DE2035202A1 - Navigationssystem - Google Patents

Description

TELEDYNE, INC., 19OI Avenue of the Stars, Los Angeles,

' California 9ΟΟ67, U.S.A.

Navigationssystem

Die Erfindung bezieht sich auf Navigationssysteme und insbesondere auf hyperbolische Navigationssysteme mit Positionslinien gleicher Phasenlage, mit mindestens drei Übertragerstationen an bekannten, fest vorgegebenen Stellen, deren jede nacheinander ein Signal vorbestimmter Frequenz in einer vorbestimmten Zeitfolge überträgt, wobei das Navigationssystem eine bewegliche Station aufweist, deren Lage bestimmt werden soll, und wobei die bewegliche Station einen ersten Empfänger zur Aufnahme der Signale aufnimmt, die von den Übertragungsstationen gesendet werden. Somit bezieht sich die Erfindung im besonderen auf ein verbessertes Omega-Navigationssystem, das die bei bekannten Omega-Navigationssystemen auftretenden Raumwellenprobleme löst,.

Es ist ein hyperbolisches Navigationssystem mit Positionslinien gleicher Phasenlage bekannt, das als Omega-Navigationssystem

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bezeichnet wird. Der Aufbau und die Arbeiteweise eines solchen Omega-Navigationssystemes sind in einem Aufsatz von E»R. Swanson und M. I*, Tibbals mit dem Titel "The Omega Navigation System" in Journal of the Institute of Navigation, Band 12* Nr. 1, Frühjahr 1965* beginnend mit Seite 24 und ferner in einem Aufsatz von M.T. Tibbals mit dem Titel "Omega Applications to On-Station Positioning" in Journal of the Institute of Navigation, Band 13, Nr. 2, Sommer 1966, beginnend auf Seite 134 beschrieben. In vollständigem Zustand enthält daa Omega-Navigationssystem acht Ubertragungsstationen, die über die Welt verteilt angeordnet sind, wobei jede dieser Stationen sehr genau phasengesteuerte, sehr niederfrequente Signale mit den Frequenzen 10,2 kHzj, 11,3 IcHz und 13#β kHz in einem vorbestimmten Signalformat sendet, das sich selbst alle zehn Sekunden wiederholt. Die spezielle Übertragungsstation, die zu einem gegebenen Zeitpunkt sendet, ist durch die Übertragungsllnge der jeweiligen Frequenz und der Folge der übertragung,, die von der jeweiligen Station gesendet wird, identifiziert«

Eine bewegliche Station, die Üblicherweise an Bord eines Schiffes angeordnet ist, weist einen Etapfanger auf, der auf ekie der oben erwähnten Frequenzen abgestimmt ist, wobei das 10,2 kHz Signal, das heutzutage au häufigsten verwendete ist, welches die Signale aufnimmt, die von den Übertragimgsstationen gesendet werden und welches eine Einrichtung zur Anzeige der Phasenlagen der Signale beim Bnpfeng aufweist» üblicherweise arbeitet die bewegliche Station nur in !bezug auf die drei ausgewählten Übertragungsstationen» Die bewegliehe Station-nimmt Signale auf, ■die von der ersten, ausgewählten Öbertragungsstation gesendet werden, zeigt die Phasenlage der so aufgenommenen Signale an und speichert diese Information«. Die beweglich© Station nimmt dann die Signale auf, die von der zweiten ausgewählten Ubertragungsstation gesendet werden, zeigt die- Phasenlage dieses Signales an und vergleicht die Phasenlage mit öer Phasenlage, die

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vorher von der ersten Übertragungsstation angezeigt wurde. Vergleicht man diese Phasenlagen, so ergibt sich die Lage der beweglichen Station längs einer ersten hyperbolischen Positionslinie gleicher Phasenlage in an sich bekannter Weise. In ähnlicher Weise nimmt dann die bewegliche Station Signale auf, die von der dritten ausgewählten Übertragungsstation gesendet werden, zeigt die Phasenlage dieser Signale an und vergleicht die Phasenlage mit der einer der beiden anderen Übertragungsstationen, die vorher aufgenommen und angezeigt wurden, wodurch eine Posi-. tionslinie in bezug auf die dritte Station und die andere der ausgewählten Übertragungsstationen erhalten wird. Der Schnittpunkt dieser beiden hyperbolischen Positionslinien ergibt dann die genaue Lage der beweglichen Station.

Seit der frühesten Verwendung im Jahre 1957 war ein wesentliches Problem bekannt, das bei der Verwendung eines Omega-Navigationssystemes auftritt. Dieses Problem ist der sogenannte "Raumwelleneffekt". Dieser Raumwelleneffekt wird durch die Änderungen verursacht, die auftreten, wenn HF-Signale aus dem Niederfrequenzbereich, der bei dem Onega-System verwendet wird, durch die Erdatmosphäre fortschreiten. Es 1st bekannt, daß die charakteristischen Eigenschaften des Fortschreitens sehr niederfrequenter Signale sich im Laufe des Tages ändern, und daß diese tageszeitliche Änderung selbst sich im Laufe des Jahres ändert. Aufgrund dieser Änderung nimmt eine feste Aufnahmestation Signale sich ändernder- Phasenlage von einer festen Übertragungsstation auf, die von der Aufnahmestation weit entfernt liegt. Somit ist es erforderlich, daß bei dem Omega-Navigationssystem, bei dem die Lageinformation eine Funktion der Phasenlage eines an einer

zu Stelle aufgenommenen Signales ist, Mittel/schaffen, um diese bekannten Fortschreiteffekte zu kompensieren, wenn das System nicht so ungenau werden soll, das es nutzlos ist.

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Es sind zwei Anordnungen vorgeschlagen worden, um diesen Raumwelleneffekt auszuschalten. In dem oben erwähnten Aufsatz "The Omega Navigation System" ist vorgeschlagen, den Raumwelleneffekt für jeden Punkt auf der Erde für jeden Tag des ganzen Jahres und für sich ändernde Zeiten über den Tag zu berechnen. Dann kann eine Ortungsstelle auf einem Schiff, die die Omega-Signale aufnimmt, auf diese Berechnungen abstellen und die notwendigen Korrekturen gegenüber den empfangenen Signalen zur Bestimmung seiner exakten Lage durchführen.

Il Der Nachteil einer derartigen Anordnung liegt auf der Hand. Einmal sind die Korrekturen nicht besser als die Berechnungen, die in sie eingeführt werden und es würden eine Reih-« von Schätzwerten und Kompromissen erforderlich sein, um solche Tabellen für so viele Veränderliche, wie dies in bezug auf Zeit und Ort der Fall ist, zu erzielen. Zum anderen ist an der Ortungsstelle ein Handbetrieb erforderlich, und dies nimmt viele Vorteile eines Funknavigationssystems.

Eine andere Anordnung zur Konipensierung der Raumwelleneinflüsse, die bereits vorgeschlagen worden ist,- besteht darin, dai eine lokale Heiaisstation an einer festen Stelle in der Mähe der beweglichen Station vorgesehen ist, die die von den Üfoertragungs-P Stationen übertragenen Signale aufnimmt, die Phasenlage der Signale mit ihrer korrekten Phasenlage vergleicht und dann eine .Korrektur überträgt, die allen beweglichen Stationen in der Nähe der Relaisstation anzeigt, Vielehe Korrekturen zum Kompensieren des Raumv/elleneffektes vorgenommen werden müssen« Diese Art eines Korrektursystems basiert auf der an sich richtigen Annahme, daß eier Raumwelleneffekt zwischen den Ubertragungsstationen und der Relaisstation/etwa gleich dem Raumwelleneffekt zwischen den Übertragungsstationen und den beweglichen Stationen > ist.

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Die Schwierigkeit bei dieser Art von Kompensationsanordnung besteht darin, daß eine weitere Einheit einer anderen Art von beweglicher Station zur Aufnahme der Kompensationsinformation erforderlich ist, und es ist wiederum ein Handbetrieb an der Navigationssteile erforderlich, um die notwendigen Korrekturen vorzunehmen.

Gemäß vorliegender Erfindung wird das vorbeschriebene Raumwelleneffektproblem bei Omega-Navigationssystemen dadurch gelöst, daß eine Relaisstation an einer festen Stelle vorgesehen ist. Die Relaisstation weist einen Empfänger zur Aufnahme der Signale auf, die von den Omega-Übertragungsstationen gesendet werden, sowie eine Anordnung zur Bestimmung der Phasenlagen der auf diese Weise aufgenommenen Signale. Die Relaisstation weist ferner einen Übertrager zum Senden eines Signales auf, das die Phasenlage der Signale anzeigt, die an der Relaisstation empfangen werden. Die bewegliche Station in dem erfindungsgemäßen Navi-. gationssystem ist mit einem ersten Empfänger zur Aufnahme der von den Omega-Übertragungsstationen in herkömmlicher Weise gesendeten Signale und mit einem zweiten'Empfänger zur Aufnahme der von der Relaisstation gesendeten Signale versehen. Ferner weist die bewegliche Station eine Einrichtung zur Bestimmung der Phasenlage der von dem ersten Empfänger aufgenommenen Signale relativ zu der Phasenlage der von dem zweiten Empfänger aufgenommenen Signale auf und bestimmt somit die Lage relativ zu den Omega-Übertragungsstationen unabhängig von dem Abstand von der Relaisstation.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von AusfUhrungsbeispielen erläutert. Es-zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema einer Ausführungsform der Erfindung,

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Flg. 2 ein Blockschema einer zweiten AusfUhrungsform der Erfindung,

Fig. 3 ein Blockschema der Relaisstation, die in den Figuren 1 und 2 verwendet wird,

Fig. 4 ein Blockschema einer AusfUhrungsform der beweglichen Station, die mit der Erfindung verwendet wird,

Fig. 5 ein Blockschema einer zweiten AusfUhrungsform der beweglichen Stc
wird, und

^m liehen Station, wie sie im Falle der Erfindung verwendet

Fig. 6 eine Einzelheit eines Teiles der beweglichen Station nach Fig. 5.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines hyperbolischen Navigationssystem mit Fositionslinien gleicher Phase gemäß vorliegender Erfindung dargestellt. Das System verwendet drei Übertragerstationen 10, 12 und 14, die als Stationen A, B und C bezeichnet sind und die Übertragerstationen an bekannten festen Stellen im Omega-Navigationssystem sind. Jede dieser Stationen sendet sehr niederfrequente Signale vorbestimmter Frequenzen und genau gesteuerter Phasenlage in einer vorbestimmten Zeitfolge, die sich selbst alle zehn Sekunden wiederholt. "

Nach vorliegender Erfindung ist eine Relaisstation 16 an einer festen Stelle vorgesehen, die In der Nähe einer beweglichen Station 18 liegt, deren Lage bestimmt werden soll. Vorzugsweise ist die Relaisstation 16 innerhalb von 100 Meilen der Lage der beweglichen Station 18 angeordnet, die in typischerweise 3000 bis 6000 Meilen von wenigstens zwei der übertragungsstationen 10, 12 und 14 entfernt sein kann.

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Die Relaisstation 16 weist einen Empfänger zur Aufnahme aller Signale auf, die von den Übertragungsstationen 10, 12 und 14 gesendet werden. Wie welter unten in Verbindung mit den weiteren Figuren im einzelnen erläutert, besitzt die Relaisstation 16 auch eine Vorrichtung zur Ableitung eines Phasenbezugssignales, dessen Phasenlage gleich der Phasenlage der Signale ist, die an der Relaisstation 16 aufgenommen werden, sowie eine Vorrichtung zur übertragung dieses Phasenbezugssignales zur beweglichen Station l8. Vorzugswelse wird das Phasenbezugssignal in belie- . biger Weise auf eine Trägerfrequenz höherer Frequenz moduliert als die Signale, die durch die Übertragungsstationen 10, 12 und 14 gesendet werden. Es hat sich als einwandfrei herausgestellt, das Phasenbezugssignal durch Einseitenbandmodulation auf eine Trägerfrequenz von 1750 kHz zu modulieren.

Die bewegliche Station 18 wird beispielsweise an Bord eines Schiffes aufgestellt, dessen Lage bestimmt werden soll. Diese bewegliche Station 18 weist eine Antenne 20 auf, die die Signale aufnimmt, welche von den tJöertragungestationen 10, 12 und 14 und durch die Relaisstation l6 ausgestrahlt werden und ist mit zwei Empfängern 22 und 24 verbunden. Der Empfänger 22 ist auf die Trägerfrequenz des Übertragers der Relaisstation 16 abgestimmt und weist eine entsprechende Demodulationseinrichtung zur Rückgewinnung des Phasenbesugssignales auf, das auf den · Träger des Übertragers der Relaisstation 16 moduliert war. Der Ausgang des Empfängers 22 ist nun das Phasenbezugssignal, dessen Phasenlage um einen Wert verschoben wird, der eine Funktion des Abstandes zwischen der Relaisstation 1-6 und der beweglichen Station 18 ist.

Der Empfänger 24, der auch den Ausgang der Antenne 20 aufnimmt, ist direkt auf die gewählte Frequenz, die durch dieÜbertragungsstationen 10, 12 und l4 abgestrahlt wird, abgestimmt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Empfänger 24 so abgestimmt,

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daß er die 10,2 kHz-Signale aufnimmt, welche von den Übertragungsstationen 10, 12 und 14 ausgestrahlt werden. Der Empfänger . 24 enthält auch eine Vorrichtung zur Ableitung eines Ausgangssignalesj dessen Phasenlage gleich derPhasenlage der Signale 1st, die an der beweglichen Station 18 aufgenommen werden, und dessen Frequenz gleich der Frequenz des Phasenbezugssignales ist, das an der Relaisstation 16 erzeugt wird, so daß das Ausgangssignal des Empfängers 24 direkt mit dem Ausgangssignal aus dem Empfänger 22 verglichen werden kann. Die Einrichtung zur Ableitung eines solchen Ausgangssignales aus dem Empfänger 24 ist im einzelnen in Verbindung mit der Beschreibung der anderen Figuren erläutert.

Der Ausgang aus jedem der Empfänger 22 und 24 wird dem Eingang eines entsprechenden synchronen Kommutators 26 und 28 aufgegeben, von denen jedes synchron mit dem aufeinanderfolgenden Format angetrieben wird, in welchem die Übertragungsstationen 10, 12 und 14 das Signal von 10,2 kHz übertragen. Die Ausgänge der Empfänger 22 und 24 sind über Abschnitte A der synchronen Kommutatoren 26 und 28 verbunden, wenn die Station 10 sendet, über die Abschnitte B der synchronen Kommutatoren 26 und 28, wenn die Station 12 sendet, und Über Abschnitte C der synchronen Kommutatoren 26 und 28, wenn die Station 14 sendet.

Drei Phaeenmeseer $0, 32 und 34 sind in der gezeigten Weise geschaltet! der Phasentnesser 30 ist dabei zwischen den Abschnitt A dee synchronen Kommutators 26 und den Abschnitt A des synchronen Kommutators 28 eingeschaltet, der Fhaeenmesser 32 zwischen den Abschnitt B des synchronen Kommutators 26 und den Abschnitt B des synchronen Kommutators 28, und der Phasenmeeser, 30 zwischen dem Abschnitt C des synchronen Kommutators 26 und den Abschnitt C des synchronen Kommutators 28. Die Phasenmeseer, 2C, 32 und 34 zeigen somit die relativen Fha'senlsgen der Signale im, die an _: der beweglichen Station 18 direkt iron den Uhertragungsfttationen Lo, 12 und 14 übertragen werden, tuid'4ie Phasenlagen der Signale,

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die von den gleichen Ubertragungsstationen aufgenommen werden, wie sie über die Relaisstation 16 mit Zwischensendern übertragen wird.

Nach vorliegender Erfindung werden der Einfluß des Abstandes zwischen der Relaisstation 16 und der beweglichen Station 18 und der Raumwelleneffekt dadurch aufgehoben» daß die Ablesung: der Phasenmesser 30 und 32 zur Erzielung einer ersten, hyperbolischen Positionslinie gleicher Phasenlage relativ zu den Übertragungsstationen 10 und 12, und die Ablesungen der. Phasnmesser:·; 32 und 34 zur Erzielung einer zweiten, hyperbolischen Λ Positionslinie gleicher Phasenlage relativ zu den Übertragungsstationen 12 und 14 verglichen wird. Nach der AusfUhrungsforn gemäß vorliegender Erfindung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, werden diese Vergleiche durch zwei Differentialauflöser 36 und 38 vorgenommen. Der Differentialauflöser 36 nimmt Welleneingange aus den Phasenmessern 30 und 32 auf und treibt elektrisch einen Phasenmesser 40 an, der die Differenz in den Ablesungen der Phasenmesser 30 und 32 zeigt. Da die Ablesung dieser beiden Phasenmesser 30 und 32 in gleichem Maie auf den Abstand zwischen: der Relaisstation l6 und der beweglichen Station l8 anspricht, hebt diese differentielle Ablesung diesen Paktor auf, und die Ablesung des Phasenmessers 40 ist keine Funktion des Abstandes zwischen der Relaisstation 16 und d«r beweglichen Station 18.. i

t -

Nimmt man an, daß der Raumwelleneffekt zwischen einer gegebenen Übertragungsstation und der Relaisstation l6 der gleich· ist wie zwischen der gleichen Übertragtinjgsstation und der beweglichen Station 18, 1st der Raumwelleneffektj auf die beiden Phasenmtsser 30, 32 gleich groß und der Phasenm»*s<ir 40, der die differential- * le Ablesung anzeigt, hebt diesen Faktor wiederum auf und ergibt eine Ablesung, die durch den Raurawellenefftkt nicht beeinflußt wird. Somit ergibt der Phaaenmeseer 40 ein· Ablesung, die ·1ηβ hyperbolische Positionalini· gleicher Phae« xwisohen d«n über¹* -tragungsst«tion*n 10 und 12 festlagt}, >

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In ähnlicher Welse ergibt der Phasenmesser 42, der die differentielle Ablesung zwischen den Phasenmessern J2 und 34 ergibt, eine Ablesung, aus der eine hyperbolische Positionslinie gleicher Phase zwischen den Ubertragungsstationen 12 und 14 abgeleitet werden kann, und die keine Funktion des Abstandes zwischen der Relaisstation 16 und der beweglichen Station 18 oder eine Punktion des Raumwelleneffektes zu diesen Zeltpunkt 1st.

An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, daß zwar die Ablesungen der Differentialphasenmesser 40 und 42 unabhängig von dem Abstand zwischen der Relaisstation 16 und der beweglichen Station 18 sind, dafi sie aber nicht unabhängig von der Lage der Relaisstation 16 sind. Während die Ablesungen direkt zur Erzielung einer relativen Lageinformation verwendet werden können, falls es erwünscht 1st, die normalen Omega-Überlappungskurven zur Erzielung einer absoluten Lag· zu verwenden, 1st es erforderlich, eine entsprechende Kompensation für die Lage der Relaisstation 16 vorzunehmen. Man hat festgestellt, dal der einfachste Weg hierfür der ist« eine Kompensation auf empirischem Wege vorzunehmen. Dies geschieht dadurch, dal eine geeignete Einstellung in einem der Phasenmesser in der beweglichen Station 18 oder in der Phasenlage des Phasenbezugssignales, wie es von dem übertrager in der Relaisstation 16 zu einem Zeitpunkt ausgestrahlt wird« zu dem die bewegliche Station einen bekannten Ort einnimmt» z.B. wenn das Schiff, das die bewegliche station aufnimmt, In einem bekannten Hafen liegt,ι βο daß die Phasenmesser 40 und 42 eine exakte Ablesung des; Ausganges für diesen Hafenort ergeben!. Somit sind alle Ablesungen hiernach absolute Ablesungen unabhängig von dem Ort der Relaisetation 16, von dem Abstand zwischen der Relaisstation 16 und; der beweglichen Station l8, und von dem Raumwelleneffekt zwischen den Übertragungsstationen 10* 12; und 14 und der beweglichen Station 18.

!MSPEOTED

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Pig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten AusfUhrungsform gemäß vorliegender Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird ein Differentialauflöser 44 als veränderlicher Phasenschieber verwendet, um den Phasenmesser 40 mit der differentiellen Ablesung zwischen den Phasenmessern 30 und 32 zu speisen. Der Phasenmesser 40 und der Differentlalauflöser 44 sind in der gezeigten Weise geschaltet, wobei der Differentialauflöser 44 einen Welleneingang aus dem Phasenmesser 32 aufnimmt. Der Phasenmesser 40 ergibt somit eine Ablesung, die gleich der Differenz der Ablesungen der Phaeenmesser JO und 32 ist, und es wird· somit eine hyperbolische Positionslinie gleicher Phasenlage in I bezug auf die Ubertragungsstationen 10 und 12 erhalten« Der Phasenmesser 42 und der Differentialauflöser 46 sind in ähnlicher Weise zwischen die Phasenmesser 32 und 34 eingeschaltet, damit eine hyperbolische Positionslinie gleicher Phasenlage zwischen den übertraguhgsstationen 12 und 14 erhalten wird.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Relaisstation l6 nach den Figuren 1 und 2. Die Station enthält eine Antenne 48 zur Aufnahme der Signale, die von den Ubertragungsstationen 10, 12 und 14 ausgestrahlt werden, und einen Empfänger 50, der auf die ausgewählte Frequenz abgestimmt ist, die von den Übertragungestationen 10, 12 und 14 ausgestrahlt wird. Beispielsweise let In der bevorzugten Ausführungsform der Empfänger 50 ao eingestellt, dafi ^: { er die 10,2 kHz Signale, die von den übertragung«stationen 10, 12 und 14 ausgestrahlt werden, empfängt. Die Relaisstation l6 weist auch einen lokalen Oszillator 52 auf, der ein Signal erzeugt, das dem vom Empfänger 50 aufgenommenen Signal überlagert wird, damit ein Phasenbezugeoignal erzeugt wird, dessen Phasen* lage eine Funktion der Phasenlage der Signale let, die von den Übertragungsstationen 10, 12 und 14 an der beweglichen Station 16 empfangen werden. Bei der bevorzugten AuefUhrungeform genäfi vorliegender Erfindung hat die Frequenz des lokalen Oszillators 52 den Wert 10,5 kH¥« dle_fwünn sie mit den aus den Übertragunge-

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Stationen 10, 12 und 14 aufgenommenen Signalen überlagert wird, ein Phasenbesugssignal mit einer Frequenz von 300 Hz ergibt und eine Phasenlage besitzt, die eine Punktion der Phasenlage der Signale ist, welche an der beweglichen Station 16 aufgenommen werden.

Die Phasenlage des lokalen Oszillators 5¹S wird durch eine herkömmliche Phasensperre 54 gesteuert, die die Phasenlage des lokalen Oszillators 52 zur Phasenlage einer der Übertragungsstationen 10, 12 und 14 sperrt. Beispielsweise kann der lokale Oszillator 52 willkürlich mit den Signalen phasengesperrt sein, die von der Übertragungsstation 14 ausgesendet werden.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des beweglichen Empfängers l8j sie gibt ferner an, wie die direkt aus den Übertragungsstationen 10, 12 und 14 empfangenen Signale in Signale umgewandelt werden, die direkt mit den aus der Relaisstation l6 empfangenen Signalen verglichen werden können. Die bewegliche Station 18 nach Fig. 4 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 insoferne, als die Empfänger 22 und 24 $weils mit ihren eigenen Antennen 62 und 60 versehen sind. Fig. 4 zeigt auch einen lokalen Oszillator 64 _f dessen Ausgang dem 10,2 kHz-Signal, das aus dem Empfänger 24 aufgenommen wird, überlagert ist. Die Frequenz des lokalen Oszillators 64 wird so gewählt, daß das Überlagerungssignal in der Frequenz gleich dem Phasenbezugssignal der Relaisstation 16 nach Fig. 3 ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Frequenz dieses lokalen Oszillators 64 wiederum 10,5 kHz, nämlich die gleiche Frequenz wie die Frequenz des lokalen Oszillators 52 der Relaisstation 16, und es ist eine herkömmliche Phasensperre 66 vorgesehen, um die Phasenlage des lokalen Oszillators 64 mit der gleichen Phasenlage der Übertragungsstationen zu sperren,, mit der .der lokale Oszillator 52 der Relaisstation 16 gesperrt ist. Heran der lokale Oszillator 52 mit der fffoertragungsstation 14 phasengesperrt 1st., ist auch der lokale Oszillator 6Ί üer &©w©gliehen

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Station 18 mit der Übertragungsstation 14 phasengesperrt.

Das Ausgangssignal des Empfängers 24 ist somit nunmehr ein Signal, dessen Frequenz und Phasenlage direkt mit dem Ausgangssignal aus dem Empfänger 22 verglichen werden kann, das das Phasenbezugssignal aus der Relaisstation 16 aufnimmt und demoduliert. Die Ausgangssignale der Empfänger 22 und 24 werden dann über synchrone Kommutatoren 26 und 28 Phasenmessern 30 und 32 aufgegeben, die über einen Differentialauslöser 36 eine Differentialphasenablesung zum Phasenmesser 40 ergeben, damit eine erste hyperbolische Positionslinie gleicher Phasenlage in | bezug auf die Übertragungsstationen 10 und 12 in der im einzelnen in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Weise erhalten wird. Auf ähnlichem Wege (Fig. 4 nicht gezeigt) werden die anderen Ausgänge aus den synchronen Kommutatoren 26 und 28 anderen Phasenmessern aufgegeben, damit eine zusätzliche hyperbolische Positionslinie gleicher Phasenlage in bezug auf ein anderes Paar von Übertragungsstationen 10, 12 und 14 erhalten wird.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren AusfUhrungsform des bewegliden Empfängers 18, die ganz ähnlich der AusfUhrungsform nach Fig. 4 ist, mit der Ausnahme, daß die Phasen- j messer 30 und 32 und der Differentialauflöser 36 durch elektronische Schaltungen ersetzt sind, die die gleichen Funktionen " durchführen, die von den Phasenmessern und dem Differentialauflöser durchgeführt wurden. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist ein Paar von abgeglichenen Mischehrichtungeni 70 und 72 zwischen die synchronen Kommutatoren 26 und 28 gfsohaltet. Diese abgeglichenen ! Mischeinrichtungen dienen als Phasensummierelnrichtungen, die ein Ausgangssignal besitzen, dessen Frequenz gleich der Summe ' der Freqwizen der Eingängssignale und dessen Phasenlage gleich der Summe der Phasenlagen der Eingangseignale 1st. Somit hat bei dieser Ausführungsform jede der abgeglichenen Mischeinrichtungen 70 und 72 ein Ausgangssignal von 600 Hfc und Phasenlagen

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gleich der Summe der Phasenlagen der Signale, die direkt von den Übertragungsstationen 10, 12 und 14 und von der Relaisstation l6 aufgenommen werden. Die Ausgangssignale aus den abgeglichenen Mischeinrichtungen 70 und 72 werden Phasenspeicherschaltungen 74 und 76 zugeführt, und der Phäsenmesser 40 ergibt wiederum eine Differentialablesung zwischen den Phasenspeicherschaltungen 74 und 76, damit die hyperbolische Positionslinie gleicher Phasenlage zwischen den Ubertragungsstationen 10 und 12 in der vorstehend in Verbindung mit Pig. I beschriebenen Weise erhalten wird. Bei dieser AusfUhrungsform können die Phasenspeicherschaltungen 74 und 76 auch andere Ausgänge aus zusätzlichen Einrichtungen, z.B. Rechnern oder Trägheitsnavigationssystemen aufnehmen, um die Lageinformation zwischen den zehn Sekunden betragenden Intervallen, zu denen die Ubertragungsstationen übertragen werden, aufzunehmen.

Fig. 6 zeigt Einzelheiten einer entsprechenden Phasenspeichersohaltung 74, wie sie im Blockschaltbild in Fig. 5 gezeigt ist. Die Phasenspeichersohaltung weist eine Eingangsstelle 82 auf, die das Eingangssignal aus der abgeglichenen Mischeinrichtung 70 aufnimmt, eine weitere Eingangsstelle 86, die die anderen Eingänge aufnimmt, z.B. von dem Rechner oder dem Trägheitsnavigationssystem, und eine Ausgangsstelle 100, die mit dem Phasenmesser 4o nach Flg. 5 verbunden ist.

Daa Kernelement der Phasenspeiehersehaltung 74 ist der spannungsgesteuerte Oszillator 96, der, wie weiter unten beschrieben wird, auf einer Phasenlage gehalten wird« die eine Funktion der Phasenlage des Signales 1st, das an die Eingangsstelle 82 gegeben wird, selbst wenn das Signal von der Eingangsstelle 82 entfernt worden 1st.

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aus Der Phasendetektor 80, eine Integratorschaltung, die/einem Verstärker 88, einem Widerstand 90 und einem Kondensator 94 besteht und eine Frequenzteilerschaltung 98 sind in der in Fig. 6 gezeigten Weise zusammengeschaltet. Der Ausgang der Frequenzteilerschaltung 98 ist mit dem Phasendetektor 80 und mit der Ausgangesteile 100 verbunden. Der spannungsgesteuerte Oszillator 96 weist eine freischwingende Frequenz auf, die ein Mehrfaches des 600 Hz-Signales ist, welches an die Eingangsstelle 82 gelegt wird, wenn die synchronen Kommutatoren 26 und 28 die geeigneten Stellungen zur Erregung dieses Teiles der bevieglichen Station einnehmen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der spannungsgesteuerte Oszillator 96 eine freischwingende Frequenz von I50 kHz auf, die durch die Frequenzteilerschaltung 98 auf 600 Hz herabgesetzt wird. Die Phasenlagen des Signales, das der Eingangsstelle 82 zugeführt wird und des Ausgangssignales der Frequenzteilerschaltung 98 werden im Phasendetektor 80 verglichen, und wenn eine Differenz in der Phasenlage dieser beiden Signale auftritt, wird ein Ausgangssignal durch den Phasendetektor in die Integratorschaltung eingespeist, deren Ausgang die Spannung ist, die den spannungsgesteuerten Oszillator 96 steuert. Wenn ein Ausgangssignal vorhanden ist, stellt dieses Ausgangssignal aus der Integratorschaltung die Phasenlage des spannungsgesteuerten Oszillators 96 ein, bis die Phasenlage des Ausgangssignales der Frequenzteilerschaltung 98 die gleiche ist wie die Phasenlage des Signales einer Eingangsstelle 82, wobei zu diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal des Phasendetektors 80 Null ist, und der spannungsgesteuerte Oszillator 96 schwingt weiter bei dieser Phasenlage und Frequenz, selbst wenn das Eingangssignal von der Eingangsstelle 82 entfernt ist. Ein Signal geeigneter Phasenlage wird somit an der Ausgangsstelle 100 aufrechterhalten, bis ein zusätzliches Eingangssignal in die Schaltung vorgesehen wird. Dieses zusätzliche Eingangssignal kann

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entweder durch synchrone Kommutatoren 26 und 28 bei ihrem nächsten Zyklus oder über die andere Eingangsstelle 86, die auch mit der Integratorschaltung über den Widerstand 92 verbunden ist, vorgesehen werden» um eine gewünschte auf den letzten Stand gebrachte Lageinformation während des zehn Sekunden dauernden Omega-Ubertragungszyklus zu erhalten.

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Claims (1)

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Patentansprüche;

1.) Hyperbolisches Navigationssystem mit Positionslinien gleicher Phasenlage, mit wenigstens drei übertragenen Stationen an bekannten, fest vorgegebenen Stellen, deren jede nacheinander ein Signal vorbestimmter Frequenz in einer vorbestimmten Zeitfolge überträgt, wobei das Navigationssystem eine bewegliohe Station aufweist, deren Lage bestimmt werden soll, und wobei die bewegliche Station einen ersten Empfänger zur Aufnahme der Signale aufnimmt, die von den Ubertragungsstationen gesendet werden, gekennzeichnet durch eine Relaisstation (16) an einer ortsfesten Stelle, die einen Empfänger (50) zur Aufnahme der von den Übertragungsstationen (10, 12, 14) gesendeten Signale aufnimmt, und einen übertrager (56) zum Senden eines Signales, das die Phasenlage der Signale anzeigt, wenn sie an der Relaisstation empfangen werden, einen zweiten Empfänger (22) an der beweglichen Station (18) zur Aufnahme des Signales, das von ~ der Relaisstation gesendet wird, und eine Einrichtung (30, 32, 34) in der beweglichen Station (18) zur Bestimmung der Phasenlage der Signale, die von dem ersten Empfänger (24) aufgenommen werden, in bezug auf die Phasenlage der Signale, die von dem zweiten Empfänger (50) aufgenommen werden.

2. Navigationssystem nach Anspruch,1, dadurch gekennzeichnet, dai die Einrichtung (30, 32, 34) zur Bestimmung der Phasenlage der Signale, die von dem ersten Empfänger (24) in der beweglichen Station (l8) aufgenommen werden, in besug auf die Phasen- _t lage der Signale, die von dem zweitun Hopfanger (50) in der beweglichen Station (l8) aufgenommen werden, drei Phasenbestlmmungsvorrichtungen (30, 32, 34 oder 70, 72) aufweisen, deren jede einer der drei Übertragungsstationen (10, 12, 14) entspricht ,j s,owie eine synchrone Vorrichtung (26t 28), um Jede der Phasenbestimmungsvorrichtungen (30, 32, 34 oder 70, 72) mit dem ersten , und zweiten Empfänger (24, 50) zur verbinden, wenn die entsprechende Übertragerstation sendet.

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ORIGINAL INSPECTED

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3* Navigationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Station (l8) ferner einen ersten Ausgangsmesser (40) zum Vergleich der Phasenlagen der ersten und zweiten Phasenbestimmungsvorrichtungen (30, 32) aufweist, wodurch eine erste Poaltionslinie gleicher Phasenlage in bezug auf die erste und zweite Übertragerstation erhalten wird, sowie einen zweiten Ausgangsraesser (42) zum Vergleich der Phasenlagen der zweiten und dritten Phasenbestimmungsvorrichtungen (32, 34), wodurch •Ine zweite Positionslinie gleicher Phasenlage in bezug auf die zweiten und dritten Übertragungsstationen erhalten wird.

4. Navlgatlonssystem nach Anspruch 1-3« gekennzeichnet durch •inen Smpfänger (50) an der Relaisstation (16), der einen lokalen Oszillator (52) mit einer bekannten Frequenz aufweist, die vor der vorbestimmten Frequenz verschieden ist und die eine Phasenlage besitztj welch· konstant in bezug auf die Phasenlage der von einer vorbestimmten Übertragungsstation (10, 12, 14) gesendeten Signale 1st, und durch eine Vorrichtung (70, 72) zum Mischen de· Ausganges des lokalen Oszillators (52) mit den Signalen, die von den Übertragerstationen (10, 12, 14) aufgenommen werden, wodurch ein Überlagerungssignal erhalten wird, dessen Phasenlage gleich der Phasenlage der Signale 1st, die an der Relaisstation (16) aufgenommen werden.

5. Navigations»ystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dai ein übertrager an den Relaisstationen {16) eine Einrichtung zur Erzeugung eines Trägersignales, eine Einrichtung zur Mödullerung des überlagerungeslgnales auf da» Trägersignal und eine Binriohtung zum signal·· aufweii

Senden des In dieser Weis;· modulierten Trägerin

6. Navigationseystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet« dal der erste Empfänger (24) in der beweglichen Station (18) einen lokalen Oszillator (64) mit einer bekannten Frequenz aufweist, die von der vorbestimmten Frequenz abweicht

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und eine Phasenlage besitzt« die konstant in bezug auf die Phasenlage der Signale ist» welche durch die vorbestimmte übertragerstation (10, 12 oder 14) gesendet werden, und dal eine Einrichtung (70, 72) den Ausgang des lokalen Oszillator (64) mit den Signalen, die von den Übertragungsstationen (10, 12, 14) aufgenommen werden, mischt, wodurch ein Überlagerungssignal erhalten wird, dessen Phasenlage gleich der Phasenlage der Signale ist, die an der beweglichen Station (18) empfangen werden.

7. Navigationssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Überlagerungesignales, das aus dem ersten i

Empfänger (24) in der beweglichen Station (18) erhalten wird, glatt

der Frequenz des Überlagerungssignales 1st, das im Empfänger

(50) an der Relaistation (16) erhalten wird.

0098»7/U2S