DE1473967C1 - Zuendvorrichtung fuer einen Flugkoerper mit Entfernungsmessung durch Strahlungsreflexion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündvorrichtung für einen Flugkörper mit einer Entfernungsmeßeinrichtung. die einen Sender zum Aussenden sichtbarer oder infraroter Strahlung vom Flugkörper und einen Richtempfänger aufweist, der auf diese Strahlung anspricht, im Abstand vom Sender angeordnet ist und dessen Sichtstrahl das ausgesendete Strahlenbündel schneidet und die Strahlung empfängt, die von einem Zielkörper reflektiert wird, welcher in den durch Schnitt des Strahlenbündels mit dem Sichtstrahl definierten Raum eintritt, und mit einer elektrischen Zelle, die ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, um den Flugkörper bei Empfang

^r)5 der reflektierten Strahlung zu zünden. Bei derartigen Zündvorrichtungen besteht die Hauptschwierigkeit darin, zwischen einem aufzufindenden Zielkörper und anderen reflektierenden Körpern, z. B. Wolken, Nebel oder auch dem Boden, zu unterscheiden und damit zu verhindern, daß der Flugkörper unbeabsichtigt detoniert, wenn in seinei¹ Nähe, durch die Entfernungsnicßeinrichtung aufgespürt, andere von der Masse der Umgebungsluft unterschiedliche feste oder gas- bzw. dampfförmige Körper auftreten. Aus diesem Grunde sind Entfernungs-

M) mcßeinrichtungen, wie sie beispielsweise in der DE-PS 10 22 387 beschrieben sind, für die Anwendung bei einer Zündvorrichtung ungeeignet. Derartige mit sichtbaren Lichtblii/cn arbeitende Entfernungsmeßeinrichtungen bewirken eine Reflexion sowohl bei Festkörpern als auch bei dampfförmigen Körpern, beispielsweise Wolken, so d;iß eine Zündauslösung erfolgen würde, wenn sich der Flugkörper einer dichten Wolke bis auf eine bestimmte Entfernung näher!.

b^r, Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine fehlerhalte Auslösung infolge derartiger Hintergrundreflexionen, Wolken oder anderer Körper, zu verhindern und zu gewährleisten, daß der Flugkörper nur bei Annäherung an ein gesuchtes, in der Luft befindliches Ziel explodiert.

Gemäß Jer Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Zündvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch

gelöst, daß das elektrische Ausgangssignal einem Hochpaßfilier zugeführt wird, wodurch ein Ausgangssignal von jenem Filter nur beim plötzlichen Auftreten eines reflektierenden Zielkörpers innerhalb des definierten Raumes geliefert wird.

Auf diese Weise ergibt sich eine eindeutige Unterscheidung der Signale scharf begrenzter Zielkörper von unerwünschten Signalen unscharf begrenzter reflektierender Gegenstände. >

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ein Zielkörper scharf definierte Signale mit einem schnellen und steilen Anstieg erzeugt, weil er plötzlich in den Meßbereich eintritt, während Nebel, Wolken und andere großflächige Reflexionskörper, wie z. B. der Boden, bei Annäherung aus dem Raum her. eine sehr langsame Änderung des Signalpegels bewirken. Dadurch, daß durch das Hochpaßfilter zwischen Signalen mit steilem Anstieg und solchen mit langsamem Anstieg unterschieden wird, ergibt sich eine eindeutige Erkennung des Zieles.

Eine weitere Sicherung gegen ein unzeitiges Zünden des Flugkörpers kann dadurch erreicht werden, daß der Ausgang des Hochpaßfilters einer Schwellenwertschaltung zugeführt wird, die das Ausgangssignal des Filters nur dann durchtreten läßt, wenn die Amplitude dieses Signals einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Sender die sichtbare oder infrarote Strahlung der Strahlungsquelle moduliert, wozu insbesondere eine Impulsmodulation vorgesehen ist.

Eine weitere Sicherung gegen Fremdeinflüsse kann dadurch erhalten werden, daß ein weiteres elektrisches Filter vorgesehen ist, das das elektrische Ausgangssignal einer piiotoelektrischen Zelle de^r. Empfängers empfängt und dieses Signal nur dann durchtreten läßt, wenn dieses Signal jenem entspricht, das au '-h den Modulator 2a moduliert wurde.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Teillängsschnitt eines ferngelenkten Flugkörpers, der mit einem Zündsystem und einer Entfernungsmeßeinrichtung ausgestattet ist, Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene Stirnansicht in Richtung der Pfeile 11-11 gemäß Fig. 1,

Fig.3 eine Seitenansicht die der Fig. 1 entspricht, jedoch in kleinerem Maßstab, wodurch die Arbeitsweise der Anordnung veranschaulicht wird,

F i g. 4 ein Blockschaltbild der Zündeinrichtung,

F i g. 5 ein Diagramm, das die Arbeitsweise der Anordnung veranschaulicht, F i g. 6 und 7 graphische Darstellungen, welche di<. Arbeitsweise der Anordnung veranschaulichen.

Gemäß F i g. 1 bis 3 ist der gelenkte Flugkörper 1 in der Nähe eines seiner Enden mit 3 einander gleichen Systemen 2 ausgestattet, von denen jedes ein Gerät zur Erzeugung zweier Strahlen 3 und 4 aufweist. Jedes System 2 besteht aus einer abgedichteten optischen Baueinheit und weist eine Quelle sichtbaren Lichtes oder infraroter Strahlung auf und ferner einen Sender, der ein Strahlpaar 3 und 4 bildet und aussendet.

Die Quelle sichtbarer und unsichtbarer Strahlung kann jede geeignete Ausbildung besitzen. Es ist jedoch zweckmäßig, eine elektrische Glühlampe 5 mit Wolframfaden vorzusehen, die bei einer Temperatür von ungefähr 2700⁰K arbeitet. Die Lampe kann eine 150-Watt-Lampe sein, die von einer 2Kb V-Batterie erregt wird, wobei Hiese Batterie 6 eine Silberzinkbatterie sein kann.

Die Lampe 5 ist vorzugsweise mit einem inneren ellipticrrhen Reflektor 7 (F i g. 2) ausgestattet. Der Faden 8 der Lampe 5 liegt in einem Brennpunkt des Reflektors 7. Der Reflektor 7 sammelt so die von dem Faden 8 über ungefähr eine Halbkugel ausgehende Strahlung und diese Strahlung wird durch den Reflektor 7 in einen festen Raumwinkel von ungefähr 1° gerichtet, wobei sich dieser Winkel vom Bild des Fadens her erstreckt, das im /.weiten Brennpunkt des Reflektors 7 erzeugt wird. Diese Anordnung macht es möglich, die Lichtquelle wirksam einem Linsensystem von /71 anzupassen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Lichtquelle eine Gasentladungslampe sein.

Die Strahlung der Lampe 5 wird so auf eine Zahnscheibe 12 gerichtet, die durch einen elektrischen Hysteresemotor 13 gedreht wird, welch letzterer von einem elektrischen Wcchselstromerzeuger (dieser ist nicht dargestellt) erregt wird, rvv.t welchem der Flugkörper 1 ausgestattet ist. Die Zahnscheibe wirkt als Impulsmodulator und moduliert die Strahlung der Lampe 5 mit einer Frequenz von 5 kHz. Die Zahnscheibe kann einen Durchmesser von 10 cm aufweisen und 25 Schaufeln besitzen und sie kann mit einer Drehzahl von 12 000 L'/min angetrieben werden. Bei Benutzung eines elektrischen Hysteresemotors, der mit 200 V dreiphasig bei 400 Hz gespeist wird, kann die Zahnscheibe 12 in ungefähr 4 see auf ihre Betriebsdrehzahl beschleunigt werden.

Der Flugkörper 1 ist zweckmäßigerweise mit einer in der Zeichnung n^:i-ht dargestellten Anfangyschaltur.g ausgestattet, die zur Erregung des Hysteresemotors (zwecks Beschleunigung der Zahnscheibe auf ihre Betriebsdrehzahl) und dazu dient, die Batterie 6 an die Lampe 5 rechtzeitig anzuschalten, bevor der Flugkörper in der Lage sein muß, durch das Zündsystem zur Explosion gebracht zu werden.

Die von der Zahnscheibe 12 modulierte Strahlung wird durch einen Spiegel 14 (F i g. 2) empfangen, wenn die Strahlung auf zwei Linsen 15 und 16 reflektiert wird. Die Gesamtanordnung ist derart, daß jedes der Systeme 2 ein Strahlpaar 3 und 4 erzeugt, wobei die Strahlen jedes Paares im Winkelabstand von 3Γ liegen un-i jedes no Strahlpaardurch einen Winkel von 31° getrennt ist.

Wenn das Bild des Fadens 8, das durch den Reflektor 7 erzeugt wird, eine Größe von ungefähr 9 mm mal 6 mm aufweist und wenn die Linsen 15 und 16 eine Brennweite von ungefähr 10 cm aufweisen, dann kann dei Winkelbetrag der Strahlen 3 und 4 6" χ 4° sein.

Die Strahlen -i und 4 treten durch das Äußere des Flugkörpers I über Glasfenster 17 aus. die in der Wundung tv-> des Flugkörpers vor gesehen sind.

Der gelenkte Flugkörper 1 ist in der Nähe seines anderen Endes mit drei ähnlichen Systemen 19 ausgestattet, von denen jedes eine abgedichtete optische Baueinheit besitzt, die einen F.mnfänupr mit pinpm Pa-ir ·<««

It /vJ

Sichistrahlen besitzt, wobei jeder Sichtstrahl in den F i g. 1 und 3 bei 20 dargestellt ist.

jedes System 19 besitzt eine elektrische auf Strahlung ansprechende Zelle 21, die über ein geeignetes optisches Filter 22 Strahlung empfängt, die durch eines der Linsenpaare empfangen wird (in F i g. I ist eine Linse mit 23 bezeichnet), wobei jede Linse 23 einem Sichtstrahl 20 zugeordnet ist.

Jede Zelle 21 kann irgendeine geeignete Gestalt aufweisen, jedoch wird vorzugsweise eine Bleisulfid-Fotozelle vorgesehen, die eine empfindliche Oberfläche von 6 mm² besitzt. In der Zeichnung nicht dargestellte Mittel sind vorzugsweise vorgesehen, um die Temperatur der Zellen 21 auf ±5°C konstant zu halten. Stattdessen können Änderungen der elektrischen Ausgangssignale der Zellen 21, die eine Folge derTemperaturänderungen sind, dadurch kompensiert werden, daß der Verstärker 36 mit einer automatischen Verstärkungssteuerung m ausgestattet wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Zelle 21 auch eine Fotospannungszelle sein.

Die Sichtstrahlcn 20 erstrecken sich nach außerhalb des Flugkörpers 1 und laufen durch Glasplattenfenster 24 hindurch, die in der Wandung des Flugkörpers angeordnet sind.

Das optische Filter 22 kann ein ausgeschnittenes Siliziumfilter sein.

Die spektrale Empfindlichkeit jedes Systems 19 wird durch die Zelle 21, das Filter 22 und das Fenster 24 bestimmt. Zweckmäßigerweise ist jedes System derart angeordnet, daß es auf eine Strahlung innerhalb einer Wellenlänge von 1,1 μ bis 2,7 μ anspricht, bezogen auf einen Durchlässigkeitsfaktor von 10%.

Die Winkcibrci·" jedes Sichtstrahis 20 kann ungefähr 6° hetraeen.

Wie aus den F i g. 1 und 3 ersichtlich sind die Systeme 2 von den Systemen 19 etwa 68,6 cm entfernt und die Anordnung ist so getroffen, daß jedem Strahl 3 und 4 ein einzelner Sichtstrahl 20 zugeordnet ist.

F i g. 3 zeigt ein entsprechendes Paar solcher Strahlen und es ist ersichtlich, daß die beiden Strahlen des Paares einen Raum oder Bereich 28 bestreichen, der durch die Schraffur gekennzeichnet ist.

Daraus ist ersichtlich, daß. wenn sich der in der Zeichnung nicht dargestellte Zielkörper in einem der sechs Räume 28 befindet, die mit Abstand von Jl" rund um die Unterseite des Flugkörpers angeordnet sind, die >■> Strahlung von dem entsprechenden Strahl 4 längs des entsprechenden Sichtstrahles 20 von jenem Körper reflektiert und auf den F.mpfänger gerichtet wird, der sich innerhalb des entsprechenden Systems 19 befindet.

Der Raum 28 hat seine größte Breite dort, wo die entsprechenden Strahlen 3 oder 4 die zugehörigen Sichtstrahlen 20 voll schneiden. In Fig. 3 ist diese Lage durch eine strichpunktierte Linie 29 angedeutet, die zweckmäßigerweise in einer Entfernung von 4,3 m vom Flugkörper 1 entfernt verläuft.

jo Bei einem größeren Abstand vom Flugkörper, der durch die strichpunktierte Linie 30 (F i g. 3) angedeutet ist, schneidet sich jedes entsprechende Strahlpaar nur in 10% der größtmöglichen Fläche. Die Linie 30 kann in einer Entfernung von 9,1 m vom Flugkörper 1 entfernt liegen.

Gemäß F i g. 4 wird das elektrische Ausgangssignal jeder der Zellen 21 getrennt durch einen entsprechenden Vorverstärker 34 verstärkt. Eine derartige getrennte Verstärkung ist in diesem Stadium zu bevorzugen, damit ü Differenzen der Charakteristiken der einzelnen Zellen 21 berücksichtigt werden können.

Die A.usgangssignale der Verstärker 21 werden kombiniert und einem elektrischen Bandfilter 35 zugeführt, das so ausgebildet sein kann, daß es elektrische Signale innerhalb eines Frequenzbandes von 5 kHz±500 Hz durchläßt.

Der Ausgang des Filters 35 wird durch einen Verstärker 36 verstärkt, der, wie durch die Rückkopplungsleitung 37 angedeutet, mit einer automatischen Verstärkungssteuerung ausgestattet sein kann, um. wie oben erwähnt, die Wirkung von Temperaturänderungen auf die Zellen 21 zu vermindern.

Bemerkungen hinsichtlich der Ausbildung des Filters 35 und des Verstärkers 36
4-, Das optimale Signal Geräusch-Pegclv crhältnis im Verstärker 36 wird bei einer Bandbreite

erreicht, wobei Λ die Signalanstiegszeit ist.

Die minimale Anstiegszeit ist abhängig von der Überlappung der Strahlen 4,20(Fi g. 3), deren Überlappung sich bei ungefähr 9 m auf Null vermindert, und sie ist außerdem abhängig von der Erstreckung des Zieles sowie der relativen Geschwindigkeit zwischen Flugkörper 1 und Zielkörper.

Unter der Annahme, daß eine Zielausdehnung von etwa !5 cm die kleinste zu betrachtende Ausdehnung ist und daß eine maximale Reiativgeschwindigkeit von 450 m/sec vorhanden ist, dann beträgt die minimale wahrscheinliche Anstiegszeit 1/3 Millisekunde, was eine optimale Signal-Geräusch-Bandbreite von 1 kHz ergibt.

Das Filter 35 wird daher eine mittlere Frequenz von 5 kHz und eine Bandbreite (zwischen 3-dB-Punkten) von 1 kHz aufweisen.

Unter 4.5 kHz wird das Filter undurchlässig, mit 25 dB pro Oktave, um die Hintergrundstrahlung auszuschalten, die durch die Zahnscheibe 12 nicht erfaßt wird.

Der Frequenzgehalt der Signale, die von im Hintergrund befindlichen Quellen herrühren, wird durch die Geschwindigkei; des Flugkörpers, die Breite des Sichtstrahls 20 und den Abstand des Ziels, in dem dieses von dem Flugkörper liegt, bestimmt. Unier der Annahme, daß die Geschwindigkeit des Flugkörpers 450 m/sec beträgt, und daß ein Detektor auf eine Quelle in einer Entfernung von 9 m anspricht, dann wird die impulsdauer einer diskreten Himergrundquelle 2 Millisekunden betragen, und die Grundfrequenz dieses Impulses wird ungefähr 250 Hz sein. Es ist deshalb erwünscht, das System so auszubilden, daß es bei 250-Hz-Signalkomponenten nicht durchlässig ist. Unter der Annahme, daß das Filter 35 bei 25 dB pro Oktave unter 4,5 kHz sperrt

werden 250-HzSignale um ilen Faktor Kf abgeschwächt. Bei einem größeren Abstand oiler eur-T niedrigeren Fhigkörpergeschwindigkeil wird die Abschwaehung proportional größer. Der Ausgang lies Verstärkers 3h wird einem Demodulator 38 zugeführt, dessen Ausgang einem Hochpaßhllcr 39 zugeführt wird, d.is elektrische Signale mit Frequenzen von mehr als 800 H/ durchläßt.

Das Hochpaßfilier 39 unterscheidet zwischen wirklichen und falschen Zielen. Sd iinierdrücki das Hochpaßfilter 39 elektrische Signale, die durch die /eilen 21 gemäß einer Strahlung erzeugt werden, welche durch einen Körper innerhalb des entsprechenden Bereichs 28 reflektiert wird, wenn nicht die Andcrungsgeschwindigkeit dieser Signale so groß ist. daß angezeigt wird, daß dieser Körper ein /ielkörper ist und daß nicht etwa der Hoden. Nebel oder Wolken z. B., die Ursache waren.

Die Wirkung des Filters 39 ist in F i;;. 5 veranschaulicht. Wenn der Flugkörper I längs einer Bahn 42 über einem Ziclkörper 43 und über Grund 44 fliegt, dann haben die elektrischen Ausgangssignalc des Demodulators 38 die Form der Kurven A und B. Die Kurve 4 stell! das Ausgangssignal des Demodulators 38 dar. wenn der Zielkörper durch das Gerät ausgemacht wird, und die Kurve B stellt das Ausgangssignal des Demodulators 38 dar, wenn der Boden 44 durch das Gerät ausgemacht wird. Die Kurve A unterscheidet sich von der Kurve Ii dadurch, daß der Anstieg (der Kurve A verhältnismäßig abrupt verliiult. Änderungen im Ausgang des Demodulators 38. die verhältnismäßig abrupt verlaufen und so das Vorhandensein eines Zielkörpers anzeigen, werden durch das Hochpaßfilter 59 durchgelassen und betätigen das Zündsystem des Flugkörpers 1. um dessen E\plosion einzuleiten. Das Filter 39 gewährleistet eine iihnlii.-h.; Untertcheiikiiig gegenüber fehlerhaften Zielen, liie z. B. durch Nebel oder Wolken gebildet werden.

Ausbildung des Demodulators 38 und des Filters W

Es soll angenommen werden, daß Signale, die infolge von Nebel auftreten, um einen I aklor von 10' vermindert werden müssen. I·'i g. 5 zeigt, daß das Signal ansteigt, wenn sich das ausgedehnte Rodenziel auf dem überlappten Strahl ungefähr 3 m längs der Strahlen bewegt. Bei einem möglichen F.intauchwinkel von 30 des Flugkörpers 1 entspricht dies einer Bahn von ca. 5 m längs der Flugbahn 42 oder einer Zeit von 12 Millisekunden bei einer maximal möglichen Flugkörperendgeschwindigkeit von 450 m/sec.

Die Systemempfindlichkeit ist so, daß eine Fxplosionsauslösungdes Flugkörpers 9 m von einem Ziel niedriger Rcflexionsfähigkcit erfolgt, wobei das Filter 35 eine Bandbreite von I kHz hat und wobei ein Anstieg von I M'llisekunde die maximal erforderliche Dauer ist. Deshalb besteht ein 12:1 -Verhältnis zwischen der minimalen ausgedehnten Grundsignalanstiegsgeschwindigkeit und der maximalen Zielsignalanstiegsgeschwindigkeit bei einem Eintauchwinkel von 30". FJn Hochpaß-Filter 39 mit einer Steilheit von 2OtIB pro Oktave unterhalb von 800 Hz schwächt die ausgedehnten Quellen um einen Faktor von mehr als 10' ab.

Der Ausgang des Filters 39 wird einer Schwellwertschaltung (Schwellenschaltung) 45 (F' i g. 4) zugeführt, die das Ausgangssignal des Filters 39 nur dann hindurchtreten läßt, wenn die Amplitude jenes Ausgangs einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Der Ausgang der Schwellwertschaltung 45 kann über einen Zündimpulsinhibitor 46 einem Zündinipulsgenerator 47 zugeführt werden, um den Generator 47 zu betätigen und eine Explosion des Flugkörpers 1 einzuleiten. Der Generator 47 kann von bekannter Bauart sein und einen gesteuerten Silicium-Gleichrichter-Schalter aufweisen.

Der Zündimpulsinhibitor 46 kann verhindern, daß ein Signal von der Schwellwertschaltung 45 nach dem Zündimpulsgenerator 47 gelangt, wenn eine der drei folgenden Bedingungen nicht erfüllt ist:

1. ist der Flugkörper I mit einem Höhenschalier 50 ausgestattet, der auf die I lohe des Flugkörpers anspricht und bewirkt, daß der Zündimpiilsinhibiior 46 die Explosion des Flugkörpers verhindert, wenn nicht die Höhe des Flugkörpers geringer ist als eine vorbestimmte Höhe.

2. ist der Flugkörper mit einem ZeitverzögerungschaltcrSl ausgestattet, der auf die Anschaltung des Zündsystems anspricht und bewirkt, daß der Zündimpuisinhibitor 46 die Explosion des Flugkörpers verhindert, bis das Zündsystem angeschaltet ist und eine vorbcstimmte Zeit gearbeitet hat und sich eingeschwungen hat.

3. weist das Zündsystem eine sonnenbetätigte Torschaltung 52 auf. die die elektrischen Ausgangssignale der Zellen 21 überwacht und eine Betätigung bewirkt, wenn eines der Ausgangssignale eine vorbestimmte Größe überschreitet, die der Reflexion von Sonnenlicht, /.. B. vom Boden, entspricht, das auf die Zellen 21 auftrifft. Die Torschaltung 52 bewirkt, daß der Zündimpulsinhibiior 46 die Explosion des Flugkörpers verhindert, wenn Sonnenlicht auf irgendeine der Zellen 21 reflektiert wird.

Arbeitsweise

Die Arbeitsweise der Anordnung läßt sich bereits aus der vorstehenden Beschreibung entnehmen. Wenn ein Zielkörper in einem der Räume 28 gegenwärtig ist. die durch den Schnitt der Strahlen 3,4 und der Sichtstrahlen 20 definiert sind, dann wird die Strahlung von dem betreffenden Strahl, der durch die zugeordnete Zahnscheibe 12 moduliert ist. innerhalb des betreffenden .Sichtstrahles 20 reflektiert und durch die jeweilige Zelle 21 empfangen, die ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal erzeugt. Dieses elektrische Ausgangssigna! läuft durch ein Filter 35. das sämtliche Signale ausschließt, die einer Strahlung entsprechen, welche nicht mit der Betriebsfrequenz der betreffenden Zahnscheibe 12 impulsmoduliert ist. Dann wird das durch das Filier 35 hir.durchgeiaufene Signa! durch den Demodulator 38 demoduiiert. Wenn der Zielkörper ein tatsächliches Ziel darstellt und nicht ein fehlerhaftes Ziel, z. B. Wolken oder Boden, dann ist die Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangssignals des Demodulators 38 genügend groß, um das Ausgangssignal durch das Hochpaßfilter 39 hindurchtreten zu lassen. Wenn das Ausgangssignal groß genug ist. wird es dann durch die Schweinehaltung 45 hindurchtreten und den

Zündimpulsgenerator 47 betätigen, um die Explosion des Flugkörpers ,rjszulösen, vorausgesetzt, daß der Zündimpulsinhibitor 46 nicht in der beschriebenen Weise wirksam wird, um die Explosion des Flugkörpers zu verhindern.

Objekte, die sich nicht innerhalb eines der Räume 28 befinden, die durch den Schnitt der Strahlen 3,4 und der • Sichtstrahlen ?!) definiert sind, können die Strahlung auf eine oder mehrere der Zellen 21 reflektieren oder richten, vorausgesetzt, daß derartige Objekte innerhalb eines oder mehrerer Sichtstrahlen liegen. Jedoch werden die entsprechenden elektrischen Ausgangssignalc der Zellen 21 wirksam durch das Bandpaßfilter 35 unterdrückt.

Das Ansprechen des Gerätes gemäß Fig. 1 bis 4 ist in F i g. 6 veranschaulicht, die eine graphische Darstellung id der Amplitude des Ausgangssignals des Demodulators 38 als Funktion der Entfernung des Zielkörpers von dem Flugkörper 1 darstellt.

Wenn die Räume 28, wie aus Fig. 3 ersichtlich, verlängert sind, kann das Gerät zwischen Zielkörpern unterscheiden, die sich relativ zu dem Flugkörper 1 in einer Richtung bewegen, die im wesentlichen senkrecht zur Achse 48 (F i g. 3) des Flugkörpers liegt und die deshalb innerhalb eines der Räume 28 während einer relativ 15 langen Zeitperiode verbleiben, und solchen Zielkörpern, die sich gegenüber dem Flugkörper 1 in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Flugkörperachse 48 bewegen und deshalb innerhalb eines der Räume 28 während eines relativ kurzen Zeitabschnittes verbleiben.

■ Weitere Ausgestaltungen

Gemäß einer ersten weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Systeme 19 des Empfängers so modifiziert werden, daß die Sichtstrahlen 20 durch optische Strahlungskeulen vervollständigt werden, die durch

'■' ·; Pfeile 54 (F i g. 3) gekennzeichnet sind. Das Gerät spricht dann auf die Anwesenheit eines Zielkörpers innerhalb

der Räume zusätzlich zu den Räumen 28 (F i g. 3) an und das Gesamtansprechen des Gerätes gemäß F i g. 1 bis 4

,;,:-; 25 wird dann abgeändert, wie durch die strichlierte Linie 55 gemäß F i g. 6 angedeutet.

¹I-. Gemäß einer weiteren Abänderung der Erfindung sind die Systeme 19 des Empfängers und des zugeordneten

Gerätes gemäß Fig.4 so angeordnet und ausgebildet, daß sie auch auf die Modulationsphase der Strahlung ansprechen, die durch die Zellen 21 empfangen wird. So kann jeder der Elektromotoren 13 (F ig. 1) ein elektri-

''.- sches Signal liefern, das dem Phasenwinkel der Modulation, verursacht durch die zugeordnete Zahnscheibe 12

ία entspricht, und dieses elektrische Signal wird mit dem elektrischen Ausgangssignal der betreffenden Zelle 21 in einer geeigneten Torschaltung verglichen, wobei die Anordnung derart ist. daß das elektrische Ausgangssignal der entsprechenden Zelle 21 unterdrückt wird, wenn die Phasenbeziehung der beiden Signale unbefriedigend isi.

·: Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die elektrischen Ausgangssignale der Zellen 21

; verglichen, wodurch eine Anzeige der Veränderung der Stellung eines Zielkörpers gegenüber dem Flugkörper

^; > α erhalten wird. Um einen solchen Vergleich zu vereinfachen, kann die Lage eines oder mehrerer Strahlen 3 und 4

= und der Sichtstrahlen 20 verändert werden, wobei die Strahlen entweder gegenüber dem Flugkörper 1 rotieren

oder oszillieren können.

Bei gewissen Anwendungen der Erfindung kann die Entfernungsmeßeinrichtung mit einer Quelle in Gestalt einer Halbleiterdiode, die lichtemittiert oder mit einem Laser ausgestattet sein und die lichtempfindliche Zelle

^; 4o kann eine Photodiode oder ein Transistor oder ein Photovervielfacher sein.

';.'.; Weitere Erläuterungen der Arbeitsweise des Zündsystems für den Flugkörper gemäß Fig. 1 bis 6

ι Teil I

fi Charakteristiken der Zielkörper

¹S Es gibt keine leicht verfügbare Information über die Reflexionscharakteristiken verschiedener Zielkörper

f'f gegenüber sichtbarer und infraroter Strahlung. Es ist jedoch eine Formel entwickelt worden, die eine Berech-

r.| so nung der Werte eines Reflexionsverlustfaktors r ermöglicht, und es wurde experimentell gefunden, daß mit einer

i' oder zwei Ausnahmen rinnerhalb des Bereichs zwischen 0,1 und 1,0 liegt und im wesentlichen unabhängig von

■; der Lage ist. Um die erwarteten Zielsignale von dem erfindungsgemäßen Gerät abzuschätzen, wurde eine

;..· einfache Versuchsausführung eines erfindungsgemäßen Gerätes gebaut. Bei diesem Gerät bestand die Quelle

Vä aus dem vorbeschriebenen System, aber es wurde ein Spiegel mit einer Brennweite von etwa 15 cm und einer

S 55 Öffnung von etwa 43 cm benutzt, wodurch eine Winkelbreite des Strahls von 3,5° erlangt wurde. Es war

'■■•^! erforderlich, den Spiegel ein wenig aus der Achse abzulenken, aber die hieraus resultierende Vermischung des

_Tu Strahls blieb gering. Die Quelle wurde mit 800 Hz beeinflußt.

3 Der Detektor bestand aus einer Bleisulfidzelle und einer Glaslinse mit einem Element und einer Brennweite

.3 von ca. 10 cm und einer öffnung von 5 cm, wodurch eine Punktgröße von weniger als einem halben Millimeter

■β. ω bei Parallelstrahlung erhalten wurde. Die Zelle lag in Reihe mit einem Ι-ΜΩ-Belastungswiderstand parallel zu

;ΐ einer 120-V-Polarisationsbatterie. Der Zellenausgang wurde überwacht, wobei ein 800-Hz-Schmalbandverstär-

'φ ker mit einer Eingangsimpedanz von 500 kCi benutzt wurde. Die Polarisierungsanordnung und die Verstärker-

ß, eingangsanordnung entsprach der weiter oben beschriebenen.

_rS? Ein Ausdruck für das erwartete Signal wurde wie folgt erhalten. Es wurde angenommen, daß die meisten

^r2 b5 Oberflächen eine spiegelnde Reflexion Λ?γ Quelle liefern würden. Eine solche Reflexion ist auf einen verhältnis-

1 mäßig schmalen Intensitätsbereich beschränkt und außerhalb dieses Bereichs wird die Reflexion diffus. Über

tf5 dem Winkelbereich der diffusen Reflexion wurde angenommen, daß ein Reflexionsverlust um den Faktor r

/ij charakteristisch wäre und daß die Reststrahlung gleichförmig in eine Hemisphäre verstreut würde.

6

Obgleich diese Annahmen offensichtlich nur angenähert richtig sind, führen sie zu einem invcrson quadratischen Gesetz und zu einer Unabhängigkeit des Einfallswinkels, der bei der Mehrzahl der gemessenen Oberflächen außerhalb des Bereichs der spiegelnden Reflexion verhältnismäßig sicher war.

Die folgenden Symbole werden benutzt:

N = Strahlungsquelle

Anh = Quellespiegelöffnungsfläche

/", = Brennweite des Spiegels

Λ = Brennweite der Detcktorlinse

R = Abstand !'■>

r = Verlustfaktor bei Reflexion iini Ziel

As = Lampenfläche

Am; = Detektorlinsenöffnungsfläche

N.E.P. = Äquivalente Zellenrauschlcistung (800 11/. I it/. 2700' K Strahlung des schwarzen Körpers. 1,1

Mikron-2.7 Mikron). ι·>

Unter einer Belriebsbedingung. bei der Detektor und Quellstrahlen (die die gleiche Winkelstrahlbreite von .15° haben) präzise den berechneten Bereich R überlappen, wird das Verhältnis von Effektivwertsignal zu Rauschsignal bei einer Bandbreite von 1 Hz bei 800 I Iz:

ύ' _ N As Am ι Am₂ r ~N ~ 2 π R² (Z₁)² N. E. P."

Messungen wurden durchgeführt mit einer Quelle und einem Detektor an gegenüberliegenden Enden einer 60-cm-Basislinie, wobei die Strahlen so geführt wurden, daß sie sich in einem Bereich von ca. b m überlappen. 25

Abschätzungen,die auf früheren Laboratoriumseichungen beruhten, gaben die folgenden Werte für N. ,4s und N.E.P.

N-As = 12,5 W/Raumwinkel

N.E.P. = 2 XlO-¹⁰ Watt. JO

Bei diesem System werden die obigen Ausdrücke JL = 4,4 χ 1O⁴ r

mit einer Bandbreite von 1 Hz. Unter diesen Meßbedingungen betrug das Zellcnrauschen (umgerechnet auf eine 1-Hz-Bandbreite bei 800 Hz) 10* V effektiv, so daß

4,4 X 10⁴X 10'

235 40

(wobei Sin Volt angegeben ist).

Die Messungen waren nicht beabsichtigt, um eine umfassende und gut ausgeglichene Vermessung durchzuführen, sondern für eine Reihe von Prüfpunkten. Als Ergebnis wurden Oberflächen und Bedingungen erhalten, 45 die von den gedachten unterschieden waren.

Es wurden z. B. allgemein Einfallswinkel vermieden, die eine Spiegelreflexion gaben und ebenso wurde eine helle metallische Oberfläche »Alclad« vermieden und die Glänzfarbe des »Flugzeuges A« wurde so gewählt, daß die voraussichtlich einen niedrigen Pegel diffuser Reflexion ergibt. Bei dem verfügbaren Gerät war es nicht möglich, Messungen bei Gras und Beton unter Einfallswinkeln unter 70° zu machen, wobei 20° bis 40° der 50 wahrscheinlichste Einfallwinkel für diese Oberflächen ist, wenn das System darauf ansprechen soll.

Die folgende Tabelle 1 ist eine Tabelle der diesbezüglichen Messungen der Reflexion der Strahlung durch unterschiedliche Zieioberflächen.

Die Tabelle zeigt die abgeschätzte Hintergrundstrahlung und die Messungen, die in dem vorgeschlagenen Spcktralbar.d von !.'. bis 2,7 Mikron durchgeführt wurden, und zwar normalisier! auf 2 Mikron. -j5

Tabelle 1

Zielmessungen

Alle Messungen wurden in einem Bereich von 6 Metern durchgeführt. _b0

Oberflächenart

Einfallswinkel	Signal	r
	(mV)
70°	22	0,5
	12	0.28
	12,5	0,29
70°	23	0,05

Trockener Beton (3 Beispiele) 70° 22 0,5 _6ä

Beton mit einer Wassemfütze darauf

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Oberflächenart

Einfallswinkel Signal (mV)

J5

Gras Steine

Oberfläche eines »Flugzeugs B«
(Hauptsächlich »Alclad«)

80°
70°

5.0 24

0.12 0,55

	Hauptrumpf	20° 45"	1000	Nicht merklich (vorherrschend Spiegelreflexion)
15	Hinter dem Bug	30"	15 20	034 0.46
	Bug	50° 70°	3.9	0.09
	Schwanz		10.0 3.b	023 0.08
	Oberfläche des »Flugzeuges A« (Glänzend gestrichen außer Radarhaube)	o=·
25	Hauptrumpf	5° 20° 45°	165	Nicht merklich (vorherrschend Spiegelreflexion)
	(Weißer Anstrich)	30°	75 82 64	1.7 1.9 15
30	Matt schwan: gestrichen Radarkuppel	80°	35	0.8
	Oberfläche hinter dem Bug	80°	40	0.92
	Unterseite des Tragflügels (weiß gestrichen)	5.3	0.12

Aus der Tabelle I ist ersichtlich, daß die Bewegungen, bei denen die Werte von r niedriger als 0,1 sind, sehr selten auftreten, auch bei diesen Ausführungsbeispielen, und daß es sich hierbei um Sonderfälle handelt. Zum Beispiel liegen Wasserpfützen nur auf horizontalen Oberflächen und Ziele mit horizontalen Komponenten sind unwahrscheinlich. Ziele, die nur aus einer hochreflcktierenden Oberfläche, z. B. »Alclad« bestehen, sind ebenfalls unwahrscheinlich.

In den drei Fällen, in denen die Messungen auf der gleichen Oberfläche mit unterschiedlichen Einfallswinkeln durchgeführt wurden, ergibt sich, daß die Abhängigkeit von dem Einfallswinkel nicht groß ist.

Um die Wirkung des Einfalls im einzelnen zu bestimmen, wurden Laboratoriumsmessungen mit dem gerade beschriebenen Gerät durchgeführt und es wurden zwei Ziele benutzt, von denen das eine eine glänzende, weiß gestrichene Oberfläche und das zweite eine matte, schwarz gestrichene Oberfläche hatte. Ein Blatt, bestehend aus weißem Löschpapier, welci.es eine gute, gleichförmig diffuse Oberfläche hat. wurde als Kontrollobcrfläche benutzt. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in F i g. 7 zusammengestellt. Die Werte von r bei einem Einfallswinkel von 45° wurden wie folgt festgestellt:

50 55 oO

Löschpapier

Glänzender weißer Anstrich

Matter sch war/er Anstrich

1.3 1.2 0,3

Die Tatsache, daß r die Einheit bei einigen Messungen bei dem Flugzeug A überschritten hat, scheint eine Folge kumulativer Fehler bei verschiedenen Faktoren zu sein, die zur Bestimmung von N.E.P. in dem betreffenden Spektralband benutzt wurden, und außerdem eine Folge eines Fehlers bei der Bestimmung von As. Der aul diese Weise gemessene r-Wert enthält auch einen Spielraum für die Zerhackerwirksamkeit und Sendeverluste.

Teil Il Charakteristiken der Hintergrundstrahlung

Das Sichtfeld der Systeme 19 des Empfängers bestreicht einen Bereich von Objekten, die kein Ziel darstellen wenn sich der Flugkörper dem Zielkörper nähert. Im allgemeinen werden sich derartige Objekte außerhalb de: 9-Meter-Zündaiislösebereichs befinden und demgemäß keine modulierte Strahlung in den Empfänger reflektie ren, aber derartige Objekte erzeugen eine sich ändernde Strahlung am Empfänger infolge der Reflexion dci Sonne und der Himmelsstrahlung, wodurch ein fluktuierendes Ausgangssignal der Zellen 21 veranlaßt wird. Di( beiden Arten cer Hinlergrundstrahlung werden im folgenden unter den Überschriften »Unzerhacktcr Hinter grund« und »Zerhackter f Untergrund« diskutiert.

Unzerhackter Hintergrund

Die Quellen der Hintergrundstrahlung, auf welche der Empfänger anspricht, sind unmittelbare Sonneneinstrahlung, Spiegelreflexion der Sonne und Streureflexion der Sonne vom Boden und vom Wasser. Aus dem folgenden ergibt sich, daß Hintergrundobjekte andere Temperaturen haben, die eine Strahlung in dem Bleisulfidband erzeugen, die extrem klein im Vergleich mit der reflektierenden Sonnenstrahlung ist.

Sonne

Die Bestrahlung (bei einer Wellenlänge von 2 Mikron), die ein Ansprechen der Bleisulfidzelle bewirkt, das dem Ansprechen auf Sonne gleicht, beträgt 3,5 χ 10~^J W/cm² unter der Annahme, daß ein 1,1-Mikron-Filter benutzt wird und daß eine Abschwächung durch eine Standardluftmasse stattfindet Dies ergibt eine vernünftige Annäherung bei Höhenstellungen der Sonne über 30° und vermindert sich plötzlich bei Höhen, die niedriger liegen.

Die optische Ausbildung dieser Zündung ist derart, daß die Detektoren nicht unmittelbar in die Sonne gerichtet sind.

Spiegelnde Sonnenreflexion

Unter der Annahme, daß die Strahlung der Sonne in dem Detektor reflektiert wird, dann beträgt bei einer Oberflächenreflektivität von 0,1 das Signal-Rausch-Verhältnis ΙΟ⁷.

Die Wahrscheinlichkeit, daß die Sonne spiegelnd in die Detektoren reflektiert wird, kann betrachtet werden als Verhältnis des Gesamtsichtfeldes der Detektoren gegen eine Hemisphäre. Es besteht keine bevorzugte Reflexionsrichtung. Dies ergibt eine Wahrscheinlichkeit von 1 :100.

Es soll angenommen werden, daß die gesamte Strahlung der Sonne in einen Detektor reflektiert wird, der eine Reflexionsoberfläche von 0,1 hat, wobei das Signal-Rausch-Verhältnis 10⁷ ist. Da der dynamische Bereich des Zielsignals 10⁴ ist, besteht eine Wahrscheinlichkeit, daß das Sonnensignal in diesem Bereich erscheint, welche 1 :10³ ist. Ein Verfahren zur Verhinderung der Zündung bei Signalen, die größer sind als der obere Grenzwert, wurde vorstehend beschrieben und die Gesamtwahrscheinlichkeit der Einleitung einer Explosion durch eine spiegelreflektierte Sonne ist 1 :10^s.

Zerstreute Sonnenreflexionen vom Boden

Wsnn man die atmosphärischen Abschwächungsgesetze unberücksichtigt läßt, bleibt die Strahlung am Detektor als Folge der ausgedehnten Bodenreflexion konstant, wenn sich der Flugkörper dem Boden nähert, und es tritt keine Signaländerung am Detektor ein. In der Praxis bewirken jedoch Schatten und Reflexionsänderungen j5 am Boden das Auftreten von Strahlungsänderungen am Detektor, wenn diese Bodenflächen durch das Sichtfeld streichen.

Die Signaldauer ist eine Funktion der Richtung und Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie zwischen Detektor und Rand der Strahlungsänderung und der Winkelstrahlbreite. |

Eine Anzeige der Wirkung der Wellenform kann dadurch erlangt werden, daß die Winkelempfindlichkeit des Detektors als Halbsinuswelle 6° zwischen 10%-Punkten genommen wird. Die Quelle bei einem 9- Meter-Bereich erfordert einen 90 cm-Flugkörperweg zwischen 10%-Punkten, der bei der höchsten Flugkörperendgeschwindigkeit von 450 m/sec 2 Millisekunden in Anspruch nimmt. Der Eingangsimpuls erscheint infolgedessen als Halbwellenperiode mit einer Grundfrequenz von 250 Hz. Dies ist der extremste Fall vom Standpunkt der Erzeugung der höchsten Grundfrequenz aus. insofern nämlich als angenommen wird: 45 j|

(a) eine Punktquelle

(b) die höchstmögliche Flugkörpergeschwindigkeit

(c) der Minimalbereich (innerhalb des 9-Mctcr- Bereichs soll der Zünder auslösen).

Diese Frequenz ist direkt proportional der Flugkörpergeschwindigkeil und umgekehrt proportional dem Abstand des Zielkörpers.

Das Sandpaßfilter 35 enthält Filter mit 25 dB/Oktave und einem »3-dB-Punkt« bei 4,5 kHz, so daß die Frequenz von 250 Hz um den Faktor von I O^ abgeschwächt wird.

55 Zerhackter Hintergrund

Im allgemeinen ist es erforderlich, daß die Zündung ausgelöst wird, sobald das erste Objekt durch den Raum 28 streicht und zwischen den gerichteten Strahlen und den Sichtstrahlen eine Überlappung bringt.

Zwei Ausnahmen können auftreten, nämlich Nebel und Boden. Es ist möglich, daß die Auslösung durch den eo Boden erforderlich ist, um eine Explosion in der Luft zu erzeugen, und in solchen Fällen kann das Boden-Ausschaltfilter 39 ausgeschaltet werden, aber allgemein werden sowohl Nebelsignale als auch vom Boden herrührende Signale infolge ihrer Charakteristik durch das Filter 39 ausgeschaltet, weil sie eine niedrige Anstiegscharakteristik haben.

Die vergleichbaren Anstiegszeiten von Bodensignalen und Zielsignalen sind in F i g. 5 veranschaulicht und es h5 ist ersichtlich, daß beim Eintreten in eine Nebelschicht die Anstiegsgeschwindigkeit des Signals jener eines vom Boden herrührenden Signals gleicht, daß über die Anstiegszeit länger wird, weil Nebel keine genau definierten Ränder hat. Bei der Ausschaltung von Bodensignalen findet, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, der Anstiee über

ungefähr 3 m längs der Strahlen statt, und zwar mit einem Eintauchwinkel von 30° entsprechend einem etwa 5 m langen Bahnweg 42. Der schnellste Anstieg von 450 m/sec erfordert daher 12 Millisekunden, entsprechend einer Grundfrequenz von 40 Hz, und ein solcher Anstieg wird infolgedessen durch das Filter 39 abgeschwächt, das bei 20 dB/Oktave unter 800 Hz um einen Faktor von 10-⁴ undurchlässig wird.

Es wurden Messungen bei Hatfield in einem Nebel einer Dichte durchgeführt, die nur selten im Jahr auftritt. Die Sichtbarkeit im Nebel wurde mit annährend 60 m bestimmt, entsprechend einem Auslöschungskoeffizienten von 7 χ 10~⁴ pro cm. Maximale erlangte Signale, die durch das vorgeschlagene System erhalten wurden, lagen 3 χ 10³ über dem Spitzenrauschpegel des Systems. Mit einem Filterfaktor des Hochpaßfilters von größer als 10~⁴ verliert sich der Signalpegel des Nebels in dem Systemrauschpegel.

ίο Es wurde eine Zahl von Messungen durchgeführt, um die Abschwächungscharakteristiken bei Nebel festzustellen. Die Ergebnisse zeigen, daß die erwartete Nebelsichtbarkeit, die gleich dem natürlichen Nebel ist. in dem die Messung stattfand, sehr gering ist, und Sichtbarkeit unter einem Faktor von 2 wurden nicht mehr aufgezeichnet Dies wurde durch 10 Jahre lang andauernde Beobachtungen und Aufzeichnungen bestätigt

Die Zerstreuungseigenschaften von Wassertropfen hgngen vom Verhältnis ihres Durchmessers zur Wellenlänge der betrachteten Strahlung ab. Bei Durchmessern, di-j ein geringes Vielfaches der betreffenden Wellenlänge ausmachen, erfolgt die Zerstreuung vorherrschend nach vorn. Die Größen der Tropfen im Nebel und in Wolken scheinen beträchtlich von der Abzugsgeschwindigkeit und der Zahl der vorhandenen Kondensationskerne abzuhängen, und je größer die Zahl der Kondensationskerne ist und je schneller die Abiugsgeschvvindigkeit, desto größer ist die Tendenz, eine große Zahl kleiner Tropfen zu erhalten, anstatt wenige große Tropfen.

Über den Bereich von Nebel und Wolken, für welchen Einzelheiten der Verteilung der Tropfengröße verfügbar sind, wurden Tropfen mit Durchmessern νοπ mehr als 5 Mikron als vorherrschend erkannt und der Durchmesser der Tropfen war allgemein größer als 10 Mikron.

Es ist anzunehmen, daß Tropfendurchmesser in Nebel und Wolken beträchtlich größer sind als die hier benutzte Wellenlänge und daß die Streuungen nicht kritisch von der Tropfenverteilung abhängen, sondern talsächlich proportional dem Auslöschungskoeffizienlen, d. h. umgekehrt proportional der Sichtbarkeit, sind, so daß, da die Auslöschungskoeffizienten größer sind als jene des Nebels, in dem die Messung stattfand, eine vernachlässigbar niedrige Wahrscheinlichkeit besteht, daß Nebelsignale auftreten, die größer sind als jene, die aufgezeichnet wurden, die auch kaum zu erwarten sind.

In all diesen Fällen ist zu erwarten, daß das Signal unter den Spitzenrauschpegel des Systems durch das Hochpaßfilter 39 abgeschwächt wird.

Zusammengefaßt kann festgestellt werden, daß eine aus einer großen Zahl von Messungen in Wolken und Nebel verfügbare Information der Tropfenverteilung und statistische Daten, die den Einfluß verschiedener Sichtbarkeiten berücksichtigen, ergeben haben, daß die durchgeführte Messung für schweren Nebel oder Wolken repräsentativ ist und '^;?iß Signale nicht kritisch sind, die von der Tropfenverteilung innerhalb der Grenzen abhängen, die sich in Nebel und Wolken zeigen, wobei die Tropfendurchmesser vorherrschend mehr als 5mal so groß wie die Wellenlänge sind, so daß die während dieser Messung aufgezeichneten Signale als repräsentativ für die höchsten zu erwartenden angesehen werden können. Nach Abschwächung durch das Hochpaßfilter 39 wurden diese Signale unter dem Rauschpegel des Systems liegen.

Es steht damit fest, daß das System einen ausreichenden Schutz gegen die Möglichkeit eine.' Auslösung durch Nebel oder Wolken bietet.

Abschwächung in Nebel

Eine Abschwächung des Zielsignals, das im dicksten Nebel zu erwarten ist, bei einem Auslösehungskoeffizientcn von 7 χ 10 ⁴/cm, auf einer Weglänge von 18 m und einem Ziel in einem ^Meter-Bereich hat annährend einen Faktor von 0.4.

Teil Ml
Empfindlichkeit des Systems

Das erwartete Signal des Systems kann aus dem obigen Ausdruck abgeleitet werden:

S _ NAs Am_x Am₂ r ~N ~ 2/rIJ(/,)²(N.E.P) '

Die gemessenen Werte von r in Tabelle 1 werden benutzt, und N.As, wird als Wert von 12,5 W/Raumwinkel

c
angenommen.— repräsentiert denigemälJ das Effektivwert-Verhältnis von Signal- zu Rauschpegel einer Fre-

ⁿⁱ quenz von 800 Hz. Dies liefert— unter der Bedingung, daß das Ziel sich in einer Lage befindet, wo sich die

Strahlen präzise überlappen, und dies ist in einer Entfernung R vom System der Fall.
Die Werte der obigen Parameter für das vorgeschlagene System sind die folgenden:

Ami	= 78,5 cm2
Ami	= 283 cm2
R	= 420 cm
f\	= 10 cm
N.E.P.	= 2x10-10W

Aus dem obigen Ausdruck ergibt sich
— = ISrXlO⁵.

Um dieses Ergebnis hi ein Verhältnis von Signal-Rausch-Pegel für eine charakteristische Hüllkurvenwellenform des Zielsignals bei der vorgesehenen Zerhackerfrequenz von 5 kHz umzuwandeln, und dies bei einer vorgeschlagenen Bandbreite von 1 kHz, sind Faktoren erforderlich, die folgende Betrachtungen berücksichtigen:

(a) Die Zeitkonstante der Zelle und das Spektrum der Zellenrauschleistung sind derart, daß sowohl Signal als auch das Rauschen vermindert werden, wenn von 800 Hz auf 5 kHz übergegangen wird. D^:,<? Messung des Verhältnisses des Signals bei 6 kHz zu dem bei 800 Hz bei Zelle von !5°C ergaben Faktore-? von 7 bis 10. Der Rauschpegel wurde um den Faktor 5 vermindert. Auf Grund dieser Messungen wurde ein Verminderungsfaktor des Signal-Rausch-Verhältnisses von 2 angenommen.

(b) Der Effektivwert des Rauschens bei einer Bandbreite von 1 kHz ist 30mal so groß wie bei einer Bandbreite von 1 Hz.

(c) Der Spitzenwert der Signalamplitude ist 2.8mal größer als der tffektivwert.

(d) Der Pegel, bei welchem ein Rauschpegelspitzenwert während 35 see zu erwarten ist und die Zündung aktiviert wird, ist 5mal so groß wie der effektive Rauschpegel.

(e) Verluste in dem optischen System infolge der Tatsache, daß das Filter nicht 100% durchlässig ist. und infolge von Reflexionsverlusten an Glasoberflächen zusätzlich zu jenen, die bei dem Laboratoriumsgerät zur jo Messung von r benutzt wurden, werden auf einen Signalabschwächungsfaktor von 0.7 geschätzt.

(f) Das 1/3-MiIlisekunde-Anstiegssignal infolge eines 15-cm-Zieles in einem 9-ni-Bereich bei einer Flugkörpergeschwindigkeit von 450 m/sec wurde als ungünstigste Bedingung angesehen und hierbei erfolgte eine Abschwächung um einen Faktor 3, wobei ein Verstärkerbandpaß von 1 kHz genommen wurde. Signale mit Anstiegszeiten von 1 Millisekunde oder größer werden um einen Faktor von ungefähr 1,5 abgeschwächt. J5

(g) Ober einen Temperaturbereich der Zellen 21 von —40°C bis +50"C ändert sich das Signal/Rausch-Verhältnis um einen Faktor von 1,4.

Diese Faktoren sind in die nachfolgende Tabelle aufgenommen, um einen Gesamtfaktor zu ermitteln, durch welchen das angeführte Signal-Rausch-Verhältnis dividiert werden muß. um das extreme Signal/Rausch-Verhältnis zu erhalten.

(a) Signal-Rausch-Verhältnis-Verminderung bei 5 kHz =2

(b) Effektivwert-Transformation des Rauschens

auf 1 kHz Bandbreite =30

(c) Transformation auf den Extremwert des Signals =0.36

(d) Transformation von Effektivwert

auf Spitzenwert des Geräuschpegels = 5

(e) Verluste im optischen System =1.5

(f) Signälformfaktor =1.5 bis 3.0

(g) Zelltemperatur-Vcränderung = I bis 1,4

Demgemäß ist der Gesamtfaktor 243 bis 680.

Bei Anwendung dieser Faktoren errechnet sich das Signal/Rausch-Verhältnis /u

55 5300 rbis 1.90Or.

Die Werte von r, die durch Messungen erlangt wurden, sind in der Tabelfe 1 aufgeführt und liegen allgemein zwischen 0,1 und 1,0. Unter dieser Annahme wird das Signa!-(Extremwert)-Rauschverhältnis 5,300 bis 190.

F i g. 6 zeigt die Streuung eines möglichen Signal-Rausch-Verhältnisses für ein Ziel in einem Bereich, der dem Extremwert der Kurve entspricht (außerdem ist der Ungünstigstfaktor nur in dem Extrembereich vorhanden).

Im 9-m-Bereich wird das Signal-Rausch-Verhältnis um einen Faktor von 10 vermindert.

Der F.ffektivwert-Rauschpegel der verfügbaren Zellen 21 liegt ständig im Bereich von 6 bis 8 Mikrovolt± 10% in einem 50-Hz-Band bei einer Frequenz von 800 Hz, wenn eine Polarisation, w>e oben beschrieben, angewendet wird. Übertragen auf einen Extremwert-Geräuschpegel mit 1-kHz-Bandbreite bei 5 kHz und Benutzung eier Faktoren in(a), (b)und(d) wird dies 30 Mikrovolt.

Der Bereich des erwarteten Zielsignals bei 9 m beträgt daher 16 Millivolt bis 0,6 Millivolt.

Die spezielle Strahlkonvcrgenz(und demgemäß die Bereichscharakieristik) ist hier natürlich nicht in optima-

ler Weise gewählt und kann nur durch praktische Versuche auf den Optimalwert gebracht werden.

Wenn ein größerer Bereich erforderlich ist, bewirkt dies ein Absinken der Strahlkonvergenz und es wird ein geringeres Signal im Extremwertbereich gehalten, jedoch einen mehr graduellen Signalabfall.

Bei der hier gewählten Strahlkonvergcnz ergibt ein Sysiem-Sehwellwert von I Millivolt eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Auslösung bei 9-m-Distanzen.

Dieser Schwellwert ist 33mal so groß wie der Extremwert des Geräuschpegels.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Zündvorrichtung für einen Flugkörper mit einer Entfernungsmeßeinrichtung, die einen Sender zum Aussenden sichtbarer oder inf; aroter Strahlung vom Flugkörper und einen Richtempfänger aufweist, der auf diese Strahlung anspricht, im Abstand vom Sender angeordnet ist und dessen Sichtstrahl das ausgesendete Strahlenbündel schneidet und die Strahlung empfängt, die von einem Zielkörper reflektiert wird, weicher in den durch Schnitt des Strahlenbünels mit dem Sichtstrahl definierten Raum eintritt, und mit eir.er elektrischen Zelle, die ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, um den Flugkörper bei Empfang der reflektierten Strahlung zu zünden, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Ausgangssignal einem Hochpaßfilter (39) zugeführt wird, wodurch ein Ausgangssignal von jenem Filter (39) nur beim plötzlichen Auftreten eines reflektierenden Zielkörpers innerhalb des definierten Raumes (28) geliefert wird.

2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Hochpaßfilters (39) einer Schwellenwertschaltung (45) zugeführt wird, die das Ausgangssignal des Filters (39) nur dann durchtreten läßt, wenn die Amplitude dieses Signals einen vorbestimmten Wert überschreitet.

3. Zündvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (2) die sichtbare oder infrarote Strahlung der Strahlungsquelle (5) moduliert.

4. Zündvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die von der Strahlungsquelle (5) ausgesandte Strahlung modulierende Modu-Iator ein li'npulsmodulator(12) ist.

5. Zündvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsmodulator ein rotierendes Zahnra<f(12) aufweist.

6. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres elektrisches Filter (35) vorgesehen ist. daß das elektrische Ausgangssignal einer photoelektrischen Zelle (21) des Empfängers (19) empfängt und dieses Signal nur dann durchtreten läßt, wenn dieses Signal jenem entspricht, das durch den Modulator (12) moduliert wurde.

7. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Ausgangssignal der photoelektrischen Zelle (21) des Empfängers (19) durch einen Verstärker (36) mit

automatischer Verstärkungssteuerung (37) verstärkt wird.

8. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Demodulator (38)

das elektrische Ausgangssignal der photoelcktrischen Zelle (21) demoduliert,
jo

9. Zur ■'vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle

(5) aus einer elektrischen Lampe besteht.

10. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Zelle (21) des Empfängers (19) eine Bleisufidzelle ist.

11. Zündvorrichtung naci: einem der Ansprüche 1 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelbreite J5 des Strahlkegels etwa 6° beträgt.

12. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sender (2) die Strahlung in wenigstens zwei im Winkelabstand zueinander liegenden Strahlkegeln (3.4) aussendet.

13. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, di.3 wenigstens zwei Quellen (5) vorhanden sind und jede Quelle einem getrennten Sender (2) und einem getrennten Empfänger

(19) zugeordnet ist und daß die Gesamtanordnung derart getroffen ist. daß wenigstens zwei überwachbare Räume (28) vorhanden sind und jeder Empfänger das Vorhandensein eines Zielkörpers innerhalb eines der Räume anzeigt.

14. Zündvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume sich über einen Winkel von 180° gegenüber einer vorbestimmten Achse des Apparates erstrecken.