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Verfahren zur Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen, insbesondere Flugzeugen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der von einem Fahrzeug zurückgelegten Entfernung und zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Es gibt bereits Navigationsverfahren zur Orientierung von Luft-und Wasserfahrzeugen durch Anpeilung von mindestens drei der Lage nach bestimmten Radiostationen, bei denen eine mechanische sphärische Auswertungsmethode benutzt wird, derart, dass über einer als sphärischer Messtisch dienenden Kugelkalotte eine in Grade geteilte, mit einem Schreibstift versehene Scheibe vorgesehen ist, an der in Richtung der gefundenen Peillinien einstellbare Bügel drehbar angeordnet sind, die an ihren freien Enden in Büchsen der Kalotte geführt sind, wobei die Lage der Büchsen den geographischen Orten der Funkstationen entspricht. Es ist weiterhin bereits eine Anordnung zur automatischen Steuerung von Fahrzeugen, insbesondere Flugzeugen, bekanntgeworden, bei der auf dem Fahrzeug sowohl ein von einer Radiostrahlung unabhängiges richtungsempfindliches Organ, wie z.
B. ein Induktionskompass, als auch ein Radioempfänger verwendet werden, welche derart gleichzeitig auf das die Wendungen in der Horizontalebene bewirkende Steuer einwirken, dass das Fahrzeug nicht nur in bezug auf die Achsenrichtung, sondern auch in bezug auf einen festen Punkt automatisch gesteuert wird. Der bekannte Magnetkompass besteht dabei aus einem Polschuhpaar und einem Anker, der in dem Feld zwischen den Polschuhen drehbar gelagert ist. Stehen dabei die Polschuhe im rechten Winkel des magnetischen Erdfeldes, so wird im Anker keine Spannung erzeugt. Weicht indessen das Fahrzeug nach rechts oder nach links ab, so wird im Anker eine EMK entgegengesetzter Polarität erzeugt.
Diese bekannte Einrichtung ist nun so getroffen, dass sich der Anker automatisch in einer solchen Lage in bezug auf das erdmagnetische Feld hält, dass im Anker keine elektromotorische Kraft erzeugt wird.
Schliesslich ist auch eine Anordnung zur Richtungsbestimmung, insbesondere für Luftfahrzeuge, bekanntgeworden, welche mit einer Mehrzahl von örtlich verteilten Radiosendern gleicher WeIIe1ùänge und verschiedener Modulation zusammenarbeitet, deren ausgestrahlte Hochfrequenzenergie mittels abstimmbarer Richtempfänger, die auf dem Flugzeug angeordnet sind, und unter Benutzung von Filtervorrichtungen zur Unterscheidung der verschiedenen Signalstationen empfangen wird. Das Strahlungsempfangssystem besteht dabei aus zwei gerichteten und einer ungerichteten Antenne, die auf eine Empfängeranordnung mit Filterkreisen, an die ein Telephon oder eine Anzeigevorrichtung angeschlossen werden kann, geschaltet sind. Entsprechend dem anzufliegenden Sender wird hiebei ein entsprechendes Filter eingeschaltet.
Ausserdem ist es bei Bombenabwurfrechnern in Flugzeugen bekanntgeworden, ein mechanisches Dreiecksgetriebe zur Darstellung des Vektors der Luftgeschwindigkeit und des Vektors der Windgeschwindigkeit zu benutzen.
Die vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren zur Entfernungs-und Geschwindigkeits- messung von sich auf geradlinigem Kurs bewegenden Fahrzeugen, insbesondere Flugzeugen, im Fahr. zeug in bezug auf einen in der Fahrtrichtung befindlichen festen Punkt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass Entfernung und Geschwindigkeit des Fahrzeuges aus den Strecken und Winkeln mit ihren durch die Fortbewegung des Fahrzeuges bedingten zeitlichen Änderungen eines Dreiecks ermittelt werden, das aus dem genannten Fixpunkt auf dem Fahrtkurs einem auf einer Seite des Fahrtkurses liegenden Punkt, dessen Lage bekannt ist, und des zeitlich veränderlichen Standortes des Fahrzeuges gebildet wird.
Bei diesem Verfahren wird das Fahrzeug, beispielsweise ein Flugzeug, durch Handsteuerung auf geradem Kurs gehalten. Die Kurshaltung kann auch durch besondere Mittel automatisch gesteuert
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werden, beispielsweise mittels gesteuerter drahtloser Geräte, u. zw. derart, dass sämtliche Einflüsse von Seitenwinden, die eine Abtrift des Flugzeuges bewirken und dadurch das Fahrzeug aus seinem Kurs zu bringen versuchen, unwirksam bleiben. Die Entfernungs-und Geschwindigkeitsmessung nach der Erfindung erfolgt bei sich geradlinig bewegenden Fahrzeugen in bezug auf einen in der Fahrtrichtung liegenden festen Punkt.
Erfindungsgemäss wird auf der einen Seite des vom Fahrzeug durehfahrenen Kurses eine Strahlungsquelle, insbesondere ein Radiosender, angeordnet und das Fahrzeug zum Empfang der Energie dieser Strahlungsquelle mit Strahlungsempfangsmitteln ausgerüstet. Der Empfänger des Fahrzeuges ist gerichtet und enthält zu diesem Zwecke beispielsweise eine Rahmenantenne mit geeigneten Mitteln zur Einstellung der Orientierung nach dem Strahlungssender. Die Verbindunglinien des Ortes mit der Strahlungsquelle des Kurspunktes, auf welchem sich das Flugzeug augenblicklich befindet, und irgendeines andern festgewählten Punktes auf der Kurslinie bilden ein Dreieck.
In diesem Dreieck ist die Länge der Verbindungslinie zwischen Strahlungsquelle und dem festgewählten Kurspunkt sowie der Winkel zwischen dieser Verbindungslinie und der Fahrtrichtung bekannt. Durch die Stellung des Richtempfängers im Flugzeug gegen die Strahlungsquelle lässt sich dann die jeweilige Fahrzeugposition ermitteln. Der Betrag der Winkelbewegung des Empfängers gibt gleichzeitig ein Mass für die Geschwindigkeit des Fahrzeuges.
Der Erfindungsgegenstand sei an Hand-eines Ausführungsbeispieles, das in den Fig. 1-3 dargestellt ist, näher beschrieben. Fig. 1 zeigt das schon erwähnte Positionsdreieck. Die Fig. 2 und 3 geben eine Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zur Messung der Entfernung und Geschwindigkeit des Fahrzeuges gemäss der Erfindung wieder. Die Fig. 3 stellt eine Seitenansicht eines Teiles der Geräteinrichtung nach Fig. 2 dar, gesehen in Richtung des Pfeiles 3.
In der Fig. 1 ist im Punkt 1 ein Flugzeug, das auf dem in gerader Richtung durehflogenen Kurs C liegt, schematisch dargestellt. Dieses Flugzeug kann, wie schon erwähnt, entweder durch Hand oder durch besondere selbsttätige Mittel auf konstantem, geradlinigem Kurs gehalten werden. Das Flugzeug 1 enthält eine Rahmenantenne 2, die auf irgendeinen festen Kurspunkt 3 mit einer Strahlungsquelle, beispielsweise einem Radiosender 4, gerichtet eingestellt ist. Der Empfänger zum Rahmen 2 wird auf die Senderfrequenz der Strahlungsquelle 4 abgestimmt. Das Fahrzeug 1 bewegt sich mit konstantem Kurs längs der Strecke C vom Sender 4 hinweg.
In irgendeinem Punkte 5 auf einer Seite der Strecke C befindet sich eine zweite Strahlungsquelle 6. Die Länge der Strecke A zwischen dem Sendepunkt 5 und dem festen Kurspunkt 3 sowie der Winkel b zwischen der Strecke A und der Strecke C seien bekannt.
Das Fahrzeug wird mit einem zweiten Strahlungsrichtempfänger ausgerüstet, beispielsweise mit einer Rahmenantenne 7. Dieser Empfänger wird auf die Frequenz des Senders 6 abgestimmt.
Um jederzeit die Orientierung zum Strahlungssender 6 einstellen zu können, wird der Rahmen 1 mit hiezu besonders geeigneten Mitteln versehen. Die Verbindungslinie des Sendepunktes 5 mit dem Fahrzeugstandort 1 ist in der Fig. 1 mit B bezeichnet. Bildet z. B. der Rahmen 7 einen rechten Winkel mit dem Energiepfad B, so wird im Rahmen keine Spannung induziert, und der Antriebsmechanismus für den Rahmen bleibt in Ruhe.
Während der Bewegung des Fahrzeuges längs seines geradlinigen Kurses wird das Dreieck ABC vergrössert, der Winkel c nimmt zu, und der Winkel a wird kleiner. Die Winkelstellung des Rahmens 7 zur Stellung des Rahmens 2 ändert sich dabei mit dem Winkel a. Da in dem Dreieck ABC die Seite A und der Winkel b bekannt sind, so ist die Länge der Seite C durch den Winkel a bestimmt. Durch die im folgenden beschriebene Einrichtung wird im Fahrzeug ein kleines Dreieck mechanisch nachgebildet, welches in seiner Gestalt dem grossen Dreieck ABC ähnlich ist. Mittels dreier mechanischer Glieder wird dieses kleine Dreieck derart ausgeführt, dass sich seine Gestalt selbsttätig und proportional der Veränderung des Dreiecks ABO anpasst.
Daher ist in dem so nachgebildeten Dreieck die Länge jener Seite, die der Strecke 0 des grossen Dreiecks entspricht, zu jeder Zeit während der Fortbewegung des Fahrzeuges längs seines konstantgehaltenen Kurses ein Mass für die zurückgelegte Strecke, d. h. für die Entfernung zwischen dem festen Senderpunkt 3 und dem augenblicklichen beweglichen Standort 1 des Fahrzeuges. Der Betrag der Längenänderung dieser Strecke des kleinen Dreiecks gibt ein Mass für die Geschwindigkeit des Fahrzeuges.
In der Fig. 2 ist mit 10 ein magnetischer Kompass und mit 2 eine Rahmenantenne bezeichnet.
Die Mittel zur Erreichung der selbsttätigen Kurskonstanthaltung seien durch das Rechteck 12 nur schematisch angedeutet. Die Rahmenantenne 7 steht über ein Zahnradgetriebe 14 mit einer geeigneten Einrichtung 15 zur Orientierung des Rahmens nach dem Strahlungssender 6 in Verbindung. Ebenso ist die Rahmenantenne 2 über das Kegelradgetriebe 13 mit der schematisch angedeuteten Einrichtung 12 verbunden. Die Einrichtung 12 enthält die in der Fig. 2 nicht im einzelnen wiedergegebenen Mittel, um das Fahrzeug auf geradem Kurs unter Überwindung irgendwelcher Seitenwindeinflüsse zu halten.
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der Winkel a abgelesen werden kann. Für manche Zwecke ist es vorteilhaft, wie im einzelnen noch später ausgeführt werden soll, die Änderung des Winkels c kennenzulernen.
Man erreicht dies durch Verwendung eines Differentialgetriebes 26, dessen Armkreuz 27 über die Welle 28 und über das Getriebe 29 mit der Welle 21 verbunden ist. Die Haupträder 30 und 31 stellen eine besondere Veri bindung mit der Welle 32 und mit der Skala 34 über das Getriebe 33 her. Die Skala 34 bewegt sich hinter einem Festzeiger 35 und enthält eine Handkurbel 36, durch welche der konstante Winkel b in den Gerätmechanismus eingestellt werden kann. Damit ergibt die Stellung der Welle 32 den Winkel c.
Wie schon oben ausgeführt wurde, erhält man die vom Flugzeug zurückgelegte Strecke und t dessen Geschwindigkeit durch die Nachbildung eines mechanischen Dreiecks im Flugzeug, das in seiner Gestalt dem grossen Dreieck ABC ähnlich ist und das sich selbsttätig mit dem grösseren Dreieck bei der Bewegung des Fahrzeuges auf seinem geradlinigen Kurs ändert. Dieses mechanische Dreieck besteht nach Fig. 2 und 3 aus der Kulisse A', dem Arm B'und der Spindel C'. Im folgenden sollen nun die Mittel beschrieben werden, durch welche der bekannte Winkel b und die Strecke A des grossen , Dreiecks anfangs im mechanischen Dreieck A', B', 0'eingestellt werden und durch welche der Winkel zwischen A'und B'fortlaufend mit dem veränderlichen Winkel c des grossen Dreiecks in Übereinstimmung gehalten wird.
Um den Winkel b im Gerätmechanismus einzustellen, wird die Winkellage der Skala 34 durch das Getriebe 33 und 38 sowie durch die Welle 39 und das Zahnrad 40 auf den drehbaren Rahmen 41 übertragen, der in dem Gestell 42 gelagert ist und eine. Schraubenspindel 43 trägt. Auf dieser Spindel 43 bewegt sich eine Mutter 44 mit einer seitlichen Verlängerung, in der eine viereckige Stange 45 drehbar eingesetzt ist. Diese Stange 45 wird in Horizontallage gehalten, ist aber durch Gleitlager 47 und 48 an den beiden Enden vertikal bewegbar. Die Kulisse A'enthält einen festen Zapfen am unteren Ende zur Ausrichtung mit der Achse des Rahmens 41 und besitzt ausserdem eine Stift-und Schlitzverbindung mit der Stange 45. Dadurch kann sich die Kulisse A'um denselben Winkel bewegen wie der Rahmen 41 und bildet mit der Spindel C'den Winkel b.
Die Strecke A wird in dem Gerätmechanismus mittels der Handkurbel 50 und der Skala 51 in Übereinstimmung mit dem Festzeiger 52 eingestellt. In den Fällen, wo es nicht wünschenswert ist, die Handkurbel 50 und die Skala 51 mit dem Rahmen 41 zu drehen, ist es nach der Einstellung notwendig, ein geeignetes Getriebe zwischen Handkurbel und Spindel 43 einzuschalten, welches Spindeldrehungen ausser bei der Einstellung der Handkurbel und der Skala verhütet. Solch eine Einrichtung ist durch das Kegelradgetriebe 53 gegeben, durch welches eine Buchse 54 mit dem Getriebe 55 gedreht wird, und durch das Kegelradgetriebe 56, durch welches die Welle 57 mit dem Getriebe 58 in Verbindung steht.
Das Getriebe 59 steht im Eingriff mit dem Getriebe 55 und stützt das Armkreuz des Differentialgetriebes 60, dessen Hauptrad 61 in das Zahnrad 58 und dessen anderes Hauptrad 62 mit der Spindel 43 zusammenhängt.
Im folgenden sei weiter beschrieben, in welcher Weise der Winkel c dem Gerätmechanismus fortlaufend zugeführt wird. Der Winkel c entspricht nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dem durch A'und B'gebildeten Winkel, wobei sich die Länge B'infolge der Drehung des Rahmens bei der Bewegung des Fahrzeuges längs seines geradlinigen Kurses entsprechend einstellt. Es wurde schon oben darauf hingewiesen, dass die Winkelverstellung der Welle 32 ein Mass für diesen Winkel c liefert. Es besteht daher lediglich die Aufgabe, den Arm B'in Übereinstimmung mit dieser Welle einzustellen.
Die Drehung der Welle 32 wird durch das Kegelradgetriebe 65 der Welle 66 und durch das Ritzel 67 auf die gleitende Zahnstange 68 übertragen. Die Bewegung dieser Zahnstange 68 wird durch ein Ritzel 69 dem Hauptzahnrad 70 und dem Armkreuz des Differentialgetriebes 72 auf die Welle 46 übertragen. Auf dieser Welle 46 ist ein Kegelrad 73 aufgenutet, welches mit dem Ende der Stange 45 durch den Finger 74 im Eingriff gehalten wird. Das Kegelrad 75, welches mit dem Kegelrad 73 im Eingriff steht, ist auf der Stange 45 drehbar gelagert, u. zw. konzentrisch zum Zapfen 76, welcher die Kulisse A'führt. An diesem Kegelrad ist der Arm B'festgemacht. Auf diese Weise wird der Arm B' durch die Einstellung des Rahmens 7 auf den Sender 5 veranlasst, eine mit der Seite B des grossen Dreiecks übereinstimmende Winkelstellung anzunehmen.
Die Aufgabe des Differentialgetriebes 72 ist, irgendwelche ungewollten Winkelbewegungen des Armes B'infolge der Bewegung der Stange 45 auszuschalten, wenn die Entfernung A im Gerätmechanismus eingestellt ist. Dies wird erreicht durch das Differentialgetriebe 72 und die feste Zahnstange 77, welche mit dem auf der Welle 46 drehbaren Zahnrad 78 im Eingriff steht und mit dem andern Hauptrad 79 des Differentialgetriebes fest verbunden ist. Dadurch wird, wenn die Stellung der Stange 45 durch Drehen der Skala 51 eingestellt ist, um die Entfernung A im Gerät einzustellen, die Winkellage des Armes B'nicht geändert. Die Verbindung des Armes B'mit der Spindel 0'erfolgt durch die Mutter 80 mittels Zapfen-und Sehlitzverbindung.
Die Kulisse A'ist mit dem einen Ende der Spindel C'durch die Mutter 81 drehbar verbunden.' Der Winkel b und die Entfernung A werden am Anfang der Messung im Gerät eingestellt. Dadurch werden auch der entsprechende Winkel im Dreieck A', B', C'mit gleichem Betrage und die wirkliche Länge der Kulisse A'eingestellt. Da das Fahrzeug sich längs seines Kurses geradlinig fortbewegt,
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so wird der Winkel c zwischen A'und B'fortlaufend geändert, u. zw. ruckwirkend zur Änderung der Stellung des Rahmens 7. Auf diese Weise wird das kleine Dreieck A', B', 0'zu allen Zeiten genau dem
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angeschlossen ist.
In dem Falle, wo der Rahmen 7 der Stellungsänderung des Senders 6 nicht mit stetiger Bewegung folgt, wird auch die Drehung der Spindel C'in Übereinstimmung damit intermittierend folgen. Für solche Fälle ist es daher vorteilhaft, Mittel zu verwenden, welche diese intermittierende Bewegung zu einer stetigen Bewegung ausgleichen, so dass man Geschwindigkeitsmesser 84 bekannter Art zur Anzeige der Geschwindigkeit benutzen kann. Solche Mittel sind beispielsweise die bekannten Arten von Freilaufkupplungen 85 in Verbindung mit einem Schwungrad 86 vor dem
Geschwindigkeitsmesser 84.
Die automatische Steuerung des Fahrzeuges, die eingangs und in der Zeichnung nur angedeutet wurde, kann beispielsweise derart erfolgen, dass sowohl ein auf dem Fahrzeug vorhandenes, von der
Radiostrahlung unabhängiges richtungsempfindliches Organ, z. B. ein Induktorkompass, als auch ein
Radioempfänger derart gleichzeitig auf das die Wendungen in der Horizontalebene bewirkende Steuer einwirken, dass das Fahrzeug nicht nur in bezug auf die Achsenrichtung, sondern auch in bezug auf einen festen Punkt automatisch gesteuert wird, Ausser dem richtungsempfindlichen Organ kann auch eine Radioempfangsanordnung auf das Steuerorgan des Fahrzeuges einwirken, wobei die Radio- empfangsanordnung mit einer Richtantenne versehen ist, die mit dem beweglichen Teil des richtung- empfindlichen Organs derart gekuppelt ist,
dass zwischen der Richtantenne und dem beweglichen Teil des richtungsempfindlichen Organs unabhängig von der Bewegung des Fahrzeuges ein vorgegebener
Winkel eingehalten wird. Nach der Fig. 2 wird die als drehbar angeordnete Rahmenantenne des Radio- empfängers und die drehbar gelagerten Polschuhe des als Induktorkompass ausgebildeten richtungs- empfindlichen Organs durch ein Differentialgetriebe miteinander verbunden, das mittels der im Anker- kreis des Induktorkompasses erzeugten Spannung betätigt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Entfernungs-und Geschwindigkeitsmessung von sich auf geradlinigem Kurs bewegenden Fahrzeugen, insbesondere Flugzeugen, im Fahrzeug in bezug auf einen in der Fahrtrichtung befindlichen festen Punkt, dadurch gekennzeichnet, dass Entfernung und Geschwindigkeit des Fahr- zeuges aus den Strecken und Winkeln mit ihren durch die Fortbewegung des Fahrzeuges bedingten zeitlichen Änderungen eines Dreiecks ermittelt werden, das aus dem genannten Fixpunkt auf dem
Fahrtkurs, einem auf einer Seite des Fahrtkurses liegenden Punkt, dessen Lage bekannt ist, und des zeitlich veränderlichen Standortes des Fahrzeuges gebildet wird.