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Verfahren zur Standortsbestimmung von ortsveränderlichen Körpern Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Eigenorientierung von ortsveränderlicbeii
Körpern, und zwar insbesondere von Schiffen und Luftfahrzeugen, im Sinne einer Standortermittlung
(geographische Länge und Breite). Es ist bekannt, derartigen Ortsbestimmungen die
Stellung von Himmelskörpern, bezogen auf eine durch den zu bestimmenden Standort
verlaufende Ebene, zugrunde zu legen. Dabei arbeitet man z. B. mit einem Sextanten,
mit dem der Winkel ermittelt wird, unter dem die gedachte Verbindungslinie zwischen
Gestirn und Körper gegen die Ebene geneigt ist, die durch eine gegebene Linie und
den Standort verläuft. Als gegebene Linie für die Darstellung der Ebene wird im
allgemeinen, z. B. auf hoher See, der Horizont benutzt. Dieses Verfahren stößt aber
dann auf Schwierigkeiten, wenn z. 3. bei Dunkelheit oder Dunstbildung der natürliche
Horizont nicht zu beobachten ist. Ist dieses schon bei auf hoher See befindlichen
Schiffen sehr nachteilig, so erschwert es in erhöhtem Maße die Ortsbestimmung bei
Flugzeugen, die sich z. B. in oder über einer Wolkenbank befinden.
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Für solche Fälle hat man einen sog. künstlichen Horizont geschaffen,
der z. 3. durch Einstellung eines schnell umlaufenden Krei sels gegeben ist, da
ein solcher infolge seines Beharrungsvermögens bei kardanischer Aufhängung seine
Lage unverändert beibehält.
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Die Einstellung des Kreisels erfolgt vorher an festen Orten mit Hilfe
von Libellen (Wasserwaagen) oder auch auf einem besonderen Wege durch in ihrer Höhe
genau festgelegte
Punkte. deren Verbindungslinie eine Tangente an
die kugelig gedachte Erdoberfläche darstellt.
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Dieses Meßverfahren unter Benutzung des künstlichen Horizontes hat
noch erhebliche Nachteile und ist überdies nicht immer anwendbar. So ist die Einstellung
des Kreisels schwierig, der aullerdem den Nachteil hat. daß er keine trägheitslose
Masse darstellt.
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Ferner ist es nicht immer möglich bzw. oftmals schwierig. einen solchen
Kreisel mitzuführen.
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Iffim die für die Winkelmessung erforderliche Bezugsebene oder -linie
zu erhalten, kann man sich auch der Magnetnadel zur Richtungsbestimmung bedienen.
Sie crgibt aber im allgemeinen nur Näherungswerte, da sie durcn den verschiedenen
Gehalt der Erdoberfläche an magnetischen Älaterialien stark beeinrlußt wird. Die
Verwendung eines Pendels., das als Meßbasis eine Vertikallinie zur Erdoberfläche
ergibt. kann für ortsveränderliche Körper nicht in Betracht kommen, da bei der geringsten
Beschleunigung dieses Körpers das Pendel aus seiner Normallage herausschwingt.
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Alle diese Nachteile werden durch die Erwindung behoben. Nach ihr
wird für die Festlegung der zur Durchführung der Winkelmessung des Gestirns erforderlichen
Bezugslinie oder -iläche eine außerhalb der Erdoberfläche vorhandene Erscheinung,
und zwar die sog. Jonosphäre tHeavisideschicht), ausgenutzt. Hierdurch kann die
Richtung des kürzesten Abstandes des Beobachtungsortes von derselben, also das Lot
im Beobachtungsort, ermittelt werden. Dieses Lot bzw. eine hiervon abgeleitete Bezugslinie
oder -fläche bildet dann mit der gedachten Verbindungslinie Beobachtungsort-Gestirn
den zu messenden Winkel. Die Heavisideschicht ist bekanntlich eine stark ionisierte,
durch die Sonneneinstrahlung erzeugte Schicht, die im Abstand von 100 km und mehr
die Erde umgibt. Die über diese Erscheinung angestellten Messungen haben bestätigt,
daß die Schicht kugelförmig konzentrisch die Erde umgibt. Außerdem hat diese Schicht
die Eigenschaft, von der Erdoberfläche gegen sie ausgesandte elektromagnetische
Wellen, vorzugsweise kurzer Länge, zu reflektieren.
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Unter Verwertung dieser Erkenntnis wird zur Durchführung des Erfindungsgedankens
vorgeschlagne. senkrecht zur Erdoberfläche elektromagnetische zellen stark gebündelt
und gerichtet gegen die konzentrisch zur Erde liegende Heavisideschicht auszusenden
und die kürzeste Entfernung des Standortes von dieser Schicht dadurch zu ermitteln,
daß bei einem genau senkrechten Auftreffen der elektromagnctischen Wellen auf die
Schicht die Wellen so reflektiert werden, daß sie, allerdings geschwächt, an ihren
Ausgangspunkt zurückgeworfen werden. Ein am Sendeort gleichzeitig aufgestellter
Empfänger muß demnach bei richtiger Einstellung der Senderichtung das Auftreffen
der reflektierten Wellen anzeigen. Wird die Richtung der ausgestrahlten Wellen um
einen kleinen Winkel aus der Vertikalen herausgeschwenkt, so wird die reflektierte
Welle abseits vom Sendeort zur Erdoberfläche zurückfallen, d. h. beim Durchschwenken
des gerichteten Senders durch die Vertikallinie wird ein am Standort aufgestellter
Empfänger eine maximale Empfangsintensität aufweisen, sobald Sender und Emp fänger
auf die Richtung des kürzesten Ab standes zwischen Standort und II eaviside schicht,
also auf die Richtung der durch den Standort verlaufenden Lotrechten zur Heavi sideschicht
eingestellt sind.
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Die Abb. 1 und 2 veranschalichen die Verhältnisse schematisch. In
Abb. 1 ist durch die gekrümmte Linie A die Erdoberfläche und durch B die Heavisideschicht
angedeutet.
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Bei C möge der Standort sein. für den die kürzeste Verbindungslinie
mit der Heavisideschicht als Bezugslinie zur Winkelmessung ermittelt werden soll.
Diese Linie verläuft in der Richtung, die eine am Standort C gegen die Heavisideschicht
gerichtete Strahlung elektromagnetischer Wellen einnehmen muß, damit die bei B reflektierten
Wellen ebenfalls bei C von einem Empfänger aufgenommen werden kömlen. Der Weg der
gesendeten Wellen fällt mit dem der reflektierten Wellen zusammen und ist durch
die Linie E dargestellt. Bei Abweichung der Åusstrahlungsrichtung von der Linie
E treffen die Wellen abseits von D, z. B. an den Punkten F bzw. G, auf die Heavisideschicht
und werden entsprechend dem Einfallwinkel derart reflektiert, daß sie abseits von
dem Sendeort auf die Erdoberfläche zurückgelangen.
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Die Änderung der Empfangsintensität in Abhängigkeit von dem Durchschwenken
des gerichteten Senders durch die Vertikale ist in Abb. 2 schematisch dargestellt.
Das Intensitätsmaximum der reflektierten Wellen im Empfänger ist dann gegeben, wenn
die ausgesandten und die reflektierten Wellen nach de" Linie E der Abb. I verlaufen.
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Da die unmittelbar ausgestrahlte Energie des Senders bedeutend größer
ist als die der reflektierten Welle, so sind entsprechende Vorkehrungen zu treffen,
z. B. durch kurze Impulsgabe und gleichzeitige Sperrung des Empfängers, damit die
ausgesandte Strahlung von der reflektierten Strahlung meßtechniscli gut unterschieden
werden kann.
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Die Ortsbestimmung wird dann so vor sich gehen, daß nicht, wie bisher,
der Sextant
auf eine Horizontallinie, nämlich den natürlichen oder
künstlichen Horizont. sondern das Winkelmeßgerät zunächst mir Hilfe von Sender und
Empfänger genau auf die ermittelte \ertikaliinie eingestellt. darauf das Gestirn
mit Hilfe des Femrohres anvisiert und der von beiden Geraden, nämlich Visierlinie
und Vertikale. eingeschlossene Winkel durch entsprechende Arretierung festgelegt
wird.