-
Verfahren zur schmalbandigen Ubertragung von Radar-Panoramaschirmbildern
Die Technik der Radar-Schirmbild-Übertragung erfordert in zunehmendem Maße die Anwendung
von Speichermitteln, welche die zu übertragenden Bildsignale sammeln und mehrere
den gleichen Zielobjekten zugeordnete Signale addieren. In der Praxis haben sich
vor allem Speichermethoden durchgesetzt, die den Nachleuchteffekt von phosphoreszierenden
Materialien, die durch Elektronenbeschuß angeregt werden, z. B. die Nachleuchtschirmschicht
einer Katodenstrahlröhre, hierfür verwenden. Durch die Anwendung derartiger Speicherverfahren
ist es möglich, die notwendige Übertragungsbandbreite von Katodenstrahlbildern,
z. B. von einem Anzeigebild eines Panorama-Radar-Gerätes, zu erniedrigen, ohne daß
hierbei ein Verlust an Signalzeichen eintritt. Die Nietbode der Phosphoreszenzspeicherung
ist jedoch bei den bisher verwendeten Verfahren mit verschiedenen Nachteilen verbunden,
die einerseits ihre Ursache in der Möglichkeit einer Übersättigung der Speicherschicht,
andererseits in dem Abklingvorgang der Phosphoreszenz haben. Somit gehen im Augenblick
der Speicherabtastung alle im Abtastpunkt gesammelten Vorgänge je nach der Dauer
ihrer vorangegangenen Speicherung mit verschiedenen Werten ein. Ferner ist es im
allgemeinen nicht möglich, die am Speicher noch verbleibende Resthelligkeit nach
der bereits erfolgten Abtastung zu löschen und damit ihre Einwirkung in die darauffolgende
Speichertätigkeit auszuschalten.
-
Diese genannten Mängel sollen an Hand eines bekannten Verfahrens
zur Bandbreitenkompression erläutert werden. Die Aufgabe dieses bekannten Verfahrens
besteht in der Erniedrigung der Frequenzbandbreite eines Radar-Panorama-Schirmbildes,
um eine schmalbandige Übertragung desselben zu ermöglichen. Zu diesem Zwecke werden
mehrere Impulszüge (Sektoren) innerhalb des Antennenöffnungswinkels sozusagen phasengleich
überlagert, und die so gewonnene Summe wird auf die Gesamtzeit der zusammengefaßten
Impulszüge gedehnt. Auf diese Weise wird eine Bandbreitenverringerung erzielt. Die
Überlagerung der jeweils zusammenzufassenden Impulszüge (Sektoren) erfolgt auf der
phosphoreszierenden Schirmschicht einer Katodenstrahlröhre mit Hilfe eines helligkeitsgesteuerten
Schreibstrahles. Dabei werden die zu überlagernden Impulszüge in Form eines vollen
Kreisbogens übereinander aufgezeichnet und die Bildhelligkeiten der Signalpunkte
über eine verlangsamt rotierende Lochblende von einer Fotozelle abgenommen. Die
Aufzeichnung aller zu überlagernden Impulszüge auf derselben Spur führt zu einer
Speicherübersättigung in den Anzeigepunkten stark reflektierender Ziele. Ferner
zeigen sich Bildverfälschungen, die durch das nichtlineare Abklingen
der Phosphoreszeuzhelligkeit
des Schirmmaterials entstehen. Es ist bekannt, daß die momentan auftretende Schreibhelligkeit
(Fluoreszenz) wesentlich intensiver ist als die ihr folgende Nachleuchthelligkeit
(Phospboreszenz). Während der Abtastung des Speicherbildes wird die Fluoreszenzhelligkeit
des schneller rotierenden Schreibstrahles periodisch in den Abtastvorgang eingeblendet,
wodurch ein sehr ungünstiges Helligkeitsverhältnis der gespeicherten Signalzeichen
zu den momentan geschriebenen Zeichen im Abtastpunkt eintritt. Dieser Umstand führt
zu einer Bevorzugung der aus der Fluoreszenzhelligkeit abgeleiteten Signalwerte.
Man bemüht sich, diese Nachteile durch Verwendung besonderer Nachleuchtschichten
abzuschwächen; jedoch stellt diese Lösungsform einen nicht vollbefriedigenden Kompromiß
dar.
-
Ein weiterer sehr großer Nachteil dieser Überlagerungsmethode besteht
darin, daß alle gespeicherten Vorgänge je nach der Dauer ihrer Speicherung verschiedene
Helligkeitswerte aufweisen und so mit unterschiedlichem Wirkungsgrad an der Gestaltung
des Summenbildes beteiligt sind. Zur Erzielung eines möglichst günstigen Wirkungsgrades
ist es daher erforderlich, die Nachleuchtdauer wesentlich größer zu wählen als die
gegebene Zeitspanne für einen Abtastvorgang. Damit sind aber die Voraussetzungen
für weitere unerwünschte Bildverfälschungen geschaffen.
-
Diese beruhen darauf, daß bei der Aufzeichnung der zu überlagernden
Impulszüge noch verhältnismäßig starke Resthelligkeiten der vorangegangenen Bildspeicherung
vorhanden sind, welche bei der Abtastung zwangläufig in den neuen Summationsbereich
eingemischt werden. Diese ungewollte Überlagerung führt zu einer Verschleifung der
Anzeigezeichen. Es ist aus dem vorgehend Gesagten klar zu
erkennen,
daß die zu wählende Zeitkonstante des Phosphoreszenzmaterials so bemessen sein muß,
daß einerseits alle zusammengehörigen gespeicherten Impulszüge mit möglichst großem
Wirkungsgrad in den Überlagerungsvorgang eingehen, andererseits ihre Resthelligkeiten
nach der erfolgten Abtastung des Summationsbereiches so gering sind, daß sie keinen
Einfluß auf die darauffolgende Summationsperiode ausüben; das bedeutet aber, daß
hier stets ein Kompromiß geschaffen werden muß, der keine der gestellten Forderungen
in exakter Weise löst.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung aller genannten
Mängel, ohne daß hierbei besonders strenge Bedingungen an das Schirmmaterial gestellt
zu werden brauchen.
-
Erfindungsgemäß wird zur schmalbandigen Übertragung von Radar-Panoramaschirmbildern
unter Anwendung von Bildspeicherröhren mit phosphoreszierendem Leuchtschirmmaterial
von einem Verfahren Gebrauch gemacht, bei dem die zu speichernden Bildsignale der
einzelnen Impulsfolgeperioden auf verschiedene Spuren zeitlich nacheinander so aufgezeichnet
und anschließend gleichzeitig so abgetastet und ausgewertet werden, daß sich für
alle aufgezeichneten Bildpunkte die gleiche oder nahezu gleiche Abtastbewertung
ergibt.
-
Dabei können die zu speichernden Bildsignale auf gerade, kreisförmig
oder spiralförmig verlaufende Spuren oder Abschnitte derselben aufgezeichnet werden.
Die einzelnen Aufzeichnungsperioden kann man hierbei auf zwei oder mehrere Schirmabschnitte
der gleichen Speicherröhre abwechselnd aufzeichnen. Es ist vorteilhaft, die Aufzeichnung
auf einem anderen Schirmabschnitt als die gleichzeitig verlaufende Abtastung erfolgen
zu lassen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Spuren der gleichen
Aufzeichnungsperiode mit unterschiedlicher Intensität aufgezeichnet. Eine weitere
Ausbildung der Erfindung sieht vor, die einzelnen Spuren während des Aufzeichnungsvorganges
in ihrer Intensität zu verändern. Es ist ferner im Rahmen der Erfindung möglich,
die einzelnen Spuren mit unterschiedlicher Intensität aufzuzeichnen und gleichzeitig
während der Aufzeichnung in ihrer Intensität zu verändern. Auch ist es im Rahmen
der Erfindung möglich, den Verstärkungsgrad des Abtastverstärlçers während der Speicherabtastung
periodisch zu verändern.
-
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles, welches sich
mit an sich bekannten Mitteln weitgehend abändern läßt, erläutert.
-
Zugrunde gelegt wird ein Panorama-Radar-Gerät mit folgenden technischen
Daten: Meßbereich ................ 150 kit Impulsfolgefrequenz .. .. .. .. ....
. 1000 Hz Impulshreite ................ 1 µse Bildfolgefrequenz ................
0,2 Hz Antennenumlaufgeschwindigkeit.. 12 Ulm in Antennenöffnungswinkel (Seitenbündlung)
................ 2° Das Schirmbild eines Radargerätes mit den genannten technischen
Daten setzt sich aus insgesamt 5000 Impulszügen (Abtastperioden) entsprechend dem
Verhältnis von Impulsfolgefrequenz zur Bildfolgefrequenz zusammen. Das bedeutet
aber, daß innerhalb des Öffnungswinkels der Antenne von 9C etwa 28 Impulszüge auf
dem Schirm des Radargerätes aufgezeichnet werden. Es würde daher ausreichen. diese
28 Impulszüge miteinander zu über-
lagern und den so gewonnenen Summensektor auf
das Achtundzwanzigfache zeitlich zu dehnen, um die Übertragungsbandbreite auf ein
Achtundzwanzigstel zu verringern. Im vorliegenden Beispiel soll jedoch zur Erzielung
einer besseren Auflösung des Schirmbildes der Bereich innerhalb des Antennenöffnungswinkels
noch einmal unterteilt werden, so daß also jeweils vierzehn benachbarte Impulszüge
miteinander überlagert werden. Als Speichermittel wird die phosphoreszierende Schicht
des Bildschirmes einer Katodenstrahlröhre verwendet. Die zu überlagernden Impulszüge
werden auf dem phosphoreszierenden Bildschirm halbkreisförmig aufgezeichnet (Fig.
1 A, SpurI). Die Aufzeichllung beginnt in aI und endet in 1. Die Zielzeichen markieren
sich dabei als hellgeschriebene Punkte. Nach erfolgter Aufzeichnung eines Impulszuges
springt der Schreibstrahl wieder auf aI zurück und zeichnet den nächsten Impulszug
parallel nach innen oder außen versetzt auf dem gleichen Schirmabschnitt auf (Fig.
1 B). Dieser Vorgang wiederholt sich entsprechend der Anzahl der jeweils zu überlagernden
Impulszüge (in vorliegendem Beispiel vierzehnmal). Nach Beendigung dieses Aufzeichnungsvorganges
bewegt sich der Schreil)strahl auf dem zweiten Halbkreisabschnitt in gleicher Weise
zwischen den Punkten all und 11. Nach der Aufzeichnung dieses neuen Speicherbildes
erfolgt die nächste Aufzeichnung erneut auf dem Abschnitt 1 usw.
-
Fig. 2 zeigt eine Prinzipschaltung zur Erzeugung der Ablenkspannungen,
die für den in Fig. 1 erläuterten Vorgang notwendig sind, während Fig. 3 und Fig.
4 die zugehörigen Spannungsdiagramme darstellen. Die beiden Röhren 1 und 2 der Fig.
2 sind Bestandteile des Multivibrators 3. Dieser erzeugt die Rediteckspannungen
a und b (Fig. 3). Jede Kippzeit entspricht der Aufzeichnungszeit eines Impulszuges
(in vorliegendem Beispiel t/zooo Sekunde). Die Synchronisation erfolgt über den
Anschluß 4 (Fig. 2) durch Pulse, die eine starre Phasenlage zu den Radarsendepulsen
aufweisen. Ein Multivibrator 5, bestehend aus den Röhren 6 und 7 (Fig. 2), erzeugt
Rechteckspannungen c und d (in Fig. 3), deren Kippzeit gleich dem Produkt der Dauer
eines Impulszuges mit der Anzahl der zu überlagernden Impulszüge ist (in unserem
Beispiel t/ooo Sekunde mal vierzehn). Diese Rechteckspannungen c und d gelangen,
wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, über die Widerstände 8 und 9 sowie 10 und 11 an
die Anoden der Duodioden 12 und 13. Die Katoden dieser Duodioden liegen an den Multivibrator-Ausgangsspannungen
a und b. Somit bilden sich an den Anodenwiderständen 8, 9, 10 und 11 die Spannungsbilder
e, f, g und lt (Fig. 3).
-
Die Spannungen e und h gelangen an die zwei Anoden einer weiteren
Duodiode 14, während die Spannungsbilderf und g an die Anoden der Duodiode 15 angelegt
werden. An den Katodenwiderständen 16 und 17 dieser beiden Duodioden bilden sich
die Ausgangsspannungen i und k (Fig. 4).
-
Fig. 5 zeigt die Prinzipschaltung eines weiteren Ablenkspannungsteiles,
Die hier interessierenden Spannungsdiagramme sind ebenfalls in Fig. 4 enthalten.
Die Diagramme II und III zeigen den Verlauf der sin- und cos-Ablenkspannungen für
die Kreisbahnschreibung auf der Speicherröhre. Die sin-Spannun 11 gelangt an die
Phasenumkehrröhre 18 (Fig. 5). Die Schaltelemente dieser Stufe sind so dimensioniert,
daß die katodenseitig entnommene sin-Spannung unter umgekehrtem Vorzeichen den gleichen
Wert wie die anodenseitig entnommene sin-Spannung
aufweist. Die
katodenseitig auftretende sin-Spannung gelangt an das erste Steuergitter der Röhre
19. Die negativen Gittervorspannungen der Röhre 19 sind so groß gewählt, daß trotz
der angelegten sin-Spannung kein Anodenstrom fließt, solange die Röhre nicht durch
Anlegung einer positiven Gitterspannung an ihr zweites Steuergitter geöffnet wird.
Das periodische Öffnen der Röhre: 19 erfolgt durch Anlegung der Spannung i an ihr
zweites Steuergitter. In gleicher Weise arbeitet die Röhre 20, welche die gitterseitig
angelegte negative sin-Spannung nur dann verarbeitet, wenn ihr zweites Steuergitter
durch eine positive Spannung aufgetastet wird. Diese Auftastung erfolgt durch Anlegung
der Trapezspannung nach Fig. 4k.
-
Die Anoden der beiden Röhren 19 und 20 sind, wie aus Fig. 5 ersichtlich
ist, zusammengeschaltet und liefern somit im Betrieb dieser Stufe die Ausgangsspannung
nil. In gleicher Weise erzeugen die Röhren 21, 22 und 23 aus der angelegten cos-SpannunglII
und den Trapezspannungen i und k den Spannungsverlauf nach Fig. mII. Die so gewonnenen
Spannungsdiagramme mI und mII würden bei Anlegung an die senkrecht zueinander liegenden
Ablenkplatten der Speicherröhre zu einer Bildaufzeichnung nach Fig. 1 A führen.
Erfindungsgemäß sollen jedoch die einzelnen Schreibspuren nicht aufeinander, sondern
auf verschiedenen Spuren, also z. B. parallel zueinander verschoben, auf dem Bildschirm
aufgezeichnet werden, um die Gefahr einer Übersättigung des Speichermaterials in
den Anzeigepunkten stark reflektierender Ziele zu verhindern. Es werden daher in
dem hier vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel die beiden Spannungsdiagramine m I
und in II über je einen Verstärker an die entsprechenden Ablenkplatten der Speicherröhre
geführt. Diese Verstärker besitzen eine Regelcharakteristik und werden synchron
periodisch in ihrem Verstärkungsgrad verändert, was z. B. durch Anlegung einer Regelspannung
nach Fig. 4O an eine Verstärkerröhre mit gekrümmtem Kennlinienverlauf, z. B. eine
Exponentialpentode, erfolgen kann. Der Verlauf der Regelspannung wird zweckmäßigerweise
in Sägezahnform gewählt, wobei die zu erwartende Nichtlinearität der Verstärkungsänderung
innerhalb einer Sägezahnperiode durch eine Vorverzerrung des Sägezalmes neutralisiert
werden kann. Die Dauer einer Sägezahnperiode ist gleich der Kippspannungsdauer des
in Fig. 3 c bzw. 3d dargestellten Multivibratorspannungsverlaufes. Die Sägezahnspannung
kann direkt aus diesen Multivibratorspannungen in bekannter Weise gewonnen werden.
Fig. 4p zeigt die Spannungsdiagramme der Impulsspannungen für die Rücklaufverdunkelung.
Sie können aus den Spannungen a, b, e, J, g, h, i oder k durch Differenzierung und
Gleichrichtung in bekannter Weise gewonnen werden. Als Folge entsteht auf dem Schirm
der Speicherröhre ein Bild nach Fig. 1 B. Zur Abtastung dieses Speicherbildes ist
es notwendig, die Abtastlochblende in eine entsprechend dimensionierte Schlitzblende
umzuwandeln, deren Schlitzöffnung gleichzeitig den jeweiligen Abtastpunkt aller
parallel verlaufenden Spuren überdeckt. Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Schlitzblende
ist so gewählt, daß die Blende für die Abtastung eines Speicherabschnittes die gleiche
Zeit benötigt, die für seine Aufzeichnung notwendig war. Ihre Anordnung ist so gewählt,
daß sie jeweils den Bereich abtastet, dessen Aufzeichnung bereits abgeschlossen
ist. Auf Fig. 1 B bezogen bedeutet das, daß die Schlitzblende, im Punkt aII beginnend,
sich im Uhrzeigersinn, also
in Richtung auf zII, dreht, während der Abschnitt I durch
den Elektronenstrahl beschrieben wird. Ist die Aufzeichnung des Abschnittes 1 beendet,
so hat die Schlitzführung der Abtastblende gerade den Übergang von z II auf aI erreicht
und tastet im folgenden den Abschnitt I ab, während der Abschnitt II neu beschrieben
wird. Dieser Vorgang setzt sich zyklisch kontinuierlich fort. Fig. 6 veranschaulicht
den Verlauf der Phosphoreszenzhelligkeit in Abhängigkeit von der Zeit. In Fig. 6,I
ist z. B. in der Kurven1 eine derartige Abklingfunktion graphisch dargestellt worden.
Die L-Achse gibt die Phosphoreszenzhelligkeit an, während auf der t-Achse die Zeit
aufgetragen ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden nun die einzelnen
Spuren mit unterschiedlicher Helligkeit aufgezeichnet, was in Fig. 6, I durch Darstellung
der Kennlinie von fünf angenommenen Schreibspuren (K1 bis K5) aufgezeigt wird. Der
Schreibvorgang erfolgt auf dem Abschnitt I in der ZeitspanneTsI, während der Abtastvorgang
in der Zeitspanne TA ii erfolgt. Es ist aus Fig. 6,I ersichtlich, daß während der
Abtastzeit TAII auf Grund der vorangehend erläuterten Aufzeichnungsmethode alle
Aufspeicherungsspuren im Vergleich zueinander annähernd gleiche Intensitätswerte
aufweisen, während der allgemeine Helligkeitsverlauf innerhalb der Zeitspanne TAII
nach einer e-Funktion abklingt. Während der Abtastzeit TAII erfolgt die Aufzeichnung
des zweiten Abschnittes Ts ii (Fig. 6, II). Nach Beendigung der Abtastung des Speicherabschnittes
I blendet der Abtastschlitz in der beschriebenen Weise auf den neuen Speicherabschnitt
II über und tastet nun den in Fig. 6, II dargestellten Abschnitt TA III in gleicher
Weise ab. Die Helligkeitssteuerung während des Aufzeichnungsvorganges wird in dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß eine Sägezahnspannung nach
Fig. 7, I auf den Wehneltzylinder der Speicherröhre getastet wird.
-
Eine weitere Forderung besteht nun in der Stabilisierung des Phosphoreszenzabklingvorganges
innerhalb der jeweiligen Abtastabschnitte (TAII in Fig. 6, I und TAIII in Fig. 6,
II). Dieses kann in Weiterbildung der Erfindung dadurch gelöst werden, daß die einzelnen
Schreibspuren nicht, wie bisher beschrieben, in gleicher Helligkeit aufgezeichnet
werden, sondern gegen Ende in ihrer Helligkeit so stark zunehmen, daß die vorgehend
gestellte Forderung erfüllt wird.
-
Im vorliegenden Beispiel wird jedoch ein anderer Weg zur Erzielung
des gleichen Effektes aufgezeigt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird mit Hilfe der in der
Fig. 7, II abgebildeten Sägezahnspannungen eine gegenläufige Verstärkungssteuerung
des Abtas4verstärkers durchgeführt.
-
Aus Fig. 6, list ersichtlich, daß die Resthelligkeitswerte der jeweils
vorangegangenen Speicherung im gleichen Speicherabschnitt durch die wechselseitige
Aufzeichnung und Abtastung in der Abtastzeitspanne so gering sind, daß die nachteilige,
anfangs beschriebene Verschleifung der Anzeigezeichen bei dem Verfahren nach vorliegender
Erfindung nicht auftritt (s. Abschnitt TAIV in Fig. 6, I).