DE955437C - Rueckstrahlortungsgeraet mit linearer Raumabtastung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 3. JANUAR 1957

Die Erfindung bezieht sich auf ein spezielles Rückstrahlortungsgerät mit linearer Raumabtastung. Bei derartigen Geräten führt das Bündel eine Hauptabtastbewegung aus durch periodisches Schwingen um eine erste Achse über einen Winkel, der wesentlich größer als die Bündelbreite in der Richtung der Abtastbewegung ist. Ein Ziel wird in der Weise gesucht, daß man das Bündel sich drehen läßt um eine zweite Achse, welche die erste, obenerwähnte Achse kreuzt oder schneidet und die vorzugsweise eine Seitenrichtachse ist. Das Ortungsgerät ist mit einer Vorrichtung versehen, welche den Empfang eines Echos von einem reflektierenden Gegenstand sowie den zugehörigen Stand des Bündels, gemessen um die erste Achse, anzeigt. In dieser Weise wird die Richtung des reflektierenden Objektes bestimmt. Ein derartiges, Gerät liefert den Seitenwinkel und den Höhenwinkel eines sich im Raum befindenden, von dem Bündel getroffenen Gegenstandes,, und weil es meistens auch über eine Vorrichtung verfügt, um die Laufzeit des Echos zu bestimmen, liefert es auch den Abstand bis "zn dem Gegenstand. Die Genauigkeit der Winkelmessung ist nicht sehr groß, und für artilleristische Zwecke, besonders für das Richten von Flak, genügt die Genauigkeit des Gerätes

nicht. Zu diesem Zweck werden Geräte mit kegelförmiger Abtastung verwendet. Es ist jedoch mit den Geräten mit linearer Abtastung, besonders wenn man das Bündel senkrecht zur Abtastfläche verbreitert, möglich, sehr schnell die Position eines Flugzeuges zu bestimmen, wenn diese noch vollständig unbekannt ist und durch Suchen mit dem Bündel gefunden werden muß, dies im Gegensatz zu den Geräten mit kegelförmiger Abtastung. Dies ίο ist z. B. besonders wichtig bei Rückstrahlortungsgeräten für das Hereinlotsen von Flugzeugen in Lufthäfen, welche Geräte ihre Aufgabe mit dem Suchen des hereinzulotsenden Flugzeuges anfangen müssen.

Die Abtastung, welche im allgemeinen in der Höhenwinkelfläche stattfindet, kann dadurch herbeigeführt werden, daß man die ganze Linse oder den ganzen Reflektor um eine Achse, im allgemeinen um eine Höhenrichtachse schwingen läßt, oder dadurch, daß man den Strahler eine Bewegung nach oben und nach unten in bezug auf die Linse oder den Reflektor machen läßt.

• Die Abtastfrequenz / wird bestimmt von der Impulsfolgefrequenz P, der Amplitude A_m der Abas tastbewegung, der Bündelbreite B in der Abtastrichtung und der Anzahl reflektierter Impulse n, welche wenigstens in der Periode, während welcher das Bündel den Gegenstand passiert, von diesem Gegenstand zurückempfangen werden müssen. Bei sinusförmiger Abtastung wird:

Eine höhere Abtastfrequenz ist nicht zulässig, da sonst in gewissen Teilen des Abtastzyklus von einem Gegenstand eine zu niedrige Anzahl Echoimpulse zurückempfangen wird.

Bei der Abtastbewegung beschreibt das Bündel am Himmel Bahnen mit einer Breite, welche der senkrecht zur Abtastfläche gemessenen Bündelbreite . gleich ist. Beim Suchen muß der Himmel in einem Streifen, dessen Höhe zweimal so groß ist wie die Amplitude A_m der Abtastbewegung, derart mit Abtastbahnen der obenerwähnten Art bedeckt werden, daß keine Gebiete unabgetastet bleiben, ■wozu man die Antenne mit geeigneter Winkelgeschwindigkeit um eine Suchachse, wie z. B. eine Seitenrichtachse, herumdrehen läßt. Bei einfacher linearer Abtastung und konstanter Rotationsgeschwindigkeit der Antenne ist es dann unvermeidlich, daß die abgetasteten Bahnen einander überlappen, so daß die Suchgeschwindigkeit erniedrigt wird. Soll z. B. der obenerwähnte Streifen vollständig bedeckt werden, dann ist bei einer sinusförmigen Abtastung die· Hälfte der Hübe verloren ist. Ist in diesem Fall die horizontale Bündelbreite B_h, dann ist die benötigte Zeit für das vollständige Absuchen des Horizontes:

T =

360°
Bn-f

Werden an der oberen und. unteren Seite des abzusuchenden Streifens kleine Teile zugelassen, die nicht abgesucht werden, und zwar in einem solchen Maße, daß das vollständig durchsuchte Gebiet um 5% schmaler wird, dann ist eine Erhöhung der Suchgeschwindigkeit um ± 25% möglich, doch bleibt noch immer eine merkliche Überlappung bestehen.

Gemäß der Erfindung kann die Überlappung vollständig beseitigt- werden. Dies geschieht dadurch, daß dem Bündel eine derartige Hilfsabtastbewegung erteilt wird, daß die Komponente dieser Hilfsabtastbewegung um die zweite oder Suchachse, welche der üblichen Suchbewegung um diese Achse überlagert wird, eine hin- und hergehende Bewegung ist mit einer Grundfrequenz, welche zweimal so hoch ist als die Grundfrequenz der Abtastbewegung um die erste Achse, und mit einem Vorlauf, welcher derart gewählt ist, daß a) dem 8d Bündel während eines merklichen Teiles des Hauptabtasthubes eine der Suchbewegung entgegengesetzt gerichtete und dieser überlagerte Bewegung erteilt wird und b) jedesmal in dem Zeitraum, ^ in dem sich das Bündel in der Nähe einer extremen Lage der Hauptebtastbewegung bewegt, die Richtung des Bündels in gleicher Richtung mit der Suchbewegung über einen solchen Winkel gedreht wird, daß eine lückenlose Abtastung entsteht. Es wird also die zusätzliche Bewegung des Bündels sprungweise oder wenigstens innerhalb kurzer Zeit mit großer Geschwindigkeit ausgeführt, jedesmal, wenn das Bündel umgefähr seinen höchsten oder niedrigsten Stand erreicht, und die Suchbewegung unterbrochen, solange das Bündel seine Abtastbewegung macht. Während jeder halben Periode der Abtastbewegung beschreibt das Bündel dann eine Bahn mit einer Breite, welche der Bündelbreite gleich ist, welche Bahn bei passender Wahl der Größe der zwischen den beiden halben Perioden ausgeführten Suchbewegung die nächstliegende Bahn gar nicht oder nur sehr wenig überlappt, ohne daß an der oberen und unteren Grenze nennenswerte unabgetastete Gebiete überbleiben. Wenn die Suchbewegung völlig sprungweise ausgeführt werden könnte, dann würde sogar bei einem vollständigen Verschwinden des unabgetasteten Gebietes eine völlige Überliappungsfreiheit erreicht werden können. Die für das völlige Absuchen des Horizontes benötigte Zeit wäre dann auf

I ζ — '

verringert. Es ist dabei möglich, aber nicht notwendig, daß das ganze Gerät sprungweise bewegt wird, es genügt jedoch, wenn in irgendeiner Weise eine derartige Bewegung des Bündels herbeigeführt wird.

Es wäre bei der Erfindung möglich, die Such- 12a geschwindigkeit mit der Hand passend zu regeln. Die erstrebten Vorteile werden jedoch nur dann völlig erreicht, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Suchens um die zweite Achse automatisch so groß wird, daß, während einer halben Periode der Abtastbewegung um die erste Achse, um die zweite

Achse ein Winkel durchlaufen wird, welcher dem obenerwähnten, für den Empfänger wirksamen Bündelungswinkel gleich oder nur wenig kleiner ist Die spezielle Bewegung des Bündels um die zweite Achse kann in mehreren Weisen herbeigeführt werden. Ist die Antenne klein und kräftig gebaut und hat sie um die zweite Achse- nur ein kleines Trägheitsmoment, dann kann in der Tat mehr oder weniger sprungweise bewegt werden. ίο Die Antriebsvorrichtung für die Abtastbewegung um die erste Achse und die für die Rotation um die zweite Achse müssen dann direkt mechanisch oder mittels eines Nachsteuermechanismus oder etwas Derartiges so gekuppelt sein, daß die Bewegung um -.15 die zweite Achse stattfindet, wenn das Bündel bei der Abtastbewegung um die erste Achse sich in der Nähe eines Endes seines Hubes befindet.

Die sprungweise Bewegung kann herbeigeführt werden von einem Sprunggetriebe, aber kann auch ■no dadurch zustande gebracht werden, daß man der konstanten Drehung um die Suchachse eine Pendelbewegung mit richtiger Phase und geeigneten Verlauf überlagert. Bei direkter mechanischer Kupplung könnte man in die Verbindung ein addierendes as mechanisches Getriebe aufnehmen, dessen ,einem Eingang eine Pendelbewegung zugeleitet wird. Bei Nachsteuermotorantrieb für die Suchbewegung könnte man in den Steuerkreis des Nachsteuermotors ein Element aufnehmen, das die Pendelbewegung einführt. Wird die Drehung des Gerätes um die Suchachse mittels eines Systems mit Drehtransformatoren gesteuert, dann kann in den Kreis zwischen Sender und Empfänger ein Differenfialgeber aufgenommen werfen, welcher von dem Antriebsmotor für die Hauptabtastung angetrieben wird und der jeden Augenblick die erforderliche Standabweichung um die' Suchachse einführt. Wird mit Tachogeneratoren gesteuert, von denen einer von dem Nachsteuermotor für die Suchbewegung angetrieben wird, und deren Spannungsunterschied den Nachsteuermotor steuert, dann kann man in den Kreis zwischen den Tachogeneratoren einen von dem Antriebsmotor der Hauptabtastung synchron mit dieser Abtastung angetriebenen Spannungsgeber, etwa ein Potentiometer, aufnehmen zur Herbeiführung der Hilfsabtastung. Der Differentialsender, der Spannungsgeber .-oder das mechanische Differentialgetriebe kann von einem Kurbeloder Nockenscheibenmechanismus getrieben werden, der untenstehend bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele erläutert werden wird.

Die spezielle Bewegung des Bündels kann auch dadurch herbeigeführt werden, daß man die Antenne auf einem mit konstanter Winkelgeschwindigkeit rotierenden Gestell aufstellt und sie in bezug auf dieses Gestell um eine jedenfalls nicht mit der ersten, jedoch eventuell mit der zweiten Achse zusammenfallende oder dieser zweiten Achse parallele Achse eine Pendelbewegung ausführen läßt mit einer Grundfrequenz, welche zweimal so groß ist wie die Grundfrequenz der Abtastung um die erste Achse, wobei Phase und Amplitude der beiden Abtastbewegungen und die Geschwindigkeit der Drehung in der obenerwähnten Art -und Weise einander angepaßt sind.

Die Erfindung bezweckt, die Suchgeschwindigkeit zu erhöhen, und man wird im Hinblick darauf bei einem Gerät gemäß der Erfindung im allgemeinen die Abtastfrequenz so hoch wie möglich wählen. Bei den obenerwähnten Ausführungsformen werden demzufolge Gegenstände mit ziemlich großen Trägheitsmomenten große Beschleunigungen bekommen, welche Beschleunigungen bei der höchsten zu verwendenden Abtastfrequenz zu Unannehmlichkeiten führen können. Bei diesen hohen Abtastfrequenzen ist daher eine andere Ausführungsform vorzuziehen, bei welcher die hin- und hergehende Bewegung des Bündels dadurch herbeigeführt wird, daß ein Strahler eine hin- und • hergehende Bewegung in bezug auf ein das Bündel konzentrierendes Organ ausführt. Die Trägheitsmomente, die dabei in Betracht kommen, sind viel kleiner, und es wird eine Abtastung mit höheren Frequenzen ermöglicht.

Die Abtastbewegung um die erste Achse kann ganz unabhängig von der Weise, in welcher die Bewegung um. die zweite Achse herbeigeführt wird, zustande gebracht werden, und zwar entweder dadurch, daß das ganze Antennensystem um diese Achse bewegt wird, oder dadurch, daß der Strahler in einer Fläche senkrecht zu dieser Achse in bezug auf das das Bündel konzentrieremde Organ bewegt wird. Bei hohen Abtastfrequenzen ist die letztere Methode vorzuziehen.

Bei hohen Abtastfrequenzen wird es schwierig, das Bündel jedesmal an den Enden des Hubes der Hauptabtastung von der Hilfsabtastbewegung genügend schnell zur folgenden Bahn zu verschieben und vorzubeugen, daß während dieser Verschiebung eine nennenswerte Abtastung in der Höhenwinkelebene stattfindet. Wenn nicht die Suchgeschwindigkeit wesentlich erniedrigt wird, bleiben dann an der oberen und unteren Grenze des abgetasteten Streifens beträchtliche Gebiete unabgetastet. Man kann jedoch diese Unannehmlichkeit dadurch umgehen, daß man die Suchgeschwindigkeit derart wählt, daß die Abtastung immer stattfindet in Bahnen, welche die an der oberen und unteren Grenze des abgetasteten Streifens, liegenden Gebiete umfassen, welche während der vorhergehenden Umdrehung um die Suchachse nicht abgetastet wurden. Zwar werden diese Gebiete dann nur einmal in jeder zweiten Umdrehung abgetastet, aber die Daten aus diesen Gebieten gehen nicht verloren, und man kann immer versuchen, die Höhenwinkeleinstellung des Gerätes derart zu wählen, daß ein zu suchender Gegenstand sich wahrscheinlich in dem während jeder Umdrehung abgetasteten Gebiet befindet. Es ist bei einer derartigen Wahl der Umdrehungsgeschwindigkeit sehr erwünscht, eine positionsgetreue Steuerung, wie z. B. eine direkte mechanische Kupplung oder eine Fernsteuerung mit Drehtransformatoren, zwischen den Antriebsvorrichtungen für die Abtastung und die Seitenwinkeleinstellung zu' verwenden.

Völlige Überlappungsfreiheit einerseits und Vermeidung von unabgetasteten Gebieten andererseit kann bei Anwendung der Erfindung in der untenstehend beschriebenen Weise erreicht werden. Der Hub der Hauptabtastung wird bis außerhalb des für Wahrnehmung brauchbaren Gebietes, in dem das Bündel genügend scharf und eindeutig gerichtet bleibt, vergrößert, während die Hiifsabtastung einen derartigen Verlauf bekommt, daß bei ίο richtiger Suchgeschwindigkeit die beschriebenen Bahnen innerhalb des für die Wahrnehmung brauchbaren Gebietes in den Hüben nach oben und nach unten völlig übereinstimmen und die Verschiebung von der einen zur anderen Bahn 'voll-1.5 ständig außerhalb des für Abtastung brauchbaren Streifens ausgeführt wird. Damit nicht die ungenauen Daten aus den für die Abtastung nicht brauchbaren Gebieten angezeigt werden, kann man entweder den Indikator außer Tätigkeit setzen oder die Impulsaussendung unterbrechen, sobald das Bündel das für die Abtastung brauchbare Gebiet verläßt. Das Vorstehende kann zustande gebracht werden von Kontakten, welche gesteuert werden von dem Mechanismus, der die Abtastung bewirkt, as ' und kann z. B. direkt von dem Organ, das den Stand des Bündels bestimmt, gesteuert werden. Die Unterbrechung der Impulsaussendung ist vorzuziehen, weil sie nicht nur Energievergeudung vorbeugt und die Lebensdauer der Senderöhre vergrö'ßert, sondern auch weil sie es ermöglicht, die Abtastfrequenz unvermindert zu lassen oder sogar zu vergrößern trotz der Vergrößerung des Hubes. Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird dazu die Impulsfolgefrequenz im Teil des Abtasthubes, während dessen Impulse ausgesendet werden, erhöht, und zwar höchstens so viel, daß der Durchschnittswert der Impulsfolgefrequenz während eines halben Abtasthubes der für die Senderöhre höchst zulässigen Impulsfolgefrequenz gleich wird, und wird die Abtastfrequenz der Impulsfolgefrequenz ungefähr proportional erhöht.

Der Antriebsmechanismus für die Hilfsabtastung um die zweite Achse kann, nachdem das Ziel gefunden ist, dazu verwendet werden, eine zweite Hilfeabtastbewegung zu steuern, welche eine genauere und schnellere Messung der um die Suchachse zu messenden Winkelkoordinate bezweckt. Der Antriebsmechanismus wird dazu derart umgeschaltet, daß die Frequenz der Abtastbewegung um die zweite Achse der Frequenz der Hauptabtastbewegung gleich wird, während diese Abtastbewegungen eine Phasenverschiebung aufweisen, welche unter Umständen bis 90⁰ betragen kann, und die Kupplung, welche das Verhältnis festlegt zwischen der Abtastbewegung und der Bewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um die Suchachse, gelöst wird. Bei dem Hub nach oben beschreibt das Bündel dann eine bestimmte Bahn und wählend des Hubes nach unten eine neben dieser Bahn liegende, die erste Bahn in der Querrichtung einigermaßen überlappende Bahn. Befindet sich ein Gegenstand, der ein Echo erregt, in der Mitte des Überlappungsgebietes der Abtastbahnen, dann werden die Echos, welche dieser Gegenstand während der beiden. Bewegungsrichtungen der Hauptabtastbewegung dem Empfänger zurücksendet, gleich stark sein. Liegt der Gegenstand an einer Seite der erwähnten Mitte, dann wird das Echo, empfangen während des Hubes, welcher an derselben Seite ausgeführt wird, am stärksten sein. 70· Die Stärke dieser Echos kann auf verschiedene Art und Weise verglichen werden, z. B. mittels eines Meßgerätes, das auf Richtung und Größe dieses Unterschiedes reagiert. Auch kann man bei irgendeiner der bekannten Methoden der Abbildung der Meßergebnisse auf dem Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre den Hub nach oben und den Hub nach unten einzeln darstellen, z. B. an verschiedenen Stellen des Leuchtschirmes, und den Stärkeunterschied an Hand eines Vergleichs der 8o> beiden Darstellungen feststellen. Wenn die Amplitude und der Verlauf der hin- und hergehenden Bewegung des Bündels für die beiden Hilfsabtastbewegungen dieselbe bzw. derselbe ist, kann für beide Bewegungen dieselbe Antriebsvorrichtung, wie eine Kurbel oder eine Nockenscheibe, verwendet werden, welche während der einen Abtastung eine zweimal so hohe Geschwindigkeit haben muß wie während der anderen. Nur muß mittels Klauenkupplungen, welche nur in einer ein- g_o zigen relativen Stellung, eingeschaltet werden können, dafür gesorgt werden, daß die Bewegungen immer die richtige relative Phase besitzen. Es ist jedoch, wie untenstehend bei der Beschreibung der Ausführungsbei'spiele gezeigt werden wird, im allgemeinen erwünscht, daß die beiden Hilfsabtastbewegungen einen verschiedenen Verlauf mit der Zeit haben. Zweckmäßiger ist es daher, die beiden Bewegungen getrennten Nockenscheiben zu entnehmen, welche, z.B. weil· sie auf einer verschiebbaren Welle montiert sind, wahlweise in Betrieb gesetzt werden können. Die Amplituden der beiden Bewegungen können dann auch verschieden sein. In einer praktischen Ausführung wird man im allgemeinen die · Hauptabtastbewegung in der Höhenwinkelfläche ausführen lassen, die Antenne ungeachtet der Weise, in welcher die Hauptabtastbewegung zustande gebracht wird, um eine Seitenrichtachse und eine Höhenrichtachse einstellbar machen, und die Hilfsabtastung durch Schwingen um eine Achse, welche senkrecht zur Höhenrichtachse ist, zustande bringen. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf eine derartige Zusammenstellung beschränkt. So ist es keineswegs notwendig, daß eine der Einstellachsen der Antenne lotrecht ist oder daß die zweite Einstellachse senkrecht zur ersten Achse ist, noch daß die■ Achse, um welche -die Hauptabtastbewegung ausgeführt wird, mit einer der Antenneneinstellachsen zusammenfällt oder dieser Einstell- 12a achse parallel ist. Die Hilfsabtastbewegung braucht nicht in einer Richtung, die senkrecht zur Achse steht, um welche die Antenne sich bei der Suchbewegung dreht, stattzufinden oder in einer Richtung, welche der zweiten Einstellachse oder der Achse der Hauptabtastung parallel ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. ϊ stellt einen Radarreflektor mit einer Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung vor; Fig. 2 ist ein Diagramm von Hilfsabtastbewegungen;

Fig. 3 ist eine zweifach drehbare Wellenhohlleiterkupplung;

Fig. 4 ist gleichfalls eine zweifach drehbare ίο Wellenhohlleiterkupplung;

Fig. 5 stellt einen umschaltbaren Nockenscheibenmechanismus zur Steuerung der Hilfsabtastbewegung dar.

Es werden nur Ausführunigen beschrieben, bei welchen die beiden Abtastbewegungen durch Bewegung eines Strahlers in bezug auf einen Reflektor herbeigeführt werden, weil nur in dieser Weise die hohen Abtastfrequenzen erreicht werden können, welche heutzutage erwünscht und mögao lieh sind..

Es liegt auf der Hand, daß für die Konzentration des Bündels anstatt eines Reflektors auch eine Linse verwendet werden kann und daß weiter die untenstehend zu beschreibenden Antriebsmittel auch Verwendung finden können bei anderen, obenstehend angedeuteten Verwirklichungen der Erfindung.

In Fig. ι ist 110 ein Radarreflektor mit einem Metallgestell, das parabolisch gebogene Stäbe trägt. Das Gestell ist auf einem Untergestell, das selbst um eine Seitenrichtachse drehbar ist, drehbar unterstützt mittels einer durch das Loch 102 hindurchgehenden Höhenrichtachse. Es besitzt Arme 101, welche ein nicht dargestelltes Gegengewicht zur Ausbalancierung tragen.

Dem Reflektor gegenüber ist ein hornförmiger Strahler 120 aufgestellt, welcher von einem Wellenrohr 118 gespeist wird. Das Wellenhohlrohr ist um zwei senkrecht aufeinander stehende" Achsen drehbar mittels zweier drehbarer, an sich bekannter Wellenhohlrohrkupplungen 112 und 113. Die Kupplungen 112 und 113 sind angeschlossen an ein Wellenhohlrohr in, das selbst mittels einer derartigen Kupplung und eines durch die hohle Höhenrichtachse verlaufenden Wellenhohlrohres vom Sender gespeist wird.

Bei 119 ist eine Kurbelstange 121, welche mittels eines am unteren Ende befestigten· Kugelgelenkes von einer Kurbel-116 angetrieben werden kann, mittels eines gewöhnlichen Gelenkes mit dem Wellenhohlrohr verbunden. Wenn der Motor 114 läuft, treibt er mittels eines Schneckengetriebes 103 die Welle 104 an, welche mittels eines Zahnrad^ getriebes 109 eine Welle 117 und damit die Kurbel 116- antreibt, welche Kurbel dann dem Wellenhohlrohr eine vertikale Abtastbewegung mitteilt.

Eine Gleitrolle 108 auf einem Hebel 106 wird von einer Feder 115 mit einer Nockenscheibe 107 auf der Welle 104 in Berührung gehalten. Der Hebel 106 treibt einen zweiten Hebel 105 an, mit dem mittels, eines Kugelgelenkes die Stange 122 verbunden ist, welche die Bewegungen des Hebels 105 über ein Gelenk 123 auf das Wellenhohlrohr überträgt, welches in dieser Weise eine horizontale, hin- und hergehende Bewegung bekommt. Die Kurbel 116 und der Hebel 105 werden derart eingestellt, daß ihre Mittelstellungen gerade in der Verlängerung der Achse einer der beiden Wellenhohlrohrkupplungen liegen. Bei einer solchen Montage brauchen nur die Verbindungen der Stangen mit der Kurbel oder dem Hebel Kugelgelenke zu sein, und die Verbindung mit dem Wellenhohlrohr kann dann mittels eines gewöhnlichen Gelenkes zustande gebracht werden.

Die Form der Nockenscheibe 107 wird mit Rücksieht auf die folgenden Gründe bemessen. Die geeignetste Bewegung des Wellenhohlrohres in der Hilfstastrichtung ist eine solche, bei der dieses Rohr sich während des ganzen Hubes nach oben oder nach unten mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit bewegt und bei der Umkehrung der Vertikalbewegung plötzlich zurückspringt. Das Bündel würde sich dann während der Vertikalbewegung gar nicht um die Seitenrichtachse drehen. Bei passender Wahl der Form der Nockenscheibe ist eine konstante Geschwindigkeit des Wellenhohlrohres noch wohl erreichbar, aber ein plötzliches Zurückspringen kann wegen der Massenkräfte sogar nicht einmal annähernd erreicht werden. Dieselben Massenkräfte zwingen uns jedoch auch, für die Umkehrung der Vertikalbewegung eine ziemlich große Zeit zu reservieren. Demzufolge kann der zurückgehende Hub der Horizontalbewegung des Wellenhohlrohres sich doch noch über einen ziemlich großen Teil der Dauer der vertikalen Bewegung erstrecken, ohne daß ein zu großer Teil des Weges verlorengeht. Ist die Vertikalbewegung sinusförmig und wird ein Gebiet von 5 °/o der Höhe zugelassen, in welchem Teile unabgetastet bleiben, dann kann die Zurückbewegung der Hilfsabtastung ioo sich über 36⁰ der Kurbelbewegung, also über ein Fünftel der der Abtastbewegung zur Verfugung stehenden Zeit erstrecken. Da die Hilfsabtastbewegung nur bezweckt, die während des Abtasthubes auftretende Drehung des Reflektors zu kornpensieren, kann in diesem Falle der Hub der Hilfsabtastung proportional verkleinert werden. In Fig. 2 sind zwei Diagramme für die horizontale Bewegung des Wellenhohlrohres als Funktion der Zeit dargestellt in einem Fall, in dem die Zurückbewegung 20% der Zeit erfordert. Der Verlauf der Nockenscheibe kann aus einem derartigen Diagramm auf Grund des Baues der Getriebeelemente zwischen Nockenscheibe und Wellenhohlrohr bestimmt werden.

In den Fig. 3 und 4 sind zwei Kombinationen von Wellenhohlrohrkupplungen, welche es dem Strahler ermöglichen, in zwei Richtungen zu bewegen, dargestellt. In diesen zwei Ausführungsbeispielen ist die Achse, um welche sich das Wellenhohlrohr in der Höhenrichtfläche bewegen kann, -in die Verlängerung der Höhenrichtachse des Reflektors gelegt, so daß dort eine Kupplung und die durch diese Kupplung verursachten Energieverluste erspart werden. In Fig. 4 ist 405 eine Wellenhohlrohrkupplung, welche mit einer

Stütze 406 an der Höhenrichtwelle befestigt ist und das Ende eines durch diese Welle verlaufenden Wellenhohlrohres 401 ist. Ein Wellenhohlrohr 404, das um die Höhenrichtachse drehbar ist, tritt aus dieser Kupplung hervor und trägt eine zweite Kupplung 403/ aus welcher das dem Wellenhohlrohr 118 von Fig. ι entsprechende Wellenhohlrohr 402 hervortritt, welches nun zugleich um eine zweite Achse senkrecht zur Höhenrichtachse drehbar ist. Fig. 3 stimmt mit Fig. 4 überein, ausgenommen, daß anstatt der Kupplung 403 eine einfachere Kupplung 303 üblicher Art verwendet ist. Die Teile 301 bis 306 entsprechen im übrigen den Teilen 401 bis 406 der Fig. 4. Auch könnte anstatt der beiden Kupplungen von Fig. 1 eine einzige Universalkupplung Verwendung finden.

Es wird darauf hingewiesen, daß mit der obenstehendbeschriebenen Antriebsvorrichtung des Wellenhohlleiters auch eine derartige Bewegung

ao des Strahlers herbeigeführt werden kann, daß in den Hüben der Abtastung nach oben und nach unten das Bündel verschiedene, nebeneinanderliegende, leicht überlappende Bahnen beschreibt, welche Abtastmethode bezweckt, den Seitenwinkel eines vom Bündel getroffenen Gegenstandes genauer zu bestimmen. Nur wenn der Gegenstand im Hub nach oben und nach unten in gleichem Maße vom Bündel getroffen wird und also in der Mitte zwischen den zwei abgetasteten Bahnen liegt, werden die Echos während der beiden Hübe gleich stark sein. Bei einer anderen Position werden die Echos am stärksten sein während des Hubes, welcher an der Seite, an der auch der Gegenstand ■ liegt, ausgeführt wird. Verschiedene Methoden können diese Positionsmessung ermöglichen. Bei einer dieser Methoden wird eine Kathodenstrahlröhre verwendet, an deren einem Ablenkplattensatz entweder eine Spannung liegt, welche ein Maß ist für die Bewegung des Strahlers in der Höhenwinkelfläche und also auch für den Höhenwinkel des Bündels, oder eine Zeitbasisspannung, welche ein Maß ist für den Abstand, während am anderen Ablenkplattensatz eine von dem Echo abgeleitete Spannung liegt. Diese Echospannung kann entweder während des Hubes nach oben und während des Hubes nach unten in entgegengesetztem Sinne der Röhre zugeleitet werden oder einer Spannung überlagert werden, welche während des Hubes nach oben einen anderen, ungefähr konstanten Wert hat als während des Hubes nach unten. Im ersten Fall werden die Echos eines Zieles während des Hubes nach oben und des Hubes nach unten auf beiden Seiten einer Linie dargestellt, im zweiten Fall werden die beiden Abtasthübe nebeneinander dargestellt. In beiden Fällen ist es einfach, die Intensität der Echos zu vergleichen und aus dem Intensitätsunterschied abzuleiten, ob der getroffene Gegenstand links oder rechts der von der Einstellung des Gerätes bestimmten Richtung liegt. Die Ähnlichkeit der Antriebsvorrichtungen ermöglicht einen derartigen Bau einer solchen Vorrichtung, daß schnell von der einen auf die andere Abtastmethode umgeschaltet werden kann. Mit einem in derartiger Weise gebauten Rückstrahlortungsgerät wird erst gemäß der beschriebenen Methode gesucht und werden nachher die Frequenzen- der Hauptkomponenten der beiden Abtastbewegungen einander gleich gemacht, damit eine genaue Messung des S ei ten winkeis stattfinden kann.

Wünscht man dieselbe Kurbel oder dieselbe Nockenscheibe für beide Abtastmethoden zu verwenden, welche dazu mit verschiedener Geschwindigkeit laufen kann, dann muß man den Verlauf mit der Zeit beider Bewegungen gemäß einem Kompromiß wählen. Beim Suchen ist eine der konstanten Winkelgeschwindigkeit überlagerte Bewegung erwünscht, wie diese in Fig. 2 mit einer ununterbrochenem Linie dargestellt ist; bei der Messung des Seitenwinkels ist es erwünscht, daß das Bündel bei stillstehendem Untergestell während der Hauptabtastbewegung seine Stellung in einer Fläche durch die Höhenrichtachse nicht ändert, sondern am Ende des Hubes so schnell wie möglich zur anderen Abtastbahn rückt. Dies erfordert eine Bewegung des Strahlers, wie diese in Fig. 2 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist, welche Bewegung einen kleineren Hub haben muß, damit die' Stärke der Echoimpulse bei richtig gerichtetem Gerät nicht zu niedrig wird. Ein guter Kompromiß ist eine etwa sinusförmige Bewegung mit einer Amplitude, welche etwa einem Viertel der Bündelbreite entspricht. Die Kurbel oder die Nockenscheibe muß dann wahlweise mit einer von zwei Antriebsvorrichtungen derart gekuppelt werden können, daß die Scheibe oder die Kurbel den richtigen relativen Stand hat. Dies wäre mit einer Klauenkupplung, welche nur in einer einzigen relativen Stellung einschaltbar ist, erreichbar. Die eine Antriebsvorrichtung müßte dieselbe Geschwindigkeit haben als die Antriebsvorrichtung der Hauptabtastung, die andere die doppelte Geschwindigkeit. Soll bei beiden Abtastweisen die Hilfsabtastung den günstigsten Verlauf haben, dann müssen zwei separate Nockenscheiben längs verschieblich auf der Welle 104 von Fig. 1 befestigt sein, damit die Gleitrolle 108 wahlweise mit jeder der Nockenscheiben zusammenarbeiten kann. Die Nockenscheiben können auch unverschieblich befestigt sein, und es kann eine der bei direkt umkehrbaren Dieselmotoren üblichen Konstruktionen verwendet werden, um eine der Nockenscheiben wahlweise zu betätigen. Ein Beispiel einer derartigen Konstruktion ist in Fig. 5 dargestellt. In dieser Abbildung ist 501 die Welle 104 aus Fig. i, 5°² die Nockenscheibe 107 und 503 der Steuerungshebel 106 aus Fig. 1. Dieser Steuerungshebel trägt in diesem Fall nicht selbst die Gleitrolle, welche mit der Nockenscheibe zusammenarbeitet, sondern einen gabelförmigen iao Hebel 504, welcher eine Rolle 505 trägt. Der Stand des gabelförmigen. Hebels 504 wird von einem Handgriff 507 mittels der Stange 508 bestimmt, und bei der Drehung des Hebels 503 um seine Achse führt der gabelförmige Hebel eine Trans- ι«5 latiönsbewegung aus, bei der dieser Hebel seiner

Ruhestellung parallel bleibt, bei welcher Drehung das Ende des Hebels 503 die gleiche Bewegung ausführt wie die Rolle 505. Wenn die Rolle über die sich drehende Scheibe läuft, wird sich deshalb der Hebel 503 so bewegen, als ob er selbst die Rolle tragen würde und, sich selbst parallel bleibend, über den Abstand A nach der Nockenscheibe hin verschoben worden wäre. Hinter der Nockenscheibe 502 liegt eine zweite Nockenscheibe 509 für die andere Hilfsabtastbewegung. Diese Scheibe wird dadurch in Betrieb gesetzt, daß man den Handgriff 507 rechtsum dreht, damit die Rolle von der zugehörigen Nockenscheibe frei wird und die Rolle 506 mit der zweiten Nockenscheibe 509 in gleitende Verbindung tritt, wie bisher die Rolle 505 mit der Scheibe 502.

Es liegt auf der Hand, daß die beschriebenen Antriebsmethoden auch Verwendung finden können, wenn die Hilfsabtastung dadurch herbeigeführt wird, daß der Reflektor, sei es um eine Seitenrichtachse, sei es um eine dritte, die Höhenrichtachse schneidende oder kreuzende Achse hin- und herbewegt wird, oder dadurch, daß der Seitenrichtbewegung des ganzen Gerätes eine geeignete hin- und hergehende Bewegung überlagert wird.

Es ist beim Suchen mit dem Gerät gemäß der Erfindung notwendig, daß zwischen der Abtastbewegung und der Winkelgeschwindigkeit des Suchens eine bestimmte Beziehung besteht. Ein mechanisches Getriebe mit durch die Höhenrichtachse geführter Welle könnte dies zustande bringen, aber diese Methode ist nicht sehr empfehlenswert, weil sie eine ausrückbare Kupplung erfordert, welche es gestattet, die automatische Seitenrichtbewegung zu beenden, sobald der gesuchte Gegenstand gefunden ist, weil das Getriebe kompliziert ist und man doch den Motor für das Seitenrichten, nachdem der Gegenstand gefunden ist, nicht entbehren kann. Vorzuziehen ist daher ein automatisches Fernsteuersystem mit Nachsteuermotor. Abgesehen von dem obenstehend erwähnten speziellen Fall braucht diese Steuerung keine winkelgetreue Steuerung zu sein. Im allgemeinen empfindet man es bei der winkelgetreuen Steuerung als unangenehm, daß ohne spezielle Maßnahmen bei der Einschaltung der Steuerung unerwartete Lageverschiebungen stattfinden können. Die speziellen Verhütungsmaßnahmen können darin bestehen, daß ausrückbare Kupplungen, vorzugsweise elektromagnetisch ausrückbare Kupplungen, montiert werden, welche die Verbindung zwischen den Drehtransformatoren der Fernsteuerkette und den mechanisch mit ihnen zu kuppelnden Teilen unterbrechen können. Die Drehtransformatoren können dann in entsprechenden Stellungen verbleiben, obwohl der Abtastmechanismus weiterläuft und die Antenne willkürliche Bewegungen um ihre Suchachse ausführt. Zweckmäßig ist eine Steuerung mit Tachogeneratoren. Der Abtastmotor wird dabei auf die konstante, maximale Abtastgeschwindigkeit eingestellt und treibt einen Tachogenerator, dessen Spannung verglichen wird mit einer Spannung, abgeleitet von einem Tachogenerator, welcher von dem Motor für die Drehung um die Seitenrichtachse getrieben wird. Der Spannungsunterschied steuert den letzterwähnten Motor. Ein Spannungsteiler in einem der Tachogeneratorkreise kann das Verhältnis der Geschwindigkeiten regeln. Soll auf Handsteuerung umgeschaltet werden, dann wird der erwähnte Seitenrichtmotor von dem Tachosteuerkreis abgeschaltet. Findet bei der Handsteuerung kein Nachsteuerverstärker Verwendung, dann braucht dieser Verstärker keinen Richtungsdiskriminator zu besitzen und den Motor nur in einem Drehsinn steuern zu können, weil beim Suchen gemäß der Erfindung der Sinn der Seitenrichtbewegung festliegt und bestimmt wird von der Weise, in der die Abtastbewegung des Bündels stattfindet.

Claims (20)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Rückstrahlortungsgerät mit linearer Abtastung, dessen Bündel eine Hauptabtastbewegung ausführt durch periodisches Schwingen um eine erste Achse über einen Winkel, der wesentlich größer als die Bündelbreite in der Richtung der Hauptabtastbewegung ist, welches Gerät eine Suchbewegung ausführen kann durch Drehen des Bündels um eine zweite Achse oder Suchachse, vorzugsweise eine Seitenrichtachse, welche die erste Achse kreuzt oder schneidet, welches Gerät überdies versehen ist mit einer Vorrichtung, welche den Empfang eines Echos von einem reflektierenden Gegenstand sowie den zugehörigen Stand des Bündels, gemessen um die erste Achse,, anzeigt, bei welchem ein derartiges Echo empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bündel eine derartige Hilfsabtastbewegung erteilt wird, daß die Komponente dieser Hilfsabtastbewegung um die zweite oder Suchachse, welche der üblichen Suchbewegung um diese Achse überlagert wird, eine hin- und hergehende Bewegung ist mit einer Grundfrequenz, welche zweimal so hoch ist wie die Grundfrequenz der Abtastbewegung um die erste Achse, und mit einem Verlauf, welcher derart gewählt ist, daß a) dem Bündel während eines merklichen Teiles des Hauptabtasthubes eine der Suchbewegung entgegengesetzt no gerichtete und dieser überlagerte Bewegung erteilt wird und b) jedesmal in dem Zeitraum, in dem sich das Bündel in der Nähe einer extremen Lage der Hauptabtastbewegung bewegt, die Richtung des Bündels in gleicher Richtung mit der Suchbewegung über einen solchen Winkel gedreht wird, daß eine lückenlose Abtastung entsteht.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplung oder eine Steuervorrichtung eine Proportionalität zwischen der Hauptabtastgeschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit der Antenne um die zweite oder Suchachse zustande bringt und diese Proportionalität derart gewählt ist, daß von dem Bündel wenigstens während des größten

Teiles der aufeinanderfolgenden Hübe der Hauptabtastbewegung überlappende, insbesondere wenig überlappende Bahnen im Raum beschrieben werden.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Suchbewegung und der Komponente der Hil'fsabtastung um die Suchachse noch eine Bewegungskomponente der Hauptabtastbewegung derart überlagert

ίο ist, daß, ungeachtet der Richtung, in der das Bündel sich bei der Hauptabtastbewegung bewegt, immer dieselben Punkte des infolge der Hauptabtastbewegung und des infolge der erwähnten dritten Bewegung um die Suchachse abgelegten Weges einander entsprechen.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsabtastbewegung der Suchbewegung der ganzen Rückstrahlortungsantenne um die zweite Achse überlagert ist.

5. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Untergestell der Antenne eine Suchbewegung mit konstanter Geschwindigkeit um die zweite Achse und die Antenne in bezug auf dieses Untergestell eine der Hilfsabtastbewegung entsprechende Bewegung ausführt.

6. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Untergestell und der das Bündel konzentrierende Teil der Antenne gemeinsam eine Suchbewegung um die zweite Achse ausführen und daß der Strahler demgegenüber eine der Hilfsabtastbewegung ent-. sprechende Bewegung ausführt.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente der Hilfsabtastbewegung um die zweite Achse derartig mit der Zeit verläuft, daß der Einfluß der mit konstanter Winkelgeschwindigkeit erfolgenden Suchbewegung auf die Bewegung des Bündels während eines wesentlichen Teiles des Abtasthubes wenigstens zum größten Teil kompensiert wird und nur in der Nähe der Enden des Abtasthubes eine schnelle Bewegung in entgegengesetztem Sinne stattfindet.

8. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Kupplung oder ein Fernsteuerungssystem die gewünschte Beziehung zwischen der Hauptabtastbewegung und der Suchgeschwindigkeit des Untergestelles der Antenne bzw. der konstanten Geschwindigkeitskomponente dieses Untergestelles aufrechterhält.

9. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportionalität derart gewählt wird, daß die Bahnen, welche von dem Bündel abgetastet werden, immer die Grenze zwischen zwei aneinandergrenzenden, während der vorhergehenden Umdrehung um die Suchachse abgetasteten Bahnen überdecken.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen der Winkelgeschwindigkeit bzw. der konstanten Winkelgeschwindigkeitskomponente und der Abtastung mittels einer winkelgetreuen Fernsteuerung, wie z. B. einer Fernsteuerung" mit Drehtransformatoren, zustande gebracht wird.

11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus für das Zustandebringen der Hilfsabtastbewegung derart umschaltbar ist, daß die um die Suchachse gemessene Komponente dieser Hilfsabtastbewegung eine Grundfrequenz hat, die der Grundfrequenz der Hauptabtastbewegung um die erste Achse gleich ist, und ein merklicher Phasenunterschied zwischen den beiden Bewegungen besteht, und die Amplitude derart ist, daß das Bündel während der entgegengesetzt gerichteten Hübe der Hauptabtastung überlappende Bahnen beschreibt, in welchem Zustand die Kupplung bzw. Steuerung zwischen der Abtastbewegung und der Suchbewegung . gelöst bzw. ausgeschaltet ist, und die Echoimpulse mittels einer Vorrichtung zur Anzeige gebracht werden, welche einen Vergleich der Stärke der während des Hubes in der einen Richtung und des Hubes in der anderen Richtung der Hauptabtastbewegung von demselben Gegenstand empfangenen Echos ermöglicht.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hilfsabtastbewegungen von zwei Nockenscheiben herbeigeführt werden, von welchen Scheiben je eine mittels eines der bei den direkt umkehrbaren Verbrennungsmotoren üblichen Umschaltmechanismen wahlweise in Betrieb gesetzt werden kann.

13. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hilfsabtastbewegungen herbeigeführt werden von einem einzigen Kurbel- oder Nockenscheibenmechanismus, der wahlweise mittels Kupplungen, welche nur in bestimmten Stellungen einschaltbar sind, in den erforderlichen relativen Stellungen gekuppelt werden kann mit einer von zwei von dem Abtastmotor getriebenen Wellen, von welchen die eine zweimal so schnell läuft als die andere.

14. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der Hauptabtastung so viel größer ist, als der Höhe des abzusuchenden· Gebietes entspricht, und die Hilfsabtastung einen derartigen Verlauf hat, daß beim Suchen um die zweite Achse die von dem Bündel beschriebenen Bahnen innerhalb des abzusuchenden Gebietes in den Hüben nach oben und nach unten nahezu ohne Überlappung aneinandergrenzen, und die Verschiebung des Bündels zur folgenden Bahn völlig außerhalb des abzusuchenden Gebietes stattfindet.

15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Indikator, welcher die Meßergebnisse anzeigt, außer Tätigkeit gesetzt

wird, sobald das Bündel das abzutastende Gebiet verläßt.

16. Gerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsaussendung des Senders unterbrochen wird, sobald das Bündel das abzutastende Gebiet verläßt.

17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz erhöht wird, und zwar höchstens so viel, daß die durchschnittliche Impulsfolgefrequenz über eine halbe Abtastperiode der höchstzulässigen Impulsfolgefrequenz der Senderöhre gleich wird, während die Abtastfrequenz höchstens proportional der Impulsfolgefrequenz erhöht wird.

18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz innerhalb des für Abtastung verwendbaren Gebietes, in welchem der Sender tätig ist, der Winkelgeschwindigkeit des abtastenden Bündels angepaßt wird dadurch, daß die Frequenz wenigstens nahezu proportional der Abtastgeschwindigkeit geändert wird.

19. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz innerhalb des für Abtastung verwendbaren Gebietes, in welchem der Sender tätig ist, der Winkelgeschwindigkeit des abtastenden Bündels angepaßt wird dadurch, daß die Frequenz im selben Sinne wie die Abtastgeschwindigkeit in Stufen geändert wird.

20. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfs- und Hauptabtastbewegung von der Bewegung eines Hilfsreflektors in bezug auf den Strahler und das das Bündel konzentrierende Organ herbeigeführt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 702 686.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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