-
Verfahren zur StandlinienbestiTrlmung mittels frequenzmodulierter
Wellen, die von einem Senderpaar ausgehen
Es ist ein Verfahren zur Standlinienbstimmung
bekannt, die bei dem mit der Aussendung elektromagnetischer Wellen von einem oder
mehreren Paaren räumlich entfernter, ortsfester Sendestellen gearbeitet wird. Dabei
werden die von jedem Sendestellenpaar ausgesandten Wellen frequenzmoduliert. Die
geometrischen Orte, an denen die durch Überlagerung dieser Wellen entstehenden Differenzschwingungen
gleiche Frequenz aufweisen, dienen als Standlinien.
-
Hierbei ist nachteilig, daß zwei Sender vorhanden sein müssen. Erfindungsgemäß
wird daher ein Verfahren zur Standlinienbestimmung mittels zweier auf verschiedenen
Wegen mit richtungsabhängigem Längenunterschied von einer Sendeanlage zu einem Empfänger
gelangendenfrequenzmodulierten elektromagnetischen Wellenzügen, deren durch die
Laufzeitdifferenz bedingter Frequenzunterschied in dem Empfänger zur Bestimmung
der Standlinie ermittelt wird, vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
ein Teil der von der Sendeanlage abgestrahlten elektromagnetischen Wellen über eine
der Sendeanlage benachbarte Reflexionsfläche zu dem Empfänger geführt wird.
-
Werden über die Bestimmung einer Standlinie hinausgehende Angaben,
beispielsweise eine zweite Standlinie, benötigt, die mit der erstgenannten Standlinie
zum Schnitt gebracht wird und eine Standortsaslgabe ermöglicht, so kann man dies
durch mindestens zwei räumlich getrennte Sendeanlagen mit je einer Sende-
stelle
und einer reflektierenden Fläche erreichen, die gleichzeitig mit elektromagnetischen
Wellen verschiedener oder abwechselnd mit elektromagnetischen Wellen der gleichen
periodisch veränderten Frequenz betrieben werden. Bei der Ortung durch Flugzeuge
oder andere Luftfahrzeuge ist es dabei zweckmäßig, eine Sendeanlage mit horizontal
liegender Reflexionsfläche und eine Sendeanlage mit vertikal stehender Reflexionsfläche
auszurüsten, wobei die Abstrahlung durch die Sendeantennen so zu erfolgen hat, daß
ein erheblicher Anteil der abgestrahlten Sendeenergie auf die zugehörige Reflexionsfläche
trifft.
-
Eine Blindlandung von Flugzeugen ermöglicht die Ausbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in der Art, daß zwei symmetrisch zur Landebahn angeordnete Sendeanlagen
mit je einer Sendestelle und einer reflektierenden Fläche vorgesehen werden, die
abwechselnd nacheinander während ungleicher Zeitabschnitte elektromagnetische Wellen
mit periodisch veränderter Frequenz abstrahlen.
-
Die Frequenzmodulation in den Sendern und die Ermittlung der Frequenzunterschiede
im Empfänger läßt sich dabei nach nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung
bildenden Verfahren durchführen.
-
Beispielsweise kann man die Frequenz der ausgesandten Wellen nach
einem Sinusgesetz mit konstanter Taktfrequenz periodisch um einen konstanten Mittelwert
schwanken lassen, so daß im Empfänger eine die Frequenzdifferenz der beiden empfangenden
Wellen charakterisierende periodisch veränderliche Niederfrequenzspannung gewonnen
wird.
-
Zur Erzeugung der frequenzmodulierten Wellen können aber auch frequenzmodulierte
Schwingungen einer Trägerwelle konstanter höherer Frequenz aufmoduliert und in dieser
Form zum Empfänger übertragen werden. Durch die dann im Empfänger aus den frequenzmodulierten
Wellen gewonnenen Empfangsschwingungen läßt sich nach ihrer Gleichrichtung zur Messung
der Schwebungsfrequenz beispielsweise ein elektrisches Ventil in der Weise steuern,
daß bei jeder Periode dieser niederfrequenten Schwingungen eine bestimmte Strommenge
durchgelassen wird, so daß der dabei entstehende Strom der Schwebungsfrequenz proportional
ist.
-
Es ist auch möglich, die gleichgerichteten Empfangsschwingungen auf
konstante Amplitude zu steuern und über ein Netzwerk mit frequenzabhängigem Amplitudenübertragungsmaß
zu übertragen, um dann deren Amplitude zur Bestimmung der richtungsabhängigen Schwebungsfrequenz
zu messen.
-
Es läßt sich auch aus den Empfangsschwingungen durch Überlagerung
mit einer konstanten Hilfsfrequenz eine um einen konstanten Frequenzbetrag verschobene
Zwischenfrequenzschwingung erzeugen und die Frequenz einer durch Gleichrichtung
dieser Zwischenfrequenzschwingung gewonnenen Niederfrequenzschwingung, welche der
richtungsabhängigen Schwebungsfrequenz entspricht, zur Richtungsbestimmung messen.
-
Die Zeichnungen geben einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Verfahrens wieder.
-
In Fig. I bezeichnet I einen Sender für frequenzmodulierte elektromagnetische
Wellen. Die Welle erreicht den Empfänger 2 sowohl über den direkten Übertragungsweg
3 als auch über den Ubertragungsweg 4 und 5, der durch die reflektierende Fläche
6 geschaffen wird. Da der Einfallswinkel 7 und der Ausfallswinkel 8 der an der Reflexionsstelle
g reflektierten Wellen übereinstimmen, legt die reflektierte Welle dabei einen Weg
10 zurück, den sie zurücklegen würde, wenn sie von einer spiegelbildlich zum Sender
1 liegenden, gestrichelt gezeichneten Sendestelle II ausginge. Der durch Messung
des Frequenzunterschiedes beider empfangenen Wellen ermittelte Wegunterschied ist
deshalb dem Sinus des Sendewinkels I2 proportional. Bei diesem Verfahren fallen
sämtliche Schwierigkeiten einer gemeinsamen Steuerung oder einer Synchronisierung
zweier getrennter Sendestellen weg, und die Durchführung des Verfahrens wird mit
einem minimalen Aufwand möglich, da außer dem Sender 1, dessen Sendefrequenz periodisch
verändert wird, lediglich eine Reflexionsfläche 6 benötigt wird, die in vielen Fällen
ohnehin vorhanden ist. Es kann sich bei ihr beispielsweise um eine metallische Fläche
genügender Ausdehnung handeln oder etwa um ein Drahtgitter, dessen Maschenweite
klein ist gegenüber den auftretenden Wellenlängen. In vielen Fällen reichen dabei
auch natürliche Reflexionsflächen aus, wie beispielsweise eine Wasserfläche, ebener
Erdboden usw.
-
Da sich als Wegdifferenz der empfangenen Wellen s2 - s1 = b sin (a)
(I) ergibt, wobei mit sl die Strecke 3, mit s die Entfernung I0, mit a der Winkel
12 und mit b der doppelte Abstand 13 bezeichnet ist, gilt für den Unterschied der
Übertragungszeiten t1 und t2 der empfangenen Wellen bei einer Fortpflanzungsgeschwindigkeit
c: t t T T= T = b ) (2) Die Frequenzen f3 und f4 der empfangenen Wellen stimmen
also wegen der zeitabhängig veränderlichen Sendefrequenz f (t) und den ungleichen
Übertragungszeiten nicht überein. Der Frequenzunterschied h beträgt: ff h = f3-f4
= (t2- tl) . df = g. T, (3) wenn die zeitliche Ableitungdf =g (t) der Frequenz f
(t) während der kurzen Übertragungszeit als konstant betrachtet werden kann, was
bei der praktischen Durchführung des Verfahrens immer der Fall ist.
-
Durch Einsetzen von Gleichung (2) in Gleichung (3) erhält man h=cg(t)sin(a).
(4) Der Frequenzunterschied h hängt also gemäß dieser Gleichung von der Richtung
a ab und kann daher zur Richtungsbestimmung nutzbar gemacht werden.
-
Soll beispielsweise die Hohe eines Flugzeuges bestimmt werden, so
kann das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel Anwendung finden. Es ermöglicht
die Ermittlung der Höhenwinkel 20 und 21, aus denen die Höhe über Grund zu berechnen
ist. Bei diesem
Ausführungsbeispiel sind ein überwiegend horizontal
strahlender Sender 22 in einer bestimmten Höhe 23 über dem Rollfeld 24 und ein Sender
25, der überwiegend vertikal abstrahlt, vor einem reflektierenden senkrechten Drahtgitter
26 angebracht. Der Winkel 21 wird bei Überfliegen des Gitters 26 rasch kleiner,
so daß dem Piloten eine genaue Kontrolle über seine Lage in bezug auf Flugplatz
und über den Augenblick, in dem er zum Landen anzusetzen hat, ermöglicht wird. Zur
weiteren Erleichterung der Lagebestimmung können auch zwei oder mehrere solcher
Sendekombinationen vorgesehen werden, die nacheinander überflogen werden.
-
Um eine eindeutige Richtungsbestimmung zu er-~möglichen, können dabei
für die verschiedenen Sendeeinrichtungen verschiedene Frequenzgebiete vorgesehen
werden. Der Empfang kann dann mit mehreren Empfängern erfolgen, die entsprechend
verschieden abgestimmt sind, oder mit einem einzigen Empfänger, dessen Abstimmung
nacheinander auf die verschiedenen Frequenzbereiche eingestellt wird. Statt dessen
kann aber auch für sämtliche Sendungen das gleiche Wellenband vorgesehen werden,
wenn die verschiedenen Sender abwechselnd nacheinander in Betrieb gesetzt werden.
In diesem Fall ist nur ein einziger Empfänger erforderlich, der abwechselnd die
verschiedenen Richtungswinkel anzeigt. Zur Kennzeichnung der verschiedenen Sendestellen
ist es vorteilhaft, Sendezeiten vorzusehen, die für die beiden Sender verschieden
sind.
-
Fig. 3 beschreibt ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens, das sich ebenfalls besonders zur Ortsbestimmung von Flugzeugen eignet.
-
Dabei sind zwei Sendegruppen vorgesehen, die aus je einem reellen
Sender 3I und 33 und einem durch eine vertikale Reflexionswand 35 erzeugten virtuellen
Sender 32 und 34 in gleicher Höhe über dem Erdboden bestehen. Die reellen Sender
werden durch Generatoren 36 und 37 gespeist, die durch einen Umschalter 38 abwechselnd
in Betrieb gesetzt werden.
-
Der Frequenzunterschied im Empfänger 39 ist Null, wenn sich der Empfänger
. auf der Mittellinie 40 befindet, da in diesem Falle die Winkel 41 und 42 übereinstimmen.
Eine seitliche Abweichung 43 gegenüber der Mittellinie 40 hat dagegen einen entsprechenden
Unterschied der Winkel 41 und 42 und damit auch das Auftreten eines Frequenzunterschiedes
am Empfangsort zur Folge. Wenn der Empfänger in einem Flugzeug eingebaut ist, so
ist also auf diese Weise ein genauer Einflug längs der Fluglinie 40 möglich.
-
Eine leichte Unterscheidung beider Sendegruppen läßt sich erreichen,
wenn die eine Gruppe, z. B. 31 und 32, nur kurzzeitig und die andere Gruppe, z.
B.
-
33 und 34, länger eingeschaltet werden. Die Einschaltung kann aber
beispielsweise auch nach einem a = n-Programm erfolgen, indem für die eine Sendergruppe
das Einschaltprogramm -. -. -. gilt, während die andere Sendergruppe mit dem Senderprogramm
- - - in den Pausen des ersten Programms in Betrieb gesetzt wird. Beim Fliegen links
bzw. rechts von der Einfluglinie 40 überwiegt das eine oder das andere der Zeichen,
während beim Fliegen auf der Einfluglinie ein Dauerton entsteht.