DE880901C - Verfahren zur Bestimmung des Azimutwinkels eines Empfaengers in bezug auf einen Drehfeldsender - Google Patents

Description

Dem Patent 859 637 liegt ein Verfahren zur Bestimmung des Azimutwinkels eines Empfängers in bezug auf einen Bakensender und eine bekannte Orientierungsrichtung zugrunde, das darin besteht, daß vom Sender zwei gleichartige Drehfelder mit verschiedenen, in einem ganzzahligen Verhältnis stehenden Umlaufgeschwindigkeiten, ω und η ω, ausgesandt werden und empfangsseitig die den beiden Drehfeldern entsprechenden Drehfeldmodulationsschwingungen mit verschiedenen, in einem ganzzahligen Verhältnis η stehenden Frequenzen ihrer Frequenz nach getrennt werden und einen zur Messung der gegenseitigen Phasenlage dieser Schwingungen dienenden Phasenmesser steuern.

Mit diesem Verfahren ist, wenn η mehr als zwei beträgt, eine besonders genaue Anzeige des Winkels β zu erhalten, weil der gegenseitigen Phasenlage der beiden Schwingungen ω und η ω eine Meßgröße entnommen werden kann, die eine Funktion von (n± ι) β ist.

Wenn nämlich die beiden Schwingungen ω und η ω derart ausgesandt werden, daß in der Orientierungsrichtung wenigstens einmal je Periode der Schwingung mit der niedrigsten Frequenz die beiden Schwingungen ω und η ω gleichzeitig durch Null

gehen, so werden in einer beliebigen Richtung, die einen Winkel mit der Orientierungsrichtung bildet zwei Schwingungen erzielt, von denen die eine sin (ω t ± ß) proportional und die andere sin (βωί± β) proportional ist. Aus diesen beiden Schwingungen kann auf verschiedene Weise der zu bestimmende Winkel β abgeleitet werden, z.B. dadurch, daß die nach Gleichrichtung erhaltene Schwingung mit der niedrigsten Frequenz •w-mal in der Frequenz vervielfacht wird, was eine Schwingung ergibt, die sin (η ω t ±n ß) proportional ist. Durch Bestimmung des Phasenwinkels zwischen der in der Frequenz vervielfachten Schwingung und der nach Gleichrichtung erhaltenen Schwingung mit der höchsten Frequenz, die sin (n a> t ± ß) proportional ist, wird eine Meßgröße erzielt, die durch (n ±1) β bestimmt wird, so daß eine große Meßgenauigkeit erreicht wird. Es werden aber im Raum rings um die Bakenvorrichtung η ± ι Sektoren gebildet, in denen sich der gemessene Winkel (n ± ι) β jeweils von 0 bis 2 π Radiale ändert, so daß die erhaltene Meßgröße die mögliche Lage der zu bestimmenden Richtung in jedem dieser Sektoren andeutet, wodurch der Raumwinkel nicht eindeutig durch die betreffende Meßgröße bestimmt wird.

Um in denjenigen Fällen, in denen die Mehrdeutigkeit der Meßgröße Störungen herbeiführen kann, diese zu beheben, wird erfindungsgemäß eine dritte Schwingung mit im harmonischen Zusammenhang mit wenigstens einer der beiden Drehfeldmodulationsschwingüngen ω und η ω stehender Frequenz ausgesandt, und empfangsseitig werden die den beiden Drehfeldern entsprechenden Modulationsschwingungen und die dritte Schwingung ihrer Frequenz nach 3.5 getrennt, und sie steuern dann eine zur Messung der gegenseitigen Phasenlage der dritten Schwingung und der ersten bzw. zweiten der beiden Drehfeldmodulationsschwingungen dienende Phasenmeßeinrichtung(en).

Zweckmäßig wird die Frequenz der dritten Schwingung die Hälfte oder das Doppelte der Frequenz von einer der Schwingungen ω und η ω betragen, und es ändert sich die Phase der dritten Schwingung im gleichen Sinne wie die Phase der erwähnten Schwingung ω oder η ω mit der Richtung.

Ein anderes Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß die Frequenz der dritten Schwingung eine Unterharmonische der Frequenz einer der Schwingungen ω und η ω beträgt, wobei die Phase der dritten Schwingung richtungsunabhängig ist.

Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung werden zwei Angaben für die zu bestimmende Richtung erzielt, von denen die eine mehrdeutig und (n±i)ß proportional ist, die andere den Winkel/? eindeutig bestimmt. Durch diese beiden Werte, die jeweils die genaue Lage der zu bestimmenden Richtung in einem bestimmten Sektor bzw. dem betreffenden räumlichen Sektor angeben, wird die zu bestimmende Richtung eindeutig festgelegt.

Ein besonderer Vorzug des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß der erstrebte Zweck mit einem Mindestaufwand an besonderen Mitteln in einem Bakensender und Empfänger erreicht wird. Dies gilt insbesondere in denjenigen Fällen, in denen die dritte Schwingung auf eine Trägerwelle von der gleichen Frequenz wie die der Schwingungen ω und μ co moduliert ausgesandt wird.

Zweckmäßig ist die gegenseitige Phasenlage der dritten Schwingung und der beiden anderen Schwingungen derart, daß diese Schwingungen je Periode der Schwingung mit der Frequenz ω wenigstens einmal gleichzeitig durch Null gehen. Durch diese Einstellung ist sichergestellt, daß die beiden Meßwerte/? und (« ± ι) β auf eine gemeinsame Orientierungsrichtung bezogen sind.

Es folgt eine nähere Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnung.

In Fig. ι ist eine Ausführungsform eines Drehfeldsenders schematisch dargestellt, die zur Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist. Bei diesem Drehfeldsender werden von einem Hochfrequenzoszillator ι Hochfrequenzschwingungen erzeugt, die gegebenenfalls über einen Frequenzvervielfacher 2 und einen Hochfrequenzverstärkers einer Endverstärkerstufe 4 und zwei Gegentaktmodulatoren 5 und 6 zugeführt werden. In beiden werden die Hochfrequenzschwingungen durch zwei Schwingungen mit im harmonischen Zusammenhang stehenden Frequenzen ω und η ω und durch eine dritte Schwingung 2 ω mit Trägerwellenunterdrückung moduliert. Die modulierende Schwingung mit der Frequenz ω wird mittels eines Oszillators 7 erzeugt und einerseits über einen Verstärker 8 dem Modulator 5, andererseits über einen Phasenschieber 9, der eine Phasenverschiebung von 90° verursacht, und einen Verstärker 10 dem Gegentaktmodulator 6 zugeführt. Die modulierende Schwingung mit der Frequenz η ω wird mittels eines Frequenzvervielfachers 11 den vom Oszillator 7 erzeugten Schwingungen entnommen und einerseits über den Niederfrequenzverstärker 8 dem Modulator 5, andererseits über einen Phasenschieber 12 und den Niederfrequenzverstärker 10 dem Modulator 6 zugeführt. Die dritte modulierende Schwingung mit der Frequenz 2 ω wird mittels eines Frequenzvervielfachers 13 der vom Oszillator 7 erzeugten Schwingung entnommen und einerseits über den Verstärker 8 dem Gegentaktmodulator 5, andererseits über einen Phasenschieber 14 und den Verstärker 10 dem Modulator 6 zugeführt.

Weiter enthält der Drehfeldsender nach Fig. 1 vier senkrechte Dipolantennen 15,16,17 und 18, die in den Eckpunkten eines Vierecks angeordnet sind und sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken, während eine Antenne 19 im Mittelpunkt des Vierecks angeordnet ist und sich parallel zu den übrigen Antennen irstreckt.

Die im Ausgangskreis des Endverstärkers 4 auftretenden Schwingungen werden der zentralen Antenne 19 zugeführt, während die in den Ausgangskreisen der Modulatoren 5 und 6 auftretenden Schwingungen in Gegenphase den in den Diagonalpunkten des Vierecks liegenden Antennen 15, 17 bzw. 16, 18 ;ugeführt werden.

Bei der beschriebenen Vorrichtung werden somit die in den Eckpunkten des Vierecks angeordneten

Antennen derart gespeist, daß die Phasenverschiebung zwischen der Modulation der je zwei benachbarten Antennen zugeführten modulierten Schwingungen dem Raumwinkel von 90⁰ zwischen den beiden Antennen entspricht. Infolgedessen wird ein von drei Schwingungen ω, η ω und 2 ω moduliertes hochfrequentes Feld derart ausgestrahlt, daß die Phase von jeder der nach Gleichrichtung erhaltenen Schwingungen richtungsabhängig ist. Die Phasenschieber 9 und 14 sind derart eingestellt, daß der Strom in der Antenne 15 für die beiden Schwingungen co und 2 co dem in den übrigen Antennen voreilt, wodurch sich die Phasen der Modulationen co und 2 ω im gleichen Sinne mit der Richtung ändern.

Mittels Phasenschiebers 20 ist erzielbar, daß die gegenseitige Lage der drei nach Gleichrichtung erhaltenen Schwingungen ω, η ω und 2 co in einer bestimmten Richtung (Orientierungsrichtung) feststeht und zweckmäßig derart ist, daß die drei Schwingungen wenigstens einmal je Periode der Schwingung mit der Frequenz cw gleichzeitig durch Null gehen. In einer beliebigen Richtung, die einen Winkel β mit der Orientierungsrichtung bildet, werden somit nach Gleichrichtung drei Schwingungen erhalten, von denen die eine sin (co t — ß) proportional, die zweite sin (n co t — ß) proportional und die dritte sin {2, cot — ß) proportional ist.

Nach der Erfindung wird sowohl aus den Schwingungen sin (cot — β) und sin (η ω t — ß) als auch aus den Schwingungen sin (cot — ß) und sin (2 ω t — ß) der zu bestimmende Winkel abgeleitet.

Aus den Schwingungen sin (to t — ß) und sin (ncot — ß) kann, wie in den Unterlagen des Hauptpatents beschrieben ist, der zu bestimmende Winkel dadurch abgeleitet werden, daß die nach Gleichrichtung erhaltene Schwingung mit der niedrigsten Frequenz ra-mal in der Frequenz vervielfacht wird, wodurch eine Schwingung entsteht, die sin (nco t — η β) proportional ist. Durch Bestimmung des Phasen-

40' winkeis zwischen der in der Frequenz vervielfachten Schwingung und der nach Gleichrichtung erhaltenen Schwingung mit der höchsten Frequenz, die sin {ncot—ß) proportional ist, entsteht eine durch (n — τ) β bestimmte Meßgröße.

Auf entsprechende Weise ist aus den mit sin (co t — ß) und sin (2 ω t — ß) proportionalen Schwingungen eine Meßgröße ableitbar, die durch (η—τ)β—β bestimmt wird, da in diesem Fall η = 2.
Durch eine geringe Ergänzung der Sendeapparatur, und zwar durch Anordnung der Vorrichtungen 13 und 14, wird somit die Mehrdeutigkeit der durch die Aussendung der Schwingungen ω und η ω erhaltenen Angaben völlig behoben, was die Brauchbarkeit des dem Hauptpatent zugrunde liegenden Verfahrens beträchtlich erhöht.

Ein zum Empfang der mit einer Vorrichtung nach Fig. ι ausgesandten Schwingungen geeignetes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Vorrichtung werden die in einer Antenne 20' empfangenen modulierten Schwingungen einem Hochfrequenzverstärker 21 zugeführt, der mit einer Mischstufe 22, einem Zwischenfrequenzverstärker 23 und einem Detektor 24 kaskadengeschaltet ist. In den Ausgangskreis des Detektors sind drei Filter 25, 26 und 27 eingeschaltet, die auf die Frequenz ω, die Frequenz η ω bzw. die Frequenz 2 ω abgestimmt sind.

Zum Ableiten des Winkels β aus den Schwingungen«« und η ο) werden die Schwingungen mit der niedrigsten Frequenz co über einen Frequenzvervielfacher 28, die Schwingungen mit der Frequenz η co unmittelbar einem Phasenmesser 29 zugeführt, der den Phasenwinkel (n — ι) β zwischen der in der Frequenz vervielfachten Schwingung mit der niedrigsten Frequenz und der Schwingung mit der höchsten Frequenz η co bestimmt. Zur Behebung der Mehrdeutigkeit der auf diese Weise erzielten Angaben ist ein zweiter Phasenmesser 30 vorgesehen, dem die Schwingung mit der Frequenz 2 ω unmittelbar, die Schwingung mit der Frequenz ω über einen Frequenzverdoppler 31 zügeführt wird. Im Phasenmesser 30 wird der Phasenwinkel β zwischen den ihm zugeführten Schwingungen mit der Frequenz 2 ω ermittelt. Gewünschtenfalls ist nur ein einziger Phasenmesser verwendbar. In diesem Fall ist es erforderlich, Umschalter anzubringen, die entweder die Ausgangsspannung des Frequenzvervielfachers 28 und des Filters 26 oder die Ausgangsspannung des Frequenzverdopplers 31 und des Filters 27 gleichzeitig dem Phasenmesser zuführen.

Es versteht sich, daß zum Entnehmen einer Meßgröße, die durch (n — ι) β bzw. β bestimmt wird, aus der gegenseitigen Lage der im Empfänger nach Gleichrichtung erhaltenen Schwingungen mit den Frequenzen co und η ω bzw. ω und 2 ω auch eine andere Vorrichtung, als in Fig. 2 dargestellt, verwendbar ist. Es kann z. B. eine Kathodenstrahlröhre mit zwei senkrecht zueinander angeordneten Ablenkvorrichtungen zur Verwendung kommen, denen die im Ausgangskreis des Detektors auftretenden Schwingungen co und η co bzw. ω und 2 ω der Reihe nach zugeführt werden.

Die beschriebene Empfangsvorrichtung ist nicht nur brauchbar zum Empfang der mit der Vorrichtung nach Fig. 1 ausgesandten Schwingungen, sondern eignet sich grundsätzlich zum Empfang sämtlicher Drehfeldsender, die beim Verfahren nach der Erfindung zur Verwendung kommen können. Es ist dabei nur erforderlich, daß die im Ausgangskreis des Detektors 24 angeordneten Filter der Reihe nach auf die drei vom Drehfeldsender ausgesandten Schwingungen abgestimmt sind.

Vorzugsweise wird bei einer Empfangsvorrichtung nach der Erfindung eine selbsttätige Lautstärkeregelung oder ein Begrenzer verwendet, um einen von der Amplitude der Schwingungen ω, η co und 2 to unabhängigen Meßwert zu erhalten.

Gewünschtenfalls kann die dritte Schwingung auch mit richtungsunabhängiger Phase vom Drehfeldsender ausgesandt werden; in diesem Fall kann die Antenne 19 zum Aussenden der dritten Schwingung benutzt werden. Die Frequenz der dritten Schwingung kann in diesem Fall eine Unterharmonische einer der Schwingungen ω und η ω sein, da aus der gegenseitigen Lage zweier Schwingungen mit richtungsabhängiger bzw. richtungsunabhängiger Phase eine Meßgröße erhalten wird, die ein eindeutiges Maß für den Winkel β ist, wenn die Phase der Schwingung mit der niedrigsten

der im harmonischen Zusammenhang stehenden Frequenzen richtungsunabhängig ist.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Bestimmung des Azimutwinkels nach Patent 859 637, dadurch gekennzeichnet, daß zur Behebung der Mehrdeutigkeit der Messung vom Sender eine dritte Schwingung mit in harmonischem Zusammenhang mit wenigstens einer der beiden Drehfeldmodulationsschwingungen ω und η ω stehender Frequenz ausgesandt wird und empfangsseitig die den beiden Drehfeldern entsprechenden Modulationsschwingungen und die dritte Schwingung ihrer Frequenz nach getrennt werden und eine zur Messung der gegenseitigen Phasenlage der dritten Schwingung und der ersten bzw. zweiten der beiden Drehfeldmodulationsschwingungen dienende Phasenmeßeinrichtung(en) steuern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der dritten Schwingung die Hälfte oder das Doppelte der Frequenz von einer der Drehfeldmodulationsschwingungen ω und η ω beträgt und daß sich die Phase der dritten Schwingung im gleichen Sinne wie diejenige der Schwingung ω oder η ω mit der Richtung ändert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der dritten Schwingung eine Unterharmonische der Frequenz einer der Schwingungen ω und η ay beträgt und daß die Phase der dritten Schwingung richtungsunabhängig ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schwingung moduliert auf eine Trägerwelle von der gleichen Frequenz wie die der Schwingungen ω und η ω ausgesandt wird.

5. Verfahren nach Anspruch r, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Phasenlage der dritten Schwingung und der beiden anderen Schwingungen in der Orientierungsrichtung derart ist, daß diese Schwingungen je Periode der Schwingung mit der Frequenz ω wenigstens einmal gleichzeitig durch Null gehen.

6. Empfänger für das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen die empfangenen Signale demodulierenden Gleichrichter, der ausgangsseitig verbunden ist mit Filtern zur Trennung der drei Schwingungen, und durch je eine Phasenmeßeinrichtung, die mit den Filtern für die erste und zweite Schwingung bzw. mit einem dieser beiden Filter und dem Filter für die dritte Schwingung verbunden ist.

7. Empfänger nach Anspruch 6 bei Verwendung einer dritten Schwingung, deren Frequenz die Hälfte derjenigen der einen Drehfeldmodulationsschwingung beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Filter für die dritte Schwingung und der zugehörigen Phasenmeßeinrichtung eine Vorrichtung zur Verdopplung der Frequenz der dritten Schwingung eingeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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