DE1279129B - Phasenvergleichs-Funknavigationssystem zur Ortsbestimmung durch Entfernungsmessungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES W7WW> PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIs

Deutsche KL: 21 a4-48/44

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 79 129.6-35 (S 82719)

4. Dezember 1962

3. Oktober 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Phasenvergleichs-Funknavigationssystem zur Ortsbestimmung eines beweglichen Empfängers durch Messung der Entfernungen zu mehreren ortsfesten, gleichphasig angesteuerten, jedoch zeitgestaffelt arbeitenden Funksendern, bei welchem jeder Empfänger einen primären Taktgeber enthält, der eine mit den von den Sendern erzeugten Schwingungen absolut gleichphasige Bezugsschwingung erzeugt, sowie für jeden Sender einen eigenen sekundären Taktgeber enthält, welcher eine Schwingung erzeugt, die mit der von dem betreffenden Sender stammenden, am Meßort empfangenen Welle relativ gleichphasig ist, und bei welchem der Empfänger ferner Phasenvergleichsschaltungen enthält, von denen jede durch Feststellung der Phasendifferenz zwischen der Bezugsschwingung und der von einem der sekundären Taktgeber abgegebenen Schwingung ein die Entfernung zu dem betreffenden Sender und damit eine Standlinie des Empfängers kennzeichnendes Ausgangssignal erzeugt.

Bei Funknavigationssystemen der zuvor definierten Art ergibt die Messung der Entfernung zu einem einzigen Funksender eine Standlinie, im Gegensatz zu den Hyperbelsystemen, bei denen die Phasendifferenz der von zwei Sendern stammenden Wellen erst eine Standlinie ergibt. Allerdings besteht bei diesen Entfernung-Entfernung-Systemen die Schwierigkeit, den im Empfänger befindlichen primären Taktgeber genau in absoluter Synchronisation mit den Senderschwingungen zu halten. Jede Abweichung von der absoluten Synchronisation äußert sich unmittelbar als Fehler der Ortsbestimmung.

Bei den bekannten Systemen dieser Art wird vorausgesetzt, daß der primäre Taktgeber des Empfängers so stabil ist, daß er die absolute Synchronisation, nachdem diese einmal hergestellt ist, über einen längeren Zeitraum mit ausreichender Genauigkeit aufrechterhält. Diese Forderung läßt sich aber in der Praxis mit vertretbarem Aufwand nicht erfüllen. Eine Frequenzabweichung von 10~⁹ ergibt über 1 Stunde bereits einen Fehler in der Größenordnung von 1 km. Für Schiffe, die wochenlang unterwegs sind, ist diese Fehlergröße nicht annehmbar.

Bei anderen bekannten Entfernung - Entfernung-Systemen befindet sich auf dem Fahrzeug, dessen Ort bestimmt werden soll, außer dem Empfänger auch der Hauptsender des Systems, während zwei Nebenstationen ortsfest aufgebaut sind. Die Nebenstationen empfangen die von dem Hauptsender ausgesendeten Wellen und senden ihrerseits jeweils phasenstarr mit den empfangenen Wellen synchronisierte Wellen aus, die wiederum vom Empfänger des Fahrzeugs aufge-Phasenvergleichs-Funknavigationssystemzur
Ortsbestimmung durch Entfernungsmessungen

Anmelder:

Societe d'Etude et d'Application des Techniques Nouvelles »ΝΕΟ-TEG«, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
8000 München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Etienne Augustin Henry Honore,

Emile Leon Gabriel Torcheux, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 9. Dezember 1961 (881 503) - -

fangen werden. Durch Vergleich der Phasen der empfangenen Wellen mit der gespeicherten Phase der Welle des Hauptsenders können dann die Entfernungen zwischen dem Fahrzeug und den beiden Nebenstationen ermittelt werden. Bei diesen Systemen besteht das Problem der Aufrechterhaltung einer absoluten Synchronisation nicht, weil sich der die Bezugsphase liefernde Hauptsender unmittelbar am Ort des Empfängers befindet. Dafür sind aber die Anwendungsmöglichkeiten der bekannten Systeme dieser Art sehr beschränkt, weil in jedem Zeitpunkt nur ein einziges Fahrzeug seinen Ort bestimmen kann. Außerdem ist der Aufwand beträchtlich, weil jedes Fahrzeug außer dem Empfänger einen Hauptsender tragen muß.

Durch einen älteren Vorschlag wird es ermöglicht, in einem solchen System den Ort von mehr als einem Fahrzeug zu bestimmen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Hauptsender der weiteren Fahrzeuge durch den Hauptsender des ersten Fahrzeugs so gesteuert werden, daß sie zeitgestaffelt arbeiten. Auch diese Lösung ist aber wenig befriedigend, weil das System immer noch nur von verhältnismäßig wenigen Fahrzeugen benutzt werden kann, deren Hauptsender genau aufeinander abgestimmt sein müssen. Hinsichtlich des

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erforderlichen Aufwands ergibt sich dadurch keine Zum besseren Verständnis wird die Erfindung an

Verbesserung. Hand eines besonderen Ausführungsbeispiels be-

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines schrieben, welches einen Hauptsender und zwei Phasenvergleichs-Funknavigationssystems der eingangs Tochtersender enthält.

angegebenen Art, bei welchem der primäre Taktgeber 5 Der Hauptsender, der an einem Ort A angebracht des Empfängers jederzeit und an jedem Ort in absolute ist, strahlt Folgen von η Impulsen mit verschiedenen Synchronisation mit den Senderschwingungen ge- Trägerfrequenzen aus.

bracht und während des Betriebs dauernd in dieser Zur Vereinfachung der Erläuterung sei nachstehend

absoluten Synchronisation gehalten werden kann. angenommen, daß η = 3, da drei verschiedene Träger-

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß ίο frequenzen im allgemeinen ausreichen, um alle Zweibei Vorhandensein von wenigstens drei Funksendern deutigkeiten zu beseitigen. Natürlich kann in bestimmder primäre Taktgeber mit einer Phasenregeleinrich- ten Sonderfällen die Zahl η den Wert 2 oder auch einen tung versehen ist und an die Ausgänge der Phasen- größeren Wert als 3 haben.

Vergleichsschaltungen ein Rechenwerk angeschlossen Die Trägerfrequenzen werden vorzugsweise in der

ist, das aus den Ausgangssignalen der Phasenver- 15 Größenordnung von 1 MHz gewählt, so daß sie also gleichsschaltungen ein Fehlersignal ableitet, das auf Wellenlängen im Hundertmeterbereich entsprechen, die Phasenregeleinrichtung im Sinne einer Beseitigung Diese Wellenlängen zeigen sich als besonders günstig der Unterschiede der Standlinienschnittpunkte ein- für die Anwendung der Erfindung, wirkt. Diese Frequenzen sind so gewählt, daß man durch

Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten System ao die Unterschiede der Meßwerte Messungen erhält, wird die Tatsache ausgenutzt, daß für eine eindeutige welche Empfindlichkeiten entsprechen, die in ausge-Ortsbestimmung zwei Sender genügen, denn die Ent- klügelter Weise so gestaffelt sind, daß die Zweideutigfernung zu jedem Sender liefert eine Standlinie, und keiten beseitigt werden.

der Schnittpunkt von zwei Standlinien ist der Ort des Beispielsweise haben diese Trägerfrequenzen die

Fahrzeugs. Wenn mehr als zwei Sender vorhanden 25 folgenden Werte: sind, erhält man eine Überbestimmung, und diese

Überbestimmung wird erfindungsgemäß zur Einstel- fh

lung und Aufrechterhaltung der absoluten Synchroni- / ]\

sation des primären Taktgebers verwendet. Sind /2 = /1 · 11 -f- — J,

beispielsweise drei Sender vorhanden, so schneiden 30 V " /

sich die drei erhaltenen Standlinien nur dann in einem

Punkt, wenn die absolute Synchronisation genau ein- /3 = /1 · (1 + |

gehalten ist. Bei jeder Abweichung ergibt sich ein \ 36/

Fehlerdreieck, und in diesem Fall liefert das Rechenwerk ein Fehlersignal, das auf die Phase der vom 35 Man wählt beispielsweise primären Taktgeber abgegebenen Schwingung so einwirkt, daß das Fehlerdreieck verschwindet. Es gibt f 1 — 1ROO TcH eine und nur eine Einstellung des primären Taktgebers, ^ ~ ' bei welcher diese Bedingung erfüllt ist, und diese Ein- , .. *

stellung entspricht genau der absoluten Synchronisa- 40 fi = 1800(1 -\ ] = 210OkHz,

tion. V 6 /

Die Erfindung ermöglicht es also, den primären

Taktgeber, selbst wenn dieser völlig außer Tritt gefallen / 1 \

war, ohne äußere Hufe allein auf Grund der empfange- /³ = ¹⁸⁰° ( ^{1 +} "Ϊ71 ^{= 185}° ^kHz *

nen Wellen in die absolute Synchronisation zu bringen 45 ^ '

und während des Betriebs jede Abweichung sofort zu

korrigieren. Es ist unmittelbar zu erkennen, daß die Differenzen

Die Erfindung kann auch bei Systemen angewendet der Anzeigen der den Frequenzen /1 und /2 zugewerden, bei denen zur Erhöhung der Genauigkeit von ordneten Anzeigegeräte die gleichen sind, wie sie von jedem Sender mehrere verschiedene Frequenzen aus- 50 einem Anzeigegerät geliefert würden, welches Sendegesendet und im Empfänger die Differenzen dieser signale mit der Trägerfrequenz Frequenzen ausgewertet werden. In diesem Fall ^₁

braucht lediglich der primäre Taktgeber so ausgebildet /2 — /1 = ^-

zu sein, daß er die gleichen Frequenzen wie die Sender 6

phasenstarr erzeugt. 55

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an empfängt; diese Messung ergibt also eine Empfind-Hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt: lichkeit, die sechsmal geringer als die Empfindlichkeit

Fig. 1 die Anordnung der verschiedenen Sender der allein mit der Frequenz/1 durchgeführten Messung und des Empfängers, ist.

F i g. 2 das Blockschaltbild des Hauptsenders, 60 Ebenso ist die Differenz der Anzeigen, welche den F i g. 3 das Blockschaltbild eines der Taktgeber, Frequenzen/1 und /3 entsprechen, die gleiche wie bei F i g. 4 eine Einzeldarstellung der Regelanordnung Anwendung einer Frequenz eines Oszillators in einem Taktgeber, „

F i g. 5 ein Schaltbild des Programmsteuerwerks f$ —f\= * _t

und des Umschalters, 65 36

F i g. 6 das Blockschaltbild eines Tochtersenders

und woraus sich also eine sechsunddreißigmal geringere

F i g. 7 das Blockschaltbild des Empfängers. Empfindlichkeit ergibt.

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Natürlich sind die Werte welche ihn von diesen Sendern trennen. Dadurch erhält

man an der Empfangsstelle eine überreichliche Infor-

-- und -— — — mation zur Bestimmung des Ortes, weil im Prinzip

6 36 6² zwei Entfernungen genügen. Wie nachstehend noch zu

5 sehen sein wird, ergibt die Messung der dritten Ent-

nur als Beispiel angegeben. fernung eine Prüfmöglichkeit und zugleich ein Mittel

Die beiden Tochtersender sind an den Orten B und C zur Korrektur der Abweichung des Oszillatorsystems

angeordnet und mit den gleichen Buchstaben bezeich- im Empfänger.

net. Der Sender B sendet ebenfalls Folgen von drei Der Hauptsender (F i g. 2) enthält einen primären

Impulsen aus, wobei er der Reihe nach die gleichen io Taktgeber 1, dessen Gang durch ein Schwingsystem 2

Trägerfrequenzen /1, /2 und /3 verwendet. mit sehr stabiler Frequenz, beispielsweise einen Quarz

Natürlich sind die Sendezeitpunkte dieser Impuls- hoher Güte, gesteuert wird. Dieser Taktgeber empfolgen so gewählt, daß in keinem Fall die vom Sender^ fängt die Frequenz / des Quarzoszillators, die vorkommenden Impulse an der Empfangsstelle zur zugsweise gleich der Frequenz/1 der ersten auszugleichen Zeit wie die vom Sender B stammenden 15 sendenden Welle gewählt wird. Er besteht aus Oszilla-Impulse ankommen können. toren, deren Frequenzen durch die Frequenz des

Ferner sind Maßnahmen getroffen, damit sich die Quarzes gesteuert werden und welche die Frequenzen

von den Sendern A und B stammenden Impulsfolgen /2, /3 der anderen abgestrahlten Wellen liefern, sowie

nicht gegenseitig überlappen, daß also bei einem weitere, tiefere Frequenzen, die einerseits zur Identi-

beliebigen Ort der Empfangsstelle in dem von dem ao fizierung der Zyklen der ausgesendeten Wellen zum

Funkortungssystem erfaßten Raum die vom Sender A Zweck der Beseitigung jeder Zweideutigkeit aus den

kommenden Impulse stets vor (oder nach) den vom Messungen und andererseits zur Steuerung eines

Sender B stammenden Impulsen ankommen. elektronischen Umschalters 6 und einer Ausblend-

Der am Punkt C befindliche Sender hat den gleichen schaltung 7 über ein Programmsteuerwerk 8 dienen.

Aufbau wie der Sender B, und die von ihm ausgesende- 25 Die Frequenzen /1, /2, /3, welche von dem Takt-

ten Impulse werden in Zeitpunkten abgestrahlt, die geber dauernd über die Ausgangsleitungen 3, 4, 5

unter Berücksichtigung der obigen Überlegungen ge- geliefert werden, gelangen zu dem Umschalter 6, der

wählt sind, so daß die Empfangsstelle die verschiede- von dem Programmsteuerwerk 8 gesteuert wird. Dieses

nen, von den verschiedenen Sendern stammenden steht unter der Steuerung der vom Taktgeber erzeugten

Impulsfolgen eindeutig identifizieren kann. 3° tieferen Frequenzen, wie symbolisch durch die Ver-

Die verschiedenen Impulsfolgen werden in genau bindung 9 dargestellt ist. Das Programmsteuerwerk

bestimmten Zeitpunkten ausgesendet, die von vorn- gibt dem Umschalter Befehle, die bewirken, daß der

herein festgelegt und an der Empfangsstelle bekannt Ausgang des Umschalters nacheinander mit den Lei-

sind; wie noch zu sehen sein wird, erleichtert dies den tungen verbunden wird, welche die Frequenzen/1,

Aufbau und den Betrieb des Empfängers. 35 /2, /3 liefern, und zwar jeweils zu dem Zeitpunkt, in

Die Tochtersender B und C empfangen die Signale welchem der Hauptsender die Frequenzen /1, /2, /3

des Senders A, wodurch ihre Synchronisation ermög- ausstrahlen soll. Damit der Zeitpunkt des Beginns der

licht wird. Aussendung jedes Impulses sowie der Zeitpunkt des

Die Impulse werden während eines Zyklus mit einer Endes jedes Impulses genau definiert wird, ist der Aus-Dauer von 1 Sekunde ausgestrahlt. Zu Beginn der 40 gang des Umschalters 6 mit einer Ausblendschaltung 7 Sekunde senden die verschiedenen Sender gleichzeitig verbunden, die gleichfalls Befehle vom Programmauf einer bestimmten Frequenz /4, die vorzugsweise Steuerwerk 8 empfängt. Dadurch wird erreicht, daß von den Frequenzen/1, /2 und /3 verschieden ist, die Ausblendschaltung beim Empfang eines Befehls ein Signal aus, das, wie noch zu sehen sein wird, zur den Durchgang für die Frequenz /1, /2 oder /3 Identifizierung der verschiedenen Sender dient. 45 freigibt, aber jeweils nur von einem Zeitpunkt an, der

Die Zeitsekunde (Dauer des Zyklus) ist in ^loo/ioo Se- in bezug auf die Phase der betreffenden Schwingung

künden unterteilt; dies ergibt wenigstens theoretisch festgelegt ist; dies kann beispielsweise der Zeitpunkt

die Möglichkeit, einen Hauptsender und 98 Tochter- des Nulldurchgangs der Spannung dieser Frequenz

sender zu verwenden. sein. Ferner sperrt die Ausblendschaltung den Durch-

Dem Identifizierungssignal ist die erste Vioo Sekunde 50 gang nach einer bestimmten Zahl von Zyklen der zugeteilt, dem Hauptsender eine weitere V100 Sekunde, Frequenz oder nach einer genau festgelegten Zeit, beispielsweise die zweite, und den Tochtersendern beispielsweise 100 Mikrosekunden. Diese Sperrung erweitere genau bestimmte Vioo Sekunden. Zur Verein- folgt gleichfalls in einem genau festgelegten Zeitpunkt fachung der Beschreibung sei in dem nachstehenden der Phase der Welle. Das Ausgangssignal der AusBeispiel angenommen, daß es sich hierbei um die dritte 55 blendschaltung wird in einem Verstärker 10 verstärkt und um die vierte Vioo Sekunde handelt. und von der Antenne 11 ausgestrahlt.

Die drei Impulse, welche von einem Sender während F i g. 3 zeigt das Blockschaltbild eines primären der ihm zugeordneten ¹Z₁₀₀ Sekunde ausgesendet wer- Taktgebers, z. B. 1. Es ist zu bemerken, daß die verden, haben beispielsweise jeweils eine Dauer in der schiedenen verwendeten primären und sekundären Größenordnung von 100 {ls, wobei der Impuls mit der 60 Taktgeber praktisch gleich aufgebaut sind. Man findet Frequenz /1 zu Beginn der betreffenden ¹I₁₀₀ Sekunde in F i g. 3 wieder das stabile Schwingsystem 2, das am ausgesendet wird, der Impuls mit der Frequenz/2 Ausgang die Frequenz/1 abgibt. Die Ausgangsum Viooo Sekunde nach dem ersten Impuls, und der leitung 3 ist daher direkt mit dem Ausgang der Schal-Impuls mit der Frequenz /3 um V1000 Sekunde nach tung 2 verbunden,
dem zweiten Impuls. 65 Ein Oszillator 12 erzeugt die Frequenz /2, und

Ein Empfänger, der beispielsweise am Punkt R sein Ausgang ist mit der Leitung 4 verbunden. Die

liegt, empfängt die Sendungen der drei Sender A, B Steuerung dieser Frequenz erfolgt in nachstehender

und C und leitet daraus die drei Entfernungen ab, Weise: Die Ausgangsspannungen der Schaltung 2 und

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des Oszillators 12 werden den Eingängen einer Misch- nach Art eines Zahnrädergetriebes, das von einem

stufe 13 zugeführt, welche die Frequenz/2 —/1, im einzigen Motor (dem Oszillator 2) angetrieben wird,

vorliegenden Beispiel also 30OkHz, bildet. Diese Es ist unerläßlich, daß ein derartiger Taktgeber

Frequenz von 300 kHz geht zu einem Vervielfacher 14, leicht zu regeln ist, wobei die Grundbedingung zu be-

der sie mit dem Faktor 6 multipliziert, so daß man am 5 achten ist, daß die Nulldurchgänge der verschiedenen

Ausgang des Vervielfachers 14 eine Frequenz von Schwingungen zu Beginn eines Zyklus stets in Koinzi-

1800 kHz erhält. denz sein müssen. Dies bedeutet, daß die Verstellung

Das Ausgangssignal des Vervielfachers 14 und das eines Zwischenoszillators, z. B. 12, 17 oder 22, nur in

Ausgangssignal der Schaltung 2 werden den Eingängen ganzzahligen Zyklen der von ihm abgegebenen Fre-

eines Diskriminators 15 zugeführt, der eine Gleich- io quenz erfolgen darf.

spannung bildet, welche von der Phasendifferenz der Dies erfolgt mittels der Anordnungen 16, 21 und 25, seinen Eingängen zugeführten Schwingungen gleicher die sich im Prinzip gleichen. Eine Anordnung dieser Frequenz abhängt. Diese Steuerspannung wird über Art ist in Fig. 4 dargestellt. Die den Eingang dareine Regelschaltung 16, die nachstehend noch genauer stellende Leitung 29 ist an die zugehörige Mischstufe erläutert wird, dem Oszillator 12 zugeführt, welcher 15 15, 20 bzw. 24 angeschlossen, während der den Ausmit einem Frequenzregelglied, beispielsweise einer gang darstellende Leiter 32 das Frequenzregelglied des Blindwiderstandsröhre, ausgestattet ist. Aufbau und betreffenden Oszillators steuert. Der Eingang 29 ist Wirkungsweise der vorstehend geschilderten Anord- über einen Widerstand 30 mit dem Ausgang 32 vernung aus den Organen 12 bis 15 sind an sich bekannt; bunden, welcher seinerseits über einen Widerstand 33 sie bewirkt, daß bei richtiger Regelung der Oszillator 12 20 mit dem feststehenden Kontakt 34 bzw. 35 von zwei synchron mit dem Oszillator 2, jedoch mit einer ande- Umschaltern verbunden ist. Die Umschalter besitzen ren Frequenz schwingt, wobei bestimmte Nulldurch- einen weiteren feststehenden Kontakt 38 bzw. 41, und gänge der Ausgangsspannungen zeitlich zusammen- ihre beweglichen Kontaktlamellen sind über Kondenfallen. satoren 36 bzw. 37 an Masse gelegt. Der feststehende

Eine zweite Stufe enthält einen Oszillator 17, eine 25 Kontakt 38 des ersten Umschalters ist über einen Mischstufe 18, einen Vervielfacher 19, einen Diskrimi- Widerstand 39 mit der positiven Klemme einer Spannator 20 und ein Regelorgan 21; diese Stufe liefert die nungsquelle 40 verbunden, deren negative Klemme an Frequenz/3. Der Oszillator 17 wird durch die Fre- Masse liegt. In gleicher Weise ist der feststehende quenz/1 gesteuert, welche derMischstufe 18 zugeführt Kontakt 41 des zweiten Umschalters über einen wird, sowie durch die Frequenz von 300 kHz am Aus- 30 Widerstand 42 mit der negativen Klemme einer Spangang der Mischstufe 13, die dem Diskriminator 20 nungsquelle 43 verbunden, die der Spannungsquelle 40 zugeführt wird. Der Vervielfacher 19 multipliziert die gleich ist und deren positive Klemme an Masse liegt. Ausgangsfrequenz der Mischstufe 18, welche den Wert In der gezeigten Stellung nehmen die Umschalter 50 kHz hat, gleichfalls mit dem Faktor 6, wodurch die ihre obere Lage ein, so daß die Kondensatoren 36 und Frequenz 300 kHz erhalten wird. Diese Anordnung, 35 37 aufgeladen sind, und zwar der Kondensator 36 bei welcher in der zweiten Stufe die Ausgangsspannung positiv und der Kondensator 37 negativ, der Mischstufe 13 verwendet wird, ermöglicht die Ver- Mittels Druckknöpfen können die Umschalter kurzwendung eines Vervielfachers 19, der das gleiche zeitig in die untere Stellung gebracht werden. Wenn Multiplikationsverhältnis wie der Vervielfacher 14 hat. also auf den Druckknopf eines Umschalters gedrückt Die Ausgangsspannung der Mischstufe 18 bildet den 40 wird, entlädt sich der betreffende Kondensator über ersten der Steuerströme, welche zur Steuerung des den Widerstand 33 in das Frequenzregelglied des Programmsteuerwerks 8 dienen. Oszillators.

Eine dritte Stufe enthält einen Oszillator 22, einen Bekanntlich erzeugt eine Blind widerstands-Frequenz-

Vervielfacher 23 mit dem Multiplikationsverhältnis 50, regelanordnung eine Frequenzänderung, welche der

einen Diskriminator 24 und eine Regelanordnung 25; 45 Steuerspannung proportional ist. Daraus folgt, daß

sie liefert an ihren Ausgangsklemmen einen Strom von die Phasenverschiebung, welche dem zeitlichen Integral

1 kHz, während die Frequenz am Ausgang des Ver- der Spannung gleich ist, der von dem Kondensator ge-

vielfachers 23 den Wert 50 kHz hat, der gleich der lieferten Elektrizitätsmenge proportional ist. Die

Frequenz am Ausgang der Mischstufe 18 ist, welche Kondensatoren 36 und 37 werden so dimensioniert,

dem anderen Eingang des Diskriminators 24 zugeführt 50 daß ihre Kapazität jeweils eine Verschiebung um einen

wird. Zyklus hervorruft. Man kann also durch Drücken auf

Der Ausgangsstrom des Oszillators 22 erregt einen den einen oder den anderen Druckknopf der Umschal-

ersten Frequenzteiler 26 mit dem Teilungsverhältnis 10, ter den betreffenden Oszillator um einen Zyklus nach

der vorzugsweise aus einer Decatronröhre besteht. vorn oder nach hinten verstellen. Die zuvor beschrie-

Dieser Frequenzteiler besitzt zehn Ausgangsklemmen, 55 bene Regelanordnung gewährleistet gegebenenfalls

die es ermöglichen, die gewünschte Viooo Sekunde im durch eine Korrekturwirkung, daß die erzielte Ver-

Innern einer V100 Sekunde mittels einer geeigneten Schiebung genau einen Zyklus beträgt.

Verbindung auszuwählen. Zur Erzeugung einer Verschiebung um η Zyklen in

Ein zweiter Frequenzteiler 27 gleicher Art mit zehn der einen oder anderen Richtung braucht man nur Ausgangsklemmen wird beim Nulldurchgang des vor- 60 zz-mal auf den betreffenden Druckknopf zu drücken, hergehenden Frequenzteilers erregt und liefert die F i g. 5 zeigt genauer die Schaltung des Programm-Vioo Sekunde. Er erregt seinerseits einen dritten Fre- Steuerwerks 8 und des Umschalters 6. Man erkennt quenzteiler 28, welcher die ¹I₁₀ Sekunde liefert. Somit außerdem die Ausblendschaltung 7, den Verstärker 10, ermöglicht der Taktgeber die Unterteilung jeder Se- die Antenne 11 und den Taktgeber 1 mit den Ausgangskunde in 1800 · 10³ Intervalle, wie bereits zuvor er- 65 leitungen 3, 4 und 5 sowie den Leitungen 50 bis 58, wähnt wurde, wobei die Nulldurchgänge jeder der be- welche die Steuerströme liefern. Die Leitung 50 führt schriebenen Stufen zeitlich streng mit dem Beginn den Strom mit der Frequenz 5OkHz, die Leitung 51 jeder Sekunde zusammenfallen. Die Anordnung wirkt den Strom mit der Frequenz 1 kHz. Drei Leitungen

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52, 53, 54 sind an geeignet gewählte Abgriffe des Deca- Im Tochtersender sind wieder der Umschalter 73, trons 26 angeschlossen. Die Leitung 56 ist an einen die Ausblendschaltung 74, das Programmsteuerwerk

wählbaren Abgriff des Decatrons 27 angeschlossen, 75, der Verstärker 76 und die Antenne 77 vorhanden,

und die Leitung 58 ist mit einem wählbaren Abgriff des welche (abgesehen von der Steuerung des Programm-Decatrons 28 verbunden. Das Programmsteuerwerk 5 Steuerwerks) den entsprechenden Anordnungen des

enthält logische Und-Schaltungen mit zwei Eingängen Hauptsenders gleich sind, so daß die Antenne 17

und einem Ausgang. Bekanntlich geben diese Schal- Impulszüge in Zeitpunkten aussendet, welche für den

tüngen am Ausgang einen Impuls ab, wenn an ihren betreffenden Tochtersender genau festgelegt sind (diese

beiden Eingängen gleichzeitig je ein Impuls erscheint. Zeitpunkte sind durch die Steuerung des Programm-

Die Leitungen 50 und 51 sind mit einer Schaltung 59 io Steuerwerks 75 bestimmt).

verbunden, die bei jedem zweiten Nulldurchgang, bei- Der Tochtersender enthält ferner die Anordnungen, spielsweise dem aufsteigenden Nulldurchgang, der welche zur Erzielung der absoluten Synchronisation 1-kHz-Schwingung einen kurzen Impuls liefert, dessen des Taktgebers 72 durch Einwirkung auf den Phasen-Beginn durch die 50-kHz-Schwingung gesteuert wird. schieber 71 erforderlich sind. Zu diesen Organen ge-Der Ausgangsimpuls der Schaltung 59 steuert die 15 hören ein Phasenschieber 80, welcher die aus dem Ausblendschaltung 7. Phasenschieber 71 kommende Schwingung um eine

Die Eingänge einer weiteren Und-Schaltung 61 sind Zeit verzögert, die gleich der Laufzeit ist, welche die mit den Leitungen 56 und 58 verbunden. Man erhält direkte elektromagnetische Welle zum Durchlaufen also am Ausgang der Schaltung 61 in jeder Sekunde der Strecke zwischen dem Hauptsender und dem beeinen Impuls mit einer Dauer von V₁₀₀ Sekunde, wobei ao treffenden Tochtersender benötigt. Diese Laufzeit ist die zeitliche Lage der Ausgangsimpulse der Schaltung bekannt, weil die Orte der Sender auf der Erdoberfläche 61 in bezug auf den Beginn des Zyklus von den Num- fest und bekannt sind.

mern der Klemmen der Decatrons 27 und 28 abhängen, Die Schwingung am Ausgang des Phasenschiebers 80

an welche die Leiter 56 und 58 angeschlossen sind. steuert den sekundären Taktgeber 81, der sich somit

Diese zeitliche Lage kennzeichnet den jeweiligen »5 entsprechend den zuvor gegebenen Erläuterungen in

Sender. relativer Synchronisation mit dem primären Taktgeber

Es sind drei weitere Und-Schaltungen 62, 63 und 64 des Hauptsenders befindet.

vorgesehen. Der eine Eingang der Und-Schaltung 62 Dieser Taktgeber steuert einen Umschalter 82 und ist mit dem Ausgang der Und-Schaltung 61 verbunden, ein Programmsteuerwerk 83. Diese Schaltungen sind während der andere Eingang an den Leiter 52 ange- 30 den entsprechenden Schaltungen 73 bzw. 75 gleich, schlossen ist. Die Eingänge der Und-Schaltung 63 Eine Empfangsantenne 84 empfängt die von dem sind mit dem Ausgang der Und-Schaltung 61 und dem Hauptsender ausgestrahlten Wellen. An die Antenne Leiter 53 verbunden, und schließlich sind die Eingänge ist eine Anordnung 85 mit drei Filtern 89, 90, 91 ander Und-Schaltung 64 an den Ausgang der Und- geschlossen, welche die Frequenzen /1, /2 bzw. /3 Schaltung 61 und an den Leiter 54 angeschlossen. 35 durchlassen. Diese parallelgeschalteten Filter werden

Der Umschalter 6 setzt sich aus drei Elementar- der Reihe nach durch das Programmsteuerwerk 83

schaltern 66, 67, 68 zusammen, deren Eingänge an die über die symbolisch dargestellten Leitungen 33 zur

Leiter 3, 4 und 5 angeschlossen sind und deren Aus- Wirkung gebracht. Zu diesem Zweck sind den Filtern

gänge gemeinsam mit dem Eingang der Ausblend- 89, 90 und 91 elektronische Schalter 92, 93 bzw. 94

schaltung 7 verbunden sind. Der Schalter 66 wird vom 40 vorgeschaltet, welche über Leitungen 95, 96 bzw. 97

Ausgang der Und-Schaltung 62 gesteuert, der Schalter von den am Ausgang des Programmsteuerwerks 83

67 vom Ausgang der Und-Schaltung 63 und schließlich erscheinenden Steuerimpulsen gesteuert werden. Diese

der Schalter 68 vom Ausgang der Und-Schaltung 64. Impulse entSperren die drei elektronischen Schalter

Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß man am Ausgang der Anordnung 85 der Reihe nach. Die am Ausgang

der Schaltungen 62, 63, 64 Impulse von der Dauer 45 der Anordnung 85 erscheinenden Schwingungen wer-

Viooo Sekunde erhält, wobei diese Impulse durch die den im Verstärker 86 verstärkt und in dem Diskrimi-

Wahl der Klemmen des Decatrons 26, an welche die nator 87 mit der Schwingung verglichen, welche jeweils

Leiter 52,53 und 54 angeschlossen sind, zeitlich um die im gleichen Zeitpunkt am Ausgang des Umschalters 82

gewünschten Werte gegeneinander versetzt sind. Diese erscheint, so daß die empfangene Welle der Frequenz

Impulse bewirken, daß die Schalter 66, 67 und 68 5° /1 zunächst mit der vom Taktgeber 81 kommenden

nacheinander jeweils während einer Dauer von Schwingung der Frequenz/1 verglichen wird, an-

Viooo Sekunde die Leitungen 3, 4 und 5 mit dem Ein- schließend der gleiche Vergleich mit den Frequenzen/2

gang der Ausblendschaltung 7 verbinden. und schließlich mit den Frequenzen /3 durchgeführt

F i g. 6 zeigt das Blockschaltbild eines Tochter- wird.

senders. Dieser enthält einen Oszillator 70, der prin- 55 Der Diskriminator 87 ist so ausgeführt, daß er

zipiell dem Oszillator 2 des Hauptsenders gleich ist; diesen Vergleich nur während einer genau bestimmten

es ist jedoch offensichtlich, daß dieser Oszillator prak- kurzen Zeitdauer durchführt, beispielsweise während

tisch eine geringe Abweichung gegenüber dem Oszilla- etwa 10 Mikrosekunden, wobei der Beginn des Ver-

tor2 aufweisen kann. Zur Behebung dieser Abwei- gleichs um einige Zyklen nach dem Beginn des Ein-

chung geht die vom Oszillator 70 gelieferte Schwingung 60 treffens des Impulses liegt; dies geschieht insbesondere

durch einen Phasenschieber 71, der bewirkt, daß die zur Beseitigung des Einflusses der Raumwelle.

Schwingung am Ausgang des Phasenschiebers 71 mit Während der Durchführung dieses Vergleichs im

der Schwingung am Ausgang des Oszillators 2 genau Diskriminator 87 ergeben sich aus den verglichenen

in Phase, also in absoluter Synchronisation ist. Schwingungen an den Ausgangsklemmen des Dis-

Diese Schwingung dient zur Steuerung des primären 65 kriminators Spannungen, von denen ein in der Schal-Taktgebers 72 des Tochtersenders, der somit in abso- tung 87 enthaltenes Organ den Mittelwert bildet,
luter Synchronisation mit dem primären Taktgeber des Diese am Ausgang des Diskriminators 87 erschei-Hauptsenders arbeitet. nende mittlere Spannung dient zur Steuerung des

11 12

Phasenschiebers 71 über die Leitung 88; der Phasen- in Verbindung mit einem Tochtersender beschriebenen schieber 71 enthält Einrichtungen zur richtigen Aus- gleich sind. Zu diesen Einrichtungen gehören demwertung dieser Spannung, d. h., daß eine Phasen- entsprechend Programmsteuerwerke 109,110 und 111, verschiebung erzeugt wird, welche bis auf eine geeignete Umschalter 112, 113, 114 und Diskriminatoren 115, Übertragungsfunktion dieser Spannung gleich ist. 5 116, 117. Eine Empfangsantenne 118 empfängt die Diese Übertragungsfunktion kann beispielsweise so be- vom Hauptsender und von den Tochtersendern ausschaffen sein, daß die Änderungsgeschwindigkeit der gestrahlten Wellen. Eine Schaltung 119, welche der Phasenverschiebung gleich einer mit geeigneten Ge- zuvor beschriebenen Schaltung 85 gleich ist, wird Wichten behafteten Summe der Spannung und ihres nacheinander von den Programmsteuerwerken 109, Zeitintegrals ist. Das der Spannung proportionale io 110 und 111 über die symbolisch dargestellten Leitun-Glied ist nämlich so beschaffen, daß es eine gute gen 124, 125 bzw. 126 eingeschaltet. Die Ausgangs-Stabilität des Betriebs der Anordnung gewährleistet, signale der Schaltung 119 werden im Verstärker 120 während das dem Integral proportionale Glied fol- verstärkt und in den Diskriminatoren 115,116 bzw. 117 gende Wirkungen ergibt: mit den Schwingungen der Frequenzen/1, /2, /3 Wenn diese Spannung Null ist, so bleibt die Ge- 15 verglichen, welche der Reihe nach an den Ausgängen schwindigkeit der Phasenverschiebung konstant, der Umschalter 112, 113 bzw. 114 erscheinen. Sobald und sie neutralisiert stetig die mittlere Auswande also die Antenne 118 einen vom Hauptsender ausgerung des Oszillators 70; sendeten Impuls mit der Frequenz/1 empfängt, erder Phasenschieber 71 erwartet von der Ausgangs- scheint das entsprechende Signal am Diskriminator 115 spannung des Diskriminators 87 nur die Befehle, 20 zugleich mit der Schwingung der Frequenz /1, welche die erforderlich sind, um es ihm zu ermöglichen, von dem sekundären Taktgeber 106 erzeugt wird; das entweder die Größe oder die Geschwindigkeit der gleiche gilt für die Schwingungen der Frequenzen /2 Phasenverschiebung zu ändern und dement- und /3.

sprechend entweder die Phasenänderungen oder Dies gilt auch in gleicher Weise für die von den

die restliche Auswanderung zu korrigieren. as Tochtersendern ausgesendeten Wellen und die von den

Die vom Phasenschieber 80 hervorgerufene Phasen- sekundären Taktgebern 107 und 108 erzeugten Schwin-

verschiebung wird von Hand ein für allemal eingestellt, gungen, welche in den Schaltern 116 bzw. 117 mit-

was leicht möglich ist, sobald die Orte der Sender be- einander verglichen werden.

kannt sind. Es ist leicht zu erkennen, daß infolge dieser Jeder dieser Vergleiche zwischen zwei Schwingungen Phasenverschiebung der Umschalter 83 dem Diskrimi- 30 der gleichen Frequenz erfolgt während eines sehr nator87 nacheinander die Schwingungen mit den kurzen Zeitintervalls (vorzugsweise in der Größen-Frequenzen /1, /2 und /3 zu der gleichen Zeit zuführt, Ordnung von etwa 10 und höchstens 50 μβ), damit nur in welcher an den Ausgangsklemmen des Verstärkers der Beginn des empfangenen Impulses ausgewertet 86 die entsprechenden Schwingungen erscheinen, wird und dadurch die Raumwelle ausgeschaltet wird welche aus den empfangenen Wellen nach Verstärkung 35 (dieser Zeitintervall wird manchmal als »Fenster« be- und Filterung in den Filtern der Anordnung 85 erhal- zeichnet).

ten werden. Daraus ergibt sich die Synchronisation des Zu diesem Zweck werden die Diskriminatoren 115, Taktgebers. 116 und 117 von den Programmsteuerwerken 109,110 F i g. 7 zeigt das Blockschaltbild des Empfängers. bzw. 111 so gesteuert, daß sie die von dem Verstärker Dieser enthält wieder Schaltungen, welche den zuvor 40 120 kommenden Signale nur zu den erwünschten Zeitbeschriebenen Schaltungen gleich oder analog sind. punkten und während der gewünschten Zeitdauer Man findet wieder einen stabilen Oszillator 100, bei- durchlassen. Die Ausgangsspannungen der Diskrimispielsweise mit einem Quarz hoher Güte, der so einge- natoren 115, 116 und 117 dienen zur Steuerung der stellt ist, daß er grundsätzlich die Frequenz/l liefert. Phasenschieber 102, 103 bzw. 104 über die Leitungen Das Ausgangssignal dieses Oszillators wird vier 45 121,122 bzw. 123 in der Weise, daß jeder der sekundä-Phasenschiebern 101, 102,103 und 104 zugeführt. Das ren Taktgeber 106, 107 bzw. 108 in relativer Synchro-Ausgangssignal des Phasenschiebers 101 steuert einen nisation mit den primären Taktgebern der entsprechenprimären Taktgeber 105, der in absoluter Synchroni- den Sender gehalten wird. Die Phasenschieber 102, sation mit dem primären Taktgeber des Hauptsenders 103 und 104 haben also die Aufgabe, zugleich die Ausgehalten wird. Das Ausgangssignal des Phasenschiebers 50 wanderung des Oszillators 100 zu korrigieren und die 102 steuert einen sekundären Taktgeber 106, das Aus- von der Ortsveränderung des Empfängers hervorgangssignal des Phasenschiebers 103 einen sekundären gerufenen Änderungen der Laufzeit der Wellen zu Taktgeber 107 und das Ausgangssignal des Phasen- kompensieren. Sie sind ähnlich dem Phasenschieber 71 Schiebers 104 einen sekundären Taktgeber 108. Der aufgebaut, wobei vorauszusetzen ist, daß die Ändesekundäre Taktgeber 106 wird in relativer Synchroni- 55 ningsgeschwindigkeit der Phasenverschiebung, welche sation mit dem primären Taktgeber des Hauptsenders sie hervorrufen können, nicht mehr der Auswanderung gehalten, und die sekundären Taktgeber 107 und 108 des Oszillators, sondern der Geschwindigkeit des den werden in relativer Synchronisation mit den Takt- Empfänger tragenden Fahrzeugs angepaßt sein muß. gebern der Tochtersender gehalten. In gleicher Weise, Die drei Schaltungsgruppen
wie in dem Hauptsender und den Tochtersendern die 60 infi/in9/112/115
primären Taktgeber die Aussendung der Impulsfolgen _{t m}L -tJi-t-tJ/-,-, ^
steuern, dienen im Empfänger die sekundären Takt- ine/111/114/117
geber 106,107 und 108 zur Steuerung der Zeitpunkte, lue/iii/iw/ii/
in welchen die Torschaltungen des Empfängers geöffnet sind einander im wesentlichen gleich (abgesehen von werden, wie nachstehend noch zu erkennen sein wird. 65 der Steuerung der Programmsteuerwerke), und ihre Die relative Synchronisation der sekundären Takt- Schaltungen sind den entsprechenden Schaltungen geber mit den primären Taktgebern der entsprechenden 81/82/83/87 eines Tochtersenders gleich, arbeiten in Sender erfolgt durch Einrichtungen, welche den zuvor gleicher Weise und erfüllen die gleiche Aufgabe.

Die Schaltungen 130, 131 und 132 sind Anordnungen zum Ablesen der Gangunterschiede der Taktgeber. Die Schaltung 130 empfängt einerseits die Schwingungen und Signale, welche von dem primären Taktgeber

105 erzeugt werden, und andererseits die entsprechenden Schwingungen und Signale, welche von dem sekundären Taktgeber 106 stammen. Sie leitet daraus den Gangunterschied zwischen den Taktgebern 105 und

106 ab. Dieser Gangunterschied bildet, wie zuvor bereits angegeben wurde, ein Maß für die Entfernung zwischen dem Empfänger und dem Hauptsender.

Vorzugsweise empfängt die Schaltung 130 zwei Gruppen von Sinusströmen der Frequenzen /1 (180OkHz), /2-/1 (30OkHz), /3-/1 (5OkHz) und 1 kHz, welche von den Taktgebern 105 bzw. 106 erzeugt werden, und sie mißt in irgendeiner bekannten Weise die Phasendifferenzen zwischen den Strömen der gleichen Frequenz, also:

φΐ für 180OkHz,
_Ψ2 für 300 kHz,
_Ψ3 für 50 kHz,
_Ψ4 für 1 kHz.

Die Phase φ4 führt einen Umlauf für eine Ortsveränderung von 300 km aus, die Phase φ3 für 6 km, die Phase <p2 für 1 km und die Phase ^l für 160 m. Ein Hundertstel eines Umlaufes der Phase φ 1 entspricht einer Ortsveränderung um 1,60 m.

Man erhält somit die Entfernung zwischen dem Empfänger und dem Hauptsender mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 1 m und mit einer Zweideutigkeit von 300 km, die also in irgendeiner herkömmlichen Weise sehr leicht zu beheben ist.

In gleicher Weise liefern die Schaltungen 131 und 132 die Gangdifferenzen zwischen dem primären Taktgeber 105 und dem sekundären Taktgeber 107 bzw. 108. Diese Gangdifferenzen entsprechen den Entfernungen zwischen dem Empfänger und den Tochtersendern.

Wenn sich der Empfänger beispielsweise an Bord eines Schiffes befindet, genügen an sich zwei Entfernungsinformationen in bezug auf bekannte Punkte zur Bestimmung des Ortes. Die Schaltungen 130, 131 und 132 liefern drei Entfernungsmessungen. Man hat also eine zusätzliche Information, welche die Überwachung der absoluten Synchronisation des Taktgebers 105 ermöglicht. Zu diesem Zweck werden die Ausgangssignale der Schaltungen 130, 131 und 132 einem Rechenwerk 133 zugeführt, das ihre Kohärenz untersucht und daraus eine Spannung ableitet, welche über die Leitung 134 dem Phasenschieber 101 zugeführt wird und diesen so steuert, daß der primäre Taktgeber 105 in absoluter Synchronisation mit dem primären Taktgeber des Hauptsenders gehalten wird.

Es ist leicht zu erkennen, daß die von den Schaltungen 130,131 und 132 gelieferten Angaben ausreichende Unterlagen bilden, mit welchen die Entfernung zwischen dem Empfänger und dem Hauptsender in eindeutiger Weise ermittelt werden kann. Die Kenntnis dieser Entfernung ermöglicht ihrerseits die Steuerung des Phasenschiebers 101 in der Weise, daß der primäre Taktgeber 105 in absoluter Synchronisation mit den primären Taktgebern der Sender gehalten werden kann.

Es ist zu erkennen, daß der Phasenschieber 101 die gleiche Aufgabe wie der Phasenschieber 71 hat, unter dem Vorbehalt, daß normalerweise die Ausgangsspannung des Rechenwerkes 133 dauernd vorhanden ist, während die Ausgangsspannung des Diskriminators 87 nur in Form von sehr kurzen Spitzen auftritt. Er ist daher ähnlich wie der Phasenschieber 71 aufgebaut, wobei aber zu beachten ist, daß der Einfluß der Ausgangsspannung des Rechenwerkes 133 sehr viel langsamer ist, so daß er eine sehr kräftige Filterung gewährleistet. Diese Filterung ergibt eine sehr beträchtliche Verbesserung der Genauigkeit der Ergebnisse.

Es soll nun als Beispiel ein Verfahren beschrieben ίο werden, mit welchem die sekundären Taktgeber des Empfängers in relative Synchronisation und der primäre Taktgeber des gleichen Empfängers in absolute Synchronisation gebracht werden können. Es ist hervorzuheben, daß dieses Verfahren nur als Beispiel anzusehen ist und daß die Synchronisation auch auf jede andere an sich bekannte Weise erhalten werden kann. Ferner wird vorausgesetzt, daß die absolute Synchronisation zuvor bereits für die Tochtersender hergestellt worden ist. Die hierzu erforderlichen Maßnahmen lassen sich leicht aus dem nachstehend beschriebenen Verfahren ableiten.

Zu Beginn sei ein Empfänger betrachtet, der einschließlich seiner Taktgeber soeben in Gang gesetzt worden ist und der sich an Bord eines Fahrzeuges befindet, dessen Ort unbekannt ist.

Bei dem betrachteten Beispiel beruht die Erzielung der Synchronisation auf folgenden Überlegungen:
Einerseits senden die verschiedenen Sender zu Beginn jedes Sendezyklus (1 Sekunde), und zwar genauer während der ersten ¹Z₁₀₀ Sekunde jeder Sekunde gleichzeitig einen Impuls auf der gleichen Frequenz /4, welche von den Trägerfrequenzen /1, /2, /3 verschieden ist;
andererseits sind dem Empfänger, wie er in F i g. 7 beschrieben ist, ein Oszillograph und eine Hilfsempfangsschaltung zugeordnet, mit welcher dauernd die ausgesendeten Wellen empfangen werden können und die von Hand auf eine beliebige der Frequenzen /1, /2, /3 oder /4 eingestellt werden kann.

Es ist zu bemerken, daß die Schaltungen zum Senden und zum Empfang der Frequenz /4 in der Zeichnung nicht dargestellt sind, da sie von an sich bekannter Art sind.

Ferner enthält der Empfänger natürlich Umschalteinrichtungen, mit denen er entweder in die Stellung für die Herstellung der Synchronisation oder in die Stellung für den normalen Betrieb gebracht werden kann.

Der Vorgang bei der Herstellung der Synchronisation besteht aus zwei Hauptphasen:

Herstellung der relativen Synchronisation jedes der sekundären Taktgeber;
Herstellung der absoluten Synchronisation des primären Taktgebers.

Die Herstellung der relativen Synchronisation jedes sekundären Taktgebers mit dem primären Taktgeber des entsprechenden Senders erfolgt wiederum in zwei Stufen:

1. Identifizierung der empfangenen Signale;
2. Herstellung der eigentlichen Synchronisation.
Als Beispiel sei die Erzielung der relativen Synchronisation des sekundären Taktgebers 106 mit dem Hauptsender beschrieben.

Für die Stufe der Signalidentifizierung wird der Umschalter des Empfängers in die Stellung gebracht, in welcher er die Frequenz/4 empfängt, und der Ausgang der zuvor erwähnten Hilfsempfangsschaltung

15 16

Wird an den Oszillograph angeschlossen, dessen Zeit- Um diese Synchronisation noch zu verfeinern, wird

ablenkung die Dauer eines Zyklus (bei dem beschrie- anschließend die Synchronisation bis auf einen Zyklus

benen Beispiel also 1 Sekunde) hat. Sie wird einmal in mit jeder der Trägerwellen /1, /2, /3 der vom Haupt-

jeder Sekunde durch den Nulldurchgang des sekun- sender kommenden Impulse mit den vom sekundären dären Taktgebers 106 ausgelöst, d. h. im Augenblick 5 Taktgeber 106 erzeugten Schwingungen der gleichen

der Koinzidenz der Nulldurchgänge aller von diesem Frequenzen durch Ausnutzung der Phasenbeziehungen

Taktgeber erzeugten Spannungen. Man beobachtet der ausgestrahlten und empfangenen Wellen durch-

auf dem Oszillograph ein zusammengesetztes Signal, geführt. Zu diesem Zweck wird stets der Oszillograph

welches den verschiedenen vom Empfänger empfange- verwendet, dem man nun horizontal die Cosinuswerte ilen Impulsen /4 entspricht. Dann wird von Hand auf to und vertikal die Sinuswerte des Winkels zuführt,

den sekundären Taktgeber 106 eingewirkt, beispiels- welcher dem Phasenunterschied der zwei verglichenen

weise mittels der an Hand von F i g. 4 beschriebenen Schwingungen entspricht. Man beobachtet auf dem

Anordnung, bis das beobachtete Signal möglichst nahe Oszillograph eine radiale Gerade, deren Winkel zu der

an den Beginn der Ablenkung gebracht ist. Diese Horizontalen den betreffenden Winkel darstellt. Die Einstellung wird dadurch verfeinert, daß die Ablenk- 15 Sinus- und Cosinuswerte werden von dem Diskrimi-

geschwindigkeit (auf V₁₀ und dann auf Vioo Sekunde) nator 115 erzeugt, der in geeigneter Weise von der

vergrößert wird, wobei der Augenblick der Auslösung Hilfsempfangsschaltung über die zur Durchführung

stets der gleiche bleibt. Bei der Ablenkgeschwindigkeit der Synchronisation dienenden Umschalteinrichtungen

von Vioo Sekunde wirkt man auf den sekundären gespeist wird.

Taktgeber 106 so ein, daß der Beginn des empfangenen 20 Man beginnt mit der Frequenz /1; wenn der

Signals in eine bestimmte Lage gebracht wird. Diese Umschalter des Empfängers in der Stellung für die

Einstellung kann vorzugsweise dadurch noch genauer Frequenz /1 steht, wirkt man auf den sekundären

gemacht werden, daß größenordnungsmäßig die Taktgeber 106 so ein, daß die Gerade nach rechts in die

geschätzte Entfernung zwischen dem Empfänger und Horizontale gebracht wird.

dem nächsten Sender berücksichtigt wird, wobei diese 35 Ferner wirkt man über geeignete Einrichtungen auf

Größenordnung die betreffende Lage bestimmt. die Geschwindigkeit des Phasenschiebers 102 so ein,

Wenn dieser Vorgang beendet ist, befindet sich der daß die Abtrift kompensiert wird, die sich aus der

sekundäre Taktgeber 106 in annähernder Synchroni- relativen Bewegung des Fahrzeugs in bezug auf den

sation mit dem primären Taktgeber des Senders bis auf Hauptsender während der Einstellvorgänge ergibt, und

einige Millisekunden. Man hat somit die Möglichkeit, 3° daß diese radiale Gerade in horizontaler Lage gehalten

jede Vioo Sekunde des Sendezyklus zu unterscheiden Wird. Das gleiche wird anschließend für die Frequen-

und dadurch die Signale zu identifizieren, welche von zen /2 und /3 vorgenommen, indem man den Um-

dem Hauptsender kommen, dem der sekundäre Takt- schalter nacheinander in die Stellung für die Fre-

geber 106 entspricht. Deshalb wird dieser Vorgang als quenz /2 und für die Frequenz /3 bringt.

Signalidentifizierung bezeichnet. 35 Wenn dieser Vorgang beendet ist, befindet sich der

Für die zweite Stufe wird der Umschalter des sekundäre Taktgeber 106 in strenger relativer Synchro-Empfängers in die Stellung gebracht, in welcher die nisation mit dem primären Taktgeber des Haupt-Frequenz /1 empfangen wird, und die Ablenkung, die Senders; man kann dann diesen sekundären Taktgeber noch auf die Geschwindigkeit Vioo Sekunde eingestellt in den normalen Betrieb unter der Steuerung durch die ist, wird durch das Signal ausgelöst, welches aus der 40 empfangenen Impulse nehmen. Schaltung 61 des zu dem sekundären Taktgeber 106 Man verfährt in gleicher Weise für die sekundären gehörenden Programmsteuerwerks 109 kommt. Dabei Taktgeber 107 und 108 des Empfängers, ist der Rang des Hauptsenders, d. h. die Ordnungszahl Für die zweite Phase der Herstellung der absoluten der seiner Sendung zugeordneten Vioo Sekunde (in Synchronisation des primären Taktgebers geht man dem zuvor beschriebenen Beispiel 02) mittels der 45 gleichermaßen in zwei Stufen vor: Klemmen eingestellt, an welche die Leiter 56 und 58 _lw Angenäherte Einstellung der Synchronisation; angeschlossen sind. . _. „ , „ ,

Manlegtanden Oszillograph die Ausgangsspannung ²" vollständige Einstellung der Synchronisation.

der Hilfsempfangsschaltung und vergewissert sich, daß Die erste Stufe ist der zuvor für die sekundären

man auf dem Oszillograph ein Signal beobachtet, das 50 Taktgeber erläuterten Signalidentifizierungsstufe gleich;

dem Empfang des vom Hauptsender kommenden sie führt dazu, daß der primäre Taktgeber 105 des

Impulses der Frequenz /1 entspricht. Durch Ein- Empfängers bis auf einige Millisekunden in Synchroni-

wirkung auf den sekundären Taktgeber 106 wird dieses sation mit den primären Taktgebern der Sender

Signal in die Nähe des Ablenkbeginns gebracht. gebracht wird (angenäherte Synchronisation).

Dann wird das beobachtete Bild durch Vergrößerung 55 Für die zweite Stufe verwendet man die Informa-

der Ablenkgeschwindigkeit (V1000 Sekunde) gedehnt tionen, welche von den Leseeinrichtungen 130,131,132

und dem Eingangssignal des Oszillographen das von geliefert werden; da die Orte der verschiedenen Sender

der Schaltung 59 erzeugte Signal überlagert. Dieses bekannt sind, müssen diese drei Informationen

Signal ergibt auf dem Oszillograph eine Marke (in der kohärent sein. Man wirkt deshalb auf den primären

Nähe der Mitte), und durch Einwirkung auf den 60 Taktgeber 105 so ein, daß diese Kohärenz erhalten

sekundären Taktgeber 106 wird der Beginn des wird.

empfangenen Impulses in Koinzidenz mit dieser Wenn dieser Vorgang durchgeführt ist, befindet sich

Marke gebracht. der primäre Taktgeber des Empfängers in absoluter

Diese Einstellung kann durch weitere Dehnung des Synchronisation mit den primären Taktgebern der

Bildes noch verfeinert werden; dann befindet sich der 65 Sender, und der Empfänger kann dann in den normalen

sekundäre Taktgeber 106 in relativer Synchronisation Betrieb genommen werden.

mit dem primären Taktgeber des Hauptsenders bis auf Die Herstellung der Synchronisation des Empfängers

einige Mikrosekunden. ist dann beendet; er ist dann betriebsbereit.

Aus wirtschaftlichen Erwägungen und insbesondere zur Verringerung der ausgestrahlten Frequenzen kann es natürlich vorteilhaft sein, als Identifizierungsfrequenz /4 eine der Frequenzen /1, /2 oder /3 zu verwenden; das Vorgehen zur Herstellung der Synchronisation des Empfängers bleibt dann im wesentlichen das gleiche wie in der vorstehenden Beschreibung. Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von primären und sekundären Taktgebern, die von einem sehr stabilen Oszillator gesteuert werden, insbesondere im Empfänger, wird nachstehend erläutert.

Zum Verständnis dieses Vorteils sei angenommen, daß nach der Erzielung des synchronen Ganges der verschiedenen Taktgeber des Empfängers aus irgendeinem Grund eine der drei Sendungen nicht mehr empfangen wird; die sich daraus ergebenden Folgen sollen in zwei verschiedenen Fällen verglichen werden. Erster Fall:

Der Empfänger ist in üblicher Weise, also nicht nach der Erfindung, aufgebaut und mißt nur die Entfernungsdifferenzen.
Zweiter Fall:

Der Empfänger ist gemäß der Erfindung aufgebaut und mißt die Entfernungen.
Unter diesen Bedingungen liefert bekanntlich der as Empfänger im ersten Fall nurmehr eine einzige Angabe, die zur Bestimmung des Ortes des Fahrzeugs nicht ausreicht. Dies hat zur Folge, daß der Benutzer beispielsweise dazu gezwungen ist, diese Angabe durch Schätzwerte zu ergänzen, so daß der so ermittelte Ort des Fahrzeugs mit einem Fehler behaftet ist, welcher der Abtrift des Fahrzeugs proportional ist (Kursfehler, Abtrift infolge Wind oder Strömung usw.) und der proportional zu der Dauer des Ausfalls wächst.

Im zweiten Fall ist leicht zu erkennen, daß der Empfänger nicht mehr die Möglichkeit hat, die restliche Auswanderung seines Oszillators zu korrigieren; er liefert jedoch weiterhin zwei Entfernungsangaben, die zur Definition des Ortes des Fahrzeugs ausreichend sind, die jedoch beide mit dem gleichen Fehler behaftet sind, welcher der Auswanderung des Oszillators proportional ist und mit der Dauer des Ausfalls wächst.

Es ist unmittelbar zu erkennen, daß im zweiten Fall einerseits keine Verminderung der Zahl der Informationen gegenüber dem ersten Fall eintritt, weil es stets möglich ist, die Differenz der Entfernungen mit der gleichen Genauigkeit zu erhalten;

der durch die Auswanderung des Oszillators auftretende Fehler in der Praxis kleiner als der durch die Schätzung entstehende Fehler ist.
Praktisch ist das Verhältnis der Fehler im ersten und im zweiten Fall gleich dem Verhältnis der Auswanderungen; nun liegt bekanntlich die Auswanderung eines Quarzes hoher Güte in der Größenordnung von 10~⁹, was einer Abtrift um 30 cm pro Sekunde entspricht; dieser Wert liegt beträchtlich unter den Größenordnungen, welche im allgemeinen für die Abtrift eines Fahrzeugs unter dem Einfluß von verschiedenen Ursachen, wie Wind, Strömung usw., zugestanden werden.

Wenn ferner der Empfänger nur noch die Sendungen eines einzigen Senders empfängt, kann er offensichtlich im ersten Fall keine Anzeige mehr liefern, während im zweiten Fall, also mit einem nach der Erfindung ausgebildeten Empfänger, noch eine Information über eine radiale Entfernung erhalten wird, die mit einem Fehler behaftet ist, welcher der Auswanderung des Quarzes proportional ist, also unter den Fehlern liegt, welche bei den herkömmlichen Verfahren zur Schätzung des Ortes des Fahrzeugs auftreten.

Falls aus irgendeinem Grund ein Tochtersender die Sendungen des Hauptsenders nicht mehr empfängt, welche dazu dienen, seinen primären Taktgeber in absoluter Synchronisation mit dem primären Taktgeber des Hauptsenders zu halten, beginnt der primäre Taktgeber des Tochtersenders auszuwandern, und die Bedingung der absoluten Synchronisation aller Sender ist nicht mehr erfüllt. Dieser Nachteil kann praktisch durch Verwendung einer abgeänderten Ausführungsform des zuvor beschriebenen Systems beseitigt werden. Diese Ausführungsform beruht im wesentlichen auf der Verwendung von völlig gleichen Sendern, von denen jeder mit zwei oder mehr benachbarten Sendern in Synchronisation gehalten wird. Zu diesem Zweck enthält jeder Sender einen primären Taktgeber und mehrere sekundäre Taktgeber, und diese sekundären Taktgeber werden in relative Synchronisation mit den primären Taktgebern der benachbarten Sender gebracht. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 würde dies also bedeuten, daß der Sender ein Organ enthält, welches zwei oder mehr Diskriminatoren 87 äquivalent ist und den Mittelwert der Ausgangsspannungen dieser Diskriminatoren bildet, der dann mit den entsprechenden Zeitkonstanten dem Phasenschieber 71 zugeführt wird.

In der Praxis bedeutet dies, daß die hochstabilisierte Frequenz, welche die verschiedenen Taktgeber der Sender steuert, dem Mittelwert der von den Oszillatoren der verschiedenen Sender gelieferten Frequenzen entspricht.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform besteht in folgendem:

Wenn aus irgendeinem Grund die Sendungen eines oder mehrerer Sender von den anderen Sendern nicht mehr empfangen werden, bleiben die primären Taktgeber dieser Sender in absoluter Synchronisation.

Es ist zu bemerken, daß diese Ausführungsform hinsichtlich des Empfangs und der Herstellung der Synchronisation, wie sie zuvor beschrieben wurde, keine Abänderung erfordert.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Phasenvergleichs-Funknavigationssystem zur Ortsbestimmung eines beweglichen Empfängers durch Messung der Entfernungen zu mehreren ortsfesten, gleichphasig angesteuerten, jedoch zeitgestaffelt arbeitenden Funksendern, bei welchem jeder Empfänger einen primären Taktgeber enthält, der eine mit den von den Sendern erzeugten Schwingungen absolut gleichphasige Bezugsschwingung erzeugt, sowie für jeden Sender einen eigenen sekundären Taktgeber enthält, welcher eine Schwingung erzeugt, die mit der von dem betreffenden Sender stammenden, am Meßort empfangenen Welle relativ gleichphasig ist, und bei welchem der Empfänger ferner Phasenvergleichsschaltungen enthält, von denen jede durch Feststellung der Phasendifferenz zwischen der Bezugsschwingung und der von einem der sekundären Taktgeber abgegebenen Schwingung ein die Entfernung zu dem betreffenden Sender und damit eine Standlinie des Empfängers kennzeichnendes Ausgangssignal

: 809 619/188

erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein von wenigstens drei Funksendern der primäre Taktgeber (105) mit einer Phasenregeleinrichtung (101) versehen ist und an die Ausgänge der Phasenvergleichsschaltungen (130, 131, 132) ein Rechenwerk (133) angeschlossen ist, das aus den Ausgangssignalen der Phasenvergleichsschaltungen ein Fehlersignal ableitet, das auf die Phasenregeleinrichtung (101) im Sinne einer Beseitigung der Unterschiede der Standlinien-Schnittpunkte einwirkt.

2. Phasenvergleichs-Funknavigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem sekundären Taktgeber (106, 107, 108) eine steuerbare Anordnung (102, 103, 104) zur Aufrechterhaltung einer Gangdifferenz gegenüber dem primären Taktgeber (105) zugeordnet ist und daß jedem sekundären Taktgeber (106, 107, 108) eine Vergleichsanordnung (115, 116, 117) zugeordnet ist, welche die von dem sekundären Taktgeber abgegebene Schwingung mit der von dem zugeordneten Sender kommenden Schwingung vergleicht und beim Auftreten einer Phasenverschiebung ein Fehlersignal abgibt, das durch Einwirkung auf die steuerbare Anordnung (102, 103, 104) die Gangdifferenz verändert, bis das Fehlersignal verschwindet.

3. Phasenvergleichs-Funknavigationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Taktgeber (105, 106, 107, 108) jedes Empfängers von einem gemeinsamen frequenzstabilen Hauptoszillator (100) über jeweils einen eigenen steuerbaren Phasenschieber (101,102,103,104) gesteuert sind.

4. Phasenvergleichs-Funknavigationssystem nach Anspruch 3, bei welchem jeder Funksender mehrere verschiedene Frequenzen aussendet, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Taktgeber (105, 106, 107, 108) mehrere Hilf soszillatoren (12, 17, 22) enthält, welche von dem gemeinsamen Hauptoszillator (2) gesteuert werden und jeweils eine der Sendefrequenzen erzeugen, daß Regeleinrichtungen (15, 16, 20, 21, 24, 25) vorgesehen sind, welche eine bestimmte Phasenlage der erzeugten Frequenzen erzwingen, und daß jeder Taktgeber Frequenzteiler (26, 27, 28) enthält, an welchen niedrigere Hilfsfrequenzen abnehmbar sind, die in vorgegebenen Phasenbeziehungen zu den Trägerfrequenzen stehen.

5. Phasenvergleichs-Funknavigationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Hilfsoszillator (12, 17, 22) eine Steuereinrichtung (16, 21, 25) zugeordnet ist, mit welcher der Gang des Hilfsoszillators von Hand jeweils um einen ganzen Zyklus in der einen oder anderen Richtung verstellbar ist.

6. Phasenvergleichs-Funknavigationssystem nach Anspruch4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem sekundären Taktgeber (106, 107, 108) ein Umschalter (112, 113, 114) nachgeschaltet ist, mit welchem die vom Taktgeber abgegebenen Frequenzen der Reihe nach dem einen Eingang der zugeordneten Vergleichsanordnung (115, 116, 117) zugeführt werden, und daß jedem sekundären Taktgeber ein Programmsteuerwerk (109,110,111) zugeordnet ist, das von den Hilfsfrequenzen gesteuert wird und den Umschalter betätigt sowie die Vergleichsanordnung öffnet.

7. Phasenvergleichs-Funknavigationssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungszeit der Vergleichsanordnung (115, 116, 117) auf den Anfangsteil jedes empfangenen Impulses beschränkt ist.

8. Phasenvergjeichs-Funknavigationssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Empfangseinrichtung (119) Filter zur Trennung der Trägerfrequenzen sowie eine Umschalteinrichtung enthält, welche synchron mit dem Umschalter (112,113,114) jedes sekundären Taktgebers (106,107,108) von dessen Programmsteuerwerk (109, 110, 111) betätigt wird und die Ausgangsspannungen der Filter der Reihe nach einem gemeinsamen Ausgang zuführt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 904197;

deutsche Patentanmeldung ρ 46619/VIIIaD
kanntgemacht am 22.2.1951);

britische Patentschrift Nr. 765 573;

The Engineer, 204 (1957), 5309 (25. Oktober), S. 597 und 598.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1255156.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

809 619/188 9.68 Q Bundetdruckerei Berlin