DE868631C - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der geographischen Lage von Fahrzeugen - Google Patents

Description

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Bestimmung der geographischen Lage von Fahrzeugen mittels Hochfrequenzschwingungen, die von mehreren an verschiedenen Orten aufgestellten Sendern ausgestrahlt und gleichzeitig von einem auf dem Fahrzeug befindlichen Empfänger aufgenommen werden.

Man hat bereits Hochfrequenzsendeeinrichtungen dazu verwendet, die Führung von Fahrzeugen, wie Schiffen und Flugzeugen, auf einem vorgeschriebenen Kurs auf Grund von durch Hochfrequenzempfangseinrichtungen angezeigten Abweichungen der Fahrzeuge von diesem Kurse zu regeln. Diese Verfahren liefern jedoch keine Anzeige über die geographische Lage des Fahrzeugs, sondern ermöglichen nur festzustellen, daß dieses sich auf der einen oder anderen Seite der vorbestimmten Kurslinie befindet.

Bei bestimmten, die Schiffsführung betreffenden Problemen, z. B. bei der Führung von Überwasserschiffen und Flugzeugen im Kriege, ist es aber dringend erwünscht, eine dauernde, zuverlässige und genaue Anzeige über die geographische Lage eines solchen Fahrzeugs zu erhalten, ohne daß man sich auf Landmarken beziehen oder seine Zuflucht zu dem schwerfälligen, zeitraubenden und unzuverlässigen Verfahren des Koppelkurses nehmen muß.

Es ist bereits ein Verfahren zur selbsttätigen Ortsbestimmung beweglicher Empfänger bekannt, bei dem Signale mit fester Frequenzbeziehung von

zwei im Abstand voneinander angeordneten Punkten ausgesandt werden. In einem fahrbaren Empfänger werden die beiden empfangenen Signale durch Frequenzmultiplikation in zwei Signale gleicher . 5 Frequenz umgewandelt. Ferner ist gemäß diesem Verfahren ein Anzeigeinstrument vorgesehen, dessen Zeiger sich um je eine Stufe weiterbewegt, wenn bei einer bestimmten Ortsveränderung des Fahrzeugs in der Empfangsvorrichtung eine Phasenänderung zwisehen den in der Frequenz gleichgestimmten Signalen um je einen vollen Zyklus oder einen halben Zyklus der Wellenbewegung sich ergibt. Dadurch ergibt sich dann zur Bestimmung der Lage des Fahrzeugs eine Koordinate als eine Hyperbel aus einer Schar von Hyperbellinien, deren Brennpunkte die beiden Sendepunkte sind. Wird ein zweites Paar von Sendern verwendet, so wird eine zweite Koordinate als eine Hyperbel aus einer Kurvenschar erhalten, deren Brennpunkten das zweite Senderpaar entspricht. Die Verbindung der beiden auf diese Weise erhaltenen Koordinaten macht es möglich, die ungefähre Lage des Empfängers festzustellen.

Dieses Verfahren leidet indes an der Unzulänglichkeit, daß unter praktischen Umständen beträchtliehe Phasenvariationen durch Einflüsse, die aus der Anlage selbst wie aus äußeren Kräften, z. B. Windeinwirkung, herrühren, unvermeidlich sind. Eine genaue Ortsbestimmung ist deshalb bei dem bekannten Verfahren nicht möglich, wobei auch noch zu berücksichtigen ist, daß' bei einer Bewegung des Fahrzeugs zwischen zwei Linien gleichen Phasenzustandes eine Koordinatenermittlung nicht möglich ist.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung der geographischen Lage eines Fahrzeugs zu schaffen, das sehr viel genauer arbeitet und eine genaue kontinuierliche Anzeige dieser Lage ermöglicht.

Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Schwingungen der einzelnen Sender zwar mit verschiedener Frequenz . erzeugt werden, aber in einer festen Phasenbeziehung zu einer gemeinsamen Grundfrequenz stehen, und daß¹ auf dem Fahrzeug der Phasenwinkelunterschied zwischen je zwei der vom Empfänger gleichzeitig aufgenommenen Schwingungen ständig angezeigt wird. Dabei wird zweckmäßig die Bezugsfrequenz so eingerichtet, daß sie das kleinste gemeinsame Vielfache der Frequenz der von den einzelnen Sendern ausgestrahlten Schwingungen ist, so daß also die Multiplikatoren, durch welche die Frequenzen der verschiedenen Sender auf die Bezugsfrequenz erhöht werden, ganze Zahlen sind, deren größter gemeinsamer Faktor Eins ist. Im besonderen kann demnach das Verfahren mit Hilfe von drei im räumlichen Abstand voneinander angeordneten Sendern ausgeführt werden, wobei ein Sender in der ersten Station als Haupthochfrequenzsender zur Sendung von Hochfrequenzenergie mit gegebener Frequenz ausgebildet ist, während der zweite und dritte Sender als Nebensender mit einer Einrichtung zum Aufnehmen der vom Hauptsender ausgesandten Signale ausgestattet ist, und ein Frequenzwandler mit der Empfangseinrichtung und eine Verstärker- und Sendeeinrichtung mit dem Frequenzwandler gekuppelt ist, um Hochfrequenzenergie bei einer von der vorgegebenen Frequenz verschiedenen Frequenz zu senden. Die geographische Lage des ortsveränderlichen Empfängers wird dabei mit Hilfe von Größen ermittelt, die aus einem Koordinatensystem entnommen sind, welches durch Linien konstanter Phasenverschiebung in einem Felde gleichzeitiger Hochfrequenzsendungen sich darstellen läßt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch derart ausbilden, daß es praktisch nicht möglich ist, die Sendungen durch entgegengerichtete Sendungen, z. B. feindliche Störversuche, unwirksam zu machen. In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung des Verfahrens dienenden Einrichtung und ihre Anwendung veranschaulicht.

Fig. χ zeigt, in welcher an sich bekannten Form bei dem Verfahren nach der Erfindung die hochfrequenten Felder konstanter Phase zwecks Bildung eines Koordinatensystems erzeugt werden, das zur Bestimmung der geographischen Lage eines Fahrzeugs dient; es zeigt ferner

Fig. 2 in einem der Fig. 1 ähnlichen Schema eine abgeänderte Aufstellung der Sendeeinrichtung,

Fig. 3 ein Diagramm, welches zeigt, auf welche Weise bei Wellen mit zwei ungleichen, aber in Beziehung zueinander stehenden Frequenzen ein konstantes Phasenverhältnis bestehen kann,

Fig. 4 ein dem Diagramm der Fig. 3 ähnliches Diagramm, welches sich jedoch auf das Phasenverhältnis zweier Wellen mit anderer Frequenz bezieht.

Fig. 5 ein Diagramm, welches die Wirkung einer Änderung der gegenseitigen Phasenlage zwischen zwei Signalen von ungleichen, aber in Beziehung zueinander stehenden Frequenzen erkennen läßt,

Fig. 6 ein dem Diagramm der Fig. 5 ähnliches Diagramm, das jedoch zeigt, welche Wirkung eintritt, wenn die Frequenzen von denjenigen der Fig. 5 i°5 verschieden sind,

Fig. 7, 10 und 11 die als Sendeeinrichtung für die Navigationsanlage angewendete Apparatur in schematischer Darstellung,

Fig. 8 die für die Anlage benutzte Empfangseinrichtung in schematischer Darstellung und

Fig. 9 das Äußere einer für die Empfangseinrichtung zu benutzenden Koordinatenanzeigevorrichtung.

Fig. ι erläutert in schematischer Darstellung die Arbeitsweise des Navigationsverfahrens nach der Erfindung. Danach sind drei mit A, B und C bezeichnete Hochfrequenzsender vorhanden. Im dargestellten Fall dient die Anlage als Hilfsmittel für die Navigation von Überwasserschiffen, z.B. das Schiff i, und sind die Sender in Nähe der Küste 2 aufgestellt.

In dieser und den weiteren Figuren sind die Betriebsfrequenzen bei verschiedenen Teilen der Einrichtung angegeben. Diese Angaben sollen indessen nur als Beispiel dienen, und es können, falls er-

wünscht, auch andere Frequenzen angewendet werden.

Wenn nachstehend auf eine bestimmte Betriebsfrequenz Bezug genommen wird, so bezieht sich diese auf das dargestellte Beispiel, und es ist gegebenenfalls auch die Anwendung anderer Frequenzen möglich, in welchem Fall entsprechende Änderungen bei anderen Teilen der Einrichtung notwendig werden.

ίο Wie aus Fig. ι hervorgeht und noch im einzelnen gezeigt werden wird, erzeugen die Sender A und B ein konstantes Hochfrequenzfeld, das durch Kurven, wie die vollausgezogenen Linien 3, veranschaulicht werden kann. Diesen Linien entsprechen Flächen konstanter Phasenverschiebung zwischen den von den Antennen A und B ausgesandten Wellen unter Annahme einer Bezugsfrequenz, die das kleinste gemeinsame Vielfache der Frequenzen dieser Wellen beträgt. In ähnlicher Weise wird durch die Sendüngen der Antennen A und C ein anderes, durch die gestrichelten Linien 4 der Fig. 1 dargestelltes Feld erzeugt.

Wenn die Antennen A, B und C, wie in Fig. 1 angenommen, so aufgestellt werden, daß die Verbindungslinie der Antennen A und B mit der Verbindungslinie der Antennen A und C einen Winkel bildet, so überlagern sich die beiden Felder derart, daß die Linien 3 gleicher Phase des Feldes von A-B die Linien 4 gleicher Phase des Feldes A-C durchkreuzen.

Da es möglich ist, die durch die Linien 3 und 4 dargestellten Felder mit großer Genauigkeit zu errechnen und in Kurvenform aufzutragen, so ist ohne weiteres verständlich, daß die geographische Lage des Schiffes 1 durch Größen des Koordinatensystems eindeutig bestimmt werden kann, welches durch die Linien 3 und 4 konstanter Phase dargestellt ist.

Nimmt man an, daß jede einzelne der Linien 3 eine Fläche mit Phasenverschiebung Null bezeichnet, so erfährt die Phasenlage zwischen den Sendungen von A und B auf einer der Linien 4, z. B. 4", auf dem Wege von einer der Linien 3, z. B. 3^a, zu einer benachbarten Linie 3, z. B. 3*, eine fortschreitende Änderung um 360 elektrische Grade. Der Raum zwischen benachbarten Linien der Fig. 1 kann natürlich in beliebig kleine Teile unterteilt werden. Im praktischen Fall wird der volle elektrische Kreis vorzugsweise in 100 Teile geteilt, um die Numerierung des Koordinatensystems zu vereinfachen und um einander zugeordnete Lagen durch ganze Zahlen und deren Dezimalwerte kennzeichnen zu können. Um die Bezugnahme auf verschiedene Koordinaten zu erleichtern, wird die durch die Koordinatenlinien 3 entsprechend den Sendungen. von A und B ermittelte Koordinatenlage als Z-Koordinate und die durch die Koordinatenlinien 4 gekennzeichnete Lage als F-Koordinate bezeichnet.

Das Schiff 1 ist mit einer Empfangsapparatur ausgestattet, die an eine Antenne 5 für den gleichzeitigen Empfang der Sendungen aller Stationen A, B und C angeschlossen ist. Diese Empfangsapparatur ermöglicht eine Anzeige der gegenseitigen Phasenlage der drei Sendungen wie auch eine Summenanzeige der Phasenänderungen, die während der Fahrt des Schiffes eintreten. Wenn daher die Anzeigeinstrumente der Empfangseinrichtung bei Beginn der Fahrt auf eine Stelle des Koordinatensystems eingestellt werden, die der augenblicklichen geographischen Lage des Schiffes entspricht, so wird durch sie eine fortlaufende Anzeige der Lage des Schiffes bei seiner Weiterbewegung von Punkt zu Punkt durch die von den drei Antennen erzeugten Felder erzielt.

Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsweise der in Fig. 1 dargestellten Anlage, die sich von letzterer dadurch unterscheidet, daß zwei Sender A, B zur Erzeugung der Linien 3 mit konstanter Phase, welche die Z-Koordinaten bestimmen, dienen und daß die beiden anderen Sender C und D ein Feld mit den Linien 4 konstanter Phase bilden, welche den F-Koordinaten entsprechen. Die Empfangsapparatur des Schiffes 1 enthält Einrichtungen für den gleichzeitigen Empfang aller vier Signale und für die Anzeige der Phasenbeziehungen in gleicher Weise, wie mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben.

Das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Diagramm erläutert, auf welche Weise ein festes Phasenverhältnis zwischen Sendungen mit verschiedenen, jedoch in Beziehung zueinander stehenden Frequenzen, z. B. von 60 und 80 kHz in einem Fall und 60 und 90 kHz im anderen Fall, bestehen kann. In diesen Figuren sind die Amplituden der Signale als Ordinaten und die Zeit oder die elektrischen Grade als Abszissen aufgetragen. Die Beziehung zwischen absolutem Phasenwinkel Θ und Zeit t ist hierbei durch den Ausdruck Θ = cot dargestellt, worin ω das 6,28'32fache der Frequenz bedeutet.

Im oberen Teil der Fig. 3 stellt die in vollen Linien ausgezogene Welle die von der Antenne A i°° ausgestrahlte 60-kHz-Sendung dar. Mittels eines Frequenzteilerkreises kann die Frequenz 60 kHz dieser Sendung in eine Frequenz 20 kHz umgewandelt werden, wie sie durch die gestrichelte Kurve 61 im oberen Teil der Figur dargestellt ist. Um die Phasenbeziehungen klar erkennbar zu machen, sind die 60-kHz- und die 20-kHz-Welle so aufgetragen, daß sie mit einer positiven Amplitude im Punktö zusammenfallen. Durch Anwendung von Frequenzverdoppelungskreisen kann die 20-kHz-Welle in eine 80-kHz-Welle entsprechend der im oberen Teil der Fig. 3 gestrichelt dargestellten Welle 62 umgewandelt werden. Auch hier fallen die positiven Amplituden im Punkt 6 zusammen.

Der untere Teil der Fig. 3 stellt eine 80-kHz-Welle dar. Wenn der mit 7 bezeichnete positive Scheitelwert dieser Welle mit dem positiven Scheitelwert 6 der 60-kHz-Welle zusammenfällt, dann ist die in vollen Linien ausgezogene 80-kHz-Welle des unteren Teiles der Figur genau in Phase mit der im oberen Teil der Figur gestrichelt dargestellten 80-kHz-Welle. In diesem Fall besteht also tatsächlich ein festes Phasenverhältnis zwischen der 60-kHz- und der 80-kHz-Sendung.

Fig. 4 stellt das entsprechende Ergebnis hinsieht-Hch des Phasenverhältnisses zwischen einer 60-kHz-

und einer 90-kHz-Sendung dar. In diesem Fall wird die 6o-kHz-Welle in die gestrichelt dargestellte 30-kHz-Welle 64 und danach durch Verdreifachung in die ebenfalls gestrichelt gezeichnete Welle 63 von 90 kHz umgewandelt. Die Welle 65 im unteren Teil der Fig. 4 entspricht einer 90-kHz-Sendung.

Die Fig. 5 und 6 zeigen, in welcher Weise die

Verschiebung einer der beiden Sendungen in ihrer absoluten Phasenlage, wenn die andere Sendung in ihrer absoluten Phasenlage festgehalten wird, eine Änderung in relativem Phasenverhältnis zwischen den beiden Sendungen in bezug auf die Werte einer Bezugswelle bewirkt, deren Frequenz das kleinste gemeinsame Vielfache der Frequenzen der beiden Sendungen beträgt.

In diesen Figuren sind die Amplituden der Wellen als Ofdinaten und die Zeit oder der absolute Phasenwinkel als Abszissen dargestellt. Die im oberen Teil der Fig. 5 wiedergegebene Kurve 8 stellt einen Teil einer 60-kHz-Welle dar, ebenso die voll ausgezogene Kurve 9 einen Teil einer 90-kHz-Welle. Die zur Feststellung der Phasenbeziehung zwischen diesen Sendungen dienende Bezugswelle hat demnach eine Frequenz gleich 180 kHz, d. h. eine Frequenz entsprechend dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der beiden genannten Wellen. Die Frequenz der vollausgezogenen Welle 10 der Fig. 5 beträgt 180 kHz und ist das Ergebnis einer Verdreifachung der Frequenz 6okHz der Kurve8. Zur 30" Vereinfachung der Erklärung wird angenommen, daß die Frequenzvervielfachungskreise so eingestellt werden, daß der positive Scheitelwert 11 der Kurve 10 zeitlich mit dem positiven Scheitelwert 12 der Kurve 8 zusammenfällt. Die vollausgezogene Kurve iß.der Fig. 5 entspricht einer 180-kHz-Welle, die durch Verdoppelung der Frequenz der durch die Welle 9 dargestellten 90-kHz-Welle entsteht. Auch hier ist eine solche Einstellung der Apparatur angenommen, daß sich der positive Scheitelwert 14 der Welle 13 mit dem positiven Scheitelwert 15 der Kurve 9 deckt.

Es wird weiter angenommen daß die 90-kHz-Welle entsprechend einer Änderung der geographischen Lage des Schiffes 1 in ihrer absoluten Phasenlage um 45 ° in die durch die gestrichelte Kurve 16 der Fig. 5 dargestellte Lage verschoben wird und daß die Entfernung des Schiffes 1 von der Antenne^ unverändert bleibt, so daß¹ in der Phasenlage der 60-kHz-Sendung keine Änderung eintritt. Wenn nun die Frequenz der 90-kHz-Welle 16 auf 180 kHz verdoppelt wird, so ergibt dies die in Fig. 5 gestrichelt dargestellte Kurve 17, deren positiver Scheitelwert 18 zeitlich mit dem positiven Scheitelwert 19 der Kurve 16 zusammenfällt. Wie ersichtlieh, ist die Welle 17 um 90' elektrische Grade gegen die Welle 13 verschoben, da die Wellen 13 und 10 entsprechend der ursprünglichen Annahme miteinander in Phase sind. Die Verschiebung der Welle 9 um 45⁰ in ihrer Phasenlage hat somit eine Verschiebung der Welle 17 um 90° in bezug auf die von der 60-kHz-Sendung der Antenne^ abgeleitete Welle 10 zur Folge. In dieser Weise kann daher die Verschiebung der Phase einer der Sendungen auf die Phase einer anderen Sendung festgestellt und gemessen werden, wenn der Vergleich auf Basis einer Bezugsfrequenz durchgeführt wird, deren Frequenz gleich dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der beiden Vergleichsfrequenzen ist.

Bei der 180-kHz-Welle beträgt somit die Phasenverschiebung das Doppelte derjenigen der 90-kHz-Welle. In gleicher Weise würde "eine bestimmte Verschiebung der 60-kHz-Welle in der Phase eine dreimal so große Verschiebung bei der Welle mit der Bezugsfrequenz von 180 kHz bewirken.

In der der Fig. 5 ähnlichen Fig. 6 sind die gleichartigen Beziehungen zwischen einer 60-kHz- und einer 80-kHz-Sendung 66 bzw. 67 unter Bezug auf eine Welle 69 mit der Bezugsfrequenz 240 kHz dargestellt.

Die Kurve 68 entspricht einer 80-kHz-Sendung mit einer Phasenverschiebung von 40⁰ in bezug auf die Kurve 67. Die Phasenverschiebung der Kurve 71 gegen die Kurve 70 bei einer Bezugsfrequenz von 240 kHz beträgt 120⁰.

Die Apparatur, welche vorzugsweise für die Erzeugung des im vorhergehenden beschriebenen Feldes angewendet wird, auf dessen Koordinatenkurven Phasenkonstanz besteht, ist in Fig. 7, 11 und 10 schematisch dargestellt.

Wie diesen Figuren zu entnehmen ist, werden der Sender A (Fig. 7) als Hauptsender und die Sender B und C (Fig. 11 bzw. 10) als Nebensender betrieben. Letztere empfangen die Sendungen der Antenne A und senden sie mit anderer Frequenz wieder aus. Der Sender A kann einen Oszillator 20 geeigneter Bauart aufweisen, der mit einem Leistungsverstärker 2Ί gekoppelt ist, an dessen Ausgang die Antenne A angeschlossen ist. Während die zu diesem Sender gehörenden Teile derart durchgebildet sein sollen, daß eine möglichst große Stabilität in der Arbeitsweise erzielt wird, ist kein Teil für die Aufrechterhaltung der absoluten Phasenlage der Sendungen vorhanden. Die Arbeitsweise der Anlage beruht vielmehr auf einer solchen Regelung der Sendungen der Antennen B und C₁ daß: die Phasenbeziehung zwischen deren Sendungen konstant gehalten wird.

Die Empfangsantenne 22 für 60 kHz des Senders C (Fig. 10) ist mit einem Verstärker und Frequenzteiler 23 für die Erzeugung einer Ausgangsleistung no mit 30 kHz verbunden. Die Ausgangsseite dieses Verstärkers ist mit einem Phasenregler 24 gekoppelt, der -die Aufgabe hat, ein konstantes Phasenverhältnis zwischen den Sendungen der Antennen^ und C aufrechtzuerhalten.

Auf einer Ausgangsseite ist der Phasenregler mit einem Leistungsverstärker 25 gekoppelt, der einen Frequenzverdreifacher und Leistungsverstärker ζγ über eine Übertragungsleitung 26 speist, dessen 90-kHz-Ausgangsseite mit der Antenne C gekoppelt ist. In deren Nähe ist eine kleine Rahmenantenne 28 angeordnet. Die von dieser Antenne empfangenen Signale werden durch die Übertragungsleitung 29 zu dem Phasenschieber 30 geleitet, dessen Bestimmung noch erläutert werden wird. Auf seiner Ausgangsseite ist dieser Phasenschieber mit einem Ver-

stärker und Frequenzverdoppler 31 gekoppelt, dessen Ausgangsleistung eine Frequenz von 180 kHz aufweist. Dieser ist auf seiner Ausgangsseite mit einem von zwei Eingangskreisen eines Phasenvergleichers 32 gekoppelt.

Ein Teil der von der Empfangsantenne 22 aufgenommenen 60-kHz-Energie wird zu einem Verstärker und Frequenzverdreifacher 33 geleitet, der eine Ausgangsleistung mit 180 kHz erzeugt. Diese Leistung wird dem zweiten Eingangskreis des Phasenvergleichers 32 zugeführt. Dessen Aufgabe besteht im Vergleichen und Messen des Phasenwinkels zwischen den Ausgangssendungen der Verstärker 31 und 33 und in der Erzeugung eines Steuerpotentials, dessen Stärke sich mit den Änderungen des gemessenen Phasenverhältnisses ändert. Dieses Steuerpotential wird dem Phasenregler 24 zwecks Erzeugung einer Verschiebung der absoluten Phase der Sendungen der Antenne C in solcher Richtung und von solcher Stärke erteilt, daß die Zustandsänderung, die sich in bezug auf die ursprüngliche, durch den Phasenvergleicher 32 festgestellte Phasenverschiebung ergeben hat, genau ausgeglichen wird. Die Apparatur wirkt daher als eine Regelungseinrichtung für die Aufrechterhaltung eines konstanten Phasenverhältnisses zwischen den Sendungen der Antennen^ und C. Der Phasenschieber 30 ermöglicht, dieses Phasenverhältnis in der gewünschten Weise festzulegen. An die Ausgangsseite des Phasenvergleichers 32 ist außerdem ein Phasenanzeiger 34 angeschlossen, der eine dauernde Überwachung der mit dem Sender C verbundenen Gesamteinrichtung ermöglicht.

Die an den Nebensender B (Fig. 11) angeschlossene Apparatur ist in Aufbau und Wirkungsweise ähnlich derjenigen des Senders C; ein wesentlicher Unterschied besteht nur darin, daß die mit 60 kHz aufgenommene Sendung in eine solche mit 80 kHz umgewandelt wird und der Phasenvergleich bei einer Bezugsfrequenz von 240 kHz erfolgt.

Die empfangene 60-kHz-Sendung wird daher im Verstärker und Frequenzteiler 84 in eine solche mit 20 kHz umgewandelt und diese Frequenz im Energieverstärker und Frequenzverdoppler 85 auf 40 kHz erhöht und im Frequenzverdoppler und Energieverstärker 86 nochmals verdoppelt. Die Rahmenantenne 81, die einen Teil der 80-kHz-Sendung der Antenne B aufnimmt, ist an die Leitung 29 angeschlossen. Nach Durchgang durch den Phasenschieber 30 wird die Frequenz dieser Energie im Verstärker und Frequenzvervielfacher 82 auf 240 kHz erhöht, und es erfolgt dann die Weiterleitung zum Phasenvergleicher 32. Eine zweite 240-kHz-Sendung wird zur Vervierfachung der Frequenz der 60-kHz-Sendung der Empfangsantenne 22 dem Verstärker und Frequenzvervielfacher 83 zugeleitet. Die weitere Arbeitsweise dieses Senders ist der bereits beschriebenen Arbeitsweise des Senders C ähnlich.

In Fig. 8 ist ferner eine für die Anordnung auf dem Schiff 1 geeignete Empfangsapparatur schematisch dargestellt. Wie aus dem Schema der Fig. 8 ersichtlich ist, ist die Empfangsantenne 5 über Frequenzwählerkopplungsspulen 35, 36, 37 mit den Hochfrequenzverstärkern 38, 39, 40 verbunden. Diese sind auf 90 bzw. 60 bzw. 80 kHz abgestimmt zwecks Erzeugung von die Sendungen der Antennen C, A und B darstellenden Sendungen an ihren Ausgangsklemmen. Die Ausgangsleistung des 60-kHz-Verstärkers 39 wird auf die beiden Verstärker 41 und 42 verteilt. Der erstere enthält einen Frequenzverdreifachungskreis und seine Ausgangsleistung wird mit 180 kHz einem der beiden Eingangskreise eines Phasenvergleichers 43 zugeleitet. Letzterer entspricht dem in Fig. 10 mit 32 bezeichneten Teil der Sendeeinrichtung der Antenne C. Die vom Verstärker 38 mit 90 kHz abgegebene Ausgangsleistung gelangt zum Verstärker und Frequenzverdoppler 44, der ihre Frequenz auf 180 kHz erhöht. Sie wird dem zweiten Eingangskreis des Phasenvergleichers 43 zugeleitet. An dessen Ausgangsseite ist ein Phasenanzeiger 45 angeschlossen, der die Phasenverschiebung zwischen den Sendungen von A und C bei der jeweiligen örtlichen Lage der Empfangsantenne 5 anzeigt. Der Verstärker 42 enthält einen Frequenzvervierfachungskreis, dessen Ausgangsleistung mit 240 kHz zum Eingangskreis eines zweiten Phasenvergleichers 46 geleitet wird, der ebenfalls dem erwähnten Phasenvergleicher 32 der Fig. 10 entspricht. Die 80-kHz-Ausgangsleistung des Verstärkers 40 wird dem Verstärker und Frequenzverdreifacher 47 zugeführt, der sie mit auf 240 kHz erhöhter Frequenz dem zweiten Eingangskreis des Phasenvergleichers zuleitet. Dieser bestimmt das Phasenverhältnis zwischen den beiden seinen beiden Eingangskreisen zugeführten 240-kHz-Sendungen. Seine Ausgangsleistung gelangt zu einem zweiten Phasenanzeiger 48. Dieser dient zur Anzeige der-Y-Koordinate der geographischen Lage des Schiffes 1, während die F-Koordinate am Phasenanzeiger 45 abgelesen wird.

In Fig. 9 ist die Skalenseite der Phasenanzeiger mit einer kreisförmigen, vorzugsweise in 100 Teile eingeteilten Skala abgebildet, die vom Zeiger 50 bestrichen wird. Bei dieser Ausführungsweise des Phasenanzeigers macht der Zeiger eine volle Drehung über die ganze Skala, wenn die Phasenverschiebung eine Änderung um 360 elektrische Grade erfährt. Seine Welle 51 ist durch ein nicht gezeichnetes Zahnrädergetriebe mit der Hilfswelle 52 verbunden, die bei zehn Umdrehungen der Welle

51 je eine Umdrehung macht.

Die Welle 52 trägt einen Zeiger 53, der auf der vorzugsweise in 10 Teile geteilten Skala spielt. In gleicher Weise stehen die Hilfszeiger 55, 57 und die Skalen 56, 58 untereinander und mit der Welle

52 in Verbindung. Der Zeiger 55 macht somit bei je zehn Umdrehungen des Zeigers 53 eine volle Umdrehung und ebenso der Zeiger 57 eine Umdrehung bei zehn Umdrehungen des Zeigers 55. Die Zeiger 52» 55 und 57 wirken daher mit ihren Skalen als Totalisatoren, indem sie die Summe der vom Zeiger 50 angezeigten Phasenänderungen anzeigen.

Wenn die Zeiger 53, 55 und 57 auf denjenigen Wert eingestellt werden, welcher der bekannten Lage des Schiffes 1 im Zeitpunkt der Inbetrieb-

setzung der Anlage zugeordnet ist, so zeigt das Anzeigeinstrument durch seinen Zeiger 50 fortlaufend die jeweilige Lage des Schiffes an. Die Umdrehungen des Zeigers 50 werden in ihrer Summe durch die Hilfszeiger angezeigt. Öa je ein Anzeiger für die X- und die F-Koordinate vorhanden ist, so wird der Steuermann durch die Werte des Koordinatensystems, die durch die Sendungen der Antennen A, B und C übermittelt werden, dauernd über die geographische Lage des Schiffes unterrichtet.

Die zum Betrieb einer Anlage mit vier Sendern nach Fig. 2 erforderliche Apparatur ist der in Verbindung mit Fig. ι beschriebenen Apparatur ähnlich. Es ist jedoch eine weitere Nebensendeeinrichtung für die Erregung der Antenne D und ein vierter Empfangskreis für die Aufnahme der Sendungen dieser Antenne notwendig. Hinsichtlich der Phasenbeziehungen sowie der Durchführung des Phasenvergleichs besteht jedoch zwischen dieser geänderten Ausführungsform nach der Erfindung und der bereits beschriebenen Ausführungsart kein Unterschied.

Wie-im vorhergehenden gezeigt, ist durch die Erfindung ein an sich bekanntes Navigationssystem verbessert, bei welchem gleichzeitig Hochfrequenzsendungen von räumlich voneinander entfernten Stellen aus mit verschiedenen, jedoch in Beziehung zueinander stehenden Frequenzen zwecks Bildung eines Koordinatensystems erfolgen, welches durch Linien konstanter Phasenverschiebung darstellbar ist. Die örtliche Lage eines Schiffes innerhalb dieses Koordinatensystems kann hierbei ununterbrochen mittels einer Empfangseinrichtung festgestellt werden, welche die gleichzeitig erfolgenden Sendungen aufnimmt und einen Vergleich der Phasen je zweier ausgewählter Empfangssignale durchführt, dessen Ergebnis ein Anzeigeinstrument erkennen läßt, welches die Phasenwinkelbeziehungen in eine optische Anzeige der entsprechenden Lage des Schiffes in Werten dieses Koordinatensystems umwandelt. Es wird: im besonderen darauf hingewiesen, daß die Apparatur hinsichtlich Aufrechterhaltung des richtigen Phasenverhältnisses zwischen den einzelnen Sendungen selbsttätig arbeitet. Die Anzeige der geographischen Lage durch die Empfangseinrichtung erfolgt daher nicht nur genau, sondern auch zuverlässig.

Die zur Bestimmung des Koordinatensystems dienenden Phasenbeziehungen werden auf Basis einer Bezugsfrequenz ermittelt, die das kleinste gemeinsame Vielfache der beiden Frequenzen darstellt, welche das eine gewählte Koordinate bestimmende Feld erzeugen.

Claims (10)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Bestimmung der geographischen Lage von Fahrzeugen mittels Hochfrequenzschwingungen, die von mehreren an verschiedenen Orten aufgestellten Sendern ausgestrahlt und gleichzeitig von einem auf dem Fahrzeug befindlichen Empfänger aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen der einzelnen Sender verschiedene Frequenzen haben, aber in einer festen Phasenbeziehung zu einer gemeinsamen Bezugsfrequenz stehen und. daß auf dem Fahrzeug die Phasenbeziehungen zwischen, je zwei der vom Empfänger gleichzeitig aufgenommenen Schwingungen ständig angezeigt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfrequenz das kleinste gemeinsame Vielfache der Frequenzen der von den einzelnen Sendern ausgestrahlten Schwingungen ist, so daß die Multiplikatoren, durch welche die Frequenzen der verschiedenen Sender auf die Bezugsfrequenz erhöht werden, ganze Zahlen sind, deren größter gemeinsamer Faktor Eins ist,
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung von drei oder vier an verschiedenen Orten längs eines gebrochenen Linienzuges aufgestellten Sendern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sender (Hauptsender) Schwingungen fester Frequenz ausstrahlt und diese am Ort der anderen Sender (Nebensender) aufgenommen, durch Frequenzwandler in Schwingungen anderer Frequenz umgeformt und daß letztere verstärkt ausgestrahlt werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Nebensender die Frequenz der empfangenen Schwingungen des Hauptsenders durch Frequenzteilung auf einen Betrag, der ein gemeinsamer Teiler der Frequenz des Hauptsenders und der vom betreffenden Nebensender auszustrahlenden Frequenz ist, erniedrigt und anschließend durch Frequenzvervielfachung auf,die Frequenz der vom Nebensender auszustrahlenden Schwingung erhöht wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schwingung erniedrigter Frequenz eine Regelung der Phasenbeziehung zur Bezugsfrequenz vorgenommen wird.
6. 6. Empfangseinrichtung zur Bestimmung der geographischen Lage von Fahrzeugen nach Anspruch ι bis 5, wobei der Empfänger gesonderte Verstärker besitzt, die auf die verschiedenen, ausgestrahlten Frequenzen abgestimmt sind, und Frequenzvervielfacher enthält, die mit den Ausgängen der Verstärker verbunden sind, wobei die Vervielfacher so eingerichtet sind, daß sie empfangene Signale von verschiedener Frequenz in Paare von Vergleichssignalen gleicher Frequenz umwandeln, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasenwinkelanzeigevorrichtung vorgesehen ist, um die Phasenbeziehung zwischen den beiden gleichen Frequenzsignalen jedes Paares von Vergleichssignalen anzuzeigen, wobei die vorerwähnte Anzeigevorrichtung eine Vorrichtung zum Anzeigen des Phasenwinkels innerhalb eines Schwingungszyklus sowie eine Integriervorrichtung enthält.
7. 7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch ϊ bis 6, gekennzeichnet durch ein ini Nebensender vorhandenes Phasenvergleichsgerät (32), dem einerseits die vom Hauptsender und andererseits die vom Neben-

   sender selbst ausgestrahlte Schwingung nach Erhöhung ihrer Frequenz auf das kleinste gemeinsame Vielfache zugeführt werden und das eine dem jeweiligen Phasenunterschied verhältnisgleiche Regelgleichspannung abgibt, die einem Phasenregler (24) in einem solchen Sinn und Ausmaß zugeführt wird, daß unerwünschte Phasenabweichungen der vom Nebensender ausgestrahlten Schwingung rückgängig gemacht werden.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Phasenschieber (30) im Zuge der Leitung, welche den mittels einer Antenne (28, 81) aufgenommenen Teil der vom Nebensender ausgestrahlten Schwingung dem das Phasenvergleichsgerät (32) speisenden Frequenzvervielfacher (31, 82) zuführt.
9. 9. Empfangseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch je einen Hochfrequenzverstärker (38, 39, 40) mit abgestimmten Schwingungskreisen (35) 36, 37) für jede der aufzunehmenden Schwingungen verschiedener Frequenz und durch Frequenzvervielfacher (41, 44 bzw. 42, 47), welche die Frequenzen je eines Schwingungspaares auf den Betrag eines gemeinsamen Vielfachen erhöhen und Phasenvergleichsgeräten (43, 46) zuführen, an welche Phasenanzeigevorrichtungen (45, 48) angeschlossen sind.
10. 10. Empfangseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenanzeigevorrichtung mit mehreren Zeigern (50, 53, 55, 57) und Skalen (49, 54, 56, 58) für dekadische Einheiten des Phasenunterschiedes versehen ist.

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    Angezogene Druckschriften :
    Deutsche Patentschrift Nr. 546000.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

    ©5725 2.53