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Einrichtung in einem elektro-akustischen Trefferanzeiger an einem Luftziel
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Diese Tatsache wird beispielsweise bei einer bekannten peileinrichtung zur Richtungsbestimmung von Schallwellen ausgenützt, indem beim Anpeilen von Schiffen oder anlaufenden Torpedos zunächst ohne Filter mit grosser Reichweite und ungenauem Empfang die Schallquelle grob angepeilt und hierauf unter schrittweiser Aussiebung niedriger Frequenzen durch zugeschaltete Filter mit zunehmend verkürzter Reichweite und steigender Richtungsgenauigkeit die Schallquelle schärfer angepeilt wird (deutsche Patentschrift Nr. 746532). Für die Zwecke der Erfindung kommt diese bekannte, aus zahlreichen Bauteilen und beweglichen Schaltelementen bestehende Einrichtung wegen ihres komplizierten Aufbaues und insbesondere wegen des grossen Zeitaufwandes bei der Durchführung einer Messung nicht in Betracht.
Bei der Erfindung soll während einer ausserordentlich kurzen Zeitspanne beim Vorübergang eines schnellf1iegenden Geschosses am Ziel durch eine an diesem angeordnete Einrichtung festgestellt werden, ob das Geschoss noch innerhalb oder schon ausserhalb eines noch als Treffer bewerteten Zielflächenbereiches an der Einrichtung vorbeigeflogen ist bzw. in welchem Abstand vom Ziel das Geschoss das Ziel verfehlt hat, wobei in dieser kurzen Zeitspanne gewünschtenfalls auch noch die Richtung, in der das Geschoss am Ziel vorbeigeflogen ist, festgestellt und angezeigt werden soll. Bei diesen Messungen und Umwandlungen der Messwerte in Anzeigewerte handelt es sich nur um beschränkte Reichweiten, aber um eine sehr hohe Genauigkeit bei der Messung des kürzesten Abstandes des Geschosses vom Ziel.
Zur Lösung dieses Problems geht die Erfindung von einer Einrichtung in einem elektro-akustischen Trefferanzeiger an einem Luftziel, zur Verkleinerung der Toleranzzone an dem für den Trefferanzeiger festgesetzten Flächenrandbereich und zur Erhöhung der Genauigkeit der Anzeige der innerhalb dieses Rand- bereiches durchfliegenden Geschosse, mit einem oder mehreren akustischen Mikrophonen an dem Luftziel, einem ebenfalls am Luftziel angeordneten Signalgeber und einem zwischen dem Signalgeber und den Mi- krophonen eingeschalteten Filter aus.
Gemäss der Erfindung ist diese Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrophone für Schall- wellen mit relativ hohen Frequenzen empfindlich sind und zur Umwandlung dieser Schallwellen in ent- sprechende elektrische Signale eingerichtet sind, dass der Filter eine Durchlasscharakteristik aufweist, bei der Signale mit relativ hohen Frequenzen unter geringerer Schwächung als Signale mit niedrigeren Frequenzen durchgelassen werden, und dass der Signalgeber zur Abgabe eines Treffersignals bei Eintreffen eines vom Filter kommenden Signals eingerichtet ist, dessen Amplitude einen im Signalgeber eingestellten vorbestimmten Wert überschreitet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung eines Aus- führungsbeispieles an Hand der Zeichnungen hervor. In diesen zeigt Fig. 1 ein stark vereinfachtes Blockschema einer Sende-und Empfangseinrichtung gemäss der Erfindung und Fig. 2 ist ein Kurvenbild, welches den Frequenzgang einer erfindungsgemäss verwendbaren Filterschaltung darstellt. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Filterschaltung und Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Filterschaltung.
Die nachstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung soll auf die Flugbahn bzw. den Vorbeigang des Geschosses ansprechen. Die Einrichtung kann entweder dazu verwendet werden, einen Treffer anzuzeigen, wobei unter der Bezeichnung "Treffer" ein Vorbeifliegen des Geschosses innerhalb eines vorherbestimmten begrenzten Abstandes am Ziel, das ein Zieldarstellungsflugzeug, ein Schleppziel od. dgl. sein kann, verstanden werden soll, oder die Einrichtung kann dazu verwendet werden, eine Anzeige des Abstandes zu geben, um den das Geschoss das Ziel verfehlt, d. h. also des kleinsten Abstandes zwischen dem Ziel und dem vorbeifliegenden Geschoss. In beiden Fällen soll eine möglichst genaue Anzeige erhalten werden.
Im ersten Fall soll die Unterscheidung zwischen einem "Treffer" und einem "Fehlschuss" klar getroffen werden, und im zweiten Fall, wenn der Zielverfehlungsabstand angezeigt wird, soll die Anzeige mit möglichst kleiner Toleranz erfolgen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung spricht auf die Druckwelle an, die erzeugt wird, wenn sich das Geschoss mit hoher Geschwindigkeit durch die Luft bewegt. Man kann diese Welle zwar einfach als akustische Welle bezeichnen, doch stellt sie keinen Schall im gewöhnlichen Sinne des Wortes dar, sondern ein Druckwellensystem, das sich von der Bahn des Geschosses auswärts bewegt und normalerweise in einem Schlierenbild bzw. -diagramm untersucht werden kann. An jeder Stelle enthält die Druckwelle in Fortpflanzungsrichtung abwechselnd Luftschichten kleiner Dicke, die beträchtlich komprimiert sind, und luftverdünnte Zonen.
Die Beschaffenheit der Druckwelle im einzelnen hängt von mehreren Faktoren ab. Auf jeden Fall wird jedochdie Druckwelle während ihrer Auswärtsbewegung vonder Bahn des Geschosses zunehmend geschwächt. Für eine gegebene Geschossgrösse können für die Impulse empirisch die zugehörigen Abstandswerte ermittelt werden, so dass die Energie, welche die Druckwelle in einem Abstand von dem Geschoss besitzt, zur Anzeige dieses Abstandes verwendet werden kann.
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Gemäss der Erfindung wird die Genauigkeit der mit einem derartigen System erhaltenen Anzeige durch Ausnützung der Tatsache verbessert, dass nicht nur die Energie bzw. die Maximalamplitude der Druckwellen mit zunehmendem Abstand kleiner wird, sondern sich auch der Frequenzgang in der Druckwelle während ihrer Wanderung verändert.
Infolge der impulsartigen Erzeugung der Druckwelle ist an der Vorderseite der Welle ein steiles Druckgefälle vorhanden. Wenn man daher die Druckwelle als aus einer Reihe von Komponenten bestehend ansieht, die sich über ein Frequenzspektrum verteilen, dann ist in der Druckwelle anfänglich ein beträchtlicher Anteil von Komponenten höherer Frequenz vorhanden. Während der Auswärtsbewegung der Druckwelle nimmt der Druckgradient rascher ab als der Spitzenwert des Druckes in der Welle. Bei einer Untersuchung der Druckwelle in grosser Entfernung von der Bahn des Geschosses zeigt es sich daher, dass sie eine andere Verteilung der Energie auf verschiedenen Frequenzen hat, und dass insbesondere die höherfrequenten Komponenten relativ stärker geschwächt worden sind als die niederfrequenten.
In der erfindungsgemässen Einrichtung wird diese Tatsache dadurch ausgenützt, dass dafür gesorgt wird, dass die Anzeige des Zielverfehlungsabstandes ganz oder teilweise von den höheren Frequenzen der Druckwelle abgeleitet wird.
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Ein einfacher Filterteil mit den erforderlichen Eigenschaften ist in Fig. 3 gezeigt. Er besteht aus einem Reihenkondensator 20 und einem Nebenschlusswiderstand 21 zwischen Eingangsklemmen 22 und Ausgangsklemmen 23. Die Werte der Bauteile 20 und 21 sind so gewählt, dass das Glied bzw. die Kombination eine Zeitkonstante von etwa 50 g sec hat. Zusammen mit dem Frequenzgang nach Fig. 2 bedeutet das, dass beim Durchgang eines Signals durch den Filter die Dämpfung der Amplitude bei einer Frequenz von 20 kHz etwa 3 db beträgt und unter dieser Frequenz bis zu annähernd 6 db pro Oktave ansteigt. Man kann auch einen Filterteil der in Fig. 4 gezeigten Art verwenden. Hier sind die Bauteile 20 und 21, die denen der Fig. 3 entsprechen, durch eine weitere Kapazität 24 und einen weiteren Widerstand 25 ergänzt.
Diese Schaltung hat dieselbe Zeitkonstante, so dass der Frequenzgang dem der Fig. 2 ähnelt, die Dämpfung der Amplitude bei Frequenzen unter 20 kHz jedoch um etwa 12 db pro Oktave zunimmt.
Der Sender 17 kann in beliebiger Weise arbeiten. Er sendet über die Antenne 18 ein Signal, das Informationen über die Amplitude des Impulses der jeweils verwendeten Wandler 11-14 enthält. An der Bodenstelle oder den Bodenstellen werden die an einer Antenne 30 empfangenen Signale an einen Empfänger 31 angelegt, der für die von der Antenne 18 abgegebene Signal- und Modulationsart geeignet ist. Der Empfänger speist eine Anzeigeeinrichtung 32, in der die vom Empfänger gelieferten Signale in einen Wert zur Anzeige des Zielverfehlungsabstandes umgewandelt werden. Der Ausgang des Empfängers kann auch an eine andere Einrichtung 33 angeschlossen werden, die zu Anzeige-, Mess- oder Steuerzwekken dienen kann.
Inder Praxis wird die Einrichtung betriebsbereit gemacht und dann werden unter Verwendung von Geschossen von bekanntem Kaliber in einer Versuchsreihe für verschiedene Zielverfehlungsabstände die Impulse ermittelt. Nach dieser Ermittlung kann das System zur zuverlässigen Anzeige des Zielverfehlungsabstandes verwendet werden. Die Anzeigeeinrichtung 33 kann eine Vergleichseinrichtung enthalten, in der die Amplitude der Stromstärke oder der Spannung des von dem Empfänger erhaltenen Signalstromes mit voreingestellten Werten der Stromstärke und Spannung verglichen wird und beim Eintreffen eines Signals mit grösserer bzw. kleinerer Amplitude als der Vergleichswert das Signal "getroffen" bzw. "verfehlt" erzeugt wird.
Es wurde festgestellt, dass die Art der Verteilung der Energie in einer Druckwelle bei Geschossen derselben Form, unabhängig von der Grösse des Geschosses, für dieselbe Geschwindigkeit sehr ähnlich ist. Bei einem gegebenen Geschoss wird daher der Zeitaufwand für die Versuche, der erforderlich ist, um den Impuls bei bestimmten Zielverfehlungsabständen empirisch zu bestimmen, sehr herabgesetzt und man braucht nur eine relativ geringe Zahl von Probeschüssen, theoretisch nur einen Schuss, um die Form der als Eichkurve zu bezeichnenden Kurve für dieses Geschoss festzulegen.-
Die Einrichtung gemäss der Erfindung hat sich im Betrieb bewährt und gibt eine genügend genaue Anzeige des Zielverfehlungsabstandes.
Die Einfachheit der Einrichtung ist insoferne vorteilhaft, weil bei einem Volltreffer des Geschosses bestimmte Teile der Einrichtung oder auch die ganze Einrichtung zerstört werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung in einem elektro-akustischen Trefferanzeiger an einem Luftziel, zur Verkleinerung der Toleranzzone an dem für den Trefferanzeiger festgesetzten Flächenrandbereich und zur Erhöhung der Genauigkeit der Anzeige der innerhalb dieses Randbereiches durchfliegenden Geschosse, mit einem oder mehreren akustischen Mikrophonen an dem Luftziel, einem ebenfalls am Luftziel angeordneten Signalgeber und einem zwischen dem Signalgeber und den Mikrophonen eingeschalteten Filter, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrophone für Schallwellen mit relativ hohen Frequenzen empfindlich sind und zur Umwandlung dieser Schallwellen in entsprechende elektrische Signale eingerichtet sind, dass der Filter eine Durchlasscharakteristik aufweist,
bei der Signale mit relativ hohen Frequenzen unter geringerer Schwächung als Signale mit niedrigeren Frequenzen durchgelassen werden, und dass der Signalgeber zur Abgabe eines Treffersignals bei Eintreffen eines vom Filter kommenden Signals eingerichtet ist, dessen Amplitude einen im Signalgeber eingestellten vorbestimmten Wert überschreitet.