Verfahren zur Standanzeige und zur Aufsehaltung auf die automatische Rurssteuerung bei der Funknavigation mittels zweier Punkt-Strich-getasteter, einen Leitstrahl definierender Richtstrahlungen.
Für die sogenannte Standanzeige und für die Aufschaltung a. uf die automatische Kurssteuerung bei der Funknaviga. tion mittels Punkt-Strich-getasteter, einen Leitstrahl definierender Richtstrahlungen besteht dieForderung, daB aus den der augenblickliehen La. ge des Fahrzeuges zum gegebenen Leitstrahl entsprechenden Zeichen eine elektrische Grösse abgeleitet wird, die die Grosse und die Richtung der Abweichung vom Leitstrahl zum Ausdruck bringt, wobei aber die emp fa. ngenen Tastzeichen nicht mehr als Rhythmus in der abgeleiteten elektrischen Grosse erkennbar sein dürfen.
Zur Verwirklichung dieser Forderung ist man sehr verschiedene Wege gegangen. Die meisten der bisher bekanntgewordenen Verfahren arbeiten so, dass aus den durch die Tastzeichen hervorgerufenen Amplitudenunterschieden der Empfänger-Ausgangsspannung eine Spannung abgeleitet wird, die in ihrem Betrage der Grosse und in ihrer Polung der Richtung der Abweichung vom Leitstrahl entspricht.
Allen diesen Verfahren ist gemeinsa. m, dass die Polung der Ausgangsspannung entsprechend der Richtung der Abweichung vom Leitstrahl mit grosser Sicherheit bereits entschieden sein muss, bevor die Ausgangsspa. n- nung den zur Betätigung der Kurssteuerung benötigten Mindestbetrag erreicht hat. Es ergeben sich somit zwei Reizschwellen, die aus Sicherheitsgründen um einen bestimmten Faktor gestaffelt sein müssen und von denen die für die Entscheidung der Polung wirksame durch die äussern und innern Störungen der Gesamta. nlage gegeben ist.
Die unbedingt notige Sicherheit in der Zuordnung der Polung der Ausgangsspannung zur Rich tung der Abweichung vom Leitstrahl erfordert aber, dass die Grösse der mit Sicherheit auswertbaren Tastzeichen, gleichbedeutend mit der Grosse der Abweichung vom Leitstrahl, um ein Vielfaches ber dem vorhan- denen Störpegel, Störfrequenzen oder St¯rimpulse liegt.
Unter Berücksichtigung der Staffelung der beiden Reizschwellen ergibt sich somit, dass alle Verfahren, die fiir die Auswertung des Betrages und vor allem der Richtung der Abweichung vom Leitstrahl nur die Amplitudenuntersehiede der Empfän ger-Ausgangsspannung hervorgernfen dureh die Tastzeichen, verwenden, in ihrer Ansprechempfindliehkeit und damit auch in der Genauigkeit der Eurshalterung des Fahrzeu- ges durch die auftretenden Störungen begrenzt sind.
So treten z. B. durch jede Lage änderung eines Flugzeuges im Raum. auch ohne dabei auftretende Lageänderungen zum Leitstrahl, infolge des nicht kugelförmigen Richtdiagrammes der Empfangsantenne Amplitudenschwankungen auf. die bei den hente verwendeten Leitstrahlen Abweichungen um mehrere Raumgrade vom Leitstrahl vortäuschen können und dadurch eine unerwiinschte Unruhe in die Steuerung bringen. Diesen Verfahren sind daher eine starise Abhängig- keit der Anzeigegenauigkeit von den auftre- tenden Störungen und, infolge der unbedingt erforderlichen Staffelung der Reizsehwelle eine nicht voll ausnutzbare Empfindlichkeit für die Auswertung des Betrages der Abweichung vom Leitstrahl gemeinsam.
Eine Verminderung dieser Mängel ist bereits dadurch möglich, dass, wie dies bei einer andern Gruppe von Auswerteverfahren der Fall ist, die Zuordnung der Polung der Ausgangsspannung zur Richtung der Abwei- chung vom Leitstrahl so vorgenommen wird. da. sie nur noch teilweise von den empfan- genen Tastzeichen abhängig ist. Bei diesen Verfahren wird der Rhythmus der Tastzeichenfolge in der Empfangsanordnung unab- hängig vom Sender erzeugt und nur in grö sseren Zeiträumen durch die empfangenen Tastzeichen überwacht und gegebenenfalls synchronisiert. Hierdureh entfallen bereits zum grossen Teil die St¯rungen durch nicht der Tastung entsprechende Amplitudenunter- schiede.
Bestehen bleibt aber noch in vollem Umfang die Staffelung der beiden Reiz schwellen. da ja auch für die Synchronisie- rung eine bestimmte Grösse der Tastzeichen erforclerlich ist, die wiederum kleiner sein mu? als die Ansprechempfindlichkeit f r die Auswertung der Grösse der Abweichung vom Leitstrahl.
Einen weiteren Fortschritt in bezug auf grössere Unempfindlichkeit gegenüber Störun- gen stellen Verfahren dar. die die Zuordnung der Polung zur Richtung der Abweichung vom Leitstrahl unabhängig von den durch die Tastung hervorgerufenen Amplituden untersehieden der Empfänger-Ausgangsspan- nung machen. Hierbei wird z. B. der Sender ausser mit einer Tonfrequenz (die Sender laufen im allgemeinen tönend moduliert mit 1150 Hz) noch zusÏtzlich mit Impulsen moduliert. Mit Hilfe dieser Impulse wird eine Synehronisierung der in der Empfangsanlage enthaltenen Vorrichtung für die Polung der Ausgangsspannung vorgenommen.
Bei diesem Verfahren entfällt als erstes bereits die Staffelung der f r die Auswertung der Grösse und der Richtung bestehenden Reizschwellen. da die Grösse der Synchronisie- rungsimpulse so gewählt werden kann, da? die Ansprechempfindlichkeit für die Auswer- tung der Grösse der Abweichung vom Leitstrahl voll ausgenutzt werden kann. Dafiir treten aber bei diesem Verfahren wiederum andere MÏngel auf. Störungen sind auch hier noch in der Lage.
Synchronisierungsimpulse vorzutäuschen. Schwerwiegender ist aber die M¯glichkeit, da¯ infolge nicht genau geradliniger Kennlinie im Sender und Empfäper eine Modulation der Tonfrequenz mit den Synehronisierungsimpulsen aufreten kann. und hierdurch eine Tastung vorgetäuscht wird die eine falsche Auswertung der Grolle der Abweichung vom Leitstrahl, d. h. eine falsche Kurshaltung des Fahrzeuges, zur Folge hat.
Die Mängel der bisher geschilderten Verfahren, die alle auf Amplituden, seien es die Amplituden/unterschiede der Tastung oder die zusätzlichen Synchronisierungsimpulse, ansprechen. werden von einer weiteren, neuer dings vorgeschlagenen Gruppe von Auswerteverfahren vermieden. Diese verwendet für die Auswertung der Grösse der Abweichung vom Leitstrahl nach wie vor die Amplitudenunterschiede der Tastzeichen, machen aber die Polung der Ausgangsspannung abhängig von der Phasenlage der empfangenen (den Sender tönend modulierenden) Modulationsfrequenz gegenüber einer festen Bezugsphase.
Bei diesen Verfahren wird nach einem der bereits inderTelegraphio bekannten Verfahren die Modulationsfrequenz des Senders rhythmisch in der Phase getastet, ohne dass die durch die Umtastung der senderseitigen Richtdiagramme entstehenden Amplitudentastung beeinflusst wird. Auf der Empfa. ngs- seite wird die Auswertung der Grösse der Abweichung vom Leitstrahl, gleichbedeutend mit der Grösse der Tastzeichen, nach den durch die Tastzeichen hervorgerufenen Am plitudenunterschieden der Empfänger-Aus gangsspannung vorgenommen.
Die Zuord- nung der Polung der Ausgangsspannung zur Richtung der Abweichung vom Leitstrahl erfolgt mit Hilfe der Phasentastung. Hierdurch ist naturgemäss a-uf der Empfangsseite ein Mehraufwand, z. B. ein Generator zur Erzeugung der Bezugsphase oder ein Phasenspeicher zum gleichzeitigen Vergleich der beiden Phasenzustände, erforderlich. Bei diesem Verfahren ist die Zuordnung der Polung der Ausgangsspannung zu der Abweichung vom Leitstrahl völlig unabhängig von Am plitudenschwankungen, mögen sie nun durch die Tastung oder aber durch Störungen hervorgerufen werden.
Diese auch bereits auf dem Leitstrahl unbedingt sichere Polungs- zuordnung gestattet ferner, die Anspreeh- empfindlichkeit der Auswertung der Grösse der Tastzeichen auf ein Höchstmass zu steigern.
Diesen grossen Vorteilen gegenüber den vorher erwähnten Verfahren stehen abera. ueh Mängel gegenüber. Der Hauptfehler liegt darin, da. die übliche Hör-und Sichtanzeige vor allem auf und in der Nähe des Leitstrahls leicht gestört, wenn nicht gar unmög- lich gemacht wird, denn die Änderung des Phasenzustandes der Tonfrequenz ergibt einen scharfen linack, der es dem Ohr unmöglich macht, kleine Amplitudenunterschiede, wie sie besonders in der Nähe des Leitstrahls vorkommen, wahrzunehmen.
Einfache optische Zuckanzeigevorrichtungen werden ebenfalls leicht gestort.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, die amplitudenunabhängige Polung der Ausga. ngsspa. n- nung durch eine in der Phase getastete, neben der TonfTequenz übertragene Hilfsfrequenz zu bewirken. Störungen der Hör-und Sichtanzeige treten dann nicht mehr auf. Die Hilfsfrequenz wird vorzugsweise a. us der Tonfrequenz durch Vervielfachung gewonnen, wodurch ein Mehraufwand vermieden wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbei- spiels näher erläutert. In der Abb. 1 ist links eine Sendeanlage und rechts eine Emp fangsanlage zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. Die Sendeanlage besteht aus dem eigentlichen Hochfrequenzsender HF.
Die Bakenanlage ist nur schematisch gezeigt und mit B bezeichnet. Die Umtastein- richtung usw. sind weggelassen. Der Generator G erzeugt die Tonfrequenz (1150 Hz).
Ein Teil der vom Generator G erzeugten Tonfrequenz wird einem Vervielfacher W zugeführt, der im dargestellten-Beispiel die siebente Ha. rmonische (8050 Hz) erzeugt. Diese Frequenz wird als Hilfsfrequenz verwendet und einer Einrichtung zur rhythmisehen Phasenumtastung PS zugeführt. Der Ausgangskreis der Einrichtung zur Phasenumta- stung ist mit dem Modulatoreingang des Senders HF verbunden. Die abgestrahlte Hoch- frequenz wird somit durch die Tonfrequenz (1150 Hz) als auch die Hilfsfrequenz (8050 Hz) moduliert. Die Umtastung der Phase der Hilfsfrequenz erfolgt im gleichen Rhythmus wie die Umtastung der Senderrichtdiagramme.
Die Einrichtung zur Phasenumtastung ist in der Abbildung nicht näher dargestellt, da derartige Verfahren aus der Weehselstromtelegraphie an sich bekannt sind. Auch ist. nicht näher dargestellt, wie die Synchronisierung der Tasteinrichtung der Bake und der Phasenumkehreinrichtung erfolgt, da derartige Einrichtungen in der Technik in verschiedener Form zur Verfügung stehen.
Die Empfangsanlage besteht aus dem Empfänger E, dessen Einzelteile wiederum nicht dargestellt zu werden brauchen. Im Ausgang liegen zwei Zweige; der eine verwendet die Tonfrequenz (1150 Hz), die konstante Phase besitzt, zur Auswertung der Grosse der Abweichung vom Leitstrahl durch die üblichen Sicht-Hör-Anzeigeinstrumente. 7.
Im zweiten Zweig fliesst sowohl die Tonfrequenz (1150 Hz) als auch die Hilfsfrequenz (8050 Hz) zu einem Filter S. Die Hilfsfre- quenz wird dirent einer Phasenbriieke P1rB zugeführt. Aus der Tonfrequenz wird durch den Vervielfacher I'wiederum die siebente Harmonische gebildet und dieselbe dem andern Zweig der Phasenbrücke zugefiihrt und dort mit der phasengetasteten Hilfsfre- quenz in bezug a. uf die Phasenlage vergli- chen.
Es stehen somit f r die Zuordnung der Polung der Ausgangsspannung A zur Rich- tung der Abweichung vom Leitstrahl zwei gleiche Frequenzen (8050 Hz) zur Verfügung, von denen die aus der Tonfrequenz gewonnene als feste Bezugsphase gegenüber der direkt empfangenen, in der Phase getasteten Frequenz dient. Die Empfangsanord- nung wird im übrigen an Hand der Abb. 3 weiter unten noch näher beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäss vorgeschlage- nen Verfahren sind die oben dargelegten MÏngel vollkommen beseitigt worden, ohne dabei die Vorteile der Zuordnung der durch die Phasentastung erzielten Steuerung der Polung der Ausgangsspannung zur Richtung der Abweichung vom Leitstrahl zu beein- trÏchtigen. F r die Zuordnung der Polung wird eine gesonderte, phasengetastete Frequenz verwendet, wodurch die bisher ver wendete normale tonfrequente llodulations- frequenz von einer Beeinflussung durch Phasensprünge und damit verbundene Knack- impulse freigehalten wird.
Da. ferner die Hilfsfrequenz in ihrer Amplitude konstant ist, ist auch eine gegenseitige Modulation an gekrümmten Kennlinien im Sender oder Empfänger unsehädlich, da hierdurch keine rhythmischen Amplitudenunterschiede auftreten können, die eine falsche Kurshaltung zur Folge hätten. Wenn man, wie im dargestellten Beispiel, die Tonfrequenz als Trä ger der Bezugsphase ausnutzt durch Bildung der gleichen Harmonisehen im Sender und EmpfÏnger. ist weiterhin eine genaue tvber- einstimmung der Bezugsphase im Sender und Empfänger gewährleistet. Hierdurch entfällt ein Mehraufwand an Generatoren oder Pha senspeichern mit den nötigen Pberwaebungs- einrichtungen.
Dadurch. da? jegliehe Störung der normalen Tonfrequenz durch Phasensprünge vermieden ist, ist die Möglichkeit gegeben, die zur Auswertung nötigen Zeitmarken oder Zeichen in beliebiger Zahl und Anordnung innerhalb eines Tastzeichens zu geben. wodurch sonstige Synchronisierungseinrichtungen, wie z. B. Start-Stopp-Motoren oder ähnliches, überflüssig werden. Hierdurch wird als weiterer Vorteil erreicht, dass die Zuordnung der Polung unabhängig von der Tastfrequenz und vom Tastrhythmus wird.
Die an sich durch jede Doppelmodulation gegebene Reichweitenverringerung gegen ber einer Modulation mit nur einer Frequenz ist bei dem vorgeschlagenen Verfahren unerheb lich, da. die zusätzliche Hilfsfrequenz in ihrer Amplitude sehr klein gehalten werden kann. z. B. 10%, und somit der Modulationsgrad f r die Tonfrequenz nur unwesentlieh, z. B. auf 90% herabgesetzt zu werden braucht.
Die weitere. ins einzelne gehende Be sehreibung des Ausführungsbeispiels wird an Hand der Abb. 2-4 gegeben. Von diesen zeigt Abb. 2 2 ein Beispiel für die zeitliche Zuordnung der Phasentastung zur Umtastung der beiden Richtdiagramme des Senders S, Abb. 3 und 4 geben ein zugehöriges Ausfüh rungsbeispiel der Empfangsanordnung, wobei Abb. 3 die prinzipielle Schaltung und Abb. 4 die an den in Abb. 3 bezeiehneten Messpunk- ten auftretenden Spannungsbilder zeigt.
Wie Abb. 2 zeigt, wird beispielsweise bei jedem Wechsel der beiden Richtdiagramme X 1 und R 2 die Phase der Hilfsfrequenz (8050 Hz) um 180 gedreht, und zwar derart, dass für das kürzere Zeichen, also Dia gramm R 1, die Phase g = 0 und für das längere Zeichen, Diagramm R 2, die Phase cp = 180 beträgt.
Die Arbeitsweise einer zum dargestellten Ausführungsbeispiel des Senders gehörigen Ausführungsform der Empfangsanordnung wird im folgenden für drei verschiedene Lagen des Fahrzeuges zum vorgegebenen Leitstra. hl L, gleichbedeutend mit den empfangenen Zeichen"Striche","Dauerstrich"und ,, Punkte", beschrieben.
In Abb. 4 ist das Amplitudenverhältnis der Hilfsfrequenz (8050 Hz) zur normalen ModuIationsfrequenz (1150 Hz) mit etwa 1 : 5 angenommen. Die Phasentastung der Hilfsfrequenz (8050 Hz) ist durch den Wechsel von Schraffur und gleichmässig angelegter Flache der die Hilfsfrequenz darstellenden Kurve angedeutet und wird durch den unter Punkt 1 (Abb. 4) dargestellten Verlauf der Phase p näher erläutert. Die bei den Frequenzen 1150 und 8050 Hz sind in der Darstellung Abb. 4 durch verschieden weite Schraffur unterschieden.
Das den Empfänger E (Abb. 3) verlassende Frequenzgemisch (Punkt 1, Abb. 4) (1150 + 8050Hz) wird im Filter S in die beiden Einzelfrequenzen (Punkt 2 und 3,
Abb. 4) aufgespalten. Diese beiden Einzel- frequenzen werden nun den beiden Zweigen der Anordnung zugef hrt, von denen der eine die Auswertung der Richtung der Abwei- chung vom Leitstrahl und der zweite die
Auswertung der Grosse der Abweichung vom
Leitstrahl übernimmt.
Es wird zunäehst die Arbeitsweise des die
Richtung der Abweichung vom Leitstrahl auswertenden Zweiges der Anordnung be schrieben. Aus der das Filter S verlassenden normalen Modulationsfrequenz (1150 Hz) (Punkt 2, Abb. 4) wird in einem Frequenz vervielfacher V eine Harmonische, und zwar r die gleiche wie im Sender, also wiederum 8050 Hz, gebildet. Diese Harmonische (Punkt 5, Abb. 4) wird in einer-Phasenver gleichsvorrichtung PhB, wie solche aus der Phasensprungtelegraphiebekanntsind, zugeführt und in dieser mit der ebenfalls das s Filter S verlassenden, in der Phase getaste- ten Hilfsfrequenz (. 8050 Hz) (Punkt 4, Abb. 4) verglichen.
Die durch diesen Vergleich in der Phasenbriicke PhB entstehende Spannung ist in Punkt 6, Abb. 4 dargestellt. Diese Gleichspannung mit der Phasenlage entsprechend wechselnderPolung (Punkt 6, Abb. 4) wird durch den Kondensator C 2 von ihrem Gleichspannungsanteil befreit und ergibt dann das Spannungsbild Punkt 7, Abb. 4. Es entsteht also eine von den Amplitudenschwankungen der Empfänger-Aus- gangsspannung vollkommen unabhängige und für alle Lagen des Fahrzeuges zum Leitstrahl gleiche gurvenform.
Wird diese Spannung (Punkt 7, Abb. 4) auf das Gitter einer Rohre R 1, die beispielsweise als Anodengleichrich- ter geschaltet ist, gegeben, so kann mit Hilfe des Anodenstromes (Punkt 8, Abb. 4) eine Umschaltvorrichtung, im vorliegenden Falle ein Relais ReZ, derart betrieben werden, dass für die Dauer des kürzeren Zeichens der Anker angezogen ist und für die Dauer des längeren Zeichens der Anker in Ruhestellung bleibt.
Für die Auswertung der Grosse der Abweichung vom Leitstrahl wird die das Filter S verlassende normale Modulationsfrequenz (1150 Hz) (Punkt 2, Abb. 4) in einem Gleichrichter G 2 gleichgerichtet und die hierdurch entstehende pulsierende Gleichspannung (Punkt 9, Abb. 4) durch einen Kondensator C 1 von ihrem Gleichspannungs- anteil befreit (Punkt 10, Abb. 4). Diese Tastwechselspa. nnung wird nun dem aus den Widerständen W1, W 2 und dem Umschalter U bestehenden umschaltbaren Spannungsteiler zugeführt.
Die beiden Widerstände TF l und 2 sind hierbei derartbemessen,dass ihr Grössenverhältnis gleich dem Verhältnis der zeitlichen Dauer der einzeInen auszuwer- tenden Tastzeichen ist. Fiir den vorliegenden Fall sei beispielsweise ein zeitliches Verhält- nis von 1 : 7 für Punkt zu Strich angenom men. Hieraus folgt, dass der Widersta. nd IW 1 die siebenfache Grosse des Widerstandes W 2 besitzt. Der von dem Relais Rel des ersten Zweiges betÏtigte Umschalter U greift nun von der über W l und TF 2 liegenden Tast weehselspannung (Punkt 10. Abb. 4) wÏhrend des lÏngeren Zeiehens eine dem Widerstand W 1 entsprechende Spannung ab (Punkt 11, Abb. 4).
Während des k rzeren Zeichens wird dagegen eine dem Widerstand W 2 entspreehende Spannung mit entgegen- gesetzter Polung abgegriffen (Punkt 12.
Abb. 4). Da aber die Amplitude der beiden Zeichen in der Tastwechselspannung im um- gekehrten Verhältnis ihrer zeitlichen Länge stehen, so werden durch den Umschalter IT von dem Spannungsteiler W 1-W 2 Teilspannungen gleicher Amplitude abgegriffen. die zusammengesetzt eine Gleichspannung (Punkt 13, Abb. 4) ergeben. Die Polung dieser Gleichspannung ist entsprechend der Kurvenform der Tastweehselspannung (Punkt 10, Abb. 4) für Punkte und Strich entgegen- gesetzt. Die so entstandene Gleichspannung (Punkt 13, Abb. 4) w ird evenhlell verstärkt der Anzeigevorrichtung und der Eurssteue- rung zugeleitet.