DE2942355A1

DE2942355A1 - Vorrichtung zum erfassen des durchganges eines projektils

Info

Publication number: DE2942355A1
Application number: DE19792942355
Authority: DE
Inventors: Noel Harry Fred Walden
Original assignee: Australasian Training Aids Pty Ltd
Current assignee: Australasian Training Aids Pty Ltd
Priority date: 1978-10-23
Filing date: 1979-10-19
Publication date: 1980-06-04
Also published as: AU5199179A; GB2033691B; GB2033691A; AU527407B2; SE7908711L

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft das Erfassen des Durchganges eines Objektes und bezieht sich inbesondere auf eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Information bezüglich des Durchganges eines Projektils mit Hilfe einer Radareinrichtung.

Für das Erfassen der Stelle, an der ein Projektil, beispielsweise ein Geschoss durchgeht, sind viele Vorschläge gemacht worden, um festzustellen, wo das Projektil durchgeht- Diese Vorschläge wurden mit dem Ziel gemacht, die Position zu bestimmen, ohne das Ziel räumlich-körperlich überwachen zu müssen. Bei einem dieser Vorschläge werden Lichtstrahlen verwandt, die so ausgesandt werden, dass sie einen Vorhang bilden, durch den das Geschoss hindurchgeht/ wobei durch die Reflexionswinkel der Lichstrahlen vom Projektil durch zwei im Abstand voneinander angeordnete Lichtdetektoren die Stelle des Durchganges des Projektil"; festgestellt werden kann. Bei anderen Systemen wird eine lle.'.he von akustischen Detektoren verwandt, die das Auftreten der Stoßwelle des Projektils wahrnehmen, wenn sich dieses durch die Luft auf das Ziel zubewegt. Durch eine geeignete Verarbeitung der Information von den Detektoren ist es möglich, die Durchgangsstelle eines Projektils zu bestimmen. Obwohl die oben beschriebenen bekannten Vorrichtungen im allgemeinen akzeptabel sind, ergeben sich gewisse Schwierigkeiten, die von der speziellen Natur des Lichtes und der Fähigkeit, ein geeignetes Signal auf den Empfang der reflektierten Lichtstrahlen zu erzeugen ,und von den Schwierigkeiten der Änderung der Stosswelle des Projektils aufgrund instabiler atmosphärischer Verhältnisse zum Zeitpunkt des Durchganges des Projektils abhängen.

Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung geliefert werden, die eine Information bezüglich des Durchganges eines Objektes, beispielsweise eines Projektils, mittels einer RadareinrichtuTig

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ermittelt, wobei bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Information so verarbeitet wird, dass die erwartete Stelle, an der das Projektil auf ein Ziel trifft, ermittelt wird. Die Radarreflexionseigenschaften des Projektila werden nicht durch seine Lichtreflexionseigenschaften oder durch die atmosphärischen Verhältnisse beeinflusst.

Dazu wird durch die Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen des Durchganges eines Projektils und zum Erhalten einer Information bezüglich wenigstens eines der Parameter, Geschwindig- keit des Projektils, Abstand der grössten Annäherung des Projektils, Zeit der grössten Annäherung des Projektils oder einer anderen Information bezüglich der Bewegung des Pro jektils geliefert, die wenigstens eine Radareinrichtung * die so angeordnet ist, dass sie einen Radarvorhang in einer Ebene quer zur erwarteten Bewegungsrichtung dos Projektils bildet, eine Einrichtung, die auf die Reflexion von Radarsignalen vom Projektil anspricht und ein Detektoraignal auf die Dopplerverschiebung ansprechend als Funktion der Zeit des reflektierten Radarsignals erzeugt, wobei aLch das Detektorsignal in seiner Frequenz beim Durchgang des Projektils durch den Radarvorgang ändert, und eine Verarbeitungseinrichtung auf weist, die das Doppler-verschobene Signal verarbeitet, um die gewünschte Information zu liefern.

Vorzugsweise sind zwei oder mehr im Abstand voneinander angeordnete Radareinheiten vorgesehen, die überlappende, jedoch nicht notwendigerweise zusammenfallende Radarvorhänge bilden, so dass durch einen Vergleich der Information von der einen Einheit mit der Information von der anderen Einheit, beispiels weise durch eine Dreiecksbildung oder durch ein Trigonometrieren die Durchgangsstelle und/oder die Flugbahn des Projektils und andere Informationen ermittelt werden können.

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Die erfindungsgemässe Vorrichtung macht von der begründeten Annahme Gebrauch, dass sich über wenigstens die nächsten 10 oder 20 m von der Radareinheit das Projektil längs einer geraden Linie mit einer konstanten Geschwindigkeit durch den Radarvorhang bewegt.

Wenn die Geschwindigkeit des Projektils 300 m pro Sekunde beträgt und ein 10 GHz Signal für die Radareinheit verwandt wird, beträgt die maximale Dopplerfrequenz des Detektorsignals 10 kHz. Bei einem derartigen System liegt das als Folge der Dopplerverschiebung erzeugte Detektorsignal im hörbaren Bereich und kann dieses Signal leicht mit bekannten elektronischen Schaltungsbauelementen verarbeitet werden. Geeignete Filter können Gleichspannungsanteile oder niederfrequente Anteile herausfiltern, so dass Radarreflexionen von ortsfesten oder sich lang;, iin bewegenden Objekten unberücksichtigt bleiben und nur diejenigen Reflexionen von dem sich schnell bewegenden PrejeJ.i .11 untersucht werden können.

Ein besonders bevorzugter Gtxu-jke der Erfindung besteht in einer Vorrichtung zum Erfassen des Durchganges eines Projektils und zum Ermitteln einer Information bezüglich wenigstens eines der Parameter, Geschwindigkeit des Projektils Vo, Abstand zu : der grössten Annäherung des Projektils Lo, Zeit der grössten Annäherung des Projektils To oder einer anderen Information bezüglich der Bewegung des Projektils, wobei die erfindungsgemässe Vorrichtung wenigstens eine Radareinrichtung aufweist, die so angeordnet ist, dass sie einen Radarvorhang quer zur erwartetem Bewegung-richtung des Projektils bildet, und wobei die erfindungscr,v-isse Vorrichtung sich dadurch auszeichnet, dass eine Ej".-richtung, die auf die Reflexion der Radarsignale vom Projektil anspricht und ein Detektorsignal auf die Dopplerverschiebung ansprechend als Funktion der Zeit des reflektierten Radarsignals erzeugt, wobei das Detektorsignal sich in seiner Frequenz beim Durchgang des Projektils durch den Radarvorhang ändert, und eine Verarbeitungseinrichtung vorgesehen sind, die das Doppler-

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verschobene Signal verarbeitet, um die gewünschte Information zu liefern.

Vorzugsweise sind zwei derartige Vorrichtungen im Abstand quer zur Flugbahn des Projektils vorgesehen, so dass durch eine Verarbeitung der gewünschten Information,beispielsweise durch eine Dreiecksbildung oder ein Trigonometieren die Durchgangsstelle des Projektils relativ zu einem Bezugspunkt genau bestimmt werden kann.

Insbesondere sind drei derartige Vorrichtungen vorgesehen/ wobei sich die dritte vor den beiden anderen Vorrichtungen befindet, um eine Berechnung der Flugbahn des Projektils zu ermöglichen.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in einer seitlichen perspektivischen Ansicht ein Ziel mit: zwei Radareinheiten itiii konstanten Strahlungsdiagraminen, die quer vor dom Ziel ausgebildet sind.

Fig. 2 zeigt in einer Vorderansicht des in Fig. 1 dargestellten Ziels die sich überlappenden Radarvorhänge .

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.

Fig. 4 zeigt in einer grafischen Darstellung das Detektor signal .

Fig. 5 zeigt in einer grafischen Darstellung die Frequenz gegenüber der Zeit von drei Projektilen, die durch den Radarvorhang in verschiedenen Sichtliniena)?- ständen gehen,vom Sendepunkte der Radarsignale aus

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Fig. 6 zeigen Diagramme zur Erläuterung der mathematischen Berechnungen, die notwendig sind, um die gewünschte Information aus den Dopplerverschiebungssignalen zu ermitteln.

Fig. 11 zeigt in einer Blockschaltbild die elektronische Signalverarbeitungsvorrichtung, die bei dem in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel verwandt wird.

Fig. 12. zeigen Diagramme zur Erläuterung der mathematischen Berechnungen, die notwendig sind,, um die gewünschte Information bezüglich der Flugbahn des Projektils zu entnehmen.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, v/erden zwei Radareinri ehtungen dazu verwandt, den Punkt zu bestimmen, an dem ein Projektil hindurchgeht. Es kann eine grössere Anzahl von Radareinheiten verwandt werden,, um die statistische Genauiiqkeit zu erhöhen und die Durchgangsstelle und/oder die Flugbahn des Projektils ermitteln zu können. In Fig. 1 wird angenommen, dass die Flugbahn senkrecht zur mittleren Achse der ausgesandten Radarstrahlen verläuft.

Die Radarstrahlen werden von Radareinheiten 1 und 2 ausgesandt, die beispielsweise von Vari'an Associates Inc. hergestellt werden und im 10 bis 25 GHz Bereich arbeiten. Die Radarstrahlen haben in einer Ebene, die parallel oder unter bekannten Winkeln zum Ziel 3 liegt, einen Divergenzwinkel von bis zu 90°. Die Tiefe des ausgesandten Radarstrahlen in Richtung des Weges des Projektils ist durch den Divercjenzwinkel des ausgesandten Strahles bestimmt. Der Divergenzwinkel beträgt bis zu 30°. Die Wellenformung und die Wellenleitung können mittels der bekannten Radartechnologie erfolgen. Fig. 2 zeigt deutlicher die Überlappung der Radarvorhänge. Die Radarvorhänge überlappen einander derart, dass

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bei einem Projektil 7, das durch die Vorhänge hindurchgeht, Rückreflexionen zu jeder Radareinheit 1 und 2 auftreten werden. Die Divergenz der ausgestrahlten Radarvorhänge in Bewegungsrichtung des Projektils ist in Fig. 3 dargestellt. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die mittlere Ebene 11 des ausgesandten Radar.strahles im wesentlichen parallel zur Ebene der Stirn seite des Zieles 3 und annähernd im rechten Winkel zur Flug bahn des Projektils 7 verläuft. Die mittlere Ebene kann je doch unter einem gewissen Winkel zum Ziel in vertikaler Richtung verlaufen. Unter gewissen Umständen kann es wünschenswert sein, den Radarstrahl unter einem Neigungswinkel relativ zur Bewegungsrichtung des Projektils auszusenden, so dass der Punkt der grössten Annäherung der Flugbahn am Detektor ausserhalb des Strahles liegt. In einer derartigen Ausbildung ist gleichfalls ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zu sehen. Wenn das Projektil an der Stirnseite des Vorhanges eintritt, nimmt die Dopplerverschiobung des reflektierten Signals am Punkt der grössten Annäherung auf Null ab, während dann, wenn sich das Projektil?· auf; dom Radarstrahl herausbowegt, die Dopplerverschiebuny Ln die entgegengesetzte Richtung zunimmt. Der Punkt der grössten Annäherung wird vom Einfallswinkel des Projektils zum Ziel und von der Lage des Detektors bezüglich des Zieles abhängen und muss nicht notwendigerweise in der mittleren Ebene der Radareinheit liegen. Die Dopplerverschiebung ist eine Folge der Tatsache, dass die ausgesandten Radarstrahlen sich bogenförmig fortpflanzen, wie es schematisch in Fig. 3 dargestellt ist, und dass der Abstand zum Projektil, wenn dieses zuerst in den ausgesandten Radarstrahl eintritt, zum Sendezeitpunkt grosser ist als wenn das Projektil sich an der Stelle der grössten Annäherung zum Detektor befindet. Fig. 4 zeigt die allgemeine Form des erwarteten Signals, das als Folge der Dopplerver schiebung erzeugt wird. Die Phase des Signals kann von der dargestellten Phase verschieden sein.

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Fig. 5 zeigt in einer grafischen Darstellung die Frequenz des Doppler-verschobenen Signals gegenüber der Zeit von drei verschiedenen Projektilen, von denen jedes mit derselben Geschwindigkeit fliegt, jedoch unter verschiedenen Abständen Lo von der Quelle durchgeht.

Die Kurve 1 zeigt die Kurve eines Projektils, wenn der Abstand von der Quelle gross ist.

Kurve 2 ist die Kurve eines Projektils, das näher an der Quelle als das Projektil mit dor Kurve 1 durchgeht.

In ähnlicher Weise ergibt sich die Kurve 3 für ein Projektil, das noch näher an der Quelle als das Projektil mit der Kurve 2 durchgeht.

Es ist ersichtlich, dass die linke und die rechte Seite der grafischen Darstellung Spiegelbilder um den Punkt der grössten Annäherung für ein Projektil unter rechtem Winkel ?.uc mittleren Ebene eines ausgesandten KaJd !/.strahle:; fjicuL In Flg. 4 ist das in ähnlicher Weise dargestellt, indem dia 1 i.nke und die rechte Seite eine identische Form haben. Die Flugbahn des Projektils verläuft somit senkrecht zur mittleren Achse des ausgesandten Radarstrahles. Die maximale Geschwindigkeit des Geschosses ist somit durch die Höhe der Frequenz der Kurve in Fig. 5 bestimmt. Für Projektile, die sich langsamer bewegen, wird sich eine entsprechend niedrigere Höhe der Frequenz ergeben, bei der die Kurven asymptotisch verlaufen.

Durch eine Messung der Schwebungsflequenz ?ls Funktion der Zeit können wenigstens drei Parameter an jedem Sender und Empfänger ermittelt werden, wie es in Fig. 6 dargestellt ist:

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1. Geschwindigkeit des Projektils Vo

2. Zeit der grössten Annäherung To, worunter die Zeit zu verstehen ist, die vom Eintritt in den Radarvorhang bis zum Erreichen der Stelle der grössten Annäherung vergeht. Diese Zeitspanne kann an einem Zeitpunkt beginnen, an dem das Projektil zuerst in den Radarstrahl eintritt oder kann an irgendeinem anderen Punkt, beispielsweise beim Nulldurchgang des Doppler-verschobenen Signals durch die Zeitachse beginnen, wobei in Fig. 4 mehrere Nulldurchgänqe dargestellt sind.

3. Abstand der grössten Annäherung Lo

Es sei weiterhin P = Projektil

t = Sender/Empfänger

D = Abstand vom Punkt der grössten Annäherung

L. = Abstand zum Sender/Empfänger

V. = Sichtliniengeschwindigkeit.

Die Dopp]erschwebungsfrequenz nteht gleichfalls mit der Sichtliniengeschwindigkeit des Projektils in der folgenden Weise in Beziehung

f Schwebung = fo · =

Es sei weiterhin angemerkt, dass jeder Schwebungszyklus eine Änderung im Abstand zum Detektor von einer halben Wellenlänge wiedergibt.

Fig. 6 zeigt die Beziehung der verschiedenen Funktionen. Es gelten die folgenden Beziehungen:

D = V₀ (To - T)

v_t= v_Qcose

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(τ_ο - τ)

(v_o ² (τ_ο - τ)² ₊ L₀ ²) 1

V (t) kann aus der Schwebungsfrequenz

f Schwebung (t) ermittelt werden, da

ν (t) = f Schwebung (t) 'C , f_

wobei c die Lichtgeschwindigkeit und f die RD' Frequenz sind,

Aus den Messungen der mittleren Geschwindigkeit aufeinanderfolgender Intervalle von etwa 1 msec muss somit lediglich die Gleichung

ν (t) = ^vo² <^To - ^T ⁾

? 7 ? 1

<^vo <^To - ^T) - ^r'o" > 2

gelöst werden.

Um diese Gleichung zu lösen und eine Lösung für Vo, To oder Lo zu finden, sind drei Messungen von VY von jeder Detektoroder Empfängereinheit notwendig, da die Gleichung drei Variablen hat. Durch eine einfache Bestimmung der Sichtliniengeschwindigkeiten V. zu verschiedenen Zeiten vom selben Detektor, die beispielsweise durch die Nulldurchgänge der Doppler-verschobenen Signale wiedergegeben werden, wie es in Fig. Ί deirgestellt ist, können die Werte Vo, To und Lo aufgefunden v/erden.

Bei einer grossen elektronischen Datenverarbeitungsanlage würde eine Regressionsanalyse usw. verwandt. Bei dor Verwendung einer einfachen Rechnung bzw. Rechenanlage gelten die folgenden Gleichungen:

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ti TjO23/O592

ν (t) =

^vo ^(To -

<^Vn² ^-T)² O O

v(t)

Lo

⁽τ₀ -

(ν ¹ v(t)

(^Vo/v(t)

Da der Ausdruck (T_Q-T) eine sich linear mit der Zeit ändernde Funktion ist, stellt die rechte Seite der Gleichung eine gerade Linie bezüglich der Zeil··, dar.

Das führt zu der folgenden Datenverarbeitungsabfolge.

1 . Aus den Messwerten der Schwobungsfrequetiz f Schwebung (t)

wird ν (t) berechnet. 2. Es wird ein Wert für v_q gewählt,und es werden die Werte von

A(t) = 1

o/v(t)

> -1 7

berechnet.

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3. Es wird eine gerade Linie Bt + C mit der Steigung B und dem Achsenschnittpunkt C an die Werte von A(t) gelegt und es werden die mittleren quadratischen Restwerte dazu bestimmt.

4. Es wird ein anderer Wert für ν gewählt und es v/ird eine gerade Linie angelegt.

5. Der richtige Wert für V ist dann derjenige Wert, der

die beste Anpassung an eine gerade LinLe, d.h. die kleinsten mittleren quadratischen Restwerte liefert. Die Genauigkeit des Wertes ν ergibt sich aus der Empfindlichkeit der Anpassung der geraden Linie an die Wahl des Wertes ν »

6. Dann ist A(t) = Bt + C = v_q (T_Q - T)

7. Aus den Parametern B und C ergibt sich somit die am besten anpasste gerade Linie

ν ν

B = ο und somit. L -· ο

+v » T
8. Es ist gleichfalls C = —£ — und somit T = ⁺ ^C'^Lo

Aus den obigen Berechnungen können Vo, Lo und To von jedem Dopplersignal am jeweiligen Sender/Empfänger bestimmt werden.

Es seien zwei Sender/Empfänger zum Bestimmen der Position des Projektils vorgesehen.

Fall 1

Wenn der Wert für To im wesentlichen der gleiche für beide Sender/Empfänger ist, wie es in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellt ist, dann wandert das Projektil unter einem rechten Winkel zur Ebene der ausgesandten Strahlen der Empfänger.

•ÖTÖ02 3/OS92

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Dann ist _v _ _n X₂-D

2 2 2 ^l' 2 2 X₁ + Y = L₁ und X₂ + Y = L₂

2 _ 2 _ 2 X₁ X₂ - L₁ - L₂

X₁ ² - (D-X₁ ²) = L₁ ² - L₂ ² - D² + 2DX₁ = L₁ ² - L₂ ²

X₁ = D² + L₁ ² - L₂ ²

2D

und somit Y = [IT₁

Fall 2

Die Werte für To sind verschieden, so dass die Fluglinie nicht unter 90° verläuft, wie es in Fig. 9 dargestellt ist.

Es sind dennoch die Koordinaten des Punktes in der Ebene erwünscht, in der die Empfänger oder Detektoren liegen.

Es sei weiterhin angenommen, dass die Flugbahn parallel zum Boden verläuft.

In einer ebenen Ansicht wird

2 2 2 D = /D - ν (t--t₂) J j aus einem Dreieck berechnet,

wie es in Fig. 10 dargestellt ist. D.h., dass in Flugrichtung gesehen wird und X₁ = (D')²+L₁ ²-L₂ ² und Y = /L^-X₁ ²J \

TW) bestimmt werden. In der Ebene 1 und 2 ergibt sich somit

und

Y = /L^-X₁ ²J

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Wenn angenommen wird, dass die Projektile unter irgendeinem Winkel, jedoch immer noch längs einer geraden Linie kommen, dann sind wenigstens drei Detektoren oder Empfänger notwendig. Das wird später beschrieben.

Fig. 11 zeigt in einer sehr breiten schematischen Form die elektronische Schaltung zum Ermitteln der Information bezüglich des Projektils von einem Radardetektor.

Wie es in Fig. 11 dargestellt ist,steht der Detektor mit einem Verstärker 108 und einem Filter 100 in Verbindung, das seinerseits das reflektierte Signal an eine die Schwebungsfrequenz bestimmende Einheit 102 und an einen Speicheradressenzähler 103 legt. Die die Schwebungsfrequenz bestimmende Einheit 102 steht ihrerseits mit einem Speicher

104 mit direktem Zugriff in Verbindung, der dazu dient, die Dopplerfrequenzinformation in Form eines Zahlenwertes bei jedem Nulldurchgang des Doppier-ver.schobenen Signale zu speichern. Der Speicher 104 mit direktem Zugriff ist seinerseits mit einer mathematischen Bestimmungseinheit

105 verbunden, um die Dopplerfrequenzinformation zu verarbeiten und eine Information bezüglich des Projektiles, beispielsweise bezüglich der Werte Vo, To und Lo zu bilden. Diese Information liegt ihrerseits an einer mathematischen Bestimmungseinheit 106 zusammen mit der Information von einem oder mehreren Detektoren, um die Position des Projektils bezüglich eines Bezugspunktes an der Basis des Ziels zu bestimmen. Eine geeignete Adresseneinheit 107 dient dazu, den zeitlichen Ablauf der Verarbeitung in Gang zu setzen.

Die spezielle Verarbeitung lässt sich am besten anhand des folgenden Problems darstellen.

Es sei angenommen, dass die Dopplerschwebungsfrequenz, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, vorliegt und dass die Zeitintervalle zwischen den Nulldurchgängen aufgefunden werden

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■•..'■.ν·..- ORIGINALINSPECTED

sollen.

Wie es in Fig. 11 dargestellt ist, geht die Dopplerfrequenz am Punkt A in den Nulidurchgangsdetektor im Filter 100. Am Anfang werden der Adressenzähler 103 und die Frequenzbestimmungseinheit 102 auf Null gesetzt. Wenn der erste Impuls vom Nulidurchgangsdetektor im Filter 100 auftritt, wird die Frequenzbestimmungseinheit 102 in Gang gesetzt. Wenn der nächste Null.durchgangsimpu.ls auftritt, gibt der Arbeitsablaufgenerator den Pufferspeicher der Frequenzbestimmungseinheit 102 frei, so dass die Adresse vom Adressenzähler in den Speichor 104 geladen wird. Der Puffer wird dann gesperrt und der Arbeitsabfolgegenerator in der Einheit 103 lässt den AdressenziShler durch den Nulldurchgangsimpuls weiterzählen. Obwohl der Zeitzähler in der Frequenzbestimmungseinheit 102 zum Erj ti itf ι n des nächsten Zeitintervalls zwischen Nulldurchgänyen rückgesetzt werden kann, ist das nicht notwendig, cL, i<u I c-:r der Voraussetzung, dass der Zähler vor dem ersten Nu"! | di'uH.<;ring m·''löscht wucJe, der Zeitwert in den folgenden Ze ι l. i u Uirval Lon gleich dem zugenommenen Wert vom ersten Inten·.·.'!] ist. Dieses Verfahren der Speicherung der Zeit erlaubt eine schnellere Arbeitsweise- Es lässt sich somit sa-μπι ,lass die erste Adresse im Speicher einen absoluten Zeitwert T enthält. Die nächste Adresse im Speicher enthä] L einen Zeili'/uriahmewert T₁ und keinen absoluten Wert. Um den Zeitwert des zweiten Intervalles zu erhalten, wird uaht.:·. der Weνt T digital vom Wert T₁ abgezogen, um die absolute Zeitdauer des nächsten Intervalls zu bekommen.

Auf die im Speicher gespeicherte Information wird periodisch auf der Datensammelle.il ung durch einen C.A.T.-Computer zugegriffen.

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Das heisst im einzelnen, dass das Filter 100 ein auf dem Gebiet der Radartechnik bekanntes Nachlauffilter ist und so ausgebildet ist, dass es über einen 2 kHz-Bereich bei 10 kHz, der maximal erwarteten Dopplerfrequenz beim Eintritt des Projektils in den Radarvorhang,lauft. Dax Filter 100 dient dazu, den Ubertragungs- oder Verstärkung«faktor des Systems reduziert zu halten, bis zu dem Zeitpunkt, :..■> dem ein Projektil in den Radarvorhang eintritt und anschließend den Verstärkungs- oder Ubertragungsfaktor über ein schmales Band bis 2 kHz zu erhöhen, das mit der Doppler (frequenz läuft. Das Filter 100 enthält einen Schwellenwertdotektor, der gleichfalls auf dem Gebiet der Radartechnik bekannt ist und der keine Signale durchgehen lässt, bis ü Lo einen vorbestimmten Pegel erreicht haben.

Um die Flugbahn des Projektils zu bestimmen, ist es notwendig, wenigstens drei Detektoren A, B und C vocaurjehen, wie es später beschrieben wird. Mit drei Detoktoren A, Q und C sollen die x, y Koordinaten (x , y ) und rl ί ο Winkelt// und /3 aufgefunden worden, die den geradlinigen. Wecj der ObjekLo bor;Timmen (siehe Fig. 12 bis 15). Das Objekt bewegt sich in Richtung der Zunahme von ζ (siehe Fig. 13). Es erfolgt οine Projektion auf die y ζ Ebene (siehe Fig. 14). Ein positiver Winkel Ji, bedeutet, dass sich das Projektil zu niedrigeren Werten von Y bewegt. Es folgt eine Projektion auf die χ ζ Ebeito (Fig. 15). Ein positiver Wert des Winkels ß bedeutet, deiüs aich das Objekt zu niedrigeren Werten von χ bewegt.

Zur Lösung müssen Paare von Detektoren iUl und BC genommen werden, um den Abstand der grössten Annäherung an die χ und y Achsen jeweils und die Winkel θ und φ jewels aufzufinden, unter denen die Flugbahn zu einer Ebene senkrecht zu den χ und y Achsen jeweils verläuft.

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„v- Original inspected

Paar A, B

Es ist keine Empfindlichkeit für Drehwinkel um die χ Achse möglich, wenn nur die Linien der grössten Annäherung der Flugbahn an A und B gemessen werden. Im folgenden wird der Fall betrachtet, in dem die Linie der grössten Annäherung zur χ Achse in Fig. 16 vertikal verläuft.

Basislinie AB am nächsten an A ist L bei A

L t am nächsten an B ist B bei B

Anhand von Fig. 17 ergibt sich:

°²ΑΒ=νο²^Β - *Α? + C&K² - ^YAB²)1 ♦ (V - W)I J²

⁰AB ist eine Gleichung 4. Ordnung, die iterativ gelöst wird, indem Worte von YAB derart gewählt werden, dciss:

(D VoVb-¹A)² ₊ [(^LA²-^YAB²)} ₊ (^"V geht auf null.

Für die Beziehung von ^DAB, θ usw. wird auf Fig.

Bezug genommen.

Es ergibt sich somit ^YYB

(2) Sine * VO[Va) so dass sich der wert und das Vor-

^UA8 zeichen von θ ergeben

COS© ■-.(^LB²--^YAB²)?

' ~ oder

XAB

(3) *AB -

COS 0

so dass sich schliesslich ^XAB ergibt.

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Paar B, C ist ähnlich (siehe Fi^. 19 und 20) D_Rr L_R L_r tp t_r und Vo sind bekannt.

DU, 0, U, D, L,

Zum Ermitteln von BC ist:

(1) ViT(W ^{Ll B} " ^{BC )Z} + (^LC² - hc²)7}² - ⁰BC²

Daraus ergibt sich BC

(2) Sin 0 »

⁰BC

(3) ^YBC « ( ¹B² - ^XBC² )2~

Cos f&

Es ist ersichtlich, dass es für A und B unmöglich ist, Dre hungen um die χ Achse zu bestimmen. Das yleiche gilt für B und C für Drehungen um die γ. Achse.

Es werden Winkel cC und ß eingeführt, und es werden Werte für oO und ß gefunden, die mit allen Messungen konsistent sind.

Es wird auf Fig. 13 Bezug genommen, und es wird dec in die Zeichenebene gedreht (siehe Fig. 21).

Y In der Ebene der Flugbahn senkrecht zu AB ergibt sich (siehe Fig. 22)

COSoi/ = AB

Dann ist ^yo = ^YAB (1)

COSoC

x_o = ^XAB + ^YAB tanoCtane (2)

Für BC wird auf Fig. 23 Bezug genommen.

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Bei einer Kantenansicht auf die +x Achse kommt der Pfeil aus der Zeichenebene unter dem Winkel ß.

In der Ebene der Flugbahn senkrecht zu BC (siehe Fig. 24) ergibt sich

^xo ^XBC (3)

cosß

^yo = ^YBC + ^XBC tanß tanf (4)

Was die analytische Lösung dieses Gleichunyrjyysteins anbetrifft, so sind 1 bis 4 vier Gleichungen mit vier unbekannten (^xo, ^yo,c0, ß) .

Die Lösung der Gleichungen 1 bis 4 erfolgt in der folgenden Weise

so dass Stn o*C ^a (1 0

tan

- ■ (V - ^YAB²)?

(^x

^X0 » ^XAB + tan & (V ■ ^YAB²)7 X._R,2 = tan²e (Y₀2- Υ_Λη2) (5)

(^xo - ^XAB)^{2 3 ta}" Ö ί^γο² - ^YAB

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ORIGINAL INSPECTED

In ähnlicher Weise wird tan ß eliminiert, so dass sich ergibt: (^Yo - ^YBC)² - tan² /O (x_Q2 -V)

^xo² - ^XBC²

tan

Es werden die +ve Werte von χ genommen.

Eingesetzt in Gleichung (5) ergibt sich: ^v ^v *

tan /J = tan² 0 Y₀2 - tan² θ Υ_Αβ2

Y, . 1 . ? 2Y V V 9 VOjVO

L. I ■ . ■ 3 · ran λ] β Ri "λ i/'Dr¹· ^ An/^L τ Aj>_nC . ·

o ^l tan d ^' —5k · ο ·«·( BC₀ +BC ΛΒ + ti

Beide Seiten werden quadriert, so dass sich eine Gleichung vierter Ordnung für Y ergibt.

Die Gleichungen (1) bis (4) können durch ein iteratives Verfahren gelöst werden, das von dem oben beschriebenen Computer ausgeführt werden kann, wobei die folgenden Gleichungen nach einer geeigneten Computer-Programmierung verwandt werden.

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^XBC _ ^XAB + ^YAB tan θ tan ο-«

COSyf

^YAB = ^YAB + ^XAB tan 0 tan β cos«x

d.h. . Sec/- WW

^XBC *BC

AB ^TAB

Diese Gleichungen werden iterativ für^Gund ß dadurch gelöst, dass ein Winkel^gewählt und secß und tanß und somit zwei Werte von ß berechnet werden. Dcjr Winkel wird geändert, bis die beiden Gleichungen denselben Wert für B ergeben. Bei gegebenen WertenoGund ß ergeben die G] cichuncien (11 und (3) einfach die WoMe ^Xo und "o.

Mit Messfehlern sind die Werte^oder ß zu akzeptieren, die am besten das Gleichungspaar erfüllen.

Um die Zeit herabzusetzen, die die Verarbeitung der Signale benötigt, wenn die Flugbahn bestimmt wird, werden vorzugsweise vier oder sogar mehr Detektoren verwandt, wodurch die mathematisch Berechnung vereinfacht und die statistische Ge nauigkeit der endgültigen Werte der Koordinaten erhöht wird.

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L e e r s e i t e

Claims

AUSTRALASIAN TRAINING AIDS PTY. LTD. 161 Fallon Street Albury New South Wales Australia 19. Okt. 1979 PH 14 y,'Z Vorrichtung zum Erfassen des Durchganges eiriarj Projektils PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Erfassen des Durchganges eines Projektils und zum Erhalten einer Information bezüglich wenigstens eines der Parameter, Geschwindigkeit des Projektils Vo, Abstand der grössten Annäherung des Projektils Lo, Zeit der grössten Annäherung des Projektils To oder einer anderen Information bezüglich der Bewegung des Projektils mit wenigstens einer Radareinrichtung, die so angeordnet ist, dass sie einen Radarvorhang quer zur erwarteten Bewegungsrichtung des Projektils bildet, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (102), die auf die Reflexion von Radarsignalen vom Projektil anspricht und ein Detektorsignal auf die Dopplerverschiebung ansprechend als Funktion der Zeit des

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TELEFON (O8S) QQ 98 83

Telex OB-aesao

TELEQRAMME MONAPAT

rSLIKOPIEIWR

reflektierten Radarsignals liefert, wobei sich das Detektorsignal in seiner Frequenz beim Durchgang des Projektils durch den Radarvorhang ändert,und durch eine Verarbeitungseinrichtung (103 bis 107) zum Verarbeiten des Detektorsignals, um die gewünschte Information zu liefern.

2. Vorrichtung zum Erfassen des Durchganges eines Projektils und zum Erhalten einer Information bezüglich wenigstens eines der Parameter, Abstand der grössten Annäherung Lo des Projektils zu einem Bezugspunkt, Zeit To vom Eintritt in den Vorhang oder von einem Zeitpunkt nach dem Eintritt in den Vorhang bis zum Erreichen des Punktes der grössten Annäherung zu einem Bezugspunkt, Geschwindigkeit Vo des Projektils, mit wenigstens einer Radareinrichtung, die so angeordnet ist, dass sie einen Radarvorhang quer zur erwarteten Bewegungsrichtung des Projektils bildet, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (102), die auf die Reflexion der Radarsignale vom Projektil anspricht und ein Detektorsigna] auf die DopplerverSchiebung a> sprechend eis Funktion der Zeit des reflektierten Kadarsignals liefert, wobei sich das Detektorsignal in seiner Frecj\ienz beim Durchgang des Projektils durch den Radarvorhang ändert, wobei die Sichtliniengeschwindigkeit V. des Projektils, die der Anteil der Projektilgeschwindigkeit in Richtung der Vorrichtung ist und durch die Vorrichtung aufgenommen wird, über ein Zeitintervall bestimmt wird, um wenigstens drei Sichtliniengeschwindigkeitswerte zu erhalten, und wobei die Sichtliniengeschwindigkeit Vx. durch eine Verarbeitungsein- · richtung verarbeitet wird, um nur von diesen Geschwindigkeitswerten V. . den Abstand zur grössten Annäherung, die Zeit der grössten Annäherung und die Geschwindigkeit des Projektils durch die Lösung der Gleichung

V_t ■ V₀ ² (To-T)

(V₀ ²(To-T)
zu bestimmen.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarvorhang in einer Ebene ausgestrahlt wird, die etwa senkrecht zur erwarteten Richtung des Bahnverlaufes des Projektils verläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei derartige Vorrichtungen im Abstand voneinander entlang einer Bezugslinie angeordnet sind, die quer zur erwarteten Richtung der Flugbahn des Projektils verläuft,und dass weiterhin eine Verarbeitungseinrichtung vorgesehen ist, die aus der Information über jeden Abstand der grössten Annäherung von den jeweiligen Vorrichtungen die Position in zwei Dimensionen des Durchganges des Projektils im Abstand der grössten Annäherung zur Bezugslinie berechnet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine dritte derartige Vorrichtung, die im Abstand vor der Bezugslinie vorgesehen i«':, wobei eine zusätzliche Verarbeitungseinrichiuny anyo.oj.<.uiet ist, die zusätzlich die Bestimmung der Flugbahn des Projektils relativ zu einer Ebene erlaubt, die durch die Bezagslinien aller drei Vorrichtungen bestimmt ist , und wobei noch eine weitere Verarbeitungseinrichtung vorgesehen ist, die die Flugbahn aus den Werten für Lo oder Vo oder To oder von Kombinationen daraus für jede Vorrichtung berechnet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die dritte Vorrichtung auf einer senkrechten Linie liegt, die von der J^zugslinie zwischen der ersten und der zweiten Vorrichtung ausgeht-

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das reflektierte Radarsignal dadurch verarbeitet wird, dass es durch eine die Schwebungsfrequenz bestimmende Einheit. (102) geht, um

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ORIGINAL INSPECTED

Detektorsignal zu erhalten, dass das Detektorsignal an einer Speichereinrichtung liegt, um die Zeitwerte zu speichern, wenn das Doppler-verschobene Signal durch die Nullachse geht, um dadurch eine Wiedergabe der Sichtliniengeschwindigkeit V, zu speichern, solange es erforderlich ist, und dass der Speicherausgang mit einer mathematischen Verarbeitungseinrichtung verbunden ist, um ein Signal/ das wenigstens eine Geschwindigkeit des Projektils Vo wiedergibt, oder ein Signal der Zeit der grössten Annäherung des Projektils To oder ein Signal des Abstandes der grössten Annäherung Lo zu berechnen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Signale der Sichtliniengeschwindigkeit des Projektils V. durch einen Zähler immer dann ausgetaktet werden, wenn das Doppler-verschobene Signal durch Null geht, und dass der getaktete Zählerstand im Speicher als Wiedergabe der Sichtliniengeschwindigkeit V_t zum Zeitpunkt jedes Nulldurchganges gespeichert wird.

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