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Einrichtung zur Ortung niedrig fliegender Ziele
Niedrig ül>er Land
fliegende Ziele wurden bisher entweder mit dem unbewaffneten Auge geortet, oder
es wurden dabei optische Hilfsmittel, wie Entfernungsmesser, Zielfernrohre und ähnlidle
Geräte benutzt, die dem Ziel von Hand und/oder durch Servoeinrichtuiigen nachgeführt
werden.
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Diesem Verfahren haften bereits wegen der begrenzten Leistungsfähigkeit
des menschlichen Auges und des menschlichen Reaktionsvermögens grundsätzliche Mängel
an. Heute sind diese Verfahren für die Ortung der nunmehr mit sehr hohen Geschwindigkeiten
fliegenden Ziele kaum noch mit Erfolg einsetzbar: Ehe eine Ortung durchgeführt und
als Grundlage einer Ahwehrlaallnahme verarbeitet worden ist, hat das Ziel sich in
der Regel außer Sichtweite bewegt.
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Außerdem sind zwar selbsttätig arbeitende Radaranlagen bekannt, die
aber bekanntermaßen zum Orten niedrig fliegender Ziele nicht geeignet sind, da die
Reflexionen vom Erdboden zu erheblichen Meßfehlern führen. Die theoretisch bestehenden
Möglichkeiten, diese Fehler zu beheben, haben sich wegen des damit verbundenen technischen
Aufwandes bisher nicht in der Praxis durchsetzen können.
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Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt,
eine mit Ausnahme von Wartungs- und Prüfarbeiten selbsttätig arbeitende
Ortungseinrichtung
zu schaffen, die auf die von einer Radaranlage nicht mehr sicher erfaßbaren niedrig
fliegenden Ziele anspricht und die Zielkoordinaten durch Signalspannungen digital
oder analog darstellt, welche beispielsweise als Eingangssignale für eine Richt-
oder Servoeinrichtung dienen können.
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Bei den Überlegungen für die Erstellung einer entsprechenden Ortungseinrichtung
konnte auf zahlreiche bekannte Mittel zurückgegriffen werden, nämlich auf elektronenoptische
Bildwandler als Ortungseinrichtung zur Ermittlung der Positionen von Flugzielen
(USA.-Patentschrift 2 58I 589), auf stereophotogrammetrische Methoden zur Ermittlung
von Flugbahnen (R. E. Kutterer, »Ballistik«, 3. Auflage, Braunschweig I959, 5. in8
bis III), auf Rechner, die die der Stereophotogrammetrie zugrunde-liegenden Gleichungen
zu lösen imstande sind (Schweizer Archiv für angewandte Wissenschaft und Technik,
Band 5, März I939, S. 74 bis 84) und auf aus der Radartechnik bekannte Mitlaufschaltungen
(Hans-JoachimFischer, »Radartechnik«, Fachbuchverlag Leipzig, I956, S. 3II und 3I7,
L'ONDF, tiLECTRIQUE, April I956, S.337).
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Ausgehend von einer Ortungseinrichtung mit elektronenoptischer Ermittlung
der Position von Flugzielen, ist die Lösung der gestellten Aufgabe gemäß der Erfindung
gekennzeichnet durch zwei mit einem an sich bekannten Rechner nach Art der Stereophotogrammetrie
zusammengeschaltete elektronenoptische Ortungssysteme großer Öffnung, deren optische
Achsen auf einen unendlich fernen Punkt im Zenit ausgerichtet sind, einen die Abtastorgane
der elektronenoptischen Ortungssysteme mit dem Rechentakt des Rechners svnchronisierenden
Taktgeber und durch von gleichzeitig erscheinenden Bildsignalen beider Ortungssysteme
auslösbare, ebenfalls an sich bekannte Mitlaufschaltungen, die von einer gegenseitig
wirkenden Sperrvorrichtung gehindert werden, ein bereits erfaßtes Ziel ein zweites
Mal zu besetzen, dies alles in derartiger Anordnung, daß aus den über die Mitlaufschaltungen
dem Rechner zugeleiteten Bildsignalen der Ortungssysteme und einer festen, dem vorbestimmten
Abstand der Ortungssysteme entsprechenden Signalspannung die Ortskoordinaten v,
y, z der in den Dingräumen der Ortungssysteme erscheinenden Flugziele fortlaufend
selbsttätig bestimmbar sind.
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Eine solche erstmals auch niedrig fliegende Ziele selbsttätig ortende
Einrichtung benötigt keine Schwenkmechanismen für das Nachführen der Beobachtungseinrichtung
nach dem zu ortenden Ziel. Werden an Stelle einer Spiralabtastung die Photokathoden
der elektronenoptischen Ortungssysteme zeilenweise abgetastet und auf zwei Bildschirme
übertragen, so können diese stereoskopisch betrachtet werden. Ein Betrachter der
Bildschirme hat im Idealfall denselben Eindruck wie ein aui dem Rücken liegender
Beobachter, der mit einem binokularen Großbasis-Weitwinkel-Fernrohr den gesamten
Himmelsraum sieht. Die stereoskopische Betrachtung kann aber auch als Zusatz zur
zirkularen Abtastung verwendet werden, um mit Hilfe des stereoskopischen Sehens
die Zuordnung zweier Ziele in je einer Ortungseinrichtung zu ermöglichen. Hierbei
wird der überwachte Raum stark verzerrt in den zu betrachtenden Bildwiedergaberöhren
abgebildet.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die erfindungsgemäße
Ortungseinrichtung auch als Warnanlage und in Verbindung mit einem Vorhalterechner
arbeiten kann. Bekanntlich muß der Rechner hierzu außer den I(oordinatenx,, y, z1
mindestens auch noch deren erste Ableitungen nach der Zeit kennen, wenn die Differenzierung
der Einzel messungen wegen der darin enthaltenen hohen Einzelfehler nicht mehr zu
brauchbaren Werten führt. Diese werden deshalb bei einem Radargerät unter Benutzung
des Dopplereffektes bestimmt. Das optische Verfahren weist im Gegensatz hierzu einen
um Größenanordnungen geringeren Zufallsfehler in den Koordinaten der Einzelmessungen
auf, so daß brauchbare Differenzen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meßwerten
zustande kommen.
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Eine nähere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt Fig. I die Bild- und Dingebene
der Ortungseinrichtung, Fig. 2 die trigonometrischen Beziehungen zwischen der Ortungseinrichtung
und einem angenommenen Ziel, Fig. 3 ein Blockschaltbild der Gesamtanlage einer Ortungseinrichtung
gemäß der Erfindung, Fig. 4 eine schematische Darstellung der binokularen Anzeigevorrichtung
bei zeilenweiser Abtastung, Fig. 5 ein Diagramm der zirkularen Ablenkspannungen
der Bildaufnahmeröhren, Fig. 6 ein Diagramm der im Kippgenerator erzeugten radialen
Ablenkspannungen, Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung eines Abtastvorganges, Fig.
8 den Spannungsverlauf der Bildsignale, aufgetragen über der Zeit to, Fig. g die
Fehlerkurve der Abtastradien, aufgetragen über der Zeit tr, Fig. Io eine der in
der Mitlaufschaltung vorgesehenen Koinzidenzstufen und Fig. II den Impulsplan der
an den Mitlaufschaltungen erzeugten Impulse.
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Für eine Zielortung dienen an sich bekannte optische Systeme mit
Öffnungswinkeln von etwa 1800, die die Abbildung eines in einem sphärischen Dingraum
liegenden Zieles auf einer Bildebene gestatten. Ist mit OABC (vgl. Fig. I) eine
willkürlich herausgegriffene, den Dingraum und die senkrechte Mittelachse eines
Objektivs 2 schneidende Ebene und mit 4 die hierzu senkrechte Bildebene bezeichnet,
so wird ein in der ebene 0,4BC sich befindendes Ziel I auf der Bildebene 4 als Punkt
3 abgebildet. Hierbei ist der Abstand des Bildpunktes 3 von dem Mittelpunkt 0 der
Bildebene - also der Radius r - ein Maß für den Elevationswinkel ,
während
der von der Schnittlinie OC und einer beliebigen Bezugsriclltung 5 eingeschlossene
Winkel a den Azimutwinkel darstellt. Die Bildebene ist die Fotokathode einer Bildaufnahmeröhre,
so daß sich aus den von ihrem Abtastsystem erzeugten Signalen unter Benutzung der
Verfahren der Fernsehtechnik und der datenverarbeitenden Systeme die Winkel und
g bestimmen lassen.
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Dieselben Überlegungen gelten für die zweite Bildaufnahmeröhre. Es
ist daher, wie Fig. 2 zeigt, eine einfache und eindeutige trigonometrische Aufgabe
für einen von den Signalen der Bildaufnahmeröhren gespeisten Rechner 51 (vgl. Fig.
3), aus den Winkelnecl, e und a2, 2 sowie dem Abstand d beider Aufnahmeröhren -
vorausgesetzt, daß diese gleiches Niveau haben und ihre senkrechten Mittelachsen
auf einen unendlichen fernen Punkt ausgerichtet sind - die Ortskoordinaten ci, ,
zt des Zieles I zu bestimmen.
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Die Bildaufnahmeröhren werden in bekannter Weise mit Hilfe zweier
um go0 gegeneinander verschobener Sinusspannungen, die beide mit einer Kippspannung
moduliert sind, spiralig abgetastet.
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Ein gemeinsamer Taktgeber 16 (vgl. Fig. 3) steuert ferner Bildaufnahmeröhren
und den Rechner derart, daß die Frequenz der Zirkularablenkung und die Kippfrequenz
der Radialablenkung der Bildaufnahmeröhren mit dem Rechentakt des Rechners synchronisiert
sind.
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Wird für eine derartige Ortungseinrichtung beispielsweise die Zirkularfrequenz
Co zu 2 z 10 ooo Hz und die Kippfrequenz zu 50 Hz gewählt, so werden zweckmäßig
Bildaufnahmeröhren verwendet, deren Auflösungsvermögen etwa 0,180 beträgt, damit
die durch die Kennwerte der gewählten Spiralabtastung gegebene Grenze des Auflösungsvermögens
zwar erreicht, nicht aber unter Umständen ein im Dingraum erscheinendes Ziel ausgelassen
wird. Der entsprechend der Zirkularfrequenz Ioooomal in der Sekunde angegebene Azimutwinkel
erfordert, um entsprechend dem Auflösungsvermögen der Bildaufuahmeröhren dieselbe
Ävinkelauflösung zu erreichen, ein zeitliches Auflösungsvermögen von 0,125 * I0-6
sec. Auf diese Weise ergibt sich für den elektronischen Teil der Ortungseinrichtung,
also für die Verstärker- und Ühertragungseinrichtungen, eine Bandbreite von etwa
5 MHz.
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Die Objektive 2 sind Teile von zwei in einem vorbestimmten Abstand
im freien Gelände aufgestellten Ortungsteilen II und I2. Sie weisen ferner je eine
Bildaufuahmeröhre und einige Hilfseinrichtungen auf, die später noch näher zu beschreiben
sind. Dazu gehören auch die schon genannten Einrichtungen für die zirkulare Ablenkung.
Wie in Fig. 5 dargestellt, braucht jede Bildaufnahmeröhre zwei Ablenkspannungen
sin Co t und cos co t, von denen die eine die Ablenkung in der 1£- und die andere
die Ablenkung in der v-Richtung der Bildebene bewirken. Beide Ablenkungen führen
den abtastenden Elektronenstrahl auf einer I(reisl,ahn über die Fotokathode der
B ildaufuahmeröbren.
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Wenn dieAmplituden beider Spannungen so geeicht sind, daß die eine
für sich allein die Ablenkung u = r sin ot t und die andere die Ablenkung v = r
cos Co t bewirken würde, so hält sich der Elektronenstrahl in einem beliebigen Zeitpunkt
t in einem Punkt auf, der durch den Radius r und durch den augenblicklichen Winkel
a = Co t gekennzeichnet ist. Der Einfachheit halber möge in Zukunft von Spannungen
r sin Co t und r C05 cos t die Rede sein, obwohl klar ist, daß dies nicht die Spannungen
selbst, sondern die durch die Spannungen auf der Fotokathode hervorgerufenen Komponenten
der Ablenkung des Elektronenstrahles aus der Ruhelage sind. Beide sind einander
proportional. Diese Spannungen werden von dem Zweiphasengenerator I3 (Fig. 3) erzeugt.
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Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, die den Radius r in Abhängigkeit
von der Zeit veränderlich macht. Dies erfolgt durch eine in Fig. 6 schematisch dargestellte
Kippspannung. Sie kann absichtlich unlinear verlaufen, um einen durch die Eigenschaften
der Optik bedingten Abbildungsfehler auszugleichen (gestrichelter Verlauf). Für
die Erzeugung dieser Kippspannung ist ein Kippspannungsgenerator 15 vorgesehen.
Die Produkte der Kippspannung mit den beiden Ablenkspannungen r sin Co t und r cos
Co t werden in einem Modulator 14 gebildet, der über Leitungen 30 und 3I mit dem
Kippgenerator 15 und dem Zweiphasengenerator I3 verbunden ist. Die Bildung der erwähnten
nichtlinearen Anteile kann dabei sowohl im Kippgenerator als auch im Modulator vorgenommen
werden.
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In dem Augenblick, wo der abtastende Elektronenstrahl 6I (Fig. 7)
einen elektronisch gespeicherten Bildpunkt (62) während seiner Umläufe 61 a, 6I
b, 6I C, 61 d überdeckt, entsteht am Ausgang der Bildaufnahmeröhre ein elektrisches
Impulssignal, das aber wegen der endlichen Ausdehnung von Bildpunkt und Elektronenstrahl
nicht wie ein scharfer Nadel impuls, sondern mit guter Annäherung wie eine Fehlerkurve
(vgl. Fig. 8) aussieht.
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Trotz der Breite dieser Kurve ist es bekanntlich möglich, die Lage
des Maximums, mit anderen Worten, den Azimutwinkel mit einer Genauigkeit zu messen,
die einem kleinen Bruchteil der Breite dieser Kurve entspricht. Auch kann man kleine
zeitliche Unterschiede, die von zwei Impulsen aus zwei verschiedenen Ortungsteilen
kommen, mit derselben hohen Genauigkeit messen. Ebenso kann die genaue Lage des
Punktes 62 (Fig. 7) zwischen mehreren Umläufen des Elektronenstrahles, mit anderen
Worten, der Elevationswinkel durch Interpolation wesentlich genauer bestimmt werden,
als es dem Unterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastradien entspricht.
Die maximalen Amplituden der aufeinanderfolgenden Impulse haben nämlich eine Umrandungskurve,
die wieder annähernd eine Fehlerkurve ist. Durch sie ist die genaue Lage des wirklichen
Maximums bestimmt.
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In Fig. g sind die als Beispiel aufgenommenen aufeinanderfolgenden
Maximalamplituden a, b, c, d für dasselbe Punktzicl über der Zeit tr (radiale Al>-lenkzeit)
eingetragen. Trotz einiger unvermeidlicher Fehler kann bei Kenntnis der Einhüllenden
trotzdem die wahrscheinliclle Zeit mit kleinem Feb-
ler angegeben
und entsprechend genau der Elevationsfehler # bestimmt werden.
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Diese durch geschickte Auswertung erreichbare hohe Genauigkeit ist
an die Voraussetzunggebunden, daß alle inneren Fehler in der Datenauswertung vermieden
sind. Dazu gehört außer einer guten Übereinstimmung der Abtastsysteme beider Ortuiigsteile
auch die sorgfältige Synchronisation unter den Meßkreisen, die beiden Ortungsteilen
zugeordnet sind. Dies geschieht außer durch einen gemeinsamen Taktgeber I6 durch
noch zu beschreibende Mittel, mit denen verschiedene kleinere Unterschiede nachträglich
rein elektronisch ausgeglichen werden.
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Die von dem Taktgeber 16 erzeugten Synchronisierzeichen werden daher
über Leitungen 32, 33 und 34 sowohl dem Zweiphasengenerator I3 und dem Kippgenerator
I5 als auch dem Modulator 14 zugeleitet. Ferner sind Korrekturglieder I7, 18, 19,
20 in die Zuleitungen 35, 3Sa, 35 b, 36, 36b der Ortungsteile I und 2 eingeschaltet,
um individuelle Fehler in den Ablenksystemen der Bildaufnahmeröhren, Fehler in der
Einstellung der Bezugsrichtungen oder Laufzeitunterschiede in den genannten Zuleitungen
35, 35a, 35b, 36, 36a, 36b durch Anderungen in der Amplitude R1, R2, R3, R4 und/
oder der Phase 3, #2, #3, #4 beheben zu können, vgl. Fig. 3.
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Die Bildsignale der Ortungsteile II und 12 werden über die Leitungen
38 und 39 auf ein Sammelschienensystem 21 abgegeben, dem über die Leitungen 32,
33, 34, 40 die Synchronisierzeichen des Taktgebers I6 und über die Leitungen 30,
3I, 4I die Kippspannung aus dem schon genannten Kippschwingungsgenerator 15 sowie
über die schon genannten Leitungen 35, 36 die Ablenkspannungen des Modulators 14
zugeleitet werden. Von dem Sammelschienensystem 2I aus werden Mitlaufschaltungen
50 . . . 5°n mit Signalen gespeist. Es sind so viele Mitlaufschaltungen 50 vorgesehen,
wie Ziele von der Ortungseinrichtung gleichzeitig erfaßt werden solien. Jedes von
der Ortungseinrichtung erfaßte Ziel besetzt eine Mitlaufschaltung. Dies geschieht,
wenn das Ziel sich in sehr großer Entfernung befindet, also sein,Azimutwinkel sich
noch nicht merklich ändert und der Elevationswinkel klein ist. Einer Mitlaufschaltung
werden also diejenigen Signalspannungen aus beiden Ortungsteilen 1 1 und 12 zugeordnet,
die beim ersten Erfassen eines Zieles gleichzeitig erzeugt werden. Die besetzte
Mitlaufschaltung hält diese Zuordnung der Signale auch dann aufrecht, wenn eine
durch den Abstand zwischen den beiden Ortungsteilen bedingte Par allaxe zustande
kommt.
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Ein wesentlicher Bestandteil der Mitlaufschaltungen ist eine gegenseitige
Sperre, um zu verhindern, daß sich mehrere Mitlaufschaltungen auf ein Ziel setzen
oder daß eine Mitlaufschaltung mehrfach besetzt wird und dadurch. ausfällt. Einrichtungen
dieser Art sind dem Wesen nach aus der Relaistechnik im Telefonbetrieb bekannt.
Allerdings sind Relais im vorliegenden Falle viel zu langsam und müssen durch die
bekannten elektronischen Äqui.-valentlösungen ersetzt werden. Die Mitlaufschaltungen
beruhen auf der Ausnutzung der Tatsache, daß ein einmal erfaßtes Ziel nur sehr geringe
Auswanderungsbewegungen sowohl in Richtung des Azimutwinkels als auch in Richtung
des Elevation winkels machen kann. Es genügt also, eine einmal besetzte Mitlaufschaltung
nur in einem Zeitbereich empfindlich zu machen, bezogen auf die Impulsmitte tm (vgl.
Fig. 9), der gleichzeitig in tm + Tj + ##1 und in tm + T2 1 ST2 liegt, Hierbei ist
T1 die Periodendauer des Zweiphasengenerators 13 und T2 die ein ganzes Vielfaches
davon bildende Periodendauer des Kippspannungsgenerators 15.
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Ferner sind dz, und d12 die maximal möglichen zeitlichen Verschiebungen
durch die Zielbewegung im Azimut- und Elevationswinkel, die außer von der Geschwindigkeit
des Zieles und seiner Entfernung noch vom Winkel zwischen Sehstrahl und Flugrichtung
abhängt. Diese Eintastung geschieht durch eine an sich bekannte Koinzidenzschaltung
so (Fig, 10), auch Gatter genannt, die nur dann an ihrem Ausgang 83 ein Signal liefert,
wenn an beiden Eingängen 8I und 82 gleichzeitig ein Signal vorhanden ist. Ein Austastsignal
an dem Eingang 82 kann also aus einer Signalfolge die interessierenden Signale zeitlich
ausblenden. So kann aus dem Signal8ii in Fig. 11 mit Hilfe des Signals82a das Signal
83 a ausgetastet werden.
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Das Problem, zwei einander zugeordnete Ziele aus zwei verschiedenen
Signalgemischen auszuwählen, erhält seine Lösung aus der dargestellten anfänglichen
Koinzidenz der dazugehörigen Zeichen in den beiden Signalgemischen. Durch Vergleich
mit der Periode Tj und der Periode T2 erhält man die nahezu periodischen Anteile
und die beiden Phasenwinkel in diesen Perioden. Durch geeignete Regelschaltungen,
welche die zeitliche Verschiebung gegenüber der bisherigen Phase feststellen und
ausgleichen, wird also das Mitlaufen bewirkt.
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Die Mehrfachbesetzung einer Mitlaufschaltung kann auf verschiedene
Weise verhindert werden, z. B. dadurch, daß während einer Periode T3 = k . T1 nur
jeweils ein Koinzidenzgatter 8o neu besetzt wird. Die Gatter sind numeriert, wobei
Einrichtungen vorgesehen sind, um zu bewirken, daß jeweils nur das freie Gatter
mit der niedrigsten Nummer besetzt wird.
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Jede Mitlaufselialtung 50 liefert - beispielsweise über die Leitungen
46 und 47 - vier Winkel, nämlich zwei Azimutwinkel o; und zwei Elevationswinkel
q? entweder in analoger oder in digitaler Form an einen elektronisdien Rechner 5
i. Über eine Leitung 5$ wird dem Rechner 51 eine der Länge der Basis. d, vgl, Fig.
2, also eine von der Entfernung, in der beide Ortungsteile II und 12 voneinander
aufgestellt sind, abhängige Signalspannung eingespeist. Statt dessen kann aber auch
ein Einstellglied am Rechner von Hand auf einen Wert eingestellt werden, wobei.
die Skala z. B. unmittelbar in Meter geeicht ist. Über die Leitung 33 werden die
Synchrcnisierzeichen des Taktgebers i6 auch an den Rechner 51. geliefert. Der Rechner
berechnet aus vorstehend. angegebenen Werten durch
eine zeitlich
ineinandergeschachtelte Verarbeitung den jeweiligen wahren Standort der von den
Ortungseinrichtungen aufgenommenen Ziele praktisch gleichzeitig. Über Ausgänge 6I
...6I, werden die als Spannungen dargestellten Ortskoordinaten der Ziele entnommen.
Je ein Ausgang 6 ist jeweils einer Mitlaufschaltung, im vorliegenden Beispiel der
Mitlaufschaltung 50 zugeordnct.
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Selbstverständlicll kann der Rechner 51 auch eine weitere Datenbearbeitung
übernehmen, beispielsweise also auch eineVorhalterechnung durchführen.
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Ist eine derartige Anordnung in den Rechner 5I eingebaut, so gelangen
an die Ausgänge 6I die den Schußwerten entsprechenden Signalspannungen.
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Insbesondere kann der Rechner 51 durch Bildung von Differenzen die
Geschwindigl.seitskomponenten sowie den Betrag der Geschwindigkeit eines Zieles
bestimmen, wobei x, y und z die Komponenten des Standorts des Zieles sind. Diese
Anordnung ermöglicht, ein schnelles Ziel, dessen Geschwindigkeit v oberhalb einer
bestimmten Grenze liegt, auszuwählen und langsame Ziele, beispielsweise Vögel usw.,
zu uiiterdrücken. Hierzu ist der Kippgenerator 15 so gestaltet, daß er zunächst
eine konstante Gleichspannung rmax auf die Leitung 30 liefert. In diesem Falle arbeitet
die Ortungseinriclltung als Warnanlage. Wird ein Ziel erfaßt, so gelangt über eine
Steuerleitung 70 eine Signalspannung zu dem genannten Kippgenerator, der nun die
radiale Ablenkung in den Ortungsteilen II und I2 so steuert, daß sie in der Richtung
von außen nach innen verläuft.
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Wird hierbei die Bedingung, daß eine bestimmte Maximalgeschwindigkeit
von dem Ziel überschritten wird, von dem Rechner 5I bestätigt, so bleiben die Kippschwingungen
eingeschaltet. Andernfalls unterbricht die auf der Leitung 70 liegende Signalspannung,
so daß der Kippgenerator 15 wiederum eine dem Radius rntax entsprechende Gleichspannung
liefert. Die in der Leitung 70 auftretende Signalspannung wird dazu benutzt, eine
beispielsweise akustisch arbeitende Warnanlage 7I einzuschalten.
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Die Warnanlage 71 spricht vorzugsweise zeitverzögert an, damit kurzzeitig
erscheinende Signalspannungen in der Leitung 70, die entsprechend der vorstehend
beschriebenen Anordnung vom Rechner 5I später wieder aufgehoben werden, nicht bereits
in der Zwischenzeit einen Alann auslösen.
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Selbstverständlich kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß
die von dem Kippgenerator I5 gesteucrte Radialablenkung in den Ortungsteilen rI
und 12 nicht immer bis auf Null läuft. Sie kann bereits - insbesondere, weiin keine
Ziele vorhanden sind, die einen kleineren Radius erforderlich machen - von einem
vorbestimmten l<leiiisten Radiusrme, aus auf den Radius rmax zurückspringen.
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Als Beispiel für die zu wählenden Daten einer ausführbaren Ortungseinrichtung
gemäß der Erfindung sci die Basislänge d mit 1000 m angegeben. Wählt man co = 2
I0000 und die Kippfrequenz zu 50 Hz, so wird der Azimutwinkcl 10 ooomal in der Sekunde
angegeben, der Elevationswinkel dagegen nur 50mal. Zwei aufeinanderfolgende Umläufe
des Elektronenstrahles bedeuten einen Unterschied im Elevationswinkel von 900. 50
= o,I8" - 3I0-.
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10 000 Der Azimutwinkel erfordert, um dort dieselbe Winkelauflösung
zu erreichten, ein zeitliches Auflösungsvermögen von I = 0,125 . 10-6 sec.
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800 10000 = 0,125. I0 sec.
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Unter diesen Voraussetzungen sind die vorstehend beschriebenen, an
sich bekannten elektronischen Bauteile, wie der Kippgenerator I5, der Zweiphasengenerator
I3, der Modulator 14, die Mitlaufschaltungen 50, der Rechner 51 u. dgl. Einrichtungen
für eine Bandbreite von etwa 5 MHz auszulegen.
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Die beschriebene Ortungseinrichtung kann auf einfache Weise mit einer
Anzeigevorrichtung versehen werden, wenn die Bildsignale der Ortungsteile 11 und
I2 auf je eine kleine Bildröhre gegeben werden, so daß diese binokular beobachtet
werden können. Hier ergeben sich besondere Vorteile bei der beschriebenen Beseitigung
kleiner Fehler und der paarweisen Zuordnung von Bildpunkten zu einem Ziel. Besonders
vorteilhaft wird die Anordnung für das menschliche Auge, wenn die Anzeigeaufzeichnung
nicht in Polarform, sondern in Parallelzeilen erfolgt. Hierbei kann, wie der Fig.
4 zu entnehmen ist, der gesamte Horizont auf der Linie AB bzw. A'B' abgebildet werden,
während der Zenit bei Z und Z' liegt. Die Zeilenlänge und der Zeilenanfang wird
in Abhängigkeit von dem Radius r so gesteuert, daß die Zeilen mit wachsender Annäherung
an den Zenit Z verkürzt werden. Betrachtet man nunmehr die in Fig.4 dargestellten
Aufzeichnungsbilder binokular, so sind die eingezeichneten Kreuze plastisch zu erkennen.
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Die beschriebene Anlage weist gegenüber rein optischen Ortungsanlagen
den weiteren Vorteil auf, daß es möglich ist, die Bildsignale elektrisch weiterzubearbeiten,
bevor die eigentliche Auswertung erfolgt. Wenn das Signal nach der Zeit differenziert
wird, so werden scharfe Konturen hervorgehoben, so daß ein wolkig verschwommener
Hintergrund unterdrückt wird. Auch werden dadurch unscharf abgebildete Scheinziele,
z. B. in naher Entfernung vorbeifliegende Mücken, bereits in der Vorselektion zurückgedrängt.
Diese heraushchende Wirkung kann dadurch verstärkt werden, daß nur der bei kleinen
Zielen auftretende Doppelsprung durch eine nochmalige Differentiation und anschließende
Begrenzung durchgelassen wird. Außcrdem können in gewissem Grade Helligkeitsunterschiede
dadurch behoben werden, daß im Bildsignal die tiefen Frequenzen, beispielsweise
bis zu einigen
hundert Hz, unterdrückt werden. Ferner kann im Signalgemisch
durch einen Begrenzer alles unterdrückt werden, was unterhalb oder oberhalb vorbestimmter
Pegel liegt. Diese Einrichtungen sind von der Radartechnik her hinreichend bekannt
und daher nicht näher dargestellt und beschrieben. Der Vollständigkeit wegen sei
auch darauf hingewiesen, daß bei der Verwendung von Bildaufnahmeröhren mit elektronischer
Zwischenaufzeichnung eine zusätzliche Beeinflussung der Anzeigeaufzeichnung möglich
ist. Es ist dann möglich, nur den sich bewegenden Teil des Bildes zu übertragen,
indem nur der Unterschied eines Bildes gegenüber dem vorhergehenden Bild in ein
elektrisches Signal umgewandelt wird. Es wird also das augenblickliche Bild mit
einem Bild verglichen, das T1 sec vorher bestand. Nur eine auftretende Differenz
erzeugt ein elektrisches Signal. Dadurch können Festziele, wie hohe Gebäude am Horizont,
nochmals zusätzlich unterdrückt werden. Auch derartige Anordnungen sind von der
Radartechnik und von der Fernsehtechnik her bekannt und daher hier nicht näher dargestellt
und beschrieben.
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Um die ungleichmäßige Verteilung der Genauigkeit der Entfernungsmessung
über den Raumwinkel zu beheben, die bis auf Null sinkt, wenn der Winkel abnimmt,
den der Sehstrahl mit der Basis bildet, kann ein drittes, hier nicht dargestelltes,
den Ortungsteilen II und I2 entsprechendes Ortungsteil zusätzlich aufgestellt werden.
Die drei Ortungsteile der Ortungseinrichtung bilden dann vorzugsweise die niveaugleichen
Ecken eines Dreiecks. Hierbei verläuft die Rechnung genauer, da sie überbestimmt
ist und daher innere Korrekturen erlaubt. Schließlich ergibt das Vorhandensein eines
dritten Ortungsteils eine zusätzliche Sicherheit, als die Anlage beim Ausfallen
eines Ortungsteiles in der bisher beschriebenen Weise weiterhin funktionsfähig bleibt.
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Die noch zu beschreibenden Ortungsteile II und 12 sind in ihrer physikalischen
Funktion und in ihrer dementsprechenden technischen Bemessung weitestgehend durch
die Einrichtung der Zentrale bestimmt, wie die vorstehende Beschreibung nach Fig.
I eindeutig ergibt. Trotzdem weisen die Ortungsteile gegenüber einer Fernsehkamera
eine Reihe von Besonderheiten auf, wobei das Weitwinkelobjektiv und die Art der
Abtastung des Bildes schon erwähnt sind. Die Abtastsysteme der Bildaufnahmeröhren
müssen sorgfältig ausgewählt werden, da sie in ihren Eigenschaften und Daten weitestgehend
übereinstimmen müssen. Es ist auch selbstverständlich, daß die Kamera konstruktiv
so eingerichtet ist, daß ihre Mittelachse genau senl;-recht gestellt und diese Richtung
auch wetterfest erhalten bleibt. Ferner sind am Objektiv Mittel vorzusehen, um Niederschläge,
wie Regen, Schnee, Staub, selbsttätig zu entfernen. Es ist ferner eine bekannte
und daher nicht näher zu beschreibende Einrichtung vorhanden, um mit Hilfe einer
automatisch geregelten Blende den Lichtstrom durch das Objektiv oberhalb einer unteren
Grenze unabhängig von der Tageshelligkeit konstant zu halten.
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Als Indikator dient hierbei z. B. der gesamte Strom zur Fotokathode
der Bildröhre.
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Ferner muß die Kamera Mittel aufweisen, um zu verhindern, daß das
Bild der Sonne die Fotokathode beschädigt. Dies kann dadurch geschehen, daß das
Objektiv auf der Obj ektseite von einer Halbkugel aus durchsichtigem Material (Plexiglas
od. dgl.) überdeckt ist und daß eine Abdeckscheibe auf dieser Fläche auf der Innenseite
so eingestellt wird, daß kein direktes Sonnenlicht auf das Objektiv fällt.
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Diese Einstellung kann mit Hilfe einer Uhr auf Grund einer einfachen
astronomischen Rechnung geschehen, die von einem in der Uhr enthaltenen Räderwerk
automatisch geleistet wird. Statt dessen oder zusätzlich dazu kann auch eine Regelschaltung
vorgesehen werden, die Korrekturen nach dem Sonnen stand bei Gangfehlern der Uhr
durchführt.
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Eine andere Variante dieser Abdeckvorrichtung, die entweder statt
der erstgenannten oder auch zusätzlich verwendet werden kann, besteht darin, daß
das Weitwinkelobjektiv auf einer nahezu ebenen Fläche ein Bild (in Luft) entwirft,
das mit Hilfe eines zweiten Reproduktionsobjektivs auf die Fotokathode abgebildet
wird. Die Abdeckscheibe besteht aus einer das Licht und die Wärmestrahlen absorbierenden
kleinen Scheibe, die in der Zwischenbildebene sinngemäß entsprechend so eingestellt
wird, wie dies soeben für die erste Variante beschrieben wurde.
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Die erfindungsgemäße Ortungseinrichtung, die in ihrer Anlage einem
optischen Entfernungsmesser mit sehr großer Basislänge entspricht, weist, obwohl
die verwendeten optischen Systeme hoher Öffnung ein geringes Auflösungsvermögen
haben, eine höhere Meßgenauigkeit als rein optische Entfernungsmesser auf. Dariiber
hinaus wird aber der volle Luftraum selbsttätig überwacht und erfaßte Ziele mit
ihren Ortskoordinaten angegeben. Selbstverständlich ist es möglich, die vorstehend
beschriebene Einrichtung auch für Infrarot empfindlich zu machen, um selbstleuchtende
oder mit Infrarot angeleuchtete Ziele in der Dunkelheit zu erkennen und zu verarbeiten.
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Die erfindungsgemäße Ortungseinrichtung kann selbstverständlich auch
so ausgebildet werden, daß sie beispielsweise von einem Flugzeug getragen der Uberwachung
der Erdoberfläche dient. Der Abstand d ist dabei entsprechend den Abmessungen des
Trägerflugzeuges zu wählen, während der O nungswinkel der hierbei zu verwendenden
Optik kleiner als I80° sein kann. Da die von der Ortungseinrichtung gelieferten
Ortskoordinaten eines erfaßten Zieles flugzeughezogen sind, ist unter Umständen
vor ihrer Weiterverarbeitung eine zusätzliche Koordinatenwandlung erforderlich.