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Einrichtung zur Abstandsbestimmung eines Pilotballons von einer Bodenstation
Für die glatte Abwicklung eines zivilen oder militärischen Flugdienstes ist die
Bestimmung der Wetterlage und die Voraussage des Wetters eine äußerst wichtige Bedingung.
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Zur Bestimmung von Windgeschwindigkeit, Windrichtung, der Temperatur
in größeren Höhen u. dgl. verwendet man sogenannte Pilotballons. diese Pilotballons
mit einigen Kubikmetern Inhalt tragen eine sogenannte Radiosodne, die automatisch
die Temperatur und den Luftudruck über einen kleinen Sender dem Boden übermittelt.
In Deutschland findet z. B. eine Radiosonde Verwendung, bei der die Temperatur dadurch
angezeigt wird, daß die Frequenz des am Ballon hängenden kleinen Senders mit Hilfe
eines den Schwingkreiskondensator verändernden Bimetallstreifens verändert wird.
Die Höhe des Ballons, die durch den Luftdruck ermittelt wird, wird der Bodenstation
dadurch mitgeteilt, daß eine Barometerdose den Sender nach Erreichung von bestimmten
Luftdrucken bzw. Höhen kurzzeitig unterbricht.
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Zur Ermittlung der Windrichtung genügt ein einfaches optisches Anpeilen
des Ballons, Zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit ist die optische Winkelanmessung
von zwei Basispunkten aus notwendig. Aus der Länge der
Standlinie
und den beiden ermittelten Winkeln zu dieser standlinie läßt sich dann der Standort
und aus der Veränderung des Standortes in der Zeiteinheit die Geschwindkgiet des
Ballons und damit die Windgeschwindigkeit messen.
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Bei unsichtigem Wetter, Nebel oder bei Unsichtbarwerden des Ballons
infolge zu niedriger Wolkenhöhe versagen die optischen methoden. Man verwendet daher
zur Zeit zwei Peilrahmengeräte, welche, ebenfalls eine Basislinie verwendend, den
Sender des ballons anpeilen. Auf diese Weise kann der jeweilige Abstand des ballons
von der Bodenstation und damit die Windgeschwindigkeit ermittelt werden. Dieses
Basisverfharen ist umständlich und wenig genau. Die Länge der Basis muß etwa 10
bis 15 km betragen.Die Peilung von den beiden Punkten aus wird durch die Funkbeschickung
des Peilrahmens, die mit dem Standort veränderlich ist, und durch den Empfang von
falsch polarisierten Wellen gestört. Der zuletzt genannte nachteil beruht darin,
daß die Sendeantenne des Pilkotballons in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit
eine mehr oder weniger gegen2ber der Vertilkalen geneigte lage einnehmen wird. Die
ausgestrahlte Welle wird aber dann eine Horizontalkomponente besitzen, die zur Falschpeilung
des Ballons und damit zur Ermittlung einer falschen Windgeschwindigkeit führt.
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Will man diese Schwierigkeit beseitigen, so muß man zur Peilung H-
oder U-Adcock-Peiler verwenden. Es ist klar, daß damit ein erheblicher, f2r diesen
Zweck kaum tragbarer aufwand verbunden ist.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zur Abstandsbestimmung
eines Pilotballons von einer Bodenstation. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist
dadurch gekennzeichnet, daß der die Meßgrößen, wie Temepratur. Luftdruck, Höhe usw.,
übermittelnde Pilotsender gleichzeitig als Teil einer am pilotballon vorhandenen
Relaisstation zur Entfernungsmessung ausgebildet is.t Durch die Verwendung eines
einzigen Senders zur Übertragung der Meßerte, wie Temperatur.
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Luftdurck usw., sowie der Angaben zur Abstandsbestimmung wird eine
eindeutige zuordnung samtlicher Meßwerte erreicht. Es kann also, sofern sich mehrere
Pilotballons in der Luft befinden sollten, nicht vorkommen, daß beipsielsweise bei
Ausfall eines Senders Meßwerte und Abstandswerte von zwei verschiedenen Ballons
gemeinsam registriert werden. Zur Entfernungsmessung kann das an sich bekannte Entfernungsmeßverfahren
verwendet werden, das auf einem Phasenvergliech der Modulationsspannungen der ausgesandten
und der vorzugsweise hiervon unterschiedlichen zurückkommenden Trägerhochfrequenz
beruht. Am Pilotballon kann in diesem Fall ein einfacher Empfänger, z. B. ein Diodenempfänger,
vorgesehen sein, der die von der Bodenstatioin ausgesandte modulierte Hochfrequenz
demoduliert und diese Modulationsfreuqnez dann dem vorzugsweise auf einer anderen
hochfrquenten Welle arbeitenden Bordsender zuführt. Die Bodenstation besitzt nun
eine Phasenmeßeinrichtung, die die Phase der ausgesandten und der zurückkommenden
Modulationsfrequenz vergleicht.
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Als Phasenmeßeinrichtung kann irgendeine der bekannten Einrichtungen,
z. B. eine Brükkenschaltung oder ein als Zeigerinstrument bekannter Phasenmesser,
vorgesehen sein. Es wird jedoch vorteilhaft sein, eine selbsttätige anzeige der
der jeweiligen Entfernung des Pilotballons von der Bodenstawtion entsprechenden
Phasenverschiebung der Modulationsfreuqenzen vorzundehmen. Die Phasenmeßeinrichtung,
die gegebenenfalls direkt in Entfernungseinheiten geeicht sein soll, müßte dann
zu Beginn einer messung so eingestellt werden, daß das Ableseorgan, z.B. Skala oder
Zeiger, auf der Entfernungseinheit Null steht, d.h. der Pilotballon müßte am Boden
für kurze Zeit so lange festgehalten werden, bis der automawtische phasenschieber
zur Ruhe gekommen ist. Für diese Zustand wird dann die Skala oder der Zeiger auf
den Entfernungswert Null eingestellt.
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Der erfindungsgedanke soll nun an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In Ab.b 1 ist sowohl die Bodenstation
I als auch die auf dem Pilotballon vorhandene Station II dargestellt. Die Bodenstation
besitzt einen Sender b, der ovn einem Tongenerator c moduleirt werden soll. die
Ausstrahlung erfolgt über die Antenen a. die Bodenstation enthält weiter eine Empfangsantenne
d. die die aufgenommene Spawnnung einem Empfänger e zuführt. Die demodulierte Hochfrequenz
wird dann der Phasemeßeinrichtung f zugeführt, die ebenfalls die Modulationsspannung
des Tongenrators c direkt erhalt. die Station II, die sich am Pilotballon g befindet,
besitzt zur Aufnahme der von dem Sender b über den Richtstrahler a ausgesandten
Hochfrequenz eine Empfangsantenne k, die an einen Schwingungskreis m angeschlosse
ist. Der Schwingungskreis m liegt zur Gleichrichtung der empfangenen Hochfrequenz
an einer Diodenstrecke n. Die demodulierte Hochfrequenz wird dem Sender h zugeführt,
der über eine besondere, in der Zeichnung nicht dargestellte Antenne die mit derselben
Frequenz modulierte Hochfrequenz anderer Wellenlänge wiedr ausstrahlt. Der Sender
h soll gemäß der Erfindung der normalerweise für Pilotballons vorgesehene Sender
sein, der in Abhängigkeit
von der Höhe durch Luftdruckänderung usw.
automatisch geregelt wird. Zur Erhöhung der tragfähigkeit des Pilotballons g bzw.
zur Verringerung seiner Dimensionenist es vorteilhaft, gemäß der weiteren Erfindung
die Empfangsantenne sowie die zur Ausstrahlung der emfpangenen Modulationsfrequenz
vorgesehene Sendeantenne derart zu vereinigen, wie es in Abb. 2 dargestellt ist.
Dort ist die Antenne mit A bezeichnet, die die empfangene hochfrequenz zur Demodualtion
an die Diodenstrecke B weitergibt. Über den transformator C wird die Modulationsfrequenz
dem Gitterkreis des Senderohres D zugeführt. Die Ausstrahlung dieser Hochfrequenz
erfolgt über dieseble Antenne A. Abb. 2 stellt jedoch nur eine der Möglichkeiten
dar.
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Zur gleichzeitigen Bestimmung der Horizontalkomponente der Windrichtung
durch Anpeilung des pilotballons kann der bodensender als Richtsender ausgebildet
werden. Am Empfanger e erhält man dann ein Maximum der lautstärke, wenn a genau
auf II gerichtet ist. Um eine genauere Peilung vornehmen zu können, wird es vorteilhaft
sein, den bodensender sogar als leitstrahlsender auszuführen, der gegebenenfalls
eine Einrichtung zur selbsttätigen Nachführung der Richtantenn in die richtige Peilstellung
besitzen kann, Nimmt man an, daß die beiden zur Erzeugung eines Leitstrahles erzeugten
Richtdiagramme des Bodensenders b zu ihrer Unterscheidung mit verschiedenen Modulationsfrequenzen
versehen sind, so kann aus dem Verhältnis der amplituden der im Empfänger e wieder
empfangenen Modulationsfrequenzen die Stellung des Richtstrahlers zu der wahren
Peilnullstelung ermittel werden. Zur Entfernungsbestimmung nach der oben beschriebenen
methode wird man entweder eine der beiden dem Leitstrahlsender aufgedrückten Modulationsfreq2uenzen
oder aber eine dritte der Hochfrequenz weiterhin aufgedrückte modulationsfrequenz
verwenden. die Relaisstawtion am Pilotballon ist dann zur Übertragung dieser Frequenzen
entsprechend einzurichten. Um eine genügend scharfe Richtstrahlung zur Anpeilung
des Pilotballons zu erhalten, wird man für den Bodensender vorzugsweise sehr kurze
Ultrakurzwellen, etwa in der Größenordnung von 1 m Wellenlänge oder kleiner, verwenden.
Für den Pilotsender sit es vorteilhaft, niht ganz so kurze Wellen anzuwenden, da
dann der Senderwirkungsgrad und die effektive Höhe der Antenne zu schlecht wird.
Um auf den gleichen Wirkungsgrad zu kommen, wären dann größere Batterien usw. erforderlich.
Damit würde aber die Tragfähigkeit des pilotballons erheblich abnehmen. Um andererseits
Wellen zu verwenden, die von dem Nachteffekt noch nicht gestört werden, wird man
in der oberen Grenze des Ultrakurzwellenbereiches, etwa bis 10 m Wellenlänge, für
die Station des Pilotballons bleiben.
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Zur gieichzeitigen Regelung sämtlicher übertragener Meßwerte wird
gemäß der weiteren Erfindung vorgeschlagen, de Empfänger der Bodenstation mit einer
automatischen Verstärkungsregelung zu versehen.
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Der Erfindungsgedanke ist weder auf das angegebene Entfernungsmeßverfahren
noch auf die Methode zur Auswertung des relativen Phasenvergleichs der beiden Modulationsspannungen
beschränkt. Es wäre denkbar, eines der anderen bekannten Entfernungsmeßverfharen,
die ebenfalls mit einer Relaisstation arbeiten, zu verwenden.