DEC0007430MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 14. April 1953 Bekanntgemacht am 31. Oktober 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Bei den Radargeräten, die derzeit in Gebrauch sind, sind mehrere Arten der oszillographischen Darstellung üblich; so entspricht z. B. die Auslenkung des Elektronenstrahls entweder in kartesischeni Koordinaten der Entfernung· allein oder die Abszisse dem Azimut und die Ordinate dem Höhenwinkel odfer bei der sogenannten Panoramadarstellung in Polarkoordinaten das Azimut dem Polarwinkel und die Entfernung dem Radiusvektor. Es besteht eine große Zahl möglicher Kombinationen, jedoch kann jede nur zur Darstellung zweier Koordinaten auf ein und demselben Bildschirm führen. Wenn der Beobachter Angaben über die drei möglichen Koordinaten haben will, muß er sich auf zwei verschiedene Anzeigeinstrumente stützen, von denen z. B. das eine den Höhenwinkel'und das Azimut, das andere die Entfernung angibt.

Dieses Ergebnis mag in gewissen Fällen ausreichen. Muß hingegen der Beobachter eine schnelle Ablesung vornehmen können und ist der Beobachtungspunkt beweglich, d. h. also, wenn sich das Bild ständig verändert, was besonders für Radargeräte in Flugzeugen gilt, so sind diese Systeme wenig zweckmäßig.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Entfernungskoordinate als dritte Koordinate eines Lageplananzeigers durch Farbänderung des Leucht-

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flecks darzustellen. Bei einer bekannten Einrichtung zur Ausführung dieses Vorschlages wird ein einziger Oszillograph verwendet, vor dem. sich ein Dreifarbenfilter dreht. Die den einzelnen Entfernungen entsprechenden Impulse werden synchronisiert mit den entsprechenden Farben des Filters auf den Leuchtschirm des Oszillographen geschrieben.

Demgegenüber arbeitet die Einrichtung gemäß

ίο der Erfindung ohne bewegte Teile und kommt mit nur zwei Farben zur Entfernungsanzeige aus. Hierdurch wird die Betriebssicherheit der Anlage wesentlich erhöht.

Der erfindungsgemäße Radarpositionsanzeiger

*5 mit Darstellung der. Entfernungskoordinate durch Farbänderung des Leuchtflecks ist dadurch gekennzeichnet, daß "der Abtastbereich gleichzeitig durch zwei Kathodenstrahlröhren mit in verschiedenen Farben leuchtenden Leuchtschirmen dargestellt wird, von denen mindestens' während eines Teils der Laufzeit der zur Raumabtastung ausgesendeten Impulse jeweils eine blockiert ist, und daß die beiden Schirmbilder durch nachfolgende optische Mittel zur Überdeckung gebracht werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist nach jedem Sendeimpuls die erste Kathodenstrahlröhre während des ersten Drittels und die zweite Kathodenstrahlröhre während des letzten Drittels der Sendeperiode blockiert.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist nach jedem Sendeimpuls die erste Kathodenstrahlröhre bis zum Eintreffen eines Echosignals und die zweite Kathodenstrahlröhre vom Eintreffen eines Echosignals an blockiert, und die Bildschirme sind derart ausgebildet, daß die Helligkeit eines Bildpunktes angenähert linear von der Zeit abhängt, während der er von dem Elektronenstrahl getroffen wird.

Zur Herstellung der erforderlichen Beziehung zwischen den vorkommenden Farben und den gemessenen Entfernungen kann ein Vergleichsfarbfilter Verwendung finden, das eine Reihe der bei der Mischung der beiden Schirmbildfarben auftretenden Farben und eine Skala für die den verschiedenen Mischfarben zugehörigen Entfernungen aufweist.

Eine Ausführungsform des Gerätes dient schließlich dazu, Blindlandungen durchzuführen. Dabei wird die Rollbahn des Flugplatzes in regelmäßigen Abständen mit passiven Baken versehen und das Bild dieser Baken auf dem Sichtgerät des Funkmeßgerätes im Flugzeug angezeigt, welches die vorstehend beschriebenen Eigenschaften besitzt.

Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes zeigen die Zeichnungen in schematischer Darstellung. Hierin stellt dar

Fig. ι eine Durchführuingsart der Antennenabtastung,

Fig. 2 die der Abtastung der Antenne entsprechende Abtastung der Kathodenstrahlröhren, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des von der Antenne bestrichenenjRaumes,

Fig. 4 das theoretische Blockschaltbild eines Ge- ^; .■ rätes, das die Entfernungen erfindungsgemäß anzeigt,

Fig. 5 die auf den verschiedenen Bildschirmen des Gerätes nach Fig. 4 und 7 beobachteten Bilder,

Fig. 6 die verschiedenen Signale, die an verschiedenen Punkten des Gerätes nach Fig. 4 erscheinen,,

Fig. 7 das Prinzipschaltbild eines Entfernungsmeßgerätes gemäß der Erfindung,

Fig. 8 die verschiedenen Signale, die an verschiedenen Punkten des Gerätes nach Fig. 7 erscheinen,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des Raumes bei Blindlandung mit Hilfe eines Gerätes gemäß der Erfindung und . ' ;

Fig. 10 das in diesem Falle auf dem Beobachtungsschirm erscheinende Bild.

Das Funkmeßgerät enthält an bekannten Bestandteilen insbesondere eine Richtstrahlantenne, etwa ein Paraboloid, die durch eine ultrahoc'bfrequente Energiequelle erregt wird. Diese Antenne bestreicht mit Hilfe einer mechanischen oder elektronischen Einrichtung den Raum gemäß einer rechteckigen Abtastung, wie sie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Für eine sehr schmale Strählungsschleife von z. B. i° Öffnungswinkel ergeben sich bei Aufnahme von 50 Punkten je horizontale Zeile und von 50 Zeilen 2500 Punkte im überstrichenen Rechteck.

Die Auslenkung des Strahlenbündels jeder Kathodenstrahlröhre ist mit der der Antenne synchronisiert, und die Darstellung der bestrichenen Oberfläche auf jedem Bildschirm ist der von Fig. 2 analog. Die Abszissen entsprechen dem Azimut und die Ordinaten dem Höhenwinkel.

Fig. 3 zeigt den bestrichenen Raum in perspektivischer Ansicht. Der ganzen folgenden Beschreibung liegt die Annahme zugrunde, daß diese Art der Abtastung angewendet wird und daß weiter die Reichweite des Radargerätes auf 6 km begrenzt ist. Tatsächlich ergibt sich für ein Radargerät, das Impulse aussendet, bei 2500 aufgenommenen Punkten eine Wiederholungsfrequenz von 25 000 und auch eine auf 6 km begrenzte Reichweite, wenn die Dauer der Gesamtbestreichung, die einem vollständigen Bild auf dem Schirm entspricht, weniger als V₁₀ Sekunde betragen soll. Es wird ferner angenommen, daß bei jeder Impulsaussendung nur das Echo registriert wird, das dem nächsten Hindernis auf dem Wege der ausgesendeten Welle entspricht.

Wenn die Antenne die Ebene S_n nach Fig. 3 bestreicht, die den Geraden S_n nach Fig. 1 und S_n" nach Fig. 2 entspricht, so wird die empfangene Welle von den Hindernissen C₁, C₂, C₃, die bei 1 bzw. 6 bzw. 3 km liegen, zurückgestrahlt. Die empfangenien Signale werden ausgewertet und auf die Kathodenstrahlröhren gegeben, deren Abtastung mit der der Antenne synchronisiert ist; sie rufen hier Lichtflecke auf der Geraden S_n" an den Stellen hervor, die dem Azimut der einzelnen Hindernisse entsprechen, wie Fig. 2 zeigt.

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Das Gerät nach Fig¹. 4 ermöglicht eine Anzeige der Entfernung des Hindernisses. Das von dem Radargerät*bestrichene Gebiet wird willkürlich in drei Abschnitte geteilt, z. B. von der Antenne. ausgehend von ο bis 2 km, von 2 bis 4 km und von 4 bis 6 km.

In dem Gerät nach Fig. 4 steuert die Synchronisierungseinrichtung T, die wiederkehrende Impulse mit der Periode t liefert, den Sender S, von dem Impulse sehr hoher Frequenz ausgehen, die von der.Sendeantenne A_e ausgestrahlt werden. Die nach Rückstrahlung durch ein Hindernis von der Empfangsantenne A₁- aufgenommene Welle wird durch den Empfänger R ausgewertet, und es tritt bei d in Fig. 4 ein Echosignal e auf. Die Zeit zwischen diesem Sendeimpuls und dem Echosignal ist bekanntlich proportional der Entfernung d,es Hindernisses. Es wurden zwei Antennen gezeichnet, die eine für die Sende- und die andere für die Empfangsrichtung, aber es versteht sich, daß bei Verwendung eines synchronisierten Umschalters für ' beide Funktionen eine einzige Antenne ausreicht. Die Synchronisierungseinrichtung T steuert ferner zwei Multivibratoren M₁ und M₂, die rechteckförmige Spannungen von gleicher Amplitude und Dauer abgeben. Diese Dauer wird willkürlich gewählt und beträgt zweckmäßig zwei Drittel der Periode t der Synchronisierungsimpulse. Die von M₁ gelieferte Spannung beginnt zu einem dem Synchronisierungsimpuls 0 entsprechenden Zeitpunkt und endet mit dem Zeitpunkt P₁, d. h. bei ²/₃ 1 nach dem Synohronisierungsimpuls. Die von M₂ gelieferte Spannung beginnt im Zeitpunkt p₂, d. h. bei V₃ t nach dem Sendeimpuls 0 und endet mit dein folgenden Sendeimpuls. Diese beiden rechteckförmigen Spannungen werden den beiden Kreisen P₁ bzw. P₂ zugeführt, die außerdem das Echosignal von d empfangen. Diese Kreise P₁ und P₂ lassen das Echosignal nur durch, wenn sie nicht gesperrt sind, d. h. während der Dauer des Empfanges der rechteckförmigen Spannungen von M₁. bzw. M₂. Die Ausgänge der Kreise P₁ und P₂ liegen an den Gittern G₁ bzw. G₂ der beiden Kathodenstrahlröhren K₁ bzw K₂, die, wie aus Fig. 2 ersichtlich, ausgelenkt werden. In Fig. 4 deutet die Linie a-a schematisch die Synchronisierung zwischen der Abtastung der Antennen und der der Röhren K₁ und K₂ an.

Die Bildschirme der beiden Kathodenstrahlröhren K₁ und K₂ bestehen aus Stoffen, die ihnen verschiedene Farben verleihen, z. B. Orangerot bzw. Blau. Diese Farben sind in den Fig. 6 und 8 schraffiert dargestellt, und zwar von rechts oben nach links unten geneigt für Orangerot und von links oben nach rechts unten geneigt für Blau. Diese Stoffe zeigen ferner eine ausreichende Nachleuchtdauer, und die Leuchtstärke des Lichtfleckes ist praktisch unabhängig von der Beleuchtungszeit. In Fig. 5 sind die beiden Bildschirme der Kathodenstrahlröhren K₁ und K₂ und der Beobachtungsbildschirm E dargestellt, auf den die beiden Bilder von den Schirmen K₁ und K₂ überlagert projiziert werden. Die fiktiven Orte der drei. Flecke, welche den drei Hindernissen C₁, C₂ und C₃ entsprechen, sind auf den drei Bildschirmen dargestellt. Fig. 6 stellt die Farbanzeige für die Entfernung dar. In der ersten Reihe der Fig. 6, die dem Hindernis C₁ entspricht, sind nacheinander das Echosignal ^₁ (bei d nach Fig. 4), die Rechteckspannung an P₁, die Rechteckspannung an P₂, das an G₁ gegebene Signal und das an G₂ gegebene Signal dargestellt. Man sieht an diesem Beispiel, daß, wenn das Hindernis C₁ ι km entfernt ist, e_t sich in einem Abstand von V₆ t vom Zeitursprung ο befindet, also innerhalb der Zeit eingetroffen ist, während der der Kreis P₁ nicht gesperrt ist. Dieser läßt also das Signal durch, das an G₁ gegeben wird, während P₂ gesperrt ist und kein Signal nach G₂ durchläßt. Es erscheint also an der Stelle, die C₁ entspricht, ein orangeroter Lichtfleck auf K₁, während auf K₂ nichts zu sehen ist. Die sich auf dem Projektionsschirm E ergebende Farbe ist dann orangerot.

Umgekehrt läßt für das in 6 km Entfernung gelegene Hindernis C₂ (zweite Reihe in Fig. 6) nur P₂ ein Signal durch. Der Lichtfleck erscheint nur auf K₂, und die sich auf dem Schirm E ergebende Farbe ist blau.

Für die dritte Reihe der Fig. 6 schließlich liegt das Hindernis C₃ in 3 km Entfernung. Für die beiden Kreise P₁ und P₂ ist die Sperrung in dem Zeitpunkt aufgehoben, wo ihnen das Echosignal e_z zugeführt wird. Ein Lichtfleck erscheint daher an der Stelle C₃ auf beiden Schirmen der Röhren K₁ und K₂, und die sich auf dem Beobachtungsbildschirm £ ergebende Farbe besteht aus einer Mischung von Blau und Orangerot.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß das Hindernis auf dem Beobachtungsbildschirm E orangerot erscheint, wenn es sich in einer Entfernung zwisehen ο und 2 km befindet, orangerot und blau gemischt bei einer Entfernung zwischen 2 und 4 km und blau bei einer Entfernung zwischen 4 und 6 km. ,

Diese Entfernungsunterteilung kann auch auf andere Weise erfolgen, wobei die Zeiten P₁ und p₂, von denen die Sperrung und die Aufhebung der Sperrung der Kreise P₁ und P₂ abhängt, willkürlich gewählt werden. Ebenso kann man die Entfernung in mehr als drei Abschnitte zerlegen, wenn man mehr als zwei Farben und deren Mischung, d. h. mehr als zwei Kathodenstrahlröhren mit verschiedener BiMschirmfarbe und eine entsprechende Anzahl von Kreisen M und P vorsieht.

Das in Fig. 4 dargestellte Gerät ergibt nur eine Angabe über den Entfernungsbereich, in dem sich das Hindernis befindet, wogegen eine genaue kontinuierliche Messung mit dem Gerät nach Fig. 7 möglich ist. Senden und Empfangen erfolgen bei diesem Gerät in¹ gleicher Weise wie bereits an Hand von Fig. 4 beschrieben.

Die beiden Kathodenstrahlröhren K₁ und K₂ sind, mit Schirmen aus solchen Stoffen versehen, daß die Lichtflecke verschiedene Farben haben. Insbesondere ergibt der eine Schirm ein orangerotes Bild K₁ und der andere ein blaues Bild K₂. Diese BiId-

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schirme besitzen eine ausreichende Nachleuchtdauer, und die Helligkeit eines Punktes des Bildschirmes hängt von der Zeit ab, während der er von dem Strahl getroffen wird. Diese Abhängigkeit ,.

ist vorzugsweise linear. Die Auslenkung der beiden Oszillographen ist ebenfalls mit der der Antennen synchronisiert. Die Position der Hindernisse entspricht Fig. 5. Zwei Kreise B₁ und B₂ sind den Röhren K₁ bzw. K₂ zugeordnet. Jeder dieser

Kreise wird einerseits gesteuert von den Synchronisierungsimpulsen .r der Einrichtung T und andererseits von dem Echosignal, das bei d am Ausgang des Empfängers R erscheint. Der Kreis B₁ ist so ausgeführt, daß er eine Rechteckspannung abgibt, deren Anfang mit dem Echosignal e zusammenfällt und die mit dem folgenden Synchronisierungsimpuls endet, während der Kreis B₂ eine Rechteckspannung liefert, die den Synchronisierungsimpuls als Anfang und das Echosignal e als Ende hat.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise dient Fig. 8, in der die erste Reihe dem Hindernis C₁ in einer Entfernung von 1 km entspricht. Das Echosignal ^₁ kommt zur Zeit ¹Z₆ t, gerechnet vom Synchronisierungsimpuls o, und B₁ liefert eine Spannung, die zeitlich zwischen e_x und dem folgenden Impuls ο liegt und einen Zeitraum von V₆ t umfaßt. Diese Spannung wird auf G₁ gegeben, und die Helligkeit des Lichtfleckes, der C₁ entspricht, ist dann auf dem Bildschirm K₁ proportional ⁵/₆ 1. Umgekehrt ist die Dauer der Rechteckspannung, die von B₂ abgegeben und auf G₂ gegeben wird und damit auch die Helligkeit des C₁ entsprechenden Lichtfleckes auf K₂ proportional V₆ t. Es enthält also der Lichtfleck, der auf dem Beobachtungsbildschirm E dem Hindernis C₁ entspricht, fünf Sechstel der Farbe von K₁ und ein Sechstel der Farbe von K₂, d. h. fünf Sechstel Orangerot und ein Sechstel Blau. Dieses Ergebnis ist in Fig. 8 dargestellt, wobei die Dichte der Schraffierung der Lichthelligkeit entspricht.

Für das in 6 km Entfernung gelegene Hindernis C₂ gibt nur B₂ eine Rechteckspannung von der Dauer t ab, und das auf dem Bildschirm E entstehende Bild wird fast vollkommen blau sein. Für das in 3 km Entfernung gelegene Hindernis C₃ enthält der Lichtfleck auf dem Beobachtungsschirm E drei Sechstel Orangerot und drei Sechstel Blau.
Zusammenfassend ist zu sagen, daß für jedes Hindernis die Menge von Orangerot, die der auf dem Bildschirm £ entstandene Lichtfleck besitzt, sich proportional zur Differenz der Maximalentfernung und der gemessenen Entfernung verhält, während die Menge von Blau unmittelbar proportional der gemessenen Entfernung ist. Dies bedeutet, daß nahe Hindernisse auf dem Bildschirm E in orangeroter und entfernte Hindernisse in blauer Farbe erscheinen.

Wenn man, diese Ergebnise mit einem Farbfilter vergleicht, das die verschiedenen, Färbungen enthält, die sich aus der Mischung beider Farben ergeben können, und das dazu eine auf diese Mischfarben bezogene Entfernungsskala. aufweist, so läßt sich mit ausreichender Genauigkeit die Entfernung der Hindernisse messen.

Ein mit einem solchen Gerät für oszillographi- < sehe Darstellung ausgerüstetes Radargerät zeigt im Flugzeugeinsatz dem Piloten nicht nur an, was vor ihm liegt, sondern gestattet auch die Blindlandung auf einem in regelmäßigen Abständen beiderseits der Rollbahn mit passiven Baken versehenem Gelände.

Fig. 9 zeigt das mit Baken versehene Landungsfeld L. Die Baken b sind in bestimmten Abständen in zwei parallelen Reihen angeordnet. Die beiden Eingangsbaken der Rollbahn sind mit I und II bezeichnet und bestimmen eine Gerade X-X'. Da sich das Radargerät im Bug des Flugzeuges befindet, bestreicht die Antenne den davorliegenden Raum. Die Achse des Flugzeuges entspricht der senkrechten Achse im Mittelpunkt des bestrichenen Rechteckes P^ entsprechend Fig. 1. Der Pilot kann also, wenn er die Rollbahn ansteuert, ein Bild der Baken auf dem Beobachtungsschirm E sehen, und wenn dieses Bild analog dem der Fig. 10 ist, so führt die Längsachse des Flugzeuges durch den Punkt A in der Mitte der Eingangsbaken I und II der Rollbahn. Diese Achse liegt in der senkrecht zum Boden verlaufenden und zu den beiden Bakenreihen äquidistanten Ebene P_7n, da das Bild dieser Baken symmetrisch zur vertikalen Achse des Bildschirmes liegt und die beiden Baken I und II die Bilder 1 und 2 auf dem Bildschirm¹ E ergeben. Diese Bilder liegen auf der horizontalen Achse x-x' dieses Bildschirmes. Wenn der Pilot diese Bildstellung standig einhält, so nähert er sich der Rollbahn unter einem konstanten Winkel a. Die Flugzeuglängsachse fällt dann immer mit der Geraden Da zusammen, die eine Landungsgerade darstellt.

Außerdem zeigt die Farbe der Baken dem Piloten seine Entfernung, vom Eingang der Rollbahn, und sie gibt ihm den Augenblick an, wo er seine Maschine wieder auffangen muß.

Dieser Vorgang kann im übrigen auch halbautomatisch durchgeführt werden, indem die Empfindlichkeit des Empfängers während einer angemessenen Zeit nach der Aussendung des Impulses ausgeschaltet wird, indem die Kreise B₁ und B₂ eine genügend große Zeitkonstante erhalten. Die nahen Hindernissen entsprechenden Echos werden dann nicht registriert. Diese Ausbildung läßt sich in jedem Fall mit Vorteil ausnützen, denn der Beginn der Periode, die auf die Aussendung folgt, wird immer durch örtliche Reflexionen und durch die Beeinflussung der Empfängerkreise durch die Sendekreise gestört. Wenn sich das Flugzeug der Rollbahn genügend genähert hat, werden die Bilder der Baken I und II ausgelöscht, und der Pilot bringt dann, wenn er seine Maschine auffängt, die Bilder d!er nächsten Baken, auf die Achse X-X' des Beobachtungsschirmes E.

Claims (5)

1. Patentanspeüche:

   ι. Radarpositionsanzeiger mit Darstellung der Entfernungskoordinate durch Farbänderung des Leuchtflecks, dadurch gekennzeichnet,

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   daß der Abtastbereich gleichzeitig durch zwei Kathodenstrahlröhren mit in verschiedenen Farben leuchtenden Leuchtschirmen dargestellt wird, von denen mindestens während eines Teils der Laufzeit der zur Raumabtastung ausgesendeten Impulse jeweils eine blockiert ist, und daß die beiden Schirmbilder durch nachfolgende optische Mittel zur Überdeckung gebracht werden.
2. 2. Radarpositionsanzeiger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Sendeimpuls die erste Kathodenstrahlröhre während des ersten Drittels und die zweite Kathoden^ strahlröhre während des letzten Drittels der Senideperiode blockiert ist.
3. 3. Radarpositionsanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Sendeimpuls die erste Kathodenstrahlröhre bis zum Eintreffen eines Echosignals und die zweite Kathodenstrahlröhre vom Eintreffen eines Echosignals an blockiert ist und daß die Bildschirme derart ausgebildet sind, daß die Helligkeit eines Bildpunktes angenähert linear von der Zeit abhängt, während 'der er von dem Elektronenstrahl getroffen wird.
4. 4. Radarpositionsanzeiger nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Vergleichsfarbfilter, das eine Reihe der bei der Mischung der beiden Schirmbildfarben auftretenden Farben und eine Skala für die den verschiedenen, Mischfarben zugehörigen Entfernungen aufweist.
5. 5. Radarpositionsanzeiger nach Anspruch 3 für die Blindlandung von Flugzeugen auf einer von Paaren passiver Baken begrenzter Rollbahn, gekennzeichnet durch Mittel, um den Empfänger nach Aussendung des Impulses kurzzeitig auszuschalten.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschrift Nr. 2508358.

   Hierzu; 2 Blatt Zeichnungen

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