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Verfahren zur Ortsbestimmung usw. in Schiffen, Flugzeugen u. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ortsbestimmung sowie zur Messung
von Windabtrift und Geschwindigkeit auf Schiffers, Flugzeugen u. dgl.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, sich hierzu elektrischer Wellen
zu bedienen, die von ortsfesten Sendern ausgestrahlt werden. Nach einem der vorgeschlagenen
Verfahren soll der Ort des Schiffes oder Flugzeuges aus den Seiten des sphärischen
Dreieckes berechnet werden, das durch die Entfernung zweier ortsfester Sender und
der Entfernung des Fahrzeuges von jedem der beiden Sender gegeben ist. Die Entfernung
des Fahrzeuges von den Sendern soll dabei durch Auszählen der Schwingungsbäuche
ermittelt werden, die entstehen, wenn die Wellen des ortsfesten Senders den Wellen
eines auf dem Fahrzeug angeordneten und mit genau gleicher und konstanter Frequenz
arbeitenden Senders überlagert werden: Wenn diese beiden, der ortsfeste und der
auf dem Fahrzeug befindliche Sender, dauernd die gleiche Frequenz aufweisen, so
ergeben sich Schwingungsbäuche der durch die tTberlagerung entstehenden Kombinationswelle
nur in Entfernungen, die dem Ein- und Mehrfachen der Wellenlänge, mit der die beiden
Sender arbeiten, entsprechen. Die Entfernung des Schiffes vom ortsfesten Sender
ist also jeweils gleich der der Wellenlänge der benutzten Sender multipliziert mit
der Zahl der Schwingungsbäuche, die seit der Abreise des Schiffes -vom Hafen vermerkt
werden konnten.
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Werden zwei solcher Kombinationswellen zwischen dem Schiffssender
und zwei ortsfesten Stationen erzeugt, so lassen sich durch Auszählen der Schwingungsbäuche
beider Kombinationswellen zwei Seiten des sphärischen Dreieckes bestimmen, dessen
dritte Seite die Entfernung der beiden Sender ist.
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Der Erfinder des vorbeschriebenen Verfahrens zur Ortsbestimmung war
der irrtümlichen Meinung, daB es sich dabei um Ausnutzung des sog. Dopplerschen
Prinzips handele. Dies trifft nicht zu, denn das Auszählen der Schwingungsbäuche
der erwähnten Kombinationswelle gibt überhaupt nur dann die -#v'ah.- e Entfernung
des Schiffes von der Sendestation an, wenn man die Frequenzänderung
gemäß
dem Dopplerschen Prinzip vernachlässigen kann. Benutzt man die Einrichtung und die
Lehre des vorbekannten Vorschlages, so wird man beim Zurücklegen ein und derselben
Strecke eine verschiedene Zahl von Schwingungsbäuchen der Kombinationswelle feststellen,
j e nachdem, oh diese Strecke schnell oder langsam durchfahren wurde; denn gemäß
dem Dopplerschen Prinzip werden beim schnellen Entfernen von der Sendestation weniger
Schwingungsbäuche festzustellen sein als bei einem nur langsamen Entfernen des Beobachters
von der Sendestation.
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Derselbe Erfinder hat auch festgestellt, daß mit der von ihm vorgeschlagenen
Einrichtung die Geschwindigkeit des Fahrzeuges gemessen werden kann, wenn die Zahl
der in der Zeiteinheit auftretenden Schwingungsbäuche der vorerwähnten Kombinationswelle
festgestellt wird. Auch diese Messung ist, wie eine genaue Prüfung zeigt, tatsächlich
keine Ausnutzung des Doppler-Effektes, weil nicht die Änderung der Frequenz festgestellt
wird, die durch die Relativgeschwindigkeit des Empfängers verursacht wird. Es wird
vielmehr nur die Zahl der Schwingungsbäuche, d. h. die Wegstrecke ins Verhältnis
zur Zeiteinheit gesetzt. Die Ermittlung der wahren Weglänge ist aber mit der vorbekannten
Einrichtung nicht möglich, wenn die Geschwin.diglceit des Fahrzeuges im Verhältnis
zur Senderfrequenz groß ist.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, auf Schiffen Sender anzuordnen,
die hochfrequente Wellen schräg gegen den Meeresgrund ausstrahlen, wobei durch Messung
der Schwebungsfrequenz dieser interferierenden Wellen die Geschwindigkeit des Fahrzeuges
ermittelt werden sollte. Dieses Verfahren ist, da die Sender auf dem Fahrzeug angeordnet
und die Reflexion der Wellen von der Form, Beschaffenheit und Entfernung des reflektierenden
Meeresgrundes oder der reflektierenden Meereswellen abhängig ist, nicht nur mit
außerordentlich viel Fehlerquellen belastet, sondern insbesondere auch für die Ortsbestimmung
nicht brauchbar.
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Nach der Erfindung werden zur Bestimmung des Ortes oder der Geschwindigkeit
eines Fahrzeuges die Schwebungsfrequenzen ermittelt, die im Fahrzeug merkbar sind,
wenn sich dieses im Überlagerungsfeld zweier oder mehrerer ortsfester Sender bewegt.
Je nach der Richtung und Geschwindigkeit des Fahrzeuges treten verschiedene Frequenzen
bzw. Frequenzänderungen auf, die gemäß nachstehendem Beispiel zur Ortsbestimmung
benutzt werden können.
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Von zwei getrennt aufgestellten ortsfesten Sendestationen aus werden
beispielsweise ungedämpfte elektromagnetische Schwingungen gleicher oder harmonischer
Frequenzen gleichzeitig gesendet. Es entsteht dann in einem Schiff o. dgl. mit zwei
getrennten Empfängern, deren jeder so eingestellt ist, daß er je eine der beiden
genannten Schwingungen aufnimmt, und die beide auf eine gemeinsame Überlagerungsröhre
arbeiten, ein Schwebungston. Dieser Schwebungston wird hervorgerufen durch die Eigenbewegung
des Fahrzeuges in dem gemeinsamen Feld der Sendestationen, und die Frequenz dieses
Schwebungstones ist eine Funktion des Ortes und der Fortbewegungsrichtung des Fahrzeuges.
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In der Praxis liegt die Frequenz des so erzeugten Schwebungstones
unterhalb der I3örbarkeitsgrenze, und infolgedessen ist nach der Erfindung eine
Einrichtung vorgesehen, welche die Frequenz in sichtbarer Weise anzeigt.
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Es sei dabei angenommen, daß die Station A Wellen mit einer Frequenz
von io Megahertz, die Station B, die iooo km östlich und ioo !,im nördlich gelegen
sei, mit einer Frequenz von 2o Megahertz sende. Die Wellen werden getrennt empfangen
und miteinander zur Überlagerung gebracht. Das Flugzeug hätte laut Manometer eine
Relativgeschwindigkeit zur Luft von
300 km pro Stunde. Der Flugzeugführer
führt nun einen Quadratflug aus und stellt dabei fest: In i Minute während des Fluges
Nordrichtung sind 169 Schwebungen festzustellen, beim Ostflug 783 SchwebungenJMin.,beim
Südflug i28 Schwebungen1Min., beim Westflug 493 Schwebungen/Min. Die mathematische
Ermittlung erfolgt alsdann wie folgt: Abkürzungen
| c - Lichtgeschwindigkeit, |
| f - Überlagerungsträgerwellenfrequenz, |
| n = Schwebungsfrequenz, |
| Va - Geschwindigkeit der Entfernungsver- |
| größerung von A, |
| Tlb = Geschwindigkeit der Entfernungsver- |
| größerung von B, |
| x - Ostrichtungskomponente, |
| y - Nordrichtungskomponente, |
| Ra -Entfernung von A, |
| Ra = - - B, |
| Rax - ---Komponente von Ra, |
| Rav = y - - Ra' |
| Vax - x - - va, |
| TTav -= y - - Va, |
| Tl - absolute Geschwindigkeit, |
| M relative - , |
| W - Windgeschwindigkeit, |
| N (als Index) bedeutet: gemessenbeiNordflug, |
| S - - - - - Südflug, |
| - - - - - Ostflug, |
| W - - - - Westflug. |
Mathematische Beziehungen
Vx
- M' -f- W"; Vy-
- My -f- W,,,
,
Gleichungen der Meßresultate
Wir finden sofort
An den beiden Winkeln a und ß sowie aus der Entfernung zwischen den Stationen A
und B läßt, sich nunmehr nach den einfachen Regeln der sphärischen Trigonometrie
der Ort des Flugzeuges bestimmen. Im genannten Beispiel ergibt sich als Standort
6oo km östlich, Zoo km nördlich von A; Nordweststürm von roo km Stundengeschwindigkeit.
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Aus den vorstehenden Ableitungen ergibt sich, laß beim Vorhandensein
dreier ortsfester Sender nur die Schwebungskomponenten beim Flug in zwei Richtungen
erinittelt werden müssen, während beim Vorhandensein fünf ortsfester Sender, also
bei Feststellung von vier Schw ebungskomponenten, ein Wechsel der Flugrichtung überhaupt
nicht mehr notwendig wird.
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Zur Erläuterung der Erfindung dient die beiliegende Zeichnung, in
der Abb. r das Schema einer Ausführungsform der Empfangseinrichtung zeigt, während
Abb. 2 bis 8 zur theoretischen Erläuterung der Erfindung dienen.
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In den Punkten A und B (Abb. q. bis 7) befinden sich zwei getrennte
Sendestationen, welche im Einklang, d. h. mit gleicher Frequenz, aussenden. Verfahren
zum Senden mit gleichen Frequenzen oder mit Frequenzen, von denen die eine ein ganzzahliges
Vielfaches der anderen ist, sind an sich bekannt. Infolgedessen wird weiterhin nur
kurz ein für die Ausführung der Erfindung vorzugsweise anwendbares Verfahren zur
Erzeugung solcher Schwingungen beschrieben.
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Eine erste Station A (Abb. d. bis 7) sendet eine ungedämpfte hochfrequente
Schwingung, z. B, von r j Megahertz aus. Diese ungedämpfte Schwingung wird zweckmäßig
um einen kleinen Prozentsatz durch einen bestimmten musikalischenTon, z. B. 400
Schwingungen pro Stunde, moduliert. Indessen dient eine derartige Modulation lediglich
zur Identifizierung der Station A und kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen,
unterbleiben. Ein weiterer Vorteil der Modulation durch eine Schallfrequenz beruht
darin, daß die modulierte Welle auch noch zur Übertragung von Codemitteilungen benutzt
werden kann. In Station B (Abb. d. bis 7) werden die von A gesendeten Wellen aufgenommen
und nach Aussieben der Modulationsfrequenz verstärkt. Diese aufgefangene Schwingung
dient dann als Erregerschwingung für den Sender der Station B, der auf diese Weise
dazu gebracht wird, im Einklang mit A zu senden. Es müssen jedoch Vorsichtsmaßnahmen
getroffen werden, daß
die ausgestrahlte Leistung des Senders B nicht
in den Empfänger zurückstrahlt und auf diese Weise in dem Sender B unabhängig von
A sich selbst erhaltende Schwingungen erzeugt. In der Station B kann die urigedämpfte
Schwingung gleichfalls zu einem kleinen Prozentsatz durch einen musikalischen Ton,
beispielsweise mit einer Frequenz von 5oo Perioden pro Sekunde, zum Zweck der Identifizierung
und der Übertragung von Codezeichen moduliert werden.
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Eine zweckmäßige Abänderung dieses Verfahrens besteht darin, daß die
in B empfangene Schwingung einen Frequenzv ervielfacher durchläuft, dessen abgegebene
Leistung als Erregerschwingung für den Sender benutzt wird. Der Sender B sendet
dann mit einer harmonischen Frequenz derjenigen von A. Auf diese Weise läßt sich
eine Selbsterregung in B leichter vermeiden, und außerdem kann auf dem Fahrzeug
die Empfangsstärke der aufgenommenen Schwingungen von A und B leichter
ausgeglichen werden.
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In Abb. i ist eine Empfangseinrichtung für die beiden von den Sendestationen
A und B
ausgesandten Schwingungen in einer Ausführungsform dargestellt. Zwecks
Vereinfachung der Zeichnung sind die Anoden- und Kathodenbatterien fortgelassen.
Die von den Stationen A und B ausgesendeten Schwingungen werden von
der Antenne io aufgefangen. Mit der Antenne io ist bei i i der erste Empfänger X
gekoppelt, welcher eine beliebige Anzahl von Hochfrequenzverstärkungsstufen besitzt,
welche schematisch durch die Hochfrequenzverstärkungsröhre 12- angedeutet sind.
Der Gitterkreis 13 des Verstärkers i2 ist mit der Antenne bei i i variabel gekoppelt.
Auf diese Weise erhält man ein: einfaches Mittel zur Regelung der Empfangsstärke
in dem ersten Empfänger. Mit dem Anodenkreis des Verstärkers 12 ist eine Überlagerungsröhre
oder Detektor 14 gekoppelt, und der Anodenkreis dieser Röhre 14 ist mit einer passenden
Anzahl von, Schallfrequenzverstärkungsstufen verbunden, welche schematisch durch
die Schallfrequenzröhre 15 angedeutet sind, in deren Anodenkreis wiederum der Kopfhörer
16 liegt.
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Ist z. B. der Empfänger X auf die Frequenz des. Senders B abgestimmt,
so wird die vom Sender B ausgesendete und in der Antenne io aufgefangene Schwingung
in i2 verstärkt, in 14 gleichgerichtet, in 15 abermals verstärkt und in 16 hörbar
gemacht. Die soweit beschriebene Einrichtung ist nichts anderes als ein gewöhnlicher
Radioempfänger, dessen Einzelteile, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen,
in Übereinstimmung mit den bei Radioempfängern bekannten Methoden geändert werden
können.
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Ein zweiter Radioempfänger Y ist mit der Antenne io bei 21 variabel
gekoppelt. Dieser zweite Empfänger besitzt eine passende Anzahl von Hochfrequenzverstärkungsstufen,
welche schematisch durch die Hochfrequenzverstärkungsröhre 22 angedeutet sind, deren
Gitterkreis 23 mit der Antenne io bei 2i gekoppelt ist. Soll die Empfangsvorrichtung
bei derjenigen Ausführungsform der Erfindung gebraucht werden, bei welcher der Sender
B mit einer Frequenz sendet, welche ein Vielfaches der Frequenz des Senders A ist,
so wird der Empfänger Y, welcher auf die niedrigere Frequenz des Senders A abgestimmt
ist, mit einem Frequenzvervielfacher 24 ausgestattet, welcher so abgestimmt ist,
daß er die Frequenz der vom Verstärker 22 empfangenen Energie auf die Frequenz bringt,
welche durch den Empfänger X aufgenommen ist. Der Anodenkreis der Röhre 24 ist gleichfalls
mit dem Erregerkreis des Detektors 14 gekoppelt. , Auch der Empfänger Y arbeitet
als gewöhnlicher Radioempfänger, abgesehen von der eventuellen Einschaltung des
Frequenzvervielfachers, und die von der Station A ausgesendeten Wellen werden durch
den Empfänger Y in dem Kopfhörer i6 hörbar gemacht. Wenn das Schiff mit den Empfängern
X und Y in bezug auf die Stationen A
und B ruht und beide Stationen
ihre urigedämpften Schwingungen von gleicher oder harmonischer Frequenz aussenden
und wenn weiterhin die von den beiden verschiedenen Stationen ausgesendeten urigedämpften
- Wellen durch zwei verschiedene musikalische Töne, wie oben auseinandergesetzt,
moduliert werden, so werden beide musikalischen Töne in dem Kopfhörer 16 hörbar
sein. Da es zweckmäßig ist, daß die von den beiden Empfängern X und
Y aufgenommenen Signale gleiche Klangstärke besitzen, so werden die Kopplungen
ii und 2 1 so eingestellt, daß diese Gleichheit eintritt. Bisher ist eine Vorrichtung
zum Empfang der beiden von den Stationen A und B ausgesendeten Schwingungen beschrieben.
Nun erzeugt die Bewegung des Schiffes, welches den beschriebenen Empfänger trägt,
in dem gemeinsamen Feld der beiden Sender einen Schwebungston, der in der Praxis
unterhalb der Hörbarkeitsgrenze liegt. Infolgedessen ist weiterhin eine Vorrichtung
zum Anzeigen dieses unter der- Hörbarkeitsgrenze liegenden Schwebungstones vorgesehen.
Die im folgenden beschriebene Vorrichtung stellt nur eine Ausführungsform dieser
Vorrichtung dar, welche auch durch eine andere ersetzt werden könnte, ohne den Bereich
der Erfindung zu verlassen.
Mit dem Anodenkreis der Detektorröhre
(Abb. i) . ist eine Siebkette für Niederfrequenz 30 gekoppelt. Die Siebkette ist
so eingerichtet, daß sie den Übertritt der hörbaren Schwingungen, welche in dem
Verstärker i-; auftreten, in die an die Siebkette angeschlossene Vorrichtung verhindert.
Mit anderen Worten, die nunmehr zu beschreibende Vorrichtung wird lediglich von
elektrischen Schwingungen unterhalb der Hörbarkeitsgrenze erregt. Diese Frequenzen
unterhalb der Hörbarkeitsgrenze, welche im Anodenkreis der Detektorröhre i.4 auftreten,
werden in dem Verstärker 15 nicht reproduziert, weil sie unter der Hörbarkeitsgrenze
liegen, sondern sie gehen durch die Siebkette 30 zu der Verstärkerröhre 3i. Diese
Röhre setzt die Amplitude dieser niederfrequenten Impulse bis zu einem solchen Grade
herauf, daß die Zwischenröhre 32, in welche die Röhre 31 arbeitet, vollständig übersättigt
wird. In der Vorrichtung für die Unterhörbarkeitsfrequenz wird vorzugsweise Widerstandskopplung
angewendet. Die Vorrichtung ist so eingestellt, daß die Gitterwechselspannung der
Röhre 32 so hoch ist, daß der Anodenstrom der Röhre 32 mit der aufgedrückten Frequenz
der unter der Hörbarkeitsgrenze liegenden Schwingungen plötzlich von Null auf den
Sättigungswert und wieder zurückspringt. Im Anodenkreis der Röhre 32 liegt- ein-
elektromagnetisches Relais 33 mit einer Zunge 34., welche von der Ruhestellung in
die Arbeitsstellung und wieder zurück mit einer sehr plötzlichen Bewegung entsprechend
den: Schwankungen- des Anoden-Stroms in der Röhre 32 geworfen wird. An der Zunge
34 greift eine Feder 35 an, welche die erstere bei Enterregung des Relais wieder
zurückzieht. Die Zunge 34 liegt in Reihe mit einer Gleichstromquelle 36 von beispielsweise
Zoo Volt. Von hier geht der Stromkreis durch den Kondensator 37 zu der Kontaktstelle
38 zurück. In der Mitte zwischen Ruhe- und Arbeitsstellung trifft die Zunge 3..1.
den Kontakt 38, so daß sie schnell Kontakt macht und unterbricht, und zwar zweimal
für jede Niederfrequenzschwebung, welche durch die Unterhörbarkeitsfrequenzvorrichtung
läuft. jede Berührung zwischen der Zunge 34 und dem Kontakt 38 legt die Stromquelle
36 momentan an den Kondensator 37. Der letztere hat vorzugsweise eine Kapazität
von i /cF, und der Widerstand beträgt ioo ooo Ohm.
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Die Aufladung des Kondensators 37 gleicht sich durch den Widerstand
39 aus, und zwar derart, daß die anfängliche Spannung auf o,368 ihres Wertes in
i/io Sekunde abfällt. Der Kondensator, welcher momentan auf E Volt aufgeladen ist,
wird während der halben Periode der Schwebungsfrequenz 1a, bevor er eine neue Ladung
empfängt, entladen auf den Wert
wobei E - Anfangsspannung, e - Basis der natürlichen Logarithmen, h - Schwebungsfrequenz,
R= Nebenschlußwiderstand, = Kapazität des Kondensators ist.
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Die durchschnittliche Kondensatorspannung während dieser Zeit ist
wobei t die Zeit bedeutet. Die durchschnittliche Kondensatorspannung Ed ist also
eine bestimmte. Funktion der Schwebungsfrequenä h. Ist die Schwebung Null, so ist
auch die Durchschnittsspannung Null. Für sehr hohe Schwebungsfrequenzen nähert sich
der Ausdruck . .
dem Wert
und,die Durchschnittsspannung liegt nahe an der Ladespannung E. Für eine Schwebungsfrequenz
von fünf Perioden pro Sekunde und die oben angegebenen Werte von E, C und R ergibt
sich Ed- 2#5#200#10-6'.I05 (I-e-I@ - 126,4V. Diese Durchschnittsspannun.gkann an
einem Gleichstrominstrumentgemessen werden. Die periodischen Schwankungen können
unterdrückt werden, indem das Instrument mechanisch gedämpft und elektrisch verzögert
wird.
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Demgemäß - liegt ein Gleichstromstrommesser 40 an dem Kondensator
37 und, um die Schwankungen des Zeigers des Instrumentes q.o elektrisch zu verzögern,
sind Widerstände 41 und Kapazitäten 42 in der Schaltung nach Abb. i vorgesehen.
Die elektrische Verzögerung kommt folgendermaßen zustande: Der Kondensator 37 (Kapazität
iyF) wird periodisch aufgeladen durch die Wirkung des auf das Relais 34 arbeitenden
Schwebungstones und wird entladen durch .den Nebenschlußwiderständ 39 (R = ioo ooo
Ohm). Der Strommesser 40 ist ein Milliamperemeter, welches bei o,i mA vollen Skalenausschlag
zeigt. Zwischen dem Kondensator
37 und dem Strommesser 4o liegt
ein aus zwei Widerständen 41 (r = i Megohm) und 2,uF Kapazitäten 42 bestehender
Dämpfungsstromkreis. Bei der Schwehungsfrequenz lt- 5 Per./Sek. beträgt die
Impedanz von 42, ungefähr 16 ooo Ohm, und die Amplitude der Schwankungen wird durch
die elektrische Verzögerungseinrichtung auf 1,6 %
ihres Wertes herabgedrückf,
wie sich auf rechnerischem Wege ergibt. Der Strommesser könnte auch außerdem magnetisch
oder mechanisch gedämpft werden. Die Skala des Strommessers 4o kann leicht in Frequenzen
geeicht werden.
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Aus dem Obigen geht hervor, daß der beschriebene Empfänger, der z.
B. in einem Flügzeug angebracht sein kann, unmittelbar die Schwebungstöne, welche
durch die Bewegung des Flugzeuges in dem gemeinsamen Feld der Sendestationen
A und B entstehen, anzeigt.
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Im obigen ist eine geeignete Detektor-und Meßvorrichtung für Schwebungsfrequenzen
unter 15 Per./Sek. beschrieben.
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Nunmehr ist zu erläutern, daß eine solche Schwebungsfrequenz durch
die Bewegung eines auf einem Flugzeug o. dgl. angebrachten Empfängers in dem gemeinsamen
Feld zweier Hochfrequenzsender von gleicher oder harmonischer Frequenz entsteht,
und weiterhin, daß die Frequenz eines solchen Schwebungstones eine bekannte Funktion
des FlugzeugGrtes und seiner Bewegungsrichtung ist und daher zu deren Ermittlung
dienen kann.
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Das Prinzip ist dargestellt durch die Skizze in Abb.2. A ist eine
Sendestation, welche Wellen der Frequenz n Per.%Sek. (=15 Megahertz) aussendet.
Diesebreiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus (c - 300 ooo km/Sek.). In P1 treffen
die Wellen ein Flugzeug, welches sich mit einer Geschwindigkeit von v = 16o
km/Std. auf A zu bewegt und eine Empfangseinrichtung trägt. Es ist einleuchtend,
daß das Flugzeug mehr Wellen pro Sekunde schneidet, als wenn es unbeweglich im Punkte
P1 verharrte. Die vergrößerte Anzahl von getroffenen Wellen, welche .durch den Empfänger
aufgenommen werden, ist
In dem gewählten Beispiel hat
den kleinen Wert
oder 1,5-10-Die . Veränderung der Frequenz beträgt
d. h. in dem vorliegenden Fall 2,25 Per./Sek. Es mag nun angenommen werden, daß
das noch mit einer Geschwindigkeit von 16akmJStd. fliegende Flugzeug seine Richtung
ändert, so daß es unter dein Winkel l zu dem Strahl A bis P1 (Abb. 3) fliegt.
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Die seitliche Flugkomponente v sin l beeinflußt die
Empfangsfrequenz überhaupt nicht, und die Frequenzverschiebung wird erzeugt durch
die longitudinale Komponente v cos Z und ist der letzteren proportional. Die Gesamtänderung
ist
Weiterhin werde angenommen, daß die Sendefrequenz % sei, daß jedoch der Empfänger
einen Frequenzvervielfacher enthalte, welcher die Frequenz auf den Wert 1zd
= k na
bringt. Aus Gleichung (4) folgt, daß die ausgesendete Welle
mit der Frequenz
aufgenommen. wird. Nach Durchlaufen des Frequenzvervielfachers erreicht sie -den
Detektor mit der Frequenz
Es stellt sich also heraus, daß unabhängig von der Art der ursprünglichen Sendewelle
die Frequenzänderung im Detektor gleich der Detektorfrequenz multipliziert mit der
Geschwindigkeit, mit der das Flugzeug sich der Sendestation nähert, und dividiert
durch die Lichtgeschwindigkeit ist.
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In Abb. 4 fliegt das Flugzeug P1 im Feld der beiden Sendestationen
A und B mit einer Geschwindigkeit und in einer Richtung, die durch
den Vektor v angedeutet ist. Es nähert sich der Station A im Verhältnis
v # cos 1a und entfernt sich von der Station B im Verhältnis v # cos l6.
Stehen beide Stationen .im Einklang oder in harmonischer Frequenz, welche indem
gemeinsamen Detektor auf Einklang gebracht wird, so beträgt die Frequenzverschiebung
für Station A und
für Station B. Es entsteht also eine Schwebungsfrequenz von
Ist P der Winkel zwischen den Strahlen P1
bis A und
B bis P1, so läßt sich Gleichung (7) folgendermaßen schreiben:
Bei einer gegebenen Stellung und einer gegebenen Geschwindigkeit ist dieser Wert
von 1a eine Funktion von l" allein. Sie wird Null für
d. h. wenn vp die nahezu senkrechte Richtung nach Abb.4 hat, welche den Supplementwinkel
von P halbiert. Sie wird ein Maximum für
also
d. h. wenn v", die nahezu horizontale Richtung gemäß Abb. 4 hat, welche den Winkel
P halbiert. Durch Einsetzen von Gleichung (io) in Gleichung (8) folgt:
Es möge zunächst angenommen «-enden, daß kein Windabtrieb vorhanden sei. In Gleichung
(i i) ist ial als die konstante Detektorfrequenz bekannt; c, die Lichtgeschwindigkeit,
ist eine universelle Konstante. v ist die Eigengeschwindigkeit des Flugzeuges, welches
mittels eines Tachometers an der Propellerwelle gemessen werden kann. Infolgedessen
kann aus h"" direkt
und P selber ermittelt wenden.
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Das Verfahren zur Ortsbestimmung besteht darin, daß ein Kreisflug
gemacht und die Flugrichtung sowie die Schwebungsfrequenz im Augenblick der maximalen
Schwebung gemessen wird. Strahlen, welche zu beiden Seiten der Flugrichtung bei
maximaler Schwebung unter dem Winkel P .gemäß Abb. 5 gezogen werden, gehen genau
durch die Sendestationen A bzw. B. Da die Lage von A und
B
bekannt ist, so genügen diese beiden Strahlrichtungen zur Berechnung der
Lage von P1 mittels aus der sphärischen Trigonometrie bekannter Methoden, welche
z. B. bei der Ortsbestimmung der bekannten Schleif enmethoden verwendet werden.
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Nunmehr soll der Einfluß eines Windabtriebes w, der gemäß Abb. 6 mit
der Richtung der maximalen Frequenz einen Winkel s einschließt, betrachtet werden.
Zerlegt man die Windkraft in zwei Komponenten, so fällt die eine derselben@w.=w
cos s in die Richtung der maximalen Schwebung und beeinflußt,die Messung, während
die andere Komponente wo - w sin s auf w. rechtwinklig steht und gemäß Gleichung
(g) die Schwebungsfrequenz überhaupt nicht beeinflußt.
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Führt das Flugzeug unter dem Einfluß von W einen vollen Kreisflug
aus, so beobachtet man zwei Maxima der Schwebungsfrequenz. Sie treten bei den gleichen
Richtungen plus oder minus wm auf, wie sie es auch bei Windstille tun würden, lediglich
ihre Beträge sind andere. In der durch den Windabtrieb unterstützten Richtung wird
das :Maximum
In der entgegengesetzten Richtung= wird es
Durch Halbsummenbildung ergibt sich
was mit Gleichung (i i) übereinstimmt. Durch Bildung der halben Differenz von Gleichung
(i2) und (i3) folgt
Aus dieser Gleichung kann w"Z, die Windkomponente in der Richtung vm, direkt ermittelt
werden.
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Sind zwei Paare von Sendestationen vorhanden, welche mit zwei Paaren
harmonischer Frequenzen aussenden, so kann das gleiche Verfahren mit beiden Paaren
durchgeführt werden. Dieses ergibt eine Kontrollmessung für die Ortsbestimmung,
und gleichzeitig erhält man die Windkomponente noch in einer zweiten Richtung, welche
es gestattet, die gesamte Windstärke und -richtung zu ermitteln.
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Es genügt auch, wenn außer den beiden Stationen A und
B noch eine dritte Station (vorzugsweise nicht in einer geraden Linie mit
A und B liegend) vorhanden ist, welche mit einer (dritten) Harmonischen der gemeinsamen
Grundfrequenz von A und B sendet. Der Empfangsapparat ist mit einer Abstimmvorrichtung
ausgerüstet, welche erlaubt, zunächst beispielsweise die Frequenzen von
A und B aufzunehmen und zur Schwebung zu bringen und dann diejenigen
von A und C. Dies ergibt eine doppelte Kontrolle für die Ortsbestimmung und zwei
gerichtete Windkomponenten, w1 für A und B
und w@ für A und C (vgl.
Abb. 7). Abb. 8 zeigt, wie aus den Windkomponenten zeil
und w2 der
gesamte Windvektore und die Nord- und Ostkomponenten w, und w. gefunden werden können.
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Algebraisch ergibt sich folgende Lösung: WI w, cos a1 + we sin a1,
(z5) w2 wn cos a2 + w, sin a,. (z6) Durch Kombination ergibt sich