DE1406531A1 - Simulator fuer Echomessverfahren - Google Patents

Description

PATENTANWALT

STO ϊ ϊ ρ« Α 7ί ¥

Richard-Wagnsr-SiraSe Ιό
Telefon 244446

9. Februar 1981

COMMUNICATIONS PATENTS LIMITED London SW 1

Patentanmeldung: Deutschland
Kennwort: "Radareimulator"
A 8484

Simulator für Echomeßverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radar-Sonar- und Audar-Simulator- und Auebildungegerät.

Radar-Sonar- und Audar-Simulatoren verschiedenster Typen sind bekannt, die zur Wiedergabe von simulierten Echos eine Kathodenstrahlröhre, eine sonstige Sichtanzeigevorrichtung oder akustische Anzeigevorrichtungen verwenden, um die Darstellung oder Anzeige von Objekten mit Hilfe der reflektierten Signalimpulse, die vom simulierten System ausgesendet wurden, nachzubilden. Anstelle der wirklichen Echosignale werden in solchen Simulatoren entsprechende Signale mit Hilfe von elektronischen Schaltkreisen und elektromechanischen Vorrichtungen erzeugt. In diesen Simulatoren ist es üblich, Echosignale mit Hilfe einer Recheneinrichtung zu erzeugen, die die Entfernung

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des simulierten, reflektierenden Objekte von einer simulierten Antenne oder von einem simulierten Schallsender bestimmt; d. h. es wird die Entfernung des simulierten Objekte errechnet, ein elektrischer Impuls zu dem der jeweiligen Entfernung entsprechenden Zeitpunkt erzeugt und dieser Impuls auf die Wiedergabe- oder Anzeigevorrichtung fibertragen, wenn die Baupistrahlachse der simulierten Antenne oder des Schallsenders mit der Richtung des simulierten Objekts zusammenfallt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Radar-Sonar- oder Audareimulator su schaffen, der gegenüber bisher verbesserte Anordnungen zur Erzeugung der der jeweiligen Entfernung des Azimuths entsprechenden Echosignale des simulierten Objekts aufweist, um sie anschließend den Steuervorrichtungen eines Rundabtastschirms, Sektorabtastschirms oder anders gearteten Wiedergabe- oder Anzeigevorrichtungen zuzuführen. Insbesondere sollen simulierte Radar-Echo-Signale ohne Verwendung von elektromechanischen Rechenvorrichtungen zur Berechnung der Entfernung jedes der darzustellenden Objekte erzeugt werden, um den bisherigen beträchtlichen Aufwand eher solchen Ausbildungs- und Simulator-Vorrichtung wesentlich zu verringern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lage eines simulierten Objektes, das Radar-Sonar- oder Audar-Signale reflektiert, durch Koordinatenwerte dargestellt wird, die auf ein nach den Hauptstrahlrichtungen eines simulierten Echoabtasters oder einer Antwortbake ausgerichtetes Koordinatensystem bezogen sind.

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken enthalt der Simulator eine Rechenanlage, die mit einer Wechselspannung

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gespeist Awsgangsspasnungen entsprechend der Entfernung und dem Reziprokwert der Entfernung des simulierten Objekts abgibt.

Ausfunrungebeispiele für eine Anordnung gemäß der Erfindung seien nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, die die wesentlichen Teile von Anordnungen zur Nachbildung der Echos von einem oder mehreren Objekten zeigen, die sich z.B. in bezug auf ein Bodenradarsuchsystern mit rotierender Antenne bewegen. Zur Vereinfachung sei angenommen, daft die Erdoberfläche flach ist und daß sich die Objekte, wenn nicht anders auegeführt, auf der Oberfläche bewegen.

Es zeigen: Fig. 1 eine BBIf Bezeichnung für die Ableitung der Gleichungen betreffend die Lage des Objektes in bezug auf die Hauptstrahlrichtung des Strahlers,

Fig. 2 ein Blockschema einer Anordnung zur Erzeugung eines der Entfernung entsprechenden Signals,

Fig. 3 ein Blockschema einer Anordnung zur Erzeugung eines Entfernungssignals entsprechend dem Azimuth,

Fig. 4 ein Blockschema einer Anordnung, die die Wiedergabevorrichtung für das Ausbildungspersonal enthält,

Fig. 5 ein Blockschema für eine abgewandelte Ausführungsform der Entfernungsimpulserzeugung,

Fig. β ein Blockdiagramm einer abgewandelten Anordnung zur Bestimmung des Azimuths.

Das Verfahren zur simulierten Erzeugung von Echos elektrischer oder akustischer Wellen in der Anordnung gemäß der

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Erfindung stützt sich auf die Auswertung von Koordinatenwerten eich bewegender Objekte« die auf die Hauptstrahlrichtung eines Grundflächenabtaeters bezogen sind.

In Fig. 1 wird das Objekt durch den mit O i&eichneten Punkt in einem x- und y-Koordinateneyetem dargestellt. Der Augenblickewert des Winkele der Strahlachse A des Abtasters mit der Y-Achse wird mit Ψ blieichnet und die Winkelabweichung der Strahlachse A von der durch den Punkt O und den Null-Funkt des x- und y-Koordinatensysterne liegenden Geraden mit 6 . Die Koordinatenwerte des Objektes O, bezogen auf ein nach der Abtaststrahlachse A auegerichtetes Koordinatensystem anstatt auf das x- und y-Koordinatensystem, sind dann:

X « χ cos ^i - y sin T

Y » sin T + y cos "St,"

oder ausgedrückt durch die Azimuthabweichung 6 und Entfernung R:

X * R sin S

Y = R cos >b *

In guter Annäherung ergibt sich für kleine Werte von S , wenn cos£» 1 void 8» Bin 6;

R at χ sin *i^r + y cos "SF und S ⁵^^-S" (^{x cos} ^i - y sin "I).

Bei Impulsechoverfahren wird die Entfernung eines Objektes bestimmt durch das Zeitintervall t zwischen der Aussendung eines sich mit der Geschwindigkeit c ausbreitenden Hochfrequenzimpulses und der Rückkehr eines kleinen Teils der vom Objekt reflektierten Energie zum Ort des Strahlers.

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In den Ausführungsbeispielen werden die obenstehenden Entfernung«- und Winkelabweichungs-Gleichungen unter Verwendung der Auedrucke et und—, die von Impulsen einer Haupt-

1 xeitbasis abgeleitet werden, anstelle von R und-=- ausgewertet. Diese Substitution int im Augenblick des Aufeinandertreffe]» beider Geraden, der Strahlachse und der Verbindungsgeraden, vollkommen gerechtfertigt.

Um die Keulenbreite des Abtaststrahls nachzubilden, werden für die Wiedergabe susatsliche Entfernungsimpulse benötigt, wenn die Winkelabweichung geringer als die halbe Keulenbreite des simulierten Antennensysteme 1st. Durch die Verwendung des Ausdrucke-r anstelle von -=- bei Auswertung der Winkelab« weichungsgleichung entsteht eine Änderung der Keulenbreite um den Faktor -~-, aber dieser Fehler kann ohne weiteres

JX

vernachlässigt werden, wenn derAusdruck E ein6 klein ist und R im wesentlichen gleich et ist.

In Fig. 2 wird die Welle eines ein/cos Potentiometers 1 ml Hilfe einer Servoeiiiheit, dargestellt durch die Welle ~% mit einer Geschwindigkeit entsprechend der Drehgeschwindigkeit eines Abtaststrahlers des simulierten Systems gedreht. Die Schleifer 2, 3, 4 und 5 des Potentiometers 1 greifen die den Funktionen ein ΊΓ , - sin ΊΓ, cos T und - cos Ύ entsprechenden Spannungen ab, wo W der augenblickliche Richtungswinkel des Abtaststrahiere in bezug auf einen Festpunkt ist.

In einem besonderen Rechner, der nicht weiter gegeigt ist, wird die Bewegung eines jeden darsustellenden Objektes nach Nord- und Süd-Komponenten der Geschwindigkeit ausgerechnet. Diese Geschwindigkeitskomponenten werden jeweils

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auf ein Paar von Koordinatenintegratoren übertragen« um Wellendrehungen entsprechend der Nord- und Ost-Verschiebung des jeweils von dem Strahler simulierten Objektes zu erhalten. Die Wellen der Integratoren definieren also die Lage eines solchen Objektes und werden unter χ und y in Fig. 2 gezeigt.

Die Wellen χ und y der Integratoren drehen die Schleifer der Potentiometer β und 7. Die Wicklungsenden der Potentiometer 6 und 7 und die Wicklungsenden anderer aber gleicher Potentiometer, die durch die Wellen der andere, nachgebildete Gegenstände darstellenden Integratorpaare angetrieben werden, sind jeweils mit besonderen Schleifern 2, 3, 4 und 5 des Potentiometere 1 verbunden.

In den Fällen, in denen eine große Anzahl von Objekten nachgebildet werden soll, oder bei denen sich die Anzahl der Objekte während einer Übung ändern kann, ist es zweckmäßig, zwischen den Schleifern des Potentiometers 1 und den Wicklungsenden der durch die Integratoren angetriebenen Potentiometer Gleichstromverstärker einzuschalten, um Fehler infolge Überlastung oder veränderlicher Belastung des Potentiometers 1 auszuschalten.

Die Ausgangsspannungen an den Schleifern der Potentiometer 6, 7 entsprechen demnach den Auedrücken - χ sin Ψ" und * y cos N^ . Diese Ausgänge werden den Eingängen eines Addierverstärkers, bestehend aus den Addierwiderstanden 8 und 9 und einem Verstärker 10, zugeführt, so daß wiederum ein· Sinusfunktion entsteht. Ebe der beiden Maxima tritt auf, wenn das Objekt und die Hauptstrahlachse des Strahlers zusammenfallen. Die Spannungsamplitude bei diesem Maximum stellt dann - wie oben nachgewiesen - die Entfernung dar.

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^TX^^C U06531

Diese Funktion wird dann ausgewertet durch Vergleich mit einer Sägezahnspannung mit zu der die Entfernung darstellenden Spannung entgegengesetzter Polarität. Diese Sägezahnspannung wird über einen weiteren Addierwiderstand 12 dem Verstärker 10 zugeführt. Die Sägezahnspannung steigt linear mit der Zeit an, wobei der Augenblickswert ihrer Spannung jeweils das Produkt et darstellt bis zu einer maximal möglichen Darstellung der Entfernung des Simulators beim Amplitudenwert. Die Frequenz der Sägezahnspannung entspricht dabei der eines simulierten Radargeräte. Zu dem Zeitpunkt, bei dem die kombinierte Eingangs spannung des Verstärkers ihr Vorzeichen wechselt, also entsprechend dem Zeitpunkt, zu dem ein vom Objekt reflektierter Radarimpuls eintrifft, wird eine "Entfernunge"-Torschaltung 13, die mit dem Ausgang des Verstärkers 10 verbunden ist, wirksam. Ein zweiter Impuls entsteht während des Zeitintervalls der steil abfallenden Sägezahnflanke, der aber ohne weitere Wirkung bleibt, weil während dieses Zeitabschnittes die Widergabevorrichtung durch einen Austastimpuls gesperrt wird. Die Entfernungstor schaltung 13 ist so eingerichtet, daß der Anstieg des Ausgangsimpulses zu dem Zeitpunkt erfolgt, bei dem die zeitproportionale Flanke der zugeführten Sägezahnspannung durch Null geht. Je höher also die Frequenz der zugeführten Sägezahnspannung ist, desto geringer wird die Breite des Ausgangsimpulses. Durch Änderung des Gewinns des Verstärkers 10 kann außerdem die Impulsbreite entsprechend dem Wert eingestellt werden, der dem der nachzubildenden Radaranlagen entsp rieht.

Der Gewinn des Verstärkers 10 wird mit Hilfe eines Potentiometers 14, das mit einem Widerstand 15 in einem Spannungsrückkopplungszweig liegt, auf den gewünschten Wert eingestellt.

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In der Anordnung gemäß Fig. 3 werden Kippspannungen der gleichen Periode wie die der oben genannten Sägezahnspannung verwendet, die aber reziproke Zeitfunktionen —r, -r— darstellen. Die Kippspannungen werden durch die Entladung

eines Mehrfachabechnitt-CR-Netzwerkes in der Hauptzeitbasiseinheit IX erzeugt, dessen entsprechende Auegänge mit den Eingangepunkten eines sin/cos Potentiometers 16 verbunden sind. Das Potentiometer 16 wird durch die Antennenservoeinrichtung gedreht, die durch die Welle "Ψ* dargestellt 1st. An den Schleifern 17, 18, 19 und 20 des Potentiometers 16 werden Spannungen entsprechend den funktionen -~—-* ~~-?' abgegriffen. Diese Spannungen werden den Wicklungsenden der Potentiometer 21 und 22 übertragen, ebenso wie zu anderen Potentiometerpaaren, die durch weitere, andere nachgebildete Objekte darstellende Integrator* paare angetrieben werden.

Ebenso wie es oben für die Entfernungsrechenanordnung beschrieben wurde, ist es hier zweckmäßig, Gleichstromverstärker zwischen die Schleifer des Potentiometers 16 und die Wicklungen der durch die anderen Integratorpaare angetriebenen Potentiometer einzuschalten, wenn die Belastung des Potentiometers 16 sich ändert oder übermäßig groß ist.

Die x- und y- Wellen der Integratoren, die die Lage des simulierten Objekts darstellen, sind mit den Potentiometern 21 und 22 gekoppelt. Die Ausgangsspannungen an den Schleifern entsprechen demnach den Ausdrücken -~- cos Ύ und —*r— sin Diese Spannungen werden mit Hilfe der Addierwiderstände 23 und 24 am Eingang des Gleichstromverstärkers 25 addiert, so daß die Funktion R sin S dargestellt und damit die Winkelabweichung S angenähert wird.

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Der Auegang dee Verstärkers 25 1st über einen Kondensator 26 mit einer Azimuth-Torschaltung 27 gekoppelt. Eine Begrenzerschaltung, die von der Hauptzeitbasiseinheit 11 betätigt wird, ist außerdem mit dem Eingang der Torschaltung 27 verbunden, so daß das Potential nach jedem Kippspannungsabfall auf Null gehalten wird. Auf diese Weise werden Fehler infolge des allmählichen Absinkens der mittleren Spannung am Verstärker 25 ausgeschaltet. Die Azimuth-Torschaltung 27 ist so eingerichtet, daß ein Anstieg derAus gangs spannung eintritt, wenn die Eingangs spannung Null wird. Das heißt:

~ cos ^F - -i~ sin T * 0.

Ct Ct

Dieser Wert aeigt den Zeitpunkt an, zu dem die Hauptstrahlachse direkt auf das Objekt gerichtet ist oder unter einem Winkel von 180° in bezug auf da« Objekt ausgerichtet ist.

In gleicher Weise wird die Auegangsspannung beibehalten, wenn aus irgendeinem Grunde das Objekt und die Hauptstrahlrichtung der Antenne die gleiche Richtung beibehalten. Ein kurzer Ausgangsimpuls wird nahezu am Ende jeder rrPeriode erzeugt. Diese impulse bleiben aber ohne jede Wirkung, weil ihr Auftreten auf die Zeitabschnitte fällt» bei denen die Wiedergabevorrichtung *

durch Auetastimpulse unwirksam ist.

Der Gewinn des Verstärkers 25 wird durch die Einstellung des Potentiometers 28 verändert, daß in einem Spannungerückkopplungesweig zusammen mit einem Widerstand ZB liegt. Auf diese Weise kann die Frequenz der Eingangespannung geändert werden, um so verschiedene Antennenkeulenbreiten nach* bilden zu können.

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⁹·²·⁶¹ . U06531

Die Torschaltung 30 in Fig. 4 erhält einen Eingangeimpuls von der Entfernungs-Torschaltung 13 und außerdem von der Azimuth-Tor schaltung 27. Immer wenn Spannungen an beiden Eingängen gleichzeitig auftreten, d. h. für jeden Entfernungsausschlag, wenn ein Objekt innerhalb der Antennenkeule auftritt, wird ein Impuls am Ausgang der Torschaltung 30 erzeugt. Die hierdurch erzeugten Impulse zusammen mit den Impulsen von ähnlichen Tor schaltungen 31, 32 entsprechend anderer Objekte und Signale zur Nachbildung von Radarstörimpuleen werden einem Bildverstärker 33 zugeführt, dessen Ausgang mit der Steuerlektrode einer Kathodenstrahlröhre 34 verbunden ist. Das Ablenksystem 35 der Kathodenstrahlröhre 34 wird wie üblich durch sin/cos-Komponenten einer von der Hauptzeitbasiseinheit 11 erzeugten Sägezahnspannung über einen hier nicht gezeigten und an der Antennenservoeinrichtung befestigten« induktiven Servoabtaster gesteuert, der zur Wiederherstellung des Gleichspannungsniveaus eine weiterhin nicht gezeigte Begrenzereinrichtung aufweist.

Sollen außerdem in der Wiedergabevorrichtung Echos infolge von Seitenzipfeln des simulierten Antennensystems auftreten« dann werden zusätzliche Torschaltungen für jeden darzustellenden Zipfel parallel zu der Hauptaiimuth-Torschaltung 27 geschaltet. Diese Torschaltungen erhalten relativ geringe positive und negative Vorspannungen« so daß die Seitenzipfel-Tor schaltungen entsprechend den von der Hauptkeule abweichenden Winkellagen wirksam werden und die Amplituden der Ausgangsspannung im richtigen Verhältnis *u der der Hauptkeule stehen.

In Fig. 4 sind zwei dieser Torschaltungen unter den Bessugszeichen 36 und 3? dargestellt. Diese entsprechen zwei Seitenzipfeln,

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Eine davon hat die Vorspannung +OE und die andere die Vorspannung - 6 E. Alle diese Torschaltungen sind über die Addierschaltelemente 38, 39, 40 eines Summennetzwerkes auf einen gemeinsamen Ausgang geschaltet, wobei das Summennetzwerk im wesentlichen verlustlos arbeitet, und die Summe der drei Azimuthspannungen an dem gemeinsamen Ausgang auftritt.

Wie schon oben festgestellt, bedeutet die Verwendung der Werte et und —r anstelle der Werte R und ■=- eine einwandfreie Substitution im Augenblick des Aufeinanderfallens der Hauptstrahlachse mit der Richtung des Objektes. Bei Winkelabweichungen bis zur halben Keulenbreite auf jeder Seite des Aufeinanderfallens beider Geraden ist der Grundfehler des Systeme wie ä folgt definiert:

t sei definiert durch die Gleichung et « R cos 6 .

R sin K

Wenn xu diesem Zeitpunkt eine dem Ausdruck

et proportionale Spannung einer Torschaltung zugeführt wird, die sperrt, wenn diese Spannung eine einem Winkel ' entsprechende Spannung übersteigt, wobei <S« den Winkel der halben Keulenbreite darstellt, d. h. am Rande der Keule, dann gilt:

R sin S ^ C

et Ί* I

Durch entsprechendes Einsetzen in die Gleichung

2 · 2'

sin S + cos j ^s 1 ergibt sich:

2 9 9 9 9.

/•i-Ct Ct

2 2

R R

ι —ι

und damit R « et γ ^l + - χ ·

- 12 -

9 0 9 8 2 4/0003 ·

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Der proportionale Fehler bei Verwendung von et anstelle von R ist damit:

. ₍₁

d.h. β _____
2

Für eine Keulenbreite von 10° ergibt sich demnach:

5°
Si " (Bogenmaß)

,2

Ein kleinerer Fehler« der erst in Erscheinung tritt« wenn die horizontale Keulenbreite groß ist« z.B. über 10°« besteht darin« daß eine Verzerrung der Bildwiedergabe auf dem Schirm der Auebildungeanlage auftritt. Die Verzerrung macht eich durch übermäßige Krümmung der wiedergegebenen Signale bemerkbar« und zwar deshalb« weil durch die Verwendung von R cos S anstelle von R das Ortediagramm für R cos ■'· ein Kreiepaar Rücken an Rücken darstellt« deren jeweilige Radien gleich der Hälfte des wahren Radius sind. Dieser Fehler kann mit Hilfe eines zusätz-. liehen Eingangs signals an dem VerstJlrker 10 des Entfernunge rechners korrigiert werden« dessen Wert wie folgt abgeleitet werden kann:

R COS(S κ

daraus ergibt sich;

R ss R cos 6 +

oder durch Einsetzen der bekannten Auedrücke:

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AB484 - Χό .

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Die für diesen Zweck benötigten zusätzlichen Recheneinheiten bestehen aus einer Analogquadrier stufe und einer Analogmultiplizierstufe und sind wie üblich geschaltet. Die Funktion ( .. . ■ wird,wie oben beschrieben, durch die Aus-

CT CT

gangsspannungen an den Schleifern des Potentiometers 21 und 22 dargestellt und der Analogquadrierstufe zugeführt. Das quadrierte Ausgangssignal wird seinerseits dem Eingang der Multiplizierstufe zugeführt, um hiermit die Funktion _{%u multiplizieren# Das} dieser Funktion

entsprechende Eingangssignal wird durch die Spannungen gebildet, die an den Schleifern der Potentiometer 0 und 7 abgegriffen werden.

Anordnungen nach den Fig. 1 bis 4 wurden in praktisch ausgeführten Simulatoren mit Erfolg verwendet, wobei das Verhältnis der maximalen zur minimalen Entfernung bis zu 100 : 1 betragen konnte.

Eine abgewandelte Methode zur Erzeugung von Entfernungsimpulsen unter Verwendung einer ~r Kippspannung soll nachstehend beschrieben werden. Diese Ausführungeform läßt sich verwenden, ä

wenn es nicht erforderlich ist, Objekte in einer geringeren Entfernung als 1 % bis 2 % der maximalen Entfernung darzustellen.

r cos <ζ Bei diesem Verfahren wird die Funktion 1 ■ τ durch Aus-

1 ^ct

werten der Funktion —r (x sin T * y cos T ) und durch Impulsbegrenzung bei einem vorherbestimmten Potentialniveau ausgerechnet.

In der Anordnung nach Fig. 5 wird die durch die Hauptzeitbasiseinheit 11 erzeugte Kippspannung über einen Verstärker 43

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auf eine Wicklung 41 eines induktiven Servoabtasters 42 übertragen. An den beiden Ausgängen des induktiven Servoabtasters

COS '^Ί'' Sifi ⁹^T

entstehen die Wechselspannungen —τ und — , wenn

der Servoabtaster durch die Antennenservoeinrichtung angetrieben wird. Die gegenüber der Wicklung 41 um 90 versetzt angeordnete Stator wicklung 24 des Servoabtasters wird über eine Statorhilfswicklung 45 und einen Verstärker 46 selbst erregt. Weiterhin wird eine phasengleich mit der Wicklung 41 angebrachte Wicklung 47 dazu verwendet, um eine negative Rückkopplung auf den Verstärker 43 einwirken zu lassen. Die Gesamtschaltung entspricht im übrigen den bisher bekannten Schaltungen.

Die Ausgänge des Rotors des Servoabtasters sind mit den Eingängen der Phasenumkehrverstärker 48 und 49 verbünden. Die Verstärkerausgänge sind mit den Wicklungsenden der beiden Potentiometer 50 und 51 verbunden, die durch Koordinatenintegratoren; dargestellt durch die Wellen χ und y wie in Fig. 3, getragen werden.

Die Ausgänge der Schleifer der Potentiometer 50 und 51 werden den Eingängen eines Addiernetzwerks mit den Widerständen 52 und S3 zugeführt, die ihrerseits an einem Verstärker 54 angeschlossen sind, dessen Ausgang über einen Kondensator 55 mit einem Eingang einer Torschaltung verbunden ist. In dieser Torschaltung, die ähnlich der Azimuth-Torschaltung aufgebaut ist, ist eine Begrenzerschaltung vorgesehen, um den Gleichspannungspegel der Eingangswechselspannung wiederherzustellen. Dieser Spannungspegel wird in jeder Periode, bei der ein Entfernungsimpuls erzeugt wird, durch die Vorspannung

OJB Ct

des Eingangssignals bestimmt, um der Bedingung *

zu genügen.

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■ *· ίο ·

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Der Gewinn des Verstärkers 54 wird je nach der Einstellung des Potentiometers 57 vari iert, das im Rückkopplungskreis des Verstärkers 54 zusammen mit dem Widerstand 58 liegt. Durch diese Malnähme wird die Frequenz der Eingangsspannung variiert, so daß verschiedene Impulsbreiten nachgebildet werden keimen.

Soll der Simulator eine Bordanlage nachbilden, dann ist es unter Umständen erforderlich, die Entfernung des Objekts genauer als mit der oben beschriebenen Methode darzustellen.

Dies ist ohne weiteres möglich mit Simulatoren, bei denen λ

die Höhe jedes Objektes bestimmt wird, z. B. durch einen Integrator, dessen Eingang ein Signal entsprechend der Vertikalgeschwindigkeit des Objektes zugeführt wird, und dessen Ausgangswelle dementsprechend eine Winkelposition entsprechend der Höhe zwangsläufig einnimmt.

Bis zu 20° Erhebungewinkel kann die Schrägentfernung eines Objektes Rs durch folgende Gleichung dargestellt werden:

_h2

Rs - Rg (Ι-Η-⁵-^-), 2Rg

wobei Rg die Grundentfernung und h die Höhe ist. In erster Näherung ergibt sich

h² Rb ^ Rg + -£~- und

^Re *

Das bedeutet, daß eine brauchbare Näherung für die Schrägentfernung dee Objektes durch Addition eines Signals,

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.2 das dem Term der oben genannten Gleichung entspricht, am Eingang de« Addierverstärkers 26 der Schaltung nach Fig. 3 erhalten werden kann»

Öles laßt eich in relativ einfacher Weite realisieren durch Zuführen der —r Kippspannung von der Hauptzeitbasiseinheit 11 über einen Pufferveratirker cu einem quadratischen, jeweils dem Höhenintegrator eines darzustellenden Objektes xugeordneten Potentiometer. Die Spannung vom Schleifer dieses Potentiometers wird dann mit den Ausgangssignalen der Potentiometer addiert, die durch die x* und y- Wellen der Koordinatenintegratoren, ψ die den Objekten zugeordnet sind, gedreht werden.

Gleichspannungsverstärker üblicher Bauart können in Entfernungs- und Asimuthschaltkrelsen der Fig. 3 und 5 verwendet werden» Oa ein sich Über einen !fingeren Zeitraum erstreckendes, langsames Absinken der VerstArkerausgangsspannung nicht unbedingt vermieden zu werden braucht, sind hochstabilisierte Stromversorgungsgerite nicht erforderlich.

Ebenso ist es möglich, einen induktiven Servoabtaster im Aximuthrechenkreis anstelle eines sin/cos-Potentlometers su verwenden. Dies 1st dann zweckmäßig, wenn eine Antennen servoeinrichtung kontinuierlich mit hohen Geschwindigkeiten betitigt wird, da dann ein Potentiometer übermäßiges Rauschen in die zugehörigen Schaltkreise überträgt, oder Störungen infolge starker Abnutzung auftreten könnten.

Die durch Verwendung von induktiven Servoabta stern gewonnenen Vorteile werden dann erst richtig ausgenutzt, wenn Bord-Funk-Meßsysteme simuliert werden sollen, die

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eine sehr schnellt Raumabtastung durchfuhren und bei denen die Anzahl der Winkel variabel ist. Bei diesen Simulatoren wird das Ziel auf die Hauptstrahlachse, wie oben beschrieben, bezogen. Die Entfernung und die Winkelabweichungen in beiden Ebenen werden in Ergebnisrechnerketten ausgerechnet« die mit sich wiederholenden Funktionen — eingespeist werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Berechnung des Azimuths wird in Fig. 6 gezeigt. Die Welle T des induktiven Servoabtasters wird von dem Abtastantennenantrieb des Simulators angetrieben. Die Welle trÄgt die Rotorwicklungen 60* und SQ". Die Wicklung $0* wird durch eine 400 He-Stromquelle 60 erregt, und die Wicklung 60" stellt eine KurzschluÖwicklung dar. Die ™

Signale entsprechend den Ausdrücken cos Ίτ und sind IE werden an den Ausgängen der Statorwicklungen 61 und 62 erzeugt. Die cos ^- und ein 1 -Signale werden entsprechend den Verstärkern 63 und 64 zugeführt, dessen Ausgänge mit den Wicklungsenden der Potentiometer 65 und SS verbunden sind, wobei die Potentiometer durch die x- und y-Wellen angetrieben wer· den.

Die Signale auf den Leitungen 6? und 68, die von den Schleifern der Potentiometer 65 und 66 abgenommen werden, werden zu den phasenempfindlichen Gleichrichtern 69 und 70 *

übertragen, so daß Gleichspannungen entsprechend den Werten χ cos M und - y sin T entstehen.

Diese Gleichspannungen werden je einer --τ—Einheit 71 und 72 zugeführt, so daß deren langsam absinkende und von ihnen erzeugte Spannungen auf ihrem ursprünglichen Niveau gehalten werden. Außerdem werden den beiden Einheiten 71 und 72 fiber die Leitungen 73 und 74 Synchronisierimpulse zugeführt.

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Die Auegangsspannungen von denElnheiten 71 und 72 werden den Eingängen eines Addiernetzwerkes mit den Widerständen 75 und 76 zugeführt, das mit dem Eingang des Verstärkers 25 verbunden ist« dessen Ausgangsspcnnung eine Azimeth-Torschaltung in der gleichen Weise steuert ,, wie es in bezug auf Fig. 3 beschrieben wurde. Das Verfahren mit Hilfe der Azimutb-Torschaltungen wird dadurch in seiner Verwendung eingeschränkt« daß die Keulenbreite eine Funktion der Entfernung ist. Jedes Eingangssignal des Verstärkers 25 ist eine Komponente einer ~-r- Kippspannung, die ron dem Spannungsniveau entsprechend ei

dem Auedruck χ cos T" oder y sin I ausgeht, -fe nach dem, wie der Fall liegt. Sie ist nicht eine resultierende Kippspannung ~ * mit einer Maximalamplitude entsprechend dem Ausdruck

χ cos If oder y sinf. Bei Anordnungen hingegen, wo das Verhältnis der maximalen Entfernung zur minimalen Entfernung klein ist« wie es im allgemeinen der Fall ist für Simulatoren von Bordanlagen, 1st diese Einschränkung unbedeutend.

Ih einer anderen Ausführongsform der Anordnung nach Fig« S werden die 400H«-Signale auf den Leitung«« 87 und 68 einem einzigen phasenempfindlichen Gleichrichter über getrennte Eingangswiderstände zugeführt. Dieser einzige phasenempfindliche Gleichrichter erzeugt demnach eine einzige Aus-F gangsgleichspannung entsprechend dem Wert R sin h . Diese

Spannung wird einer einzigen — -Einheit zugeführt und dann dem Singangewiderstand 75 des Addiemetzwerkrerstärkers 25.

Oben wurde unter Bezugnahm· auf di« Anordnung nach Fig. β erwähnt, daß die simulierte Keulenbreite eine Funktion der Entfernung ist; dies ergibt sich aus folgendem:

Infolge des allmählichen Absinkens der Eingangsspannungen

der -~-Einheiten 71 und 73 enisttht am Ausgang des Verstärkers et

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eine Spannung, die entsprechend von einem maximalen Wert (x cos NT - y sin ~4) langsam abfallt. Für jeden Zeitpunkt t wird demnach die Spannung durch die folgende Gleichung dargestellt:

(x cob 7 - y ein Ψ ) - f (t).

Die Azimuth-Torschaltung öffnet, wenn diese Spannung auf einen Wert a abfällt» d.h.

(x cos Ύ - y sin Ψ) - f (t) · a.

Wenn die Entfernungs-Torschaltung einen Ausgangsimpuls sur Zeit T liefert« wobei T die Abtastselt entsprechend der Entfernung R ist, dann sind die Entfernungs- und Asimuth-Torschaltungen in Koinzidenz, wenn

(x cos T - y ein ~Ψ) -sind. Es ist aber dabei zu berücksichtigen, daß (χ cos "Ψ · y sin T) * R sin 6 ,

wenn £ die Winkelabweichung darstellt. Daraus ergibt sich, daß ein Torschaltungsimpuls bei einem Ziel dann auftritt, wenn

R büic5=s a + f(T) ist, oder da 6 klein ist und sin ö -

_wenn ^A+JÜTL _iBt.

Damit ist nachgewiesen, daß die Keulenbreite eine Funktion der Entfernung ist, ausgenommen wenn

f (T) « R - a iet.

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Claims (1)

1. 9.2.61

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   Ansprüche

   1.) Simulator für Signalechoverfahren, insbesondere Radar, Sonar und Audar, unter Verwendung von Rechenvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß den Rechenvorrichtungen die Werte für die Lage eines Echosignale aussendenden, simulierten Objektes durch Koordinatenwerte eines orthogonalen Bezugskoordinatensystems zugeführt werden, die in ein nach der Hauptstrahlachse ausgerichtetes, orthogonales zweites Koordinatensystem durch Winkeldrehung transformiert sind.

   2.) Simulator nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Recheneinheiten mit Hilfe einer jeweils zugeführten Kippspannung der Entfernung und dem reziproken Wert der Entfernung des simulierten Objekts ent· sprechende Spannungen ableiten.

   3.) Simulator eines Wiedergabegeräts für Signalechoverfahren bestehend aus einem Strahler zum Aussenden von Signalen in einer vorherbestimmbaren Richtung, einem Empfänger zum Empfang der Echos, einem rückstrahlenden Objekt und Anzeigemitteln für die Entfernung und das Azimuth dieses Objektes relativ zu einem Bezugspunkt nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer ersten elektrischen Recheneinheit eine Eingangsspannung entsprechend dem Winkel T zwischen der Hauptstrahlrichtung und einer Achse des orthogonalen Bezugskoordinatensystems zugeführt wird, wobei am Ausgang der Recheneinheit Spannungen entsprechend den sin- und cos-Werten des Winkels Ύ entstehen, daß einer zweiten und dritten elektrischen Recheneinheit einmal Eingangs spannungen entsprechend

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   den χ- und y» Wei ten des Objektes im Bezugskoordinatensy stein, zugeführt werden und anderseits Eingangs spannungen entsprechend den Werten sin "Ψ und cos Ύ zugeführt werden, so daß Aus gangs spannungen entsprechend den Werten χ sin Ύ und y cos Ί* entstehen und daß vierte elektrische • Recheneinheiten zur Berechnung der Entfernung des Objekte mit Hufe xtacü&iÄkJiWHXg* des Ausdrucks: χ sin *¥ ♦ y cos Ύ

   vorgesehen sind.

   4.) Simulator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, λ

   dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Recheneinheiten Ausgangsspannungen entsprechend den Werten sin "Ψ, - ein Ψ

   sin- und cos T, - cos Il erzeugen, wobei dieA/erte den zweiten Recheneinheiten und die cos-Werte den dritten Recheneinheiten zugeführt werden.

   5.) Simulator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Recheneinheit aus einem Addierverstärker besteht, dem die beiden Eingangsspannungen je über einen Addierwiderstand zugeführt werden·

   6.) Simulator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß je einem Eingang von fünften Recheneinheiten eine dem Winkel T entsprechende Spannung und den anderen Eingängen Spannungen entsprechend den Werten —r, —- zugeführt werden, wo t das Zeitintervall zwischen der simulierten Ausstrahlung des Signals und der simulierten Aufnahme des Echos ist und c die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals, so daß am Ausgang der fünften

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   9.2.61

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   Recheneinheiten Spannungen entsprechend den Werten

   ein Ψ cos Ψ

   * tmd entstehen, daß sechste und siebte

   et et

   Recheneinheiten vorgesehen sind, deren ersten Eingängen

   Spannungen entsprechend den Koordinatenwerten χ und y

   des Objekts und deren zweiten Eingängen Spannungen ent-

   cos 'Ψ sin "f

   sprechend den Werten —τ— und —τ— zugeführt werden,

   CX Ct

   so daß an deren Ausgängen Spannungen entsprechend den

   χ ν

   Werten τ cos T und -*r sin T entstehen und daß achte et et

   Recheneinheiten zum Berechnen der Winkelabweichung des Azimuths zwischen der Richtung des genannten Objekte vom Bezugspunkt und der Hauptstrahlrichtung der Signale vorgesehen sind.

   7.) Simulator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der fünften

   Recheneinheiten Spannungen entsprechend den Werten

   sin T sin Ύ . cos T cos T . .. . „

   und bereitstellen,

   , . und .

   wobei die cos« Werte den sechsten Recheneinheiten und die sin· Werte den siebten Recheneinheiten zugeführt werden.

   8.) Simulator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die achten Recheneinheiten aus einem Verstärker bestehen, dessen beiden Eingängen je ein Widerstand vorgeschaltet ist, so daß eine Addierschaltung entsteht.

   9.) Simulator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Recheneinheiten einen induktiven Servoabtaster enthalten, der zwei senkrecht zueinander stehende Statorwicklungen, wobei die eine

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   Statorwicklung mit einer Kippspannung entsprechend dem Wert —r- erregt wird, und zwei Rotorwicklungen aufweist, die entsprechend dem Winkel Ύ gedreht werden, so daß der Ausgang dee induktiven Servoabtasters Spannungen

   cos "V ein "Ί"

   entsprechend den Werten ■ und > bereitstellt.

   et et

   10.) Simulator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis Θ, dadurch gekennzeichnet, daß den zweiten und dritten Recheneinheiten erste Eingangsspannungen entsprechend den beiden Koordinatenwerten χ und y zugeführt werden und zweite

   Eingangespannungen entsprechend den Werten ——τ— und

   cos ~Ί' a

   —r—, daß die Ausgange der zweiten und dritten Rechenein- \

   heiten Spannungan entsprechend den Werten ~- sin Ύ und

   -*r cos Ψ bereitstellen und daß die vierten Recheneinheiten et

   zur Addition der Ausgangsspannungen aus Addierschaltungen bestehen, die so eingerichtet sind, daß ein Ausgangsimpuls nur dann entsteht, wenn der Summenwert einen vorher bestimmbaren Wert übersteigt.

   11.) Simulator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Recheneinheiten einen induktiven Servoabtaster mit zwei Statorwicklungen und

   einer Rotorwicklung enthalten, die mit einem Wechsel- ä

   strom erregt und entsprechend dem Winkel T gedreht wird, so daß Ausgangsspannungen entsprechend den Werten cos T und sin T entstehen.

   12.) Simulator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß den zweiten und dritten Recheneinheiten erste Eingangsimpulse zugeführt werden, die den

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   Koordinatenwerten ae und y entsprechen, und »weite Elngangasignale entsprechend <£<ttt Werten cos T ein % so due die Auegangeepannungen den Werten ae cot T uad y «te T entstehen«

   !8* ) Simulator n*ch mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auegnngsspftnnungen ent* sprechend den Werten χ eoe T und y sin Y durch eine» phÄaenempfindlichen Gleichriehter jeweüg sileichgeriohtet, und ditfi die gleichgerichteten Auagang«spsnnungen jew«Üs einem Kippspannungsgenerator »ugeführt werden, um jeweils die m»ximale Amplitude der enUprecbend der Funktion — vtriierenden Kipp*pennung f*eteul#|wi.

   14.) Simulator nach mindestens einem 4er Ansprüche 1 bit 13, dadurch gekennzeichnet, daO die Au«gangg«p*nnung#n 4er beiden Kippepannungsgeneratoren einem Addieryerettrker zugeführt werden*

   15.) Simulator neeh mindesten» einem der Annpröche % bits IS» dadurch gekennaeichnet, daß atm beiden Aue^ngsspnnnungen entsprechend den Werten χ cö$ f und y sin T einem einzigen phaeenempfindlichen Oleichriehter »ugeftthrt werden und daß die gleichgerichtete Ausgangespannung einem Kipp· spannungsgenerator «ugeführt wird, »m die maximale Amplitude einer sich nach der Funktion ~r ändernden Kippepannung festKulegen.

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