DE2510120A1 - Verfahren, anordnung und einrichtungen zur standortbestimmung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den 7, MRl^1S75 P/Sö - 2033

ALBERT A, ELWOOD
4-53 Park Avenue, Lake Park, Florida 334-03, U. S. A.

Verfahren, Anordnung und Einrichtungen zur Standortbestimmung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Standortbestimmung und betrifft speziell ein Verfahren und ein System zur genauen Ortung einer bestimmten Position.

Obwohl das in Rede stehende Verfahren bzw. System von ganz allgemeinem Batzen ist, ist es besonders brauchbar bei der Inspektion bzw· Vermessung von außerhalb der Küste befindlichen Öllagern, wo es wichtig ist, eine bestimmte Stelle richtig und genau zu identifizieren. Beim Einsatz auf einem derartigen Gebiet befinden sich zwei Sendestationen an Land, während eine Empfangsstation auf einem auf See befindlichen Schiff angeordnet ist, welches exakt auf eine gesuchte Stelle hinbewegt werden kann· ₂

DR. G. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD D I-PL.-INC. W. CRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 72 7O

TEL. (089J 22*2 11. TELEX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR.23/25.TEL.(O7I1>5672 61 POSTSCHECK! MÖNCHEN 77062-805

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Zur Standortbestimmung wurden viele auf Phasen- oder Zeitvergleich beruhende Systeme geschaffen, die heute noch in Gebrauch sind· Einige basieren auf dem Radarprinzip und arbaten mit Echosignalen. Andere bedienen sich sogenannter Transponder, welche ein Signal empfangen und dann wieder zurücksenden. Wiederum andere arbeiten nach dem Loran-Prinzip, wo die Zeitdifferenz beim Empfang zweier gesendeter Impulse eine hyperbolische Standlinie definiert.

In der USA-Patentschrift 3 613 Ό95» die auf denselben Erfinder wie der vorliegende Gegenstand zurückgeht, ist ein Verfahren nnd ein System zur Standortbestimmung beschrieben, bei welchem mehrere Frequenznormale (Atomuhren) am selben Ort synchronisiert oder in ihrer Phase verglichen werden. Zwei dieser Frequenznormale werden in zwei Funksendestationen eingesetzt, die auf einer bekannten Basislinie liegen. Ein drittes der Frequenznormale wird an einer Empfangsstation installiert. Die Sendestationen strahlen jeweils intermittierend pulsamplitudenmodulierte HF-Signale aus, und zwar mit unterschiedlicher Frequenz. Die Phase der HF-Signale, ihre Frequenz und die jeweiligen Zeitpunkte,zu denen die Modulation angelegt wird, werden alle unter Steuerung durch das in der jeweiligen Sendestation befindliche Frequenznormal bestimmt.

Das Frequenznormal (Atomuhr) an der an unbekanntem Standort befindlichen Empfangsstation dient zur Steuerung der Phase und Frequenzen eines ersten und eines zweiten lokal erzeugten HF-Signals und eines lokal erzeugten Taktimpulssignals. Die Frequenzen der beiden lokal erzeugten HF-Signale entsprechen den Frequenzen der Signale, die von den Sendestationen her empfangen werden. Die Empfangsstation enthält Einrichtungen zur Demodulation der von den beiden Sendestationen her empfangenen Signale, um auf diese Weise die intermittierenden Impulse wiederzugewinnen. Impulszeitvergleicher vergleichen die relative Lage der lokal erzeugten Taktimpulse mit den aus den empfangenen HF-Signalen wiedergewonnenen Impulsen, um ein Maß für die jeweilige Grobentfernung (Streifenidentifizierung) zwischen der Empfangsstäion und den

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beiden Sendestationen zu erhalten. Die Phasen der empfangenen HF-Signale werden mit den Phasen der lokal erzeugten HF-Signale entsprechender Frequenz verglichen, um ein Feinmaß (Position innerhalb eines Streifens) der Entfernung zwischen der Empfangsstation und den beiden Sendestationen zu erhalten.

Ein Computer dient dazu, die tatsächliche Entfernung der Empfangsstation von jeder der beiden Sendestationen auszurechnen, womit der Standort der Empfangsstation in zwei Dimensionen bestimmt ist.

Das Verfahren und die Vorrichtung, wie sie in der USA-Patentschrift 3 613 095 beschrieben sind, haben mehrere Nachteile. Zum einen benötigt man eine äußerst große Übertragungsbandbreite, weil die Trägerwellen intermittierend mit Impulsen amplitudenmoduliert werden müssen, die steile Vorder-und/oder Rückflanken haben müssen. Zum anderen ist die Modulation, die intermittierend zu genauen Zeitpunkten erfolgen muß, sehr schwierig durchzuführen, und ziemlich aufwendig.

Infolge der hohen Stabilität von Atomuhren, die eine Genauigkeit

12 13 in der Größenordnung von 1:10 oder 1:10 ^ haben, ist keine ständige Synchronisierung zwischen den Stationen notwendig, nachdem die Anfangssynchronisation unter den drei Atomuhren einmal hergestellt ist oder nachdem die anfängliche Phasen/Zeitbeziehung unter den drei Atomuhren einmal festgestellt ist.

Die Frequenz einer Atomuhr ist bestimmt durch Atom-oder Molekularschwingungen und bleibt deshalb konstant. Ihre Genauigkeit ist ungefähr 100 bis 1000 mal so groß wie de der Quarzuhr, bei der sich die Schwingfrequenz im Laufe der Zeit ändert. Dank der Frequenzkonstanz einer Atomuhr ist es gelungen, ein neues und ungewöhnliches System zur Standortbestimmung zu entwickeln. =

Das "Grobmaß" der Entfernung sei definiert als die gesamtanzahl .oder Summe der Phasendrehungen der Träger-oder Hochfrequenz (also die Anzahl der Wellenlängen) auf dem Weg zwischen Jeder Sendestation und der Empfangsstation, und zwar gemessen bis zur

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nächsten vollen Phasendrehung in Richtung der Gesichtslinie zur Jeweiligen Sendestation. Die vollen Phasendrehungen (Wollenlängen) oder auch Bruchteile davon werden auch als "Streifen" bezeichnet.

Unter dem "Feinmaß" der Entfernung verstehe man die Position der Empfangsstation innerhalb einer gegebenen Phasendrehung bzw. innerhalb eines gegebenen Streifens, und zwar gemessen in Richtung der Gesichtslinie zur Jeweiligen Sendestation.

Die Grob- und Feinmaße werden in einem Computer kombiniert, um die Entfernung von der Empfangsstation zu jeder Sendestation in Strafen und Bruchteilen eines Streifens anzugeben. Aus diesem Grund kann man das System auch als "Entfernungs-Entfernungs-Ortungssystem" (engl. range-range-system) bezeichnen. Der Computer kann ein geeignet programmierter verfeinerter Rechner sein, der die Entfernungsangaben in Positionsangaben bezüglich irgendeines Gitters oder eines beliebigen geographischen Bezugssystems umrechnet.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung^reines Verfahrens und eines Systems zur Standortbestimmung unter Verwendung von Frequenznormalen, wobei nur sehr geringe 'Übertragungsbandbreiten benötigt werden.

Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung soll ein Verfahren und ein System zur Standortbestimmung geschaffen werden, wobei keine Notwendigkeit besteht, intermittierend zu genauen Zeitpunkten zu modulieren. Gemäß einer anderen Aufgabe der Erfindung soll eine kontinuierliche Modulation möglich sein.. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Sendestation zu schaffen, die besonders geeignet in Verbindung mit einem Verfahren und einem System zur Standortbestimmung ist, wobei sehr kleine Ubertragungsbandbreiten benötigt werden,keine Notwendigkeit zur intermittierenden Modulation besteht sondern eine kontinuierliche Modulation erfolgt.

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Eine weitere Aufgabe <fer Erfindung besteht in der Schaffung einer Empfangsstation, die besonders geeignet in Verbindung mit einem Verfahren zur Standortbestimmung ist, bei welchem sehr kleine Ubertragungsbandbreiten benötigt werden und keine Notwendigkeit zur Demodulation intermittierend modulierter Signale besteht sondern eine Demodulation kontinuierlich modulierter Signale mittels herkömmlicher Demodulatoren durchgeführt wird.

Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Standortbestimmung zu schaffen, wobei Frequenznormale in Verbindung mit der Einseitenbandtechnik verwendet werden.

Mit der Erfindung soll auch ein Verfahren und ein System zur Standortbestimmung geschaffen werden, wobei Frequenznormale in Verbindung mit trägerunterdrückter Zweiseitenbandmodulation verwendet werden.

Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung soll eine Sendestation geschaffen werden, die besonders geeignet in Verbindung mit einem Verfahren und einem System zur Standortbestimmung ist, wobei ein Frequenznormal die Erzeugung eines Einseitenband-HF-Signals steuert.

Eine wiederum andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Sendestation, die besonders geeignet in Verbindung mit einem Verfahren und einem System zur Standortbestimmung ist, wobei ein Frequenznormal die Erzeugung eines Zweiseitenband-HF-Signals mit unterdrücktem Träger steuert.

Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Empfangsstation zu schaffen, die besonders geeignet in VerbindungnnLt einem Verfahren und einem System zur Standortbestimmung ist, ein Frequenznormal enthält und auf ein Einseitenband-HF-Signal anspricht.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Empfangsstation, die besonders brauchbar ist in Verbindung mit einem Verfahren und einem System zur Standortbestimmung, ein

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Frequenznormal enthält und auf ein Zweiseitenband-HF-Signal mit unterdrücktem Träger anspricht.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und eines Systems zur Standortbestimmung unter Verwendung von Frequenznormalen, wobei sowohl grobe als auch feine Positionsdaten, die das Grobmaß bzw. Feinmaß von Entfernungen angeben, mittels Phasenvergleich gewonnen werden.

Eine wiederum andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und eines Systems zur Standortbestimmung, wobei an den Sendestellen Frequenznormale verwendet werden, um HF-Trägerwellen zu erzeugen, die zur Gewinnung feiner Positionsdaten phasenmässig mit Signalen verglichen werden, die an einer Empfangsstation unter Steuerung durch ein Frequenznormal erzeugt werden.öen HF-Trägerwellen soll unter Steuerung durch die Frequenznormale an den Sendestationen jeweils eine einzelne Frequenz aufmoduliert werden, die an der Empfangsstation wiedergewonnen wird und znr Gewinnung grober Positionsdaten phasenmässig mit jeweils einem entsprechenden Signal verglichen wird, welches an der Empfangsstation unter Steuerung durch das dortige Frequenznormal erzeugt wird.

Gemäß einer anderen Aufgabe der Erfindung soll ein System zur Standortbestimmung geschaffen werden, in welchem Atomuhren oder dergleichen verwendet werden, um zur Sewinnung feiner Positionsdaten mehrere Signale mit bekannter gegenseitiger Phasenbeziehung zu erzeugen. Die Atumuhrenoder dergleichen sollen außerdem dazu verwendet werden, zur Gewinnung grober Positionsdaten mehrere aus jeweils einer einzelnen Frequenz bestehende Modulationssignale sowie ein lokales aus einer einzelnen Frequenz bestehendes Referenzsignal zu erzeugen, die bekannte Phasenbeziehungen zueinander haben.

Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Standortbestimmung im dreidimensionalen Raum zu schaffen, wobei drei durch Frequenznormale gesteuerte

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Sendestationen und eine Empfangsstation verwendet wird, die ebenfalls ein Frequenznormal enthält, um Signale zu erzeugen, die mit den von den Sendestationen her empfangenen Signalen verglichen werden sollen·

Eine wiederum andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und eines Systems zur Standortbestimmung im dreidimensionalen ^Kaum, wobei drei durch Frequenznormale gesteuerte Sendestationen verwendet werden und eine ebenfalls mit einem Frequenznormal ausgestattete Empfangsstation dazu dient, Signale zu erzeugen,die mit den von den Sendestationen her empfangenen Signalen verglichen werden sollen, und wobei mindestens eine der Sende Stationen von einem Satelliten getragen wird.

Was das Verfahren und das Gesamtsystem betrifft, ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß an jeder der Sendestationen ein gesondertes HF-Signal erzeugt wird, welches mit jeweils einem zugeordneten, aus einer einzigen niedrigen Frequenz bestehenden Signal moduliert wird. In allen Fällen geschieht die Erzeugung des niederfrequenten Signals (NF-Signal) und des HF-Signals unter Steuerung durch ein Frequenznormal, nämlich einer Atomuhr. An der Empfangsstation werden, ebenfalls unter Steuerung durch eine als Frequenznormal dienende Atomuhr, einmal ein der NF-Modulation entsprechendes NF-Signal und zum anderen Signale erzeugt, die den an den einzelnen SendeStationen erzeugten HF-Signalen entsprechen. Aus jedem empfangenen HF-Signal wird das Modulationssignal wiedergewonnen und phasenmässig mit dem an der Empfangsstation erzeugten NF-Signal verglichen, um grobe Entfernungsdaten zu erhalten. Die Phase jedes der empfangenen HF-Signale oder jeweils seiner oberen oder unteren Seitenbandfrequenz oder jeweils eines aus ihm abgeleiteten ZF-Signals wird mit der Phase des jeweils entsprechenden an der Empfangsstation erzeugten HF-Signals verglichen, um feine Entfernnngsdaten zu erhalten.

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Was die Sendestation betrifft, so ist die Erfindung gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Modulation eines HF-Trägers mit einem aus einer einzelnen niedrigen Frequenz bestehenden Modulationssignal. Der hierzu dienende Modulator kann ein Phasenmddulator, ein Frequenzmodulator oder ein Amplitudenmodulator sein. In besonders bevorzugter Ausgestaltung handilt es sich um einen Gegentaktmodulator, der ein Zweiseitenbandsignal mit unterdrücktem Träger erzeugt· In vorteilhafter Ausgestaltung kann es sich auch um einen Modulator handeln, der ein Einseitenbandsignal erzeugt.

Was die Empfangsstation betrifft, ist die Erfindung gekennzeichnet durch eine Phasenvergleichseinrichtung, welche- die Phase der wiedergewonnenen Modulationssifenale (die im Falle des Empfangs von Signalen mit unterdrücktem Träger zweimal die Frequenz des tatsächlichen Modulationssignals haben) mit der Phase eines lokal erzeugten Signals entsprechender Niederfrequenz vergleichen, um grobe Entfernungsdaten zu erhalten. Die Phase jedes der empfangenen HF-Signale oder der jeweils öfteren oder¹ unteren Seitenbandfrequenz oder jeweils eines von ihm abgeleiteten ZF-Signal wird mit der Phase jeweils eines lokal erzeugten entsprechenden HF-Signals verglichen, um feine Entfernungsdaten zu erhalten.

V/eitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus nachstehender Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen erläutert werden.

Figur 1A zeigt schematisch die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Systems in zweidimensionaler Anordnung;

Figur 1B zeigt schematisch die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw· Systems in dreidimensionaler Anordnung, wo drei Sendestationen verwendet werden;

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Figur 1C zeigt schematisch die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Systems in einer dreidimensionalen Anordnung, wo zwei Sendestationen in Verbindung mit einem Höhenmesser verwendet werden, der sich an Bord eines Flugzeugs oder dergleichen befinde ;

Figur 1D zeigt schematisch die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Systems in einer dreidimensionalen Anordnung, wobei drei Sendestationen verwendet werden, von denen sich eine an Bord eines Satelliten befindet;

Figur 2 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendestation;

Figur 3 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendestation, .welche mit Einseitenbandmodulation arbeitet;

Figur 4 zeigt in einem Blockschaltbild eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sendestation, die mit Zweiseitenbandmodulation und Trägerunterdrückung arbeitet;

Figur 5 zeigt in einem Blockschaltbild eine bevorzugte Ausführungsform der Sendestation, die einen etoßmodulierten !Träger liefert;

Figur 6 zeigt in einem Blockschaltbild ein AusführungsBeispiel einer erfindungsgemäßen Empfangsstation;

Figur 7 zeigt auf zwei getrennten Blättern ausführlichere Blockschaltbilder; . von Teilen einer typischen Empfangsstation, wobei die beiden Blätter nebeneinandergelegt eine vollständige Station einschl. eines Computers wiedergeben;

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Figur 8 zeigt in einem Blockschaltbild einen Teil eines Überlagerungsempfängers, der in einer erfindungsgemäßen Empfangsstation verwendet werden kann.

Das in Fig. 1A veranschaulichte System enthält eine Sendestation A mit bekanntem Standort, eine Sendestation B ebenfalls mit bekanntem Standort, wobei sich A und B auf einer bekannten Basislnie E befinden. Schließlich gehört zu dem System noch eine Empfangsstation C, die sich an einem unbekanntem Standort befindet und deren Position gemessen oder geortet werden soll.

Das in Fig. 1B gezeigte dreidimensionale System enthält eine Sende stat ion A, eine Sendestation B und eine Sendestation D, deren Standorte im Abstand zueinander liegen. Die Stationen A und B liegen auf einer bekannten Basislinie R^, und die Stationen B und D liegen auf einer bekannten Basislinie 1*2» ^Eiⁿ© Empfangsstation C, die sich im dargestellten Fall in einem fliegenden Flugzeug befindet, hat einen unbekannten Standort, bei dem es sich um die zu messende oder zu ortende Position handelt.

Das in Fig. 1C gezeigte dreidimensionale System enthält eine Sendestation A mit bekanntem Standort und eine Sendestation B, ebenfalls mit bekanntem Standort, wobei die Stationen A und B auf einer bekannten Basislinie R liegen. Zum System gehört ferner eine Empfangsstation C, die sich im dargestellten Fall an Bord eines fliegenden Flugzeuges befindet und deren Standort unbekannt ist. Zur Ausrüstung des Flugzeuges gehört ferner ein Höhenmesser·

Das in Fig. 1D gezeugte System enthält eine Sendestation A, eine Sendestation B und eine Sendestation D, deren Standorte im Abstand zueinander liegen. Die Stationen A und B liegen auf einer bekannten festen Basislinie EL, und die Stationen B und D liegen auf einer bekannten Basislinie R₂. Im Falle der Fig. 1D befindet sich die Station Snan Bord eines Satelliten, der entweder ein "synchronisierter" Satellit oder ein bezüglich der

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Erdoberfläche -umlaufender Satellit sein kann, dessen Umlaufbahn vorhersagbar ist, so daß seine augenblickliche Position stets bekannt ist. Eine Empfangsstation C, die sich im dargestellten lall an Bord eines fliegenden Flugzeuges befindet, hat einen unbekannten Standort, der gemessen oder geortet werden soll. Die "beiden landgebundenen oder Küstenstationen A, und B gemäß den Figuren 1A und 1C und die Sendestationen A, B und D gemäß den Figuren 1B und 1D können so aufgebaut sein, wie es ausführlicher in irgendeiner der Figuren 2 bis gezeigt ist· Die Stationen ^- ^²¹^· ^ bzw· A, B und D sind untereinander gleich ausgebildet, der einzige wesentliche Unterschied besteht lediglich darin, daß die jeweiligen Stationen verschiedene Hochfrequenzen aussenden»

Gemäß Fig« 2 enthält der Sender eine Atomuhr 10, die ein Hochfrequenzsignal z.B* von 9 GHz erzeugt, welches auf zweierlei V/eise verarbeitet wird. Das Hochfrequenz signal wird einem Normalfrequenzgenerator (mit Frequenzsynthese) 11 zugeführt, wo es auf eine ausgewählte niedrigere Frequenz umgesetzt wird. Diese Frequenz liege in einem Bereich, der sich zur Übertragung über eine ^oitfernung von beispielsweise bis zu 160 km eignet und welcher eine genaue Phasenbestimmung möglich macht. Dieser Bereich kann sich beispielsweise von etwa 1,0 bis etwa 5_t0 MHz erstrecken. Das von der Atomuhr 10 gelieferte Hochfrequenzsignal behält nach seiner im Normalfrequenzgenerator 11 erfolgenden Umsetzung in den niedrigeren Frequenzbereich (1,0 bis 5,0 MEz) die Stabilität des von der Atomuhr 10 gelieferten Hauptnormals· Das in seiner Phase und Frequenz äußerst genaue Ausgangs- · signal des Normalfrequenzgenerators 11 wird einem als Treiberstufe ausgebildeten Normalfrequenzgenerator 12 zugeführt, wo es auf einen ausreichend hohen Pegel verstärkt wird, um einen höchststa-Tjilen Funksender auszusteuern. Der Funksender 13 hat eine Antenne

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von der ein HF-Signal gegebener Frequenz abgestrahlt wird. Die Stabilität und Genauigkeit der Atomuhr 10 sind daher auch noch im abgestrahlten Signal erhalten und spiegeln sich in diesem wieder.

Das von der Atomuhr 10 kommende Hochfrequenzsignal wird außerdem auf einen zweiten Normalfrequenzgenerator 14 gegeben, der daraus ein Niederfrequenzsignal gegebener frequenz bildet, welehes sich zur Einfrequenzmodulation eignet. Dieses Modulationssignal habe eine Frequenz von beispielsweise 500 Hz. Der Normalfrequenzgenerator 14 bewahrt wie der Normalfrequenzgenerator 11 die Genauigkeit ind Stabilität der Atomuhr und spiegelt diese Genauigkeit in seinem eigenen Ausgangssignal wieder. Dieses Ausgangssignal wird auf einen Modulator 16 gegeben, bei dem es sich um einen Frequenzmodulator, einen Phasenmodulator oder einen Amplitudenmodulator handeln kann.

Die Modulationen der von den Sendestationen A, B und D (Figuren 1B und 1D) oder A und B (Figur 1A und 10) ausgesandten Trägersignale werden in einer beweglichen Empfangsstation G (Figuren 1A bis 1D) ausgewertet, um grobe Positionsdaten zu gewinnen. Die relativen Phasen der von den Sendestationen HF-Signale werden in der Empfangsstation ausgewertet, um feine Positionsdaten zu gewinnen.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform einer Sendestation, die anstelle der Sendestation nach Fig. 2 verwendet werden kann. Die Sendestation nach Fig. 3 enthält ebenfalls eine Atomuhr 10, Hormalfrequenzgeneratoren 11, 12 und 14, einen Modulator 16 und eine Antenne 15· Der Modulator 16 ist als Amplitudenmodulator ausgebildet, vorzugsweise ist es ein Gegentaktmodulator mit einem Filter für eine Seitenbandfrequenz. An die Stelle des Funksenders 13 (Fig. 2) tritt im Falle der Fig. 3 ein für Einfreitenband-Funksendung ausgelegter linearer HF-Sendeveratärker 113. Dieser unterscheidet sich vom Funksender 13 darin,

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daß er eines der möglichen Seitenbänder, vorzugsweise das obere Seitenband, eliminiert. Der Modulator 16 empfängt sein Trägersignal von dem als Treiberstufe dienenden Normalfrequenzgenerator 12 und sein Modulationssignal vom Normalfrequenzgenerator 14.

Die in Fig. 4 gezeigte bevorzugte Ausführungsform einer Sendestation, die anstelle der in Fig. 2 gezeigten Sendestation treten kann, enthält ebenfalls eine Atomuhr 10, Normalfrequenzgeneratoren 11, 12 und 14 sowie eine Antenne 15· Statt des Modulators 16 (Fig· 2) wird ein Gegentaktmodulator 116 verwendet, der sein Trägersignal von der Treiberstufe 12 empfängt. Der Modulator 116 beaufschlagt einen linearen HF-Sendeverstärker 213* der ein trägerunterdrücktes zweiseitenbandmoduliertes Signal _auf die Antenne 15 gibt. Der Verstärker 213 tritt an die Stelle des Funksenders 13 (Fig· 2)· Die Seitenbänder werden durch den Gegentaktmodulator und Seitenbandfrequenzfilter erzeugt.

Die Sendestation nach Fig. 3 hat den Vorteil, daß man mit ihr eine äußerst niedrige tlbertragungsbandbreite benötigt. Darüberhinaus sei auch erwähnt, daß die von der Sendestation nach Fig.4 ausgesandten einzelnen Seitenbandfrequenzen wesentlich mehr Leistung enthalten, als die mit nichtUnterdrücktem Träger erzeugten und gesendeten Seitenbandfrequenzen. Da die obere Seitenbandfrequenz xuid die untere Seitenbandfrequenz alle notwendigen Informationen enthalten, um an einer Empfangsstation grobe und feine Entfernungsdaten zu gewinnen, ergibt sich ,hier ein besserer Hauschabstand für das Ortung«system.

Es ist nicht notwendig, die Funksender kontinuierlich zu modulieren, denn die grobe Position einer Empfangsstation braucht selten fortlaufend neu bestimmt zu werden, da die jeweils zuletzt vorgenommene Streifenidentifizierung über längere Zeit gültig bleibt. Es ist jedoch zweckmässig, ein möglichst starkes Trägersignal zu erzeugen, um das FeimmafJ der Position innerhalb eines Streifens zu bestimmen. Die in Fig.5 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer Sendestation ist für eine

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stoßweise Modulation ausgelegt, sie erlaubt die Abstrahlung eines unmoduliert en HF-Trägers mit voller Leistung während gegebener Perioden von z.B. jeweils 9 Sekunden Dauer, während das Modulationssignal in Stößen von z.B. 3 Sekunden Dauer aufgegeben wird.

Gemäß Fig. 5 enthält die Sendestation eine Atomuhr 10, die ein Hochfrequenzsignal von beispielsweise 9 GHz erzeugt, welches Normalfrequenz generatoren 11, 14 und 218 zugeführt wird.

Das von der Atomuhr 10 kommende Hochfrequenzsignal wird im Normalfrequenzgenerator 11 auf eine andere ausgewählte .Frequenz umgesetzt, die sich über Entfernungen von z.B. bis zu 160 km übertragen läßt und eine genaue PhasenbeStimmung ermöglicht. Diese ausgewählte Frequenz liege im Bereich von etwa 1,0 bis etwa 5,0 MHz. Das Aus gangs signal des Normalfrequenzgenerators 11, welches sowohl in seiner Phase als auch in seiner Frequenz äußerst genau ist, wird einem als ^reiberstufe dienenden Normalfrequenz generator 12 zugeführt, wo es ausreichend hoch verstärkt wird, um einen höchststabilen Funksender 13 auszusteuern, der eine Antenne 15 aufweist.

Das von der Atomuhr 10 kommende Hochfrequenzsignal wird außerdem im Normalfrequenzgener^tor 14 in ein Niederfrequenz signal gegebener Frequenz umgesetzt, welches zur Einfrequenzmodulation verwendet wird. Dieses Modulationssignal habe beispielsweise eine Frequenz von 500 Hk. Das Ausgangs signal des Normalfrequenzgenarators 14 wird über eine Torschaltung 217 einem Modulator 216 zugeführt. Der Modulator 216 kann wie im Falle der Fig. 2 ein Amplitudenmodulator , ein Phasenmodulator oder ein Frequenzmodulator sein. Hierbei kann es sich um einen Gegentaktmodulator entsprechend dem Gegentaktmodulator 116 nach Fig. 4 handeln. In diesem Fall ist der Sender 13 ein linearer HF-Sendeverstärker, der vom Modulator 216 ein Zweiseitenbandsignal mit unterdrücktem träger empfängt, ähnlich wie es in Fig. 4 dargestellt ist.

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Der Funfrsender 13 kann gewünschtenfalls auch ein HF-Yerstärker sein, der von einem Gegentaktmodulatoruid Seitenbandfrequenzfilter ein Einseitenbandsignal empfängt, ähnlich wie es in Fig. 3 gezeigt ist.

Das von der Atomuhr 10 gelieferte Hochfrequenz signal wird außerdem im Normalfrequenzgenerator 218 in ein Signal niedriger Frequenz umgesetzt, welches einen Impulszeitgeber 219 so steuert und synchronisiert, daß er z.B. alle 12 Sekunden einenlmpuls von 3 Sekunden erzeugt. Der vom Impulszeitgeber 219 kommende Impulszug steuert die Torschaltung 217.

Auf diese Weise liefert der Sender 13 ein stoßmoduliertes Funksignal, welches von der Antenne 15 abgestrahlt wird. Die Modulation erfolgt in Intervallen von jeweils 3 Sekunden Dauer, zwischen denen jeweils 9 Sekunden liegen, während welcher der Träger mit voller Stärke vorhanden ist.

Das Signal vom Funksender 13 (Fig. 2 oder 5) oder 113 (Fig. 3) oder 213 (Fig. 4-) der Station A (Fig. 1A) wird von einem Empfänger 17 (Fig. 6) empfangen, während das Signal von einem entsprechenden Funksender der Station B (Fig. 1A) von einem Empfänger 18 (Fig. 6) empfangen wird. Die HF-Auegangssignale der Empfänger 17 und- Ί8 werden zugeordneten Phasenmessern 20 und 21 zugeführt ,wobei Jn. j edem die Phase des ihm zugeführten HF-Signals mit der Phase eines zugeordneten der von Normalfrequenzgeneratoren 29 und 31 gelieferten HF-Signale verglichen wird. Die Eingänge dieser Normalfrequenzgeneratoren 29 und sind mit einer Atomuhr 19 gekoppelt. Die gemessenen Phasendifferenzen A φ _{a und} 4φ_{β werden in} entsprechende Digitalsignale umgesetzt und einem Entfernungsrechner 24 innerhalb des Computers 27 eingegeben, wo aus ihnen zwei Entfernungssignale gewonnen werden, welche das Feinmaß der Position innerhalb eines bestimmten Streifens wiedergeben. Ein solcher Streifen kann beispielsweise 222 m breit sein. Bei diesem Beispiel entspricht jedes Grad einer Phasendrehung etwa 61 cm.

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Natürlich liefern die Ausgangssignale der Phasenmesser 20 und 21 keine Information zur Streifenidentifizierung.

Jeder der Empfänger 17 und 18 ist mit einem geeigneten Demodulator versehen (nicht dargestellt)»bei dem es sich je nach der Art der in den Sendest at ionen vorgenommenen Modulation um einen Amplitudendemodulator, einen Phasendemodulator oder einen Frequenzdemodulator handelt. Falls Trägersignale mit Einseitenbandmodulation empfangen werden, ist die Verwendung von Gegentaktdemodulatoren empfehlenswert. Fall Zweieeitenbandsignalemit unterdrücktem Träger empfangen werden, müssen Gegentaktdemodulatoren verwendet werden. Die Ausgangssignale der Demodulatoren werden Phaeenvergleichern 22 und 23 zugeführt. Diese vergleichen die Phase des jeweils vom Empfänger 17 bzw. 18 zugeführten demodulierten Signals mit der Phase eines Signals aus einem Normalfrequenzgenerator 41, dessen Eingang mit der Atomuhr 19 verbunden ist. Die Phasenvergleicher 22 und 23 liefern grobe Entfernungsmeßwerte Rg_C und R^q in Digitalform, die ebenfalls dem Entfernungsrechner 24 zugeführt werden. Der Ausgang des Entfernungsrechners 24 ist mit einem Positionsrechner 25 verbunden, der Ausgangssignale E θ^ und R θ^ liefert, welche die genaue Entfernung der Empfangsstation C von ^eder der Stationen A und B (Fig. 1A) angeben)

Falls man sich einer Phasenmodulation bedient, ist es natür_ lieh ratsam, die Phasenmesser 20 und 21 so zu konstruieren, daß an ihren Ausgängen alle Signale unterdrückt werden, die sich mit einer Frequenz von mehr als etwa 50 Hx (d.h. etwa 1/10 der Modulationsfrequenz) zeitlich ändern. Dies könnte mit %lfe eines digitalen Filters erreicht werden.

Der Positionsrechner 25 beaufschlagt ein Gerät 26 zum Halten und Anzeigen der Position, welches die Entfernungen zu den Küstenstationen A und B in eine genaue Positionsangabe in irgendeinem gewählten Koordinatensystem umrechnet· Die Signale RQ^ und Εθ^ können ligital- oder Analogsignale sein,

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und das Gerät 26 kann ein Digitalgerät oder ein Analoggerät oder beides sein. Die Atomuhr 19 liefert noch ein Taktsignal t,., welches zur Synchronisierung des Computers 27 dient, wie es allgemein mit den Takteingängen t veranschaulicht ist, die mit TJntersetzerschaltungen (nicht dargestellt) versehen sind und vom Taktsignal t,. beaufschlagt werden. Andererseits kann das Taktsignal t^. auch direkt dem Computer 27 zugeführt werden, wenn dieser selbst geeignete untersetzerschaltungen enthält.

Falls die Empfangsstation nach Fig. 6 in Verbindung mit Sendestationen verwendet wird, wie sie in den Figuren 2 bis 5 dargestellt sind, sprechen die Phasenmesser 20 und 21 auf die von den Empfängern 17 und 18 empfangenen Träger- oder Seitenbandfrequenzen an, während die Phasenvergleicher 22und 23 auf die tatsächlichen Modulationssignale, ansprechen, die aus den von den Empfängern 17 und 18 empfangenen Signalen wiedergewonnen werden. Diese Modulationssignale haben beispielsweise die Frequenz von 500 Hz oder, im Falle von unterdrückten Trägern, 1000 Hz.

Falls die in Fig. 6 gezeigte Empfangsstation in Verbindung mit Sendestationen des in Fig. 4 dargestellten Typs verwendet wird, sprechen die Phasenmesser 20 und 21 entweder auf die unteren oder die oberen Seitenbandfrequenzen (vorzugsweise auf die obere Seitenbandfrequenz) an, wobei die Hormalfrequenzgeneratoren 29 und 31 Signale erzeugen, deren Frequenzen mit den ausgewählten speziellen Seitenbandfrequenzen gleich sind, ^n diesem Fall ist der Normalfrequenzgenerator 41 so ausgelegt, daß er ein Referenzsignal erzeugt, dessen Frequenz zweimal so hoch wie diejenige frequenz ist, die anden Sendeetationen als Modulationssignal im Normalfrequenzgenerator 14 (Fig. 4) erzeugt wird· Das vom Normalfrequenzgenerator 41 »zeugte Signal hat also 1000 Hz, wenn die vom Normalfrequenz-

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generator 14 (S¹Ig. 4-) jeder Sendestation erzeugte Frequenz 500 Hz "beträgt, wie es oben als Beispiel angeführt ist.

Die i"ig. 7 zeigt in größerer Ausführlichkeit die Instrumenten ausrüstung für eine auf See "befindliche Station für den Fall, daß das System zur Bestimmung eines Standorts auf See verwendet wird.

Der Phasenmesser 20 nach i*ig. 6 ist im Falle der -^ig· 7 als Phasenvergleieher 30 dargestellt. Der Phasenmesser 21 nach Fig. 6 ist im Falle der -^ig. 7 als Phasenvergleicher 32 dargestellt.

Der Normalfrequenz generator 33 in Fig. 7 entspricht den Normalfrequenzgeneratoren 29 und 31 nach Fig. 6, und der Normalfrequenzgenerator 42 entspricht dem Normalfrequenzgenerator 41 nach Fig. 6.

Bei der Ausführungsform nach ^ig. 7 wird die Funktion der beiden Phasenvergleicher 22 und 23 nach Fig, 6 durch einen einzigen Phasenvergleicher 34 erfüllt, dessen Eingänge mit den Ausgängen der Empfänger 17 und 18 über einen Multiplexer

43 verbunden sind, und dessen Ausgangssignale, welche die groben Entfernungsmaße A und B wiedergeben, über einen Demultiplexer $4 dem Computer 27 eingegeben werden.

Die digitalen Ausgahgssignale der Phasenvergleicher 30 und 32 werden den digitalen Entfernungsrechnern 35 und 36 als feine Positionsdaten zugeführt, während die Ausgangssignale des Phasenvergleichers 34 den digitalen Entfernungsrechnern 35 und 36 als grobe Positionsdaten über den Demultiplexer

44 zugeführt werden.

Die beiden digitalen Entfernungsrechner 35 und 36 verarbeiten die an ihren Eingängen zugeführten Daten zu Ausgangssignalen, welche die genaue Entfernung (Feinmaß plus Grobmaß) der Station C von den Stationen A und B wiedergeben*

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Die Ausgangssignale der digitalen Entfernungsrechner 35 und 36 werden einem digitalen Positionsrechner 57 zugeführt, dem ein Datenspeicher 39 zugeordnet ist, der Informationen über die Basislinie ind die Küstenstationen enthält· Mit Hilfe dieser vom Datenspeicher 39 gelieferten Informationen rechnet der digitale Positionsrechner die von den Entfernungsrechnern 35 und 36 gelieferten genauen Positionsdaten in Positionssignale R0_Ä und R ©_B um, die einem Digital-/Analog-Gerät 31 zugeführt werden, dessen Ausgang auf ein Positions-Anzeigegerät 40 gegeben wird.

Das Gerät 31 ist mit Speichereinrichtungen versehen, die Phasenkorrekturdaten enthalten, welche die anfänglichen absoluten Phasenunterschiede zwischen den drei Atomuhren (falls solche Unterschiede vorhanden sind) berücksichtigen. Falls gewünscht, können innerhalb des Geräts 31 zusätzliche Speicherinformationen enthalten sein oder abgeleitet werden, z.B. Informationen über Richtungswinkel, Ortungsbereich, Kurs und bekannten Abstand zur gewünschten Position innerhalb eines vor der Küste liegenden Areals, wie es in Fig. 1A gezeigt ist. In manchen Anwendungsfällen, etwa bei einer sich schnell bewegenden Station C, können innerhalb des Geräts 31 Dopplerkorrekturdaten erzeugt werden oder gespeichert sein. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 liefert die Atomuhr 19 *in Takt signale t^., welches dazu dienen kann, in einer (nicht dargestellten) Schaltungsanordnung ZeitSteuersignale (allgemein mit t bezeichnet) zu erzeugen, mit denen der Computer 27» der Positionshalter 28, der Multiplexer 45 und der Demultiplexer 44· synchronisiert werden. Der Phasenvergleich^ hat zwei '^astausgänge A und B, die zur Tastung der Funkempfänger 17 und 18 dienen.

Vorstehend wurde das erfindungsgemäße Verfahren und System und seine Arbeitsweise hauptsächlich imZusammenhang mit einer

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-PO-

zweidimensionalen Or-trung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch genauso gut für eine dreidimensionale Ortung geeignet. Sie kann ■beispielsweise dazu dienen, die Position eines Flugzeuges oder eines anderen Gegenstands zu bestimmen, der sich in drei Dimensionen bewegt. Die Figuren 1B, 1C und 1D zeigen drei exemplarische dreidimensionale Anordnungen.

Das in Fig· 1B gezeigte dreidimensionale System enthält eine Sendeatation A, eine Sendestation B und eine Sendestation D, die sich jeweils an einem bekannten Standort befinden und . ■*· einem gewissen Abstand zueinander haben« Eine an Bord eines Flugzeugs befindliche Empfangsstation 0 hat eine unbekannte Position, die in drei Dimensionen georfiet werden soll· Die drei Sendestationen A, B und D (Fig. 1B) können gemäß Fig.2,3, 4 oder 5 ausgebildet sein, der einzige wesentliche Unterschied zwischen ihnen besteht darin, daß sie verschiedene Hochfrequenzen aussenden· Gemäß Fig. 1B befindet sich die Empfangsstation 0 in einem Flugzeug. Sie kann ähnlich ausgebildet sein, wie es in Fig. 6 oder in Fig. 7 gezeigt ist, in jedem Fall enthält sie jedoch noch einen zusätzlichen Funkempfänger zum Empfang der Signale von der Sendestation D. Außerdem sind in ihr zusätzliche Geräte vorgesehen, um neben den Signalen ^Φ_Α» ^^b* ^ßAC ¹²³³^^- S-gQ auch noch Signale Λφ _D und R_Dq zu erzeugen nnd sie dem Computer 27 zuzuführen. Der Normalfrequenzgenerator 41 nach Fig. 6 oder 42 nach Fig. 7 nmß natürlich ein lokales Signal erzeugen, welches dieselbe Frequenz wie das vom Normalfrequenzg§nerator 14 (Figuren 2, 3 und 5) gelieferte Signal hat, oder welches die doppelte Frequenz des vom Normalfrequenzgenerator 14 (Fig. 4) erzeugte Signal hat.

Das in Fig. 1C dargestellte dreidimensionale System enthält eine Sendestation A mit bekanntem Standort und eine Sendestation B, mit bekanntem Standort, wobei die Stationen A und B auf einer bekannten Basislinie E liegen· Zum System gehört ferner die

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in einem Plugzeug befindliche Empfangsstation C, deren Standort unbekannt ist und bestimmt werden soll. Die beiden Sendestationen A und B können gemäß Fig. 2,3, 4- oder 5 ausgebildet sein, und die Empfangsstation C kann ähnlich ausgebildet sein, wie es in Fig. oder in Pig. 7 gezeigt ist. Im Falle der Pig. 1C enthält die an Bord des ^i-ugzeugs befindliehe Empfangsstation 0 jedoch noch einen (nicht dargestellten) Höhenmesser bekannter Bauart zur Lieferung von Höhendaten, die dem Computer 27 (Figuren 6 und 7) zugeführt werden, damit dieser die Position der Station G in drei Dimensionen ermitteln kann. Der Computer 27 ermittelt die Entfernungen R. und R-g gemäß dem Schema nach Fig. 1A.

Das in Fig. 1D gezeigte dreidimensionale System ist ähnlich wie das System nach Pig· 1B, nur dass die Sendestation D von einem Satelliten getragen wird. Der Satellit kann ein synchroner (stationärer) oder ein nicht-synchroner (umlaufender) Satellit sein. Im Palle eines synchronen Satelliten ist seine Position bezüglich der Sendestationen A und B fest, und das System arbeitet genauso wie das System nach Fig. 1B. Im Falle eines nicht-Synchronen Satelliten ändert sich seine Position ständig bezüglich der Positionen der Sendestationen A und B nach einem vorbestimmten Schema. In diesem Pail ist der Computer 27 (Figuren und 7) iflit einem Datenspeicher versehen, der ein Signal liefert, welches zu ^jeder Zeit die augenblickliche Position des nichtsynchronen Satelliten anzeigt. Somit kann der Computer 27 aus den Signalen ^Φ_Α, 4 φ_β, 4φ_Β, S_AG, R_ßS, R₀₀ und aus dem die Augenblicksposition des Satelliten angebenden Signal (fenStandort der Empfangsstation C bestimmen.

In der vorstehenden Beschreibung wurde insbesondere im Zusammenhang mit den Empfangsstationen nach Figuren 6 und 7 als Beispiel davon ausgegangen, daß die Empfangsstationen mit Geradeausempfängern arbeiten. Die Rauschunterdrückung der Empfänger kann jedoch wesentlich verbessert werden, wenn man Überlagerungsempfänger, insbesondere Überlagerungsempfänger alt zweifacher Umsetzung, verwendet. Da die ^tufen in den Empfängern zweckmässigerweiae niedrige Verstärkungsfaktoren und große

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Bandbreiten von 2-3 kHz haben (um die Einführung irgendwelcher unerwünschter Phasenverschiebungen zu vermeiden), ist die Verwendung von Überlagerungsempfängern zweckmässig, die ßauschsignale unterdrücken, dabei jedoch die Phasenbeziehungen der zu verstärkenden Signale aufrechterhalten· Ein solcher Überlagerungsempfänger, der beispielsweise als Empfänger 17 (Figuren 6 und 7) und ebenso auch für andere Empfänger in einer Empfangsstation verwendet werden kann, ist in Fig. 8 dargestellt.

Gemäß Fig. 8 enthält deder der Empfänger 17 und 18 an einer Empfangsstation eine Kaskade aus einem HF-Verstärker 71, einem ersten Mischer 72, einem ersten ZF-Teil 75» einem zweiten Mischer 74· und einem zweiten ZF-Teil 75· °e^ Empfänger enthält ferner einen Normalfrequenzgenerator 76 und einen Normalfrequenzgenerator 77, die jeweils von der Atomuhr 19 (Big. 6) gesteuert werden. Die Normalfrequenzgeneratoren erzeugen Signale geeigneter Frequenzen für lokale Oszillatoren, um die Mischer 72ind 74· zu beaufschlagen.

Die ZF-Teile 73 uid 75 sindnit Sorgfalt so konstruiert, daß sie die in ihnen verstärkten Signale nicht verzerren, was die in den ZF-Signalen enthaltene Phaseninformation angeht· Das heißt, die ZF-Teile arbeiten auf phasenstarre Verstärker, wobei die Phasensynchronisierung durch die den ZF-Teilen zugeordneten lokalen Oszillatoren erfolgt, die von den mit der" Atomuhr verbundenen Formalfrequenzgeneratoren gesteuert werden. Da die Mischer 72 und 74- Eingangssignale erhalten, die unter dem Einfluß der Atomuhr 19 (Fig. 6) stehen, wird die Phaseninformation der den Empfänger durchlaufenden Signale md die Modulation nicht verzerrt oder zerstört.

Das ZF-Aus gangs signal vom zweiten ZF-Verstärker wird auf einen Modulator 78 gegeben, der seinerseits einen Eingang des Phasenvergleichers 23 (Fig. 6) beaufschlagt, welcher ein entsprechendes Signal vom Normalfrequenzgenerator 41 empfängt.

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2S10120

Der ZF-Ausgang vom zweiten ZF-Verstärker wird außerdem einem Eingang des Phasenmessers 20 (Fig. 6) zugeführt, dessen anderer Eingang Signale vom Normalfrequenzgenerator 29 (Fig. 6) empfängt. Der Normalfrequenzgenerator 29 liefert ein Signal der gleichen Frequenz wie das ZF-Signal, wenn die Empfangsstation ein Zweiseitenbandsignal mit nichtUnterdrücktem Träger oder ein Einseitenbandsignal mit nichtUnterdrücktem Träger empfängt. Wenn die Empfangsstation ein Zweiseitenbandsignal mit unterdrücktem Träger empfängt, dann entspricht die von der Atomuhr 19 (Fig. 6) an den Phasenmesser 20 (Fig. 6) gelegte Frequenz derjenigendes ZF-Sigü.al.5 plus oder minus der an der Sendestation zugeführten Modulationsfrequenz· In diesem Fall wird also nicht die Shase des Trägers sondern die Phase einer der "beiden Seitenbandfrequenzen dazu verwendet, die grobe Position zu ermitteln. Vorzugsweise wird hierzu die untere ö_ei-fcenbandfrequenz herangezogen.

Obwohl die Erfindung vorstehend im Zusammenhang nit einer beweglichen Empfangsstation und zwei oder drei SendeStationen erläutert wurde, kann die Empfangsstation natürlich auch ortsfest und eine der Sendestationen beweglich sein. In einigen speziellen Fällen können sogar alle Stationen beweglich sein.

Vorstehend wurden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, bei denen die Ausgangssignale der Phasenvergleicher digital sind. Falls gewünscht, können die Ausgangssignale dieser Einheiten jedoch auch in Analogform bereitgestellt werden, und in diesem Fall können die Analogausgänge in einem Netzwerk, einem Servosystem oder dergleichen verknüpft werden. Aus Gründen der Genauigkeit ist jedoch eine Digitalform der Ausgangssignale der Phasenvergleicher erwünscht.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch hohe Genauigkeit

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aus und vermag die Streifenmehrdeutigkeit zu eliminieren, ohne daß ein ständiger Betrieb notwendig ist und ohne daß die Streifen summiert werden müssen, beispielsweise wenn ein die Empfangsstation tragendes Schiff die Küste verläßt und auf See geht.

Die bei fiealisierung der Erfindung verwendeten Atomuhren können durch Cäsiumstrahlröhren gebildet werden, wie sie in dom die Röhren bildenden Teil eines unter der Modell-Nr. 5O6I A von der Firma Hewlett-Packard vertriebenen Cäsiumstrahl-Frequenznormals verwendet werden. Die Sender und Empfänger können von verschiedenster Bauart sein und sollten extrem stabil sein. Der verwendete Computer kann z.B. ein System 5103 A oder ein System 469 äer üontrol Data Corporation sein, wobei das letztgenannte System für den Gebrauch im Flugzeug, besonders geeignet ist.

Es sind viele verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung möglich, von denen in der vorstehenden ausführlichen Beschreibungmr einige beispielhafte Ausführungsformen erläutert sind. Für den Fachmann sind die verschiedensten Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich, um das Prinzip der Erfindung zu realisieren.

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Claims (1)

1. 2R10120

   Pat ent anspräche

   (1· !Verfahren zur Positionsbestimmung durch Funkortung, wobei ""* Funksignale, die von verschiedenen Sendern unter Steuerung durch jeweilige Frequenznormale ausgestrahlt werden, an einer von den Sendern entfernten Empfangsstation empfangen werden und dort in ihren Phasen mit den Phasen von Referenzsignalen verglichen werden, die unter Steuerung durch ein Frequenznormal an der Empfangsstation erzeugt werden, um Entfernungsinformationen zu gewinnen, wobei die Frequenz und Phase der durch die Frequenznormale gesteuerten und an der Empfangsstation empfangenen Funksignale bekannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Funksignale mit mindestens einem Eintfonsignal, d.h. einem aus einer einzigen Frequenz bestehenden Signal, moduliert wird, welches vom Frequenznormal des betreffenden Senders gesteuert wird; daß die Laufzeiten der empfangenen Funksignale an;3er Empfangsstation ermittelt werden, indem die jeweiligen Phasen der äemodulierten Eintonsignale mit den Phftsen zugeordneter Vergleichssignale verglichen werden, die an der Empfangsstation von einem Frequenznormal geliefert werden; daß die Ergebnisse dieser Phasenvergleiche zur Bestimmung der groben Position verwendet werdenind daß die Ergebnisse der. · Vergleiche der empfangenen Funksignale mit den Referenzsignalen zur Bestimmung der Feinposition verwendet werden·

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Funksignale mit Bindestens einem Eintonsignal amplitudenmoduliert wird· - 2 -

   S09886/0780

   3. Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Funksignale mit mindestens einem Eintonsignal frequenzmoduliert wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Funksignale mit mindestens einem Eintonsignal phasenmoduliert wird.

   5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1—4·, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Funksignale intermittierend mit mindestens einem Eintonsignal moduliert wird.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 51 dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Funksignale durch eine zugeordnete Atomuhr gesteuert wird.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die am Empfänger erzeugten Vergleichssignale und Referenzsignale unter Steuerung durch eine Atomuhr erzeugt werden.

   8· Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An Sprüche 1-7» worin eine Anzahl von Sendestationen mit jeweils einem Frequenznormal und eine. Empfangsstation mit ebenfalls einem Frequenznormal vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sendestation einen Hbrmalfrequenzgenerator (14) und einenModulator (16, 116; 216) aufweist, die beide vom Frequenznormal (10) gesteuert sind, um einen zugeordneten Funksender (13; 113; 213) ndt mindestens einem Eintonsignal zu modulieren; daß die Empfangsstation einen durch ein individuelles Frequenznormal (19) der Empfangsstation gesteuerten Mbrmalfrequenzgenerator (4-1; 4-2) aufweist, dessen Ausgangssignal aus mindestens einem Einton-Vergleichssignal

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   25101

   wie das empfangene Eintonsignal "besteht, welches einer ersten Phasenvergleichsstufe (22, 23, 4-3, 34-) zugeführt ist, deren anderer Eingang mit Demodulatoren der Empfangsstation verbunden ist, die jeweils das mindestens eine Eintonsignal wiedergewinnen; daß die Empfangsstation eine zweite Phasenvergleichsstufe (20, 21; 30, 32) und Empfänger (17, 18; 71, 77) aufweist, die an die zweite Phasenvergleichsstufe Ausgangssignale liefern, welche Phaseninformationen der empfangenen Eu!3Trsip;nale enthalten; daß die zweite Phasenvergleichsstufe ihre anderen Eingangssignale von Normalfrequenzgeneratoren (29, 31; 33) empfängt, die vom individuellen Frequenznormal (19) der Empfangsstation steuerbar sind; daß die Ausgänge der ersten Phasenvergleichsstufe grobe Positionsdaten und die Ausgänge der zweiten Phasenvergleichsstufe feine Positionsdaten liefern.

   9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (16) jeder Station ein an sich bekannter Frequenzmodulator ist.

   10. Anordnung nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (16) jeder Sendestation ein an sich bekannter Amplitudenmodulator ist.

   11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (16) jeder Sendestation ein an sich bekannter Phasenmodulator ist.

   12. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator jeder Sendestation ein Gegentaktmodulator (16.in Fig. 3) mit einem Filter für eine Seitenbandfrequenz (Seitentonfilter) ist.

   6Q9386/078G _Λ

   'ti

   13. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator jeder Sendestation ein Gegentaktmodulator (116 in Fig. 4) ist.

   14. Anordnung nachAnspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (216) jeder Sendestation mindestens ein Eintonsignal von einem zugeordneten Normalfrequenzgenerator (14) über eine zugeordnete torschaltung (217) empfängt, der ein Zettsteuersignal von einem zugeordneten Impulszeitgeber (219) zuführbar ist, der von einem Frequenznormal (1O) durch einen zugeordneten Normalfrequenzgenerator (218) steuerbar ist (Fig. 5).

   15. Anordnung nach einem der Ansprüche 8-14, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der einzelnen Frequenznormale in den Sendestationen eine Atomuhr (10) ist.

   16. Anordnung nachmnem der Ansprüche 8-15, gekennzeichnet durch einen Computer (27), dem die Ausgangssignale der ersten Phasenvergleichsstufe (22, 23; 43, 34) und von der zweiten Phasenvergleichsstufe (20, 21; 30, 32) zuführbar sind, und der Signalwerte liefert, die für die Entfernungen der Empfangsstation von den Sendestationen repräsentativ sind.

   17· Anordnung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch ein Anzeigegerät (26, 28), welches die Ausgangssignalwerte des Computers anzeigt.

   18. Empfangsstation zur Bestimmung der Laufzeit empfangener Funksignale, die mit mindestens einem Eintonsignal, das heißt mit einem aus einer einzigen Frequenz bestehenden Signal, moduliert sind und von mindestens einer Sendestation ausgesandt werden, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einemFrequenznormal und einer ersten Phasenvergleichsstufe zur Bestimmung der Phase empfangener Funksignale oder von ihnen abgeleiteter Signale

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   bezüglich, eines oder mehrerer an der Empfangsstation unter Steuerung durch das Frequenznormal erzeugter Signale, gekennzeichnet durch eine Demodulatorstufe, der die empfangenen Funksignale "bzw. die davon abgeleiteten Signale zuführbar sind, um daraus durch Demodulation jeweils das mindestens eine Eintonsignal abzuleiten; einen vom Frequenznormal (19) gesteuerten Normalfrequenzgenerator (4-1; 42) und eine zweite Phasenvergleichsstufe (22, 23; 34, 43), die an jeweils einem Eingang das jeweils flamflnlierte Eintongsignal und am anderen Eingang unter Steuerung durch den Normalfrequenzgenerator (19) stehende Signale empfängt, wobei die Ausgangssignale der zweiten Phasenvergleichsstufe Informationen über das Grobmaß der Entfernung und die Ausgangssignale der ersten Phasenvergleichsstufe Informationen über das Feinmaß der Entfernung darstellen.

   Empfangsstation nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenznormal (19) ein Atomfrequenznormal ist.

   20. Empfangsstation nach Anspruch 18 oder 19» dadurch, gekennzeichnet, daß die Demodulatorstufe mindestens zwei Amplitudendemodulator en enthält.

   21· Empfangsstation nach. Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Demodulatorstufe mindestens zwei Frequenzdemodulatoren enthält.

   22. Empfangsstation nach. Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Demodulatorstufe mindestens zwei Phasendemodulatoren enthält.

   23. Empfangsstation nach einem der Ansprüche 18 - 22, gekennzeichnet durch einen Computer (27), demäie Ausgangssignale der erstenPhasenvergleichsstufe (20, 21; 30, 32) und der zweiten Phasenvergleichs stufe (22, 23; 4-3, 34·) zuführbar sind,

   n _ ₆ _

   25101

   SO

   um £i<r_nai_e zu erzeugen, die charakteristisch für die Entfernung der Empfangsstation von (jeder oendestation sind.

   24. Empfangsstation nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch ein Anzeigegerät (26, 28) zur Wiedergabe der vom Computer (27) gelieferten Signalwerte.

   25. Empfangsstation nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer (27) Signale von der ersten Phasenvergleichsstufe (20, 21; 30, 32) und von der zweiten Phasenvergleichsstufe (22, 23; 4-3, 3A-) empfängtund Ausgangssignale liefert, welche die Entfernung der Empfangsstation von der Sendestation darstellen.

   26. Sendestation für Funksignale, die sich zur genauen -Bestimmung ihrer Laufzeit zu einer entfernten Empfangsstation eignen, um das Verfahren nach Anspruch 1 durchzuführen, mit einem Frequenznormal, welches einen Normalfrequenzgenerator steuert, der seinerseits ein Trägersignal an eine Sendestufe liefert, gekennzeichnet durch einenraveiten Normalfrequenzgenerator (14), der ebenfalls vom Frequenznormal (10) gesteuert ist und seinerseits einen Modulator (16; 116; 216) steuert, der die Hochfrequenz der Sendestufe (13; 113; 213) mit mindestens einem unter Steuerung durch das Frequenznormal stehenden Eintonsignal, d.h. einem aus einer einzigen Frequenz "bestehenden Signal, moduliert, wobei dieses Eintonsignal nach Empfang in der Empfangsstation dazu verwendbar ist, die Position grob zu bestimmen,während das Trägersignal nach Empfang in der Empfangsstation dazu verwendbar ist, die Feinposition zu bestimmen.

   27· Sendestation für Funksignale nach Anspruch26, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (16) ein an sich bekannter Frequenzmodulator oder Phasenmodulator oder Amplitudenmodulator ist.

   509886/0730

   -Ψ -

   28. Sendestation für Funksignale nach. ^Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator C16, Fig. 3) ein an sich "bekannter Gegentaktmodulator in Verbindung mit einem an sich bekannten Filter für eine ^Deitenbandfrequenz (Seitentonfilter) ist.

   29· Sendestation für Punksignale nach Anspruch.26, dadurch, gekennzeichnet, daß der Modulator (116, Fig. 4) ein an sich bekannter Gegentaktmodulator ist.

   30· Sendestation für Funksignale nach Anspruch26, dadurch, gekennzeichnet, daß dem Modulator (216) das mindestens eine Eintonsignal über eine Torschaltung 217 zuführbar ist, die von einem Impulszeitgeber (219) gesteuert ist, der seinerseits ein Signal von einem Normalfrequenzgenerator (218) empfängt, der vom Frequenznormal (10) gesteuert ist (Fig. 5)·

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