Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Koordinate des geographischen Ortes eines Fahrzeuges.
Es ist bekannt, für Navigationszwecke zwei räumlich getrennt angeordnete Radiosender zu verwenden, mit denen Schwingungen von gleichen Frequenzen als unmodulierte Träger- wellen oder als Amplituden-bzw. Frequenzmodulation von Trägerwellen mit einem be stimmten Phasenzusammenhang zum Beispiel isochron ausgesandt werden. Der geometrische Ort von Punkten, wo die ausgesandten Schwingungen mit von dem Laufzeitunterschied der Schwingungen zwischen den beiden Sendern und einem auf dem Fahrzeug befindlichen Empfänger gegebenem konstantem Phasenuntersehied empfangen werden, ist eine Hyperbel, für versehiedene konstante Phasenunterschiede also eine Hyperbelsehar mit den Brennpunkten in den Sendern.
Durch Messung dieses Phasenunterschiedes kann man somit eine hyperbolisehe Koordinate des geographischen Ortes des Fahrzeuges bestimmen.
Durch Verwendung zweier Senderpaare, die sich schneidende Hyperbelscharen definieren, kann die Lage eines Empfängers in bezug auf die Senderpaare in einem umfang- reichen Navigationsgebiet genau bestimmt werden.
In dieser Beziehung sei darauf hingewiesen, dass im vorangehenden und im folgenden nur von Sendern und Empfängern für Radiowellen die Rede ist, die Erfindung jedoch ebenfalls bei Verwendung anderer Schwingungen, insbesondere Schall-oder ultraakustische Schwingungen, Anwendung finden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mit den Sendern aus einer gemeinsamen Schwingungsquelle abgeleitete Vergleichsschwingungen von verschiedenen Frequenzen ausgesandt werden, welche verschiedene Vielfache einer gemeinsamen Grundfrequenz sind.
Es können nunmehr die in der Phase zu vergleichenden Schwingungen an der Empfangsseite vermöge ihrer grmdsätzlich verschiedenen Frequenz in der Frequenz getrennt werden, und es entfällt zum Beispiel die bei bekannten entsprechenden Anlagen bestehende Notwendigkeit, die Vergleichssehwingungen mit verschiedenen Trägerwellenfrequenzen auszusenden, um sie an der Empfangsseite trennen zu können.
Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens. Dieselbe zeichnet sich dadurch aus, dass dieselbe mindestens zwei Sender zum Aussenden von aus einer gemeinsamen Schwingungsquelle abgeleiteten Schwingungen versehiedener Fre quenz, die verschiedene Vielfache einer gemeinsamen Grundfrequenz sind, und ferner mindestens einen Empfänger mit Mitteln zum Vergleich der Phasen der empfangenen Schwingungen aufweist.
Die Erfindung wird an Hand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise näher er läutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine günstige Ausführungsform für die Bestimmung einer einzigen Ortskoordinate.
Die Fig. 2 und 3 zeigen sehematisch eine Ausführungsform für die Bestimmung beider Ortskoordinaten und die entsprechenden Hyperbelscharen.
Fig. 4 zeigt zwei der bei Verwendung von drei Sendern auftretenden Hyperbelseharen.
Fig. 5 zeigt eine besonders günstige Anordnung von zwei Senderpaaren mit entsprechenden Hyperbelscharen für den Haupt- teil des bestrichenen Navigationsgebiet.
In den Fig. 6 und 7 ist schliesslieh ein im Empfänger verwendbarer vorteilhafter Ortsanzeiger dargestellt.
In Fig. 1 ist eine einfache Ausführungs- form der erfindungsgemässen Anlage dargestellt. Die Sendeanlage enthält die Radiosender 21 und 24 mit den räumlich voneinander getrennt angeordneten Antennen 22,25.
Einem den beiden Sendern gemeinsamen Generator 20 werden zur Modulierung der beiden Sender dienende Schwingungen entnommen. Der Modulationsgenerator 20, der zum Beispiel Schwingungen mit einer Fre quenz von 500 Hz liefert, ist mit dem Modulator des Senders 21 über ein phasenverdrehendes Netzwerk 21a und mit dem Modulator des Senders 24 über einen Frequenzmultiplikator 23 verbunden. Der Frequenzmultiplikator 23 ka. nn zum Beispiel eine Frequenzverdopplung der ihm zugeführten Schwingungen herbeiführen, wodurch dem Modulator des Senders 24 Schwingungen mit einer Frequenz von 1000 Hz zugeführt werden. Auf diese Weise wird mit dem Sender 21,22 eine mit 500 Iiz modulierte Trägerwelle und vom Sender 24, 25 eine mit 1000 Hz modulierte Trägerwelle ausgesandt.
Vermöge der nunmehr verschiedenen Fre quenzen der modulierenden Vergleichs- schwingungen kann für die beiden Sender die gleiche Trägerwellenfrequenz verwendet werden. Vorzugsweise wird der Abstand zwischen den Sendern 22 und 25 derart gewählt, dass die Vergleiehssehwingung von 100Q Hz beim Durehlaufen dieses Abstandes eine Phasenverdrehung von 90 erfährt. Die gegenseitige Phasenbeziehung der modulierenden Ver gleichsschwingungen der ausgesandtenTrägerwellen liegt fest, da die beiden modulierenden Schwingungen von dem gemeinsamen Modulationsgenerator 20 abgeleitet werden.
Gewünschtenfalls kann die Phasenbeziehung der modulierenden Schwingungen mittels des phasenverdrehenden Netzwerkes 21a eingestellt werden.
Wenn nun in einem Flugzeug ein Empfänger untergebracht ist, der auf die ver wendete Trägerwellenfrequenz der Sender 22 ? und 25 abgestimmt ist, können die durch Demodulation der empfangenen Schwingungen erzielten Vergleichsschwingungen verschiede- ner Frequenz mittels der Filter 27 und 28 getrennt werden. Das Filter 27 hat zum Beispiel einen solehen Durchlassbereich, dass die Vergleichsschwingung mit der Frequenz von 1000 Hz durch dasselbe hindurchgeht, die Vergleichsschwingung von 500 Hz hingegen nicht, während das Filter ? 8 nnr fiir die Ver gleichsschwingung mit der Frequenz von 500 Hz durchlässig ist.
Die dem Filter 27 entnommene Vergleichssehwingung von 1000 Hz wird einem Phasenanzeiger 30 zugeführt, während die dem Filter 28 entnommene Ver gleichsspannung von 500 Hz demselben über einen Frequenzmultiplikator 29 zugeführt wird zur Multiplikation der zugeführten Fre quenz mit einem Faktor, der gleich ist dem Multiplikationsfaktor des Frequenzmultipli- kators 23, im vorliegenden Falle also zwei Auf diese Weise werden den empfangenen Vergleiehsschwingungen Messspannungen von gleicher Frequenz entnommen, die dem Phasenunterschiedsanzeiger 30 zugeführt werden,
der demnach die Phase zwischen den von der Antenne 25 ausgesandten Vergleichs- Schwingungen mit der Phase der von der Antenne 22. stammenden Vergleichssehwin- gungen anzeigt. Eine bestimmte Phase zwi sehen zwei Vergleichsschwingungen versehie- dener Frequenz besteht immer dann, wenn heide Frequenzen versehiedene Vielfaehe einer gemeinsamen Grundfrequenz, im vorliegenden Falle 500 Hz, sind. Man kann diese Phase auch Vielfachphase nennen, um anzudeuten, dass bei ihrer Bestimmung ein oder zwei Multiplikationsfaktoren wichtig sind.
Wenn sich der Empfänger 26 auf der Verbindungslinie zwischen den Antennen 22 und 24 befindet, ist die Lage des Flugzeuges sofort aus dem gemessenen Phasenunterschied der Messspannungen ermittelbar.
An Hand der Fig. 2 und 3 wird eine Anlage erläutert, mit deren Hilfe beide Koor (linaten der Lage eines Flugzeuges ermittelbar ist, das heisst der Abstand und Azimut des Flugzeuges in bezug auf einen geographischen bestimmten Punkt. Dargestellt ist eine erste Station mit einem Modulationsgenerator 35a zur Lieferung einer die Trägerwelle eines Senders 35b mit einer Antenne 35c modulierenden Schwingung. In einer zweiten Station, die in einem beträchtlichen Abstand von der ersten Station liegt, ist ein Radioempfänger 36a zum Empfang der von der ersten Station ausgesandten Schwingungen angeordnet, aus denen eine modulierende Schwingung abgeleitet wird für eine mit einem Sender 36b und einer diesem zugeordneten Antenne 36c auszusendende Trägerwelle.
Die beiden Stationen sollen wiederum Vergleichsschwingungen ver schiedener Frequenzen, die Vielfache einer gemeinsamen Grundfrequenz sind, aussenden.
Da beide Modulationsschwingungen letzten Endes vom Modulationsgenerator 35a herrühren, besteht zwischen denselben eine feste Sendephase. Infolgedessen besteht für jeden Punkt auf der Verbindungslinie der beiden Stationen eine der Lage dieses Punktes ent sprechende Phasenbeziehung zwischen den empfangenen Vergleichsschwingungen. Ausser in einem gegebenen beliebigen Punkt der Verbindungslinie A-A (Fig. 3) zwischen den Stationen 35 und 36 tritt die gleiche Phasenbeziehung in andern Punkten beidseitig dieser Verbindungslinie auf. Der geometrische Ort von Punkten gleicher Empfangsphase ist eine Hyperbel, und versehiedenen Empfangsphasen entspricht eine Hyperbelschar, von der einige Hyperbeln bei 39,39a und 39b dar gestellt sind.
Zwischen je zwei aufeinander- folgenden der dargestellten Hyperbeln treten gleiche Phasenuntersehiede auf.
Jede der angegebenen Linien kann als eine von einem Flugzeug zu befolgende Kurslinie betrachtet werden, wobei es zum Be ! folgen einer bestimmten Linie bloss erforderlich ist, derart zu fliegen, dass eine bestimmte, mit der zu befolgenden Linie übereinstimmende Pha senbeziehung zwischen den empfangenen Vergleichsschwingungen beibehalten wird. Eine Abweichung von einer zu befolgenden Kurslinie nach links oder rechts verursacht eine entsprechende Vor-respektive Nacheilung von einer der Vergleichsschwingungen, also eine Abweichung von der erwünschten Phasenbeziehung dieser Schwingungen. Diese Abweichung von der erwünschten Phasenbeziehung kann zur Steuerung eines im Flug zeug untergebrachten Steuerautomaten von an sich bekannter Art benutzt werden.
Einem geradlinigen Kurs kann entsprechend der Phasenunterschiedslinie 39a gefolgt werden, die durch die Mittelsenkrechte auf der Verbindungslinie A-A zwischen den Stationen 35 und 36 gebildet wird. Die anderen Kurs- 'linien sind gekrümmt, und zwar um so stärker, je näher sie an einer der Sendestationen vor beiführen. Diese Krümmung ist am grössten in der Nähe der Verbindungslinie A-A,wäh- rend die von dieser Verbindungslinie entfern- ten Teile der gekrümmten Kurslinien wieder als praktisch geradlinig zu betrachten sind.
Wenn ein Flugzeug einen gegebenen, zum Beispiel mit der Verbindungslinie AA zusammenfallenden Kurs fliegt, ist die Lage des Flugzeuges genau ermittelbar durch Bestimmung der Phasenbeziehung der empfangenen Vergleichsschwingungen bzw. der diesen entnommenen Messspannungen von glei cher Frequenz. Um diese Ortsbestimmung zu vereinfachen, kann der Pilot mit einer Karte versehen werden, in der die zu befliegende Kurslinie angedeutet ist sowie die Linien 39, die bestimmten Phasenbeziehungen der empfangenen Vergleichsschwingungen entsprechen.
Es leuchtet ein, dass für die Luftnavi gation bereits bestehende Sendestationen benutzt werden können zum Aussenden der Ver gleichsschwingungen mit Frequenzen, die Vielfache einer gemeinsamen Grundfrequenz sind, wobei an der Empfangsseite natürlich besondere Mittel, zum Beispiel frequenzselek- tive Netzwerke, verwendet werden müssen zum Trennen der ausgesandten Vergleichs- signale und der andern gleichzeitig ausgesandten Signale.
Bei der in den Fig. 2 und 3 schematiseh dargestellten Anlage kann, um den Piloten eines Flugzeuges in den Stand Zll setzen, seine Lage zu bestimmen, auch beim Fliegen auf einem nicht mit einer der dargestellten Hyperbeln übereinstimmenden Kurse, ein zweites Stationspaar 37,38 angeordnet sein.
Die Stationen 37 und 38 sind in Fig. 3 ein fachheitshalber symmetrisch zu den Stationen 35 und 36 dargestellt worden. Die Stationen 37 und 38 sind auf die für die Station 36 oben geschilderte Art und Weise ausgebildet. Die Station 37 besitzt einen Empfänger, der auf die von der Station 35 ausgesandte Träger- wellenfrequenz abgestimmt ist, so dass am Empfänger 37a die dem Modulationsgenerator 35a entnommene modulierende Schwingung auftritt, von der die modulierende Schwin gung für den Sender 37b mit Antenne 37c durch Frequenzmultiplikation abgeleitet wird.
Die Station 38 ist auf die gleiche Weise mit einem Empfänger 38c, einem Sender 38b und einer Antenne 38c ausgerüstet, wobei aber der Empfänger 38a zum Empfang der vom Sender 37b ausgesandten Trägerschwingungen dient, zur Erzielung einer mit ihrer Modulation auf die gewünschte Weise zusammenhangenden modulierenden Schwingung für den Sender 38b. Wie aus dem Obengesehilderten hervor- geht, kann jedem Stationspaar 35,36 bzw. 37, 38 eine eigene Trägerwellenfirequenz zugeordnet werden.
ZweekmäRig sind alle modu- lierenden Vergleichsschwingungen voneinander versehieden, damit man jede Station mit Hilfe ihrer Modulationsfrequenz identifizieren kann. Da die günstigsten Navigationsbedin- gungen erzielt werden, wenn der Abstand zwischen zusammengehörigen Stationen eines Stationspaares etwa einer Viertelwellenlänge der ausgesandten Vergleichssehwingungen mit der höchsten Frequenz entspricht, wird es günstig sein, die Abstände zwischen den beiden Stationen eines gegebenen Paares verschieden zu wählen.
Die zur Ortsbestimmung in bezug auf die Senderpaare im Flugzeug zu verwendende Anlage 41 ist schematisch dargestellt und besteht aus einem Empfänger 41a, mit dem die Trägerwellenfrequenzen der beiden Stationspaare 35,36 bzw. 37,38 empfangen werden können ; die erhaltenen Messspannungen werden einem Phasenanzeiger 41b zugeführt. Die erhaltene Anzeige ändert sich, wie oben auseinandergesetzt, entsprechend der sich mit dem Empfängerort ändernden Phasenbeziehung der modulierenden Vergleichssehwingungen.
In Fig. 3 sind die den Stationen 37 lad 38 zugeordneten Hyperbeln gleicher Phase mit 40 bezeichnet. Wenn die Empfangsanlage 41 auf die Stationen 35 und 36 abgestimmt ist und der vom Phasenanzeiger 41b abgelesene Phasenunterschied der gestrichelten Linie 39b entspricht, so befindet sich das Flugzeug irgendwo auf dieser Linie. Wenn die Empfängeranlage darauf auf die Stationen 37 und 38 abgestimmt wird und der Phasenanzeiger 41b einen der Linie 40a entspreehenden Phasenunterschied anzeigt, ist die Lage des Flugzeuges durch den Schnittpunkt B der beiden erwähnten Linien gegeben.
Zur Ver einfachung der Ortsbestimmung des Flugzeuges können die Stationen, ebenso wie die Hyperbelscharen 39 und 40, auf einer geo- graphischen Karte angegeben werden, um den Piloten in den Stand zu setzen, seine Lage auf der Karte zu bestimmen. Die Empfängeranlage 41 kann gewünsehtenfalls derart ausgebildet werden, dass die versehiedenen, von den beiden Senderpaaren empfangenen Ver gleichsschwingungen gleiehzeitig empfangen werden, also der Phasenanzeiger 31b mit zwei Messwerken zur gleichzeitigen Anzeige beider Phasen ausgerüstet ist, so dass die beiden zur Ortsbestimmung erforderlichen Koordinaten immer zur Verfügung stehen.
Es ist ferner möglich, Mittel anzuwenden zur selbsttätigen und stetigen Anzeige der Flugzeuglage auf einer Karte, wie im folgen- den an Hand der Fig. 6 und 7 näher erläutert wird.
Im Gegensatz zu der in Fig. 3 schematisch dargestellten Senderanlage ist es nieht erforderlich, zwei getrennte Stationspaare zur Ortsbestimmung zu verwenden. Nach Fig. 4 ge nngen drei Stationen 35,36,37, die in den Ecken eines Dreieeks angeordnet sind. Bei einer solchen Aufstellung kann die Phasenbeziehung der modulierenden Vergleiehsschwingungen zweier beliebiger Stationen ermittelt werden, zum Beispiel diejenige der Stationen 35 und 37 und diejenige der Stationen 35 und 36. Die gleichen Phasenunter- schieden entsprechenden Hyperbelscharen sind in Fig. 4 mit 39 bzw. 41 bezeichnet.
Die Frequenzen der modulierenden Vergleichs- sehwingungen sind für die Stationen 35, 36, 37 alle versehieden gewählt. Auch im Falle von Fig. 4 können die modulierenden Ver gleichsschwingungen als zusätzliehe Modulation von bereits bestehenden Sendestationen ausgesandt werden.
Das mit den beschriebenen Sendeanlagen bestriehene Navigationsgebiet braueht in bezug auf seine Bemessung keineswegs mit dem Abstand zweier zusammengehöriger Stationen vergleiehbar zu sein. Im Gegensatz dazu kön- nen die beschriebenen Navigationsanlagen zur Erteilung von Navigationsdaten auf Kursen benutzt werden, die beträchtlich länger sind als der Abstand zwischen zusammengehörigen Sendern. In Fig. 5 ist eine für diesen Fall besonders günstige Anordnungsart zweier Sendepaare dargestellt.
Die Stationen 35 und 36 in Fig. 5 liegen in einem verhältnismässig kurzen Abstand voneinander, zum Beispiel etwa 10 Aleilen, wahrend das bestriehene Navi gationsgebiet einen Kurs mit einer Länge von mehreren hundert Meilen enthält. Ein Flug zeug kann einen geraden oder gekrümmten Kurs fliegen, entsprechend einer der Phasen unterschiedslinien 39, indem die entsprechende Phasenbeziehung zwischen den ausgesandten Vergleiehssehwingungen, zum Beispiel 45", eingehalten wird.
Die Lage des Flugzeuges auf einer solchen Kurslinie ist sofort ermittelbar an Hand der vom zweiten Stationspaar 37, 38 definierten Linien konstanter Phasenbeziehung zwischen den von ihnen ausgesandten Vergleichsschwingungen. Die Senderpaare 35, 36 bzw. 37,38 sind in einem in bezug auf den Abstand der Sender eines Senderpaares grossen gegenseitigen Abstand angeordnet, und zwar derart, dass die Verbindungslinien zusammengehöriger Sender nicht parallel sind und dass die Mittelsenkrechte auf der Basis des einen Senderpaares zwischen den beiden Sendern des andern Senderpaares hindureh- geht.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dal. im beabsichtigten Navigationsgebiet die abgelesenen Phasenuntersehiede den Ort des Emp fängers in bezug auf die Senderpaare ein deutig anzeigen.
In Fig. 6 ist eine Einrichtung zur selbst tätigen und stetigen Anzeige oder Aufzeich- nung des Ortes eines Empfängers in bezug auf entsprechend der Fig. 3 angeordnete Senderpaare dargestellt. Die Anzeigeapparatur ent- hält einen durchscheinenden Bildschirm, auf dem eine ebenfalls durchscheinende Karte des betreffenden Navigationsgebietes befestigt ist.
Auf dieser Karte sind die Stationen 35, 36, 37,38 von Fig. 3 verzeichnet. In der Mitte des Bildsehirmes ist an seiner Unterseite eine Lichtquelle 58 in einer mit einer Linse ver sehenen Hülle angeordnet, mit der ein Lieht- strahl auf einen Spiegel 57 geworfen wird, der naeh Reflexion auf den durchscheinenden Bildsehirm mit der Karte fällt, wie durch die Linien 59a und den Bildfleck 60 angedeutet ist. Der Spiegel 57 sitzt auf einer Welle 52, die ihrerseits von einer senkrecht dazu stehenden Welle 51 getragen wird.
Die Wellen 51 und 52 sind beide drehbar, und es wird angenommen, dass sie je entsprechend den Phasenbe ziehungen der von den beiden Senderpaaren 35, 36 und 37, 38 empfangenen Vergleichsschwingungen gedreht werden. In Fig. 7 ist schematisch dargestellt, wie jede der Wellen von den einem Empfänger entnommenen Mess- spannungen von gleicher Frequenz gesteuert werden kann. Zu diesem Zweck wird die eine der in der Phase zu vergleichenden Messspah- nungen den mit einer Feldspule 54 verbundenen Anschlussklemmen 72,73 zugeführt ; diese Spule ist an einer Stelle aufgeschnitten, damit die Spule 66 besser sichtbar ist.
Die andere Messspannung wird den Anschlussklemmen 74, 75 zugeführt, die je über eine Spule 68 und einen Widerstand 69 mit zwei sich kreuzenden Spulen 65 und 66 verbunden sind, die auf der zu drehenden Welle 52 sitzen. Nuf diese Weise werden der den Klemmen 74,75 zugeführten Messspannung zwei um 90 in der Phase versehobene Komponenten entnommen und werden die Kreuzspulen eine vom Phasenuntersehied der beiden Messspannungen bestimmte Lage einnehmen.
Zurüekkommend auf Fig. 6, wird also der kardanisch aufgehängte Spiegel 57 in zwei gegenseitig senkrechten Richtungen entspre chend den gemessenen Phasenuntersehieden gedreht und der Lichtstrahl dementsprechend abgelenkt, wodurch der Bildfleck 60 bei gegebenem Phasenunterschied zweier Messspannungen und sich änderndem Phasenuntersehied der beiden andern Messspan nungen auf dem Bildschirm eine bestimmte Hyperbel wie zum Beispiel 40 oder 50 beschreibt.
Die im vorangehenden beschriebenen Apparaturen können nicht nur für Flugzeugnavigation, sondern auch für Seenavigation oder für Navigation von Landfahrzeugen verwendet werden. Unter Umständen kann es im Zusammenhang mit der Navigation vorteilhaft sein, die das Navigationsgebiet bestreichenden Karten mit Navigationskoordinaten zu versehen und/oder geographische Karten von bestimmter Verzerrung anzu- wenden.
Method for determining at least one coordinate of the geographical location of a vehicle.
It is known to use two spatially separated radio transmitters for navigation purposes, with which vibrations of the same frequencies are used as unmodulated carrier waves or as amplitude waves. Frequency modulation of carrier waves with a certain phase relationship, for example, can be sent isochronously. The geometric location of points where the transmitted vibrations are received with a constant phase difference given by the transit time difference of the vibrations between the two transmitters and a receiver located on the vehicle is a hyperbola, i.e. a hyperbola for various constant phase differences with the focal points in the transmitters .
By measuring this phase difference, a hyperbolic coordinate of the vehicle's geographic location can be determined.
By using two pairs of transmitters that define intersecting families of hyperbolas, the position of a receiver in relation to the pairs of transmitters can be precisely determined in an extensive navigation area.
In this regard, it should be pointed out that in the foregoing and in the following only transmitters and receivers for radio waves are mentioned, but the invention can also be used when using other vibrations, in particular sound or ultra-acoustic vibrations.
The method according to the invention is characterized in that comparative vibrations derived from a common vibration source are transmitted with the transmitters at different frequencies, which are different multiples of a common fundamental frequency.
The vibrations to be compared in phase can now be separated in frequency on the receiving side due to their fundamentally different frequency, and there is no need, for example, in known corresponding systems to transmit the comparison vibrations with different carrier wave frequencies in order to separate them on the receiving side to be able to.
The invention also relates to an installation for carrying out this method. The same is characterized in that it has at least two transmitters for emitting vibrations of different frequencies derived from a common vibration source, which are different multiples of a common fundamental frequency, and also has at least one receiver with means for comparing the phases of the received vibrations.
The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings, for example.
Fig. 1 shows schematically a favorable embodiment for the determination of a single location coordinate.
2 and 3 schematically show an embodiment for the determination of both spatial coordinates and the corresponding families of hyperbolas.
FIG. 4 shows two of the hyperbolic hairs that occur when three transmitters are used.
5 shows a particularly favorable arrangement of two pairs of transmitters with corresponding hyperbola families for the main part of the navigation area covered.
In FIGS. 6 and 7, an advantageous location indicator that can be used in the receiver is shown.
1 shows a simple embodiment of the system according to the invention. The transmission system contains the radio transmitters 21 and 24 with the antennas 22, 25 spatially separated from one another.
Vibrations used to modulate the two transmitters are taken from a generator 20 common to both transmitters. The modulation generator 20, which supplies vibrations with a frequency of 500 Hz, for example, is connected to the modulator of the transmitter 21 via a phase-shifting network 21a and to the modulator of the transmitter 24 via a frequency multiplier 23. The frequency multiplier 23 ka. For example, bring about a frequency doubling of the vibrations supplied to it, whereby the modulator of the transmitter 24 vibrations with a frequency of 1000 Hz are supplied. In this way, a carrier wave modulated with 500 Hz is transmitted with the transmitter 21, 22 and a carrier wave modulated with 1000 Hz is transmitted by the transmitter 24, 25.
Because of the now different frequencies of the modulating comparison oscillations, the same carrier wave frequency can be used for the two transmitters. The distance between the transmitters 22 and 25 is preferably selected in such a way that the comparison oscillation of 100Ω Hz experiences a phase shift of 90 when passing through this distance. The mutual phase relationship of the modulating comparison oscillations of the transmitted carrier waves is fixed, since the two modulating oscillations are derived from the common modulation generator 20.
If desired, the phase relationship of the modulating oscillations can be set by means of the phase-shifting network 21a.
If a receiver is now housed in an aircraft, the transmitter 22 on the carrier wave frequency used ver? and 25 is matched, the comparison vibrations of different frequencies achieved by demodulating the received vibrations can be separated by means of filters 27 and 28. The filter 27 has, for example, such a pass range that the comparison oscillation with the frequency of 1000 Hz passes through it, but the comparison oscillation of 500 Hz does not, while the filter? 8 nnr is permeable to the comparison oscillation with the frequency of 500 Hz.
The comparison visual oscillation of 1000 Hz taken from the filter 27 is fed to a phase indicator 30, while the comparative voltage of 500 Hz taken from the filter 28 is fed to the same via a frequency multiplier 29 to multiply the fed frequency by a factor that is equal to the multiplication factor of the frequency multipli - kators 23, in the present case two In this way, measurement voltages of the same frequency are taken from the received comparative oscillations, which are fed to the phase difference indicator 30,
which accordingly indicates the phase between the comparison oscillations emitted by the antenna 25 with the phase of the comparison oscillations originating from the antenna 22. A certain phase between two comparison oscillations of different frequencies always exists when both frequencies are different multiples of a common basic frequency, in the present case 500 Hz. This phase can also be called a multiple phase to indicate that one or two multiplication factors are important in determining it.
When the receiver 26 is on the connecting line between the antennas 22 and 24, the position of the aircraft can be determined immediately from the measured phase difference of the measurement voltages.
A system is explained with the aid of FIGS. 2 and 3, with the aid of which both coordinates of the position of an aircraft can be determined, that is to say the distance and azimuth of the aircraft in relation to a specific geographical point. A first station with a Modulation generator 35a for supplying an oscillation modulating the carrier wave of a transmitter 35b with an antenna 35c. In a second station, which is a considerable distance from the first station, a radio receiver 36a is arranged for receiving the oscillations emitted by the first station, from which a modulating oscillation is derived for a carrier wave to be transmitted with a transmitter 36b and an antenna 36c associated therewith.
The two stations should in turn emit comparative vibrations of different frequencies that are multiples of a common basic frequency.
Since both modulation oscillations ultimately originate from the modulation generator 35a, there is a fixed transmission phase between them. As a result, for each point on the line connecting the two stations, there is a phase relationship between the comparison vibrations received that corresponds to the position of this point. Except at any given point on the connecting line A-A (Fig. 3) between stations 35 and 36, the same phase relationship occurs at other points on either side of this connecting line. The geometrical location of points of the same reception phase is a hyperbola, and a hyperbola group corresponds to different reception phases, of which some hyperbolas are shown at 39, 39a and 39b.
The same phase differences occur between each two successive hyperbolas shown.
Each of the specified lines can be viewed as a course line to be followed by an aircraft, with the Be! following a certain line, it is only necessary to fly in such a way that a certain phase relationship between the received comparison oscillations, which corresponds to the line to be followed, is maintained. A deviation from a course line to be followed to the left or right causes a corresponding lead or lag of one of the comparison oscillations, that is to say a deviation from the desired phase relationship of these oscillations. This deviation from the desired phase relationship can be used to control an automatic control machine housed in the flight of a type known per se.
A straight course can be followed in accordance with the phase difference line 39a, which is formed by the mid-perpendicular on the connecting line A-A between the stations 35 and 36. The other course lines are curved, and the more so, the closer they lead to one of the transmitting stations. This curvature is greatest in the vicinity of the connecting line A-A, while the parts of the curved course lines that are removed from this connecting line are again to be regarded as practically straight.
If an aircraft flies a given course, for example coinciding with the connecting line AA, the position of the aircraft can be precisely determined by determining the phase relationship of the comparison oscillations received or the measurement voltages of the same frequency taken from them. In order to simplify this location determination, the pilot can be provided with a map in which the course line to be flown is indicated as well as the lines 39, which correspond to certain phase relationships of the received comparison vibrations.
It is clear that existing transmitter stations can be used for air navigation to transmit the comparison oscillations with frequencies that are multiples of a common basic frequency, whereby special means, for example frequency-selective networks, have to be used on the receiving side for separation the transmitted comparison signals and the other signals transmitted simultaneously.
In the system shown schematically in FIGS. 2 and 3, a second pair of stations 37, 38 can be used to set the pilot of an aircraft in position Zll to determine his position, even when flying on a course that does not correspond to one of the hyperbolas shown be arranged.
The stations 37 and 38 have been shown symmetrically to the stations 35 and 36 in Fig. 3 for the sake of simplicity. The stations 37 and 38 are designed in the manner described above for the station 36. The station 37 has a receiver which is tuned to the carrier wave frequency transmitted by the station 35, so that the modulating oscillation taken from the modulation generator 35a occurs at the receiver 37a, of which the modulating oscillation for the transmitter 37b with antenna 37c by frequency multiplication occurs is derived.
The station 38 is equipped in the same way with a receiver 38c, a transmitter 38b and an antenna 38c, but the receiver 38a serves to receive the carrier vibrations emitted by the transmitter 37b to achieve a modulating vibration related to their modulation in the desired manner for the transmitter 38b. As can be seen from the above, each pair of stations 35, 36 and 37, 38 can be assigned its own carrier wave frequency.
All modulating comparison oscillations are differentiated from one another in two terms, so that each station can be identified with the aid of its modulation frequency. Since the most favorable navigation conditions are achieved when the distance between stations belonging to a station pair corresponds to about a quarter wavelength of the transmitted comparative visual vibrations with the highest frequency, it will be advantageous to choose different distances between the two stations of a given pair.
The system 41 to be used to determine the location with respect to the transmitter pairs in the aircraft is shown schematically and consists of a receiver 41a, with which the carrier wave frequencies of the two pairs of stations 35,36 and 37,38 can be received; the measurement voltages obtained are fed to a phase indicator 41b. The display obtained changes, as explained above, in accordance with the phase relationship of the modulating comparison visual oscillations that changes with the receiver location.
In FIG. 3, the hyperbolas of the same phase assigned to stations 37 and 38 are denoted by 40. If the receiving system 41 is tuned to the stations 35 and 36 and the phase difference read off by the phase indicator 41b corresponds to the dashed line 39b, then the aircraft is somewhere on this line. If the receiver system is adjusted to the stations 37 and 38 and the phase indicator 41b shows a phase difference corresponding to the line 40a, the position of the aircraft is given by the intersection B of the two lines mentioned.
To simplify the determination of the position of the aircraft, the stations, as well as the hyperbola clusters 39 and 40, can be indicated on a geographic map in order to enable the pilot to determine his position on the map. The receiver system 41 can, if desired, be designed in such a way that the various comparative vibrations received by the two transmitter pairs are received at the same time, i.e. the phase indicator 31b is equipped with two measuring mechanisms for simultaneous display of both phases, so that the two coordinates required for position determination are always available stand.
It is also possible to use means for the automatic and continuous display of the aircraft position on a map, as will be explained in more detail below with reference to FIGS. 6 and 7.
In contrast to the transmitter system shown schematically in FIG. 3, it is not necessary to use two separate pairs of stations for location determination. According to FIG. 4, three stations 35,36,37, which are arranged in the corners of a triangle, nngen. With such a setup, the phase relationship of the modulating comparative oscillations of any two stations can be determined, for example that of stations 35 and 37 and that of stations 35 and 36. The hyperbola families corresponding to the same phase differences are denoted in FIG. 4 by 39 and 41, respectively .
The frequencies of the modulating comparison visual oscillations are all chosen differently for the stations 35, 36, 37. Also in the case of FIG. 4, the modulating comparative oscillations can be sent out as additional modulation from already existing transmitting stations.
With regard to its dimensioning, the navigation area covered with the transmission systems described in no way needs to be comparable to the distance between two related stations. In contrast to this, the navigation systems described can be used to provide navigation data on courses that are considerably longer than the distance between associated transmitters. In FIG. 5, a particularly favorable type of arrangement of two transmission pairs is shown for this case.
The stations 35 and 36 in Fig. 5 are at a relatively short distance from one another, for example about 10 aile, while the navigation area covered contains a course with a length of several hundred miles. An aircraft can fly a straight or curved course, corresponding to one of the phase difference lines 39, in that the corresponding phase relationship between the transmitted comparative vibrations, for example 45 ″, is maintained.
The position of the aircraft on such a course line can be determined immediately on the basis of the lines of constant phase relationship defined by the second pair of stations 37, 38 between the comparative vibrations transmitted by them. The transmitter pairs 35, 36 and 37, 38 are arranged at a distance from one another which is large in relation to the distance between the transmitters of a transmitter pair, namely in such a way that the connecting lines of transmitters belonging together are not parallel and that the center perpendicular on the basis of the one transmitter pair between goes through the two transmitters of the other transmitter pair.
This arrangement has the advantage that. In the intended navigation area, the phase differences read clearly indicate the location of the receiver in relation to the transmitter pairs.
FIG. 6 shows a device for the automatic and continuous display or recording of the location of a receiver in relation to transmitter pairs arranged in accordance with FIG. The display apparatus contains a translucent screen on which a likewise translucent map of the relevant navigation area is attached.
The stations 35, 36, 37, 38 of FIG. 3 are shown on this map. In the middle of the picture screen, a light source 58 is arranged on its underside in a cover provided with a lens, with which a light beam is thrown onto a mirror 57, which, after reflection, falls on the translucent picture screen with the card, as through the Lines 59a and the image spot 60 is indicated. The mirror 57 sits on a shaft 52, which in turn is carried by a shaft 51 perpendicular thereto.
The shafts 51 and 52 are both rotatable, and it is assumed that they are rotated in accordance with the phase relationships of the comparison vibrations received from the two transmitter pairs 35, 36 and 37, 38. In FIG. 7 it is shown schematically how each of the waves can be controlled by the measuring voltages of the same frequency taken from a receiver. For this purpose, one of the measuring voltages to be compared in the phase is fed to the connection terminals 72, 73 connected to a field coil 54; this coil is cut open at one point so that the coil 66 is more visible.
The other measurement voltage is fed to the connection terminals 74, 75, which are each connected via a coil 68 and a resistor 69 to two intersecting coils 65 and 66, which are seated on the shaft 52 to be rotated. In this way, two components displaced in phase by 90 are taken from the measurement voltage supplied to terminals 74, 75 and the cross-wound coils will assume a position determined by the phase difference between the two measurement voltages.
Returning to Fig. 6, the gimbal-mounted mirror 57 is rotated in two mutually perpendicular directions according to the measured phase differences and the light beam is deflected accordingly, whereby the image spot 60 for a given phase difference between two measurement voltages and the changing phase difference of the two other measurement voltages on the Screen describes a specific hyperbola such as 40 or 50.
The apparatuses described above can be used not only for aircraft navigation, but also for sea navigation or for navigation of land vehicles. Under certain circumstances, in connection with the navigation, it can be advantageous to provide the maps covering the navigation area with navigation coordinates and / or to use geographic maps with a certain distortion.