекторы, например фотоумножители 22, 24 и 25.

Кадровое окно 14 кассеты 12 оптически сопряжено объективом 10 с наружной поверхностью волоконного экрана электроннолучевой трубки. Микрокарты хранятся в накопителе, который снабжен механизмами для выбора установки и перемеш,ения выбранной микрокарты в кадровом окне.

Электроннолучевая трубка в сочетании со световолоконной шайбой 2, объективом 10 и зажимами-отражателями 8 и 9 обеспечивает

визирование и оптическое сканирование соответствуюпдего участка микрокарты, установленной в кадровом окне накопителя. Фотодетекторы 23, 24 и 25 со световодом 16, линзами 20, 21 и 22 и светофильтрами предназначены

для преобразования оптического сигнала поэлементного разложения микрокарты в результате поэлементного сканирования последней в электрические сигналы поэлементного разложения цветовых полей микрокарты. Транспарант 3 с маркером 4 служит для ввода в сигнал информации о месте объекта и направлении его движения, а призма 6 ориентирует изобрал ение местности с наложенным на нее изобран ением маркера в направлении движеРазмеры и форма входного торца световода 16 выбираются в соответствии с размерами и формой визируемой зоны микрокарты в кадровом окне. В данном случае, входной торец имеет форму участка кольца, средний радиус которого равен расстоянию между отражателями 5 и 5. Поскольку датчик предназначен для работы как с черно-белыми, так и с цветными микрокартами, то выходные концы образующих световод разведены в три пучка путем регулярной разводки через два волокна.

Принцип действия предлагаемого устройства заключается в следующем.

Электронный луч ЭЛТ отклоняется известными средствами по определенной траектории и, в соответствии с принятым в системе типом развертки, образует на экране строчный (или спиральный) растр. Лучи света от люминофорного слоя экрана ЭЛТ проходят волоконную шайбу 2, транспарант 3, призму 6 и затем направляются зеркалом 9 в зрачок объекта 10. Выходящие из объектива лучи направляются отражателями 8 на микрокарту 13. Поскольку плоскость экрана ЭЛТ сопряжена оптически с плоскостью микрокарты, объектив 10 образует на поверхности последней сфокусированное изображение растра сканирования. При этом угловая ориентация растра определится угловым положением призмы 6. На изображение растра в плоскости микрокарты будет наложено темновое изображение маркера 4. Изображение будет резким, так как транспарант 3 находится в непосредственной близости от волоконного экрана 2.

Сканирующий луч модулируется черно-белой микрокартой по интенсивности, а в случае цветной микрокарты-по цвету, и представляет за плоскостью микрокарты сигнал поэлементного разложения карты. Нулевые значения сигнал будет принимать при развертке тех участков микрокарты, на которые оптически налолсено изобрал ение маркера. В результате форма сигнала поэлементного разложения соответствует сканируемому участку микрокарты, на который непрозрачными щтрихами нанесено изображение маркера.

Рассеиватель 15, увеличивая размер освещенного лучом участка на входном торце световода 16, распределяет световую энергию сигнала между больщим количеством оптических волокон. При этом исключаются флуктуации сигнала, связанные с дискретной структурой световода, и уравниваются доли световой энергии, поступающие в каналы световода при любом положении сканирующего луча и при любом положении подвижной системы отражатели S и 5 и объектив 10 по отпощению к микрокарте.

Расщепленный оптический сигнал поэлементного разложения от трех выходных торцов световода направляется через светофильтры 17, 18 -л 19 V. конденсорные линзы 20, 21 и 22 на фотодетекторы 23, 24 и 25. Указанные элементы известным образом преобразуют три оптических сигнала в три элект1)ических сигнала поэлементного разложения цветовых полей сканируемого участка микрокарты. При работе в черно-белом режиме используется один фотодетектор 23, причем светофильтр 17 5 выводится из оптической цепи. Электрические сигналы поэлементного разложения направляются в воспроизводящую часть системы, где известным образом используются для синтеза изображения на телевизионном индикаторном 0 элементе.

Для имитации перемещений объекта в пределах района, перекрываемого микрокартой, необходимо:

плавно перемещать сканируемый участок 5 на поверхности микрокарты по двум координатам в соответствии с изменениями положения объекта на местности;

непрерывно ориентировать растр сканирования на поверхности микрокарты в соответ0 ствии с направлением движения или на север; непрерывно ориентировать маркер объекта в соответствии с направлением движения и направлением растра.

Перечисленные операции выполняются в 5 предлагаемом устройстве за счет согласованных управляющим вычислительным устройством движений кинематически независимых элементов.

Перемещение сканируемого участка относи0 тельно осей микрокарты производится по каждой координате различными средствами. По одной координате (условно продольной) перемещение изображения обеспечивается благодаря контролируемому перемещению микро5 карты в кадровом окне механизма накопителя 12. Движение изображения по другой координате (условно поперечной) происходит при повороте подвижной системы, включающей отражатели S и 5 и объектив 10, сервоприво0 дом 11. При повороте подвижной системы траекторией центра зоны сканирования на неподвижной микрокарте будет дуга окружности с -радиусом, равным радиусу поворота отражателя 8. Поэтому перемещение изображения по 5 поперечной координате сопровождается изменением продольной координаты на величину

R (1 - cos а),

где R - радиус поворота отражателя 8, а - угол поворота подвижной системы.

Указанная величина вводится с обратным знаком в канал управления продольным перемещением, чем обеспечивается независимость изменения координат изображения. Поэтому команды управления датчиков по продольной и поперечной координатам вырабатываются вычислительным устройством в форме

а д; - / (1 - cos а);

Ь arc sin - ,

R где а и b - команды управления;

X и у - прямоугольные координаты

После отработки команд указанного вида сканированию подвергается любой заданный командами участок микрокарты. По отношению к кадровому окну область, визируемая подвижной системой при всех возможных ее положениях, имеет форму части кольца, средний радиус которого равен радиусу поворота отражателя 8. Так как эта область полностью перекрывается входным торцом световода 16, оптические сигналы поэлементного разложения будут проходит через световод к фотодетекторам при любом взаимном положении подвижной системы и микрокарты.

Необходимое направление растра сканирования обеспечивается поворотом призмы б сервоприводом 7. Если изображение карты должно ориентироваться в направления двил ении объекта, сервопривод отрабатывает величину половины путевого угла. В режиме ориентации карты на Север призма 6 останавливается в положении, при котором линии растра на микрокарте параллельны осям последней. Наоборот, транспарант 3 с маркером 4 при путевой ориентации карты устанавливается сервоприводом 5 в фиксированном положении. При этом вследствие поворота призмы 6 изображение маркера в плоскости микрокарты будет всегда повернуто по отношению к осям микрокарты на величину путевого угла. По отношению к осям экрана индикаторного элемента изображение маркера будет неподвижно, что соответствует наиболее распространенной методике картографической индикации. В режиме ориентации карты на Север сервопривод 5 непрерывно поворачивает транспарант 3 на величину путевого угла. Тогда при изменении путевого угла изображение маркера на экране будет перемещаться по окружности относительно центра экрана, оставаясь направленной к центру экрана.

В результате одновременного выполнения всех указанных операций обеспечивается точная имитация движений объекта относительно местности.

Наличие не более одной степени свободы у деталей, обеспечивающих перемещение изображения карты при минимальном количестве сервоприводов, упрощает конструкцию, повышает ее долговечность и, позволяя точно контролировать величины рабочих перемещений, способствует повышению точности устройства. Все это достигается без оптических искажений и при полном использовании разрешающей способности оптики.

Кинематическая развязка рабочих перемещений позволяет применять в предлагаемом устройстве микрокарты как смонтированные на микрофильме, так я в виде отдельных пластинок-диапозитивов. В первом случае накопитель 12 выполняется в виде обычного сервоуправляемого лентопротяжного механизма, транспортирующего микрофильм через рамку проекционного окна.

27, перемещаемые ортогонально посредством реечных передач сервоприводами 28 и 29 в направляющих корпуса 30. Микрокарты в исходном положении фиксируются основанием

и пазами боковых стенок магазина 26, причем за наружные поверхности боковых стенок выходят трапецеидальные выступы рамки 3 каждой микрокарты. Траверса 27 выполнена в форме вилки, которая имеет на внутренних сторонах вырезы, соответствующие выступам рамки микрокарты, и продольные пазы по толщине рамки микрокарты. В вилке траверсы находится прижим 32, сопособный передвигаться под

действуем пружины 33. На корпусе узла установлен упор 34 прижима 32, охватывающий вилку траверсы 27.

Работа и взаимодействие деталей накопителя, начиная с момента выбора микрокарты,

осуществляется следующим образом.

В исходном положении вилка траверсы 27 охватывает магазин 26, прижим 32 находится на упоре 34, а пружина 33 сжата. Выступы

рамок микрокарт свободно проходят через вырезы вилки траверсы, вследствие чего магазин имеет возможность перемещения по своим направляющим. Выбор микрокарты осуществляется перемещением магазина 26 по направляющим шаговым сервоприводам 28, в результате чего избранная микрокарта устанавливается против вилки траверсы 27. После остановки магазина начинает движение по своим направляющим траверса 27, управляемая сервоприводом 29. Вырезы вилки траверсы захватывают выступы рамки микрокарты, и микрокатра начинает извлекаться из магазина. При дальнейшем движении траверсы освобождается прижим 32, который под действием пружины 33 нажимает на рамку микрокарты и фиксирует последнюю во внутренних продольных пазах вилки траверсы. При последующем перемещении в траверсе 27 микрокарта вводится в кадровое окно и занимает

заданное командой управления положение.

Смена микрокарты осуществляется в обратной последовательности; траверса 27 движется к магазину 26, прижим 32 задерживается упором 34, микрокарта входит в паз магазина до упора в основание и оставляет вилку в результате последующего перемещения траверсы в исходное положение. После этого магазин микрокарт получает возможность перемещения по своим направляющим, в полость

траверсы вводится новая микрокарта, и цикл повторяется.

Особенностью конструкции накопителя микрокарта является совмещение движения подачи микрокарты из магазина в рабочее положение с движением, имитирующим перемещение объекта, и объединение соответствующих механизмов, что упрощает конструкцию, повышает надежность и уменьшает габариты устПредмет изобретения

1. Телевизионный датчик карты для бортовых систем индикации перемещающегося изображения, например цветного картографического изображения местности, содержащий накопитель с комплектом микрокарт и механизм для выборки микрокарты и нодачи ее в кадровое окно, сканирующее устройство в виде электроннолучевой трубки с обегающим лучом, объектив для проекции сканирующего пятна в плоскость кадрового окна, нризму для ориентации изображения, маркер, фоторегистраторы и отражатели, установленные между электроннолучевой трубкой и кадровым окном, отличающийся тем, что, с целью повыщения разрешающей способности с одновременным упрощением конструкции, объектив жестко связан с отражателями, установленными перед кадровым окном под углом 45° к оси электроннолучевой трубки и имеющими общую ось качания, совпадающую с осью электроннолучевой трубки и призмы, а между кадровым окном и фоторегистраторами расположен волоконный световод с входным торцом, параллельным плоскости кадрового окна и равным ему по ширине, и выходными торцами по числу фоторегистраторов, образованными равномерно разведенными от входного торца концами волокон. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с

целью повышения точности указания места и направления движения объекта на изображении карты, маркер объекта нанесен на транспаранте. Снабженном приводом для вращения вокруг оси сканирующей электроннолучевой

трубки.

3. Телевизионный датчик карты по пп. 1, 2, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции датчика при использовании михрокарт в виде пластинчатых диапозитивов, механизм подачи диапозитивов в кадровое окно, объединенный с механизмом плавного и контролируемого перемещения диапозитива в кадровом окне, выполнен в виде сервоунравляемой траверсы с линейными направляющими, имеющей форму вилки с вырезами и пазами под фиксирующие выступы рамок диапозитивов, свободно охватывающей в исходном положении магазин накопителя, который

при выборе необходимого диапозитива перемещается через вилку в плоскость траверсы шаговым двигателем,

23

20

fff

гг

. /

JJ