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Funkortungsverfahren mit Radarabtastung Bei vielen Aufgaben der Radarüberwachung
ist es notwendig, gleichzeitig (oder zumindest in sehr kurzen zeitlichen Abständen)
mehrere Ziele zu beobachten und deren Lagekoordinaten sehr genau zu bestimmen. Diese
Aufgabe bietet beim augenblicklichen Stand der Radartechnik keine Schwierigkeiten,
wenn für jedes- Ziel eine Antennenanlage zur Verfügung steht, so daß die Antenne
dauernd nachgeführt werden kann und durch ihre Stellung dann die gewünschten Winkelkoordinaten
liefert. Die Entfernung wird dabei in bekannter Weise aus der Laufzeit der elektromagnetischen
Welle erhalten.
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Es ist bekanntgeworden, das in der Peiltechnik angewandte »Summendifferenzverfahren«
auch bei Rundsichtanlagen (»PPI«) heranzuziehen, um den Azimutwinkel genauer zu
erhalten, als er normalerweise bei der Leuchtschirmanzeige abgelesen werden kann.
Bekanntlich werden beim Summendifferenzverfahren zwei sich überlappende Antennencharakteristiken
gebildet (A b b. 1). Die von den beiden Antennen gleichzeitig empfangenen Signale
werden dann so kombiniert, daß an einem Ausgang die Summe und an einem anderen Ausgang
die Differenz der beiden Spannungen erhalten wird. Entsprechend unterscheidet man
das Summendiagramm und das Differenzdiagramm (A b b. 2 bzw. 3).
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Der Nulldurchgang des Differenzdiagramms bezeichnet den Peilwinkel,
der entsprechend der Kurvensteilheit mit erhöhter Genauigkeit erhalten werden kann.
Bei dem bekannten Verfahren wird der Moment des Nullwertes der Differenzspannung
durch geeignete Maßnahmen elektronisch angezeigt.
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Nun muß aber berücksichtigt werden, daß die meisten Radargeräte im
Impulsbetrieb arbeiten. Die Diagramme der A b b. 1 bis 3 werden daher als Einhüllende
der zeitlich nacheinander ankommenden reflektierten Impulse erhalten, wenn der Suchstrahl
bei der Antennendrehung über das Ziel hinwegstreicht. Es ist daher durchaus möglich,
daß der Nullwert des Differenzdiagramms gerade zwischen zwei Impulsen liegt. Diese
Gefahr ist um so größer, je schneller die Antenne bei bestimmter Impulsfolgefrequenz
rotiert. Eine Erhöhung der Impulsfolgefrequenz kann dem entgegenwirken, doch sind
hier Grenzen gesetzt. Einmal bestimmt das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Impulsen den eindeutig erfaßbaren Entfemungsbereich und außerdem ergeben sich gerätetechnische
Schwierigkeiten und Unbequemlichkeiten: Eine Erhöhung der Impulsfolgefrequenz bei
gleichbleibender Impulslänge würde die mittlere Sendeleistung erhöhen, ohne die
Reichweite zu vergrößern, und die Impulsdauer kann
natürlich auch nicht beliebig
klein gemacht werden.
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Außerdem können aus hier nicht näher zu erläuternden Gründen Impulsechos
ganz ausfallen bzw. im allgemeinen Rauschen untergehen. Es ist einzusehen, daß hierunter
die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des bekannten Verfahrens leidet, so daß es nicht
in allen Punkten befriedigt. Insbesondere wird ja hierbei auch der Informationsinhalt
der Echoimpulse in der Umgebung des Nulldurchgangs nicht voll ausgenutzt.
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Die vorliegende Erfindung hat nun zum Ziel, auch bei sehr schnellen
Antennenbewegungen und nicht zu hoher Impulsfolgefrequenz eine genaue und sichere
Peilung zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird bei Funkortungsverfahren mit Radarrundsicht-
oder -sektorabtastung, bei denen die Antennencharakteristik zum Zweck der Summen-und
Differenzbildung in zwei sich überlappende Charakteristiken aufgespalten wird, vorgeschlagen,
daß bei interessierenden Objekten die Echoimpulse in der Umgebung des Zieldurchganges
einer zusätzlichen elektronischen Auswerteanlage zugeführt werden, die aus der Differenz
und der Summe der Empfangsspannungen den Quotienten bildet und die genaue Winkellage
des Zieles durch Interpolation bestimmt. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann auch dann ein genauer Peilwert erhalten werden, wenn der Zieldurchgang zwischen
zwei Echoimpulsen liegt, insbesondere wenn einzelne Echoimpulse ausfallen.
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Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sei auf die A b b. 4 und
5 hingewiesen. Beim Nulldurchgang der Differenzspannung ändert sich deren Phase
gegenüber der Summenspannung. Man erhält daher beim Überstreichen eines Zieles die
in A b b. 4 schematisch dargestellte Charakteristik, die beim Impulsradar als Einhüllende
der einzelnen reflektierten Impulse dargestellt wird. Bei großer zeitlicher Auflösung
ergeben
sich daher die Verhältnisse entsprechend Abb. 5.
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Da sowohl die Summenspannung als auch die Ditferenzspannung von Szintillationen
in gleicher Weise beeinflußt werden, ist der Quotient davon unabhängig. Diese Methode
erspart also wie beim sogenannten Monopulsverfahren die sonst wegen des Fluktuierens
der reflektierten Impulsintensitäten nötige Mittelbildung. Das bedeutet Zeitgewinn
und ermöglicht dadurch eine besonders schnelle Zielerfassung und -verfolgung.
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Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer im Impulsbetrieb
arbeitenden Radaranlage sind also nur folgende einfachen Rechenvorgänge notwendig:
1. Quotientenbildung der am Differenz- und Summenausgang erhaltenen Impulsintensität;
2. Verarbeitung mehrerer Impulsquotienten in der Umgebung des Zieldurchgangs derart,
daß die in Ab b. 5 gestrichelt gezeichnete Gerade mit der Winkelkoordinate geschnitten
wird. Dieser Schnittpunkt bezeichnet dann die genaue Winkellage des Ziels.
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Die Bildung des Quotienten zweier Impulsspannungen bietet beim augenblicklichen
Stand der Impulstechnik keine Schwierigkeit. Man kann z. B. nach einer Scheitelspannungsmessung
den Impuls zum Steuern der Frequenz eines Oszillators verwenden und verwandelt dadurch
die Impulshöhe in eine Zahl, die direkt in einen Digitalrechner gegeben werden kann.
Zweckmäßigerweise wird die Rechenmaschine aus dem Quotienten gleich die genaue Winkellage
berechnen. Diesen Rechenvorgang leistet ein moderner elektronischer Rechner in Bruchteilen
einer Sekunde. Natürlich können auch Analogrechner verwendet werden. Man kann die
Quotientenbildung auch in bekannter Weise in einer speziell konstruierten Kathodenstrahlröhre
erhalten. Gibt man nämlich bei zwei zueinander senkrecht angeordneten Ablenksystemen
auf das eine System den Summenimpuls, auf das andere den Differenzimpuls, so ist
die Winkellage des ausgelenkten Strahles ein direktes Maß für den Quotienten. Unter
Verwendung
besonderer Schichten läßt sich dieser Winkel fixieren und durch einen
Meßstrahl wieder abtasten. Die so erhaltenen Quotienten können natürlich wieder
in einen elektronischen Rechner zur Weiterverarbeitung gegeben oder aber auch optisch
zur Anzeige gebracht werden. Auf dem nachleuchtenden Schirm eines Oszillographen
erhält man dann direkt die Darstellung (wie in Abb. 5).
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Es ist auch eine indirekte Quotientenbildung bei Summen-Differenz-Peilverfahren
bekanntgeworden, bei der eine Regelschaltung den Empfangskanal, der die Summenspannung
verarbeitet, auf konstante Ausgangsleistung regelt und die gleiche Regelspannung
dem die Differenzspannung verarbeitenden Empfangskanal zuführt.
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Selbstverständlich kann und soll die Radaranlage die Peilwerte nicht
für alle im Erfassungsbereich liegenden Ziele in der beschriebenen Weise mit der
hohen Genauigkeit ermitteln, vielmehr kann auf Grund des Übersichtsbildes von einem
Beobachter entschieden werden, von welchem der auf dem Leuchtschirm angezeigten
Objekte die Winkelkoordinaten mit hoher Genauigkeit gemessen werden sollen.