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Verfahren zum Aufsuchen von Zielen, insbesondere zur Feststellung von Luftfahrzeugen
Für das Aufsuchen von Zielen, insbesondere von Luftfahrzeugen, bedient man sich meist der Horchgeräte, die aber verhältnismässig umständlich in der Bedienung sind und bei einer grossen Anzahl von Luftfahrzeugen auch keine genaue Richtungsbestimmung zulassen, da das
Abhorchen einzelner Luftfahrzeuge infolge der grossen Trennungsschwierigkeiten nur in geringem Masse möglich ist. Hinzu kommt noch, dass infolge der Schallverzögerung ein Umrechnen der ermittelten Stellung erfolgen muss, wozu wieder besondere Apparate, sogenannte Schallverzugsrechner, und Bedienungspersonal benötigt werden.
Diese Nachteile werden bei dem Zielsuchgerät gemäss der Erfindung vermieden, da sich die Vorgänge beim Aufsuchen und Anzeigen eines Luftfahrzeuges mit Lichtgeschwindigkeit abspielen und deshalb weder ein Umrechnungsgerät noch besonderes Bedienungspersonal notwendig ist.
Es sind ferner auch Anordnungen zum Aufsuchen nicht sichtbarer Körper mit Hilfe von einem Sender ausgestrahlter und nach Reflexion an dem aufzusuchenden Körper in einem Empfänger zur Anzeige gebrachter elektromagnetischer Wellen bekannt. Weiterhin ist bei Vorrichtungen zum Auffinden von elektrisch leitenden, dem Auge durch Nichtleiter verborgenen Körpern bekannt, diese reflektierten Wellen nach Art der Lichtwellen zu einem dem Auge unsichtbaren Bild'zu vereinigen und dieses mittels einer Antenne abzutasten. Die in der Antenne erzeugten Induktionsströme rufen dann in einer synchron mit der Antenne mechanisch umlaufenden Entladungsstrecke leuchtende Entladungen hervor, die auf einen Film projiziert und dadurch photographisch festgehalten werden, so dass die Helligkeitsunterschiede des Films einen Schluss auf die Anordnung und Verteilung der elektrischen Leiter zulassen.
Schliesslich sind auch Einrichtungen zur Richtungsbestimmung elektrischer Wellen mittels einer Mehrzahl von Empfängern mit gerichteter Antenne bekanntgeworden, bei denen die Empfangssehwingungen auf die eine oder mehrere Ablenkplatten eines Kathodenstrahloszillographen zur Wirkung gebracht werden, deren räumliche Anordnung zu dem Kathodenstrahlbündel derjenigen der Richtantennen entspricht, so dass die resultierende Ablenkung des Kathodenstrahlbündels im Oszillographen die Richtung der ankommenden Wellen unmittelbar erkennen lässt.
Demgegenüber besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Aufsuchen von Zielen mittels einer nach dem Rückstrahlprinzip arbeitenden Anordnung aus Richtsender und Richtempfänger für elektromagnetische oder optische Strahlung unter Verwendung einer Kathodenstrahlröhre zur Anzeige, deren Elektronenstrahl synchron mit der Abtastbewegung des Senders gesteuert wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass mit der den abzusuchenden Raum nach zwei Koordinaten erfolgenden Abtastbewegung des Senders der Elektronenstrahl ebenfalls nach zwei Koordinaten synchron abgelenkt wird und dass die von einem in dem Suchgebiet befindlichen Ziele ausgehende Rückstrahlung zur Helligkeitssteuerung des synchron mit der Bewegung bzw. der Schwenkung des Senders abgelenkten Eletronenstrahles
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dient.
Die von dem in dem Suchgebiet befindlichen Ziel ausgehende Rückstrahlung kann dabei über einen Kurzwellenempfänger oder über ein bereits an sich bekanntes Empfangsgerät aus Photozelle und Verstärker der Kathodenstrahlröhre zugeführt werden und zur Helligkeitssteuerung des Kathodenstrahles dienen, der synchron mit den zwangläufigen Bewegungen des Senders abgelenkt wird und aus der Lage seines Lichtflecks auf dem gegebenenfalls mit einem Koordinatensystem versehenen Auffangschirm die Richtung des Zieles erkennen lässt.
Es ist nun bereits ein Verfahren, und eine Einrichtung zur Beobachtung von Gegenständen durch unsichtige Medien bekanntgeworden, das u. a. auch zur Bestimmung der Lage und der Geschwindigkeit eines lenkbaren Luftschiffes dienen soll. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein schwenkbar eingerichteter Sender für elektromagnetische, insbesondere ultrakurze elektromagnetische Strahlung benutzt. Die abgestrahlten und gegen das Ziel gerichteten elektromagnetischen Wellen werden an den metallischen Teilen des Luftschiffes reflektiert und schliesslich in einem Empfangsantennensystem, das in bestimmter Entfernung vom Sender aufgestellt ist, empfangen. Das Empfangsantennensystem ist über einen Gleichrichter sowie über einen Verstärker mit dem einen Ablenkplattenpaar eines Kathodenstrahloszillographen verbunden.
Das zweite Ablenkplattenpaar wird bei diesem bekannten Verfahren von einer auf der Senderseite befindlichen Synchronisierungsvorrichtung gesteuert, und zwar in Übereinstimmung mit der Schwenkbewegung des Senders.
Bei diesem bekannten Verfahren wird zwar der Elektronenstrahl des Empfängerkathoden- strahloszillographen synchron mit der Abtastbewegung des Senders, nicht aber, wie dies bei der Erfindung geschieht, synchron mit einer nach zwei Koordinaten erfolgenden Abtastbewegung des Senders mitgeführt. Im Gegensatz zu dem zuletzt genannten Verfahren wird ausserdem bei der Erfindung in vorteilhafter Weise die vom im Suchgebiet befindlichen Ziel ausgehende und im Empfänger aufgenommene Rückstrahlung dazu benutzt, nicht wie beim Bekannten den Elektronenstrahl abzulenken, sondern den, Elektronenstrahl intensitätsmässig durch eine Helligkeitssteuerung zu beeinflussen.
In der Zeichnung ist in den Abb. i und 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Benutzung von ultrakurzen Wellen schematisch dargestellt, und zwar zeigt Abb. i den Sender mit einer mechanischen Kippeinrichtung und den Empfänger mit der Kathodenstrahlröhre, Abb. 2 die Anordnung von Sender und Empfänger auf Drehtischen.
Von einem Ultrakurzwellensender i werden vermittels eines Reflektors 2 scharf gerichtete Strahlenbündel von etwa Iocm Wellenlänge in das Suchgebiet, z. B. in den Himmelsraum,
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durch ein Viereck dargestellt ist, eine bestimmte Breite und eine bestimmte Höhe besitzen und sei beispielsweise vertikal angeordnet zu denken,.
Mechanische Kippeinrichtungen sorgen nun dafür, dass entweder der ganze Raum oder nur ein Sektor des Raumes abgetastet wird. Mit der in der Zeichnung schematisch dargestellten Kippeinrichtung soll der Sender 2 nach zwei Koordinaten horizontal und vertikal verschwenkt werden und damit die Fläche 4 im Sinne der gestrichelt eingezeichneten Kurve 24 abtasten.
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ein Vielfaches schneller als in der horizontalen Koordinate, z. B. im Verhältnis i : 25, und zwar derart,, dass ein vom Sender 2 erfasstes Luftfahrzeug, das in der Sekunde zoom, also in der Stunde 360 km zurücklegt, nach Ablauf einer Sekunde von neuem wieder im Empfänger 3 erscheint. Es müssen dann Sender und Empfänger fortlaufend bewegt werden, wozu die in Abb. 2 dargestellte Anordnung dient.
Selbstverständlich kann die Abtastung des Raumes auch in einem Takt mit einem anderen Verhältnis als I : 25 durchgeführt werden.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei angenommen, der Sender i hätte ein Luftfahrzeug in dem Abschnitt 4 des Himmelsraumes erfasst. Die von dem Luftfahrzeug ausgehende Rückstrahlung wird dann von der gerichteten oder ungerichteten Antenne eines Empfängers 3 aufgenommen. Verwendet man, wie in Abb. i dargestellt, eine mittels eines Reflektors 5 gerichtete Antenne, so darf die Richtwirkung aber nicht so stark sein wie die des Senders, vielmehr soll der ganze Abschnitt, der vom Sender innerhalb eines Taktes abgetastet wird, erfasst werden. Sender und Empfänger stehen dabei in geeigneter Entfernung voneinander, so dass unmittelbar Strahlungen vom Sender nicht in den Empfänger gelangen können. Die in Abb. i nur zur Vereinfachung der Darstellung gewählte Parallaxe zwischen Sende-und Empfangsstrahl braucht im praktischen Betrieb nicht vorhanden zu sein.
Erforderlichenfalls kann sie nach bereits vorhandenen Vorschlägen bei der Richtungsbestimmung berücksichtigt werden.
Die durch einen Gleichrichter und Verstärker 6 in elektrische Spannungen umgewandelte empfangene Rückstrahlung wird dann an den Gitter-Kathodenkreis einer Braunschen Röhre 7
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gelegt, deren Kathodenstrahl im Ruhezustand in seiner Intensität stark geschwächt ist. Bei Eintreffen einer Rückstrahlung wird die Strahlungsintensität erhöht. Es entsteht dann ein Lichtfleck auf dem in an sich bekannter Weise als Leuchtschirm ausgebildeten Auffangschirm.
Zu einer einwandfreien Beobachtung ist es nötig, dass der Leuchtschirm eine hinreichende Trägheit besitzt, damit an dem Nachleuchten der von dem Kathodenstrahl getroffenen, Stelle die Richtung des Flugzeugs an Hand eines in geeigneter Weise angebrachten Koordinatennetzes festgestellt werden kann. Das Koordinatennetz wird zweckmässig über den Leuchtschirm gelegt, auf diese Weise ist es leicht auswechselbar. Ein für mehrere Sekunden erfasstes Flugzeug erscheint somit als eine Reihe von aufleuchtenden Punkten im Koordinatennetz, wie es in dem Abschnitt 4 der Abb. i beispielsweise durch die Punktreihe 8 angedeutet ist.
Zur eindeutigen Zuordnung des Lichtflecks ist es natürlich notwendig, dass der Kathodenstrahl synchron mit der mechanischen Kippbewegung des Sendestrahls abgelenkt wird. Zu diesem
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an Spannung liegenden potentiometrischen Einrichtungen verbunden, an denen Spannungen entsprechend der Richtung und Grösse der mechanischen Kippbewegung des Senders abgegriffen werden. In Abb. i dient zur Ablenkung des Kathodenstrahles entsprechend einer waagerechten Bewegung des Sendestrahls das Potentiometer 12, für die senkrechte Bewegungsrichtung das Potentiometer 13. Die Mittelabgriffe und die Gleitkontakte 14 und 15 sind dabei mit den Ablenkplatten verbunden. Die mechanische Kippbewegung des Senders wird in dem Ausführungsbeispiel mittels eines Kugelgelenks 16, einer exzentrisch gelagerten Rolle 17 und einer von einem Stift 18 geführten Gabel 19 erreicht.
Die Anordnung wirkt folgendermassen : Ein Motor 20 treibt über ein Kegelradgetriebe eine Scheibe 21 und dreht sie einmal in der Sekunde um seine Achse. Diese Drehbewegung wird von dem in der Scheibe 21 befestigten Stift 18 auf die Gabel 19 und damit über den Metallstab 22 und das Kugelgelenk in eine waagerechte Bewegung des Sendestrahles umgewandelt. Mit der Bewegung der Gabel greift auch der Gleitkontakt 14, welcher horizontal angeordnet ist, die entsprechende Ablenkspannung ab.
Gleichzeitig bewegt sich aber auch der Stab 22 infolge der von einem Motor 23 angetriebenen exzentrisch gelagerten Rolle 17 etwa 25mal in der Sekunde in vertikaler Richtung auf und ab und überträgt diese Bewegung über das Kugelgelenk auf den Sendestrahl, so dass dieser die entsprechende Bewegung mitmacht, wie sie in Abschnitt 4 durch den Linienzug 24 angedeutet ist.
Ebenso greift auch der Gleitkontakt 15 entsprechende Spannungen am Potentiometer 13 ab. Das Potentiometer 13 ist in der Zeichnung der Übersicht halber in der Zeichenebene liegend dargestellt worden, ist aber in Wirklichkeit vertikal angeordnet zu denken. Da beide Bewegungen sich überlagern, nämlich die waagerechte und die senkrechte Bewegung des Sendestrahles und mit ihnen die entsprechenden Ablenkspannungen, so folgt der Kathodenstrahl synchron dem Sendestrahl, und eine Übereinstimmung zwischen Strahlrichtung im Himmelsraum und Leuchtfleck im entsprechenden Teil des Koordinatennetzes ist hergestellt. Statt die Schwenkbewegungen durch mechanische Mittel hervorzurufen, könnte man auch entsprechende elektromagnetische Anordnungen dazu benutzen.
Bei der in Abb. 1 dargestellten Vorrichtung wird also der Sender vertikal und horizontal verschwenkt bzw. gekippt. Die vertikale Schwenkung wird mit Hilfe der exzentrisch gelagerten und vom Motor 23 getriebenen Rolle durchgeführt. Die Rolle hebt dabei die auf ihr ruhende Stange 22 entsprechend der Rollenexzentrizität auf und ab und schwenkt damit auch den Sender von unten nach oben bzw. von oben nach unten. Gleichzeitig wird aber auch die Stange 22 und damit der Sender i längs einer Mantellinie dieser Rolle seitlich in einer horizontalen Ebene, d. h. also von rechts nach links und von links nach rechts, mit Hilfe der Stiftführung 18 geschwenkt.
In Abb. i sind der Einfachheit halber Potentiometer zur Erzeugung der Kippspannungen verwendet. Es ist klar, dass diese auch auf anderem Wege erzeugt werden können, beispielsweise durch Photozellenanordnungen, bei denen eine auf dem Stab 22 befestigte Photozelle entsprechend der mechanischen'Kippbewegung mehr oder weniger von einem Lichtstrahl beaufschlagt wird.
Ebenso lassen sich durch geeignete Ausbildung kapazitive Anordnungen oder Drehwandler in Verbindung mit Schwingkontaktgleichrichtern zur Erzeugung der Kippspannungen verwenden. Auf ausführliche Darstellung solcher Anordnungen wird verzichtet, da sie nicht zum eigentlichen Erfindungsgegenstand gehören.
Zum Abtasten verschiedener Suchabschnitte dient das Zielsuchgerät in Verbindung mit einer Steuerung nach Abb. 2. Von einem beim Sender befindlichen Gebergerät 24 werden mittels Gleichlaufmotorgruppen 25 und 26 bzw. 25'und 26'Sender S und Empfänger E nach
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Seite und Höhe verstellt. Zu diesem Zweck sind Sender und Empfänger um eine waagerechte Achse 27 bzw. 27'und um eine senkrechte Achse eines Drehtisches 28 bzw. 28'über Kegelradantriebe drehbar angeordnet. Sender und Empfänger befinden sich dabei in einem Gehäuse, das schematisch in Abb. 2 durch i und 3 bezeichnet ist.
Das Gebergerät 24 gestattet mittels eines Steuerknüppels 29 die Steuerung der Motorgruppe 25, 25' bzw. 26, 26'. In der Abb. 2 ist der Einfachheit halber angenommen, dass die Motoren 26 und 26'mit den Scheiben 27 bzw. 27'gedreht werden. In dem Gehäuse befindet sich ein kleiner Gleichstrommotor, der über einen Exzenter je einen Kontaktsatz für Steuerung in der horizontalen und in der vertikalen Richtung schnell hin und her bewegt. Nähert man nun einem dieser Kontaktsätze den ebenfalls mit zwei Kontaktsätzen versehenen Steuerknüppe129, z.
B. in der Horizontalrichtung, so schliessen sich die Kontakte mehr oder weniger lange, je nach der Grösse der Auslenkung des Steuerknüppels, und den Motoren 25 und 25'werden mehr oder weniger lange Stromimpulse zugeführt, die eine geringe Umdrehungszahl ermöglichen.
Die Richtung der Umdrehung ist dabei von der Richtung abhängig, nach der der Steuerknüppel ausgelenkt ist. Entsprechend ist der Steuerknüppel zur Steuerung der Motoren 26 und 26'nach oben und unten beweglich. Da die Braunsche Röhre neben dem Kommandogerät aufgestellt werden kann, so genügt schon ein Mann zum Einstellen von Sender und Empfänger und Beobachtung des Wiedergabegerätes.
Mit dem Zielsuchgerät gemäss der Erfindung ist ferner noch der grosse Vorteil verknüpft, dass man gleichzeitig mehrere Luftfahrzeuge beobachten kann, wenn nämlich auf dem Leucht schirm mehrere Leuchtflecke erscheinen. Das Zielsuchgerät eignet sich natürlich auch zur Anpeilung von Schiffen und anderen Fahrzeugen. Die geschilderte Einrichtung ist im übrigen von der Art der benutzten Strahlung unabhängig. Sie ist sowohl für die Benutzung aller Arten von ultrakurzen elektromagnetischen Wellen. als auch für sichtbare und unsichtbare Lichtstrahlung geeignet.
PATENTANSPRÜCHE : I. Verfahren zum Aufsuchen von Zielen mittels einer nach dem Rucks trahlprinzip arbeitenden Anordnung aus Richtsender und Richtempfänger für elektromagnetische oder optische Strahlung unter Verwendung einer Kathodenstrahlröhre zur Anzeige, deren Elektronenstrahl synchron mit der Abtastbewegung des Senders gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit der den abzusuchenden Raum nach zwei Koordinaten erfolgenden Abtastbewegung des Senders der Elektronenstrahl ebenfalls nach zwei Koordinaten synchron abgelenkt wird und dass die von einem in dem Suchgebiet befindlichen Ziele ausgehende Rückstrahlung zur Helligkeitssteuerung des synchron mit der Bewegung bzw. Schwenkung des Senders abgelenkten Elektronenstrahles dient.