DE1181759B - Impuls-Radargeraet mit Stoerbefreiung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 04 ρ

Deutsche Kl.: 21 a4-48/61

Nummer: 1181759

Aktenzeichen: T19090IX d / 21 a4

Anmeldetag: 6. Oktober 1960

Auslegetag: 19. November 1964

Die Erfindung betrifft ein Impuls-Radargerät mit empfangsseitigen Mitteln zur Erzielung eines hohen Amplitudenverhältnisses seiner Nutzsignale zu den Störsignalen, insbesondere zur Erzielung eines hohen Signal-Rausch-Verhältnisses. Als Störsignale kornmen hierbei vorwiegend neben dem Rauschen beispielsweise Interferenzstörungen durch andere Radargeräte, feindliche Störungen und einzelne, aperiodische Störimpulse in Betracht. Diese Störsignale stellen meist inkohärente Signale dar.

Zur Störbefreiung der Empfangsnutzsignale eines mit angenähert konstanter Impulsfolgefrequenz betriebenen Radargerätes von inkohärenten Störsignalen ist die Verwendung einer vor das Sichtgerät des Radargerätes geschalteten positiv rückgekoppelten Laufzeitanordnung bekannt, deren Laufzeit dem gegenseitigen zeitlichen Abstand der einzelnen Empfangsnutzsignale entspricht. Mit Hilfe dieser Laufzeitanordnung erfolgt eine Aufsummierung der Empfangssignale derart, daß — wenn das kohärente Nutzsignal mit seinen periodischen oder nahezu periodischen Anteilen und die inkohärenten Störsignale die Anordnung mehrmals durchlaufen — sich die periodischen oder nahezu periodischen Anteile amplitudenmäßig addieren, während sich die in beliebiger zeitlicher Verteilung auftretenden Störsignale ausmitteln. Vorzugsweise erfolgt hierbei die Aufsummierung über alle Impulse pro Ziel, wobei die Laufzeitanordnung als Speicher für die periodischen Signalanteile wirkt.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Verbesserung dieses bekannten Radargerätes hinsichtlich seiner Störsicherheit gegen auf angenähert der gleichen Trägerfrequenz und mit etwa der gleichen Impulsfolgefrequenz arbeitende benachbarte Radargeräte und gegen feindliche Störsender.

Die Erfindung geht dabei aus von einem Impuls-Radargerät, das zwischen Empfänger und Sichtgerät eine Anordnung zur Störbefreiung seiner Empfangsvideosignale durch deren Aufsummierung mit Hilfe einer positiv rückgekoppelten, einstellbaren Laufzeitanordnung enthält, deren Laufzeit für jedes Empfangssignal derart gewählt ist, daß die Amplituden der Empfangsnutzimpulse ansteigen, die Störsignale sich jedoch ausmitteln, mit einem Bezugsfrequenzgenerator zur Erzeugung einer Impulsfolge konstanter Periode. Dieses Radargerät ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung einer an sich bekannten unregelmäßigen, vorzugsweise statistisch schwankenden Sendeimpulsfolge aus der Impulsfolge konstanter Periode an den Bezugsfrequenzgenerator (1) eine einstellbare Verzögerungsleitung (2) angeschlossen ist Impuls-Radargerät mit Störbefreiung

Anmelder:

Ling-Temco-Vought, Inc., Dallas, Tex.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Berkenfeld

und Dipl.-Ing. H. Berkenfeld, Patentanwälte,

Köln-Lindenthal 3, Universitätsstr. 31

Als Erfinder benannt:

James H. Brown, Richardson, Tex. (V. St. A.)

und die Einstellung der Verzögerungsleitung und die der Laufzeitanordnung durch eine gemeinsame Steuereinrichtung (3) im Sinne einer Kompensation von Änderungen in der Verzögerung der Verzögerungsleitung durch Änderungen in der Laufzeit der Laufzeitanordnung erfolgt.

Es sind zwar bereits Radargeräte bekannt, die dadurch gegen Aussendungen benachbarter Radargeräte oder feindlicher Störsender gesichert sind, daß sie mit einer unregelmäßigen, vorzugsweise statistisch schwankenden Impulsfolgefrequenz arbeiten; bei diesen Radargeräten geht man jedoch von einem entsprechend in der Frequenz schwankenden Sendeimpuls-Taktgeber aus und die Empfangsanzeige wird von den einzelnen TaMmpulsen unmittelbar gesteuert. Beim erfindungsgemäßen Radargerät entspricht die Folgefrequenz der Empfangsanzeigeimpulse demgegenüber trotz Anwendung einer unregelmäßigen Sendeimpulsfolgefrequenz der konstanten Frequenz des Bezugsfrequenzgenerators, wodurch die Auswertung und Anzeige der Empfangs-Zielechoimpulse beim erfindungsgemäßen Radargerät in der bei mit konstanter Impulsfolgefrequenz arbeitenden Radargeräten üblichen Art erfolgen kann, die einfacher und sicherer ist als es bei einer unregelmäßigen Anzeige-Ablenkfrequenz der Fall ist.

An Hand der Zeichnungen sei im folgenden ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierbei zeigt

Fig. 1 diejenigen Teile eines Radargerätes nach der Erfindung im Blockschaltbild, die zum Verständnis erforderlich sind, und

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F i g. 2 und 3 mehrere Amplituden-Zeit-Diagramme ker 10 werden die Ausgangssignale der Verzögevon Signalen, die im Radargerät nach F i g. 1 auf- rungsanordnung zum Ausgleich ihrer in der Verzögetreten. rungsanordnung erlittenen Verluste verstärkt und In F i g. 1 symbolisiert der Block 1 den Bezugs- dann der Anzeigeanordnung 11, die beispielsweise frequenzgenerator, der eine Impulsfolge konstanter 5 eine Kathodenstrahlanzeigeröhre enthält, zugeführt. Frequenz auf den einen Eingang der einstellbaren Gleichzeitig gelangen die Ausgangssignale des Ver-Verzögerungsleitung 2 abgibt. An den Steuereingang stärkers 10 auf den Eingang der Verstärkungssregelder Verzögerungsleitung 2 ist eine Steuereinrich- einrichtung 12, die die Ausgangssignale vom Verstärtung 3 angeschlossen, die Steuersignale in unregelmä- ker 10 auf einer konstanten, vorgegebenen Maximalßiger, vorzugsweise statistischer Folge abgibt und be- ίο amplitude hält. An die Verstärkungsregeleinrichtung wirkt, daß am Ausgang der Verzögerungsleitung 2 12 ist ein Eingang der Additionsstufe 13 angeschlosentsprechend unregelmäßig verteilte, aus der kon- sen, an derem anderen Eingang eine Vorspannung stanten Frequenz des Bezugsfrequenzgenerators 1 ab- aus der Vorspannungsquelle 14 eingespeist wird. Das geleitete Impulse zur Steuerung der verschiedenen, Summensignal aus der Vorspannung der Vorspanbei Impuls-Radargeräten allgemein üblichen Sender- 15 nungsquelle 14 und dem Ausgangssignal der Versynchronisierungs- und Zeitablenkschaltungen, die Stärkungsregeleinrichtung 12 gelangt vom Ausgang summarisch durch den Block 4 dargestellt sind, auf- der Additionsstufe 13 auf den einen Eingang des treten. Die Radar-Empfangssignale werden in üb- Verstärkers 8, dessen anderem Eingang in der bereits licher Weise im Empfänger 5 demoduliert und als beschriebenen Weise die durch die Kompensationsvideofrequente Signale über die Torschaltung 6 der 20 einrichtung 7 verzögerten videofrequenten Ausgangs-Kompensationseinrichtung 7 zugeführt, die durch signale bei offener Torschaltung des Empfängers 5 eine einstellbare Verzögerungsleitung gebildet ist. Die zugeführt werden. Da die Verzögerung der Kompen-Torschaltung 6 wird durch die Ausgangsimpulse der sationseinrichtung 7 die Abweichungen der Emp-Verzögerungsleitung 2, die ja zeitlich den Sende- fangsnutzsignale von der der konstanten Frequenz impulsen entsprechen, gesteuert; lediglich während 25 des Bezugsfrequenzgenerators 1 entsprechenden Imder Dauer der Sendeimpulse wird sie geschlossen; pulsfolgeperiode t kompensiert, wobei die Abweisonst ist die Torschaltung 6 immer auf Durchlaß ge- chungen aus der Wirkung der Verzögerungsleitung 2 schaltet. Die Verzögerungszeit der !Compensations- resultieren, und da demzufolge — wie bereits ereinrichtung 7 wird durch die Ausgangssignale der wähnt — die Empfangsnutzsignale am Ausgang der Steuereinrichtung 3 eingestellt, wobei sich die der 30 Kompensationseinrichtung 7 mit der konstanten Im-Verzögerungsleitung 2 von der Steuereinrichtung 3 pulsfolgeperiode t auftreten und da ferner den die zugeführten Steuersignale von denjenigen Steuer- Schleife, welche aus den Bausteinen 8, 9, 10, 12 und Signalen, die der Kompensationseinrichtung 7 von 13 gebildet ist, durchlaufenden Signalen durch die der Steuereinrichtung 3 zugeführt werden, in einer Verzögerungsanordnung 9 die konstante Verzöge-Art voneinander unterscheiden, die an Hand der 35 rung t erteilt wird, erfolgt im Verstärker 8 eine Multifolgenden Beispiele erläutert sei. Das konstante Zeit- plikation der ihm aus der Kompensationseinrichintervall zwischen den einzelnen vom Bezugsfre- tung7 zugeführten Signale mit den ihm jeweils um quenzgenerator 1 abgegebenen Impulsen sei t und die genau eine Impulsfolgeperiode zuvor zugeführten einem betrachteten Impuls durch die Verzögerungs- Signalen, wonach das Signalprodukt die Schleife aus leitung 2 gegebene Verzögerung Δ t; dann wird die 40 den Bausteinen 9, 10, 12 und 13 durchläuft und dem Verzögerungszeit der Kompensationseinrichtung 7 einen Eingang des Verstärkers 8 nach einer weiteren auf die Zeit t — At eingestellt. Wird die Verzöge- Impulsfolgeperiode zur Multiplikation mit den nach rungsleitung 2 jedoch beispielsweise auf die Zeit 3 Δ t dieser Impulsfolgeperiode auftretenden Ausgangseingestellt, so muß dementsprechend die Verzöge- Signalen der Kompensationseinrichtung 7 zugeführt rung der Kompensationseinrichtung 7 für das ent- 45 wird. Die Signale laufen fortlaufend in der beschriesprechende Empfangssignal t — 3 Δ t betragen. Arbei- benen Schleife um, und die Multiplikation im Verten die Verzögerungsleitung 2 und die Kompensa- stärkere erfolgt fortlaufend, wobei durch die Vertionseinrichtung 7 nach der an Hand dieser Beispiele Stärkerregeleinrichtung 12 eine Selbsterregung verbeschriebenen Gesetzmäßigkeit zusammen, so treten hindert wird, da durch diese die Amplituden der am Ausgang der Kompensationseinrichtung 7 aufein- 50 Ausgangssignale des Verstärkers 10 auf einer voranderfolgende Empfangsnutzsignale im Falle, daß sie gegebenen Maximalhöhe gehalten werden. Die VerEchosignalen von Festzielen entsprechen, mit einem Stärkung in der Schleife kann derart gewählt sein, konstanten Impulsintervall von jeweils t auf, welches daß die jedem Eingang des Verstärkers 8 zugeführten der Periode des Bezugsfrequenzgenerators 1 ent- Signale nahezu die Größe Eins der gewählten Einspricht. Die Ausgangssignale der Kompensationsein- 55 heit ihrer maximalen Spannungen aufweisen. Da richtung 7 werden zweckmäßigerweise über einen Rauchsignale statistisch verteilt auftreten und die Verstärker 8 auf die eine vorgegebene Verzögerungs- Wahrscheinlichkeit, daß gleiche Rauschanteile sich zeit aufweisende Verzögerungsanordnung 9 gegeben. mit der Sendeimpulsperiode wiederholen, recht ge-Das Ausgangssignal des Verstärkers 8 entspricht bei- ring ist, ist es ersichtlich, daß die in der beschriebespielsweise dem Produkt seiner beiden ihm züge- 60 nen Art erfolgende fortlaufende Multiplikation der führten Eingangssignale. Die Verzögerungsanord- Empfangsnutzsignale und gleichzeitig der Störsignale nung9 kann aus konkreten Bauelementen, wie bei- bewirkt, daß die Amplituden der Empfangsnutzspielsweise Spulen und Kondensatoren, aufgebaut signale stark ansteigen, während die Störsignale stark sein, einen Abschnitt einer Hochfrequenz-Übertra- gedämpft werden und sich über einen größeren Zeitgungsleitung darstellen oder beispielsweise aus einem 65 raum ausmitteln.

Quarzstab bestehen. Die Verzögerungszeit der Ver- F i g. 2 zeigt als Beispiel mehrere, mit α bis g bezögerungsanordnung 9 beträgt t, entspricht also der zeichnete Amplituden-Zeit-Diagramme der am AusPeriode des Bezugsfrequenzgenerators 1. Im Verstär- gang des Empfängers 5 auftretenden Empfangsnutz-

und -störsignale, die sieben aufeinanderfolgenden Sendeimpulsen des Radargerätes entsprechen, wobei die Empfangsnutzsignale auf Zielechoimpulse zurückgehen, während die Störsignale im wesentlichen durch Rauschsignale gegeben sind. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind die Amplituden der Empfangsnutzsignale in einigen gezeigten Fällen geringer als die Maximalamplituden der Störsignale.

In F i g. 3 sind in einem weiteren Amplituden-Zeit-Diagramm, das die gleichen Maßstäbe wie die Diagramme der Fig. 2 aufweist, die der Anzeigeanordnung 11 zugeführten Signale darstellt. Wie ersichtlich, erfolgt hierbei durch die Aufsummierung der in Fig. 2 gezeigten Signale eine sehr starke Unterdrükkung der Störsignalamplituden bei gleichzeitiger Vergrößerung der Nutzsignalamplitude, wodurch eine gut auswertbare Anzeige mit sehr hohem Signal-Rausch-Verhältnis erhalten wird.

Den Merkmalen der an Hand der Fig. 1 beschriebenen Verwendung der Additionsstufe 13, deren einem Eingang eine Vorspannung zugeführt wird, und des Verstärkers 8, der eine Multiplikation seiner Eingangssignale bewirkt, bei einem Radargerät mit unregelmäßiger Sendeimpulsfolge und Mitteln zur Störbefreiung seiner Empfangssignale durch deren Aufsummierung mit Hilfe einer positiv rückgekoppelten Laufzeitanordnung kommt im Hinblick auf ihre vorteilhafte Verwendbarkeit bei einem gleichfalls mit Mitteln zur Störbefreiung seiner Empfangssignale arbeitenden Radargerät durch deren Aufsummierung mit einer positiv rückgekoppelten Laufzeitanordnung, jedoch mit angenähert konstanter Sendeimpulsfolgefrequenz allgemeinere Bedeutung zu. Die Additionsstufe 13 und der Verstärker 8 sind zudem beide voneinander unabhängig vorteilhaft verwendbar bei Anordnungen zur Störbefreiung von Signalen mit angenähert periodischen Signalanteilen durch Aufsummierung mit einem rückgekoppelten Laufzeitglied in der Weise, daß dessen Eingang zusätzlich zum Eingangssignal ein Teil der Ausgangsspannung mit gleicher Polarität zugeführt wird, wobei es sich nicht um impulsförmige Signale handeln muß.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des Verstärkers 8 beim Radargerät nach Fi g. 1 sei nochmals die Schleife aus den Bausteinen 8, 9, 10 und 12 betrachtet, wobei die Additionsstufe 13 durch eine durchgehende Verbindung ersetzt sei. Wenn die Impulse durch die Schleife geschickt werden, werden sie im Verstärker 10 verstärkt, dessen Verstärkung über die Verstärkungsregeleinrichtung 12 variabel ist. Diese variable Verstärkung ist abhängig von der Differenz zwischen der Amplitude des der Schleife zugeführten ursprünglichen Impulses und derjenigen des verstärkten Impulses. Diese einzelnen variablen Verstärkungsfaktoren seien im folgenden mit x, y, ζ usw. bezeichnet. Wenn der erste Impuls durch die Schleife auf den Eingang zurückgeführt wird, wird er — wenn seine ursprüngliche Amplitude (1) beträgt — den neuen Amplitudenwert (1 + x) erhalten. Dieser Wert wird darauf mit dem nächsten Impuls der Amplitude (2) multipliziert, so daß sich ergibt (1 + jc)2 oder (1 · 2 + 2 · x). Letzterer Wert wird durch die Schleife gegeben, verstärkt und das Resultat mit dem nächsten Impuls der Amplitude (3) multipliziert, so daß daraus folgt

usw. und bis zur Multiplikation mit dem Impuls der Amplitude (4) oder bis

erhalten wird. Die Anzeigeimpulse bestehen somit nicht nur aus der Summe der einzelnen Produkte aus den Nutzsignalamplituden, sondern diese Produkte enthalten darüber hinaus die einzelnen Verstärkungsfaktoren, die den Nutzsignalpegel erhöhen. Die Verstärkung in der Schleife wird dabei derart begrenzt,

ίο daß Selbsterregung vermieden wird, die Anzeigeimpulse jedoch auf einen auswertbaren Pegel gebracht werden.

Wird nun zusätzlich die Wirkung der Additionsstufe 13 in F i g. 1 untersucht, wobed (B) die Größe der der Additionsstufe zugeführten Vorspannung symbolisiert, (1) wiederum die Amplitude des ersten Impulses angibt und (G) für die Verstärkung der Schleife steht, hat der erste Impuls nach Wiederzuführung auf den Eingang der Schleife die Größe

ao (1 + G + B) und nach Multiplikation mit dem zweiten Impuls, der die Amplitude (2) hat, den Wert (1 + G + B) 2. (B) stellt hierbei eine additive Komponente zum beschleunigten Aufbau des Signals in der Schleife bis zum Erreichen des vorgegebenen

as Grenzwertes der Verstärkung der Schleife dar.

Ein weiterer Vorteil der Einführung der Vorspannung in die Schleife mit den Bausteinen 13 und 14 ist erkennbar, wenn man die Schleife zum Zeitpunkt des Auftretens des ersten Empfangsnutzsignals, d. h.

des ersten Impulses einer Reihe aufeinanderfolgender entsprechender Zielechoimpulse am Ausgang der Kompensationseinrichtong 7 betrachtet. Ohne Vorspannung befände sich in der Schleife dann nur das Rauschen mit der Größe (Λ0, die sehr klein ist im Vergleich zur Größe der Vorspannung (B). Nach der Multiplikation des ersten Impulses (1) mit dem Rauschen bei Fehlen der Vorspannung ergäbe sich die Größe (O + N) 1, wodurch infolge der kleinen Größe N das Signal nur sehr langsam den erwünschten Grenzpegel in der Schleife erreichen würde. Diese Aufbauzeit wird wesentlich durch die Einführung der Vorspannung (B) verkürzt, wodurch das erste Signal nach seiner Multiplikation mit der Vorspannung und dem nunmehr vernachlässigbaren Rauschen die Größe (O+B)I erhält.

Die Verzögerungsanordnung kann in an sich bekannter Weise mit Vorteil als Synchronisierungseinrichtung für den Bezugsfrequenzgenerator 1 verwendet werden. Wie in F i g. 1 durch die beiden Verbindungsleitungen zwischen den Bausteinen 1 und 9 angedeutet ist, kann hierbei ein Ausgangsimpuls des Generatorsi dem Eingang der Verzögerungsanordnung 9 zugeführt und nach seiner Verzögerung zur Synchronisation als Triggerimpuls wieder auf den

Generatori zurückgegeben werden, wodurch die vom Generator 1 auf die Verzögerungsleitung 2 abgegebenen Signale eine konstante, durch die Verzögerung der Verzögerungsanordnung 9 definierte Periode aufweisen. Zweckmäßig ist der Verzögerungsanordnung 9 hierbei eine nicht gezeigte weitere Torschaltung nachgeschaltet, die derart gesteuert wird, daß die Triggerimpulse für den Generator 1 nicht zur Anzeigeanordnung 11 gelangen. Die der Synchronisation dienenden, durch die Verzögerungsanordnung 9 geschickten Impulse können eine wesentlich größere Amplitude als die in der Schleife aus den Bausteinen 8, 9, 10, 12 und 13 umlaufenden Videosignale aufweisen, so daß bei entsprechend geringer Trigger-

empfindlichkeit des Generators 1 dieser gegenüber den Videosignalen unempfindlich ist und auf diese nicht anspricht. Eine zweite Möglichkeit, die Triggerung des Generators 1 durch die Videosignale zu vermeiden, besteht zweckmäßig in der Anwendung einer entgegengesetzten Polarität der Videosignale zu derjenigen der Synchronisationssignale in der Verzögerungsanordnung 9.

Claims (4)

Patentansprüche: IO

1. Impuls-Radargerät, das zwischen Empfänger und Sichtgerät eine Anordnung zur Störbefreiung seiner Empfangsvideosignale durch deren Aufsummierung mit Hilfe einer positiv rückgekoppelten, einstellbaren Laufzeitanordnung enthält, deren Laufzeit für jedes Empfangssignal derart gewählt ist, daß die Amplituden der Empfangsnutzimpulse ansteigen, die Störsignale sich jedoch ausmitteln, mit einem Bezugsfrequenzgenerator zur Erzeugung einer Impulsfolge konstanter Periode, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung einer an sich bekannten unregelmäßigen, vorzugsweise statistisch schwankenden Sendeimpulsfolge aus der Impulsfolge konstanter Periode an den Bezugsfrequenzgenerator (1) eine einstellbare Verzögerungsleitung (2) angeschlossen ist und die Einstellung der Verzögerungsleitung und die der Laufzeitanordnung durch eine gemeinsame Steuereinrichtung (3) im Sinne einer Kompensation von Änderungen in der Verzögerung der Verzögerungsleitung durch Änderungen in der Laufzeit der Laufzeitanordnung erfolgt.

2. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeitanordnung aus zwei Abschnitten besteht, von denen die Laufzeit des ersten Abschnittes (7) einstellbar und die Laufzeit des zweiten Abschnittes (9) gleich der konstanten Periode der Impulsfolge ist, der erste Abschnitt zwischen den Empfänger und die Anordnung zur Störbefreiung geschaltet ist, der zweite Abschnitt als positiv rückgekoppelte Laufzeitanordnung in der Anordnung zur Störbefreiung vorgesehen ist und die Einstellung der Laufzeit des ersten Abschnittes durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der durch die Steuereinrichtung eingestellten Verzögerung der an den Bezugsfrequenzgenerator angeschlossenen Verzögerungsleitung derart erfolgt, daß die Laufzeit des ersten Abschnittes immer gleich der Laufzeit des zweiten Abschnittes vermindert um die Verzögerung der Verzögerungsleitung ist.

3. Radargerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Anordnung zur Störbefreiung ein an sich bekannter Verstärker (8), welcher an seinem Ausgang das Produkt der seinen beiden Eingängen zugeführten Eingangssignale abgibt, vorgesehen ist, an den Ausgang des Verstärkers zumindest der zweite Abschnitt der Laufzeitanordnung angeschlossen ist und Mittel zur Zuführung der Ausgangssignale des Empfängers — gegebenenfalls über den ersten Abschnitt der Laufzeitanordnung — auf den einen Eingang des Verstärkers und Mittel zur Zuführung der verzögerten Rückkopplungssignale auf den anderen Eingang des Verstärkers vorgesehen sind.

4. Radargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückkopplungsweg eine Additionsstufe (13) zur Addition einer vorgegebenen Vorspannung zu den Rückkopplungssignalen vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 062 290;
USA.-Patentschrift Nr. 2 426 216.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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