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Die Erfindung betrifft eine Zielsuchvorrichtung mit einer ein Gesichtsfeld erfassenden Empfangsvorrichtung für vom Ziel kommende elektromagnetische Strahlung, welche Ausgangssignale liefert, und mit einer Modulationseinrichtung, welche die vom Ziel kommende Strahlung selbst oder die Ausgangssignale derart beeinflusst, dass die Intensität der Ausgangssignale vom Abstand des Zieles von der Achse der Zielsuchvorrichtung abhängt und in einem Bereich um die Achse mit wachsendem Abstand von Null aus zunimmt, wobei die Achse der Zielsucheinrichtung mit einer der Intensität der Ausgangssignale im wesentlichen proportionalen Geschwindigkeit dem Ziel ständig nachgeführt wird.
Solche Anordnungen sind bekannt. Beispielsweise kann die das Zielfeld erfassende Empfangsvorrichtung auf einem umlaufenden Kreiselrotor sitzen. Durch die Empfangsvorrichtung wird ein Gesichtsfeld mit der Umlauffrequenz des Kreiselrotors abgetastet und Strahlung von einem Ziel auf einen Strahlungsempfänger geleitet. Die Phasenlage der von dem Strahlungsempfänger gelieferten Signale hängt von der Richtung der Zielablage ab. Diese Signale werden auf eine den Kreiselrotor umgebende Ringspule gegeben. Der Kreiselrotor enthält einen Magneten mit radialer Magnetisierung.
Infolgedessen werden durch die Signale vom Strahlungsempfänger Präzessionsmomente auf den Kreiselrotor ausgeübt, welche den Kreiselrotor mit dem Taumelspiegel - integrierend - auf das Ziel hin präzedieren, bis die Kreiselachse mit der Sichtlinie zum Ziel zusammenfällt und die präzidierenden Signale am Strahlungsempfänger verschwinden.
Es ist ferner bekannt, als Modulationseinrichtung im Strahlengang vor dem Strahlungsempfänger eine mit dem Kreiselrotor um dessen Achse umlaufende Unterbrecherscheibe vorzusehen, die auf einer Hälfte abwechselnd lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Sektoren und auf der andern Hälfte ein System von konzentrischen, abwechselnd lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Kreisringen aufweist. Die mittlere Durchlässigkeit ist auf beiden Hälften der Unterbrecherscheibe die gleiche. In der Ebene dieser Unterbrecherscheibe wird das das Ziel enthaltende Gesichtsfeld abgebildet. Ein kleines Ziel liefert dann jedesmal einen Impulszug, wenn die Unterbrecherscheibe mit der das Sektormuster enthaltenden Hälfte über das Zielbild läuft.
Wenn die andere Hälfte der Unterbrecherscheibe mit dem Kreisringmuster über das Zielbild läuft, ergeben sich dagegen keine Helligkeitsänderungen an dem Strahlungsempfänger und keine Impulse. Die Einhüllende der Impulszüge ist ein Signal von der Umlauffrequenz, dessen Phasenlage von der Richtung der Zielablage abhängt und zur Nachführung der Empfangsvorrichtung ausgenutzt werden kann. Wenn das Zielbild im Zentrum der Unterbrecherscheibe liegt, werden keine solchen Impulszüge erzeugt und damit auch keine Fehlersignale. Auch von grossen Objekten wie Wolken, deren Abmessungen gross im Vergleich zu den Sektoren auf der Unterbrecherscheibe sind, werden keine Impulszüge erzeugt, da sich die beim Umlauf der Unterbrecherscheibe auftretenden Lichtstromänderungen über die Fläche des Objektbildes herausmitteln.
Bei solchen und ähnlichen Zielsuchvorrichtungen ergibt sich das Problem, dass die Ausrichtung der Empfangsvorrichtung auf ein Ziel gestört werden kann, wenn in deren Gesichtsfeld ein zweites Ziel eintritt. Von diesem zweiten Ziel, z. B. dem Triebwerk eines zweiten Flugzeuges oder auch der Sonne, werden ebenfalls Impulse erzeugt und die Empfangsvorrichtung "weiss" gar nicht, nach welchem Ziel sie sich ausrichten soll.
Der Erfindung liegt demgemäss die Aufgabe zugrunde, eine Zielsuchvorrichtung so auszubilden, dass sie von in das Gesichtsfeld eintretenden Nebenzielen nicht mehr gestört werden kann, wenn sie einmal ein Ziel erfasst hat.
Die Erfindung besteht darin, dass die Modulationseinrichtung die Intensität der Ausgangssignale ab einem bestimmten Abstand des Zieles von der Achse zum Rande des Gesichtsfeldes hin gegenüber dem bei diesem Abstand erreichten Maximalwert zunehmend verringert.
Wenn sich nur ein einziges Ziel im Gesichtsfeld der Empfangstastvorrichtung befindet, dann stellt sich diese Vorrichtung auf dieses Ziel ein. Solange das Ziel sich am Rande des Gesichtsfeldes befindet, treten relativ schwache Signale auf, die jedoch schon ein Hinführen der Empfangsvorrichtung bewirken.
Je weiter das Ziel in die Mitte des erfassten Gesichtsfeldes wandert, desto stärker werden die Fehlersignale, bis sie dann von dem Maximum an zum Zentrum des abgetasteten Gesichtsfeldes hin wieder abnehmen. Da jedoch die Nachführung der Empfangsvorrichtung nach dem Ziel integrierend erfolgt, d. h. eine Nachführbewegung stattfindet, solange überhaupt ein Fehlersignal auftritt, wird die Empfangsvorrichtung schliesslich zentral auf das Ziel ausgerichtet. Die Fehlersignale verschwinden dann, aber bei
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einer geringen Auslenkung des Zieles aus der Mitte des Gesichtsfeldes wachsen die Amplituden der Fehlersignale schnell bis zum Maximum an.
Es sei nun einmal angenommen, dass das Ziel in dieser Weise anvisiert ist und die Zielimpulse zu Null geworden sind. Wenn nun ein zweites Ziel in das Gesichtsfeld der Zielsuchvorrichtung eintritt, so werden die dadurch hervorgerufenen Zielsignale zunächst ebenfalls eine Auslenkung der Zielsuchvorrichtung in Richtung auf das neue Ziel hin zu bewirken suchen. Bei einer solchen Auslenkung beginnt jedoch nun aber auch das erste Ziel wieder Zielsignale zu erzeugen, welche die Zielsuchvorrichtung auf das erste Ziel zurückzustellen trachten und wegen der mit zunehmender Zielablage am Rande des Gesichtsfeldes abnehmenden Empfindlichkeit wesentlich stärker in Erscheinung treten als die Signale von dem am Rande des Gesichtsfeldes liegenden zweiten Ziel.
Die Zielsuchvorrichtung wird durch diese stärkeren Signale somit auf das erste Ziel zurückgestellt, die Wirkung der Signale von dem zweiten Ziel wird überwunden.
Wenn somit die Zielsuchvorrichtung einmal ein Ziel im Zentrum des Gesichtsfeldes erfasst hat, dann wird sie von weiteren Signalen vom Rande des Gesichtsfeldes nicht mehr merklich gestört.
Bei einer Zielsuchvorrichtung, welche als Modulationseinrichtung eine Unterbrecherscheibe aufweist, die relativ zu einem in ihrer Ebene erzeugten Zielbild rotiert und ein schachbrettartiges Muster besitzt, dessen Felder von Radien und konzentrischen Kreisen begrenzt sind, wobei die Abmessungen der Felder vom Zentrum der Scheibe aus zunehmen, um auf einem hinter der Scheibe angeordneten Strahlungsempfänger Signale von mit zunehmendem Abstand zunehmender Intensität zu erzeugen, kann die Unterbrecherscheibe so ausgebildet werden, dass von einem vorgegebenen, dem Maximalwert der Signalintensität entsprechenden Radius aus die radialen Abmessungen der Felder zum Rande der Scheibe hin abnehmen.
Durch das Schachbrettmuster der Unterbrecherscheibe wird die Zielbildstrahlung moduliert. Nun hat das Zielbild aber eine endliche Grösse. Wenn das Zielbild vom Rande der Scheibe entfernt, jedoch nicht im Zentrum derselben liegt, dann sind die Felder des Schachbrettmusters in der Regel grösser als das Zielbild, so dass die gesamte Strahlung moduliert wird. Wenn aber das Zielbild zum Rande der Scheibe auswandert, wo die radialen Abmessungen der Felder kleiner werden, dann überlappt es wenigstens teilweise zwei oder mehr Felder, von denen abwechselnd immer eines lichtundurchlässig und das andere lichtdurchlässig ist oder umgekehrt, so dass die Zielstrahlung weniger stark moduliert wird, weil sich die Modulation herausmittelt. Das wird umso eher eintreten, je grösser das Zielbild ist. Grosse Ziele, wie z.
B. Wolkenbänke, werden von der Zielsuchvorrichtung praktisch gar nicht erfasst, weil sich hier die vom Ziel überdeckten durchlässigen und undurchlässigen Felder praktisch die Waage halten und keine Modulation der Zielstrahlung eintritt. Die Zielsuchvorrichtung spricht vorzugsweise auf kleine, intensiv strahlende Ziele an, wie sie beispielsweise die Düsen von Flugzeugen darstellen.
Je mehr sich das Zielbild der Mitte der Scheibe nähert, umsomehr überlappt es in peripherer Richtung mehrere abwechselnd durchlässige und undurchlässige Felder, so dass auch hiedurch eine Verminderung des Modulationsgrades eintritt. Im Zentrum selbst wird das Zielbild durch die Scheibe gar nicht mehr moduliert. Ausserdem nehmen die radialen Abmessungen der Felder vom Zentrum aus zunächst zu und erst dann zum Rande hin wieder ab, so dass die Amplituden der Signale bei Annäherung des Zielbildes an das Zentrum der Scheibe sehr schnell auf Null absinken.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert : Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Zielsuchvorrichtung nach der Erfindung ; Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II von Fig. l ; Fig. 3 zeigt eine bei der erfindungsgemässen Zielsuchvorrichtung von Fig. 1 angewandte Unterbrecherscheibe ; Fig. 4 zeigt die von der Empfangsvorrichtung gelieferten Signale ; Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der Empfindlichkeit der Empfangsvorrichtung von der Zielablage bei einer Anordnung nach Fig. 1 bis 3.
Der konstruktive Aufbau der Zielsuchvorrichtung ist in Fig. l und 2 dargestellt. In Fig. l ist mit --500-- der Kreiselrotor bezeichnet, der auf einer Traghülse --521-- mittels eines innenliegenden Kardangelenks schwenkbar gelagert ist. Der Kreiselrotor --500-- weist eine Hülse --514-- auf, die auf dem äusseren Ring --534-- eines Kardangelenks mittels zweier Kugellager --528-- drehbar gelagert ist.
In dem Ring --534-- ist senkrecht zu der Achse der Hülse --514-- und des hülsenförmigen Kardanringes --534-- ein zweiter Kardanring --538-- drehbar gelagert. Zu diesem Zweck weist der Kardanring --538-- ein Paar von Zapfen --540-- auf, die in Kugellagern --536-- des äusseren Kardanringes --534-- gelagert sind. In Kugellagern --544-- ist der zweite, innere Kardanring --538-- auf Zapfen
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--546-- der Traghülse-521--drehbar gelagert.
Durch ein solches innenliegendes Miniaturkardangelenk wird eine freie Verschwenkbarkeit des Kreiselrotors --500-- in einem relativ grossen Winkelbereich sichergestellt, ohne dass auf der andern Seite die sonstige Funktion der Vorrichtung durch die Kardanringe beeinträchtigt werden würde wie es etwa bei einer üblichen kardanischen Aufhängung mit aussenliegenden Kardanrahmen der Fall wäre.
Der Kreiselrotor --500-- weist ferner einen radial magnetisierten Permanentmagneten --522-- auf, der in einer Ringspule --548-- umläuft.
Auf dem Kreiselrotor --500-- ist weiterhin ein Teleskop in Gestalt eines Cassegrain-Systems mit einem Hohlspiegel --506-- und einem Planspiegel --508-- angeordnet. Die optische Achse des Cassegrain-Systems - -506, 608-- fällt bei dieser Ausführung aber mit der Kreiselachse zusammen. Das Cassegrain-System erzeugt ein Bild eines Zielfeldes (einschliesslich des Zieles --T--) in der Ebene einer Unterbrecherscheibe - -516--, die mit dem Kreiselrotor --500-- umläuft. Hinter der Unterbrecherscheibe ist feststehend ein Strahlungsempfänger --520-- angeordnet, der auf dem Ende der Traghülse --521-- sitzt, und dessen elektrische Zuleitungen innen durch die Hülse --521-- geführt sind.
Durch die Unterbrecherscheibe erfolgt eine Modulation der Zielstrahlung, wie noch beschrieben werden wird.
Um den Planspiegel --508-- des Cassegrain-Systems ist eine konische Sonnenblende vorgesehen, die aussen mit lichtschluckenden Mitteln verbunden ist. Die Hülse --514-- ist fast bis in den Bereich dieser Sonnenblende geführt, so dass ein direkter Lichteinfall auf den Strahlungsempfänger --520-- weitgehend ausgeschaltet ist und die Strahlung nur auf dem gestrichelt dargestellten Weg zu dem Strahlungs-
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abgeschlossen, die in der Mitte einen Bolzen --510-- trägt, an welchem wieder der Planspiegel --508-befestigt ist. Hinter der Unterbrecherscheibe --516-- ist ein Infrarotfilter --517-- vorgesehen, um Strahlung unerwünschter Wellenlänge von dem Strahlungsempfänger --520-- weitgehend fernzuhalten.
Die Unterbrecherscheibe --516-- kann die Form der Fig. 3 besitzen. Sie weist dann auf einer Hälfte ein Muster mit konzentrischen, abwechselnd hellen und dunklen Ringen, auf der andern Hälfte im wesentlichen ein Schachbrettmuster auf, das von Radien und konzentrischen Kreisen begrenzt wird. Die radialen Abmessungen der gebildeten Felder nehmen dabei zum Rande der Unterbrecherscheibe hin ab. Im Zentrum dagegen erstrecken sich die konzentrischen Ringe bis in das Schachbrettmuster hinein und nur auf einem kleinen, nach innen zu noch weiter sich verkleinernden Winkelbereich bleibt dort das Schachbrettmuster erhalten. Die mittlere Durchlässigkeit der Scheibe ist auf beiden Hälften gleich.
Es ergibt sich dann folgende Wirkungsweise :
Wenn das Ziel --T-- sich nicht auf der Kreiselachse befindet, dann liegt das Zielbild auf der Unterbrecherscheibe --516-- ausserhalb von dessen Zentrum. Beim Umlauf des Kreiselrotors --500--, mit dem auch die Unterbrecherscheibe rotiert, wird die Zielstrahlung durch das Muster der Unterbrecherscheibe moduliert. Die Art der Modulation hängt davon ab, wo das Zielbild auf der Unterbrecherscheibe liegt.
Durch die Modulation der Zielstrahlung liefert der Strahlungsempfänger dann Impulsfolgen, wie sie in Fig. 4 durch die Kurve --556-- dargestellt sind. Nun sind die Zielbilder nicht punktförmig, sondern haben eine endliche Grösse. Wenn das Zielbild sich im Bereich des inneren 180 -Schachbrett-Ringes-712-- befindet (Fig. 3), dann wird es jeweils noch von einem Feld des Schachbrett-Musters überdeckt und es wird die volle Zielstrahlung moduliert und tritt als Wechselspannung am Detektor in Erscheinung. Wenn das Zielbild bei gleicher Grösse jedoch zum Rande der Unterbrecherscheibe hin ausgewandert ist, dann wird das Zielbild mehrere Ringe, z. B. 720 und 722 des Schachbrettmusters gleichzeitig überdecken. Dann wird sich die Modulation mehr und mehr herausmitteln.
Wenn das Zielbild auf der einen Hälfte durch eine dunkle Fläche des Ringes --720-- mehr und mehr abgedeckt wird, wenn die Scheibe --516-- rotiert, dann wird es zur gleichen Zeit auf seiner andern Hälfte, auf der es vorher durch eine dunkle Fläche des Ringes --722-- abgedeckt war, mehr und mehr freigegeben. Die Intensität, die von der Zielstrahlung an dem Strahlungsempfänger wirksam wird, bleibt im wesentlichen konstant. Dazwischen liegen die verschiedenen Übergänge. Es ist aber einleuchtend, dass die Amplitude der Wechselstromsignale --556-- am Detektor umso kleiner wird und sich die Modulation umso stärker herausmittelt, je weiter das Zielbild vom Mittelpunkt der Unterbrecherscheibe ablegt. Man erhält dann eine Empfindlichkeitskurve, d. h. eine Abhängigkeit der Signalamplitude von der Zielablage, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist.
Man sieht, dass diese Kurve zum Rande hin abfällt. Man erkennt ferner, dass die Empfindlichkeitskurve von Fig. 5 zwischen den
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Maxima 706A bis 730A, die den Ringen --706 und 730-- zugeordnet sind, tiefe fast bis auf die Nullinie hinabreichende Einschnitte aufweist. Diese entstehen, wenn das Zielbild gerade mittig auf der Grenzlinie zwischen zwei Ringen, z. B.-712 und 714-- sich befindet. Dann erfolgt nämlich theoretisch keinerlei Modulation, weil sich die von dunklen Flächenteilen überdeckten und die nicht überdeckten Teile des Zielbildes bei allen Winkellagen der Unterbrecherscheibe grade die Waage halten.
Das Maximum der Empfindlichkeitskurve ergibt sich bei --712A--, entsprechend dem Ring --712--.
Von dort aus sinkt die Empfindlichkeit auch nach innen hin wieder ab. Das liegt teilweise daran, dass das Zielbild auch in peripherer Richtung mehrere Flächen des Schachbrettmusters überlappt und dadurch ein Herausmitteln der Modulation der Zielstrahlung erfolgt. Im Zentrum --706-- wird die Strahlung eines einigermassen symmetrischen Ziels gar nicht moduliert. Teils wird der Abfall der Empfindlichkeitskurve zum Zentrum hin auch dadurch erreicht, dass die konzentrischen Ringe von der Fläche --704-- dort auf die schachbrettgemusterte Hälfte --702-- der Unterbrecherscheibe übergreifen.
Die Empfindlichkeit wird umso kleiner werden, je grosser das Ziel ist. Umso stärker wird sich nämlich die durch das Schachbrettmuster --702-- bewirkte Modulation der einzelnen Abschnitte des Zielbildes herausmitteln. Wolkenbänke, der Horizont und ähnliche grossflächige Ziele liefern daher keine Signale und können die Wirkungsweise der Zielsuchvorrichtung nicht beeinflussen. Die Zielsuchvorrichtung bevorzugt somit a) kleine Ziele gegenüber grossen und b) Ziele mit geringerer Ablage gegenüber solchen mit grosser Zielablage.
Dadurch, dass die Hälfte der Unterbrecherscheibe --516-- die Strahlung nicht moduliert, erhält man einen Bezugspunkt für die Richtung der Zielablage, so dass man aus der Lage der Impulsfolgen --556-die Richtung der Zielablage bestimmen kann. Die mittlere Durchlässigkeit der Unterbrecherscheibe-516-ist auf beiden Hälften --702 und 704-- gleich, so dass grossflächige Ziele, wie Wolkenbänke, auch kein
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Die Impulsfolgen --556-- werden demoduliert und beaufschlagen in Form von Signalen --558-- die Ringspule --548--. Dadurch werden in der schon beschriebenen Weise Präzessionsmomente auf den Kreiselrotor --500-- ausgeübt und dieser auf das Ziel--T--ausgerichtet. Mit der beschriebenen, zum Rande hin abfallenden Empfindlichkeitskurve (Fig. 5) wird nun folgendes erreicht :
Wenn zunächst ein Ziel --T-- in der dargestellten Weise am Rande des Gesichtsfeldes liegt, dann werden Impulse --556-- erzeugt und durch die Spule --548-- wird der Kreisel auf Ziel --T-- ausgerichtet. Zunächst sind die Impulse schwach, dann werden sie stärker, je mehr sich der Kreisel auf das Ziel hindreht und je kleiner die Zielablage dadurch wird.
Nach einem Maximum --712A-- werden die Impulse dann wieder kleiner und verschwinden, sobald die Zielsuchvorrichtung das Ziel --T-- im Zentrum erfasst hat. Wenn nun am Rande des Gesichtsfeldes ein zweites Ziel-T'-auftritt, dann wird dieses zweite Ziel zunächst auch Signale am Detektor --520-- hervorrufen, die einen Wechselstrom in der Wicklung --548-erzeugen. Dieser Wechselstrom wird suchen, den Kreiselrotor --500-- mit der Zielsuchvorrichtung in Richtung auf das neue Ziel hin zu verschwenken. Sobald aber die Zielsuchvorrichtung aus ihrer auf das erste Ziel ausgerichteten Lage herausgelenkt wird, treten nun auch die Impulse von dem ersten Ziel wieder auf, u. zw. in einem solche Sinne, dass sie die Zielsuchvorrichtung wieder auf das erste Ziel auszurichten trachten.
Diese Impulse werden mit zunehmender Ablage des ersten Zieles sehr schnell stärker, so dass sie die Impulse von dem zweiten Ziel überwinden, das ja am Rande des Gesichtsfeldes wegen der dort abfallenden Empfindlichkeitskurve weniger in Erscheinung tritt. Das erste Ziel bleibt somit in einer Art"Potentialmulde"im Zentrum des Gesichtsfeldes gefangen, wenn es erst einmal dorthin gelangt ist.
Die Zielsuchvorrichtung zeigt also folgendes Verhalten : Wenn sich das Ziel allein im Gesichtsfeld befindet, dann richtet sie sich auf dieses Ziel aus. Bei mehreren gleichartigen Zielen richtet sie sich auf das aus, welches am nächsten dem Zentrum des Gesichtsfeldes gelegen ist. Wenn sie also einmal ein Ziel im Zentrum ihres Gesichtsfeldes"gefangen"hat, dann wird sie von weiteren Störzielen nicht mehr beeinflusst.