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Diese Erfindung betrifft einen tragbaren Funksignalsender,
welcher sich besonders zur Verwendung in einem System und
einem Verfahren zur Bestimmung der Position einer Person
oder eines anderen Körpers eignet.
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Zu den herkömmlichen Instrumenten oder Geräten, welche als
Schutz bei Notfällen oder Bedrohungen verwendet werden,
zählt ein Verbrechensverhütungs-Summer, der ständig
mitgeführt wird und bei Eintreten eines Notfalls betätigt wird,
so daß der Summer ein Warnsignal abgibt. Das Warnsignal des
Summers ist in der Nachbarschaft hörbar, so daß man sofort
die Polizei oder andere geeignete Behörden zur raschen
Untersuchung und Rettung informieren kann. Es ist jedoch
unwahrscheinlich, daß jemand den Summer in einem
dünnbesiedelten Gebiet oder um Mitternacht hört. Außerdem könnte ein
den Summerton hörender Angreifer in Panik geraten und den
Träger der Alarmeinrichtung angreifen.
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Entführung und Kidnapping weisen nahezu weltweit eine
zunehmende Tendenz auf. Im allgemeinen wird eine Entführung
erst entdeckt, wenn z. B. die Familie der Geisel einen
Lösegeldanruf des Entführers erhält. Die Familie der Geisel
informiert dann die Polizei oder die Untersuchungsbehörden,
um eine Suche zu veranlassen. Die Polizei kann den
Telephonanruf des Entführers rückverfolgen, um einer Spur in
dem Fall nachgehen zu können. Häufig jedoch halten die
Familien von Geiseln den Fall geheim, um die Geisel sicher
zurückzubekommen, so daß die Polizei aus dem Fall
herausgehalten wird und keine Suche veranlassen kann. Es wird
keine sofortige Untersuchung und Rettung eingeleitet.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen tragbaren
Funksignalsender zur Übertragung eines Funksignals einer
vorgegebenen Frequenz bereitzustellen, welcher ständig von
einer durch das System zu schützenden Person mitgeführt
werden kann, damit in einem Notfall das Funksignal gesucht
und erkannt bzw. geortet werden kann.
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Die US 3825833 beschreibt eine
Personensicherheitsvorrichtung, welche nach ihrer Aktivierung ein Dauersignal abgibt.
Die Vorrichtung umfaßt eine Batterie mit verzögerter
Wirkung, in der der Elektrolyt in einer Kammer und durch eine
Membran von den Elektroden und den Batterieanschlüssen
getrennt gehalten wird. Die Betätigung einer mit einem
Federarm verbundenen Taste bewirkt das Durchstechen der Membran,
so daß der Elektrolyt mit den Elektroden in Kontakt kommt
und die Batterie aktiviert. Danach wird ein Signal
generiert, das bis zur Erschöpfung der Batterie anhält.
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Die Erfindung stellt deshalb einen tragbaren
Funksignalsender bereit, welcher folgendes umfaßt: einen Schwingkreis
mit einer Batterie, einer Antenne, einem
Funksignalgenerator zur Generierung eines Funksignals einer vorgegebenen
Frequenz und einem Rastkontakt, um den Schwingkreis
geschlossen zu halten und dadurch das Funkdauersignal zu
generieren; ein Gehäuse aus einem nichtmagnetischen
Material zur schützenden Aufnahme der Batterie, der Antenne und
des Funksignalgenerators; und ein vom Benutzer manuell zu
betätigendes und in einer Aussparung in der Oberfläche des
Gehäuses vorgesehenes Betätigungselement, wobei dieses
Betätigungselement mit keinem Abschnitt aus der Ebene eines
Außenumfangs des Gehäuses herausragt, dadurch
gekennzeichnet, daß das Betätigungselement einen Schalter zum Öffnen
oder Schließen des Schwingkreises betätigt und der
Schwingkreis des weiteren ein Relais umfaßt, welches bei Schließen
des Schwingkreises magnetisiert wird, um den Rastkontakt zu
schließen und den Kreis geschlossen zu halten.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2, 3
und 4 beschrieben.
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Der Sender ist in Notfällen besonders nützlich, z. B., wenn
die den Detektor tragende Person angegriffen wird.
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Der Sender kann auch zur Verfolgung sich bewegender Körper
verwendet werden.
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Nachfolgend werden die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben; es zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines
erfindungsgemäßen tragbaren Funksignalsenders;
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Fig. 2 eine Schnittansicht im vergrößerten Maßstab
eines oberen Abschnitts mit einem
Schalterbetätigungselement des in der Fig. 1 dargestellten
Senders;
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Fig. 3 eine mit dem Sender der Fig. 1 gekoppelte
Schaltung;
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Fig. 4, 4A, 4B und 4C die Prinzipien der Dreieckvermessung,
welche zur Bestimmung der Position einer
Funksignalquelle eines Senders gemäß der Erfindung
angewendet werden; und
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Fig. 5 eine Landkarte, welche die Spur einer
Signalquelle und die Position einer Richtantenne
während eines Versuchs darstellt.
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Zum Schutz von Personen in Notfällen bedient man sich eines
erfindungsgemäßen Senders, welcher so ausgeführt ist, daß
er ein drahtloses Signal generiert. Es ist wünschenswert,
eine unbeabsichtigte Aktivierung des Senders zu vermeiden,
da das Signal nur in einem Notfall gesendet werden sollte.
Entsprechend der Erfindung wird ein Notsignalsender
bereitgestellt, welcher im wesentlichen frei von Fehlbedienung
ist und nur dann arbeitet, wenn die Übertragung eines
Signals wirklich gewünscht wird.
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Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, besitzt der die
Erfindung verwirklichende Notsignalsender ein Gehäuse 1 aus
einem nichtmagnetischen Material, wie z. B. Kunststoff. Das
in der Fig. 1 dargestellte Gehäuse 1 ist als ein Zylinder
mit einem relativ kleinen Durchmesser von z. B. etwa 1,5 bis
2,0 cm und einer Länge von etwa 5 bis 10 cm ausgeformt. Das
Gehäuse 1 kann eine andere Form haben; ein Beispiel ist
eine kleine Schachtel mit einer Größe entsprechend einer
Zündholzschachtel. Der Sender ist handlich und klein genug,
um in die Tasche eines Benutzers oder in eine Handtasche
gesteckt zu werden. Er kann auch an einer Kette oder einem
Band 17 durch ein am oberen Rand des Gehäuses 1
angeflanschtes nach außen weisendes Paar Ösen 8 um den Hals des
Benutzers getragen werden.
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Im unteren Abschnitt des Gehäuses 1 befindet sich eine
Batterie 9. Eine Stabantenne 3 erstreckt sich von der Batterie
9 aus nach oben und liegt in der Oberfläche des Gehäuses 1
frei. Falls gewünscht, kann die Antenne durch die Kette
oder das Band 17 gebildet werden. Ein mit der Batterie 9
und der Antenne 3 gekoppelter Funksignalgenerator 4 ist im
Gehäuse 1 eingebaut.
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Ein vollständiger Schwingkreis ist in der Fig. 3
dargestellt, welcher eine elektrische Gleichstromquelle 2, wie
in diesem Ausführungsbeispiel die Batterie 9 umfaßt, die
mit den entgegengesetzten Anschlüssen des
Funksignalgenerators 4 durch Einschalten eines Schalters 11 verbunden
werden kann. Ist der Kreis geschlossen, so wird ein Relais
12 magnetisiert, um einen Rastkontakt 5 zu schließen,
welcher ungeachtet der Position des Schalters 11 den Kreis
geschlossen hält. Somit wird der Generator 4, sobald der
Benutzer den Schalter 11 zur Kontaktgabe betätigt, ein
Dauerfunksignal einer vorgegebenen Frequenz generieren, bis
die Batterie 9 erschöpft ist. Das Funksignal wird über die
Antenne 3 übertragen und von einer oder mehreren
Richtantennen des Wach-Subsystems empfangen. Wahlweise ist ein
Summer 16 innerhalb des Kreises in Reihe geschaltet, um ein
akustisches Alarmsignal abzusetzen.
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Die Oberseite des Gehäuses 1 weist eine Aussparung 7 auf,
in welcher ein Schalterbetätigungselement 6 verschieblich
angeordnet ist. Wie insbesondere aus der Fig. 2 zu ersehen
ist, ist das Schalterbetätigungselement 6 vollständig
unterhalb der Ebene der Oberseite des Gehäuses 1
angeordnet. Das Schalterbetätigungselement 6 kann wahlweise in
einem Fenster an der Seite des Gehäuses 1 vorgesehen
werden, wie durch Hilfslinien in der Fig. 1 dargestellt ist.
Diese Konstruktion verhindert eine Fehlbetätigung des
Schalters 11, während dieser im Notfall durch den Benutzer
mit der Fingerspitze betätigt bzw. verschoben werden kann.
Diese Einzeltastbetätigung des Elements 6 resultiert in
einer kontinuierlichen Übertragung des Notsignals.
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Der Sender eignet sich besonders zur Verwendung in einem
System und für ein Verfahren zur Ortung der Position einer
Person, wie in der EP 0306577 beschrieben. Eine
Beschreibung dieses Systems ist hierin anhand eines Beispiels
enthalten. Jede durch das System zu schützende Person muß den
Sender stets mit sich führen und im Notfall von Hand
einschalten, wodurch ein Notsignal einer vorgegebenen Frequenz
generiert wird. Bevor das System in Betrieb genommen wird,
sollte die Frequenz des Notsignals vorzugsweise durch die
Radio Regulatory Commission oder andere zuständige Behörden
zugewiesen und vorgegeben werden, um Störung oder
Interferenz zu vermeiden. Das Notsignal muß eine hinreichend
starke Leistung aufwesen, um von den Antennen des Systems
empfangen zu werden.
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Des weiteren umfaßt das System ein bodengestütztes Wach-
Subsystem, ein Verfolgungs-Subsystem und ein Computer-
Subsystem.
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Das Wach-Subsystem enthält eine Vielzahl ungerichteter
Antennen, welche im wesentlichen gleichmäßig über das
Schutzgebiet verteilt sind, und arbeitet rund um die Uhr, um ein
übertragenes Notsignal aufzufangen. Das durch den Benutzer
in einem Notfall generierte Notsignal wird von mindestens
einer der ungerichteten Antennen in relativer Nähe zur
Signalquelle erkannt. Das Wach-Subsystem kann sich
vorzugsweise eines Netzes eines bereits in Betrieb befindlichen
Sicherheitssystem bedienen.
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Das Verfolgungs-Subsystem enthält mehrere Richt-Scanner
oder -Antennen, welche verstreut in dem Schutzgebiet
installiert sind. Dieses Subsystem wird als Reaktion auf die
Erkennung eines Notsignals durch die Antenne oder Antennen
des Wach-Subsystems so aktiviert, daß es zwei oder mehr der
Richtantennen in Rotation versetzt, um zwei Richtungen zu
erkennen, in welchen an den entsprechenden Antennen
angebaute Feldstärkemesser die maximalen Feldstärkewerte
anzeigen. Mit den Daten bezüglich der Positionen der
entsprechenden Antennen und den beiden die maximale Feldstärke
anzeigenden Richtungen wird die Signalquelle, welche meldet,
wo der Benutzer von seinem Entführer gefangen gehalten
wird, z. B. durch Anwendung der Dreieckvermessung bestimmt
werden.
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Das Computer-Subsystem hat die Aufgabe, die Informationen
des Wach- und des Verfolgungs-Subsystems zu integrieren und
deren Betrieb zu unterstützen. Vorzugsweise erstellt eine
Computeranzeige eine Landkarte des Schutzbereichs in einem
Maßstab dar, welcher in dem Umfang vergrößert wird, in dem
die Verfolgung durch die Wach- und Verfolgungs-Subsysteme
Fortschritte macht. Die Erkennung der beiden Richtungen,
welche die maximale Feldstärke anzeigen, durch das
Verfolgungs-Subsystem kann ebenfalls mit Hilfe des Computers
erfolgen.
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Der Notsignalsender der vorliegenden Erfindung verfügt
vorzugsweise über eine zusätzliche Funktion zur gleichzeitigen
Generierung eines Personenidentifikationscodes, z. B.
mittels der Impulscodemodulation. Dadurch wird es sowohl
möglich, die in Not geratene Person zu identifizieren als auch
den Ort zu bestimmen, an dem sie sich befindet.
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Wie oben erwähnt, bedient man sich der Dreieckvermessung,
um die Quelle des Notsignals zu bestimmen. Diese wird
nunmehr detaillierter beschrieben.
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Wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist, schneiden sich zwei
Halbgerade La und Lb, welche von festen Punkten A bzw. B
ausgehen, in einem Punkt C, und Winkel zwischen einem
Segment der Linie AB und den Geraden La und Lb sind als α
bzw. β definiert. In diesem Fall ist nur ein Dreieck ABC
gegeben, so daß die Lage des Schnittpunktes C eindeutig
bestimmt ist.
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Es sei angenommen, daß Scanner oder Antennen des
Verfolgungs-Subsystems jeweils in den Punkten A und B angeordnet
sind, welche die maximale Feldstärke in den Richtungen La
bzw. Lb anzeigen, so daß eine Quelle des Notsignals
problemlos als in einem Punkt C liegend bestimmt werden kann.
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Nunmehr sei auf die Fig. 4A, 4B und 4C verwiesen, in denen
Punkt A ein Ursprung (0,0) und Punkt B ein Punkt auf der X-
Achse mit den Koordinaten (b,0) ist. Vorausgesetzt, daß
sich die Seiten AB und AC unter einem Winkel α und die
Seiten BA und BC unter einem Winkel 13 schneiden, und daß
ein Punkt C die Koordinaten (x,y) aufweist, kann man die
beiden nachstehenden Gleichungen erhalten:
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y = xtanα (1)
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y = (b-x)tanβ (2)
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Die Gleichungen (1) und (2) ergeben:
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xtanα = (b-x)tanβ
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x(tanα + tanβ) = btanβ
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x = b tan β/ tan α + tan β (3)
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Durch Substitution von "x" in der Gleichung (1) durch
Gleichung (3) ergibt sich:
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y = b tan α · tan β/tan α + tan β (4)
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Damit können die Koordinaten (x,y) das Punktes C aus den
Gleichungen (3) und (4) bestimmt werden.
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In der obigen Berechnung wird vorausgesetzt, daß der Punkt C
wie in der Fig. 4A dargestellt, positioniert ist, wobei
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0º < α > 90º und 0º < β < 90º; dieselben Beziehungen gelten
jedoch für die Fälle der Fig. 4B, in der 90º < α < 180º und
0º
< β < 90º und der Fig. 4C, in der 0º < α < 90º und
90º < β < 180º. Dasselbe gilt auch für den Fall, in dem der
Punkt C unterhalb der X-Achse liegt.
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In einigen Sonderfällen können die Koordinaten des Punktes
C wie folgt bestimmt werden:
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Wenn α = 90º und 0º < β < 90º,
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x = 0; y = btanβ
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Wenn 0º < α < 90º und β = 90º,
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x = b; y = btanα.
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In einigen Ausnahmefällen lassen sich die Koordinaten des
Punktes C nicht eindeutig bestimmen, jedoch kann auf seine
Position auf Basis der folgenden Annahmen geschlossen
werden:
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Wenn α = 90º und β = 0º,
liegt C auf der X-Achse zwischen A und B.
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Wenn α = 90º und β = 180º,
liegt C auf der X-Achse rechts von B.
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Wenn α = 180º und β = 0º,
liegt C auf der X-Achse links von B.
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In der obigen Beschreibung wird das System in der Praxis
verwendet, wenn eine den Funksignalsender gemäß den Fig. 1
bis 3 tragende Person diesen von Hand betätigt, um ein
Notsignal
zu generieren, wenn sie in eine Not- oder
Krisensituation, insbesondere bei einer Entführung, gerät. Die
ungerichteten Antennen des Wach-Subsystems sind ständig
ohne jede Unterbrechung auf den Empfang des Notsignals
vorbereitet, und die Richtantennen des
Verfolgungs-Subsystems sind betriebsbereit, so daß sie jederzeit als
Reaktion auf die Erkennung des Notsignals durch eine oder
mehrere der ungerichteten Antennen in Funktion treten.
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Dieser Sender kann jedoch in weiterem Rahmen für die
Bestimmung der Position eines sich bewegenden Körpers
eingesetzt werden. Beispielsweise beschäftigt eine
Versicherungsgesellschaft zahlreiche Verkäufer in einem bestimmten
Gebiet im Außendienst, welche den Großteil ihrer
Arbeitszeit außerhalb des Unternehmens verbringen.
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Um das Personal effektiv zu überwachen, ist es
wünschenswert, zu wissen, wo sich die Mitarbeiter befinden oder wie
sie sich bewegen. Dies-ist durch die Verwendung des
erfindungsgemäßen Senders und eines geeigneten Netzsystems
möglich. Jeder Verkäufer führt den tragbaren Funksignalsender
mit sich, dessen Schalter in EIN-Position fixiert oder mit
keinem Schalterbetätigungselement ausgeführt ist, so daß er
kontinuierlich das Signal der vorgegebenen Frequenz
generiert, welches wiederum von der ungerichteten Antenne oder
Antennen und den Richtantennen empfangen wird. Die
Identifikation jedes Verkäufers kann durch Frequenzmodulation
erfolgen.
Versuch
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Als tragbarer Funksignalsender wurde ein Funksignalsender
für funkgesteuerte Modellflugzeuge (Futaba Denshi Kogyo,
FP-8Ap, Signalfrequenz 40 MHz) verwendet. Wie die Fig. 5
zeigt, begann eine den Sender mit eingeschaltetem Schalter
tragende Person einen Rundgang vom Dach eines vierstöckigen
Gebäudes Nr. 14 aus. Die Person ging langsam entlang einer
durchgezogenen fetten Linie im Uhrzeigersinn und kehrte zum
Gebäude Nr. 14 zurück. Unterwegs hielt sie an mit einem
Kreis markierten Positionen jeweils etwa 5 bis 10 Minuten
an.
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Auf dem Dach des Gebäudes Nr. 14 in einer Höhe von 4 m war
eine 4-Element-Yagi-Richtantenne (Maspro Denko, 50T4 für
52 MHz) montiert, die von einem Rotator (KENPRO, KR-5600A)
gedreht wurde. Ein Feldstärkemesser (Leader Denshi, LFC-
945) war über ein Koaxialkabel (75 Ω) mit der Antenne zur
Messung der Richtung per Auge, in der das Meßgerät einen
maximalen Feldstärkewert anzeigte, gekoppelt.
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Der Zweck dieses Versuchs bestand in einem Vergleich der
jeweiligen Position des Senders und der Richtung der
maximalen Feldstärke, welche sich beide in Abhängigkeit von der
Zeit änderten. Als Ergebnis bestätigte sich, daß der Sender
im wesentlichen in Richtung der die maximale Feldstärke
anzeigenden Antenne positioniert war. Das zeigt, daß die
Funksignalquelle mit Hilfe der Dreieckvermessung geortet
werden kann.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die für diesen Versuch
verwendeten Instrumente, einschl. des Senders, nicht dem High-
Fidelity-Standard entsprechen. Die Messung per Auge der
Richtung mit der maximalen Feldstärke würde ein gewisses
Fehlerausmaß hervorrufen. Dennoch wurden bei diesem Versuch
im wesentlichen zufriedenstellende Ergebnisse erzielt. Bei
Verwendung von High-Fidelity-Sendern und Empfängern und bei
automatischer Erkennung der maximalen Feldstärke mit, Hilfe
eines Computers, wird man zuverlässigere Ergebnisse
erhalten, welche zu einer genaueren und eindeutigen Bestimmung
bzw. Ortung der,Funksignalquelle führen. Damit kann eine
rasche Rettung oder Suche organisiert werden.