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Anlage zur Ortung von Unterwasserzielen vom Flugzeug aus
Es ist bekannt,
zur tberwachung größerer Seeräume verankerte Horchbojen auszulegen und diese von
Flugzeugen oder Luftschiffen aus zu überwachen. Die genaue Ortung der auf diese
Art festgestellten Unterwasserziele erfolgt dann in bekannter Weise durch Seefahrzeuge.
Dieses Verfahren ist zur Bekämpfung schnell beweglicher Unterwasserziele nicht geeignet,
da eine Ortung mittels Unterwasserschall von Bord eines schnell fahrenden Schiffes
wegen der starken Eigengeräusche praktisch nicht möglich ist. Ein anderes Ortungsverfahren
arbeitet mit aktiven Lotbojen, deren Lotergebnisse vom Flugzeug aus nacheinander
abgefragt und Rechengeräten zugeführt werden, die daraus den Zielort ermitteln.
Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und setzt die Kenntnis der genauen Lage der
Lotbojen voraus.
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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Ortung von Unterwasserzielen
vom Flugzeug aus mittels dreier Lotbojen, die die Entfernung des Ziels nach dem
Impulsechoverfahren mittels Wasserschall selbsttätig messen und dem Flugzeug mittels
elektromagnetischer Wellen melden.
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Um die Nachteile der bekannten Anlage zu beseitigen, ist erfindungsgemäß
die Anlage zur Ortung von Unterwasserzielen vom Flugzeug aus dadurch gekennzeichnet,
daß an Bord des Flugzeuges selbsttätig arbeitende Geräte zur Ortung der Bojen und
Auswertung dieser Ortungen sowie der gemeldeten Lotergebnisse der einzelnen Bojen
und ferner eine Dreikathodenstrahlröhre als Anzeigeorgan vorgesehen sind und daß
die Dreikathodenstrahlröhre derart gesteuert ist, daß die Anzeige des Zieles als
Schnittpunkt dreier Kreise erscheint, deren Mittel-
punkte den gemessenen
Standorten der Bojen, bezogen auf den im Mittelpunkt des Bildschirmes liegenden
Flugzeugort, und deren Radien den von den Bojen gemeldeten Zielentfernungen entsprechen.
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Mit dieser Anlage ist unmittelbar auf dem Bildschirm der Anzeigeröhre
zu erkennen, in welcher Richtung zum Kurs des ortenden Flugzeuges und in welchem
Abstand von dem Flugzeug sich das Unterwasserziel befindet.
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Die Ortung erfolgt in einer Ausführungsform des allgemeinen Erfindungsgedankens
derart, daß in einem Gebiet, in dem beispielsweise durch -Horchbojen ein Ziel festgestellt
worden ist, drei Lotbojen so abgeworfen werden, daß sie die Ecken eines Dreiecks
bilden. Die Bojen stellen laufend ihren Abstand von dem angeloteten Ziel fest und
melden die Lotergebnisse über Funk an das Flugzeng. Die Richtung der Bojen zum Flugzeugkurs
wird durch drei automatische Nachlaufpeiler ermittelt, und die Abstände der Bojen
vom Flugzeug werden durch Funkortung bestimmt. Die Anzeige erfolgt derart, daß die
Elektronenstrahlen einer Dreikathodenstrahlröhre im Takte der Funkortungsimpulsaussendung
entsprechend der Impulslaufzeit vom Mittelpunkt des Bildschirmes in den den Stellungen
der Nachlaufpeiler entsprechenden Richtungen nach außen wandern und bei Antwortimpulsankunft
bellgetastet werden, wobei drei Kreise aufgezeichnet werden, deren Mittelpunkte
den Bojenstandorten und deren Radien den Abständen des Zieles von den Lotbojen entsprechen.
Der Schnittpunkt dieser drei Kreise entspricht dem Standort des Zieles. Der Abstand
dieses Schnittpunktes vom Mittelpunkt des Bildschirmes entspricht dem Abstand des
Zieles vom Flugzeug. Der Winkel, den die Gerade durch den Bildschirmmittelpunkt
und den Schnittpunkt der drei Kreise mit dem Bildschirmradius in Flugrichtung bildet,
entspricht unmittelbar der Richtung des Zieles zum Flugzeugkurs. Um das Ziel anzufliegen,
muß der Kurs so geändert werden, daß dieser Winkel Null wird. Der wesentliche Vorteil
des Gerätes nach der Erfindung besteht darin, daß der Flugzeugführer die Bewegung
des Zieles relativ zu der des Flugzeuges unmittelbar auf dem Bildschirm der Kathodenstrahl
röhre eines Anzeigegerätes ablesen und einen Angriff auf das Unterwasserziel unmittelbar
nach dieser Anzeige durchführen kann. Dies ist besonders wichtig, da moderne Unterseeboote,
beispielsweise solche mit Antrieb durch Atomenergie, unter Wasser ebenso schnell
laufen wie schnelle Uberwasserfahrzeuge.
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Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Fig. I zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Ortungsanlage. Darin sind I, 2 und 3 die in einem Seegebiet, in dem ein Ziel vermutet
wird, abgeworfenen aktiven Lotbojen mit den elektroakustischen Wandlern 4, 5 und
6, die die Unterwasserschallsignale aussenden und ihre Echos empfangen. Die einzelnen
Bojen loten mit verschiedenen Schall- bzw. Ultraschallfrequenzen sl, s2, s3, die
so weit auseinanderliegen, daß eine gegenseitige Störung der Lotergebisse ausgeschlossen
ist. Die Bojen senden außerdem während der Ortung dauernd elektromagnetische Trägerwellen
verschiedener Frequenzen fl, fi, fs, beispielsweise im UIxW-Bereich, die ebenfalls
Abstände voneinander haben, die eine gegenseitige Störung ausschließen. An Bord
des Flugzeuges befinden sich drei Peilantennen 7, 8, 9, die je auf eine der Frequenzen
tt, 2, fs abgestimmt sind. Von den Peilantennen gelangen die empfangenen Wellen
in die Auswertegeräte I6, I7, iS.
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Durch einen Taktgeber 19 werden ein Impulssender 20 und ein Sägezahngenerator
2I getastet. Der Sender 20 sendet elektromagnetische Wellen, beispielsweise Dezimeterwellen,
mit einer Frequenz f, die von den Frequenzen der Bojensender Ji 2s 3 verschieden
ist. Die Sägezahnspannung des Generators 21 wird den Auswertegeräten I6, I7, IS
zugeführt, und von diesen Geräten gelangen die Meßergebnisse zur Anzeige auf die
Systeme einer Dreistrahlkathodenstrahlröhre 22.
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In Fig. 2 ist eines der Auswertegeräte dargestellt. Die drei Auswertegeräte
sind in ihrem prinzipiellen Aufbau einander gleich.
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Die Lotbojen bestehen gemäß Fig. 3 aus einem auf die Frequenz des
Senders 20 abgestimmten Empfänger 42, der bei Signalempfang durch Betätigung eines
elektronischen Schalters 43 einen Modulator 44 mit dem Sender 41 für elektromagnetische
Wellen verbindet, Außerdem enthält jede Boje einen Lotimpulssender 47 für Unterwasserschall,
einen Echoimpulsempfangsverstärker 4S, einen Sende-Empfangs-Umschalter 49 und einen
elektroakustischen Wandler 4, 5 bzw. 6 sowie einen zweiten Modulator45, der eine
von der Modulation des Modulators 44 verschiedene Modulation erzeugt und im Takt
der Lotimpulsaussendung durch den Schalter 50, der durch das Relais 46 betätigt
wird, auf den Sender 4I geschaltet wird. Die Lotimpulsaussendung wird jeweils durch
den empfangenen Echoimpuls ausgelöst. Die Lotfolgefrequenz ist somit ein Maß für
die Entfernung des angeloteten Objektes von der entsprechenden Lotboje. Bei geringer
Entfernung ist die Lotfolgefrequenz groß, und bei großer Entfernung ist sie klein.
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Fig. 4 zeigt eine Anzeige auf dem Bildschirm des Anzeigegerätes an
Bord des Flugzeuges, wie sie mit der erfindungsgemäßen Ortungsanlage erzielt wird.
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Die erfindungsgemäße Anlage arbeitet wie folgt: Die elektronischen
Geräte in den Lotbojen werden nach deren Abwurf beispielsweise durch einen Beschlennigungsschalter
eingeschaltet. Der Sender 41 der Boje I sendet dann dauernd mit der Frequenz ft.
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Die-auf diese Frequenz abgestimmte Peilantenne 7, die aus zwei unter
einem Winkel, beispielsweise unter 900, angeordneten Rahmen besteht und gemeinsam
mit den Peilantennen 8 und g an der Unterseite des Flugzeuges um eine vertikale
Achse drehbar angeordnet ist, empfängt diese Schwingungen. Von den beiden Antennenrahmen
gelangen die Schwingungen gemäß Fig. 2 über die Empfangsverstärker I0, 11 in ein
Glied 23, in dem die Diffe-
renz der von den beiden Rahmenantennen
empfangenen Schwingungen gebildet und nach Gleichrichtung einem Servomotor 24 zugeführt
wird, der das Antennensystem so lange dreht, bis die Differenzspannung Null ist,
d. h. bis die Halbierende des Winkels zwischen den beiden Rahmen in die Richtung
der Boje 1 weist. Entsprechend werden die Nachlaufpeilsysteme 8 und 9 stets automatisch
so eingestellt, daß sie in die Richtung der Lotbojen 2 bzw. 3 weisen. Derartige
Nachlaufpeiler sind an sich bekannt. In jedem Auswertegerät I6, I7, I8 dreht ein
Servomotor 24 gleichzeitig mit der Antenne 7, 8 bzw. 9 zwei senkrecht aufeinanderstehende
Kontaktpaare 27' und 28', die mit den Ablenkplatten 27 und 28 des entsprechenden
Systems der Anzeigeröhre verbunden sind, auf einer Widerstandsplatte 25, an die
die Sägezahnspannung von dem Generator 21 angelegt ist, so daß die Zeitablenkung
vom Mittelpunkt des Bildschirmes in der der jeweiligen Antennenstellung zugeordneten
Richtung erfolgt. Dadurch ist die Anzeige der Richtungen der Bojen zum Flugzeugkurs
gewährleistet.
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Die Entfernung Flugzeug-Boje wird mittels elektromagnetischer Wellen
nach dem Echoimpulsverfahren bestimmt. Durch den Taktgeber 19 wird der Sender 20
getastet, der einen Impuls aussendet, der von den Empfängern 42 der Lotboj en empfangen
wird und in jeder Boje kurzzeitig durch elektronische Schalter 43 die Modulatoren
44 an die Sender 4I schaltet. Diese den Frequenzen ft, 2 bzw. 3 aufmodulierten Impulse
gelangen über die Antennen 7, 8 bzw. 9 und die Empfangsverstärker II in die Demodulatoren
29 der einzelnen Auswertegeräte, die diese Signale wieder von den Trägerfrequenzen
/t, 2 bzw. 3 trennen, worauf sie nach Gleichrichtung durch die Gleichrichter 30
als positive Impulse den jeder Boje zugeordneten negativ vorgespannten SteuergitterngI
der Kathodenstrahlröhre zugeführt werden und die entsprechenden, an sich dunkelgesteuerten
Elektronenstrahlen helltasten. Da gleichzeitig mit der Tastung des Senders 20 der
Sägezahngenerator 21 ausgelöst wird, entsprechen die Abstände der hellgetasteten
Elektronenstrahlen vom Mittelpunkt des Bildschirmes den Entfernungen derBojen vom
Flugzeug.
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Die Auswertung der Unterwasserlotergebnisse der Bojen in den Auswertegeräten
I6, I7, I8 an Bord des Flugzeuges wird an Hand von Fig. 2 am Beispiel des Auswertegerätes
I6 der Boje 1 erläutert. Ein Oszillator 36 erzeugt Sinusschwingungen, die über einen
Regelwiderstand 33, eine Regelröhre 37 und ein Potentiometer 38 den X-Platten 28
sowie über eine Phasenbrücke 39 um go0 phasenverschoben den Y-Platten 27 des entsprechenden
Kathodenstrahlsystems zugeleitet werden, so daß der Elektronenstrahl des entsprechenden
Systems der Anzeigeröhre einen Kreis schreibt, dessen Radius von der Amplitude der
Sinusschwingungen abhängt. Durch die Potentiometer 38 und 40 kann die Kreisform
korrigiert werden. Der Radius dieses Kreises wird nun gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zur Anzeige der Entfernung Ziel Boje I ausgenutzt, indem eine aus
der Laufzeit der Unterwasserlotimpulse abgeleitete Steuergröße dem zweiten Gitter
der Regelröhre 37 zugeführt wird und somit die Amplituden der von dem Oszillator
36 erzeugten Sinusschwingungen beeinflußt. Der Unterwasserschalisender 47 der Boje
(Fig. 3) wird bei Abwesenheit eines Reflektors periodisch jeweils nach der Zeit
getastet, die ein Lotimpuls zum Durchlaufen der maximalen Reichweite des Gerätes
benötigt. Wird innerhalb dieser Zeit ein Echoimpuls durch den Sendeempfangswandler
4 empfangen, der vorzugsweise eine scheibenförmige, in vertikaler Richtung gebündelte
Richtcharakteristik besitzt, so wird durch den in dem Verstärker 48 verstärkten
Echoimpuls ein Relais 46 erregt, das durch Betätigung der Schalter 49 und 50 den
Lotsender47 tastet und während dieser Zeit mit dem Wandler 4 verhindet, wobei der
Empfangsverstärker48 abgetrennt oder blokkiert wird, sowie den Modulator 45 mit
dem Sender 4I verbindet und diesen mit der Modulation B beaufschlagt. Diese Modulation
B wird nach Empfang durch die Antenne 7 und Verstärkung in dem Verstärker II in
dem Demodulator 3I wieder von der Trägerfrequenz tt getrennt. Jeder Impuls B löst
einen monostabilen Multivibrator 32 aus, von dem negative Rechteckimpulse gleicher
Amplitude und Breite dem Kondensator 34 zugeleitet werden, der über den Widerstand
35 in einer Zeit entladen wird, die etwas größer ist als die maximale Laufzeit der
Unterwasserlotimpulse.
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Die negativ geladene Platte des Kondensators 34 ist mit dem zweiten
Gitter der Regelröhre 37 verhunden. Ist die Lotfolgefrequenz des Unterwasserschallsenders
und damit auch die Modulationsimpulsfrequenz B groß, d. h. die Entfernung Ziel-Boje
klein, so wird der Kondensator 34 auf eine hohe Spannung aufgeladen, das Gitter
der Röhre 37 wird stark negativ, und der Radius des Anzeigekreises ist klein. Ist
die Lotfolgefrequenz des Unterwasserschallsenders gering, d. h. die Entfernung Ziel-Boje
groß, so ist die Spannung an dem Kondensator 34 und damit die negative Spannung
an dem zweiten Gitter der Röhre 37 gering, und der Radius des Anzeigekreises ist
groß. Ebenso wie die Anzeige der Lage der Boje I zum Flugzeug und der Entfernung
des Zieles von dieser Boje über das Auswertegerät I6 mit einem der drei Strahlsysteme
der Anzeigeröhre 22 erfolgt, werden die entsprechenden Meßwerte der Bojen 2 und
3 über die Antennen 8, 9 und die Auswertegeräte I7 bzw.
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I8, die ebenso aufgebaut sind und arbeiten wie das Auswertegerät I6,
den beiden übrigen Strahlsystemen der Dreikathodenstrahlröhre 22 zugeleitet und
dort auf dem Bildschirm gemeinsam mit den Werten der Boje I angezeigt.
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Eine so gewonnene Anzeige ist in Fig. 4 dargestellt. Vom Zeitpunkt
der Impulsaussendung des Senders 20 an laufen die dunkelgesteuerten Elektronenstrahlen
vom Bildschirmmittelpunkt 58, der dem Flugzeugstandort entspricht, in die den Stellungen
der Peilantennen entsprechenden Richtungen nach dem Schirmrand. Bei Ankunft der
Ant-
wortimpulse von den Lotbojen werden die zugeordneten Elektronenstrahlen
kurz hellgetastet, und es werden drei Kreise 55, 56, 57 aufgezeichnet, die sich
alle in einem Punkt 59 schneiden, der dem Zielort entspricht. Die Mittelpunkte 52,
53, 54 der Kreise 55, 56, 57 werden nicht aufgezeichnet. Der Abstand des Schnittpunktes
59 der Kreise von dem Mittelpunkt 58 des Bildschirmes entspricht also der Entfernung
des Unterwasserzieles von dem ortenden Flugzeug, und der Winkel zwischen der Verbindungsgeraden
58-59 gegen den der Flugrichtung entsprechenden Radius 60 ist gleich dem tatsächlichen
Winkel zwischen dem Flugzeugkurs und der Verbindungsgeraden Flugzeug-Unterwasserziel.
Da die Bojenstandorte bei der erfindungsgemäßen Anzeige eliminiert werden, brauchen
die Bojen nicht wie bei anderen Ortungsgeräten verankert zu sein, sondern können
frei schwimmen.
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Die Mittelpunkte 52, 53, 54 der Kreise können deshalb auch außerhalb
des Bildschirmes liegen. Selbst wenn nur drei Kreisbögen ohne den gemeinsamen Schnittpunkt
59 auf dem Bildschirm erscheinen, kann noch qualitativ auf die Richtung des Ziels
zum Flugzeugkurs geschlossen werden. Da in der Regel nicht alle Lotbojen die gleiche
Entfernung zum ortenden Flugzeug haben, werden die einzelnen Elektronenstrahlen
wegen der verschieden langen Laufzeiten der elektromagnetischen Ortungsimpulse und
Antwortimpulse nicht gleichzeitig hellgetastet.
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Die Nachleuchtdauer des Fluoreszenzschirmes der Anzeigeröhre muß deshalb
so groß gewählt werden, daß noch bei den größtmöglichen zeitlichen Unterschieden
bei der Helltastung der Elektronenstrahlen eine gleichzeitige Sichtbarmachung aller
drei Kreise gewährleistet ist.
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Auf dem Bildschirm werden zweckmäßig der Radius 60 in Flugrichtung
und der Mittelpunkt 58 des Bildschirmes als Flugzeugort gekennzeichnet, und am Umfang
wird allenfalls eine Winkelskala 6I angeordnet. Außerdem kann zur unmittelbaren
Ablesung von Richtung und Entfernung des Zieles auf dem Bildschirm oder vor dem
Bildschirm ein Polarkoordinatennetz mit einer Eichung in Richtungs- und Entfernungswerten
angeordnet werden.
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Die Justierung der einzelnen Strahlsysteme erfolgt zweckmäßig so,
daß jeweils der einzustellende Elektronenstrahl bei abgeschaltetem Sender 20 und
Sägezahngenerator 21 hellgetastet und auf den Mittelpunkt des Bildschirmes eingestellt
wird. Danach wird der Oszillator 36 eingeschaltet und der Multivibrator 32 durch
ein Tastglied, beispielsweise das Tastglied I9, mit einer Impulsfolgefrequenz, die
einer bestimmten Entfernung entspricht, beispielsweise t/2 Hz, entsprechend I500
m, getastet. Der entstehende Kreis wird durch Variation der Widerstände 38 und 40
in der Form korrigiert und durch Variation der Amplituden der von dem Oszillator
erzeugten Sinusschwingungen mittels des Potentiometers 33 mit dem der entsprechenden
Entfernung, beispielsweise 1500 m, zugeordneten Kreis auf der Skala zur Deckung
gebracht. Entsprechend werden dann die zwei anderen Strahlsysteme eingestellt.
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Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. So
können beispielsweise aus der Laufzeit der Unterwasserlotimpulse unmittelbar Stenergrößen
abgeleitet werden, die in dem Anzeigegerät an Bord des Flugzeuges die Kreisradien
beeinflussen.