DE3923506C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Richtungs- und Entfernungsbeziehungen zwischen zwei geographischen Orten.

Es sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum selbsttätigen Aus­ richten eines geodätischen Winkelmeßgerätes auf einen Zielpunkt bekannt (DE-OS 31 39 239), bei dem am Zielpunkt die Zielrichtung zum Winkelmeßgerät gegenüber der Nordrichtung und/oder der Lot­ richtung bestimmt wird, bei dem daraus die Zielrichtung vom Winkel­ meßgerät zum Zielpunkt bezüglich der Nordrichtung und/oder der Lotrichtung ermittelt wird und bei dem das Winkelmeßgerät hin­ sichtlich des Horizontalwinkels und des Vertikalwinkels so lange verstellt wird, bis es in die ermittelte Zielrichtung zeigt. Hier­ bei werden ein Zielmittel an einem Zielort und eine Übertragungs­ einrichtung zwischen Zielort und Standort benötigt. Die Ermittlung von Richtungs- und Entfernungsbeziehungen eines Zielortes in Be­ zug auf einen Standort sind damit nicht auf einfache Weise mög­ lich.

Es ist weiterhin eine Vorrichtung bekannt (DE-OS 33 25 888), die einen Kompaß, eine Libelle und eine Sonnenuhr umfaßt. Diese Vor­ richtung läßt es zu, sich hinsichtlich Zeit und Himmelsrichtung zu orientieren. Sie ermöglicht jedoch nicht auf einfache Weise die Ermittlung von Richtungs- und Entfernungsbeziehungen eines Zielortes in bezug auf einen Standort.

Zur Ermittlung von Richtungs- und Entfernungsbeziehungen zwischen zwei geographischen Orten sind aus der Flug- und Raumtechnik Navi­ gationsgeräte bekannt, die zur räumlichen Stabilisierung von Flug­ körpern, Positionen oder Richtungen verwendet werden. Hierbei bilden drei rechtwinkelig zueinander stehende Achsen die physi­ kalische Grundlage. Es werden Kreisel, Funkfeuer, träge Massen und optische Fixpunkte eingesetzt, um zu navigieren. Diese Ver­ fahren und Vorrichtungen sind sehr aufwendig und daher nicht in einem ausreichend allgemeinen Ausmaß anwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die mit einfachster Technik ein Navigieren mit minimiertem Aufwand zuläßt, bei dem von einem jeweiligen wechselnden Standort jeweils die Richtung und die Entfernung zu einem Ziel­ ort bestimmt werden.

Die Erfindung sieht, diese Aufgabe lösend, ein Verfahren vor, bei dem vorgesehen sind ein erster Sensor für eine physikalische Größe, wie für die Richtung des Erdmagnetfeldes oder die Rich­ tung zum Himmelspol, ein zweiter Sensor bezüglich der Richtung zu einem extraterrestrischen Objekt, ein dritter Sensor für die Lotrechte, wobei die drei Sensoren an einem Gerät vorgesehen sind, und bei dem für einen Zielort die physikalische Größe (Magnetfeld­ richtung), die Richtung bezüglich des extraterrestrischen Objektes und die Lotrechte festgelegt werden, und bei dem an einem Stand­ ort das Gerät bezüglich der physikalischen Größe nachgeführt und bezüglich des extraterrestrischen Objektes unter Berücksichtigung der Zeit nachgeführt wird, und bei dem dann am Standort die Abwei­ chung der festgelegten Zielorteinstellung des dritten Sensors von der Standortlotrechten erfaßt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist, die genannte Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Sensoren an den drei Schen­ keln eines dreischenkeligen Meßwinkels vorgesehen sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vor­ richtung können ohne Zuhilfenahme von künstlichen Hilfsmitteln wie Funkbaken, optischen Peilpunkten usw. allein durch drei global aus­ reichend vertretene physikalische Größen Richtungs- und Entfernungs­ beziehungen zwischen dem Zielort und dem Standort hergestellt wer­ den. Dies wird mit einfachster Technik und somit minimiertem Aufwand und ohne zusätzliche umfangreiche Hilfsmittel erreicht. Es werden drei global zugängliche physikalische Größen aus dem jeweiligen Umfeld des Standortes aufgenommen und mit den gleichen Größen des Ziel­ ortes verglichen. Das Erdmagnetfeld und extraterrestrische Objekte wie Sonne, Sterne, Mond, fungieren als Eingangsgröße; als Ausgangsgröße werden am Lot Richtung und Entfernung abgenommen.

Der Zugriff zum Endergebnis des Ermittlungsvorganges erfolgt ohne komplizierte Verfahrensregeln, langwierige Beobachtungen und be­ sondere Schulung der Bedienperson. Das Endergebnis ergibt sich unmittelbar, nachdem die Vorrichtung mit wenigen Handgriffen ein­ gestellt wird. Daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hinsichtlich der Zielgenauigkeit gewisse Abstriche hinzunehmen sind, ist im Hinblick auf den ange­ strebten Einsatzbereich vernachlässigbar. Eine globale Zielgenauig­ keit von kleiner als 50 km ist mit einer entsprechend konzipierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. Die Vorrichtung kann auch ohne besondere Schulung von der Bedienperson eigen­ ständig als ein in sich geschlossenes System genützt werden. Die Vorrichtung weist zur Einstellung des Y-Schenkels eine eingebaute Uhr oder einen speziell programmierten Taschenrechner auf. Die letztgenannte Maßnahme minimiert den technisch-mechanischen Auf­ wand bei gleichbleibendem Bedienkomfort.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläu­ tert. In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Ermittlung von Richtungs- und Entfernungsbeziehungen zwischen zwei geographischen Orten perspektivisch und schematisch dargestellt.

Die Zeichnung zeigt einen dreiachsigen Meßwinkel mit einem Schen­ kel X für das Erdmagnetfeld M′, einem Schenkel Y für das Azimut A′ der Sonne (Schattenwurf) und einem Schenkel L für das Lot L′. Das Erdmagnetfeld M′, das Azimut A′ der Sonne und die Richtung des Lots L′ sind die physikalischen Größen dieses Beispiels.

• a. Das Magnetfeld M′ beinhaltet verschiedene Gradienten; einer davon ist die Inklination. Darunter wird der Winkel des Erdma­ gnetfeldes M′ verstanden, der sich gegenüber der horizontalen Ebene an einem bestimmten Ort ergibt. Am magnetischen Nord- bzw. Südpol tritt dieses Erdmagnetfeld senkrecht aus der Erde, neigt sich entsprechend der geographischen Breite, bis es am Äquator hori­ zontal zu liegen kommt, und steigt im weiteren Verlauf zum Pol wieder an. Die Richtung des Erdmagnetfeldes M′ wird über ein einfaches Magnetometer erfaßt. Das Magnetometer erfordert bislang den größten gerätetechnischen Aufwand; jedoch bietet der auf diesem Gebiet vorhandene Stand der Technik bereits einfache Lösungen an.
• b. Das Azimut A′ eines extraterrestrischen Objektes (z. B. Sonne) ist nach der hier unterstellten Anwendung die Richtung, die vom Beobachtungs-Standort zum Lot dieses Objektes am Horizont zeigt (z. B. Mittagssonne = Süden). Das Azimut A′ ist demnach einer Raumachse vergleichbar, d. h. es ist eine Richtung und kein Winkel zu Nord oder Süd. Infolge der Kugelgestalt der Erde ergeben sich global unterschiedliche Azimutrichtungen. Bedingt durch die Erdrotation werden diese Richtungen zusätzlich einer kontinuierlichen Drehbewegung unterworfen.
  In der einfachsten Ausführung genügt bereits der Schattenwurf der Sonne. Mit einem auf einer Teilscheibe aufgebrachten Ring kann das Azimut des Zielortes nachgebildet bzw. erkannt werden (Schatten quert diametral den Ring). Dieses einfache Hilfs­ mittel entspricht den gestellten Anforderungen. Einem Taschen­ rechner ist das Azimut des Zielortes zu entnehmen, wobei zweck­ mäßigerweise nur die geographischen Koordinaten des jeweiligen Zielortes eingelesen werden sollten.
• c. Das Lot L′ gibt die Richtung der Schwerkraft an. Mit einem Lotsensor, z. B. einer Dosenlibelle, kön­ nen Abweichungen vom Lot L′ erkannt und dargestellt werden; die Libelle dient zur Erfassung der Ausgangsgröße des Gerätes, näm­ lich Richtung und Entfernung. Nicht erforderlich, aber vorteil­ haft ist hierfür das Vorsehen eines Polarkoordinatennetzes auf der Libelle.

Bevor die Vorrichtung funktionsgerecht zum Einsatz kommt, müssen der Schenkel X für das Magnetfeld und der Schenkel Y für das Azimut entsprechend den Bedingungen am Zielort zuein­ ander und gegenüber dem Schenkel L für das Lot eingestellt werden.

Voreinstellung der Achse bzw. des Schenkels X:

Die magnetische Inklination eines Ortes, d. h. der Winkel des Erd­ magnetfeldes gegenüber der horizontalen Ebene, entspricht in grober Näherung der geographischen Breite dieses Ortes. Stehen diesbe­ züglich genauere Daten zur Verfügung, so ist dies von Vorteil. Demnach kann die bekannte geographische Breite des Zielortes di­ rekt auf den Schenkel X (gegenüber der Lotachse) eingegeben werden; z. B. entspricht 50° geographische Breite in Annäherung 50° ma­ gnetische Inklination.

Voreinstellung der Achse bzw. des Schenkels Y:

Entsprechend der Ausstattung des Taschenrechners werden die geo­ graphischen Koordinaten des Zielortes in das Programm eingelesen. Das daraus resultierende Ergebnis (z. B. 90°) wird als Azimut des Zielortes auf die Teilscheibe des Azimutmessers übertragen. Damit ist die Voreinstellung der Vorrichtung bzw. des Gerätes entsprechend dem Zielort (bekannter Ort) abgeschlossen.

Wird nun am unbekannten Standort der Schenkel X des dreiachsigen Meßwinkels an die örtlich vorhandene Magnetfeldrichtung M′ raum­ lagegleich angelegt und in gleicher Weise durch eine entsprechen­ de Drehung um diese Achse M′ auch mit dem Schenkel Y verfahren (Y an Azimutrichtung A′ anlegen), so ergibt sich am Lotschenkel L gegenüber L′ eine Vektorabweichung, die der geographischen Rich­ tungs- und Entfernungsbeziehung von Zielort und Standort entspricht. Die Vektorrichtung, die von L nach L′ zeigt, ist die Richtung zum Zielort und kann an der Libelle direkt abgelesen werden (Ab­ weichungsrichtung der Blase vom Mittelpunkt). Die Länge des Vektors (Abstand der Blase vom Mittelpunkt) entspricht der Ent­ fernung. Die Zeichnung zeigt die Einstellung am Zielort.

Claims (3)

1. Verfahren zur Ermittlung von Richtungs- und Entfernungsbezie­ hungen zwischen zwei geographischen Orten, mit einem ersten Sensor für eine physikalische Größe, wie für die Richtung des Erdmagnetfeldes oder die Richtung zum Himmelspol, mit einem zweiten Sensor bezüglich der Richtung zu einem extraterrestri­ schen Objekt, mit einem dritten Sensor für die Lotrechte, wo­ bei die drei Sensoren an einem Gerät vorgesehen sind, und bei dem für einen Zielort die physikalische Größe, die Richtung bezüglich des extraterrestrischen Objektes und die Lotrechte festgelegt werden, und bei dem an einem Standort das Gerät bezüglich der physikalischen Größe nachgeführt und bezüglich des extraterrestrischen Objektes unter Berücksichtigung der Zeit nachgeführt wird, und bei dem dann am Standort die Abwei­ chung der festgelegten Zielorteinstellung des dritten Sensors von der Standortlotrechten erfaßt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Sensoren an den drei Schen­ keln (X, Y, L) eines dreischenkligen Meßwinkels vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Sensor eine Libelle ist.