DE2550709C2 - Clusterreflektor aus sechs gleichen Cornerreflektoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Clusterreflektor für in drei Freiheitsgraden bewegliche Ziele, bestehend aus sechs gleichen, aus jeweils drei senkrecht aufeinanderstehenden Flächen gebildeten Cornerreflektoren, deren Symmetrieachsen in azimutaler Richtung jeweils einen Winkel von 60° einschließen, wobei die Cornerreflektoraperturen in azimutaler Richtung fortschreitend so ausgerichtet sind, daß bei lotrechter Clusterreflektorachse abwechselnd eine Apertur der Cornerreflektoren mit einer Spitze nach oben, die nächste Apertur mit einer Spitze nach unten weist.

Clusterreflektoren werden seit langem in der Luft- und Schiffahrt eingesetzt, um das Reflexionsvermögen schwach reflektierender Z'ele zu verbessern.

Aus radartechnischer Sicht werden an Radarreflektoren zwei wesentliche Forderungen gestellt: Die vom Reflektor zurückgestrahlte Leistung soll möglichst hoch sein und innerhalb eines vorgegebenen Raumwinkels möglichst unabhängig von der Anstrahlrichtung sein. Das bedeutet anders ausgedrückt: einen möglichst hohen Rückstrahlquerschnitt, bezogen auf die Reflektorgröße, und ein innerhalb des festgelegten Raumwinkels möglichst konstantes Rückstrahldiagramm.

Geht man von einer horizontal einfallenden Radarwelle aus, wie es bei Rundsuch- und Zielverfolgungsradaranlagen zumindest näherungsweise der Fall ist, und setzt man einen auf dem Ziel starr montierten Radarreflektor voraus, so bestimmen allein die Eigenbewegungen des Zieles die erforderliche räumliche Ausdehnung des Rückstrahldiagramms.

Radarziele, wie Segelflugzeuge in der Luftfahrt oder Sport- und Rettungsboote, kleine Küstenfahrzeuge und Fahrwassertonnen in der Schiffahrt, können sich in der Regel frei um die drei Raumachsen: Roll-, Stampf- (bzw. Nick-) und Gierachse bewegen. Dabei betragen die maximalen Winkelwerte in Roll- und Stampfrichtung etwa 20 bis 30°. Für das Rückstrahldiagramm muß somit eine horizontale Ausdehnung (Horizontaldiagramm) von 0 bis 360° und eine vertikale Ausdehnung (Vertikaldiagramm) von 0 bis ±30° gegenüber der Horizontalebene gefordert werden.

Einer der bekanntesten Clusterreflektoren ist der Oktaederreflektor. Seine acht Cornerreflektoren erzeugen ein aus acht breiten Hauptkeulen bestehendes Rückstrahldiagramm. Richtet man den Oktaederreflektor so aus, daß eine der acht Hauptkeulen vertikal nach oben, und eine zweite vertikal nach unten weist, so nimmt der Oktaederreflektor die sogenannte Sechserstellung ein. Der Name leitet sich her aus dem aus sechs Keulen bestehenden Horizontaldiagramrii. Die sechs Keulen entstehen dadurch, daß nur sechs der acht Cornerreflektoren bei Drehung des Oktaederreflektors um seine lotrechte Achse nacheinander am Reflexionsprozeß beteiligt sind.

Bekannt ist, daß die Symmetrieachsen dieser sechs Cornerreflektoren und entsprechend auch die durch sie erzeugten Hauptkeulen, bei lotrechter Oktaederreflektorachse nicht in der Horizontalebene liegen, sondern abwechselnd um ca. 20° gegenüber dieser Ebene nach unten bzw. oben geneigt sind (vgl. NTZ, Jahrgang 1964, Seite 252). Dabei wird als Symmetrieachse eines Cornerreflektors diejenige Achse bezeichnet, die durch

ίο das Zentrum des Cornerreflektors läuft und mit jeder der drei Flächen des Cornerreflektors einen gleich großen Winkel von 35,3° einschließt.

Aus dem Winkelversatz der Hauptkeulen gegenüber der Horizontalebene ergeben sich drei wesentliche Nachteile:

1. Der Rückstrahlquerschnitt im Horizontaldiagramm erreicht nur etwa die Hälfte des Wertes im Keulenmaximum.

2. Die Keulenbreite im Horizontaldiagramm ist deulich geringer als im Keulenmaximum, so daß keine optimale Winkelbedeckung erzielt wird.

3. Neigt sich der Reflektor gegenüber der Lotrechten aufgrund von Roll- und Stampfbewegungen des Zieles, so wachsen mit zunehmendem Neigungswinkel drei der sechs Keulen des Horizontaldiagramms allmählich an, während die übrigen drei rasch kleiner werden. Bei einer Schräglage von 20° erreichen drei Keulen ihren Maximalwert (sie liegen jetzt parallel zur Horizontalebene), die azimutal um jeweils 60° versetzten Keulen sind dagegen bei einem Neigungswinkel von insgesamt 40° praktisch auf Null zusammengeschrumpft. An diesen Stellen weist das Rückstrahldiagramm nunmehr breite Lücken auf. Daraus folgt, daß Ziele, die mit solchen Reflektoren ausgerüstet sind, sich insbesondere bei starken Roll- und Stampfbewegungen nur mit geringer Entdeckungswahrscheinlichkeit orten lassen.

Als Abhilfe für diese Nachteile ist es aus der GB-PS 7 33 748 bei einem Acht-Corner-Clusterreflektor bereits bekannt, die einzelnen Cornerreflektoren so zu neigen, daß bei lotrechter Clusterreflektorachse ihre Symmetrieachsen in einer horizontalen Ebene liegen. Die Symmetrieachsen bilden dann mit der Clusterreflektorachse Vertikal winkel von 90°.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Clusterreflektor zu entwickeln, der sowohl ein weitgehend geschlossenes Rückstrahldiagramm iEnerhalb des isisressierenden Winkelbereichs von horizontal 360° und vertikal ca. ±30° besitzt, als auch einen möglichst hohen Rückstrahlquerschnitt, bezogen auf den Reflektordurchmesser, aufweist

Diese Aufgabe wird bei einem Clusterreflektor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Symmetrieachsen der Cornerreflektoren mit der Clusterreflektorachse Vertikalwinkel von jeweils ca. 90° bilden und jeweils zwei der drei senkrecht aufeinanderstehenden Flächen eines jeden Cornerreffektors bis zu ihren jeweiligen Schnittlinien mit den benachbarten Flächen benachbarter Cornerreflektoren ausgedehnt sind, und die jeweils dritte Fläche eines jeden Cornerreflektors annähernd bis zur Schnittlinie mit dem Mantel eines gedachten, den Clusterreflektor umschreibenden Zylinders vergrößert ist, auf dessen Mantelfläche die Punkte liegen, in denen sich jeweils die Schnittlinie der dritten Fläche eines Cornerreflektors mit einer der beiden anderen Cornerreflektorflächen und die Schnittlinie der zuletzt genannten Fläche mit der anliegenden Fläche des benachbarten Cornerreflektors schneiden.

Werden bei einer Metallausführung des erfindungsgemäßen Clusterreflektors die Flächen an allen Schnittlinien, z. B. durch Schweißen fest miteinander verbunden, so entsteht aufgrund der Faltwerkstruktur der Konstruktion ein Reflektor mit außerordentlich hoher mechanischer Festigkeit. Der Clusterreflektor kann beispielsweise in den Aufbau einer Fahrwassertonne als tragendes Konstruktionselement einbezogen werden.

Bei einer geschweißten Konstruktion verhindert darüber hinaus die völlig geschlossene Oberfläche des Clusterreflektors das Eindringen von Luftfeuchtigkeit und Wasser in das Innere des Reflektorkörpers, so daß eine allmähliche Zerstörung durch Korrosion von der Innenseite her vermieden wird.

Ist ein niedriges Gewicht von besonderer Bedeutung, so bietet sich eine Reflektorkonstruktion aus Kunststoff, z. B. aus Kunststoffplatten oder geschäumten Formteilen mit metallisierter Oberfläche an. Ein solcher Aufbau muß im allgemeinen durch einen Radom geschützt werden. Ein Radom bietet darüber hinaus den Vorteil, daß der Windwiderstand des Reflektors erheblich reduziert wird.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Clusten eflektors ist nicht nur in seinen ausgezeichneten Rückstrahleigenschaften zu sehen, sondern vor allem auch darin, daß er für nahezu alle Reflektoranwendungen im Bereich der Luft- und Schiffahrt geeignet ist. Die bisherige Vielfalt an Reflektortypen kann daher durch den erfindungsgemäßen Clusterreflektor ersetzt werden.

An Hand der Fig. 1 bis 4 wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Clusterreflektors, F i g. 2 die Draufsicht des Reflektors von F i g. 1,

F i g. 3 ein Anwendungsbeispiel des Reflektors und

F i g. 4 das Rückstrahldiagramm des Reflektors.

Wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, setzt sich der erfindutigsgemäße Clusterreflektür aus sechs gleichen Cornerreflektoren la bis 1/zusammen, die in gleichen azimutalen Abständen von jeweils 60° um die Achse 3 des Clusterreflektors angeordnet sind. Jeder der sechs Cornerreflektoren besteht aus drei senkrecht aufeinanderstehenden metallischen Flächen, z. B. Stahl- oder Leichtmetallblechen, die in ihren Schnittlinien 12, 15a, 156 fest miteinander verbunden sind.

Bei lotrechter Stellung der Clusterreflektorachse sind die Aperturen der Cornerreflektoren in azimutaler Richtung fortschreitend so ausgerichtet, daß eine Apertur mit einer Spitze 4 nach oben, die nächste Apertur mit einer Spitze 5 nach unten weist Die Symmetrieachsen 2a bis 2/der sechs Cornerreflektoren schließen mit der Clusterreflektorachse 3 jeweils einen Winkel von 90° ein, so daß sie bei lotrechter Ciusterreflektorachse parallel zur Horizontaiebene liegen. Zwei der drei senkrecht aufeinanderstehenden Flächen eines jeden Cornerreflektors sind bis zu ihren jeweiligen Schnittlinien 13a bzw. 136 mit den benachbarten Flächen benachbarter Cornerreflektoren ausgedehnt. Die dritte Fläche eines jeden Cornerreflektors ist annähernd bis zur Schnittlinie 14 mit der Mantelfläche eines gedachten, den Clusterreflektor umschreibenden Zylinders vergrößert. Dabei läuft die Zylindermantelfläche durch die Schnitlpunkte 16a und 166 eines jeden Cornerreflektors, in denen sich die Schnittlinien 15a bzw. 156 mit den Schnittlinien 13a bzw. 136 treffen.

F i g. 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung. Der erfindungsgemäße Clusterreflektor 20 ist als tragendes Konstruktionselement in den Aufbau einer Fahrwassertonne integriert, die sowohl zur lichttechnischen als auch zur radartechnischen Kennzeichnung des Verlaufs einer Wasserstraße dient.

Das Rückstrahldiagramm des erfindungsgemäßen Clusterreflektors ist in F i g. 4 über einen Abschnitt von ca. 180° dargestellt. # ist die horizontale, φ die vertikale Koordinate des Raumwinkels. In das Rückstrahldiagramm sind die Grenzlinien C und die — 1OdB — Niveaus der Einzeldiagramme der Cornerreflektoren, die Keulenmaxima Mund schraffiert die Überlappungsbereiche der Einzeldiagramme eingetragen.

Die optimalen Rückstrahleigenschaften des erfindungsgemäßen Clusterreflektors ergeben sich aus den folgenden sorgfältig aufeinander abgestimmten Maßnahmen:

1. Mit der Anordnung der Symmetrieachsen der sechs Cornerreflektoren rechtwinklig zur Clusterreflektorachse wird erreicht, daß das Maximum des Rückstrahlquerschnittes in der statistisch wahrscheinlichsten Winkellage der meisten Ziele auftritt Das vertikale Rückstrahldiagramm ist somit optimal an die Zielbewegungen in Roll- und Stampfrichtung angepaßt, und die Eiitdeckungswahrscheinlichkeit des Zieles nimmt den höchstmöglichen Wert an.

2. Durch Vergrößerung der Cornerreflektoraperturen in der erfindungsgemäßen Weise wird ein gegebenes zylinderförmiges Volumen optimal ausgenutzt, so daß der Rückstrahlquerschnitt seinen größtmöglichen Wert erreicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Clusterreflektor für in drei Freiheitsgraden bewegliche Ziele, bestehend aus sechs gleichen, aus jeweils drei senkrecht aufeinanderstehenden Flächen gebildeten Cornerreflektoren, deren Symmetrieachsen in azimutaler Richtung jeweils einen Winkel von 60° einschließen, wobei die Cornerreflektoraperturen in azimutaler Richtung fortschreitend so ausgerichtet sind, daß bei lotrechter Clusterreflektorachse abwechselnd eine Apertur der Cornerreflektoren mit einer Spitze nach oben, die nächste Apertur mit einer Spitze nach unten weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachsen (2a bis 2f) der Cornerreflektoren mit der Clusterreflektorachse (3) Vertikalwinkel von jeweils ca. 90° bilden und jeweils zwei der drei senkrecht aufeinanderstellenden Flächen eines jeden Cornerreflektors (la bis If) bis zu ihren jeweiligen Schnittlinien (13a bzw. 136,1 mit den benachbarten Flächen benachbarter Cornerrefiektoren ausgedehnt sind, und die jeweils dritte Fläche eines jeden Cornerreflektors annähernd bis zur Schnittlinie (14) mit dem Mantel eines gedachten, den Clusterreflektor umschreibenden Zylinders vergrößert ist, auf dessen Mantelfläche die Punkte (16a und 166,) liegen, in denen sich jeweils die Schnittlinie (15a bzw. \5b) der dritten Fläche eines Cornerreflektors mit einer der beiden anderen Cornerreflektorflächen und die Schnittlinie (13a bzw. 13b) der zuletzt genannten Fläche mit der anliegenden Fläche des benachbarten Cornerreflektors schneiden.

2. Clusterreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als geschweißte Metallkonstruktion gefertigt ist.

3. Clusterrefleklor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Kunststoffteilen mit einer Oberflächenmetallisierung gefertigt ist.

4. Clusterreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Radom eingebaut ist.