DE716897C

DE716897C - Method and device for the monostatic acoustic determination of the altitude and airspeed of a target being pursued by means of a listening device

Info

Publication number: DE716897C
Application number: DEA83494D
Authority: DE
Inventors: Jiri Cirikov; Vladimir Stoll
Original assignee: Skoda kp
Current assignee: Skoda kp
Priority date: 1936-08-31
Filing date: 1937-07-06
Publication date: 1942-02-04

Description

Verfahren und Einrichtung zur monostatischen akustischen Bestimmung der Flughöhe und Fluggeschwindigkeit eines mittels einer Abhorchvorrichtung verfolgten Zieles Die bisher bekanntgewordenen Verfahren zur akustischen Bestimmung der Flughöhe und Fluggeschwindigkeit eines mittels einer Abhorchvcrrichtung verfolgten Zieles erfordern vom Standpunkte der uberhaupt erreichbaren Zuverlässigkeit der Messung eine verhältnismäßig zahlreiche Bedienungsmannschaft und großen Zeitaufwand.Method and device for monostatic acoustic determination the altitude and airspeed of one tracked by means of a listening device Objective The previously known method for acoustic determination of flight altitude and airspeed of a target being tracked by a listening device require from the standpoint of the generally achievable reliability of the measurement a relatively numerous operating team and a large expenditure of time.

Insbesondere manche graphische Methoden, welche auf der Berechnung von schwierig errechneten Hilfsfunktionen beruhen, verlieren in der Praxis ihre sonst theoretisch voll begründete Überzeugungskraft, sobald sie auf die Genauigkeit und Stetigkeit der akustisch bestimmten Elemente angewiesen sind. Außerdem erfordert die Auswertung solcher Hilfsfunktionen und die Vergleichung ihres Verlaufes mit Funktionsvorlagen eine tadellose Zusammenarbeit der manchmal bis fünfgliederigen Bedienungsmannschaft, welche im nervenanstrengenden Kampfe nur sehr schwer erreichbar ist. In particular, some graphical methods that are based on the calculation are based on difficultly calculated auxiliary functions lose theirs in practice otherwise theoretically fully founded power of persuasion as soon as they point to the accuracy and continuity of the acoustically determined elements are dependent. Also requires the evaluation of such auxiliary functions and the comparison of their course with Functional templates an impeccable cooperation of the sometimes up to five-part Service team, which is very difficult to reach in the stressful fight is.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der monostatischen Bestimmung der Flughöhe und Fluggeschwindigkeit des akustisch verfolgten Zieles unter sparsamer Verwendung von Bedienungspersonen und mit Zeitersparnis in der Weise gelöst, daß die vom Korrektor der Schallparallaxe mittels der geschätzten Werte der Fluggeschwindigkeit und Flughöhe fortlaufend ausgewertete, allgemein veränderliche Geschwindigkeit des korrigierten Zieles mit einer künstlich gebildeten gleichbleibenden Geschwindigkeit so lange unter Änderung des geschätzten Geschwindigkeitswertes verglichen wird, bis der Unterschied zwischen der vom Korrektor ausgewerteten Geschwindigkeit und der künstlich gebildeten Geschwindigkeit bei richtig geschätzter, in der Voreilapparatur des Korrektors eingestellter Fluggeschwindigkeit unveränderlich bleibt, und daß dieser Ünterschied zur richtigen Einstellung der geschätzten Flughöhe durch Änderung der künstlich gebildeten Geschwindigkeit auf Null gebracht wird. According to the invention, the task of the monostatic determination of the Flight altitude and flight speed of the acoustically pursued target under more economical Use of operators and with time saving solved in such a way that that of the corrector of the sound parallax using the estimated values of the airspeed and Altitude continuously evaluated, generally variable speed of the corrected target with an artificially formed constant speed as long as the comparison is made while changing the estimated speed value, until the difference between the speed evaluated by the corrector and the artificially generated speed at a correctly estimated speed in the advance apparatus the corrector set airspeed remains unchanged, and that this difference to the correct setting of the estimated flight altitude by changing the artificially generated speed is brought to zero.

Das Wesen dieses Verfahrens begründet sich einerseits auf der üblichen grundl,egenden Voraussetzung iiber die Flugbewegung zur Zeit der Messung, nämlich der gleichmäßigen, geradlinigen Bewegung in gleichbleibender Hohe, andererseits auf dem Einfluß des derart definierten Fluges des Zieles auf den Charakter der Bewegung des gehörten und durch die Abhorchvorrichtung verfolgten vermeintlichen Zieles@ Eine Einrichtung zur D,urchführung des erwähnten Verfahrens besitzt eine Addiervorrichtung für die Vergleichung,der beiden GeschwindiglSeiten, wobei das Addierorgan dieser Vorrichtung mit einem Drehzahlmesser verbunden ist, so daß dessen Zeiger durch Verbessierung der geschätzten Werte der Geschwindigkeit und Höhe des Zieles dauernd in die Nullstellung gebracht werden kann. The essence of this procedure is based on the one hand on the usual fundamental prerequisite for the flight movement at the time of the measurement, namely the even, straight movement at a constant height, on the other hand on the influence of the thus defined flight of the target on the character of the movement the supposed goal heard and pursued by the eavesdropping device @ A device for carrying out the above-mentioned method has an adding device for the comparison of the two sides of the speed, the adding element of this Device is connected to a tachometer, so that its pointer by improvement the estimated values of the speed and altitude of the target permanently in the zero position can be brought.

Es sind zwar hereits an sich Addiervorrichtungen bekannt, bei denen zwei Geschwindigkeiten mittels Differentialgetriebe verglichen werden und bei Gleichheit beider Geschwindigkeiten ein Zeiger zum Stillstand gebracht wird. Mit diesen Vorrichtungen können aber keinesfalls die Flugwerte auf Grund der akustischen Zielverfolgung un mittelbar bestimmt werden, sondern es wäre vielmehr notwendig, die Flugwerte optisch zu ermitteln und in die Vorrichtung einzubringen. It is true that adding devices are already known in which two speeds are compared by means of differential gears and if they are equal a pointer is brought to a standstill at both speeds. With these devices However, in no way can the flight values due to the acoustic target tracking un can be determined indirectly, but rather it would be necessary to optically determine the flight values to be determined and introduced into the device.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die künstlich gebildete Vergleichsgeschwindigkeit zweckmäßig durch einen kleinen Motor mit gleichbleibender Drehzahl gewonnen, welcher mit einer stufenlos veränderlichen Übersetzung verbunden ist, deren Übersetzungsverhältitis proportional zum geschätzten Geschwindigkeitswert eingestellt werden kann. Der zur Bildung der Vergleichsgeschwindigkeit dienende Motor kann mit einem Drehzahlmesser versehen werden. der eine solche Teilung aufweist, daß er bei richtiger Einstellung der Geschwindigkeitswerte unter Veränderung der sonst gleichbleibenden Drehzahl des Motors unmittelbar den Wert der Flughöhe anzeigt. In the device according to the invention, the artificially formed Comparison speed expediently by a small motor with constant Speed gained, which is connected with a continuously variable translation whose gear ratio is proportional to the estimated speed value can be adjusted. The one used to form the comparison speed The engine can be fitted with a tachometer. which has such a division, that if the speed values are set correctly, the Otherwise constant speed of the engine immediately shows the value of the flight altitude.

In Abb. I ist die augenblickliche Lage des Zieles A, und zwar die akustische @a und die tatsächliche oder optische A0 im Maßstab des Schallparallaxenkorrektors veranschaulicht. In Fig. I is the current position of target A, namely the acoustic @a and the actual or optical A0 on the scale of the sound parallax corrector illustrated.

Die Entfernung A0Aa = N gibt im Maßstab der Vorrichtung die augenblickliche Voreilung oder den Vorsprung des tatsächlichen (optischen) Zieles A0 vor dem gehörten (akustischen) Ziele Aa an. Dieser Vorlauf N wird jedoch von der Vorrichtung als Funktion der Geschwindigkeit und der Zielentfernung bei der bekannten Schallgeschwindigkeit ausgewertet, so daß sich eine unrichtig vorausgesetzte Flughöhe lt' auch durch eine ab reichende Geschwindigkeit des unrichtig korrigierten Zieles A0' im Verhältnis v0/v'0 = h/h' bemerkbar macht. The distance A0Aa = N gives the instantaneous on the scale of the device Advance or the lead of the actual (optical) target A0 in front of the heard (acoustic) targets Aa. This lead N is, however, from the device as Function of the speed and the target distance at the known speed of sound evaluated, so that an incorrectly assumed flight altitude can also be achieved by a From reaching speed of the incorrectly corrected target A0 'in the ratio v0 / v'0 = h / h 'noticeable.

Aus der Bewegung des korrigierten Zieles Ao kann die Richtigkeit der geschätzten Geschwindigkeit v'0 beurteilt werden. Die grundlegende Voraussetzung der gleichmäßigen Bewegung des Zieles wird -dann erfüllt sein, wenn die Maßstabgeschwindigkeit ,1-'o des korrigierten, Zieles A0 gleichbleibt, und zur Erfüllung dieser Bedingung ist es erforderlich, daß die an der Vorrichtung durch Schätzung eingestellte Geschwindigkeit des Zieles im Maßstab der tatsächlichen Flugzeuggeschwindigkeit entspricht. Diese Bedingung bleibt in Gültigkeit ohne Rücksicht auf die Richtigkeit der vorausgesetzten Flughöhe h'. Correctness can be determined from the movement of the corrected target Ao the estimated speed v'0 can be assessed. The basic requirement the steady movement of the target will then be satisfied when the scale speed , 1-'o of the corrected, target A0 remains the same, and to satisfy this condition it is necessary that the speed set on the device by estimation of the target corresponds to the actual aircraft speed on a scale. These Condition remains valid regardless of the correctness of the presupposed Altitude h '.

Den analytischen Ausgangspunkt für die Lösung dieser physikalischen Vorgänge bildet die Differentialgleichung v0 = konst. = va - dN/dt in welcher der veränderliche Wert der Voreilung.R' durch den Korrektor aus den akustischen Elementen des Zieles als Funktion der geschätzten Werte v'0 = kv # v0 und h' = kh im Maßstab der Vorrichtung 1/n ausgewertet wird, so daß der Ausdruck für die korrigierte maßstäbliche Geschwindigkeit des Zieles die Form erhält: Diese Geschwindigkeit wird mit Rücksicht auf die im Korrektor vorausgesetzte geschätzte Zielgeschwindigkeit im allgemeinen nicht gleichbleibend sein. Zwecks Beurteilung der Richtigkeit der Schätzung der Zielgeschwindigkeit v0' ist es nötig, dieselbe im Maßstab der Vorrichtung 1/n mit der allgemein veränderlichen Geschwindigkeit vO" zu vergleichen, welche fortlaufend vom Korrektor ausgewertet wird.The analytical starting point for the solution of these physical processes is the differential equation v0 = const. = Va - dN / dt in which the variable value of the lead.R 'by the corrector from the acoustic elements of the target as a function of the estimated values v'0 = kv # v0 and h '= kh is evaluated on the scale of the device 1 / n, so that the expression for the corrected scale speed of the target is given the form: In view of the estimated target speed presupposed in the corrector, this speed will generally not be constant. In order to assess the correctness of the estimate of the target speed v0 ', it is necessary to compare the same on the scale of the device 1 / n with the generally variable speed v0 ", which is continuously evaluated by the corrector.

Die geschätzte Geschwindigkeit v0' kann auch in Abhängigkeit von der tatsächlichen Geschwindigkeit des Zieles im Maßstab der Vorrichtung in der Form ausgedrückt werden: kyv0 dN - I .k1,. V = I Zukv vO = kv v,- n n n dt Der Unterschied der beiden Geschwindigkeiten bildet ein Kriterium für die beiden geschätzten Größen; für kv = 1 nimmt er einen gleichbleibenden Wert an, welcher die Richtigkeit der Schätzung der Geschwindigkeit bestätigt, und bei kh = 1 wird er gleich Null, was der Bedingung der richtig eingestellten Flughöhe entspricht.The estimated speed v0 'can also be expressed as a function of the actual speed of the target on the scale of the device in the form: kyv0 dN - I .k1 ,. V = I Zukv vO = kv v, - nnn dt The difference between the two speeds forms a criterion for the two estimated sizes; for kv = 1 it assumes a constant value, which confirms the correctness of the estimate of the speed, and at kh = 1 it becomes equal to zero, which corresponds to the condition of the correctly set flight altitude.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine Vorrichtung, welche fortlaufend die Größe des Unterschiedes v0" - 1/n # v'0 mittels einer in Abb. 2 beispielsweise im Schema veranschaulichten Anordnung auswertet. The invention now relates to a device which continuously the size of the difference v0 "- 1 / n # v'0 by means of one in Fig. 2 for example evaluates the arrangement illustrated in the scheme.

Die vom Korrektor verbesserte maßstäbliche Geschwindigkeit des Zieles v0" wird fortlaufend mittels einer Zahnstangenübersetzung 1 und 2 auf das Planetenrad 3 eines Differentialgetriebes übertragen, dessen Satellitenrad 4, welches ein Addierorgan vorstellt, mit dem Drehzahlmesser 5 verbunden ist. Das zweite Planetenrad 6 des Differentials 4 wird mittels der Welle 7 von der Reibscheibe 8 angetrieben, welche mit der RSeibscheibeg in Eingriff steht und von deren Mitte beliebig weit vorgeschoben werden kann. Die Größe dieser Verschiebung wird maßstäblich der geschätzten Fluggeschwindigkeit v0' gleichgehalten. Die Reibscheibe 9 wird mittels eines kleinen Motors 10 mit veränderbarer, jedoch sonst gleichbleibender Drehzahl Tx = x # T angetrieben, welche am Drehzahlmesser II überwacht wird. The corrector's scaled speed of the target v0 "is continuously transferred to the planetary gear by means of a rack transmission 1 and 2 3 transmitted a differential gear, the satellite wheel 4, which is an adder introduces, is connected to the tachometer 5. The second planetary gear 6 des Differential 4 is driven by means of the shaft 7 of the friction disk 8, which is in engagement with the RSeibscheibeg and advanced as far as desired from its center can be. The magnitude of this shift is scaled to the estimated airspeed v0 'kept the same. The friction disk 9 is driven by a small motor 10 with variable, but otherwise constant speed Tx = x # T driven, which on the tachometer II is monitored.

Bei passend gewählten Übersetzungen I, 2 und 8, 9 zeigt der Drehzahlmesser 5 bei x= I den Geschwindigkeitsunterschied Coy = cv - Co' # v0" I t0 v0" an, welcher bei richtig geschätzter Geschwindigkeit v0, gleichbleibt und nach Einstellung der richtigen Flughöhe h zu Null wird, was dann eintritt, wenn lt' x = kh = @/h. If the gear ratios I, 2 and 8, 9 are appropriately selected, the rev counter shows 5 at x = I the speed difference Coy = cv - Co '# v0 "I t0 v0", which with correctly estimated speed v0, remains the same and after setting the correct altitude h becomes zero, which occurs when lt 'x = kh = @ / h.

Zu diesem Zwecke ist die Skala des Drehzahlmessers II mit einer Proportionalitätsteilung versehen, welche unmittelbar das Höhenverhältnis kh angibt. Diese Skala kann derart den reziproken Wert eines Vielfachen der Motorgeschwindigkeit angeben, daß unmittelbar der Wert der Flughöhe abgelesen werden kann. For this purpose the scale of the tachometer II has a proportional graduation provided, which directly indicates the height ratio kh. This scale can be like that indicate the reciprocal of a multiple of the engine speed that immediately the value of the flight altitude can be read off.

Mit der dargestellten Einrichtung wird folgendermaßen gearbeitet: Die vom Korrektor ausgewertete Geschwindigkeit vO" wird durch die Zahnräder 2, 3 auf das Satellitenrad 4 gebracht, auf welches andererseits die durch den Motor 10 künstlich gebildete gleichbleibende Geschwindigkeit #' über die Scheiben 8, 9 und das Zahnrad 6 einwirkt. Da im allgemeinen bei unrichtiger Schätzung der Fluggeschwindigheizt die vom Korrektor ausgewertete Geschwindigkeit v0" und daher auch die Geschwindigkeit #" ungleichmäßig sein wird, während die Geschwindiglceit co' gleichmäßig ist, wird sich der Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten co' und co" ändern, was durch die Bewegung dFes Zeigers des Drehzahlmessers- 5 erkennbar ist. Es muß nun die geschätzte Fluggeschwindigkeit v0' so lange geändert werden, bis die vom Korrektor ausgewertete Geschwindigkeit v0" einen gleich bleibenden Wert annimmt, was sich dadurch äußert, daß der Zeiger des Drehzahlmessers 5 auf einem bestimmten Wert stehenbleibt. The device shown is used as follows: The speed vO "evaluated by the corrector is determined by the gears 2, 3 brought to the satellite wheel 4, on which the other hand, the motor 10 artificially formed constant speed # 'over the disks 8, 9 and the gear 6 acts. Since the flight speed is generally heated if the estimate is incorrect the speed v0 "evaluated by the corrector and therefore also the speed # "will be uneven while the speed co 'will be steady the difference between the speeds co 'and co "change what by the movement dFes pointer of the rev counter 5 can be seen. It must now be the cherished one Airspeed v0 'can be changed until the one evaluated by the corrector Speed v0 "assumes a constant value, which is expressed by that the pointer of the tachometer 5 stops at a certain value.

Dies ist ein Zeichen, daß beide Geschwindigketten co' und co" gleichbleibend sind, wobei der Drehzahlmesser 5 den Unterschied zwischen diesen zwei Geschwindigkeiten angibt.This is a sign that both speed chains co 'and co "remain the same are, the tachometer 5 the difference between these two speeds indicates.

Um nun diesen Unterschied auf Null zu bringen, wird die sonst gleichmäßige Geschwindigkeit des Motors 10 derart geändert, daß der Zeiger des Drehzahlmessers 5 auf Null sinkt. Der Drehzahlmesser II gibt dann unmittelbar das Höhenverhältnis kit oder die Flughöhe an.In order to bring this difference to zero, the otherwise uniform one is used Speed of the motor 10 changed so that the pointer of the tachometer 5 drops to zero. The tachometer II then immediately gives the height ratio kit or altitude.

Es genügt daher, daß die Bedienungsperson den Zeiger des Drehzahlmessers 5 auf einem gleichbleibenden Wert bzw. auf Null erhält und allfällige Schwankungen derselben durch Verbesserung des geschätzten Geschwindigkeitswertes beseitigt, während dauernde Abweichungen durch Veränderung des Höhenverhältnisses kto d. i. durch Veränderung der Drehzahl des Motors 10 ausgeglichen werden. It is therefore sufficient that the operator the pointer of the tachometer 5 on a constant value or to zero and any Fluctuations thereof by improving the estimated speed value eliminated, during permanent deviations by changing the height ratio account d. i. can be compensated for by changing the speed of the motor 10.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Method for monostatic acoustic Determination of altitude and airspeed by means of a listening device pursued goal, characterized in that the I (orrector of the Schail parallax continuously evaluated using the estimated values of airspeed and altitude, generally variable speed of the corrected target with an artificial formed constant speed as long as changing the estimated Speed value is compared until the difference between that of the EZorrelstor evaluated speed and the artificially generated speed at correct estimated airspeed set in the advance device of the corrector remains unchangeable, and that this difference to the correct attitude of the estimated flight altitude by changing the artificially generated speed Sull is brought.

2. Device for performing the method according to claim I, characterized by an adding device (3, 4, 6) for the comparison of the two speeds, the adder (4) of this device being connected to a tachometer (5) is so that its pointer by improving the estimated values of the speed and the height of the target can be continuously brought into the zero position.

3. Device for performing the method according to claim I, characterized characterized in that the artificially formed comparison speed by a small motor (io) with constant speed is formed, which with a continuously variable translation (8, 9) is connected, their transmission ratio proportional. can be set to the estimated speed values.

4. Device for performing the method according to claim I, characterized characterized in that the motor used to form the comparison speed (10) is provided with a tachometer (I I), which after correct setting the speed values while changing the otherwise constant speed of the motor (io) immediately shows the value of the flight altitude.