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Verfahren zur dreidimensionalen Festlegung eines Punktes im Raume
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dreidimensionalen Festlegung eines Punktes
im Raum (Standort eines Luftschiffes oder Tauchbootes) durch drahtlose Signale.
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Bekannt sind drahtlose Peilungen z. B. für Flugzeuge längs einer Linie
in einer waagerechten Ebene, und man hat schon vorgeschlagen, ein elektrisches Feld
im Raum in der Nähe eines Landungsplatzes zu erzeugen, das als Führung für die Landung
des Flugzeuges dient. Gemäß diesem -vorliegenden Verfahren werden von einem Richtsender
auf oder neben dem Landungsplatz Wellen ausgesandt und das Flugzeug mit einem Empfänger
versehen, der ein Gerät zum Messen der Stärke des elektrischen Feldes im Flugzeug
enthält. Das Flugzeug wird bei diesem Verfahren auf waagerechtem Kurs gehalten,
bis das Empfangsgerät eine vorher bestimmte Feldstärke anzeigt, und dann veranlaßt,
solch einem Kurse zu folgen, daß die Ablesung am Meßgerät in dem vorher bestimmten
Wert konstant bleibt, derart, daß das Fahrzeug sich dem Erdboden auf einer schrägen
Linie nähert, die das Vorhandensein eines gleichen Potentials oder einer gleichen
Feldstärke im Raum wiedergibt. Zum Anzeigen der vertikalen Ebene, in der das Fahrzeug
sich fortbewegen soll, kann gleichzeitig ein Peilsender o. dgl. verwendet werden.
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Dieses Verfahren zur Führung vori Luftfahrzeugen zur Erde hat den
Nachteil, "daß es keine Angabe über die Höhe des Fahrzeuges ergibt. Bei Landung
im Nebel oder im Dunkeln ohne genügende Beleuchtung hat der Pilot keine Möglichkeit,
seine Relativlage auf der Äquipotentiallinie zu bestimmen, auf der er sich fortbewegt.
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Die Beseitigung dieses Nachteiles ist der Hauptzweck der vorliegenden
Erfindung. Des weiteren besteht die Erfindung in einem Verfahren und einer Einrichtung,
um ein Luftfahrzeug oder Tauchboot längs einer bestimmten Linie im Raum zu führen
und seine Stellung an dieser Linie anzuzeigen. Des weiteren besteht die Erfindung
in einer Einrichtung und einem Verfahren zur Erzeugung eines Schnittfeldes im Raum
zwischen zwei Systemen elektrischer Wellen, indem das eine System von Äquipotentiallinien
eine Anzeige für die Führung des Fahrzeuges zum Erdboden und das zweite System von
Äquipotentiällinien eine Anzeige der Höhe des Fahrzeuges über dem Erd- oder Meeresboden
liefert. .
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Nachfolgend soll nur von Flugzeugen gesprochen werden.
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-Auf der Zeichnung zeigt Eigz-i..,die Orientierung der Schnittfelder,
die sich im- Raum durch zwei Systeme elektrischer Wellen bilden, in einer senkrechten
Ebene, d. h. die krummlinigen Koordinaten, die durch die zwei sich schneidenden
Felder hervorgerufen werden.
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Fig. 2 zeigt in Draufsicht einen Flugplatz mit einer Einrichtung gemäß
der Erfindung.
Fig.3 zeigt die entsprechende Radioeinrichtung für
ein Flugzeug.
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Fig. 4 zeigt eine Anzeigevorrichtung.
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Fig. 5 ist eine der Fig. i ähnliche schematische Darstellung, die
in größerem Maßstabe ein Verfahren zur Hinführung des Flugzeuges zum Erdboden erläutert.
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Der Flugplatz (Fig. z) ist mit einem Peilsender i, - ausgerüstet,
der die durch die strichlierte Linie 3 angedeutete senkrechte Ebene festlegt, in
der das Flugzeug 4 zum Landungsplatz hindirigiert wird.
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Erfindungsgemäß sind nun zu beiden Seiten der vertikalen Leitebene
3 zwei Sender A, B
derart angeordnet, daß ihre Feldverteilungen für diese
Ebene verschieden sind. Sie senden am besten die gleichen, aber mit verschiedenen
Trägerfrequenzen modulierten Trägerwellen aus, sind jedoch irgendwie in bezug auf
die erwähnte Ebene unsymmetrisch. Sie können z. B. bei symmetrischen oder unsymmetrischen
Lagen zu dieser Ebene verschieden große oder verschieden gestaltete Strahler haben.
Sie können aber, wenn sie mehr oder weniger ausgeprägt gerichtete Strahlungen aussenden,
Richtungen der Strahlungsachsen haben,' die nicht ganz symmetrisch zur Ebene 3 orientiert
sind.
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Wie man aus der Fig. i erkennt, erzeugen die elektrischen Wellen,
die von den OuellenA und B ausgehen, ein Schnittfeld im Raum, da die beiden Felder
nicht zusammenfallen, und zwar geben die ausgezogenen Linien die Äquipotentrallinien
an, die durch die Quelle A erzeugt werden, und die punktierten Linien die Äquipotentiallinien,
die durch die Quelle B erzeugt werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind die
Äquipotentiallinien von A mit den Bezugszeichen 49a bis 52a versehen, wobei beispielsweise
angenommen wird, daß die Feldstärke von der Quelle A längs der Linie 5o11 so ist,
daß das Anzeigegerät auf dem Flugzeug auf So steht, wenn das Flugzeug sich auf einem
Punkt längs der Äquipotentiallinie 5o11 befindet. In ähnlicher Weise sind die Äquipotentiallinien
von B mit 49b bis 52U bezeichnet, wobei zu beachten ist, daß in einem gegebenen
Punkt an der Erde die Feldstärke von den beiden Quellen gleich ist.
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Die beiden sich schneidenden Felder ergeben ein System krummliniger
Koordinaten, das eine absolute Bestimmung eines Punktes in der senkrechten Ebene
3 liefert, wenn die entsprechenden Feldstärken an diesem Punkt bekannt sind. Angenommen,
das Flugzeug sei mit einer entsprechenden Einrichtung zur Messung der Feldstärken
von A und B ausgerüstet, dann kann der Pilot seine Höhe über dem Erdboden und seinen
waagerechten Abstand von A und B auftragen. Da es für den Piloten
schwierig oder unmöglich sein wird, den Kurs auf einer Karte wie in Fig. i aufzutragen,
wird hierzu erfindungsgemäß ein Gerät gemäß Fig. 3 und 4 verwendet. Dieses enthält
einen H. F.-Verstärker 5, der an die Antenne 6 und Erde 7 einerseits und einen Gleichrichter
8 anderseits angeschlossen ist. Der Ausgang dieses Gleichrichters enthält die beiden
von A und B herrührenden Modulationsfrequenzen, die durch das Sieb 9 in zwei Kanäle
getrennt werden, von denen der eine die Modulation von A zum Gleichrichter ioa und
der andere die Modulation von B zum Gleichrichter iob führt. Die gleichgerichteten
Ausgänge aus diesen Gleichrichtern gehen zu getrennten Wicklungen eines Meßgerätes
i i und bewegen dessen Zeiger 1211, i2b über die gemeinsame Skala 13. Der Verstärker
und das Meßgerät sind zweckmäßig so bemessen, daß die Ablesung am mittleren Teil
der Skala der Feldstärke an einer Äquipotentiallinie z. B. Soa oder 5ob entspricht,
längs der das Flugzeug zur Erde dirigiert werden soll. Das Meßgerät i i enthält
zweckmäßig eine Marke 14, die sich über den Weg beider Zeiger bei einer Skalenablesung
erstreckt, die der vorher bestimmten Feldstärke entspricht, die der Pilot beim Landen
zu verwenden hat.
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Die Lage einer gegebenen Äquipotentiallinie im Raum kann durch geeignete
Regelung der Quellen A und B fest erhalten werden. Das lu@zeu_ g___l{apn__erforder_liehenfalls
_mit. einem_Öszillator versehen werden, @durch den man däs @ürifitiöriereri deririp
ärigseinrchtüng- Teei- Ariiiäh6rüng an den Flugplatz kon-tröllieren bz(v."enstellen
kann,-fvIie eöbeü -angegeben, können die beobachteten Ablesungen der beiden Feldstärken
auf krummlinigen Koordinaten aufgetragen werden, um die Lage des Flugzeuges zu bestimmen.
Solch ein Verfahren kann bei Tauchbooten oder bei Luftschiffen ganz tunlich sein,
jedoch ist im allgemeinen das Aufnehmen des Kurses des Fahrzeuges nicht notwendig,
da der Pilot seine Lage genügend genau abschätzen kann, wenn ein Meßgerät mit doppeltem
Zeiger zur Verwendung kommt.
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Der Peilsender bestimmt die senkrechte Ebene, in der das Flugzeug
beim Annähern an den Flugplatz sich fortbewegt. Die Lage des Flugzeuges in dieser
senkrechten Ebene ergibt sich durch die Feldstärken an dem Flugzeug, und es hält
der Pilot das Fahrzeug auf einem solchen Wege, daß die Feldstärkeablesungen, die
durch die Zeiger iza und 121' angegeben. werden, sich in einer vorher bestimmten
Weise ändern. Wenn die Äquipotentiallinien von den Quellen A und
B das aus Fig. i ersichtliche Verhältnis zueinander haben, kann der Pilot
zweckmäßig beim Annähern an den Flugplatz einer Äquipotentialiiriie;
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etwa der Linie Sod, folgen. Hierbei hält" der `Pilot einen annähernd waagerechten
Kurs in der Peilerebene 3 inne, bis der Zeiger i211 gegenüber der Marke 14 steht,
die mit der Marke 5o an der Skala 13 zusammenfällt. Da ;die beiden Felder
nicht zusammenfallend sind,' ergibt die Stellung des "Zeigers 12b in dem Augenblick,
wo der Zeiger I211 gegenüber der Marke 1q. steht, eine Anzeige der Höhe des Flugzeuges
.beim Annähern an die Äquipötentiallinie 5o11. Je größer die Differenz zwischen
den beiden Feldstärken, angegeben durch die Anzahl der Skalenstriche zwischen dem
Zeiger 12b und der Marke 1q., ist, um so .größer ist die Höhe des Flugzeuges. Der
Zeiger 12b nähert sich der Marke 1q., wenn das Flugzeug längs der Äquipotentiallinie
5o11 fortschreitet, und "bei einer bestimmten Stellung des Zeigers i2b (der Zeiger
i2@ ist dauernd auf dem Skalenstrich 5o) weiß der Pilot, daß er diejenige Höhe erreicht
hat, bei der das Flugzeug für das Landungsmanöver eingestellt werden muß.
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Gemäß einem abgeänderten Verfahren, das in Fig. 5 dargestellt ist,
kann der Pilot die .Ebene in einem annähernd horizontalen Kurs innehalten, bis die
Zeiger i211 und 12b an gegenüberliegenden Seiten der Marke 1q. liegen, d. h.. bis
das Flugzeug sich in der durch die Äquipotentiallinien 5o11 und 5ob definierten
Fläche befindet. Aufeinanderfolgende Stellungen des Flugzeuges im Raum und schematische
Erläuterungen der Ablesungen an dem Instrument sind in Fig. i in den Querebenen
vorausgesetzt, die durch die Mittellinien I, II und III festgelegt sind. Bei der
Linie I befindet sich das Flugzeug in der Mitte zwischen den Äquipotentiallinien
5o11 und 50b, wie durch die Tatsache angezeigt ist, daß die Zeiger i211 und i2b
einen gleichen Abstand von der Marke 1q. haben, die einer Feldstärke 5o entspricht.
In diesem Punkt wird das Flugzeug nach abwärts eingestellt, und wenn der theoretische
Weg genau innegehalten wird, bewegen sich die Zeiger i211 und 12b in demselben Verhältnis
nach der. Marke 14 hin, d. h. es wird das positive und das negative Inkrement, um
das sie von der Marke 1q. entfernt sind, mit abnehmender Größe Bleichbleiben. In
der durch die Linie III festgelegten Querebene treffen 'sich die Äquipotentiallinien
5o11 und 50b im Raum in der Höhe über dem Flugplatz, in der das Flugzeug sich zur
Landung fertigmachen soll. Der Pilot wird auf das Erreichen dieser Höhe dadurch
aufmerksam gemacht, daß die Zeiger i211 und i2 b mit der Marke 1q. an diesem Punkte
zusammenfallen. Die OOuellen A und B werden natürlich so eingestellt,
daß dieser Schnittpunkt der Potentiallinien 5o nicht nur in der gewünschten Höhe,
sondern auch in einem solchen horizontalen Abstande von dem beabsichtigten Landungspunkt
liegt, daß dieser letztere gerade in normalem Flug erreicht werden kann.
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In der obigen Beschreibung ist angenommen, daß das Flugzeug genau
den theoretisch richtigen Weg entlang dirigiert wird. Die Bahn, die das Flugzeug
praktisch durchfliegt, wird naturgemäß nur eine Annäherung dieser theoretischen
'Bahn sein. Jedoch kann der Pilot, wenn die Meßgeräte genügend empfindlich sind,
diese Abweichungen so klein machen, daß sie ohne Bedeutung sind. Selbst wenn die
Flugbedingungen so schlecht sind, daß es unmöglich ist, das Flugzeug genau auf der
beabsichtigten Bahn zu halten, werden die Ablesungen an dem Gerät i i den Piloten
über seine Lage im Raum aufklären, so daß er das Feld umkreisen und einen zweiten
Landungsversuch machen kann, wenn der erste Versuch ohne Erfolg war. Ferner wird
sich der Pilot bemühen, etwaigen Änderungen auf dem normalen Landungsweg zu folgen,
die sich durch die Wetterverhältnisse oder durch besondere Verhältnisse des Flugzeuges
ergeben.
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Der Einfachheit halber ist in dem Vorhergehenden angenommen, daß die
beiden Feldstärken gleich oder annähernd gleich sind. Diese Gleichheit der Feldstärken
ist naturgemäß nicht wesentlich, solange der Pilot sich der sich daraus ergebenden
Änderungen in den Ablesungen des Gerätes bewußt ist. Da es unzweckmäßig ist, die
Stellung der Zeiger an zwei getrennten Instrumenten oder an zwei getrennten Teilen
einer einzigen Skala abzulesen, wird man zweckmäßig das Empfangsgerät so bemessen,
daß die Zeiger I211 und i2b -für diejenigen Feldstärken zusammenfallen, die in der
kritischen Höhe über dem Erdboden vorhanden sind. Dieses kann man für den Fall von
ungleichen Feldstärken dadurch erzielen, daß man Instrumentbewegungen von verschiedener
Empfindlichkeit verwendet oder daß man die Energie von den beiden Energiequellen
selektiv verstärkt. Die Feldstärken können in ein solches Verhältnis zueinander
gesetzt werden, daß, wenn das Flugzeug sich auf einer Äquipotentiallinie des einen
Feldes bewegt, die beobachteten, sich ändernden Werte der anderen Feldstärke der
Höhe proportional sind. Oder es können erforderlichenfalls die Felder so zueinander
bemessen sein, daß die Änderung der Stärke des zweiten Feldes bei kleineren Höhen
größer ist als bei großen Höhen. Die beiden Stromquellen A und
B können ihre Energie einem einzigen oder zwei getrennten Oszillatoren entnehmen,
wenn die ausgestrahlten Wellen dieselbe Hochfrequenz besitzen, aber mit verschiedenen
Niederfrequenten
moduliert sind. Die Signale können auch verschiedene
Hochfrequenzen besitzen und mit derselben oder mit verschiedenen Niederfrequenzen
moduliert werden oder auch unmoduliert sein, wobei das Empfangsgerät so ausgebildet
ist, daß es die entsprechenden Feldstärken mißt.