DE767458C - Einrichtung zur Abstandsbestimmung eines Pilotballons von einer Bodenstation - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Zur gieichzeitigen Regelung sämtlicher übertragener Meßwerte wird gemäß der weiteren Erfindung vorgeschlagen, de Empfänger der Bodenstation mit einer automatischen Verstärkungsregelung zu versehen.
• 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.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Abstandsbestimmung eines Pilotballons von einer Bodenstation, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgrößen, wie temepratur, Luftdruck, Höhe usw., übermittelnde Pilotsender gleichzeitig als Teil einer am Pilotballon vorhandenen Relaisstatoin zur Entfernungsmessung zwecks eindeutiger zuordnung sämtlicher Meßwerte ausgebildet sit.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch deren Verwendung bei einem Abstandsmeßverfahren, bei dem die Phase der von einer Bodenstation ausgesandten mit der zurückkommenden Modulationsfrequenz einer hochfrequenten Trägerwelle in einer Phasenmeßeinrchtung verglichen wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmeßeinrichtung, die gegebenenfalls direkt in Entfernungseinheiten geeicht ist, so ausgebildet ist, daß das Ableseorgan, z. B. Skala oder Zeiger, zu beginn' einer Messung auf die entfernungseinheit Null einstellbar ist.
4. 4. Einrchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennziechnet, daß am Pilotballon ein einfacher Empfänger, z. B. diodenempfanger, vorgesehen ist, der die von der Bodenstation ausgesandte modulierte Hochfrequenz demoduliert und diese Modulationsfrquenz dem vorzugsweise auf einer anderen hochfrequenten Welle arbeitenden Bordsender zuführt.
5. 5. Einrchtung nach anspruch 1 bis 4, gekennziechnet durch deren Verwendung zur gleichzeitigen Bestimmung der Horizontalkomponente der Windrichtung auf Grund einer mit gerichtetem Bodensender vorgenommenen Anpeilung des Pilotballons.
6. 6. Einrichtung nach anspruch 1 bis 5, dadurch gekennziechnet, daß zur gleichzeitigen Regelung sämtlicher übertragener Meßerte für den Empfänger der Bodenstation eine automatische Verstärkungsregelung vorgesehen ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am Pilotballon vorgesehenen Sender und Empfänger an die gleiche antenne angeschlossen sind.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschrift Nr. 428 643; USA.-Patentschrift Nr. 2 027 367; französische patentschriften Nr. 784 425, 812 975, 813 404.