-
"Verfahren und Anordnung zur Ortung von Zielobjekten, insbesondere
von verschütteten Personen" Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Anordnung zur Ortung von Zielobjekten, welche mit einem ein Suchgerät beeinflussenden
Mittel ausgerüstet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vor allem zur Aufsuche
von Personen bestimmt, die z. B. bei Lawinen-oder Bergwerksunglücken, Erdbeben oder
Luftangriffen verschüttet worden sind.
-
Es ist bereits ein Suchgerät bekannt, das aus einem empfindlichen
Feldstärkemeßgerät besteht, mit dessen Hilfe zur Ortung Verschütteter, die einen
Permanentmagneten bei sich tragen müssen, das zeitlich konstante Magnetfeld des
Permanentmagneten festgestellt und ausgemessen werden kann. Die Reichweite eines
solchen Gerätes ist
jedoch auf wenige Meter beschränkt. Weiterhin
ist dieses Gerõt insofern besonders nachteilig, als es alle magnetisierten Eisenteile
ortet und somit den Permanentmagneten der gesuchten Personen nicht von magnetisierten
Eisenteilen unterscheidet. Die Verwendung g eines solchen Gerätes beim Suchen von
in Häuserruinen und unter Tage verschütteter bzw. eingeschlossener Personen ist
wegen der in diesen Fõllen vorhandenen größeren Eisenmassen praktisch unmöglich.
-
Daneben sind mit magnetischen Feldern arbeiten-de Geräte zum Auffinden
metallischer Gegenstande, z. B. von in Holzstämme eingetriebenen Nägeln o. dgl.,
bekannt. Aus den oben erwähnten Gründen eignen sich diese Geräte gleichfalls nicht
zum Auffinden von Verschütteten.
-
Weiterhin ist bei Signalanlagen der Eisenbahn die Anwendung der sogenannten
Induktionssicherung bekannt.
-
Bei derartigen Induktionssicherungen sind Resonanzkreise zwischen
den Schienen in der Nahe der Eisenbahnsignale angeordnet und je nach Signalstellung
ein-oder ausgeschaltet. Die Lokomotive ist mit einem Alarmgerät mit einer Antennenspule
ausgestattet. Uberfährt sie ein Haltesignal, so entzieht der in diesem Fall eingeschaltete
Schwingkreis der Antennenspule kurzzeitig Energie, wodurch das Alarmgerät ausgelost
wird.
-
Auch bei Geräten zur Messung von Resonanzfrequenzen ist es nicht mehr
neu, eine als magnetische Antenne wirkende Spule an das Meßobjekt induktiv anzukoppeln
und durch Verstimmung eines Schwingkreises die MeBfrequenz auf die Resonanzfrequenz
abzustimmen. Bei Ubereinstimmung vonHeß-und Resonanzfrequenz wird dem Meßgerät Energie
entzogen,
wobei der hierdurch verursachte Rückgang der Spannung zur Anzeige gebracht wird.
-
Das Verfahren nach der Erfindung hat mit diesen beiden bekannten Methoden
die aus der Kopplung von zwei Resonanzkreisen resultierende Wechselwirkung gemeinsam,
wie sie übrigens bei jedem zweikreisigen Bandfilter im Prinzip vorhanden ist, jedoch
bisher zur Ortung von Zielobjekten noch nicht ausgenutzt wurde.
-
Es wurde bisher lediglich ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem
mittels eines getasteten Benders über eine Antenne elektromagnetische Schwingungen
ausgestrahlt werden und das Zielobjekt mit einem auf die Frequenz des Benders abgestimmten
Schwingkreis ausgestattet ist.
-
Zur Zielsuche werden die vom Resonanzkreis erzeugten sekundaren und
bei abgeschaltetem Sender abklingenden Eigenschwingungen ausgenutzt.
-
Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muS das Zielobjekt mit einem
auf die Mittenfrequenz eines Senders abgestimmten Resonanzkreis ausgestattet sein.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich jedoch von des bereits
vorgeschlagenen dadurch, daß im Ortungsgebiet periodisch frequenzmodulierte elektromagnetische
Schwingungen mittels eines Oszillators über eine vorzugsweise magaetische Antennenanordnung
abgestrahlt werden.
-
Dieser Antennenanordnung wird bei Erreichen der Mittenfrequenz
impulsartig
Energie entzogen, wenn sich im Ortungsgebiet ein mit einem Resonanzkreis versehenes
Zielobjekt befindet, wobei die impulsformige Amplitudenmodulation der Oszillatorschwingung
ein Signal zur Anzeige auslöst.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet vorteilhafterweise außerdem
die Ermittlung der ungefähren Entfernung des Zielobjektes, wenn der Modulationsgrad
der bei Vorhandensein eines Zielobjektes amplitudenmodulierten Oszillatorschwingung
bestimmt wird.
-
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem das
Zielobjekt mit einem auf die Mittenfrequenz des Senderoszillators abgestimmten Schwingkreis
ausgestattet sein muß, ist ein periodisch frequenzmodulierter Hochfrequenzoszillator
erforderlich, dessen Energie über einen als Sonde ausgebildeten Schwingkreis abgestrahlt
werden kann. Entsprechend dem erfindungsgemäBen Verfahren wird die Erregungsschwingung
der Antenne des Suchgerätes mit einem bestimmten Wobbelhub und einer bestimmten
Wobbelfrequenz frequenzmoduliert.
-
Diese spezifische Wobbelung erlaubt einerseits die eindeutige Unterscheidung
zwischen selektiven und nicht selektiven Zielobjekten und gewahrleistet andererseits
Me volle Funktion des Suchgerätes für den Fall, daß sich der Resonanzkreis des selektiven
Zielobjektes innerhalb gewisser Grenzen verstimmt.
-
In weiterer Fortbildung des erfindungsgemaBen Verfahrens wird die
Resonanzfrequenz des Antennenschwingungskreises
des Suchgerätes
synchron mit der Frequenz der Erregungsschwingung gewobbelt. Zu diesem Zweck ist
der Antenneschwingungskreis zugleich als Oszillatorschwingkreis ausgebildet.
-
Zur Erzielung einer großen Reichweite soll der Oszillator schwach
rückgekoppelt sein, damit schon der geringste Energieentzug eine ausreichende Xnderung
der Oszillatorspannung hervorruft. Eine weitere Verbesserung wird erzielt, wenn
die Richtgleichspannung des Oszillators, welche die Amplitudenstabilisierung bewirkt,
eine gegen die Modulationsperiode große Zeitkonstante aufweist.
-
Der Oszillator verhält sich dann gegen den beim Merstreichen des Resonanzbereiches
des selektiven Zielobjektes impulsartigen Energieentzug wie ein ungedämpfter Schwingkreis.
Ihm wird so kurzzeitig Energie entzogen, daß eine Nachregelung in der kurzen Zeit
nicht möglich ist. Hierdurch wirkt sich der kurzzeitige Energieentzug besonders
stark auf die Oszillatoramplitude aus, was zu einer relativ kräftigen Modulation
fuhrt.
-
Der zeitliche Mittelwert der Oszillatorspannung muß dagegen bei geeignetem
mittleren Rückkopplungsfaktor gut stabilisiert sein, damit der impulsartige Energieentzug
durch eine nahezu gleichmäßige Nachlieferung der Schwingungsenergie innerhalb von
Zeitintervallen, welche grogs gegen die Zeitkonstante der Richtgleichspannung sind,
ausgeglichen wird.
-
In Weiterbildung der Erfindung wird ferner eine besonders geeignete
Oszillatorschaltung angegeben, die sich von den bekannten Oszillatorschaltungen
dadurch unterscheidet, da8 die Verstärkerschaltung
von der Amplitudenstabilisierungsschaltung
unabhängig ist. Diese Schaltung besitzt bei geeigneter Bemessung ihrer Zeitkonstante
einen derart großen Stabilisierungsbereich, daß der Oszillator trotz schwacher Rückkopplung
auch bei unmittelbarer, während des Suchvorganges möglicher, Annäherung an metallene,
insbesondere dämpfende Körper stabil durchschwingt.
-
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Schaltungsanordnung,
insbesondere deren Dimensionierungsregeln, sind nachstehend anhand eines in den
Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispieles erläutert. In diesen zeigen
: Fig. 1 die Anordnung des Antennen-und des Empfängerschwingkreises, Fig. 2 die
Antennenspannung IL in Abhängigkeit von der gewobbelten Senderfrequenz bei Vorhandensein
eines Zielobjektes, Fig. 3 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Suchgerätes
und d Fig. 4a und 4b mechanische Ausführung von Schwingkreisen, die nach Art von
Erkennungsmarken von den zu suchenden Personen zu tragen sind.
-
Das Blockschema eines erfindungsgemäßen, besonders einfach aufgebauten
Suchgerätes ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt. Seine magnetische Antenne
1 wird von dem Oszillator 2 gespeist, dessen Frequenz mittels einer sehr niederfrequenten,
vom Generator 3 erzeugten Modulationsschwingung fm frequenzmoduliert wird. Bei
geeignetem
Frequenzhub H und ~bereinstimmung der mittleren Oszillatorfrequenz 1 mit der Resonanzfrequenz
f des am Zielobjekt angebrachten Schwingkreises wird beim Uberstreichen der Frequenz
f2 infolge Energieentzuges aus der Antenne 1 durch den Resonanzkreis L2 C2 des Zielobjektes
(vgl. auch Fig. 1) die Antennenspannung g U1 negativ amplitudenmoduliert, wie mit
dem Diagramm in Fig. 2 veranschaulicht ist. Durch Demodulation dieser Antennenspannung
mittels des D emodulators 4 gewinnt man das für die Existenz eines selektiven Zielobjektes
charakteristische Signal, welches mit dem Signalerstärker 5 verstarkt und durch
geeignete Bandpässe auf * einen nachfolgend angegebenen Frequenzbereich f begrenzt
wird.
-
Der Generator 7 erzeugt eine niederfrequente, im Hörbarkeitsbereich
liegende Schwingung, die dem Tonmodulator 6 zugefuhrt wird. Der Tonmodulator 6,
welchem außerdem das verstärkte Signal zugeleitet wird, bildet aus dem tonlosen,
impulsförmigen Signal und der kontinuierlichen, tonfrequenten Schwingung des Generators
7 impulsförmig modulierte tonfrequente Schwingungen, welche mit dem Lautsprecher
8 hörbar gemacht werden.
-
Die erfindungsgemäBe Anordnung arbeitet dann besonders vorteilhaft
und zuverlässig, wenn die nachstehend erörterten Dimensionierungsregeln berucksichtigt
werden. Auf die Wiedergabe der mathematischen Ableitung dieser Formel, die aus filtertheoretischen
Berechnungen, der Fourieranalyse des Signals nach Fig. 2 usw. ermittelt wurden,
ist aus Gründen der Ubersichtlichkeit verzichtet.
-
In den Formeln bedeuten : 9 Kreisgüte des Antennenschwingkreises L
f zeitlich veränderliche Frequenz des Senders F1 Windungsflõche der Antennenschwingkreisspule
L1 Q2 Kreisg³te des am Zielobjekt angebrachten Empfängerschwingkreises L2, C2 f2
Resonanzfrequenz des Empfängerschwingkreises L2, C2 F2 Windungsfläche der Empfangerschwingkreisspule
L2 a Abstand des Antennenschwingkreises vom Empfängerschwingkreis #u\u relative
Antennenspannungsõnderung H Frequenzhub der Modulationsfrequenz f Modulationsfrequenz
m * f Durchlaßbereich des Signalverstärkers 5 Der vom Schwingungskreis L2, C2 des
Zielobjektes auf die Antenne 1 des Suchgerätes ausgeübte Energieentzug erzeugt an
dieser eine relative Spannungsõnderung #u von der Größe : u
Die Frequenz 1 der Antennenschwingung sollte ausreichend langsam
den Resonanzbereich des Zielobjektes überstreichen, um innerhalb eines verglichenmlder
Einschwingzeit dieses Kreises genügend großen Zeitintervalls wirksam sein zu können.
Nur dann wird eine optimale Wechselwirkung zwischen dem Schwingkreis des Zielobjektes
und der Antenne des Suchgerätes und damit eine größtmögliche Reichweite erreicht.
-
Für den Wobbelhub (#H) ergibt sich dann folgende Bedingung :
Mit den weiteren erfindungsgemäßen Dimensionierungsregeln wird eine weitgehende
Störbefreiung für das neuartige Suchgerät erzielt. So können neben dem erwunschten
impulsartig modulierten NutzsignalA u folgende unerwunschte Störsignale auftreten
: a) Im Suchgerät können infolge der Frequenzmodulation der Oszillatorschwingung
amplitudenmodulierte Antennenschwingungen entstehen, welche sich überwiegend aus
der Modulationsgrundschwingung und ihren niedrigen Harmonischen (etwa bis zur 8ten
Harmonischen) zusammensetzen und die nach der Demodulation zum Signalverstärker
gelangende Störsignale erzeugen. b) Über die Antenne können von außen sowohl breitbandige
Störsignale (wie z. B. atmosphõrische St~rungen, Zündfunkenstörungen, Rauachstorungen)
als auch schmalbandige, von Nachrichtensendern erzeugte Störsignale
zum
Signalverstärker gelangen, die das Auffinden der selektiven Zielobjekte beeinträchtigen.
-
Zur Unterdrückung dieser Störsignale können in Weiterbildung der Erfindung
folgende Maßnahmen getroffen werden : 1. Als Resonanzfrequenz des am selektiven
Zielobjekt vorgesehenen Schwingkreises wird eine Frequenz gewählt, die in einem
von kommerziellen Nachrichtensendern nicht benützten Frequenzbereich, z. B. im Längstwellenbereich
(f2 < 150 kHz) oder im Bereich zwischen Mittel-und Langwelle (350 kHz<f2<550
kHz) oder im Bereich zwischen Mittel-und Kurzwelle (1, 6 MHz < f2 <6 MHz)
liegt.
-
2. Das demodulierte Signal wird im Empfänger des Suchgerätes derart
selektiv verstärkt, daß die unter a) genannten Störsignale unterhalb der 10. Harmonischen
der Modulationsfrequenz fm unterdrückt werden. Durch geeignete schaltungstechnische
Maßnahmen am Oszillator wird die unerwünschte Amplitudenmodulation möglichst gering
gehalten.
-
3. Die obere Frequenzgrenze des selektiven Bereiches wird aus der
Fourierzerlegung des Nutzsignals gewonnen. Die Fourierzerlegung mit der reziproken
doppelten Modulationsfrequenz(1\2fm)als Grundperiode führt zu der Erkenntnis, da#
im Modulationsspektrum dieses Nutzsignals bei Frequenzen mit Indices um nm 1, 6.H'
f2 ein breites, ausgeprägtes Maximum existiert. Es
genügt daher,
den durch die nachfolgende Formel abgegrenzten, für das Nutzsignal besonders charakteristischen
Frequenzbereich
selektiv zu verstärken und alle Frequenzen außerhalb dieses Bereiches zu unterdrücken.
Hierdurch werden breitbandige Störungen erheblich reduziert.
-
Zusammenfassend ergeben sich bei vorgegebener Resonanzfrequenz f2
und Kreisgüte Q2 des Schwingungskreises des selektiven Zielobjektes für den Wobbelhub
H, die Wobbelmodulationsfrequenz fm und den t Durchlaßbereich f des Signalverstärkers
folgende Dimensionierungsformeln :
Bei Einhaltung dieser Formeln ist eine optimale Funktion des 8uchgerätes
gewährleistet.
-
Mit den Fig. 4a und 4b sind zwei Resonanzkreise L2 C2 in ihrem mechanischen
Aufbau veranschaulicht, die von gefährdeten Personen nach Art von Erkennungsmarken
zu tragen sind, so daß sie im Notfall mittels des erfindungsgemäBen Verfahrens aufgefunden
werden können. Hierbei kann die Spule als Rahmenspule mit möglichst gro$#er Windungsfläche
ausgeführt sein, die eine genügende Reichweite ermöglicht. Als Kondensator eignet
sich ein Wickelkondensator mit Kunststoff-Dielektrikum.
-
Die beiden dargestellten Schwingkreiselemente können zur Erhöhung
ihrer mechanischen und damit auch ihrer elektrischen Stabilität mit einem elektrisch
isolierenden schlagfesten Kunststoff ausgegossen sein, in dessen Außenfläche z.
B. der Name oder die Kennummer der betreffenden Person eingraviert sind. Eine weitere
Verbesserung der Kreisgüte und der magnetischen Kopplung kann durch Beimischung
von ferromagnetischen Substanzen für das Spuleninnere erreicht werden.