DE1099008B

DE1099008B - Radar-Schulungsgeraet

Info

Publication number: DE1099008B
Application number: DEC10036A
Authority: DE
Original assignee: Communications Patents Ltd
Current assignee: Communications Patents Ltd
Priority date: 1953-10-01
Filing date: 1954-10-01
Publication date: 1961-02-09
Also published as: US2841886A; CH325128A; FR1112440A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Radar-Schulungsgerät, bei dem auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre ein dem Schirmbild einer an Bord eines Luftfahrzeugs zur Gewinnung einer Abbildung des überflogenen Geländes verwendeten Radaranlage entsprechendes Bild mit Hilfe einer aus einem Strahler und einer Aufnahmeeinrichtung bestehenden optischen Abtasteinrichtung von einer das überflogene Gelände darstellenden Vorlage gewonnen wird.

Bei einem bekannten Radar-Schulungsgerät wird ein auf einer transparenten Vorlage dargestelltes Gelände durch eine Kathodenstrahlröhre abgetastet und auf dem Bildschirm einer weiteren Kathodenstrahlröhre abgebildet. Beide Röhren arbeiten im Gleichlauf. Dieses Gerät entspricht einer Bodenradaranlage. Es können zwar Ziele über die Vorlage bewegt werden, die Abbildung der Vorlage selbst bleibt aber unverändert.

Gemäß der Erfindung erfolgt das Abtasten der Vorlage, die auch ein Modell der Erdoberfläche, z. B. eine Reliefkarte, sein kann, nur zum Bilden eines Amplitudensignals.

Bekanntlich ist für ein naturgetreu nachzubildendes Radarbild außerdem das Berechnen der den Radarechos zugehörigen Zeitverzögerung notwendig. Erst durch die Berechnung der Zeitverzögerung ist die Anzeige jedes Impulses an dem durch die Entfernung bestimmten Punkte des Bildschirms möglich. Infolge der geringen Entfernung zwischen Strahler und Objekt bei einem Übungsgerät ist eine derartige Zeitverzögerung nicht meßbar.

Um die erforderlichen Meßwerte für die Meßentfernung zu bilden, ist gemäß der Erfindung eine Einrichtung vorgesehen, welche die Ablenkspannungen für die Kathodenstrahlröhre, Spannungen zur Erzeugung einer zeilenweisen Abtastbewegung des gebündelten Lichts des Strahlers sowie eine Spannung zur Zeitsteuerung der Lichtaussendung des Strahlers liefert und welche die von der Aufnahmeeinrichtung bei Auftreffen von von der Vorlage reflektiertem Licht gebildeten elektrischen Signale entsprechend den in Form elektrischer Werte oder mittels mechanischer Einrichtungen der Einrichtung zugeführten Werten für die Höhe und Bewegung der Abtasteinrichtung relativ zur Vorlage in derartiger zeitlicher Folge an das Helligkeitssteuerorgan der Kathodenstrahlröhre weiterleitet, daß auf deren Schirm eine der Höhe und der Bewegung des angenommenen Luftfahrzeugs entsprechendes Bild entsteht.

Das Bilden der Meßwerte durch die Einrichtung erfolgt durch Betätigen der Steuerung des Radar-Schulungsgerätes durch den Schüler.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine Abbildung der Vorlage verhindert, wenn Radar-Sclmlimgsgerät

Anmelder:
Communications Patents Limited, London

r: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 1. Oktober 1953

durch die Radaranlage des angenommenen Luftfahrzeugs keine Abbildung des überflogenen Geländes gewonnen würde. Hierzu ist vorgesehen, daß die Einrichtung die Lichtaussendung des Strahlers und/oder die Zuführung der Steuerimpulse zur Kathodenstrahlröhre sperrt, wenn die reflektierten Lichtimpulse in einem Meßbereich angezeigt werden, der geringer ist als die anzuzeigende Höhe bzw. die kürzeste anzuzeigende Schrägentfernung.

Die Schalteinrichtung sperrt die Lichtaussendung des Strahlers und/oder die Zuführung der Steuerimpulse zur Kathodenstrahlröhre auch, wenn die durch die Entfernung bestimmten Abtastsignale außerhalb der Grenzwerte der von der Einrichtung berechneten Entfernungen liegen, wobei die sich progressiv verändernden Abtastspannungen zur Sperrung der Zuführung von Steuerimpulsen zur Röhre verwendet sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Strahler derart verschiebbar und drehbar angeordnet, daß er alle Bewegungen eines angenommenen Luftfahrzeuges ausführen kann. Eine Kathodenstrahlröhre ist als Strahler besonders geeignet.

Zum Aufhellen des Lichtbündels in seiner Mitte wird gemäß einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung das Gitter der Kathodenstrahlröhre umgekehrt proportional zur Entfernung des abtastenden Lichtstrahlenbündels vom Mittelpunkt der Ellipse durch die Signale moduliert, die man erhält, wenn man die für die Erzeugung der Ellipse verwendeten Ablenkspannungen gleichrichtet und summiert.

Die Aufnahmeeinrichtung besteht aus einer oder mehreren Fotozellen. Es hat sich als günstig erwiesen, die Oberfläche der Vorlage entsprechend dem Rückstrahlvermögen der durch sie dargestellten Teile der Erdoberfläche in verschiedenen Tönungen von Grau zu färben.

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In der Zeichnung sind, zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 den Bildschirm eines Radar-Schulungsgerätes, das einer Radaranlage entspricht, welches den Erdboden schräg nach unten abtastet,

Fig. 2 die allgemeine Anordnung des Gerätes gemäß Fig. 1,

Fig. 3 die räumliche Anordnung des in einem Flugzeug eingebauten Geräts gemäß Fig. 1 und 2,

Fig. 4 und 5 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Geräts gemäß Fig. 1 bis 3,

Fig. 6 eine Einrichtung zum Berechnen der Schrägentfernung,

Fig. 7 die Ausbildung eines der Rechenelemente,

Fig. 8 die Form des Abtastrasters des Strahlers,

Fig. 9 die allgemeine Anordnung eines Geräts einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, das einer P.P.I.-Radaranlage entspricht.

Die erste Anordnung des Radar-Schulungsgeräts entspricht einer Radar-Anlage, welche den Erdboden zur Gewinnung einer Abbildung schräg nach unten abtastet.

In Fig. 1 ist ein Bildschirm 10 gezeigt, auf dem die gestrichelten Linien 11 die aufeinanderfolgenden Meßbereichabtastlinien darstellen, die von einem Ausganspunkt 12, der der Position eines Flugzeuges entspricht, ausstrahlen. Da der Zugwinkel des Radarstrahlenbündels zyklisch verändert wird, tasten die Abtastlinien 11 von einer Seite des Schirms zur anderen. Weil sich die Depressionswinkel des Radarstrahlenbündels langsamer als der Zugwinkel ändert, wird der Meßbereich der Echos, welche vom Boden zurückgeworfen werden, auch verändert, und infolgedessen werden bogenförmige Bänder von Bodenechos zunehmender oder abnehmender Meßbereiche aufeinanderfolgend auf dem Schirm abgebildet, wenn die Achse des Radar-Strahlenbündels in Zug und in Höhe abtastet.

In dem Gerät, welches eine solche Radarstellung vortäuscht, wird ein Lichtstrahl vom Schirm einer Kathodenstrahlröhre 13 durch ein Linsensystem 14 auf einer Kartenoberfläche 15 (Fig. 2) geworfen. Auf der Kartenoberfläche werden Teile der Erdoberfläche, die die Radarstrahlen in verschiedenem Grade zurückstrahlen, in verschiedenen Tönungen von Grau dargestellt. Die Kathodenstrahlröhre 13 dient dazu, derartige Abtastbewegungen des Lichtstrahles zu erzeugen, daß die auf der Karte 15 erleuchtete Fläche eine Bahn bildet, wie sie durch die gestrichelte Linie 16 angezeigt ist. Eine Fotozelle 17 oberhalb der Karte 15 bildet einen Steuerimpuls, der in der Amplitude dem Echo von dem Teil der Erdoberfläche entspricht, weleher durch die beleuchtete Fläche auf der Karte 15 nachgebildet ist. Dieser Steuerimpuls wird durch eine Einrichtung 18 dem Gitter einer Bildröhre 19 zugeführt, auf deren Schirm ein Abtastraster von der in Fig. 1 gezeigten Art erzeugt wird. Die Veränderung des Zugwinkels des Abtaststrahls, der durch die Bewegung der Abtastlinien 11 auf dem Schirm der Bildröhre 19 erzeugt wird, ist mit der Veränderung des Zugwinkels der Kathodenstrahlröhre 13 synchronisiert. Damit das Abtastsignal für eine bestimmte Strahlungsrichtung des Lichtstrahlenbündels auf dem Schirm der Röhre 19 in der Lage erscheint, die der tatsächlichen Schrägentfernung des Bodens von der angenommenen Radarantenne in dieser Richtung entspricht, wird die Schrägentfernung in der Einrichtung 18 aus bekannten Daten berechnet, die sich auf die angenommene Höhe der Radarantenne über dem Boden und auf den Depressionswinkel, der vom Abtaststrahl mit der Horizontalen gebildet wird, beziehen, wenn die Erdoberfläche als Ebene angenommen wird. Die den berechneten Entfernungen entsprechenden Signale verursachen auf jeder der Abtastlinien 11 auf der Bildröhre einen Impuls, der im Verhältnis zur Entfernung verzögert ist. Die Impulse werden dazu verwendet, den Gitterstromkreis der Kathodenstrahlröhre 13 und somit die Lichtquelle zu sperren sowie die Zuführung von Steuerimpulsen zur Bildröhre 19 während der Zeiten zu verhindern, welche jenen Entfernungen entsprechen, bei denen keine Echos erhalten werden können. Der Gitterstromkreis der Bildröhre 19 kann auch durch gleichgerichtete Impulse gesperrt werden, um Streuspuren zu verhindern.

Die Kathodenstrahlröhre 13 ist um drei zueinander senkrechte Achsen drehbar, die den Hauptachsen des angenommenen Flugzeugs entsprechen. Diese Drehbewegungen werden in Übereinstimmung mit den angenommenen Drehbewegungen des Flugzeugs um seine Hauptachsen gesteuert. Wenn die angenommene Radarantenne eine kreiselartige Bewegung ausführt, folgt die Kathodenstrahlröhre 13 nur der Veränderung der Flugzeugposition.

Die Kathodenstrahlröhre 13 ist außerdem über der Karte in drei zueinander senkrechten Richungen geradlinig verschiebbar, so daß sie in Übereinstimmung mit der entsprechenden angenommenen Bewegung des . Flugzeugs eine Parallelverschiebungsbewegung in jeder Richtung ausführen kann. Die Röhre 13 ist hierzu auf einem Krangerüst montiert, welches drei senkrechte Führungsspindeln aufweist, die entsprechend den Geschwindigkeitskomponenten des Flugzeugs in den drei Richtungen gedreht werden.

Der Einrichtung 18 werden Meßwerte zugeführt (z. B. in Form von elektrischen Spannungen oder Wellenumdrehungen), die sich auf die Höhe h des Flugzeugs über dem Boden, die Winkel für die Steigung und Rollbewegung des Flugzeugs in bezug auf die Achsen, die parallel zur Ebene der Erdoberfläche verlaufen (Winkel Θ und Φ), und die Winkel von Zug und Höhe der Radarantenne in bezug auf die Flugzeugachsen T₁ E beziehen. Die Meßwerte, welche sich auf Höhe und Steigung und Rollbewegungswinkel des Flugzeugs beziehen, können zusammen mit den Meßwerten für die winklige und lineare Bewegung des Flugzeugs, die die Bewegung der Kathodenstrahlröhre 13 steuern, von den Einstellungen der Flugzeugsteuerung eines Scheinflugzeugs abgeleitet werden.

Für ein Radarstrahlenbündel von sehr kleiner Größe ist die Schrägentfernung des Teiles der Erdoberfläche, von welcher das Echo empfangen wird, durch die folgende mathematische Darstellung gegeben:

cos E · sin T ■ cos Θ · sin Φ —· cos E · cos T · sin Θ — sin E - cos Θ · cos Φ

Wenn man eine Antenne mit kreiselartiger Bewe- In der Praxis ist das Strahlenbündel selten von

gung annimmt, sind Θ und Φ gleich Null, und der 65 sehr kleiner Größe, so daß, wenn man annimmt, daß

Ausdruck für die Entfernung vereinfacht sieh wie das Bündel einen runden Querschnitt hat, die Fläche

folgt: der Erdoberfläche, die abgetastet wird, durch eine

Ellipse 20 (Fig. 3) bestimmt ist; deren größere Achse

R ₌ ..._% . A-B sich mit dem Einfallwinkel des Strahlenbündels

sin E 70 in der Länge verändert.

ι uyy uuö

Ein Echo von Punkt A wird zu einer Zeit t₀ nach der Ausstrahlung des Impulses, und ein Echo vom Punkt B wird zu einer Zeit t₂ nach der Ausstrahlung des Impulses empfangen.

Um diesen Unterschied der Verzögerung der Bodenechos, die aus dem einzigen Impuls resultieren, nachzuahmen, ist es zuerst notwendig, für die Einrichtung 18 die Maximal- und Minimalentfernungen R₁ und R₂ (Fig. 3), von denen Bodenechos für eine gegebene Bündelweite α erhalten werden können, zu berechnen. Es ist aus Fig. 4 zu ersehen, daß die größere Achse A-B der Ellipse die Länge

Ra · see b,

hat, wobei b der Winkel ist, der vom Strahlenbündel mit der Horizontalen gebildet wird.

Die Projektion derselben entlang dem Strahlenbündel wird gegeben durch die Größe

Ra · tang b,

was annähernd gleich Ra · see b für den Meßbereich (größer als 60°) ist, der für den Winkel b benötigt werden würde. So können von allen Punkten innerhalb des Meßbereichs

a · sec b \
2 j

Bodenechos empfangen werden.

Die Länge des Zeitraumes, in welchem Echos empfangen werden können, also der Zwischenraum zwischen dem Empfang eines Impulses von A und dem Empfang eines Impulses von B ist gegeben durch

2 · Ra · see δ
c '

wobei c die Geschwindigkeit des Lichtes ist.

Bei jeder Abtastlinie 11 auf der Bildröhre werden in Übereinstimmung mit den Bereichen (R-Ra-see b) und (R+Ra· see b) verzögerte elektrische Impulse zum Öffnen und Schließen einer Sperre im Gitterkreis der Abtaströhre 13 verwendet, um die Beleuchtung

Geschwindigkeit =

Verschiebung
Zelt

Karte außerhalb der Zeit, in der Bodenechos empfangen werden können, zu verhindern.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß ein Radarecho vom Punkt A auf der Erdoberfläche zeitlich vor einem Echo B empfangen wird. Es ist deshalb notwendig, diese Echoverzögerung, welche in dem maßstäblich verkleinerten fotoelektrischen System nicht vorhanden ist, künstlich zu erzeugen. Um dies zu erreichen, wird das im Vergleich zum Radarstrahlenbündel viel

ίο schmalere veranlaßt, einer vertikalen Linie derart zu folgen, daß der Lichtstrahl während jedes Lichtimpulses eine Linie auf der Karte abtastet, die der Linie A-B zur richtigen Zeit und mit der richtigen Geschwindigkeit entspricht.

Die von dem Lichtstrahl benötigte Zeit, um die Linie auf der Fläche der Abtaströhre zu erzeugen, muß so eingestellt sein, daß sie entsprechend dem Ausdruck

2 · Ra · sec b

wechselt, d. h., sie verändert sich mit dem Winkel b.

Da die Größe des Winkels α des Strahlenbündels

und deshalb auch der Bewegung des Lichtstrahls auf der Kathodenstrahlröhre 13 konstant bleiben, muß sich die Geschwindigkeit des Strahles auf der Röhrenfläche mit der Länge von A-B verändern, d. h. mit /;. Die Beziehung wird wie folgt gefunden:

Die Projektion von A-B entlang dem Strahlenbündel (Fig. 4) ist annähernd Ra · see b, und die Zeitdifferenz zwischen dem Empfang der Abtastsignale von den Punkten A und B wird nun annähernd dargestellt durch den Ausdruck:

2 · Ra ■ sec b

Die ganze Bewegung des Strahles auf der Kathodenstrahlröhre 13 (Fig. 2) ist proportional zu a, so daß die Geschwindigkeit des Strahles auf der Ka-40. thodenstrahlröhre für einen gegebenen Winkel α dargestellt wird durch die Formel

k · a

Ra · sec δ

R · sec δ

= -ζ-- · cos² δ,

weil R=h sec b und k eine konstante Größe ist.

Die notwendige Verschiebung des Strahles zu jedem Zeitpunkt t_v der zwischen i₀, dem Augenblick, in dem das Strahlenbündel A erreicht, und f₂, dem Augenblick, in dem das Strahlenbündel B erreicht, liegt, ist gegeben durch

Um diese Verschiebung des Strahles auf der Abtastkathodenröhre 13 zur erforderlichen Zeit zu erreichen, öffnen und schließen während jeder Abtastlinie 11 auf der Bildröhre 19 Impulse, die in Übereinstimmung mit den Meßbereichen R-Ra-sec b und R + a-secb verzögert sind, eine elektronische Sperre.

Eine Spannung

A
h

COS²O

wird einem Miller-Integrator 60 (Fig. 6) mit kurzer Entladezeit zugeführt, während die Sperre offen ist. Die Gitterspannung dieses Integrators 60 der wird an die F-Ablenkplatten der Abtastkathodenstrahlröhre 13 angelegt.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Gerät weiter abgeändert worden, um Bodenechos auf einer Radarbildröhre noch gründlicher nachzuahmen. Das Flächengebiet der Erdoberfläche, das die Impulse empfängt, hat die Form einer Ellipse, d. h., seine Breite über die Mitte ist größer als seine Breite an den Enden. Infolgedessen ist ein Punkt auf dem Boden, welcher in der Mitte der Strahlenbahn liegt, im Strahlenbündel länger als ein Punkt am Ende der Strahlenbahn. Die Wirkung hiervon ist, daß Abbildungen von Steuerimpulsen, die von Flächen der Mitte des Strahlenbündels erzeugt werden, in der Richtung der Bewegung des Strahlenbündels verlängert werden. Um diese Wirkung nachzuahmen, erhält der Lichtstrahl auf der Karte 15 eine schnelle, quer schwingende Bewegung, wenn er von A₁ nach B₁ (Fig. 5) abtastet; die Querbewegung ist in der Mitte von größerer Schwingungsweite als an den Enden.

Ein Gerät für das erforderliche Abtasten und das Gitterpotential für die' Kathodenstrahlröhre 13 wird im Schaltbild in Fig. 6 gezeigt. Wellen 21, 22, 23 und 24 übertragen Wellenumdrehungen, die E, T Θ

und Φ darstellen und die auf Rechenvorrichtungen 29, 30 und 31 durch entsprechende Zwischenwellen 25, 26 27 bzw. 28 (s. bei 29) übertragen werden.

Die Rechenvorrichtung 29 bildet einen Asolminderer für cos b. Der Wert von cos b wird gegeben durch

cos δ == -=r- = cos E · sin T · cos Θ · sin Φ —■' cos E · cos T · sin Θ — sin E ■ cos Θ ■ cos Φ. it

Der . Rechenapaprat 29 hat Potentiometer einer Form,'daß sie Sinus- und Cosinusausgangsspannungen liefern. Die Kontakthebel dieser Potentiometer werden entsprechend den Werten E₃ T₁ Θ und Φ eingestellt. Die Form eines derartigen Sinus-Cosinus-Potentiometers ist in der Fig. 7, die das Potentiometer in abgewickeltem Zustand darstellt, schematisch gezeigt (die Enden 32 liegen in Wirklichkeit aneinander). Diese Wicklung ist so ausgebildet, daß, wenn sie an den Enden 32 und an dem diametral gegenüberliegenden Punkt 33 geerdet ist und Gleichstromeingangsspannungen von gleicher Schwingungsweite, aber entgegengesetzter Phase an den zwei dazwischen und diametral gegenüberliegenden Punkten 34 und 35 angelegt sind (die Polaritätsanzeigen in der Figur beziehen sich auf die augenblickliche Lage), die Kontakthebel 36 und 37j die einen konstanten Winkelabstand von 90° haben, Ausgansspannungen liefern, welche proportional zum Sinus bzw. Cosinus des Drehwinkels (d. h. Θ) der Kontakthebel von der Nullstellung aus sind. Die Spannungen an den Kontakthebeln 36 und 37 sind natürlich auch proportional zur Amplitude der Eingangsspannungen, die den Kontakten 34 und 35 zugeführt werden. Zusätzliche Kontakthebel 38 und 39 sind in Winkelabständen von 180 und 270° vom Kontakthebel 36 angebracht, um Spannungen zu erhalten, die —sin Θ bzw. —cos Φ darstellen.

Den Ausdruck cos £-sin T-cos Θ sin Φ erhält man, indem man vier solcher Potentiometer in Reihe schaltet. Die Kontakthebel der vier Potentiometer werden durch die Wellen 25, 26, 27 bzw. 28 gedreht. So werden die Kontakthebel des £-Potentiometers, die Ausgangsspannungen abgeben, die cos E und — cos E darstellen, mit den Eingangskontakten des T-Potentiometers verbunden, von dem Spannungen, die cos E · sin T und — cos E · sin T darstellen, dem ©-Potentiometer zugeführt werden usw. Die Spannungen, welche die drei Ausdrücke cos · E · sin T · cos Θ · sin Φ, —cos £-cos Γ-sin Θ und — sin Ε-cos 0-cos Φ darstellen, werden dann durch passende Belastungswiderstände einem summierenden Verstärker zugeführt.

Der Rechenapparat 29 wird in die Rückkopplungsschleife eines Verstärkers 40 (Fig. 6) eingeschaltet, der einen im Mittelpunkt angezapften Ausgangstransformator 41 aufweist. Dieser Verstärker erhält ein Eingangssignal aus einem Potentiometer 42, dessen Kontakthebel so eingestellt ist, daß er eine Ausgangsspannung abgibt, die die Höhe h des Flugzeuges darstellt. Der Ausgang des Verstärkers stellt die folgende Gleichung dar;

h see b — R

und wird an einen phasenempfindlichen Demudulator angeschlossen.

Der Rechenapparat 30 ist in Bau und Funktion der gleiche wie der Rechenapparat 29 und wird in einen gleichen Stromkreis eingeschaltet, aber das zweite Eingangssignal des Verstärkers 44, der dem Rechenapparat 30 zugeordnet ist, wird dem Ausgangstransformator 41 des Verstärkers 40 entnommen anstatt dem /t-Potentiometer.

Ein Signal, welches die Größe
h see² b = R sec b

darstellt, wird über Verstärker 44 dem phasenempfindlichen Gleichrichter 45 aus dem Transformator 46 zugeführt.

Der Rechenapparat 31, der in Bau dem Rechenapparat 29 gleicht, bildet ein Ausgangssignal, das die Größe cos b darstellt. Dieses Signal wird einer Quadriervorrichtung 47 zugeführt, die von irgendeiner bekannten Bauart sein kann. Das resultierende Signal· wird einem Potentiometer 48 zugeführt, dessen Kontakthebel in Übereinstimmung mit der Höhe h des Flugzeuges eingestellt ist und das so ausgebildet ist, daß das Signal an seinem Kontakthebel umgekehrt proportional zu h ist und

darstellt, d. h. die Abtastgeschwindigkeit der Kathodenstrahlröhre.

Die Ausgangssignale R und + R sec b aus den phasenempfindlichen Gleichrichtern 43 und 45 werden algebraisch in jedem der Komparatoren 49, 50 und 51 addiert, die Eingangsbelastungswiderstände von passenden Werten haben, welche die Signale

R(l—asecb),

asecb)

beziehungsweise

R 1

see δ j

darstellen.

Die Meßbereichzeitablenkspannung der Bildröhre wird auch den Komparatoren aus der Bildröhrenzeitbasis 53 zugeführt. Die Ausgangssignale aus den Komparatoren 49, 50 und 51 sind Impulse, die in Augenblicken der Meßbereichzeitablenkung gegeben werden und die den Meßbereichen

und

R (1 — a sec δ), R (1 + a sec δ)

R 11 H sec δ

entsprechen.

Die Impulse aus den Komparatoren 49 und 50, die den Maximal- und Minimalmeßbereichen entsprechen, werden auf die entgegengesetzten Gitter einer Kippschaltung 54 übertragen, deren eine Anode einen Sperrkreis 55 steuert. Während der Periode zwischen den Impulsen ist der Sperrkreis 55 offen und über die Widerstaiidsgleichrichterverbindungswege 56-57 und 58-59 an einen Miller-Integrator 60, der eine kurze Entladungszeit hat, mit der Spannung

angeschlossen, die die erforderliche Abtastgeschwindigkeit darstellt. Die Gitterspannung dieses Integrators 60 ist art die Y-Ablenkplatten der Abtastkathodenröhre 13 angeschlossen.

R (l—a sec δ)

R [ 1 + —- sec δ

R[I-α sech), R(i+asecb)

2? 1 + — see δ

beziehungsweise

So wird die Karte 15 von einer Reihe von Lichtimpulsen abgetastet. Jeder Lichtimpuls ist während einer Meßbereichkippschwingung der Bildröhre 19 so eingestellt, daß die sich auf dem Schirm ergebende Spur des Lichtimpulses im richtigen Meßbereich erscheint. Um die Breite des Strahlenbündels in Berechnung zu ziehen, wird jeder Lichtimpuls so gestaltet, daß eine kleine Ellipse auf der Karte bei einer Geschwindigkeit abgetastet wird, welche in Übereinstimmung mit dem berechneten Einfallwinkel des Radarstrahlenbündels an der Erdoberfläche gesteuert wird.

Das Sperrsignal, das der Kathodenstrahlröhre 13 von der Kippschaltung 54 zugeführt wird, kann auch dazu verwendet werden, auf dem Schirm der Bildröhre 19 keine Abbildungen erscheinen zu lassen, wenn sich kein Strahl auf der Fläche der Röhre 13 befindet.

Echos von Teilen des Bodens, die in der Mitte des Radarstrahlenbündels liegen, erscheinen heller als Echos von Teilen der Strahlenbündelenden. Wenn dies vorgetäuscht werden soll, wird das Gitter der Kathodenstrahlröhre 13 umgekehrt proportional zur Entfernung des abtastenden Lichtstrahlenbündels von dem Mittelpunkt der Ellipse moduliert (d. h. so, daß der abtastende Fleck am hellsten ist, wenn er im Mittelpunkt der Ellipse liegt), z. B. indem man Signale verwendet, die erhalten werden, wenn man die für die Erzeugung der Ellipse verwendeten Ablenkpotentiale gleichrichtet und zusammenzählt.

Wenn eine Radaranlage für Lageplandarstellung in einem Flugzeug durch Kreiselgerät lagefest gemacht ist, wird das Gerät nach einer zweiten Ausführung der Erfindung gemäß Fig. 9 ausgebildet. In allen Fällen wird bei einem Flugzeug, das Radar mit sich führt, der Radarimpuls Punkte entlang der Linie O-P (Fig. 9) zu späterer Zeit erreichen, und der Unterschied in der Schrägentfernung der Punkte 0 und P η α

Der Widerstand 56 hat einen hohen und der Widerstand 58 einen niedrigen Wert, um Kennlinien mit einer langsamen Ladung und schneller Entladung zu erzeugen. Die Kippschaltung 54 führt auch dem Gitter 61 eine Sperrspannung zu, so daß die Karte von dem Lichtstrahlenbündel nur während der Zeit zwischen den Impulsen beleuchtet wird.

Ausgangsimpulse aus den Komparatoren 49 und 51, die den Meßbereichen

15

entsprechen, werden entgegengesetzten Gittern einer Kippschaltung 62 zugeführt, welche einen Sperrkreis 63 für eine Periode zwischen den Impulsen öffnet. Diese Gitter sind mit einem verzögerten Modulatorstromkreis kombiniert, der aus einem Generator 64 mit einem Signal von dreieckiger Wellenform gespeist wird, wenn die Sperre offen ist. Das Ausgangs signal ist von der bei 65 gezeigten Form und wird den Z-Platten der Abtastkathodenröhre 13 zugeführt.

Die Form des Abtastrasters auf der Oberfläche dieser Röhre ist in Fig. 8 gezeigt, die gestrichelten Linien /, d und e stellen die Meßbereiche

(und deshalb die Verzögerung zwischen Ankunft des Impulses bei O und seiner Ankunft bei P) wird sich mit der Höhe des Flugzeugs verändern. Diese Wirkung muß in der Abtastung der Kartenoberfläche 15 durch das Lichtstrahlenbündel aus der Kathodenstrahlröhre 13 vorgetäuscht werden.

Es ist aus Fig. 9 ersichtlich, daß der Meßbereich R des Punktes P vom Lichtaustrittswinkel 66 durch R = H see b gegeben ist, wobei H die Höhe des Flugzeugs und b der Winkel ist, der durch das Strahlenbündel zum Punkt P mit der Vertikalen gebildet wird. Auch die Verschiebung χ des Strahles auf der Röhrenfläche wird in Ausdrücken der Entfernung h des Lichtaustrittswinkels von der Röhrenfläche gegeben durch:

χ = h tang δ

RA²
H

— 1.

Wenn die Linie O-P auf der Kartenoberfläche bei der erforderlichen Geschwindigkeit abgetastet werden soll, weil der Meßbereich R proportional ist zur Echoverzögerung bzw. weil R = et ist, wird die Verschiebung χ durch

gegeben.

Eine Schaltung, um dieses Signal zu erhalten, wird in Fig. 9 gezeigt. Das Zeitablenksignal wird einem Potentiometer 67 zugeführt, dessen Kontakthebel in Übereinstimmung mit dem Wert von H eingestellt ist. Das Potentiometer 67 ist so ausgebildet, daß das Signal sich umgekehrt mit H verändert. Die Verschiebung seines Kontakthebels, die dieses Signal darstellt,

ist die Größe —. Dieses Signal wird auf eine Quadriervorrichtung 68 zugeführt, die bestimmt ist, um

(et \²
^EF darstellt. Ein Signal von konstanter Schwingungsweite, die die Größe — 1 darstellt, wird über Klemme 69 zugeführt und mit dem Signal aus der Vorrichtung 68 einem summierenden Verstärker 70 zugeführt.

Der Ausgang des Verstärkers 70 wird einer Quadratwurzelvorrichtung 71 zugeführt, welche auch die Qua-

I et \²
dratwurzel des Signals -^ — 1 mit einem konstanten

Faktor, der h darstellt, multipliziert. Das Signal aus der Quadratwurzelvorrichtung 71 stellt x, die Verschiebung des Strahles auf der Röhrenfläche, dar und wird einem Auslöser 72 zugeführt, der passende Spannungen den X- und Y-Platten der Abtaströhre 13 durch eine Sperre 73 zuführt.

Um Verschiebung des Strahles auf der Röhrenfläche

zu vermeiden, wenn die Größe Ι/ίΛτ) — 1 imaginär ist,

d. h., wenn die Echoverzögerung et einen Meßbereich darstellt, welcher kleiner ist als H, bzw. bevor das Radarstrahlenbündel auf die Bodenfläche an seinem nächsten Punkt stößt, empfängt ein elektronischer Schalter 74 aus dem Verstärker 70 das Signal, das

-=r —1 darstellt, und schließt, wenn diese Größe

.■ti J

negativ ist, die Sperre 73.

Das Äußere von Wolken und Überlagerungen, wie Wind, können vorgetäuscht werden, indem man Mate-

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rial, wie ζ. B. Baumwolle, auf die Karte legt, welches dann vom Lichtstrahl abgetastet werden muß.

Claims

Patentansprüche:

1. Radar-Schulungsgerät, bei dem auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre ein dem Schirmbild einer an Bord eines Luftfahrzeugs zur Gewinnung einer Abbildung des überflogenen Geländes verwendeten Radaranlage entsprechendes Bild mit Hilfe einer aus einem Strahler und einer Aufnahmeeinrichtung bestehenden optischen Abtasteinrichtung von einer das überfLogene Gelände darstellenden Vorlage gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (18) vorgesehen ist, welche die Ablenkspannungen für die Kathodenstrahlröhre (19), Spannungen zur Erzeugung einer zeilenweisen Abtastbewegung des gebündelten Lichts des Strahlers (13) sowie eine Spannung zur Zeitsteuerung der Lichtaussendung des Strahlers (13) liefert und welche die von der Aufnahmeeinrichtung (17) bei Auftreffen von von der Vorlage (15) reflektiertem Licht gebildeten elektrischen Signale entsprechend den in Form elektrischer Werte oder mittels mechanischer Einrichtungen der Einrichtung (18) zugeführten Werten für die Höhe und Bewegung der Abtasteinrichtung relativ zur Vorlage (15) in derartiger zeitlicher Folge an das Helligkeitssteuerorgan der Kathodenstrahlröhre (19) weiterleitet, daß auf deren Schirm ein der Höhe und der Bewegung des angenommenen Luftfahrzeugs entsprechendes Bild entsteht.

2. Radar-Schulungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (18) die Lichtaussendung des Strahlers (13) und/oder die Zuführung der Steuerimpulse zur Kathodenstrahlröhre (19) sperrt, wenn die reflektierten Lichtimpulse in einem Meßbereich angezeigt werden, der geringer ist als die anzuzeigende Höhe bzw. die kürzeste anzuzeigende Schrägentfer- 4(T nungCR).

3. Radar-Schulungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (18) die Lichtaussendung des Strahlers (13) und/oder die Zuführung der Steuerimpulse zur Kathodenstrahlröhre-(19) sperrt, wenn die durch die Entfernung- bestimmten Abtastsignale außerhalb der Grenzwerte der von der Einrichtung (18) berechneten Entfernungen (R₁, R₂) liegen, wobei die sich progressiv verändernden Abtastspannungen zur Sperrung der Zuführung von Steuerimpulsen zur Röhre (19) verwendet sind.

4. Radar-Schulungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, "dadurch gekennzeichnet, daß die angestrahlte Fläche auf der Vorlage (15) eine Ellipse (20) darstellt und dem Lichtstrahl eine schwingende Bewegung erteilt wird.

5. Radar-Schulungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (13) derart verschiebbar und drehbar angeordnet ist, daß er alle Bewegungen eines angenommenen Flugzeugs ausführen kann.

6. Radar-Schulungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (13) eine Kathodenstrahlröhre ist.

7. Radar-Schulungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtbündel in seiner Mitte dadurch aufgehellt ist, daß das Gitter der Kathodenstrahlröhre (13) umgekehrt proportional zur Entfernung des abtastenden Lichtstrahlenbündels vom Mittelpunkt der Ellipse durch die Signale moduliert wird, die man erhält, wenn man die für die Erzeugung der Ellipse verwendeten Ablenkspannungen gleichrichtet und summiert.

8. Radar-Schulungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (17) aus einer oder mehreren Fotozellen besteht und die Oberfläche der Vorlage (15) entsprechend dem Rückstrahlvermögen der durch sie dargestellten Teile der Erdoberfläche in verschiedenen Tönungen von Grau gefärbt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA-Patentschrift Nr. 2 652 636.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen