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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausschaltung des durch die Bodenreflexion verursachten Fehlers bei Entfernungsmessungen mittels elektrischer cm-Wellen. Die Entfernungsmesseinrichtungen mittels elektrischer Wellen arbeiten bekanntlich meist in der Weise, dass die Phasenverschiebung bzw. Laufzeit der elektrischen Welle vom Messpunkt --A-- bis zum Messpunkt --B-- und zurück gemessen wird, s. Fig. l. Aus der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektrischen Welle ergibt sich dann die gesuchte Direktentfernung. Bei diesen Messungen entsteht aber vielfach der Nachteil, dass zufolge der geringen Bündelschärfe der Antennen nicht nur die direkte, sondern auch die vom Erdboden reflektierte, über den Weg --ACB-- und zurück gelangende Welle empfangen wird.
Um den störenden Einfluss der bodenreflektierten Welle möglichst klein zu halten, werden in der Regel sehr kurze Wellen verwendet, meist cm-Wellen. Die eigentliche genau festgelegte Messfrequenz ist dem cm-Wellenträger aufmoduliert. Durch Erhöhung der Trägerfrequenz sowie durch Vergrösserung der Antennenabmessungen könnte zwar die Bündelschärfe erhöht werden, doch scheitert die Erhöhung der Trägerfrequenz an den starken Absorptionserscheinungen von cm-Wellen in der Atmosphäre und die Vergrö- sserung der Antennenabmessungen daran, dass die Geräte für die Verwendung in der Vermessungstechnik leicht transportabel sein müssen.
Durch den Einfluss der Bodenreflexion ergibt sich nicht nur eine Laufzeiterhöhung für die Modulation der bodenreflektierten Welle, die sich mit der direkten Welle zu einer Resultierenden zusammensetzt und damit einen Fehlmesswert verursacht, sondern es entstehen auch Interferenzen der Trägerwellen, die sich ebenfalls
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zienten eine einer Sinuskurve ähnliche Form aufweist. Als Messwert wird dann der Mittelwert aus dieser Fehlerkurve, die in der Geodäsie gewöhnlich als"Swingkurve"bezeichnet wird, betrachtet. Man erhält natürlich nur dann richtige Werte, wenn diese Kurve wenigstens eine volle Periode durchläuft. Dies ist aber nur bei grösseren Entfernungen und insbesondere bei grösseren Winkeln-a-zwischen direkter und bodenreflektierter Welle der Fall.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Messverfahren in Zusammenhang mit einer Antennenanordnung, bei der der durch die Bodenreflexion bedingte Fehler auch bei kleinen Winkeln-a-ermittelt werden kann. Das Verfahren zur Ausschaltung des durch die Bodenreflexion verursachten Fehlers bei Entfernungsmessungen mittels elektrischer cm-Wellen ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Messung mit einer ersten Antennencharakteristik ein scharfes Minimum der Richtcharakteristik in Richtung zum Gegenpunkt erzeugt wird, dass bei einer zweiten Messung mit einer Richtcharakteristik gearbeitet wird, bei der die Abstrahlung praktisch richtungsunabhängig ist und schliesslich bei einer dritten Messung eine Richtcharakteristik verwendet wird, bei der die Feldstärke mit zunehmendem Winkel annähernd linear abnimmt,
wobei-a-den Winkel zwischen der direkten und der bodenreflektierten Welle bezeichnet, wozu eine Antennenanordnung verwendet wird, die in an sich bekannter Weise durch Umschaltung drei verschiedene Antennencharakteristiken liefert, und dass dann aus den erhaltenen drei Messergebnissen der Winkel-a-, der Reflexionsfaktor --r-- und der durch die Bodenreflexion verursachte Fehler der Entfernungsmessung berechnet wird. Die tatsächliche Entfernung ergibt sich dann durch Subtraktion des aus den Messungen erhaltenen Fehlers vom gemessenen Wert. Erfindungsgemäss wird dazu eine Antennenanordnung verwendet, die durch Umschaltung verschiedene bestimmte Richtcharakteristiken aufweist.
Diese Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der drei verschiedenen Richtcharakteristiken eine Antenne verwendet wird, die aus zwei Dipolen besteht, die lotrecht übereinander angeordnet sind, wobei die Verbindungslinie derselben senkrecht zu der Messstrecke --AB-- steht und diese beiden Dipole von einem gemeinsamen Sender bei der erstangeführten Messung gegenphasig, also mit einer Phasenverschie-
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--71"--,ner Veränderung der Länge einer Speiseleitung um eine halbe bzw. eine viertel Wellenlänge gegenüber dem andern Dipol erreicht wird.
Es ist zwar an sich bekannt, Antennen herzustellen, die verschiedene Richtcharakteristiken aufweisen und so Wellen in bestimmter Richtung bevorzugt abstrahlen. Auch ist es bekannt, durch einfache Umschaltung von Strahlerkombinationen solche Richtcharakteristiken herzustellen. Gegenstand der Erfindung ist es nun, solche geeignete Richtcharakteristiken herzustellen, die nicht nur in besonders einfacher Weise durch Rechnung den Messfehler ergeben, sondern dabei auch in besonders einfacher Weise herstellbar sind.
Es lässt sich zeigen, dass der Fehler der Messergebnisse im wesentlichen durch zwei Faktoren bestimmt wird : die Grösse des Reflexionsfaktors --r-- und die Grösse des Winkels den die bodenreflektierte Welle mit der direkten Welle einschliesst. Einschliesslich der zu bestimmenden wahren Entfernung-l-liegen somit drei Unbekannte vor. Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit, zur Ermittlung des Fehlers drei Messungen mit Hilfe verschiedener, aber bekannter Richtcharakteristiken durchzuführen.
Um die dabei erhaltenen Messwerte so zu gestalten, dass die Ermittlung des Fehlers besonders einfach wird, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, eine der drei Messungen mit einer Antennencharakteristik vorzunehmen, die in Richtung zur Gegenstation ein scharfes Minimum (Nullinie) aufweist, so dass die mit ihrer Hilfe gemessene Laufzeit die der bodenreflektierten Welle ist (Antennencharakteristik 1). Die Richtcharakteristik so zu wählen, dass die Nullinie mit dem Verlauf
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der bodenreflektierten Welle zusammenfällt, um so deren Einfluss überhaupt auszuschalten, ist nicht möglich, da weder der Verlauf der bodenreflektierten Welle im Gelände abgeschätzt werden kann, noch die Möglichkeit ausgeschlossen werden kann, dass die Bodenreflexion an mehreren Stellen auftritt.
Erfindungsgemäss wird eine weitere Messung mit einer Antennenrichtcharakteristik vorgenommen, die sowohl die direkte wie auch die bodenreflektierte Welle mit annähernd gleicher Feldstärke beschickt (Antennencharakteristik 2).
Die dritte Messung erfolgt mit einer Richtcharakteristik, die für die direkte und die bodenreflektierte Welle möglichst unterschiedlich ist. Die Berechnung des Fehlers wird verhältnismässig einfach, wenn hiefür eine Richtcharakteristik benutzt wird, die mit zunehmendem Winkel-a-gegenüber der Horizontalen linear abnimmt (Antennencharakteristik 3).
Die hier angegebenen Antennencharakteristiken, die sich in einfacher Weise umschalten lassen sollen, werden erfindungsgemäss folgendermassen hergestellt :
Es werden zwei in einer Ebene senkrecht zur Verbindungslinie --AB-- liegende Dipole verwendet, die lotrecht übereinander angeordnet sind. Die beiden Dipole werden von einem gemeinsamen Sender gespeist und die Energie über je eine Speiseleitung zugeführt.
Zur Erzielung einer Richtcharakteristik mit einer scharfen Nullinie in Richtung --AB-- werden die beiden Dipole gegenphasig erregt. Dies wird dadurch erreicht, dass sich die Länge ihrer Speiseleitungen um eine halbe Wellenlänge unterscheidet. Die Lage der beiden Dipole ist in Fig. 2 mit--11 und 2--gekennzeichnet (Antennencharakteristik 1).
Zur Erzielung einer Abstrahlung, die innerhalb des kleinen Winkels annähernd gleichmässig verläuft, dient die gleichphasige Erregung der beiden Strahler. Zu diesem Zweck wird eine der Speiseleitungen gegen- über der Stellung bei der Antennencharakteristik 1 um eine halbe Wellenlänge verkürzt. Man erhält so die Stellung --1"-- des oberen Dipols in Fig. 2 (Antennencharakteristik 2). Hiebei ist der Abstand der beiden Dipole vom Speisepunkt gleich gross.
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zw. muss die Erregung des oberen Dipols gegenüber dem unteren um 900 nacheilen (Antennencharakteristik 3).
Man erreicht dies, wie Fig. 2 zeigt, mit einer Mittelstellung zwischen--11 und 1 für den oberen Strahler (Position-im-, Abstandsunterschied gegenüber vorhin eine viertel Wellenlänge).
Die tatsächlichen Richtcharakteristiken 2 und 3 sind gegenüber den gewünschten zwar etwas verschieden, doch ergibt die Rechnung einen Gesamtfehler, der in der Regel unter 10% gelegen ist. Das bedeutet, dass bei Ermittlung des Fehlers der Entfernungsmessung --AB-- mit einer Fehlergrenze von 100/0 die Messungenauigkeit sich um eine Dezimale gegenüber Messungen, die den Einfluss der Bodenreflexion nicht berücksichtigen, verringert, was für geodätische Zwecke als ausreichend empfunden wird.
Ist der Abstand der beiden parallel zueinander liegenden Dipole im Falle der gleichphasigen Erregung (Antennencharakteristik 2) gleich --b--, so erhält man für die mit den drei Antennencharakteristiken gemessene Länge-l-des Abstandes-AB-folgende Werte (nach unwesentlichen Vernachlässigungen) :
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Aus diesen drei Gleichungen, in denen --r-- den Reflexionsfaktor und --a-- den Reflexionswinkel nach Fig. l darstellen, lässt sich der wahre Entfernungswert-l-bzw. sein Unterschied gegen den Messwert-l', l oder l'--bestimmen.
Aus den bei den drei Messungen erhaltenen drei Entfernungsmesswerten-l', l"und l'"-werden die Differenzen gebildet und man erhält so zwei Gleichungen, mit deren Hilfe unter unwesentlichen Vernachlässigungen der Messfehler der bei jeder dieser Antennenstellungen erhaltenen Messergebnisse ermittelt werden kann. Zweckmässig ist, ihn für die bei Antennenstellung --2-- erhaltene Richtcharakteristik allein zu ermitteln und den wahren Wert der Entfernung-l-durch Subtraktion des Fehlers vom Messwert zu gewinnen.