AT391561B - Suchgeraet zur anpeilung von ein peilsignal abgebenden sendern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Suchgerät zur Anpeilung von ein Peilsignal äbgebenden Sendern, die z. B. von durch Lawinen Verschütteten mit sich geführt sind, welches Suchgeiät drei Antennen mit jeweils nachgeschalteter Empfangseinrichtung umfaßt.

Es sind Geräte bekannt, die einen Sender, welchen ein Verschütteter bei sich trägt, anpeilen können. Diese Sender emittieren in Abständen von ca. 1 Sekunde kurze Ton- oder HF-Impulse. Der Suchende muß mittels einer empfohlenen Suchstrategie durch viele Positionswechsel die Lage des Verschütteten einkreisen. Als Indiz für die Annäherung an den Verschütteten dient die Lautstärke des empfangenen Impulses; bei manchen Geräten auch zusätzlich eine Anzeige der Lautstärke des letzten empfangenen Impulses und/oder eine Anzeige, ob die Lautstärke gestiegen oder gefallen ist. Die Lautstärke ist jedoch stark von der zufälligen Ausrichtung der Empfangsantenne gegenüber dem Sender abhängig und muß in jeder Suchposition neu optimiert werden. Dadurch ist der Vergleich mit der maximalen Signalstärke am vorangegangenen Meßpunkt sehr schwierig. Das führt leicht zu Fehlem, die wiederum die Ortung verlangsamen. Gleiches gilt für ähnliche Suchgeräte auf anderen Anwendungsgebieten, insbesondere dann, wenn der Sender einfach und klein aufgebaut ist und seine Polarisationslage unbekannt ist

Aus der DE-OS 22 50 305 ist ein Gerät ähnlich dem der eingangs genannten Art bekannt. Das Peilgerät gemäß dieser DE-OS besitzt zwei magnetische und eine elektrisch empfindliche Antenne, wobei lediglich die beiden magnetisch empfindlichen Antennen (Ringe) senkrecht zueinander angeordnet sind. Demzufolge besitzt dieses Gerät Nierencharakteristik und es wird vorausgesetzt, daß das Feld des Senders eine horizontale magnetische Komponente besitzt. Mit einer derartigen Peilantennenanordnung einen Sender eines Verschütteten anzupeilen, ist aufgrund der nicht definierten Lage der Senderantenne nicht gut möglich.

Da die Suchzeit für den Verschütteten von lebenserhaltender Bedeutung sein kann, wird erfindungsgemäß ein bedeutend schnelleres Suchgerät vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zum Empfang des Peilsignals des Senders die drei magnetisch empfindlichen Antennen, vorzugsweise Ferritstäbe, jeweils senkrecht zueinander ausgerichtet sind, daß die drei zur Abnahme des jeweiligen Antennensignals dienenden Empfangseinrichtungen, gegebenenfalls über Analog-Digital-Konverter, an eine, die Intensität M = \ x^ + y^ + z^ des empfangenen

Sendesignals, wobei (x, y, z) die Antennensignale der drei Antennen sind, und/oder Potenzen der Intensität 9 9 9 9 (M), insbesondere das Quadrat der Intensität M = x + y + z , unter Einsatz entsprechender bekannter Exponenzier- und Summierfunktionseinheiten berechnende Rechenschaltung angeschlossen sind, und daß an die Rechenschaltung eine Anzeigeeinrichtung zumindest für die der Intensität entsprechenden Werte angeschlossen ist. Erfindungsgemäß wird eine Intensitätsmessung zur Peilung des anfzufindenden Senders vorgenommen, die rasch ausgewertet werden kann und direkt zum Sender fuhrt bzw. eine genaue Lagepeilung ermöglicht.

Bei den bekannten Geräten werden stabförmige Ferritantennen sowohl als Sendeantenne als auch als Empfangsantenne eingesetzt. Das Übertragungsverhalten (Kopplung) solcher Antennen ist bekanntlich stark von der relativen Ausrichtung der Antennenrichtungen zueinander abhängig. In einem konstanten Abstand zwischen Sender und Empfänger ist die empfangene Signalintensität (Läutstärke) daher stark von der zufälligen Ausrichtung des Empfängers abhängig und kann auch den Wert Null aufweisen. Erst nach Versuchen mit anderen Ausrichtungen der Empfangsantenne, bei denen die Ausrichtung mit maximaler Signalintensität gesucht wird, kann die wirkliche Signalintensität am Empfangsort bestimmt werden. Für diese Versuche wird ein gewisse Zeit benötigt, die bei der erfindungsgemäßen Ausführung entfällt, da diese in jeder Antennenlage die Signalintensität sofort richtig erkennt

Bei den bekannten Geräten wird vom Empfänger ein Tonsignal abgegeben, dessen Intensität (Lautstärke) proportional zur hochfrequenten Signalintensität ist. Da die Verschüttetensuche auf den Änderungen der Lautstärke als Funktion vom Suchort beruht, ist man an möglichst großen Lautstärkenschwankungen beim Annähem bzw. beim Sichentfemen interessiert

Bei dem erfindungsgemäßen Suchgerät muß die abgegebene Lautstärke nicht proportional zur empfangenen hochfrequenten Signalintensität sein, sondern kann durch eine Exponenzierung der Amplitude (z. B. Entfall der Quadratwurzelbildung nach Addition der Quadrate der Vektorkomponenten) überproportional gespreizt werden. Hiedurch können kleine Intensitätsunterschiede wesentlich deutlicher angezeigt werden.

Im Nahfeld gilt das "hoch minus drei" Intensitätsgesetz. Daraus folgt, daß bereits in wenigen Metern Abstand die Lautstärkeänderung pro Meter Abstandsänderung unter die Wahmehmbarkeitsgrenze von Lautstärkeänderungen (ca. 3 dB) fällt, so daß oberhalb dieser Entfernung eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Abstandes vom Sender akustisch nicht mehr wahrgenommen werden kann. Die erfindungsgemäße Amplitudenspreizung führt daher auch zu einer Vergrößerung des akustisch erfaßbaren Suchbereiches.

Bei den bekannten Geräten wird die vom Empfänger abgegebene Lautstärke als Intensitätsmaß verwendet. Es sind auch Ausführungen bekannt, die die Intensität auf einem Zeiger-Meßinstrument anzeigen, dessen Anzeige bei der Suche laufend abgelesen werden muß.

Erfindungsgemäß kann eine Lautstärkeschwankung in eine Tonhöhenschwankung übergeführt werden. Das ist deswegen vorteilhaft, weil das menschliche Gehör für Tonhöhenschwankungen etwa dreißig Mal empfindlicher ist als für Lautstärkeschwankungen, und der Mensch außerdem für Tonhöhen ein besseres Erinnerungsvermögen besitzt als für Lautstärkewerte. Durch diese Maßnahme kann der Suchvorgang gegenüber dem Stand der Technik weiterhin vereinfacht und beschleunigt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder Empfangseinrichtung eine -2-

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Potenzierschaltung, vorzugsweise eine Quadrierschaltung nachgeschaltet ist, daß die Ausgänge der drei Potenzierschaltungen, vorzugsweise Quadrierschaltungen, an eine Summierschaltung angelegt sind, und daß der am Ausgang der Summierschaltung anliegende, der Potenz, insbesondere dem Quadrat, der Intensität des empfangenen Signals entsprechende Signalwert der Anzeigeeinrichtung zugeführt ist. Damit können die Intensitätsänderungen bei Annäherung oder Entfernung vom Sender schneller ausgewertet sowie ein kürzerer Weg zum Sender gefunden werden als bei herkömmlichen Geräten.

Bei dem erfindungsgemäßen Suchgerät werden die Peilsignale von drei zueinander senkrecht stehenden Antennen aufgenommen, die vom empfangenen Peilsignal in den einzelnen Antennen induzierten Signale für sich potenziert, insbesondere quadriert, die einzelnen Potenzen, insbesondere Quadrate, daraufhin summiert, und ein von dieser Summe abhängiger Wert als dem Abstand vom Sender entsprechend visuell oder akustisch anzeigt. Dabei wird die Lage des Suchgerätes durch den Suchenden zur Erzielung einer Vergrößerung der Anzeige variiert, und bei einer Vergrößerung der Anzeige diese zum Sender führende Richtung weiterverfolgt. Auf diese Weise kann die suchende Person sich rasch einem Verschütteten nähern.

Eine Funkpeilung der Lage eines Lawinenopfers nach den bekannten Verfahren ist deswegen nicht möglich, weil diese Verfahren die Orientierung des Feldes als bekannt voraussetzen (üblicherweise verlaufen die magnetischen Feldlinien von Peilstationen horizontal).

Die Orientierung der Sendeantenne eines Lawinenopfers kann jedoch grundsätzlich beliebig sein. Aus diesem Grund kann nur ein Verfahren zur Bestimmung der Intensität zur Suche herangezogen werden. Nach dem Stand der Technik hängt die empfangene Intensität jedoch stark von der relativen Lage von Sende-zu-Empfangsantenne ab. Diese muß an jedem Empfangsort experimentell optimiert werden, wofür ein gewisser Zeitaufwand erforderlich ist. Für die Rettung von Lawinenopfem kann jedoch jede Minute lebensentscheidend sein.

Das erfindungsgemäße Suchgerät liefert immer - unabhängig von der Orientierung des Empfängers - sofort das maximale Empfangssignal. Hiedurch, sowie durch die Möglichkeit der künstlichen Spreizung der Funktion: Lautstärkeänderung/Abstandsänderung als auch durch die Umwandlung der Lautstärkeänderung in eine Tonhöhenänderung kann die Suchprozedur erheblich beschleunigt werden und auch ohne Hilfe von Meßinstrumenten in solchen Entfernungen ausgeführt werden, in denen eine Lautstärkeänderung nicht mehr wahrnehmbar ist.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ausführungsform eines Suchgerätes, Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des Suchgerätes, Fig. 3 ein Feldlinienschema des Senders und Fig. 4 ein Antennenschema mit der empfangenen Intensität des Magnetvektors.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Suchgerätes. Ein Sender (1) sendet Peiltöne, die von einem Empfänger des Suchgerätes aufgenomen werden, der von drei senkrecht zueinander stehenden, magnetisch empfindlichen Antennen (X), (Y), (Z) gebildet ist. Derartige Antennen an sich sind zum Empfang von Funksignalen bekannt. Die in den einzelnen Antennen (X), (Y), (Z) induzierten Antennensignale (x, y, z) werden von spannungs- oder stromempfindlichen Empfangseinrichtungen (2), (3), (4) aufgenommen und gegebenenfalls nach Digitalisierung in Analog-Digital Konvertern (16) in einer Rechenschaltung (5) ausgewertet und das Resultat dem Benützer des Gerätes über ein Anzeigeeinrichtung (6) angezeigt_

Daraus ergibt sich die Intensität des magnetischen Vektors (M) aus der Gleichung M = \ x2 + y2 + z2. Möglich ist z. B. auch eine Auswertung derart, daß der Neigungswinkel des empfangenen Intensitätsvektors und/oder seine horizontale Abweichung gegenüber einer vorgegebenen Bezugsrichtung berechnet wird.

Wenn z. B. die Empfangsantennen (X) und (Y) horizontal angeordnet sind und die Antenne (Z) vertikal angeordnet ist, so empfangen sie aus einem Sendeimpuls die Spannungen (x, y, z).

Dieser Zusammenhang ist aus Fig. 4 zu erkennen, gemäß der die in den Antennen (X), (Y), (Z) induzierten Spannungen

x = M. cos A y = M. cos B z = M. cos C sind.

Aus der Fig. 4 kann auch der Neigungswinkel (C) als:

M C = arc tg—bestimmt werden, z

Den horizontalen Winkel (h) des Vektors (M) gegenüber der Antenne (X) als der z. B. gewählten y

Bezugsrichtung erhält man aus der Gleichung h = arc tg—. x -3-

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Die Ermittlung der Größen ist jedoch für eine rasche Suche nicht unbedingt geeignet, sondern wird, wie später erläutert, eher als ergänzende Maßnahmen betrachtet. Fig. 3 zeigt den Verlauf der magnetischen Feldlinien des Senders (1); es ergehen sich ein zylindersymmetrischer Bereich (E), in dem die mit dem Suchgerät abgetasteten magnetischen Feldlinien nicht in Richtung zum Sender (1) führen, und zwei Bereiche (F), (F'), in denen die abgetasteten Feldlinien zum Sender (1) führen und für eine rasche Suche besser geeignet sind. Man kann aber als Suchender nicht ohne weiters feststellen, in welchem Bereich man sich befindet und welche Aussagekraft der Neigungswinkel bzw. die horizontale Abweichung besitzen.

Da die Form des magnetischen Nahfeldes des Senders (1) kompliziert ist und oft nicht in die Richtung zum Sender (1) weist, besteht die schnellste Suchstrategie darin, das Ansteigen oder Abfallen der Intensität (M) des empfangenen Signales zu beobachten, aus der bei Bewegung des Suchgerätes eindeutig eine Annäherung oder Entfernung vom Sender, unabhängig von der Orientierung des Empfängers festgestellt werden kann._

Erfindungsgemäß wird nunmehr eine Anzeige des Wertes von (M) realisiert, wobei M = \ x2 + y2 + z2 entspricht. Die Ausrichtung des Empfangsgerätes im Raum hat somit keine Wirkung auf das Empfangsresultat und kann daher beliebig sein. Ein steigendes (M) weist unabhängig von der Richtung des Magnetvektors zum Sender.

Eine schaltungsmäßig einfache Ausführungsform besteht darin, daß obige Gleichung nur in der folgenden Form realisiert wird: M2 = x2 + y2 + z2

Hiedurch entfällt die Radizierung der vorherigen Gleichung. Diese Berechnung kann mit einfachen Hardwarekomponenten (Multiplikatoren plus Summierverstärker) realisiert werden und steigert (übertreibt) die Abhängigkeit zwischen angezeigter Signalstärke und dem Abstand zum Sender. Das gilt sowohl für das akustische Lautstärkesignal als auch für ein gleichgerichtetes elektrisch angezeigtes Signal vom (M2).

Diese Anordnung besitzt außerdem die Eigenschaft, daß unabhängig von der zufälligen Ausrichtung des Empfängers zumindest eine der Feldkomponenten (x, y), oder (z) empfangen werden muß, da die der Auswertung zugrunde gelegte Gleichung im Endlichen keine Nullstellen besitzt. Diese Eigenschaft ist sicher auch für die Erstauffindung des Sendesignales von großem Nutzen.

Zusätzlich zur Anzeige von (M) oder (M*) können noch der Neigungswinkel bzw. die Horizontalabweichung angegeben werden; die letzteren Werte sind jedoch nicht von wesentlicher Bedeutung, da alleine aus der Veränderung der Intensität des Magnetvektors (M) eindeutig auf Abstandsänderungen rückgeschlossen werden kann.

In Fig. 2 ist eine prinzipielle Schaltungsanordnung für ein erfindungsgemäßes Suchgerät dargestellt.

Die von den Empfangseinrichtungen (2), (3), (4) abgeleiteten Antennensignale (x, y, z) werden in der

Rechenschaltung (5) in Quadrierem (7) quadriert und deren Ausgangssignale (x2, y2, z2) in einem Summierer 9 9 9 9 (8) summiert (8 = x + y + z = M ). Das Signal des Summierers (8) kann direkt in der Anzeigeeinrichtung (6) einem Anzeigegerät (9) z. B. zur ziffernmäßigen Anzeige zugeführt werden.

Es ist auch möglich, das Signal des Summierers (8) über einen Frequenzwandler (10) einem Kopfhörer zuzuführen, um eine gut hörbare Frequenz (z. B. 1 kHz) zu erhalten, wenn die Senderfrequenz z. B. 2,5 kHz oder 450 kHz beträgt. Weiters könnte das Ausgangssignal des Summieres (8) über einen Spannungs-Frequenzwandler (12) einem Kopfhörer (13) zugeführt werden, der dem Spannungswert des Ausgangssignals des Summierers (8) proportionale Tonfrequenzen abgibt.

Es ist möglich, in der Rechenschaltung (5) dem Summierer (8) ein Potenzierglied (14) nachzuschalten, um unter anderen eine Spreizung der Funktion Anzeige zu Abstand zu erhalten. In einer Recheneinheit (15) könnten sodann unter Zuhilfenahme der x, y und z-Werte der Empfangseinrichtungen (2), (3), (4) auch die Werte des Neigungswinkels (C) und der horizontalen Abweichung (h) berechnet und in Anzeigeeinrichtungen (17), (18) angezeigt werden. Den zur Berechnung notwendigen Wert von (M) erhält man durch entsprechende Radizierung des vom Potenzierglied erhaltenen Signals oder durch Errechnung des Wertes (M) aus (x), (y), (z).

Es ist ferner möglich, anstelle der Quadrierer (7) Potenzierglieder anzuordnen, wobei jedoch der Exponent (n) gradzahlig und in allen Potenziergliedem gleich sein muß, um am Ausgang der Summierschaltung Nullstellen zu vermeiden. Zur Rückgewinnung von (M), um diesen Wert anzeigen zu können, müßte der Bauteil (14) ein 1

Potenzierglied sein, dessen Exponent m =—beträgt Will man eine Spreizung der Funktion Geräteanzeige zu η 1

Abstand vom Sender erreichen, so empfiehlt es sich, den Exponenten (m) größer als — zu wählen. Der Exponent (m) muß nicht ganzzahlig sein. n

Das Suchgerät enthält vorzugsweise drei senkrecht zueinander angeordnete Ferritantennen, die gegebenenfalls ausklappbar sind, durch welche die Signale des Senders gleichzeitig von den drei Empfangseinrichtungen (2), (3), (4) empfangen werden. In den drei Antennen (X), (Y), (Z) werden Spannungen (x, y, z) induziert, die -4-

Claims (4)

1. Nr. 391 561 proportional zum Kosinus der Winkel (A), (B), (C) (Fig. 4) sind, die sich jeweils zwischen der Richtung des magnetischen Vektors des empfangenen Signals und der betreffenden Antenne (X), (Y), (Z) bilden. Mißt man die Werte dieser drei Spannungen von einem Sendeimpuls (die Richtung, in welche der Empfänger gehalten wird, darf während der Messung nicht verändert werden), lassen sich die absolute Intensität des Empfangssignales (unabhängig von der Richtung des Empfängers) sowie die Winkel zwischen einer Bezugsachse des Empfängers (z. B. Gehäuse-Längsachse = Richtung der X-Antenne) berechnen. Diese Berechnung könnte auch mit einem programmierbaren Taschenrechner, der mit den Empfangseinrichtungen (sowie der zwischen den Empfangseinrichtungen und dem Rechner notwendigen analog-digital Konversion) fest verbunden ist, durchgeführt werden. Dieser liefert die Anzeige z. B. als +/- Winkelgrad in horizontaler und vertikaler Richtung zwischen der Bezugsachse und dem magnetischen Vektor des empfangenen Signals sowie einen Wert für die absolute magnetische Feldstärke am Empfangsort. Diese ist eine Funktion des Abstandes zwischen Empfänger und Sender, die mit abnehmender Entfernung stetig steigt PATENTANSPRÜCHE 1. Suchgerät zur Anpeilung von ein Peilsignal abgebenden Sendern, die z. B. von durch Lawinen Verschütteten mit sich geführt sind, welches Suchgerät drei Antennen mit jeweils nachgeschalteter Empfangseinrichtung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Empfang des Peilsignals des Senders (1) die drei magnetisch empfindlichen Antennen (X, Y, Z), vorzugsweise Ferritstäbe, jeweils senkrecht zueinander ausgerichtet sind, daß die drei zur Abnahme des jeweiligen Antennensignals dienenden Empfangseinrichtungen (2, 3, 4), gegebenenfalls über Analog-Digital-Konverter (16), an eine, die Intensität M = y + z^ des empfangenen Sendesignals, wobei (x, y, z) die Antennensignale der drei Antennen sind, und/oder Potenzen der Intensität (M), insbesondere das Quadrat der Intensität M^ = x^ + + z^, unter Einsatz entsprechender bekannter Exponenzier- und Summierfunktionseinheiten berechnende Rechenschaltung (5) angeschlossen sind, und daß an die Rechenschaltung (5) eine Anzeigeeinrichtung (6) zumindest für die der Intensität entsprechenden Werte angeschlossen ist.
2. 2. Suchgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Empfangseinrichtung (2, 3, 4) eine Potenzierschaltung, vorzugsweise eine Quadrierschaltung (7), nachgeschaltet ist, daß die Ausgänge der drei Potenzierschaltungen, vorzugsweise Quadrierschaltungen (7), an eine Summierschaltung (8) angelegt sind, und daß der am Ausgang der Summierschaltung (8) anliegende, der Potenz, vorzugsweise dem Quadrat, der Intensität (Mn) des empfangenen Signals entsprechende Signalwert der Anzeigeeinrichtung (6) zugeführt ist
3. 3. Suchgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Summierschaltung (8) und die Anzeigeeinrichtung (6) ein Potenzierglied (14) geschaltet ist.
4. 4. Suchgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (6) von einem Anzeigegerät (8) oder einem einem Frequenzumwandler (10) nachgeschalteten Lautsprecher (11), insbesondere Kopfhörer, oder einem einem Spannungs-Frequenz-Konverter (12) nachgeschalteten Lautsprecher (13), insbesondere Kopfhörer, gebildet ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-