-
Anordnung für Hyperb el-Navigationsverfahren
Unter Hyperbel-Navigationsverfallren
versteht man Funkverfahren, welche es einem beweglichen Gegenstand ermöglichen,
sich auf einer Standlinie mit hyperbolischem Verlauf zu halten, indem die Zeitdifferenz
zwischen der Ankunft zweier Funkimpulse gemessen wird, welche von Stationen von
bekannter geographischer Lage gesendet werden, die ihre Impulse im Synchronismus
oder wenigstens mit gleichen Wiederkehrfrequenzen aussenden. Durch Kreuzung zweier
solcher Standlinien wird ein Positionsort markiert.
-
Da es ziemlich schwierig ist, auf einer beweglichen Maschine eine
Zeitnormale von genügender Genauigkeit und Konstanz anzuordnen, besteht ein Hauptmerkmal
der Bordanlage der beweglichen Maschine darin, daß als Zeitnormale an Bord die Wiederkehrfrequenz
der empfangenen Impulse benutzt wird, welche vollkommen konstant sein kann, da die
Sendestationen unbeweglich sind und auf der Erde stehen.
-
Bei allen diesen bekannten Verfahren ergibt die Funkmessung lediglich
eine gewöhnlich in Mikrosekunden ausgedrückte Zahl, die die Charakteristik eines
geometrischen Ortes ist, welchen der Navigator dann zwischen zwei der auf einer
Spezialkarte gezogenen zahlreichen Hyperbelkurven mit runden Maßen graphisch interpolieren
muß. Diese Arbeit der Interpolation ist ziemlich schwierig und bildet wegen der
dieser
Operation, insbesondere an Bord einer beweglichen Maschine, anhaftenden Ungenauigkeit
eine Quelle von Irrtümern.
-
Die Erfindung bezweckt die Ausbildung einer Anordnung, welche es
ermöglicht, diese Interpolation selbsttätig auszuführen, wobei der Navigator auf
seiner Karte nur noch eine durch ein optisches System projizierte Lichtspur nachzuziehen
braucht, welche den gesuchten Positionsort darstellt.
-
Zu diesem Zweck setzt die Erfindung voraus, daß der Navigator seine
annähernde Position in Form eines geschätzten Punktes kennt. Da dieser geschätzte
Punkt dem Ermessen des Navigators überlassen ist, hat es keine Bedeutung, ob dieser
einen geschätzten Punkt wählt, welcher dem Schnittpunkt zweier H.yperbeln mit runden
Maßen entspricht, der seiner angenommenen Position am nächsten kommt. Nachdem dieser
Punkt gewählt wurde, bezweckt die Erfindung, unmittelbar auf der Karte durch Projektion
einer geradlinigen Oszillographenspur einen Positionsort zu liefern, welcher demjenigen
entspricht, welcher in der astronomischen Navigation als Höhengerade bekannt ist.
-
Bei allen Empfängern für Hyperbel-Navigation gibt es zwei Punkte
der Stromkreise, wo die Spannung die man dort abnehmen kann, einen der beiden Impulse
darstellt, deren Zeitdifferenz man messen will, getrennt von allen anderen, ebenfalls
von dem Empfänger aufgenommenen Impulsen, und zwar auf Grund eines Verfahrens mit
Wählimpulsen. Einer der beiden Punkte ermöglicht es, eine von der Mutterstation
stammende Impulsspannung (oder Impuls A) abzunehmen und der andere von der Unterstation
(oder Impuls B).
-
In Übereinstimmung mit den sogenannten Höhengeradenverfahren bezweckt
das Verfahren der Erfindung, die Differenz d zwischen der Differenz der beobachteten
Zeitpunkte der Ankunft der Impulse A und B und der bekannten Differenz zu bestimmen,
welche der Hyperbel entspricht, auf welcher der geschätzte Punkt festgelegt wurde.
Zu diesem Zweck wird aus dem Impuls A ein Impuls A' gebildet, welcher in bezug auf
A um eine bekannte Zeit verzögert ist. Diese ist gleich der auf der Karte abgelesenen
Differenz der Ankunftszeiten der Impulse A und B, wie sie ein Beobachter messen
würde, welcher sich auf der den geschätzten Punkt enthaltenden Hyperbel befindet,
vermindert um eine bekannte feste Zeit, welche wenigstens dem maximalen Fehler bei
Abschätzung des Punktes gleich ist. Dieser Impuls A' löst einen Kippkreis aus, der
selbst durch den Impuls B geschlossen wird. Dieser liefert eine Rechteckwelle, deren
Dauer bis auf ein konstantes Glied der gesuchten Zeitdifferenz d gleich ist und
die eine genau definierte Amplitude besitzt. Diese Rechteckwelle wird einem üblichen
Stromkreis zugeführt, welcher eine ihrer Zeitdauer proportionale Spannung liefert.
Schließlich verfügt man demnach über eine Spannung, die proportional ist zu d +
K, wobei K eine konstante Spannung ist.
-
Es läßt sich nun leicht zeigen, daß der Abstand, welcher auf der
Karte senkrecht zu der Hyperbel in dem geschätzten Punkt bis zu einer benachbarten
Hyperbel gemessen wird, welche einer Differenz d in bezug auf die geschätzte Hyperbel
entspricht, gegeben ist durch: d=E-c- A 2 sm O 2 wobei E der Maßstab der Karte,
c die Lichtgeschwindigkeit und 0 der Winkel ist, unter welchem von dem geschätzten
Punkt aus die Stationen A und B gesehen werden. Dieser Winkel ist bekannt, und die
Karte kann unmfttelbat seine Angabe tragen. Wenn die Karte einen veränderlichen
Maßstab hat, können die Hyperbeln gemäß der Erfindung unmittelbar Eo in ,,ion 0
geteilt werden.
-
2 Die Spannung d + K wird unmittelbar mit einer Spannung K in einer
Potentiometeranordnung verglichen, welche die Differenz der beiden Spannungen liefert.
Man erhält dann eine zu d proportionale Spannung, welche einem Spannungsteiler zugeführt
E.o wird, der den Faktor 2Sifl , einführt.
-
2 Die resultierende Spannung wird zur Parallelverschiebung einer
linearen Spur benutzt, die in der üblichen Weise auf einem Kathodenoszillographen
gebildet wird, dessen Schirm im Brennpunkt eines Objektivs angeordnet ist, das ein
Bild dieses Schirmes auf der Karte erzeugt. Wenn bei Abwesenheit einer Spannung
das Bild der Oszillographenspur die Hyperbel in dem geschätzten Punkt tangiert,
deutet diese Spur nach Zuführung der resultierenden Spannung den Positionsort der
beweglichen Maschine an, der einer Höhengeraden in der astronomischen Navigation
entspricht.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Anordnung.
-
Fig. I zeigt eine Karte für Hyperbel-Navigation, die so abgeändert
ist, daß sie zusammen mit der erfindungsgemäßen Anordnung benutzt werden kann.
-
Man erkennt die Sender von zwei Stationspaaren A1 Bl und A2 B2 und
die Netze mit hyperbolischem Verlauf, wobei jede Kurve ihre eigene Bestimmungsnummer
trägt. Gemäß der Erfindung sind diese E Kurven außerdem in dem Wert 2 Sül 0 geteilt,
wobei 2 diese Werte auf dem Gerät in Abhängigkeit von dem geschätzten Punkt angegeben
werden müssen. Wie ersichtlich, liegen die Punkte, welche gleichen Werten E 2 5j,
v entsprechen, annähernd auf Kreisbögen, 2 welche durch die gemeinsamen Brennpunkte
der Hyperbeln gehen. Diese Kreisbögen wurden, um die Karte nicht zu überlasten,
nicht vollständig gezeichnet.
-
Fig. 2 ist das Allgemeinschema eines erfindungsgemäßen Anzeigegerätes
für Hyperbel-Navigation.
-
Die dem betreffenden Paar entsprechenden ImpulseA undB werden durch
diebekannten Schaltungen des üblichen Anzeigegerätes ausgewählt. Der ImpulsA wird
einem Verzögerungskreis II zugeführt, welcher einen verzögerten Impuls von bekannter
Nacheilung ausbildet. Dieser Impuls wird einerseits einem zweiten Verzögerungskreis
I2, welcher wiederum einen verzögerten Impuls mit einer unveränderlichen Verzögerung
ausbildet, und andererseits einem Kreis I3 zur Erzeugung von Rechteckwellen mit
zwei vertauschbaren Lagen eines stabilen Gleichgewichts zugeführt, welcher z. B.
ein Multivibrator mit Widerstandskopplung sein kann, der unter der Bezeichnung Flipp-Flopp-Schaltung
oder als Multivibrator nach Eccles-Jordan bekannt ist. Wenn ein solcher Kreis das
erste Mal seinen Gleichgewichtszustand unter der Wirkung des einmal verzögerten
Impulses A umkehrt und ihn dann wieder unter der Wirkung des Impulses B umkehrt,
sendet er eine Rechteckwelle von einer Länge, die der Zeit gleich ist, welche die
Ankunftszeit des Impulses A von der Ankunftszeit des Impulses B, vermindert um die
durch den Kreis II eingeführte Verzögerung, trennt.
-
In der Fernmeldetechnik sind verschiedene Mittel bekannt, um aus
einer Rechteckwelle eine ihrer Länge proportionale Spannung herzustellen. Die aus
der Stufe 13 abgehende Rechteckwelle wird einem derartigen Detektor 14 zugeführt,
dessen Ausgangsgleichspannung durch ein Potentiometer 15 E nach dem Verhältnis 2
Sin ( unterteilt wird, bevor 2 sie der Ablenkplatte I6 einer Kathodenstrahlröhre
I7 zugeführt wird, welche in der dazu senkrechten Richtung durch einen Oszillator
I8 abgelenkt wird.
-
Die der Platte I6 gegenüberliegende Platte 19 kann durch ein Potentiometer
20 auf ein veränderliches Potential gebracht werden. Andererseits kann man durch
einen Umschalter 21 den von der Verzögerungsstufe I2 gelieferten doppelt verzögerten
Impuls an Stelle des Impulses B bei der Steuerung der Flipp-Flopp-Stufe I3 treten
lassen. Das Potentiometer 20 wird verwendet, um die Spur der Röhre I7 mit der Hyperbeltangente
in dem geschätzten Punkt zusammenfallen zu lassen, wenn der Umschalter 2I die Flipp-Flopp-Stufe
I3 durch den von der Stufe 12 gelieferten verzögerten Impuls auslöst. Wenn die Summe
der durch die Stufen II und I2 eingeführten Verzögerungen genau gleich ist der der
geschätzten Hyperbel entsprechenden Verzögerung, und wenn die Maßstabeinstellungen
richtig sind, wird sich, wenn man durch Betätigung des Umschalters 21 den Impulse
der Stufe I3 zuführt, die Spur parallel zu sich selbst gerade um die oben definierte
Größe verschieben und folglich einen Positionsort des Flugzeuges darstellen, den
man nur noch nachzuzeichnen braucht.
-
Offenbar ist es wichtig, daß die durch die Stufen II und 12 eingeführte
Verzögerung genau bestimmt ist, da die gesamte Genauigkeit in der Bestimmung des
d davon abhängt. Fig. 3 zeigt beispielsweise eine Anordnung gemäß der Erfindung,
welche diese Verzögerung mit sehr hoher Genauigkeit ergibt. Bei den üblichen Anzeigegeräten
für Hyperbel-Navigation ist ein Verteiler mit elektronischen Einteilungen vorhanden,
die durch genau bestimmte Intervalle getrennt sind. Dieser Verteiler wird gewöhnlich
durch einen Oszillator gesteuert, der von Hand oder automatisch mit der durch die
Wiederkehrfrequenz des Impulses A gebildeten Zeitnormalen synchronisiert wird. Dieser
Verteiler sendet Impulse mit verschiedenen Frequenzen, und eine dieser Frequenzen
entspricht immer den runden Maßen der auf der Karte eingetragenen Hyperbeln. Bei
der Anordnung nach Fig. 3 werden diese Einteilungen als Zeitnormale benutzt. Die
folgende Beschreibung bezieht sich zugleich auf Fig. 4, um die Wellenformen an verschiedenen
Punkten der Schaltung der Fig. 3 zu zeigen.
-
Die Impulse A werden (A in Fig. 4) einer Verzögerungseinrichtung
22 mit veränderlicher Verzögerung zugeführt, welche eine Rechteckwelle erzeugt (D
in Fig. 4). Die vordere Stirn dieser Welle wird zur Auslösung eines Rechteckwellenerzeugers
23 benutzt, der einen Wählimpuls mit einer Breite liefert, die gleich ist dem Intervall
von zwei Einteilungsimpulsen, die der Bezugsoszillator des Anzeigegerätes liefert
(C in Fig. 4). Dieser Wählimpuls (E in Fig. 4) wird einer Koinzidenzröhre 24 zugeführt,
durch welche ein Einteilungsimpuls gewählt wird (F in Fig. 4). Die vordere Stirn
der Rechteckwelle der Verzögerungsstufe 22 steuert gleichzeitig eine Kippstufe 25,
die so im Ankunftszeitpunkt des Impulses A geöffnet wird. Diese Stufe wird durch
den von der Stufe 24 ausgewählten Einteilungsimpuls im umgekehrten Sinne gekippt.
Die Stufe liefert somit eine Rechteckwelle, die bei G in Fig. 4 dargestellt ist.
Andererseits steuert die rückwärtige Stirn der von der Stufe 22 gelieferten Rechteckwelle
nach einem entsprechenden Vorgang einen Rechteckwellenerzeuger 26, welcher einen
Wählimpuls (H in Fig. 4) liefert, der zur Auswahl eines weiteren Einteilungsimpulses
mit Hilfe einer Koinzidenzröhre 27 benutzt wird (I in Fig. 4).
-
Dieser ausgewählte Impuls löst eine zweite Kippstufe 28 aus, welche
entweder durch den Impuls B oder durch einen Impuls von konstanter Verzögerung (K
in Fig. 4) in ihre Gleichgewichtslage zurückgeführt wird. Diese Verzögerung ist
gleich einer ganzen Zahl von Intervallen, welche die Einteilungen trennen.
-
Man erhält sie, indem man durch die rückwärtige Stirn des Wählimpulses
(H in Fig. 4) eine Verzögerungsstufe 29 steuert, die ihrerseits einen Wählimpulsgenerator
30 auslöst, der eine Koinzidenzröhre 3I steuert und einen als verzögerten Impuls
dienenden Einteilungsimpuls (K in Fig. 4) auswählt.
-
Gleichzeitig unterbricht ein Schalter die Verbindung zwischen der
Mischstufe 32 und der Kippstufe 25.
-
Am Ausgang der Mischstufe 32 erhält man demnach je nach der Umschaltstellung
entweder eine Rechteckwelle (L in Fig. 4) von einer Länge gleich einer ganzen Zahl
N1 von Einteilungen, oder zwei Rechteckwellen (M in Fig. 4), deren Gesamtlänge gleich
ist dem Zeitintervall zwischen den Ankunftszeitpunkten der Impulse A und B, vermindert
um eine ganze Anzahl von Einteilungen. Nach Gleichrichtung
in dem
Detektor 33 erhält man demnach zwei Spannungen, von denen die eine proportional
zu Nl und die andere proportional zu der Verzögerung des Impulses B gegen den Impuls
A, vermindert um N2, ist. Der Detektor spricht offenbar ausschließlich auf die Gesamtlänge
der beiden aufeinanderfolgenden Rechteckwellen an, welche die Mischstufe 32 liefert,
unabhängig davon, ob diese unmittelbar aufeinandhrfolgen oder nicht. Die Differenz
dieser beiden Spannungen wird demnach der oben definierten Differenz a bezogen auf
die Hyperbel Nr. N1 + N2, gleich sein.
-
Praktisch ist es zweckmäßiger, diese Differenz in dem Oszillograph
selbst zu bilden. Zu diesem Zweck wird die Ausgangsspannung des Detektors 33 einem
Teilungspotentiometer 34 zugeführt, welches das E Verhältnis 2 sie 0 ergibt.
-
2 Die von dem Teiler gelieferte Spannung wird einer Ablenkplatte
eines Projektionsoszillographen 35 zugeführt, dessen beide anderen dazu senkrechten
Platten eine Abtastspannung erhalten, welche z. B. die Abtastspannung des normalen
Anzeigegerätes für Hyperbel-Navigation sein kann. Die Platte, welche derjenigen
gegenüberliegt, die die Spannung aus der Stufe 34 erhält, kann durch ein Potentiometer
36 auf ein veränderliches Potential gebracht werden. Die Bedienung der Anordnung
ist ohne weiteres verständlich. Man stellt an der Verzögerungsstufe 22 eine Verzögerung
N2 ein, und man läßt mit Hilfe des Potentiometers 36, während die Mischstufe 32
ausschließlich die bei L in Fig. 4 dargestellte Rechteckwelle empfängt, die Spur
mit der Tangente an der Hyperbel mit der Nr. N1 + N2 E zusammenfallen, wobei der
richtige Wert von 2 sie 0 2 auf dem Teiler 34 eingestellt wurde. Dann werden durch
einfache Betätigung eines Umschalters die beiden Rechteckwellen M der Fig. 4 dem
Detektor 33 zugeführt.
-
Man braucht dann nur die neue Lage der Spur nachzuzeichnen, um einen
Positionsort zu erhalten, welcher dauernd erhalten bleibt, wie sich auch die bewegliche
Maschine verschieben möge.
-
Um die Spur mit der Hyperbeltangente zusammenfallen zu lassen, muß
die Kathodenstrahlröhre 35 um ihre Achse gedreht werden. Es gibt dann zwei Stellungen
der Koinzidenz und zur Vermeidung jedes Irrtums ist es erforderlich, daß die Spur
ausgerichtet wird.
-
Zu diesem Zweck kann man die in passender Weise abgeschwächte Ablenkspannung
dem Gitter der Kathodenstrahlröhre in der Weise zuführen, daß die Helligkeit des
Fleckes von einem Ende der Spur zu dem anderen allmählich zunimmt. Nach seiner anderen
Lösung wird dem Gitter der Röhre 35 ein Impuls zugeführt, welcher durch einen üblichen
Impulsgenerator 37 geliefert wird, der durch die Ablenkspannung synchronisiert ist.
Man kann so an einem Ende der Abtastspur einen schwarzen Punkt oder einen hellen
Punkt erzeugen und dadurch das Ende bestimmen, welches beispielsweise immer zu dem
Sendestationspaar gerichtet werden muß. Man kann irgendein optisches System verwenden,
um die Spur des Oszillographen auf die Navigationskarte zu werfen. Es kann eine
der Fig. 5 entsprechende Anordnung benutzt werden. Die Röhre 35 wird von einem Gestell
38 mit Hilfe eines Kugellagers 39 getragen. Der Käfig dieses Kugellagers trägt ein
Objektiv 40, welches das Bild der Spur dieses Oszillographen auf einem' Navigationstisch
41 abbildet.
-
Die vorhergehende Beschreibung bezieht sich nur auf ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Alle Schaltungselemente wurden getrennt. Offenbar können, ohne den
Rahmen der Erfindung zu verlassen, die beschriebenen Prinzip schemas in verschiedener
Hinsicht abgeändert werden, um die Verzögerungen durch ein abweichendes Verfahren
zu erzielen, oder unter Verwendung von Schaltungen für mehrfache Zwecke mit Hilfe
von geeigneten Umschaltungen.
-
Dieser Hinweis bezieht sich insbesondere auf die Organe 25 und 28,
23 und 26, deren Anzahl durch eine geeignete Umschaltung herabgesetzt werden kann.