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"Verfahren zur Bestimmung der Entfernung des UrsprunForta von kurzzeitig
ei allenden elektromagnetischen Wellen" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Bestimmung der Entfernung des Ursprungsorts von kurzzeitig einfallenden elektromagnetischen
Wellen, deren Energie in einem breiten Frequenzbereich liegt, z. B. von Gewitterblitzen.
Das erfindungsgemäese Verfahren soll insbesondere zusammen mit dem Peilverfahren
nach Patent ........ (Patentanmeldung T 26 867 I, id/21a4) zur Anwendung kommen.
Bei diesem Peilverfahren wird ein gekreuztes Richtantennensystem sowie eine Antenne
mit Kreisdiagramm verwendet.
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Die Ausgangssignale dieser Antennen werden dort ResonanzkreiseL gleicher
Resonanzfrequenz zugeführt, die dadurch zu Eigenschwingungen angeregt werden. Zwischen
den Ausgangsspannungen der beiden, den Richtantennen zugeordneten Antennenresonanzkreiaen,
wird eine Phasenverschiebung von 90° vorgenommen und danach wird die Differenz der
phasenverschobenen Spannungen gebildet. Schliesslich wird die Differenz der Phasen
der Differenzspannung und der
von der Antenne mit Kreisdiagramm
ausgelösten Spannung gc messen und in Form einer Gleichspannung dargestellt. Disse
Gleichspannung ist ein MaB für den Einfallswinkel.
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In der Figur 1 der Zeichnung ist eine Anordnung zur Durchführung des
obenbeschriebenen Peilverfahrens dargestellt. Die Antenne mit Kreisdiagramm trägt
das Bezugszeichen 1, die beiden Rahmenantennen die Bezugszeichen 2 und 3 ; An die
antenne sind Schwingkreise 4, 5 und 6 angeschaltet, die eine Resonanzfrequenz 0
von z. B. 10 kHz aufweisen. Bei Auftreten einer atmosphärischen Störung werden diese
Schwingkreise zu Eigenschwingungen angeregt.
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Die Ausgangsschwingungem der Resonanzkreise 5 und 6 werden in den
Gliedern 7 und 8 um 90° in der Phase gegeneinander verschoben. Im Glied 9 wird die
Differenz dieser beiden Spannungen gebildet. Nach Verstärkung und gegebenenfalls
Begrenzung der Ausgangsspannumg des Resonanzkreises 4 und der Ausgangsspannung des
differenzbildenden Glieds 9 in den Gliedern 10 und 11, wird dann in Glied 12 die
Phasendifferenz zwischen diesen beiden Spannungen gemessan. Beispielsweise kann
das Glied 12 ein Flip-Flop sein, an dessen » usgang ein Integrierglied 13 angeschlossen
ist. Die Ausgangsapannung des Integrierglieds 13 ist proportional den Einfallswinkel
(p. im Haupt patent ist zusätzlich noch vorgeschlagen worden, die
spektrale
Amplitude der einfallenden Signale mit anzuzeigen.
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Hierzu dient die Schaltungsanordnung der Figur 2. Mit 14 ist eine
Stabantenne bezeichnet, mit 15 ein Tiefpaß der die Aufgabe hat, Frequenzteile über
einer bestimmten Frequenz, von z. B.
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60 kHz zur Vermeidung von Spiegelfrequenzen zuruckzuhalten. Mit 16
ist eine Mischstufe und mit 17 ein einstellbarer Oszillator bezeichnet. An die ischstufe
16 schließt sich vin schmalbendiger Verstärker 18 an, dess@n Ausgangsspannung in
einem Gleichrichter 19 gleichgerichtet wird. An lusgang dieses Gleichrichters 19
erhält man also eine Glaichspannung, deren Größe ein RaB fur die Amplitude der einfallenden
Signa'e vei der eingestallten Frequenz ist Es wurde im Hauptpatent vorgeschlagen,
die spektrale Amplitude und den Einfallswinkel auf einer gemeinsamen Anzeigerohrs
aufzuzeichnen, indem man die Ausgangsspannung des Tieapasses 13 in Fi.'ur 1 und
die'usgangsspannung des Gleichrichters 10 nep ur 2 auf die Ablenksysteme einer Anzeigeröhre
gibt. Fiir @@n p@@@@@@rmige Aufzeichnung ist es allerdings notwendig, daB der Elektronenstrahl
der Anzeigeröhre aur bei Ka-@@@um der vorhanderen Störung. also beim Maximum der
Ausgangs-@@ung des Glieds 19 @eligetastet wird.
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N ben Peilwinkel und spektral@@ @mplitudenverteilung ist aber o't
such noch die Eatfernung des Uysprungsorts, beispielsweise ijr atmosphärischen Störung
von Interesse, Aus diesem Grunde
ist im Hauptpatent ein Verfahren
angegeben, mit Hilfe dessen man die Entfernung ermitteln kann. Gemäß einer Weiterbildung
des Hauptpatentes wird hierzu der Verlauf der Geraden 1nN in Abhängigkeit iner einstellbaren
Schwelle 8 ermittelt. Es wird die Zahl N der aus einer bestimmten Richtung kommenden
atmosphärischen törung, die bestimmte'Verteübersteigen,ermittelt.
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Die Stei@ung der hierbei sich ergebenden Geraden stellt ein Maß für
daß Entfernung dar. Die Ermittlung der Entfernung ist t3i diesem Verfahren, wie
gezeigt, relativ umständlich.
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Le ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein die Entfernung direkt
anzeigendes Verfahren zu schaffen.
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Diese, ufgabe wird gemäB der Zrfindung dadurch gelöst, daß das empfangene
kurzzeitige Signal zwei schmalbandigen Empfangern mit Empfangsfrequenzen wi und
mu zugeführt wird, daß die gleichgerichteten Ausgangsimpulse dieser Empfänger mit
den Amplituden U und Uw2 in zwei um 90° gegeneinander verschobene Wechselspannungen
##1 sin #ht und U#2 cos #ht umgewandelt werdsn r wobei eh eine Hilfsfrequenz ist
und daß nach Bildung der Summe oder Differenz aus dieser beiden Spannungen die Differenz
der Phasenlage der ^ummcn, bzw. Differenzspannungen gegenüber einer Bezugsphase
gemessen und als Gleichspannung dargeetellt wird, wobei diese Gleichspannung ein
MaB für die entfornung ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann fur sich allein zur Bestimmung
der Entfernung des Ursprungsorts kurzzeitig einfallender hellen ausgenutzt werden.
Es kann jedoch auch zusammen mit derartige dem eingangs erläuterten Peilverfahren
für #Signale angewendet worden. Hierbei ist eine getrennte Anzeige von Einfallswinkel
und Entfernung möglich. Es ist jedoch gemäB einer Weiterbildung der Erfindung auch
möglich, beide Werte auf einer einzigen Sichtröhre zur. ^nzeige zu bringen, wobei
man die beiden, ein Maß für diese Größen darstellenden Gleichspannungen auf die
beiden Ablenksysteme einer Anzeigeröhre gibt. Achtet man auch hier darauf, da5 der
Elektrononstrahl der Anzeigeröhre nur dann hellgetastet wird, wenn das einfallende
Signal ein Maximum aufweist, so erhält man auch hier eine punktförmige Anzeige,
deren Lage in einem rechtwinkligen Koordinatensystem ein MaB für die Entfernung
und den Einfallswinkel ist. Zur Hellsteuerung des Elektronenstrahls kenn man auch
hier die Anordnung der Figur 2 benutzen, In der Figur 3 der Zeichnung ist so eine
Anordnung zur Durchfiihrung des crfilidungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Über
die Antenne 20, die beliebig ausgeführt sein kann, wird das kurzzeitige Signal empfangen
und zwei schmalbandigen, auf verschielene Frequenzen #1 und #2 abgestimmten Empfänger
zugeführt. Selbstverständlich
liegen die Frequenzen ? 1 und #2
in dem Frequenzbereich, innerhalb dem die Energie des Eingangssignala liegt. gale
beiden Empfänger 22 können Geradeausempfänger, aber auch Öberlagerungsempfänger
sein. Sie geben an ihren Ausgängen gleichverichtete Impulse ab, deren Maximalwerte
der Größe der spoktra-@en Amplituden der empfangenen Impulse bei den Frequenzen
#1 und #2 proportional sind. Mit Hilfe des auf der Frequenz #h schwingenden Oszillators
29 werden in den Modulatorstufen 23 und 24 die Ausgangsspannungen U#1 und Uw2 der
Empfänger 21 und 22 in zwei Wechselspannungen umgewandelt, die in der Phase um 90°
gegeneinander vorschoben sind. Man erhält also am usgang der Modulatorstufen 23
und 24 folgende Spannungen : Ausgangsspannungen des Modulators 23 = U sin wht Ausgangsspannungen
des Modulators 24 = U p cos wht In der diffcrenzbildenden Stufe 28 wird die Differenz
der beiden iusgangsspannungen der Modulatoren 23 und 24 gebildet.
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Man kann diese Spannungsdifferenz wie folgt darstellen :
Die Differenz der Phasen dieser Differonzspannung gegenüber der Spannung
Hi@rin sind |g#1|, bzw. |g#2| die spektralen Amplituden des einfallendon Signals
bei den Frequenzen #1 und #2. Diese Phasen-Differenz # wird in der Stufe 25 gemessen,
wozu der Schalter in der gestrichelt eingezeichneten Lage ist. Der Phasenaeeseinrichtung
25 wird also neben der Differonzspannung noch iie Spannung U sin M. t zugeführt.
Die Phaseneinrichtung kann wiederum ein Flip-Flop mit nachgeschaltetem Tiefpaß 26
sein.
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Die Ausgangsspannung der Phasenmeßeinrichtung 25 und 26 ist ein Maß
für die Entfernung. Will man Einfallsrichtung des ankommenden Signals und entfornung
seines Ursprungsorts gemeinsam anzeigen, so kann man die beiden, ein Haß für diese
Graben darstellenden Gleichspannungen also die Ausgangsspannung de@ Glieds 13 in
Figur 1 und die. usgangsspannung des Glieds 26 der Figur 3 auf die beiden blenksysteme
einer Anzeigeröhre geben und erhalt dann eine puktförmige Anzeige, wobei die Lage
des Punktes in einem rechtwinkligen Koordinatensystem eine Au8-sage bezüglich des
Peilwinkels und der 3ntfernung do* Ursprungsorts der Signale gibt. Fiir eine punktförmige
Anzeige ist es allerdings noch notwendig, daß der Elchtroncnstrahl erst im Maximum
des ankommenden Signals hellgesteuert wird. Für die Hellsteuerung kann man, wie
oben beschrieben, die Anordnung der Figur 2 ausnutzen.
Durch empirische
Versuche kann man die Skala für die Entfernung auf der Anzeigeröhre eichen. Auf
der Anzoigerohre entstehen auch hier Punkthäufungen in bestimmten Regionen der Anzeigeröhre.
Diase Punkthäufungen entsprechen Gewitterherden, deren azimutale Lage und Entfernung
sich aus des zeigebild ablesen lassen. Die Figur 4 zeigt ein derartiges Anzeigebild,
auf dem vier Gowitterhorde erkennbar sind, Bei der. nordnung der Figur 3 variiert
die gemessene Phasendifferenz # zwischen 0 und 90°, wenn das Verhältnis |g#1| :
|g#2| zwischen 0 und # schwankt. Diese Tatsache geht aus Figur 5 hervor. Man kann
nun den Variationsbereich des Winkels r dadurch vordoppeln, daß man der Phaseneinrichtung
25 aotelle der Spannung 1 sin xht die Summe der Ausgangsspannungm der MDdulatoren
23 und 24, also die Spannung U sin St + U cos #ht als Vergleichsspannung zuführt.
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3ei Anwendung einer, derartigen Ausführungsorm liegt der Schalter
30 in der voll ausgezeichneten Stellung, verbindet also das Summierglied 27 mit
der PhasenmeBeinrichtung 25. Wie aus der Figur 6 hervorgeht, ist der von der Summenspannung
und Differenzspannung der'. usgangsspannungen der Modulatoren 23 und 24 eingeschlossene
Phasenwinkel doppelt so groß, wie bei dem zuerst
erläuterten Beispiel.
Damit wird auch die Ausgangsspannung der Phasenmeßeinrichtung 25, 26 bei Verwendung
der Summenspannung als Vergleichsgröße doppelt so groß, was in vielen Pällen vorteilhaft
sein kann,