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Vorrichtung zur Betrachtung und Messung der Geschwindigkeit bzw. der
Entfernung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Betrachtung und Messung
der Geschwindigkeit bzw. der Entfernung von relativ zum Beobachter bewegten Körpern,
wobei vorzugsweise an den Fall der Bewegung eines Flugzeuges gegenüber der Erdoberfläche
unter Beobachtung vom Flugzeug aus gedacht wird. Bei der Entfernungsmessung von
Flugzeugen für Zwecke der Flugabwehr sind Vorrichtungen üblich, die zur Erzielung
einer raumparallaktischen Betrachtung von einer verhältnismäßig großen Basis Gebrauch
machen, durch welche das Auge zwei verschiedene Raumbilder des Flugzeuges erhält.
Dabei werden durch eine Nachstellung der Objektive beide Bilder zur Deckung gebracht,
wobei der hierfür erforderliche Nachstellwinkel ein Maß für die Entfernung des anvisierten
Flugzeuges bildet. Optische Meßgeräte mit einer Basis von mehreren Metern lassen
sich jedoch auf Fluzeugen praktisch nicht unterbringen, so daß für diese eine kleinere
Meßvorrichtung notwendig wird.
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Hierfür gibt die Erfindung eine vorteilhafte Ausführungsform an. Die
Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß, wenn die Betrachtung eines relativ zum
Beobachter be-.wegten Körpers intermittierend erfolgt, zwischein zwei zeitlich aufeinanderfolgenden
Betrachtnngsbildern die räumliche Parallaxe st herrscht, die gleich ist jenem Weg,
den der Beobachtungsort und der Körper relativ zueinander während der Betrachtungspaus
e, die im folgenden als Dunkelperiode bezeichnet werden wird, zurückgelegt haben.
Für einen im Flugzeug befindlichen Beobachter ergibt sich so eine Beobachtungsparallaxe
von z. B.
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10 rn, wenn er das gleiche Bodenobjekt kurzzeitig. in Abständen von
je 1/10 Sekunde betrachtet. Infolgedessen besteht die Möglichkeit
zur
raumparallalitiscllen Betrachtung des Objekts während der Bewegunsdauer, menn die
aufeinanderfolgenden Betrachtungsbilder abwechselnd dem rechten und dem linken auge
des Beobachters zugeführt wrden, sofern der Bildwechsel genügend schell vor sich
geht, um zufolge der Tragheit des Sehorgans zu einer Verschmelzung der Einzelbilder
zu führen.
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Diese Verhältnisse treffen nun auch dann zu, wenn, wie es die Erfindung
vorschlägt, die Betrachtung mit bewaffnetem Auge mittels eines Doppeliernorohres
erfolgt, dessen beide Lichtwege abwechselnd verdeckt werden, wobei zwischen der
Verdeckung eines und der Öffnung des andern Lichtweges eine gemeiinsame Dunkelperiode
liegt. Ordnet man in jedem der Einzelrohre in der dem Objektiv-und Okularsystem
gemeinsamen Brennebene in der von Zielrohren her bekannten Art je eine Strichmarke
an, von dellen mindestens eine quer durch das Gesichts-feld verschiebbar ist, so
treten bei der beschriebenen intermittierenden Betrachtung des relatiy zum Betrachtuingsort
bewegten Objekts die folgenden Erscheinungen auf. Befinden sich beide Marken an
der gleichen Stelle des Gesichtsfeldes, so pendelt das Fernrohrbild in der Be'vegungsrichtung
um eine bestimmte Strecke s't hin und her, was hei gen2gend schellem Bildwechsel
als erbreiterung der Marke in der Bewegunsrichtung empfunden wird, Verschiebt man
nun die cine der beiden marken, so kann nian es erreichen, daß die Verbreiterung
der strichmarke kompensiert und diese als Strich der tatsächlichen Dicke wahrgenommen
wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Strichmarke in der Bewegungsrichtung um die
obige Strecke s't verschoben wird.
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Zwischen dieser Verschiebungsstrecke und dem Weg st, den das objekt
oder der Beopbachtungsort während einer Dunkelperiode zurücklegen, besteht die Beziehung
: st=s't/ß, worin ß die Fernrohrvergrößerung. somit eine Instrumentenkonstante bedeutet.
wurde die Dauer der Dunkelperiode mit Iln sec. bemessen, so beträgt die stundengeschwindigkeit
v des Beobachtungsorts#oder Objekts: v=s't (3600 n/ß), worin die Größe innerhabl
der Klammer sich wiederum als Instrumentenkonstante darstellt, so daß bei Kenntnis
dieser Konstante aus der Verschiebungsstrecke der Strichmarke unmittelbawr die Geschwindigkeit
bestimmt werden kann.
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Zu diesem Zwecke erfolgt die Verschiebung der strichmarke mittels
einer Mikrometerschraube, an der selbstverständlich eatweder das Verschiebungsmaß
oder aber infolge entsprechender Eichungunmittelbar die Stunden- oder Sekundengeschwindigkeit
abgelesen werden kann. Um zu vermeiden, daß das Doppelfernrohr zwecks Ablesung der
erwähnten Skala vom Auge abgesetzt werden muß, kann erfindungsgemäß in an sich bekannter
Weise die Abbildung der Skala im Gesichtsfeld des Fernrohrs selbst erfolgen.
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Eine Fehlerquelle dieser messung ergibt sich daraus, daß die Bewegung
des Beobaclltungsortes oder Objektes während der Hellperioden nicht aussetzt. Erfindungsgemäß
wird der Meßfehler dadurch sehr klein gehalten, da die gemeinsamen dunkelperioden
beider Rohre wesentlich länger als die Heliperioden bemessen werden. Beispielsweise
sollen die gemeinsamen Dunkelperioden um mindestens eine Größenordnung länger als
die hellperioden sein.
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Die beschriebene Vorrichtung mit der intermittierenden Abdeckung
der beiden Rohre eines Domppelfernrohres eignet sich auch für die Zwecke der Winkelmessung,
auch in diesem Falle ist in beiden Rohren in der gemeinsamen Schärfeebene des objektivs
und des Okulars je eine, in diesem Falle feststebende Strichmarke anzuordnen. Bei
Betrachtung eines relativ zum Beobachtungsort bewegten objekts pendelt das Fernrhrbild
in der Bewegunsrichtung und kann erfindungsgemäß dadurch zum Stillstand gebracht
bzw. die scheinbare Verbreiterung der Strichmarke kann dadurch kompensiert werden,
daß die Visierrichtungen beider Robre in der Objektebene zum Schnitt gebracht werden.
Infolgedessen ist die hierzu notwendige Drehung der Visierrichtung eines rohrs oder
auch beider Rohre nichts anderes als der Visierwinkel. Der Drehwinkel α läßt
sich selbstverständlich an einer Skala ablesen, die auch im Tangensmaß geeicht sein
kann. Auch hier ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Skala im Gesichtsfeld des
Fernorhrs abgebildet wird, so daß sie ohne Absetzen des Instraments abgelesen werden
kann.
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Die Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung und die Vorrichtung zur
Winkelmessung können erfindungsgemäß in einem einzigen Instirument dadurch vereinigt
sein, daß das Gesichtsld beider Rohre in zwei Hälften unterteilt ist. so daß die
Strichmarke in der einen Halfte durch Verschiebung und in der anderen durch Drehung
der Visicrrichtung zur Deckung gebracht wird. Ein solches kombiniertes Instrument
kann erfindungsgemäß so eingerichtet sein, daß statt der Ablesung des Visierwinkels
unmittelbar die Ablesung der Entfernung erfolgt. Dies wird dadurch erreicht. daß
am Winkelmesser eine mehrteilige Skala angebracht ist, die iii
Entfernungswerten
oder Höhenwerten gemäß der Beziehung geeicht ist? h = 1/2 st # tang α.
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Jedem Skalenteil oder jeder Zahlenreihe liegen andere Werte von st
zugrunde. Es ist nun die Einrichtung getroffen, daß bei Einstellung des Geschwindigkeitsmessers
zwangsläufig jene Skalenreihe des Winkelmessers freigegeben oder ins Gesichtsfeld
gerückt wird, die auf Grund des eben ermittelten st-Wertes berechnet wurde, so daß
unmittelbar die Ablesung der Entfernung oder Höhe erfolgt.
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Die beschriebene Entfernungsmessung läßt sich auch dann ausführen,
wenn nicht nur der Beobachtungsort bewegt ist, sondern auch der Gegenstand dessen
Entfernung vom Beobachtungsort bestimmt werden soll. Einen Beispielsfall bildet
die Höhenmessung eines Flugzeuges von einem anderen Flugzeug aus, wobei sich das
Beobachtungsflugzeug oberhalb des beobachteten Flugzeuges befindet. t In diesem
Falle sind nach dem beschriebenen Verfahren zwei Entfernungen zu bestimmen: die
Entfernung des Beobachtungsflugzeuges vom Grund und die Entfernung des beobachteten
Flugzeuges vom Beobachtungsflugzeug.
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Die Differenz beider Meßergebnisse gibt die Höhe des beobachteten
Flugzeugs über Grund an. Selbstverständlich setzt diese Messung voraus, daß das
Beobachtungsflugzeug während der Vornahme der beiden Messungen weder seine Flughöhe
noch seine Geschrvindigkeit erheblich verändert.
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Die neuen Vorrichtungen bieten gegenüber den bekannten auch dann
den Vorzug erheblicher Beobachtungsempfindlichkeit, Y;enn Bewegungsrichtung und
Betrachtungsrichtung zusammenfallen. Deshalb läßt sich damit auch eine messung des
Anflugs von Zielen vornehmen, indem man die Entifernung von dem angeflogenen Ziel
oder auch die Höhe über Grund beim Landen, insbesondere bei sehr hohen Landungsgeschwindigkeiten,
genau feststellen kann. Zu diesem Zweck werden zwei Zielmarken nebeneinander, hintlereinander
oder übereinander an dem angeflogeneu Ziel angebracht und die optischen Achsen der
Rohre des Doppel fernrohrs so gegeneinander geneigt, daß sich die betrachteten Zielmarken
überdecken, wenn eine bestimmte Entfernung von dem Ziel oder eine bestimmte Höhe
über Grund erreicht ist. Statt physischer Zielmarken können auch die optisch vom
bewegten beobachtungsort aus auf Idem Grund erzeugten Abbildungen solcher Marken
dienen. Dem Grund gleichwertig ist auch eine Wasseroberfläche. Ohne intermittierende
Absdeclu2ng und Freigabe der beiden Gesichtsfelder wäre der exakte Augenblick der
Überdeckung nur schwer zu erkennen, während dies hier leicht der Fall ist, weil
die Bilder der Ziel, marke sich vor der erreichten Überdeckung zu bewegen scheinen
und im Augenblick der Überdeckung zur Ruhe gelangen.
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Die Verdeckung und Öffnung der Lichtwege erfolgt beispielsweise durch
eine kleine rotierende Flügelbelnde, die mittels eines Uhrwerks in stetige Umdrehungen
versetzt wird und abwechselnd die eine Okularlinse des Fernrohres abdeckt und die
andere freigibt. Die Umdrehungszahl der Blende ist zweckmäigerweise regelbar, da
bei größerer Flughöhe eine größere Parallaxe erwünscht ist und andererseits die
Parallaxe be gegebener Umdrehungsgeschwindigkeit der Flügelblende mit zunehmen,
der Fluggeschwindigkeit wächst, PATENTANSPRÜVCHE: 1. Vorrichtung zur Betrachtung
und Messung der Geschwindigkeit bzw. Entfernung von relativ zum Beobachter bewegten
Körpern, gekennzeichnet durch ein Doppelfernrohr, dessen beide Lichtwege abwechselnd
verdeckt werden, wobei zwischen der Verdeckung eines und der Öffnung des anderen
Lichtwegs eine geineinsarne Dunkelperiode liegt.