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Einrichtung zur Ermittlung des Neigungswinkels der Dachebene eines
Zielgerätes Bei dem Verfolgeil eines bewegten Luftzieles, beispielsweise eines Flugzeuges,
ergibt sich die Aufgabe, mehrere auf das Flugzeug gerichtete Geräte untereinander
fernzusteuern. Das ist z. B. der Fall, wenn es sich darum handelt, ein Flugzeugäbwehrgeschütz
durch mehrere Beobachtungsgeräte zu richten. Insbesondere tritt diese Aufgabe beim
Schießen nach Schall auf, bei dem drei Horchgeräte in verhältnismäßig großen Abständen
voneinander den Ort und den Kurs des Flugzeuges ermitteln sollen und die ermittelten
Werte auf das Abwehrgeschütz umgerechnet werden müssen. Es handelt sich hierbei
darum, die Parallaxen auszuschalten, die sowohl unter den' einzelnen Beobachtungsgeräten
als auch zwischen den Beobachtungsgeräten und dein Abwehrgeschütz vorhanden sind.
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Derartige Parallaxrechnungen wurden bisher unter Zugrundelegung der
sogenannten Parallaxdreiecke ausgeführt, die von je einem Beobachtungsgerät, dem
Geschütz und dem Flugzeug gebildet werden. Es bedurfte bei den bekannten Anordnungen
dabei im allgemeinen der Ermittlung der Höhe des Flugzeuges und einer besonderen
Fernsteuerung zwischen je einem Beobachtungsgerät und dem Geschütz. Insbesondere
wurde bei einer Anzahl bekannter Verfahren die Höhe des Flugzeuges mechanisch nachgebildet,
was zu sehr großen Ausmaßen der hierfür benötigten Geräte führt, da die Flugzeughöhe,
die zwischen wenigen hundert und mehreren tausend Metern schwanken. kann, im Verhältnis
zu dem festliegenden gegenseitigen Abstand der fernzusteuernden Geräte beträchtlichen
relativen Veränderungen unterworfen ist.
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Für die Praxis kommt insbsondere eine Anzahl von. drei Beobachtungsgeräten
in Frage, deren Beobachtungswerte auf ein Geschütz oder Scheinwerfer übertragen
werden müssen. Für eine solche Anzahl von insgesannt
vier fernzusteuernden
Geräten wird gemäß der Erfindung ein völlig neuer Weg zur Ausschaltung der Parallaxen
beschritten, der eine gleichzeitige Ausschaltung sämtlicher Parallaxwerte gestattet
und außerdem: die Flugzeughöhe nicht in Rechnung zu setzen braucht.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aüssehaltung der erwähnten
Parallaxen beispielsweise zwischen drei auf das bewegte Luftziel gerichteten Beobachtungsgeräten,
die auf Grund optischer, akustischer oder sonstiger Beobachtungen die Kursrichtung
des Luftzieles und den Neigungswinkel der durch die Bahn des Luftzieles und den
Beobachtungsort gelegten Dachebene mit der Horizontalen ermitteln, und einem Scheinwerfer,
das darauf beruht, daß die Dachebene, die zum Scheinwerfer gehört, der Neigung und
Richtung nach ermittelt wird; dies geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß die
vier in Frage kommenden Dachebenen in einem Fernsteuergerät räumlich nachgebildet
«-erden und ständig die zu den drei Beobachtungsgeräten gehörenden Dachebenen durch
Fernübertragung ihrer Neigung und Richtung nach richtig eingestellt werden und die
Neigung der vierten Dachebene aus dem Doppelverhältnis ermittelt wird, das die Sinus
von vier das Ebenenbüschel der Dachebenen projektiv festlegenden Neigungswinkeln
miteinander bilden. Dieses Doppelverhältnis wird vorher aus den gegenseitigen Abständen
der vier fernzusteuernden Geräte innerhalb der Horizontalebene bestimmt.
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An Hand der Zeichnung, in der eine Ausführungsform einer Einrichtung
zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise dargestellt ist, sei
der Erfindungsgedanke näher erläutert.
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In Abb. i sind drei Beobachtungsgeräte, z. B. Horchgeräte, 1, 2, 3,
ein Scheinwerfer q. und ein Flugzeug 5 in ihrer relativen Lage zueinander perspektivisch
dargestellt. Der Pfeil 6 bedeutet die Kursrichtung des Flugzeuges. Durch die Kursrichtung
und die in der Horizontalebene durch die vier Geräte gelegten parallelen Spuren
7, 8, 9, io sind vier zu den Geräten gehörende Dachebenen 11, 12, 13, 14 festgelegt,
die miteinander ein Ebenenbüschel ini Raum bilden, dessen Schnittlinie (Träger)
durch die im betrahteten Zeitintervall gerade anzunehmende Flugbahn 6 gebildet wird.
Die Dachebenen i 1, 12 und 13 können von den drei Beobachtungsgeräten 1, 2, 3 durch
an sich bekannte Mittel bestimmt werden. Es wird z. B. bei den bekannten Horchgeräten
die Horchdachebene, in der sowohl die akustische Peilrichtung als auch die dazugehörige
optische Richtung verlaufen, im allgemeinen räumlich nachgebildet, so daß es möglich
ist, die drei ermittelten Dachebenen auf ein gemeinsames Fernsteuergerät ihrer Neigung
and Richtung nach zu übertragen; zu diesen drei bekannten Horchdachebenen wäre dann
die vierte Horchdachebene 14 zu ermitteln.
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Das Verfahren nach der Erfindung macht nun hierzu von einem bekannten
Satz der projektiven Geometrie Gebrauch. Dieser Satz besagt, man schneide das Ebenenbüschel
mit einer beliebigen Ebene, beispielsweise einer zur Kursrichtung 6 senkrechten
Ebene; diese Ebene bildet mit den vier Dachebenen vier Schnittgeraden und mit den
vier Spuren 7, 8, 9, io vier Schnittpunkte a, b, c, d.
Die vier Schnittgeraden
bilden miteinander ein ebenes Strahlenbündel mit drei Winkeln x, f3,
y, das in Abb. 2 noch einmal besonders dargestellt ist. Für dieses Strahlenbüschel
gilt das Gesetz, daß das Doppelverhältnis der Sinus von vier das Strahlenbüschel
projektiv festlegenden Neigungswinkeln gleich dem Doppelverhältnis der entsprechenden
Abschnitte auf der horizontalen Schnittgeraden 15 ist; d. h. es ist
Die Formel sei an Hand der Abb.5 abgeleitet. Durch viermalige Anwendung des Sinussatzes
ergeben sich die Gleichungen:
Hieraus ergibt sich durch gegenseitige Division der linken und der rechten Gleichungspaare:
Hieraus ergibt sich durch erneute Division der rechten durch die linke Gleichung:
Gemäß der Erfindung wird nun folgendermaßen verfahren. Jedes der drei Beobachtungsgeräte
1, 2, 3 ermittelt die Lage der zurr< Gerät gehörenden Dachebene, d. h. die Richtung
der Spuren 7 bzw. 8 bzw. 9, welche untereinander übereinstimmen,' und außerdem die
Neigungswinkel öl, 8E, 8s, die die
Dachebene mit der Höhe
einschließen. In einem die Fernsteuerung besorgenden Fernsteuergerät, das unter
Umständen in unmittelbarer Nähe des Scheinwerfers oder auch davon entfernt aufgestellt
sein kann, wird das Ebenenbüschel derart nachgebildet, daß drei Ebenen miteinander
die Winkel a = 81- 82 und ß = ö2 + d2 einschließen; die relative Lage der vierten
Horchdachebene, d. h. der Winkel y, wird aus der angegebenen Formel ermittelt. Das
Doppelverhältnis, das die zwischen den Punkten (a, b, c, d) liegenden Abstände
miteinander bilden, wird hierzu durch eine zweite Anordnung ermittelt.
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Eine Ausführungsform, welche die Nachbildung der beiden Doppelverhältnisse
auf elektrischem Wege gestattet, ist in Abb.3 und 4 dargestellt. Die beiden Doppelverhältnisse
werden im Ausführungsbeispiel aus den vier Widerständen je einer Wheatstoneschen
Brückenschaltung gewonnen, wobei die Angleichung der beiden Doppelverhältnisse aneinander
durch die Angleichung der beiden Brückenströme erfolgen kann.
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In Abb. 3 und 3 a ist eine Wheatstonesche Brücke dargestellt, welche
es gestattet, das Doppelverhältnis der Abstände (a, b, c, d)
elektrisch nachzubilden.
16, 17, 18, i9 bedeuten vier Schienen, welche die Spuren 7, 8, 9, io nachbilden
und gemeinsam um irgendeine feste Achse derart durch eine an sich bekannte Fernübertragung
verschwenkt werden können, daß sie parallel zu den Spuren 7, 8, 9, io verlaufen.
Die Schienen 16 bis i9 können sich in Führungen 2o, 21, 22, 23 gleichzeitig verschieben.
und drehen und werden außerdem durch eine Führungsschiene 24 gezwungen, bei ihren
Verschwenkungen einander stets parallel zu bleiben. Die Führungen 20, 21, 22, 23
sind vorher derart fest eingestellt, daß sie miteinander ein Viereck bilden, welches
dem im Gelände befindlichen Viereck aus den vier Geräten i, 2, 3, 4 ähnlich und
gleich orientiert ist. Für den Fall, daß die Geräte i, 2, 3, 4 nicht in einer Ebene
angeordnet sind, müssen die Unebenheiten des Geländes beim Ausmessen derart berücksichtigt
werden, daß das Viereck 2o, 21, 22, 23 dem aus der Projektion der vier Punkte i,
2, 3, 4 auf eine Horizontalebene gewonnenen Viereck ähnlich und gleich orientiert
wird. Diese Anordnung der Führungen 2o bis 23 läßt sich beispielsweise dadurch erreichen,
daß sie auf verkürzbaren bzw. verlängerbaren Armen 25, 26, 27, 28 angeordnet sind,
die um eine gemeinsame Achse 29 verschwenkbar sind und nach dem Aufstellen der Geräte
im Gelände ein für allemal fest eingestellt werden.
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Sobald die Schienen 16, 17, 18, i9 parallel zu den Spuren 7, 8, 9,
io und damit parallel zur Flugrichtung 6 eingestellt sind, ergeben die Endpunkte
30, 31, 3a, 33 der Schienen 16, 17, 18, i9 die gewünschten Abstände (a,
b, c, d). Die für das Doppelverhältnis benötigten Abstände lassen sich unter
Umständen gleich auf einer mehrfachen Wheatstoneschen Brücke abgreifen, die in der
Abb. 3 a dargestellt ist, welche die Schiene 24 in der Aufsicht zeigt. In diesem
Fall sind die Endpunkte 30, 31, 32, 33 als Gleitkontakte ausgebildet, die auf zwei
an Spannung liegenden Schienen 34, 35 von geringem Widerstand und auf zwei Doppelgleitbahnen
36, 37 von hohem Widerstand gleiten können. Die Kontakte 30 und 33 gleiten
gleichzeitig auf je einer der beiden Doppelgleitbahnen mit Kontaktstellen 38, 39
bzw. 40, 41 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise. Zwischen den Spannungszuführungen
30 und 33 entsteht so eine Stromverzweigung, deren Brückenstrom durch Leitungen
42, 43 einem Meßinstrument zugeführt werden kann.
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Eine Wheatstonesche Brücke, welche das Doppelverhältnis aus den Sinus
der von den Dachebenen gebildeten Neigungswinkel nachbildet, ist in Abb. 4 in Draufsicht
von vorn und in Abb. 4a in Draufsicht von oben dargestellt. 44 bedeutet die
Einheit zweier starr miteinander verbundener quadratischer Träger aus Isolierstoff,
die parallel zur Kante 45 mit Widerstandsdraht gleichmäßig bewickelt sind, der sich
im Punkt 46 nach beiden Trägern verzweigt und an Spannung gelegt werden kann. Beien
Ausführungsbeispiel 'sind die beiden Träger nach dem Bewickeln unter Zwischenschaltung
einer Isolierplatte unmittelbar aufeinandergelegt. Auf den beiden Zweigen des Widerstandsdrahtes
kann mittels je eines Gleitkontaktes 47 und 48 Spannung abgegriffen werden. Die
Kontakte 47 und 48 befinden sich an zu der Stelle 46 homologen Stellen zweier entsprechend
mit Widerstandsdraht bewickelter quadratischer Träger 49 und 50, von denen der Träger
49 oberhalb und der Träger 5o unterhalb der Zeichenebene zu denken ist. Die beiden
Träger 49 und 50 sind um eine Achse 51 verschwenkbar und werden mittels Fernübertragung
relativ zu der Geraden 52 derart verschwenkt, daß die Verbindungsgeraden 52, 53,
54 des Drehpunktes 51 mit den drei Kontakten 46, 47, 48 miteinander die Winkel a
und ß bilden. Ein ebenfalls um den Mittelpunkt 51 verschwenkbarer gabelförmiger
Arm 55 trägt ein Kontaktpaar 56, welches zwei Stellen auf den Platten 49 und 5o
miteinander kurzschließt und an negative Spannung gelegt werden kann.
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Zwischen den Spannungszuführungsstellen 46 und 56 herrscht also eine
Stromverzweigung nach Art einer Wheatstoneschen Brücke, deren Brückenstrom zwischen
den Kontakten
4.7 und 48 mittels Leitungen 57 und 58 einem hochohmigen
Meßinstrument zugeführt werden kann.
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Gemäß dein Verfahren nach der Erfindung werden nun die beiden Brückenströme
einander angeglichen, was beispielsweise dadurch geschehen kann, daß die Leitungen
42, 43 und 57, 58 an die beiden Spulen eines Differentialgalv anometers geführt
werden und entweder von Hand oder durch eine an sich bekannte selbsttätige Vorrichtung
der Differentialgalvanonieterstrorhi auf Null gebracht wird. Das Angleichen der
beiden Brückenströme geschieht durch ein Verschwenken des Armes 55, der bei Stromgleichheit
der beiden Brücken den gesuchten Winkel y mit der Geraden 54 einschließt. Die Stellung
des armes 55 gibt also die Neigung und die Lage der Schiene 24 die Richtung der
gesuchten Dachebene des Geschützes .4 an.
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Die Tatsache, daß bei Strorngleichzeit der beiden Wheatstoneschen
Brücken die beiden Doppelverhältnisse einander gleich sind, hat naturgemäß die Bedingung
zur Voraussetzung, daß die beiden Wheatstoneschen Brücken elektrisch gleichwertig
sind, d. h. daß die angelegte Spannung und die Gesamtwiderstände bzw. die sehr hoch
zu wählenden Widerstände der Spulen des Differentialgalvanometers gleich sind. Es
wird unter Umständen zweckmäßig sein, diese Bedingung nicht genau einzuhalten und
statt dessen die Fernsteueranlage ein für allemal derart zu eichen, daß auf einen
bestimmten Differenzstrom des Differentialgalvanometers eingestellt werden kann.
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Über das geschilderte Ausführungsbeispiel hinaus liegt es selbstverständlich
noch im Rahmen der Erfindung, daß die Brückenschaltungen anders ausgebildet sind
oder überhaupt an Stelle der Nachbildung der Doppelverhältnisse durch Wheatstonesche
Brücken eine mechanische Nachbildung durch Getriebe tritt. Ebenfalls können mehrere
derartige Fernsteuereinrichtungen miteinander kombiniert werden, falls insgesamt
mehr als vier untereinander fernzusteuernde Geräte vorhanden sind. Andererseits
kann, falls nur zwei Beobachtungsgeräte vorhanden sind, das dritte Gerät durch einen
willkürlich gewählten Ort ersetzt und damit eine der Größen, die die beiden Doppelverhältnisse
bestimmen, willkürlich angenommen werden.