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Einrichtung zur Abstandsbestimmung eines Flugzeuges von einer hochfrequenten
Strahlungsquelle Es ist bekannt, zum Leiten von Flugzeugen Hochfrequenzwellen zu
benutzen, und zwar in der Regel zu dem Zwecke, dem Flugzeug eine bestimmte Flugrichtung
anzugeben. Dieses Verfahren kann entweder mit Hilfe von ungerichteten Sendestationen
und Richtempfängern oder auch mit Hilfe von gerichteten Sendestationen und ungerichteten
Empfängern durchgeführt werden. Es ist bekannt und hat sich als zweckmäßig erwiesen,
die erwähnten Anordnungen auf sehr kurzen Wellenlängen in der Größenordnung von
wenigen Metern zu betreiben, da hierbei die verwendeten Antennenanordnungen nur
kleine Abmessungen besitzen und außerdem dieser Wellenbereich Vorteile in bezug
auf die Ausbreitungseigenschaften der Strahlung "besitzt. Insbesondere ist hier
der Vorteil der beschränkten Reichweite zu nennen, da diese Wellen im wesentlichen
optischen Gesetzen folgen, so daß derartige Stationen auf gleichen Wellenlängen
betrieben werden können, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Besonders vorteilhaft
sind die angedeuteten Verfahren dann, wenn es sich darum handelt, dem Flugzeug lediglich
den Landevorgang zu erleichtern, da hierzu nur eine geringe Reichweite benötigt
wird. Es ist oft jedoch die Aufgabe gestellt, die geschilderten Ultrakurzwellenanordnungen
nicht nur für Landezwecke anzuwenden, sondern auch zum Leiten über größere Entfernungen,
beispielsweise zwischen zwei Flughäfen. Um hierbei die Reichweite zu erhöhen, ist
es bekannt, die Sendeantennenicht direkt über dem Erdboden aufzustellen,. sondern
auf hohen Türmen anzuordnen. Die Antennenanordnung ist dann jedoch um ein Vielfaches
der benutzten Wellenlänge vom Erdboden entfernt, so daß nicht nur die direkt von
der Sendeantenne ausgehende Strahlung zur Wirkung kommt, sondern auch eine indirekte,
vom Erdboden reflektierte Strahlung auftritt, die mit der direkten Strahlung interferiert.
Dies äußert sich in bekannter
Weise praktisch dadurch, daß sich
die Strahlung nicht gleichmäßig ausbreitet, sondern daß in verschiedenen Höhen über
der Erde Nullzonen auftreten, in denen jeder Empfang durch die 'gegenseitige Beeinflussung
der direkten und indirekten Strahlung ausgelöscht ist. Das vertikale Strahlungsdiagramm
einer derartigen Sendeanordnung ist also nicht, wie es an sich zu wünschen wäre,
halbkreisförmig oder keulenförmig, sondern, wie in Abb. i dargestellt, blätterförmig
und besitzt beispielsweise die Nullzonen i bis 6, die, in bezug auf eine bestimmte
Flughöhe h, in experimentell bzw. rechnerisch ermittelbaren Entfernungen von der
Sendestation auftreten.
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Die Erfindung beschäftigt sich damit, diese bekanntlich im allgemeinen
als Störeffekt auftretende Wirkung nutzbringend zur Bestimmung des Abstandes des
Flugzeuges von der anzusteuernden Sendestation zu verwenden und gleichzeitig die
Beeinträchtigung des Vorganges der Richtungsbestimmung durch die Nullzonen zu beseitigen.
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Würde man zit diesem Zweck eine Anordnung mit einem bekannten Strahlungsdiagramm
gemäß Abb. i verwenden, so könnte man wohl aus der Anzahl der durchflogenen Nullzonen
bzw. aus deren Breite b, die, wie die Abbildung zeigt, mit Annäherung an den Sender
kleiner wird, die Entfernung ermitteln. Man hätte jedoch den Nachteil in Kauf zu
nehmen, daß während des Passierens der Nullzonen die Richtungsbestimmung gestört
wird, d. h. die Orientierung nach dem- Sender verlorengeht, so daß dieser Vorschlag
praktisch nicht in Frage kommt.
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Durch die Erfindung wird nun eine Einrichtung zur Entfernungsbestimmung
mittels der erwähnten mehrblättrigen Strahlungsdiagramme angegeben, bei der auch
die Richtungsbestimmung einwandfrei durchgeführt werden kann. Die erfindungsgemäße
Einrichtung ist gekennzeichnet durch zwei mehrblättrige, voneinander unterscheidbare,
mittels ultrakurzer Wellen in der Vertikalebene derart erzeugte Strahlungsdiagramme,
daß die Maxima des einen mit dem Minima des zweiten zusammenfallen und daß aus der
Anzahl und Breite der in konstanter Höhe durchflogenen, in ihrer räumlichen Lage
zur Strahlungsquelle dem Flugzeugführer bekannten Überdeckungszonen beider Diagramme
die gesuchte Entfernung ermittelt wird. Die beiden Strahlungen können abwechselnd
im Rhythmus von bestimmten Erkennungszeichen derart getastet werden, daß die Zeichen
der einen Strahlung jeweils in die Pausen der zweiten fallen.
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Die neue Anordnung ist an Hand der Abb.2 erläutert. Es werden zwei
mehrblättrige Strahlungsdiagramme in der Vertikalebene erzeugt, von denen das eine
stark ausgezogen und das andere strichpunktiert aufgezeichnet ist. Die Maxima des
einen Diagramms stimmen jeweils mit. den Minima des zweiten überein. Ein Flugzeug,
das in der Höhe lt auf der Linie L anfliegt, schneidet demzufolge zunächst das untere
Blatt des stark ausgezogenen Diagramms, dann das untere des strichpunktierten, dann
das zweite Blatt des stark ausgezogenen Diagramms usw. Solange es sich nur in dem
einen Diagramm befindet, hört es nur dessen Erkennungszeichen, dann passiert es
eine Zone, wo beide Zeichen in pausenloser Folge gehört werden, dann treten allmählich
nur noch die Zeichen der anderen Art in Erscheinung usw.
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Die Wirkungsweise des neuen Verfahrens ist an Hand der Abb. 3 und
q. näher erläutert. In Abb.3 ist die Feldstärke der Sendeantennenfelder nicht wie
in Abb.2 als Vektorendiagramm aufgezeichnet, sondern in Abhängigkeit von der Entfernung
in rechtwinkligen Koordinaten. Es entsteht wieder das stark ausgezogene und das
strichpunktiert gezeichnete Diagramm mit den oben beschriebenen Eigenschaften.
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Der Tastvorgang ist in Abb. q. dargestellt. Die Zeichen I sind die
des einen Antennenfeldes und die Zeichen II die des zweiten. Befindet sich das Flugzeug
innerhalb des ersten Diagramms, so treten die Zeichen I hervor, befindet es sich
innerhalb des zweiten, so sind die Zeichen II hörbar. Nähert es sich dem überdeckungsgebiet
zweier Blätter (vgl. Abb.2), so wird das zweite Zeichen immer stärker, dann kommt
die Zone, wo die beispielsweise dargestellten Morsezeichen K gleich stark in pausenloser
Folge zu hören sind, und nach Passieren der letzteren nimmt das erste Zeichen ab.
Die Anzahl der überflogenen Zeichenwechsel wird gemäß einem Merkmal der Erfindung
gezählt und, da ihre Lage bekannt ist, hieraus die Entfernung von der Sendestation
ermittelt. Da Minimumzonen nicht auftreten, sondern fortwährend Zeichen hörbar sind,
kann jederzeit unabhängig von der Entfernungsbestimmung auch eine Richtungsbestimmung
vorgenommen werden.
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Die Zonen des Zeichenwechsels sind in der Abb. 3 als senkrechte Linien
i, 2, 3, q... . angedeutet. Der Abstand b zwischen den Zonen wird bei Annäherung
an den Sender immer geringer, d. h. die Zeichenwechsel treten in der Nähe der Sendestation
immer häufiger auf als in größerer Entfernung. Hieraus kann also bereits überschlagsmäßig
auf die Entfernung geschlossen werden.
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Das geschilderte Tastverfahren kann noch dahingehend verbessert werden,
daß die beiden Antennenfelder nicht im Rhythmus von
gleichartigen
Zeichen getastet, sondern daß unterscheidbare Erkennungszeichen angewendet werden.
Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß der Flugzeugführer jederzeit erkennt, ob
er sich in der Zone der einen oder der anderen Antenne befindet. Diese Zeichenunterscheidung
kann dadurch erreicht werden, daß man entweder unterschiedliche Morsezeichen anwendet
oder die Unterscheidung durch unterschiedliche Modulations- bzw. Trägerfrequenzen
bewirkt. Im letzteren Falle sind natürlich beide Strahlungen dauernd vorhanden.
Bei unterschiedlichen Tastzeichen kann man das für einen anderen Zweck bereits bekannte
Prinzip der Komplementärzeichen verwenden, bei denen jeweils die Zeichen der einen
Art in die Zwischenräume der Zeichen der anderen Art fallen, wie dies z. B. bei
den Zeichen a und n oder bei Punkten und Strichen der Fall ist. Man erhält
hierbei den Vorteil, daß in den Zonen gleicher Feldstärken beider Zeichen jeweils
ein Dauerton auftritt, der besonders leicht zu beobachten ist und zum Zwecke der
Entfernungsbestimmung gezählt wird. Man ist jedoch nicht an die langsame Umtastung
im
Rhythmus von Morsezeichen gebunden, sondern kann auch mit einer hohen Frequenz
Umtasten, die z. B. außerhalb des' Hörbereiches liegt und den Zeichenwechsel mit
Hilfe von elektrischen oder elektromechanischen Einrichtungen feststellen.
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Als Sendeanordnung für die Erzeugung der beiden unterschiedlichen
Blätterdiagramme sind an sicke bekannte Antennenanordnungen geeignet. Am einfachsten
ist die Bedingung, daß die Maxima des einen Sendediagramms jeweils mit den Minima
des zweiten übereinstimmen, dadurch zu erfüllen, daß man zwei in verschiedener Höhe,
jedoch hoch im Vergleich zur Wellenlänge über dem Erdboden angeordnete Strahler
abwechselnd an einen gemeinsamen Sender schaltet. Da die Anzahl, Form und Lage der-
Blätter sich mit der Aufstellungshöhe der Antennensysteme über der Erdoberfläche
ändert, kann man durch entsprechende Wahl dieser Höhen leicht erreichen, daß die
gewünschten Strahlungsdiagramme entstehen.
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Die Zählung der Zeichenwechsel zum Zwecke der Entfernungsbestimmung
wird im einfachsten Falle durch bloßes Abhören der empfangenen Signale vorgenommen.
Man kann jedoch auch an sich bekannte automatische Zähleinrichtungen, wie z. B.
Zählwerke, anwenden oder die Amplituden der empfangenen Zeichen in ebenfalls bekannter
Weise auf einem Registrierstreifen aufzeichnen.
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In bezug auf die gleichzeitig mit der Entfernungsbestimmung durchzuführende
Richtungsbestimmung ist man ebenfalls nicht auf bestimmte Verfahren beschränkt.
Man kann hierzu beispielsweise das Prinzip der abwechselnd getasteten, in der Horizontalebene
verschieden gerichteten Sendeantennenfelder anwenden, deren Intensitäten miteinander
verglichen werden (Leitstrahlverfahren). Man kann jedoch auch mit Richtempfängern,
z. B. sog. Zielflugempfängern, arbeiten.