DE469471C - Verfahren zur Bestimmung der UEbertragungszeit elektrischer Schwingungen - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der UEbertragungszeit elektrischer Schwingungen

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DE469471C
DE469471C DEK102475D DEK0102475D DE469471C DE 469471 C DE469471 C DE 469471C DE K102475 D DEK102475 D DE K102475D DE K0102475 D DEK0102475 D DE K0102475D DE 469471 C DE469471 C DE 469471C
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only

Description

  • Verfahren zur Bestimmung der Übertragungszeit elektrischer Schwingungen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Bestimmung des Abstandes zweier Orte voneinander bzw. der Länge des Übertragungsweges oder der Übertragungszeit elektrischer Schwingungen zwischen den beiden Orten. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß von dem einen Ort mit oder ohne Draht elektrische Schwingungen nach dem anderen Ort gesandt, dort empfangen und zur Steuerung eines Senders benutzt werden, der diese Schwingungen zum ersten Ort mit oder ohne Draht zurücksendet, daß diese: Schwingungen dort wiederempfangen werden und der Zeitunterschied zwischen Aussendung und dem Wiederempfang bestimmt wird. Für die Zeitbestimmung kann z. B. die binaurale Hörmethode oder eine Interferenzmethode benutzt werden. Ist der Zeitunterschied gemessen, so läßt sich bei bekannter Fortpflanzungsgeschwindigkeit ohne weiteres der Abstand bzw. die Länge des Übertragungsweges berechnen. Ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit nicht bekannt, wohl aber die Lange des Übertragungsweges, so läßt sich aus der gemessenen Zeit die Fortpflanzungsgeschwindigkeit finden, bei Kabelübertragung also z. B. die Kabelverzögerung.
  • Infolge der großen Fortpflanzungsgeschwindigkeit elektrischer Schwingungen (3oo ooo km/sek) kommen nur Zeitmeßmethoden in Frage, die kleinste Zeitunterschiede von der Größenordnung von io--5 Sekunden und kleiner zu messen gestatten. Als solche sind z. B. die an sich bekannte binaurale Richtungshörmethode und eine später zu beschreibende Interferemzmethode anwendbar.
  • Die Erfindung soll in folgendem an Hand der Abb. i bis 5 näher beschrieben werden. Abb. i zeigt das Prinzip der Methode bei Benutzung der Kabelübertragung für Hin-und Rückweg.
  • Abb. z zeigt dasselbe für drahtlose Hin-und Rückübertragung.
  • Abb.3 ,gibt das Schema der Methode bei Benutzung des Kabelweges für den Hinweg und der drahtlosen Übertragung für den Rückweg.
  • Abb.4 zeigt das Prinzip der Zeitmessung nach der binauralen Hörmethode.
  • Abb.5 zeigt das Interferenzverfahren zur Messung der Zeitdifferenz.
  • In Abb. i werden von. der Sendestelle r (Telephonamt):elektrische Schwingungen-(z. B. Sprechströme) durch die Kabelleitung z nach dem Empfänger 3 geleitet. Von dort wirken sie über die Leitung 4 auf den Sender 5 (z. B. Niederfrequenzverstärker) und werden über die zur Leitung z parallele Leitung 6 ;nach dem Empfänger 7, der sich in :nächster Nähe der Sendestelle be$ndet, zurückgeleitet. Gleichzeitig werden die elektrischen Schwingungen von i über die Leitung 8 zum Empfänger 9 geleitet. Die Länge der Strecken und 8 äst sehr klein gegenüber der Länge der gleichlangen Leitungen z und 6 und zu vernachlässigen. Es ist klar, daß die von i ausgehenden Schwingungen in 9 früher eintreffen als in 7. In i treffen sie augenblicklich ein, während sie in 7 j e nach der ,L,änge der Leitungen .2 und 6 und der Kabelverzögerungskonstante mehr oder weniger spät eintreffen. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit v der Schwingungen längs der Kabel e. und 6 sei bekannt. Dann läßt sich die Länge 21 derselben berechnen, wenn man die Zeitdifferenz A t, mit der die Schwingungen in 9 und 7 ankommen, nach einer der später zu beschreibenden Methoden mißt. Es ist z L= v # 0 t. Ist umgekehrt die Länge L bekannt, so findet man die Fortpflanzungsgeschwindigkeit v der Schwingungen längs der Kabel zu In,Abb. 2 ist i o eine drahtlose ;Sendestation, z. B. -ein Rundfunksender, dessen elektrische Wellen, die den Weg i i nehmen, in einementfernten Ort durch die Empfangsstation 12 aufgenommen werden. Sie steuern über die Leitung 13 den dort befindlichen Sender 14 und werden von diesem auf dem Wege 15 nach der Ursprungsquelle zurückgesandt. Hier werden sie von der Empfangsstation 16 aufgenommen. Gleichzeitig nimmt eine dort befindliche Empfangsstation 17 die vom Sender io direkt kommenden Schwingungen auf. Diese kann auch per Draht mit io verbunden sein. Die Wege 13 und 18 sind gegenüber -den Strecken i i und 15 zu vernachlässigen. Entsprechend der In. Abb. i ,beschriebenen Anordnung wird nun der Zeitunterschied gemessen, mit dem die Schwingungen (z. B. Rundfunkdarbietungen) in 16 und 17 ankommen. Aus dieser Zeitdifferenz 11ßt sich dann wieder die Länge des Weges i i und 15 - beide seien gleich -, d. h. der Abstand der beiden Orte, berechnen, wenn man annimmt, daß die Ausbreitung der elektrischen Wellen auf dem kürzesten geradlinigen Wege -erfolgt. Im allgemeinen wird das nicht der Fall sein, namentlich wenn beträchtliche Entfernungen in Frage kommen. Häufig wird der Abstand der beiden Orte festliegen, während über den Weg, den die elektrischen Wellen nehmen, jeder Anhalt fehlt. In diesem Falle gibt die beschriebene Methode die Möglichkeit. die Länge des Weges festzustellen, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit ja bekannt ist (3oo ooo km/sek). Nimmt man an, daß die Wellen erst nach Reflexion von einer hochgelegenen atmosphärischen Schicht zum anderen Orte gelangen, so läßt sich aus der Länge des gefundenen Weges die Höhe der reflektierenden Schicht ermitteln. Andererseits läßt sich nach der Methode bei An:riahme einer Ausbreitung auf .dem kürzesten (bekannten) Wege zwischen den beiden Orten eine Nachprüfung der Zahl für die Fortpflanzungsgeschwindigkeit machen.
  • In Abb.3 ist i9 eine Sendestelle, von der über das Kabel 2o elektrische Schwingungen (Sprechströme) nach der Empfangsstelle z i geleitet werden. Von dort werden diese über die Leitung 22 nach dem drahtlosen Sender 23 geführt und dienen zur Steuerung desselben. Auf dem Wege 24 gelangen; die Schwingungen zu der am ersten Ort befindlichen Empfangsstation 25 zurück. Über die Leitung 2 6 werden die von i 9 ausgesandten Sprechströme direkt auf eine zweite Empfangsstelle 27 übertragen. Die Zeit, die die flbertragung auf den Leitungen 22 und 26 erfordert, ist zu vernachlässigen.. Durch Messung des Zeitunterschiedes, mit dem dieselben Sprechströme in 26 und 27 empfangen werden, findet man, wenn de Fortpflanzungsgeschwindigkeiten auf den Wegen 2o und 24 bekannt sind, die Weglängen.2o und, 24, d. h. den Abstand der beiden Orte. Ist der Abstand bekannt und z. B. nur die Fortpflan-i zungsgeschwindigkeit auf dem drahtlosen Wege 24, so läßt sich aus der gemessenen Zeitdifferenz die Geschwindigkeit längs des Kabels 2o finden. Ist keine Fortpflanzungsgeschwindigkeit und keine Weglänge bekannt, so muß noch eine zweite Messung ausgeführt werden. Zu diesem Zweck werden van der Station 28 gleichzeitig elektrische Schwingungen über das Kabel 20 nach der Station 27 und über den drahtlosen Sender 23 auf dem Wege 24 nach der Empfangsstation 25 gesandt. In diesem Falle ergibt die Zeitmessung den Differenzbetrag der Drahtübertragung und der drahtlosem. Übertragung, während die vorhergehende Messung die Summe der Zeiten für diese übertragungen ergab. Aus beiden Messungen zusammen findet man also sowohl die für die Drahtübertragung wie die für die drahtlose Übertragung benötigte Zeit und kann daraus die interessierenden Größen ermitteln. Messungen nach dieser Methode unter Benutzung der binauralen Hörmethode wurden vermittels zweier Rundfunksender, die .einen Abstand von ioo km haben und bei denen bald die Besprechung vom einen,. bald vom anderen Ort aus über eine Kabelleitung erfolgte, gemacht und ergaben die praktische Brauchbarkeit der Methode, da sowohl der Abstand der Orte als auch die Kabelverzögerung mit genügender Genauigkeit gemessen werden konnten.
  • Es sollen nun noch die Zeitmeßmethoden beschrieben werden.
  • In Abb. 4 seien 29 und 3o die beiden Empfangsgeräte,die die auf den beiden getrennten Wegen vom Sender kommenden Schwingungen in den oben beschriebenen Verfahren aufnehmen. Sie sind mit zwei Telephonhörern 31 und 32 verbunden, die über ;,i ihrer Länge veränderliche Schlauch- oder Rohrleitungen 33 und 34 zu dem linken und rechten Ohr 35 bzw. 36 eines Beobachter führen. Kommen die Schwingungen früher bei 29 an als bei 30 und sind die Leitungen 33 und 34 genau gleich lang, so kommen sie auch früher am linken Ohr 3 5 an., und der Be obachter hat Linkseindruck, d. h. er empfin det die Schallquelle links seitwärts. Durch Einführung einer Verzögerung im linken Rohr durch Verlängerung desselben, z. B. mittels einer posaunenartigen Vorrichtung, kLcnn ;@ aber den Zeitunterschied im Ankommen der Schwingungen am linken und rechten Ohr ausgleichen. Vollkommener Ausgleich ist erreicht, wenn der 'Beobachter die Schallquelle genau in der Medianebene empfindet (Mitten eindruck. Die Länge, um die er das Rohr 33 verlängern mußte, um Mitteneindruck herbeizuführen, gibt nun ohne weiteres ein Mafli für die Zeitdifferenz, die zwischen dem Eintreffen der gleichen Schwingungen an den Empfangsapparaten 29 und 3o besteht. Die Methode gestattet, noch Zeitunterschiede von etwa 3# io--,Sekunden zu messen. In dieser Zeit legen die elektrischen Wellen im Raume eine Strecke von etwa 9 km zurück. Bei Anwendung der binauralen Hörmethode als Zeitmeßmethode würde diese Zahl also den Fehler darstellen. Bei großen Entfernungen fällt er nicht ins G=ewicht.
  • Größere Genauigkeit läßt sich nach der in Abb. 5 gezeichneten Interferenzmethode erzie Len. 29 und 3o sind wieder die beiden Emp fangsgeräte, die die Schwingungen aufgenommen haben. Sie sind z. B. induktiv mit zwei elektrischen Drosselketten 3; bzw. 38 verbunden. Diese bestehen aus in Serie geschalte ten Selbstinduktionsspulen und parallel dazlt liegenden Kapazitäten. Solche Ketten ergeben für hineingeschickte Wechselströme je nach ;der Größe der Selbstinduktionen und der Kapazitäten pro Glied einen ganz bestimmten Betrag einer Verzögerung. Es ist keine Schwierigkeit, Ketten zu bauen, die pro Glied eine Verzögerung von z. B. to--7 Sekunden ergeben, was einer Ausbreitungsstrecke der elektrischen Wellen von etwa 30 m entspricht. Die beiden Drosselketten sind über Induktionsspulen 39 und 40, deren Sekundärwicklungen in Serie geschaltet sind, mit einem Anzeigeinstrument, z. B. einem Telephon:41, verbünden. Von den Drosselketten können durch Gleitkontakte 42 und 43 beliebig viele Glieder ein- und ausgeschaltet werden. Die Messung der Zeitdifferenz besteht nun darin, daß man die Schleifkontakte so lange verschiebt, bis das Telephon ein Maximum der Lautstärke ergibt. Dann sind die Schwingungen genau in gleicher Phase, d. h. es besteht kein Zeitunterschied mehr. Aus der Zahl der Verzögerungsglieder, die zu diesem Zweck in der einen oder anderen Kette zugeschaltet werden müssen, ergibt sich ohne weiteres die Zeitdifferenz selbst. . Zweckmäßig ist es, nicht mit dem Maximum, sondern mit dem Minimum zu arbeiten, da sich dieses mit viel größerer Schärfe einstellen läßt. Zu diesem Zweck werden die Sekundärwicklung'eit, die in Serie geschaltet sind, entgegengesetzt gepolt. Bei Gleichphasigkeit der Schwingungen heben sie sich auf; im Telephon ist dann die Lautstärke Null. Voraussetzung ist, daß vorher die Empfangslautstärke in ?9 und 3o auf gleiche Intensität gebracht ist. Nach dieser Methode l.äßt sich eine Zeitdifferenz von 1 o- G Sekunden und kleiner zwischen zwei Sprech strömen noch leicht feststellen.
  • Es ist leicht zu erkennen, daß für die binaurale Hörmethode auch die in Abb._5 darge stellte Kompensationsmethode mit elektri schen Ketten und umgekehrt für die Interferenzmethode auch die akustischen Rohrleitungen der Abb. 4 entsprechend verwendet werden können.

Claims (5)

  1. h:\ 'r E #N -1' .\ \ s 1' I
  2. 2 I' C' H 1? t. Verfahren zur Bestimmung der tibertragungszeit elektrischer Schwingungen zwä 1 sehen zwei Orten und daraus des Abstandes der Orte voneinander bzw. der Länge des tbertragungsweges bzw. der Fortpflan zungsgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, dnU, von dem einen Ort aus elektrische Schwingungen mit oder ohne Draht nach dem anderen Ort gesandt, dort empfangen und zur Steuerung eines Senders benutzt werden, der diese Schwingungen zum ersten Ort mit oder ohne Draht zurücksendet, daß diese Schwingungen am ersten Ort wieder empfangen werden und der Zeitunterschied zwischen der Aussendung und dem Wiederempfang dieser Schwingungen bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Zeitunterschiedes die vom einen Ort ausgesandten Schwingungen dem einen Ohr und die vom anderen Ort zurückkehrenden Schv-ingwlgen dem anderen Ohr eines am ersten Ort befindlichen Beobachters vermittels geeigneter Empfangseinrichtungen zugeführt werden und der Zeitunterschied durch an sich bekannte Kompensation des entstehenden binauralen Richtungseindruckes bestimmt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Zeitunterschiedes die vom ersten Ort ausgehenden und vom zweiten Ort zurückgesandten Schwingungen zur Interferenz gebracht werden, wobei durch Einschaltung akustischer oder elektrischer Verzögerungsstrecke T1 Gleichzeitigkeit der Einwirkungen auf ein Anzeigeinstrument, d. h. ein Maximum oder Minimum der Wirkung, eingestellt wird, so daß der Zeitunterschied durch die Größe der hierfür einzuschndtenden Verzögerungsstrecken gegeben ist. ¢.
  4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daB, für die Hinsendung der Schwingung-en der Drahtweg, für die Rücksendung der drahtlose Weg oder umgekehrt benutzt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingungen mit und ohne Draht nach dem zweiten. Ort gesandt und dort empfangen werden und der Zeitunterschied zwischen der Ankunft der Schwingungen am Empfangsort bestilnmt wird.
DEK102475D 1927-01-14 1927-01-14 Verfahren zur Bestimmung der UEbertragungszeit elektrischer Schwingungen Expired DE469471C (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE767627C (de) * 1937-08-26 1953-01-26 Telefunken Gmbh Verfahren zur Anzeige der richtigen Entfernungseinstellung bei drahtlosen Entfernungsmessverfahren
DE972804C (de) * 1951-04-28 1959-10-01 Gasaccumulator Svenska Ab Entfernungsmessgeraet

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE767627C (de) * 1937-08-26 1953-01-26 Telefunken Gmbh Verfahren zur Anzeige der richtigen Entfernungseinstellung bei drahtlosen Entfernungsmessverfahren
DE972804C (de) * 1951-04-28 1959-10-01 Gasaccumulator Svenska Ab Entfernungsmessgeraet

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