Einrichtung mit einer Luftbildkamera zum Aufnehmen einer Serie photogrammetrischer Luftbilder
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einer Luftbildkamera für mit einem Dopplerradar-und/oder Inortial-Navigationssystem ausgerüstete Flugzeuge zum Aufnehmen einer Serie photogrammetnischer Luftbilder längs eines vorgegebenen Kurses.
Bei Bildflügen zur Vermessung grosser Gebiete werden bekanntlich aus. einem in möglichst gleich- bleibender Höhe fliegenden Flugzeug in regelmässigen Abständen Luftaufnahmen gemacht, wobei die Ab stände zwischen den einzelnen Aufnahmen meist so gewählt sind, dass von dem zu vermessenden Gebiet Reihenbilder mit 60% iger Längsüberdeckung erhalten werden.
Eine genaue Auswertung der Luftbilder ist z. B. mittels photogrammetrischer Kartiergeräte möglich, bei welchen durch stereometrische Projektion zweier auf einanderfolgender Aufnahmen ein dem aufgenommenen Gelände entsprechendes Raummodell erzeugt und das Raummodell mittels geeigneter Messvorriichtungen vermessen wird. Hierzu müssen die beiden Aufnahmen im Kantiergerät so angeordnet werden, dass ihre Lage im verkleinerten Massstab möglichst genau der bei Belichtung im Raum eingenommenen Positionen entspricht.
Zum Nachbilden dieser räumlichen Positionen werden am Boden Fixpunkte vermessen und die Auf nahmen im Kantiergerät auf diese mit aufgenommenen Fixpunkten eingepasst. Die Vermessung der Fixpunkte ist zeitaufwendig und mit erheblichen Unkosten verbunden und oft auch gar nicht möglich, wenn das s Gelände praktisch unzugänglich ist.
Auf die Bodenorientierung könnte nur dann ver zichtet werden, wenn die räumliche Position jedes einzelnen Bildes in bezug auf das photographierte Ge lände ganz genau bekannt wäre. Zur Ermittlung der genauen Bildposition sind eine ganze Reihe Grössen erforderlich, wie z. B. die Flugh¯he, der r Kurs bzw. die Kursabweichung des Flugzeuges, die genaue Länge der zwischen den aufeinandenfolgenden Aufnahmen zurückgelegten Flugstrecke, die Neigung der Luftbild- kamera bezüglich der vertikalen Achse usw., wobei alle diese Grössen möglichst genau im Augenblick der Belichtung einer Aufnahme erfasst oder nachträglich für diesen Zeitpunkt errechenbar sein müssen.
Zur Erlangung der Messdaten ist ein erheblicher Aufwand an Mess-und Registriergeräten erforderlich, der um so grösser sein wird, je grössere Ansprüche an die Messgenauigkeit gestellt werden.
Die bisher genaueste Koppel-Flugnavigation wird bekanntlich durch eine Navigationseinrichtung erreicht, welche aus 5 der Kombination eines Inertialortungssystems mit einem Doppler-Radan besteht.
Ein Inertialortungssystem besteht im wesentlichen aus einer mit Kreiseln in dnei aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen stabilisierten Plattform, auf welcher Beschleunigungsmesser befestigt sind, die die Beschleunigungskomponenten nach diesen drei Richtungen messen. Durch einmalige Integration der Be schleunigungswerte wird die augenblickliche Gesohwin- digkeit und durch zweimalige Integration der zur ckgelegte Weg erhalten. Die Inertialortung ist von äusseren Signalen unabhängig, bedarf aber wegen der Kreisel- stabilisierung bei längere, Flugzeiten einer Korrektur.
Diese Kornektur kann über einen Doppler-Navigationsradar dunchgeführt werden, welcher neben der genauen Fluggeschwindigkeit auch den durch den Wind hervorgerufenen Triftwinkel liefert. Die vom Inertialortungs- system und vom Doppier-Radar gelieferten Signale werden einem Bordrechner zugeführt, welcher die f r die Navigation erforderlichen, Daten berechnet. Die Navigationsdaten werden in zweckmässiger Form an Instrumenten angezeigt bzw. einem Autopiloten eingegeben. Zur Bestimmung der Bildposition können die für die Flugnavigation erforderlichen Grössen verwendet worden, müssen dann jedoch mit einer wesentlich grösseren Genauigkeit bestimmt sein.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung mit einer Luftbildkamera zum Aufnehmen photogrammetrischer Reihenluftbilder, mittels welcher unter Mitbenutzung des im Flugzeug vorhandenen Navigationssystems aufeinanderfolgende Aufnahmen nach genau bestimmten Flugstrecken belichtet und die zur Bestimmung der Position der Aufnahmen ohne Bodenorientierung notwendigen Grössen im Augenblick der Belichtung jeder Aufnahme genau ermittelt werden.
Die erfindungsgemässe Einnichtung ist gekennzeichnet durch einen von Doppler-Radarimpulsen oder den Impulsen des Inertialsystems gesteuerten Impulsgeber zum Erzeugen eines Auslöseimpulses für den Kameraverschluss nach jeweils einer vorbestimmten Anzahl von Geschwindigkeitsimpulsen, durch Messvorrichtungen zur Zählung dieser Impulse und zur Ermittlung der für die Bestimmung der Abweichung von der Sollposition auf einanderfolgender Aufnahmen erforderlichen Daten und durch eine durch die Belichtung gesteuerte Registrereinrichtung zum Fixieren dieser Daten.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und der beiliegenden Zeichnung ausführlich beschrieben. In der Zeichnung zeigt :
Fig. I ein Flugbahndiagramm in der Horizontalebene,
Fig. 2 eine Zusammenstellung der vorkommenden Azimut-Winkel,
Fig. 3 ein Flugdiagramm in der Vertikalebene, und
Fig. 4 eine Zusammenstellung der vorkommenden Vertikalwinkel.
Die Fig. 1 bis 4 dienen zur Erläuterung.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel der Aufnahmeeihrichtung.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Steuerung des Verschlusses und Berücksichtigung seiner Verzögerung.
Das im Flugzeug vorhandene Inertialortungssystem sei in geographischer Nordrichtung stabilisiert, und die Luftbilder sollen aus konstanter Höhe längs einer geraden Linie, der gewünschten Bahn oder Sollbahn, aufgenommen werden, die mit der Nordrichtung den Sollbahn Winkel 's-r einschliesst.
Fig. 1 und 3 zeigen die Sollbahn als durchgehende gerade Linie. Diese Sollbahn wird vom Flugzeug nicht genau eingehalten, sondern durch eine Flugbahn in Form einer räumlich verlaufenden Wellenlinie mit grösseren oder kleinene Abweichungen angeglichen.
Längs der Istbahn erfolgen die Aufnahmen. In einem Punkt A sei eine erste Aufnahme und in einem Punkt B eine zweite Aufnahme gemacht worden. Der Doppler Radar liefert Informationen über die Geschwindigkeit des Flugzeuges auf der Istbahn, und die Integration dieser Geschwindigkeit liefert die Istbahnlänge zwischen den Punkten A und B. Für die Auswertung der Luftbilder ohne Bodenorientierung ist jedoch der genaue, geradlinige Abstand des Punktes B vom Punkt A erforderlich. Dieser Abstand AB kann in zwei Schritten erhalten werden.
In Fig. 1 ist die Projektion der Istbahn zwischen den Punkten A und B auf die Horizontalebene als Bogen ABII wiedergegeben. Der Einfachheit halber ist angenommen, dass die erste Aufnahme A gemacht worden ist, als sich das Flugzeug gerade auf der Sollbahn befunden hat. Wie in Fig. 1 gezeigt, liefert die Projektion des Punktes B auf die Sollbahn den Punkt C. Die Strecke AC, die sogenannte Bahn-Längsdistanz Da, und die Strecke CB, die Bahn-Querdistanz Dc , werden in der Flugnavigation gebrauchtund vom Doppler-Radar-Rechner geliefert.
Für eine genaue Positionsbestimmung der Luftbilder, d. h. zur Ermittlung der genauen Länge der Strecke ABH, sind die vom Rechner gelieferten Werte jedoch viel zu ungenau.
Aus Fig. 1 lässt sich ableiten, wie im ersten Schritt die Strecke ABH genau bestimmt ist durch die Gleichung
EMI2.1
in welcher ABH die genaue Länge der Istbahnprojektion auf die Horizontalebene zwischen A und B ist,)/'TE den Bahnwinkel-Fehler, d. h. den Winkel zwischen Sollbahn und Istbahn, bedeutet und der Winkel j3 durch tgss = Dc/D. bestimmt ist, wobei DA die vom Bordrechner gelieferte Bahn-Längsdistanz und De die vom Bordrechner gelieferte Bahn-Querdistanz ist. Die Ermittlung der genauen Länge des Bogens ABH stellt den zweiten Schritt dar.
Zunächst soll jedoch erst auf die Bestimmung des Bahnwinkelfehlers +'TE eingegangen werden.
Fig. 2 dient zur Definition der hier vorkommenden Azimut-Winkel. Es ist bereits erwähnt worden, dass das Inertial-Ortungssystem eine kreiselstabilisierte Plattform aufweist, deren Gehäuse üblicherweise mit dem Flugzeug fest verbunden ist. Zur Erzielung bestimmter Vorteile, auf die an späterer Stelle näher eingegangen wird, ist es zweckmässig, das Kreiselgehäuse nicht mit dem Flugzeug, sondern mit der Luftbildkamera fest zu verbinden. Die Kamera wird dann so gelagert, dass sie mit einer Nachlaufsteuerung in Lotrichtung und in Azimut stabilisiert werden kann. Mit der Stabilisierung der Luftbildkamera ist dann auch das Kreiselgehäuse ständig stabilisiert.
Der Steuerkuns wird an der Plattform (und damit an der Kamera) eingestellt und mittels eines Differential-Synchroservomechanismus auf die Flugzeugsteuerung übertnagen. Der eingestellte (Kamera)- Steuerkurs t/tCH i, st nicht identisch mit dem Flugzeug Steuerkurs trAH, der durch den Winkel zwischen Flug zeuglängsachse und Nordrichtung N bestimmt ist. Der Unterschied zwischen Flugzeugsteuerkuns und Kamerasteuerkurs, der durch den Winkel zwischen Kameralängsachse und Nordrichtung gegeben ist, ist in Fig. 2 mit ?CH/AH bezeichnet, d. h. ?CH/AH = VcH-AH.
Flug- zeugsteuerkurs AH und der vom Wind hervorgerufene Triftwinkel 8 ergeben zusammen den wirklichen Kurs titT d. h. der Winkel zwischen Nordrichtung und Tangente an die Ist-Flugbahn. Die gewünschte Flugbahn oder Sollflugbahn ist durch den SoIIkurs f'sT gegeben, und die Differenz zwischen (wirklichem) Kurs vST. und Sollkurs yer bestimmt schliesslich den oben erwähnten Bahnwinkel-Fehler ?TE, d. h. VITF, = ?TA-?ST. ¯hnliche Verhältnisse liegen in der Vertikalebene vor, zu deren Erläuterung die Fig. 3 und 4 dienen.
Der Einfachtheit halber sei angenommen, dass das Flugzeug in der Horizontalebene genau längs der Sollbahn fliegt, also die Bahn-Querdistanz gleich Null ist. In Fig. 3 wird somit der Bogen ABH der Fig. I durch die Strecke ABH wiedergegeben, und der genaue geradlinige Abstand des Punktes B vom Punkt A wird nun im zweiten Schritt bestimmt durch die Gleichung
EMI2.2
in welcher AB die LÏnge der zwischen den Punkten A und B auf der Ist-Bahn zurückgelegten Flugstrecke, OTE der vertikale Bahnwinkelfehler und y bestimmt ist durch tg γ = DH/DH. DA ist hierbei wiederum die Bahn LÏngsdistanz und DH die Bahn-H¯hendistanz.
Zur Herleitung des vertikalen Bahnwinkel-Fehlers ETE wird auf Fig. 4 verwiesen, in welcher die Vertikalwinkel dargestellt sind.
Der äussere Kardanring stellt die Verbindung zwi schen Flugzeug und der Kamera, d. h. dem Gehäuse der stabilisierten Plattform, her. Die eine Drehachse ist in Richtung der Fluigzeuglängsachse P' (Rollachse) und die andere in Richtung der Flugzeugquerachse Q' (Kippachse) ausgerichtet.
Der Flugzeugkippwinkel ?A und der Flugzeugroll- winkel 0'A sind als Pfeile um diese Achsen einge- zeichnet. Im äusseren Kardanring ist die Kamera mit dem Gehäuse der Plattform um die Hochachse Z dreh- bar angeordnet. Ihre Längsachse definiert mit der Nordrichtung den Kamera-Steuerkurswinkel ?CH. Der innere Kardanriing stellt die stabilisierte Plattform dar. Die vertikale Orientierung der Plattform ist in der Nord Süd-und Ost-West-Richtung stabilisiert.
Diese beiden raumbezogenen Vertikalwinkel werden in der Plattform automatisch so umgerechnet, dass sie auf die Kameralängs-und Kameraquerachse bezogen sind, d. h. den Kippwinkel Oc und den Rollwinkel ?C der Kamera ergeben. Der auf die Flugzeugachsen be- zogene Kamera-Kippwinkel ist mit ?C und der Kamera Rollwinkel mit 0'c bezeichnet. Der raumbezogene Kamera-Kippwinkel Oc und der flugzeugbezogene Kamera-Kippwinkel O'c ergeben zusammen den Flugzeug-Kippwinkel CA.
Ahnlich wie in der Horizontal- ebene der Triftwinkel ?, also der Winkel zwischen Flugzeugachse und Istbahn, der vom Doppler-Radar bestimmt wird, ermöglichen gewilsse Radaranl'agen auch die Bestimmung des < H¯han-TriftwinkeIs > ?v zwischen Flugzeuglängsachse und Istbahn in der Vertikalebene.
Der vertikale Istbahnwinkel OTA ergibt sich dann aus der Summe von Flugzeugkippwinkel und Höhentrift- winkel : ?TA = O'A + (5V. Die Differenz zwischen ver tikalem Istbahnwinkel OTA und vertikalem Sollbahnwinkel EST ergibt schliesslich den vertikalen Bahn Fehlemvinkel OTE.
Kamera-Kippwinkel ?C und Kamera-Rollwinkel < c bestimmen fermer die vertikale Richtung, aus der eine Aufnahme gemacht worden ist.
Die H¯he wird wie üblich barometrisch gemessen.
Hierbei ergibt sich, wie in der Fachliteratur nachgelesen werden kann, ein Langzeitfehler, der durch die Kr mmung der barometrischem Referenzisobare verursacht ist.
Zur Ermittlung dieses Langzeitfehlers sind Angaben über den statisohen und den Gesamtluftdruck hb, die Lufttemperatur T, den Triftwinkel eN, ferner, über die geographische Breite ? die zurückgelegte Flugstrecke S, Erdbeschleunigung g und Erdrotationsgeschwindigkeit co erforderlich.
Fine genaue Auswertung von ohne Bodenorienticrung aufgenommenen photogrammetrischen Luftbildern ermöglichen demnach folgende Grössen : die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufnahmen vom Flugzeug zurückgelegte Wegstrecke S, die Bahnquerdistanz De und die Bahnlängsdiatanz DA, der Bahnwinkelfehler IPTE (vorzugsweise in der Form
EMI3.1
der Kamera-Steuerkurs WCH, Kamera-Kippwinkel Oc und Kamera-Rollwinkel oc, der Triftwinkel 8, der statische und der Gesamtluftdruck hb, die Lufttempe- ratur T, der Doppler-Distanz-Fehler (dessen Bedeutung an späterer Stelle ausführlich behandelt wird)
und vor- teilhafterweise auch der vertikale Triftwinkel dv.
Ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Aufnahmeeinrichtung ist in Fig. 5 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist neben einer Haupt-Luftbild- kamena l noch eine Hilfs-Luftbildkamera 2 vorgesehen.
Alle Anzeigeorgane der für die Bestimmung der vorstehend genannten Grössen nötigen Messinstrumente sind in einem Paneel 3 angeordnet, welches bei Belichtung einer Aufnahme von einer Registrierkamera 4 photographiert wird.
Der Doppler-Navigationsradar 5 erhält Informatif nen über den Flugzeug-Steuerkurs q AH vom Plattformrechner 6 und liefert zusammen mit dem Doppler- Navtgationsreehner 7 Informationen über die Geschwin digkeit V des Flugzeuges, den Triftwinkel d, die Bahnlängsdistanz DA, die Bahnquerdistanz DC, den Bahnwinkelfehler ?TE. und eventuell auch über den vertikalen Triftwinkel dv.
Die Information über die Geschwindigkeit V des Flugzeuges besteht aus einer Impulsfolge, deren Folgefrequenz der Geschwindigkeit proportional ist. Zwei aufeinanderfolgendeDoppier-Impulsedefinieren so eine Doppler-Distanzeinheit von z. B. 64,35 mm Länge.
Zur Bestimmung der zwischen zwei aufeinander- folgenden Aufnahmen zurückgelegten Flugstrecke S wenden die Doppler-Impulse Vdigit dem Doppler-Radar 5 entnommen und einer Vorrichtung zugeführt, welche nach jeweils einler vorbestizmmten Anzahl Impulsen einen Auslöseimpuls für den Kameraverschluss der Haupt- oder Hilfskamera abgibt. Das wesentliche Organ der Steuervorrichtung f r den Kameraverschlu¯ ist eine ZÏhleinrichtung A, welche die ankommenden Doppier- Geschwindigkeitsimpulse Vdigit zählt.
Die Zählemrich- tung ist mit einer repetierenden Voreinstellung ausgestattet, so dass die Doppler-Impulse von der Voreinstellung auf Null herabgezählt werden. Beim Erreichen der Nullstellung wird der Auslöseimpuls Ac f r den Kameraverschluss erzeugt und die Zähleinrichtung auf die vorgegebene Voreinstellung zurückgestellt. Zur Venmeidung der durch die Rückstellung der ZÏhleinrichtung bedingten Fehler sind in der Zähleinrichtung A zwei Zählwerke As und A2 vorgesehen, die so geschaltet sind, dass das eine Zählwer, k beim Erreichen seiner Nullstellung den Auslöseimpuls f r den Kameraverschluss erzeugt und gleichzeitig das andere Zählwerk einschaltet, das nun die Zählung der nächsten Zähl- rate übernimmt.
In der Zwischenzeit wird das erste Zählwerk auf seine Voreinstellung zurückgestellt, so dass es zum Einschalten durch das andere Zählwerk wieder bereit ist. Durch die beiden abwechselnd zählenden Zählwerke werden nicht nur Zählfehler vermieden, sondern man gewinnt darüber hinaus noch die M¯g lichkeit, während des Zählens Anderungen in der Voreinstellung vorzunehmen. Bedingt durch besondere Kon stmktionsmerkmale der Luftbild-Kameraverschlüsse und spezielle Mal3nahmen bei der Filmführung weist jede Kamera eine gewisse Verzögerungszeit zwischen Auslöseimpuls und Filmbelichtung auf, die je nach Kamera typ verschieden ist und bis einige Sekunden betragen kann.
Zur Erfassung dieser Verzögerungszeit ist in der Aufnahmeeinrichtung ein weiteres Doppler-Impulse zählendes Zählwerk B vorgesehen, welches durch den von der Auslöse-Zähleinrichtung A abgegebenen Aus löseimpuls für den Kameraverschluss eingeschaltet und durch die Belichtung, also in dem Moment ausgeschaltet wird, in welchem der Kameraverschluss vollständig ge öffnet hat. Dieser Ausschaltimpuls kann beispielsweise mittels einer Photodiode erzeugt werden, welche an ge eigneter Stelle im Kameragehäuse angeordnet ist.
Die Anzeigeorgane der Auslösezählwerke A1 und A2 und des Verzögerungszählwerkes B sind im Paneel 3 angeordnet, welches wie bereits erwähnt von der Registrierkamera 4 photographiert wird, sobald der Film in der Luftbildkamera 1 belichtet wird. Hierzu wird der Verschluss der Registrierkamera 4 durch den von der Photodiode erzeugten Belichtungsimpuls ausgelöst. Als Registrierkamera kann eine handelsübliche Kamera mit Weitwinkelobjektiv und z. B. 1/500 sec Belichtungszeit verwendet werden. Nach dem Photographieren des Paneels 3 wird das Verzögerungszählwerk B zurückgestellt und der Film in der Registrierkamera 4 automatisch um eine Aufnahme weitergedreht.
Ein Ausführungsbeispiel einer Auslöseeinrichtung für eine Haupt-und eine Hilfs-Luftbildkamera ist als Blockschaltbild in Fig. 6 gezeigt. Als Auslösezählwerk Ai und A sind elektromechanische Zähler mit automatischer Rückstellung verwendet, deren Voreinstellung von Hand einstellbar ist. Jeder Zähler weist z. B. ein vierziffriges Zählwerk auf, dessen Zählräder über Elek- tromagnete und Gesperre durch Gleichspannungsimpulse weitergeschaltet werden. Beim Erreichen der Nullstellung wird ein einpoliger Umschalter 7 betätigt, und die Zählräder werden auf die Voreinstellung zurückgestellt. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, werden die ankommenden Doppler-Impulse Vdigit einem Odometer zugef hrt, welcher z. B. jeden 128ten Doppler-Impuls an einen Verstärker 8 weitergibt.
An jedem Ausgang eines bistabilen Multivibrators 9 ist ein erstes und ein zweites Halbleiter-Schaltelement 10a, 10b und 11 a, llb angeschlossen. Die verstärkten 128ten Doppler-Impulse sind den beiden ersten Schaltelementen 10a, lla zugefuhrt. Der Ausgang des einen ersten Sehaltelementes 10a ist am einpoligen Umschalter 7a des ersten Zählwerkes A, und der Ausgang des anderen ersten Schaltelementes lla am Umschalter 7b des zweiten Zählwerkes A2 an- geschlossen. Der Abschaltkontakt 12a, 12b des Umschaltens 7a, 7b jedes Zählwerkes Ai und As ist an eines der beiden zweiten Schaltelemente lOb, llb angeschlossen, deren Ausgänge gemeinsam zu einem zweiten Verstärker 13 führen.
Am Ausgang dieses zweiten Ver stärkers 13 erscheint ein Ausl¯seimpuls, sobald eines der beiden Zählwerke AI oder As auf Null gezahlt hat.
Die Auslöseimpulse werden über zwei dreipolige Schalter
14a, 14b den Verschlüssen der beiden Luftbildkameras 1, 2 zugeführt, wobei in der einen Zuführungsleitung ein Verzögerungsglied 15 eingeschaltet ist, mit dessen Hilfe die Verzögerungszeiten der beiden Kameras so aufeinander abgestimmt werden können, dass beide zur gleichen Zeit öffnen. Die beiden dreipoligen Umschalter
14a, 14b können von Hand bedient werden und dienen dazu, die beiden Kameras 1, 2 einzeln oder zusammen arbeiten zu lassen. Der Auslöseimpuls steuert ferner den bistabilen Multivibrator 9.
Der von der Photodiode 16 bei offenem Hauptkameraverschluss erzeugte Belichtungs- impuls wird in einem dritten Verstärker 17 verstärkt.
Die verstärkten Belichtungsimpulse und Auslöseimpulse sind einer Flip-Flop-Stufe 18 zugeführt, deren Ausgang einerseits über einen Verzögerungskreis 19 mit dem Rücksltellmechanismus 20 der Zählwerke verbunden und anderseits an dem einen Eingang eines ¸UND¯-Elementes 21 angeschlossen ist.
Der andere Eingang des UND -Elementes 21 wird mit den Doppler-Impulsen Vtljgst gespeist, und seine Ausgangsimpulse steuern das Verzögerungszählwerk B.
Das Verzögerungszählwerk B ist vorzugsweise eines vom binär zählenden Typ, so dass die Zählung z. B. mittels Lämpchen 22 zur Anzeige gebracht werden kann, die im Paneel 3 angeordnet sind. Zwölf Zählstufen sind im allgemeinen auch für grosse Fluggeschwindigkeiten und lange Verzögerungszeiten der Kameraverschlüsse ausreichend.
Die Länge der räumlichen Flugbahn, d. h. der von Aufnahme zu Aufnahme vom Flugzeug auf die Istbahn zurückgelegten Flugstrecke AB, wird aus den Anzeigen der Zählwerke A und B bestimmt durch 8 = AB = E (n-Voreinstellung Zählwerk A + Anzeige am Zählwerk B), worin E die Doppler-Distanzeinheit und n die Impulszählung im Odometer bedeutet. Die Genauigkeit der Strecke hängt also im wesentlichen von der Impuls- zählung im Odometer ab und kann damit den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden.
Wie aus Fig. 1 und Gleichung 1 ersichtlich ist, wird die genaue Bahn-Längsdistanz D, durch
EMI4.1
erhalten, wobei der Bahnwinkelfehler ?TE - ?TA-?ST, d. h. durch die Differenz von Kurs und Steuerkurs bestimmt ist. Während des Messfluges auf einer geraden Strecke ist der Steuerkurs estsT eine Konstante, während sich der tatsÏchliche Kurs tyTe laufend ändert.
Die beiden Luftbildkameras 1 und 2 (Fig. 5) sind im Azimut auf den gewünschten Soll-Kurs stabilisiert.
Der gewünschte Soll-Kurs y. . T wird in einer gesonderten Baueinheit 23 eingestellt und über ein Zählwerk mit dekadischen Zählwalzen im Paneel 3 zur Anzeige gebracht. Ein Drehfeldgeber überträgt die Einstellung auf einen synchronisierten Drehfeldempfänger in einem Kamera-Kunsübertrager 24, von welchem der Kamera Kurs tpCH bestimmt und über ein Zählwerk im Paneel 3 zur Anzeige gebracht wird. Das den Kamera-Kurs tgcH darstellende Signal wird über einen Differential-Drehfeldgeber auf den Aufhängebügel der Hauptkamera 1 über- tragen.
Die resultierende Stellung der Welle des Differential-Drehfeldgebers stellt die Differenz zwischen Kamera-Steuerkurs ycs und Flugzeug-Steuerkurs tfAH dar. Die Signale über den Flugzeug-Steuerkurs 'AH werden dem Doppler-Radar 5 zugeführt und dort zu den Drehfeldsignalen über den Triftwinkel 8 addiert.
Die Summe dieser beiden Winkel stellen den horizontalen Istbahnwinkel wyT dar. Der Sollbahnwinkel y ; T wird vom Istbahnwinkel ?TA subtrahiert und ergibt den Bahn Fehlerwinkel !/) TE. Die den Bahn-Winkelfehler ?TE darstellenden Signale werden einem Sinus-Potentiometer zugeführt. Die erhaltenen sin yaTE-Signale werden hierauf in der Ubertragereinheit 25 quadriert und schalten ein im Paneel 3 untergebrachtes Bahn-Winkelfehlerzählwerk 26.
Wie aus der Gleichung 1 ersichtlich, ist für die genaue Bestimmung des Abstandes zweier aufeinander- folgender Aufnahmen noch der Winkel ¯ erforderlich, welcher durch seinen Tangens Dc/DA, d. h. durch Bahn längs-und Bahnquerdistanz bestimmt ist. Zur Herleitung dieser beiden Grössen werden zunächst die Doppler-Geschwindigkentsimpulse in einem vielstufigen Integratorkreis in eine Dreiphasenspannung umgewandelt. Mit dieser Dreiphasenspanmmg wird ein Synchron- motor angetrieben, so dal3 die Anzahl der Anker- umdnehungen die zurückgelegte Flugstrecke ergibt.
Der Synchronmotor treibt die Kugel eines mechanischen Kugel-FunbtioQsdrehmelders an. Der Kugel sind zwei mechanische Abgriffe zugeordnet, deren Wellen senkrecht aufeinander stehen und bezüglich der Antriebsr achse der Kugel verstellbar sind. Die Einstellung der Abgriffe erfolgt über die Bahn-Winkelfehlersignale JTE- Die Abgriffswelten betÏtigen Zählwalzen 27,28, welche in Kilometern oder Meilen geeicht sein können und im Paneel 3 untergebracht sind.
Dunch die Anzeigen der ImpulszäMwerke A und B, des Bahn-Winkelfehlerzählwerkes 26, der Bahn-Längs- distanz 27 und der Bahn-Querdistanz 28 ist die Strecke AB (Gleichung 1 Abus) in erster Näherung bestimmt, und diese Bestimmung ist ausreichend, wenn die durch die Höhenunterschiede bedingten Fehler in Kauf genommen werden können, d. h. wenn der Bahnbogen AB als im wesentlichen in einer Horizontalebene liegend angesehen werden kann. Für genaue Messungen ist jedoch die durch d ! e Höhenunterschiede beim Fliegen bedingte Längenänderung des Bahnbogens ABH zu berück- sichtigen, und die durch Gleichung 1 bestimmte Strecke ABE bedarf einer Korrektur, welche nach Gleichung 2 ermittelt wird.
Hierzu ist vor allem die Bestimmung des vertikalen Bahn-Winkelfehlers ETE erforderlich.
Wie bereits ausgefühnt worden ist, ergibt sich dieser aus der Differenz von vertikalem Sollbahnwinkel OST und vertikalem Istbahnwinkel ?TA. Der vertikale Sollbahnwinkel ist Null, da das Flugzeug in der Horizontal- ebene fliegen soll, so dass der vertikale Bahn-Fehler- winkel < 9rEallein durch den Istbahnwinkel ET. bestimmt ist.
Der vertikale Istbahnwinkel ?TA ist wie er wähnt bestimmt durch die Summe aus Flugzeug-Kipp- winkel O'A und vertikalem Triftwinkel dv-Der Flugzeug Kippwinkel 6YA wind in Form eines Drehfeldsignals von der stabilisierten Plattform geliefert. Ebenfalls in analo- ger Form liefent der Doppler-Radar 5 den vertikalen Triftwinkel av. Beide Signale werden einer Additionsschaltung 29 (Fig. 5) zugeführt und dort addiert. Das Summensignati wird einer Recheneinheit 30 zugeführt, in welcher der Sinus gebildet und den Sinus quadriert wird.
Die Ausgangssignale der Recheneinheit 30 werden dann einem Zählwerk 31 zugeführt, und das Ergebnis gelangt im Paneel 3 zur Anzeige. Zur Bestimmung des Winkels γ in Gleichung 2 ist neben der bereits erhaltenen Bahnlängsdiätanz DA noch die Bahnhöhendistanz Du erforderlich. Diese ergibt sich aus einer barometrischen Höhenmessung, auf die an späterer Stelle ausführlicher eingegangen wird.Mit den bisher beschriebenen Daten ist bereits eine sehr genaue Bestimmung des Abstandes zweier aufeinanderfolgender Aufnahmen geben.
Da die Bündelung der Radanstrahlen niemals unendlich scharf ist, bestehen die empfangenen Doppler Impulse aus einem Frequenzspektrum und weisen Glockenform auf. Die Abtastung der Glockenform des Frequenzspektrums bewirkt auf kurze Zeit gesehen ein ¸Vor¯- oder ¸Nach¯-Gehen der ZÏhlwerke, je nachdem, ob die ansteigenden oder abfallenden Flanken das Zählwerk weiterschalten. Die enmittelte Bahnlängsdistanz DA ist daher noch mit einem Kurzzeitfehler behaftet.
Zur Bestimmung dieses Distanzfehlers werden die vom Doppler-Radar gelieferten Geschwindigkeitsinformatio- nen mit dem vom Inertial-Ortungssystem abgeleiteten verglichen. Die Differenz beider stellt den Doppler- InertiM-Geschwindigkei'tsfeMer dar. Eine Integration desselben liefert den Doppler-Distanzfehler.
Die kreiselstabilisierte Plattform 32 (Fig. 5) liefert Beschleunigungswerte in der Nord-Süd-atichtung x und in der Ost-West-Richtungy.DieseBeschleunigungs- werte werden-im Plattformrechner 6 zu den Geschwin- digkeitskomponenten in Nord-SüdwRichtung VI und Ost West-Richtung UI integriert.
Bildflüge werden im allgemeinen in den kardinalen Richtungen, also in Nord-Süd- oder Ost-West-Richtung durchgeführt. In diesem Falle entsprechen die vom Doppler-Radar zweckmässigerweise in analoger Form erzeugten Geschwindigkeitssignale Vanal entweder der Doppler > -Geschwindigkeit VD in Nord-S d-Richtung oder der ¸Doppler¯-Geschwindigkeit UD in Ost-West-Richtung. Diese Dopplero-Geschwin- digkeitssignale VD bzw. Un werden dem Plattform- rechner 6 (Fig. 5) zugeführt und dort mit den Inertiab- Geschwmdigkeitssignalen Vl bzw. UI gemischt.
Der Vergleich der ¸Doppler¯-Geschwindigkeit mit der Inertial -Geschwindigkeit liefent nicht nur den kurzzeitigen Gangfehler , sondern darüber hinaus noch die Differenz zwischen Istbahnlänge und Bahnlängsdistanz.
Die Fehlersignale (UI-UD) bzw. (VI-VD) werden einem Integrator 33 zugeführt, in welchem die Geschwindigkeitsfehler nach der Zeit integriert werden.
Der Integraiton 33 kann z. B. ein elektronischer Miller Integrator sein, welcher ber eine einfache Servosteuerung ein Zählwerk 34 verstellt. Das Zählwerk 34 ist zweckmässig in Metern geeicht und im Paneel 3 angeordnet. Durch die Integration desGeschwindigkeits fehlers wird der praktisch unmittelbare Doppler Distanzfehler erhalten.
Die Grössen (UI-UD) und (VI-VD) werden ferner im Plattfonrnnechner 6 zur Verbessorung der Ut uns Vi-Werte benutzt. Hierbei werden mit einer wählbaren Zeitkonstante UI und Vr an Un und VD angeglichen.
Dieses Verfahren ist das wesentliche Merkmal eines sogsnanntenDoppler-Insrtlal-mixed-Systems.Bei mehr öden weniger starken Krümmungen der Istbahn werden somit die Werte Ui und VI mehr oder weniger stark verfälscht. Zur tJberwachung und eventuellen Korrektur dieser Verfälschung dienen die bereits erwähnten Grössen
EMI5.1
Es ist zweckmässig, die die Funktionen
EMI5.2
darstellenden Signale in einer Addierschaltung zu addieren und ihren Summenwert an einem Zählwerk anzuzeigen.
Für die Auswertung der photogrammetnischen Aufnahmen wichtig ist ferner die Richtung, aus der ein Gebiet aufgenommen worden ist, d. h. die räumliche Lage der Kamera-Hochachse. Deren Lage wird wie bereits beschrieben durch den Kamera-Kippwinkel Oc und den Kamera-Rollwinkel < Pcbestimmt.Beide Winkel Oc und c werden dinekt von der kreiselstaMlisieEten Plattfonm 32 in Form von Gleichspannungen geliefert.
Die Anzeige von Kamera-Kippwinkel und Kamera Rollwinkel wird an späterer Stelle genauer beschrieben.
Es ist eingangs dargelegt worden, dass bei den Höhenbsstimmungen die Krümmung der Referenziso- bare berücksichtigt werden muss und dass für diese Korrekturen Angaben über Triftwinkel 6 und Lufttemperatur T, ferner über den statischen und Gesamtluftdruck und die Länge der zurückgelegten Wegstrecke und schliesslich über die geographische Breite, Erdbeschleunigung und Erdwinkelgeschwindigkeit erforder- lich sind.
Der Triftwinkel 8 wird vom Doppler-Radar 5 (Fig. 5) als Gleichspannung geliefert.
Die Lufttemperatur T wird zweckmässig mittels eines Platin-Widerstandthermometers besitimmt, welches in einem Zweig einer Brückenschaltung 35 geschaltet ist, und liegt demnach ebenfalls als Gleichspannung vor.
Die vier vorkommenden relativ niedrigen Gleich- spannungen für Kamera-Kippwinkel Oc, Kamera-Rollwinkel 0, Trift b und Lufttemperatur T können in einem gemeinsamen Anzeigesystem 36 zur Anzeige gebracht werden. Das Anzeigesystem ist vorzugsweise ein Lichtpunktschreiber mit mehreren Spiegelgalvanometern, deren Lichtzeiger auf eine gemeinsame horizontale Skala ausgerichtet sind. Da Kipp-und Rollwinkelmöglichst genau abzulesen sind, weisen die beiden ihnen zugeordneten Galvanometer je zwei zueinander einstellbare Spiegel auf, die so eingestellt sind, dass die beiden Lichtmarken des einen Galvanometers einen Abstand von z.
B. 1 mm und die des anderen Galvanometers einen Abstand von 2 mm aufweisen. Damit ist nicht nur eine genaue Interpolation, sondern ausserdem noch eine einwandfreie Unterscheidung zwischen Roll-un Kippwinkel auf der gemeinsamen Skala möglich. Ein drittes und viertes Galvanometer ist für Lufttemperatur T und Triftwinkel b vorgeschen. Zur Markierung der Anzeigen im Augenblick der Belichtung einer Aufnahme ist schliesslich noch ein fünftes Galvanometer vorhanden, welchem die von der Photodiode in der Hauptkamera erzeugten Belichtungsimpulse zugeführt werden. Der statische und Gesamtluftdruck wird vie üblich mittels eines Pitot-Rohnes erfasst und mit Dosen-Barometern gemessen.
Die Verformung der Barometerdosen wird in Ubertragungsvorrichtungen 37 in elektrische Spannungen umgewandelt, welche Zählwerke 38 antreiben. Die die beiden Drücke anzeigenden Zählwerke 38 sind wiederum im Paneel 3 untergebracht.
Es ist verständlich, dass die Geschwindigkeitsimpulse nicht nur vom Doppler-Radar, sondern auch vom Iner- tialsystem hergeleitet werden können. Ferner besteht die Möglichkeit, dass die Geschwindigkeitsimpulse nicht mit Zählwerken, sondera fortlaufend mit irgendwelchen anderen Mitteln registriert werden, wobei den registrierten Geschwindigkeitsimpulsen die bei Belichtung des Films erzeugten Belichtungsimpulse überlagert werden, so dass zwischen beiden Impulsfolgen eine Zuordnung besteht. Ein geeignetes Mittel hierzu sind z. B. Tonband- geräte.
Im vorstehenden ist eine Einrichtung zur Erlangung aller der Daten beschrieben, welche eine äusserst genaue photogrammetrische Auswertung ohne Bodenorientierung aufgenommener Luftbilder ermöglicht.
Diese hohe Genauigkeit ist in mehreren Schritten erhalten worden. Die Steuerung des Kameraverschlusses mittels Doppler-Geschwindigkeitsimpulse zählende Zählwerke (Zählwerk A), die Berücksichtigung der Verzögerungszeit zwischen Auslöseimpuls und Belichtung der Aufnahme (Zählwerk B) und die Betätigung einer Registrierkamera mittels des in der Kamera erzeugten Belichtungsimpulses zur Fixierung der Zählwerkanzeigen im Moment einer Belichtung lässt bereits eine für viele Zwecke ausreichend genaue Bestimmung des Abstandes zweier aufeinanderfolgender Luftbilder zu.
Die Berücksichtigung der Flugbahnkrümmungen in der Horizontal-und Vertikalebene führt respektive zur Gleichung 1 und 2 und dieser entsprechend zur erforder- lichen Bestimmung der geradlinige Abstand des Punktes B vom Punkt A. Wird der Bildflug in den Kardinalrichtungen durchgeführt, so ergibt sich eine wesentliche Genauigkeitssteigerung durch Vergleich der Doppler-Geschwindigkeit mit der InertiaEgeschwindig- keit. Die zeitliche Integration dieser Geschwindigkeits- differenzen liefert den Doppler-Distanzfehler, welcher zur Anzeige gebracht wird. Auf diese Weise wird die geradlinige Distanz des Punktes B vom Punkt A in einer Kardinal-Richtung bestimmt.
Die Berücksichtigung der Krümmung der Referezisobare mit den hierzu erforderlichen Grössen : statischer Luftdruck, Gesamtluftdruck, Lufttemperatur, Triftwinkel, zurückgelegte Flugstrecke, geographische Breite, Erdbeschleundgung und Rotationsgeschwindigkeit der Erde, führt schliesslich zu einer Genauigkeit, die den praktisch vorkommenden Ansprüchen gerecht wird.