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Verfahren zur Ortsbestimmung oder Kursweisung von Fahrzeugen Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Orts- oder Kursbestimmung von Fahrzeugen mittels
Leitlinien, die durch Wellenaussendung von einem oder mehreren Paaren räumlich entfernter,
ortsfester Sendestellen .erzeugt werden. Das Verfahren ist insbesondere für die
Kursweisung von. Flugzeugen mittels .elektrischer Wellen in der Nähe von Landeplätzen
vorgesehen. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondernkann ganz :allgemein
zur Orts- oder Kursbestimmung von beweglichen Körpern beliebiger Art dienen, z.
B. ,auch zur Navigation von Schiffen auf hoher See oder .in schwierigem Gewässer,
und kann mit Wellen beliebiger Art, z. B. auch mit akustischen, unter blesonderen
Umständen durchgeführt werden.
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Es ist bekannt, von zwei meinem gewissen Abstand angeordneten. Sendestellen
elektrische Schwingungen von bestimmter Frequenz auszusenden und die durch überlagerung
sich bildenden stehenden Wellen :als Leitlinien zu benutzen. Als Leitlinien dienen
dabei die geometrischen Orte der Maxima und Minima der Schwingungen, die sich als
Hyperbeln darstellen. Dieses Verfahren. besitzt den Nachteil, daß die verschiedenen
Leitlinien sich im Empfänger nicht voneinander unterscheiden, so daß z. B. ein im
Leitlinienfelde befindliches Flugzeug nicht weiß, auf welchem Kurse in bezug auf
die Sendestationen es sich eigentlich befindet. Ob es überhaupt auf einer Leitlinie
fliegt, kann erst daran erkannt werden, daß ein Kurs etwas quer zu den Leitlinien
eingeschlagen wird, wobei Maxima und Minima erscheinen. Bei dem Versuch, sich auf
einer Leitlinie fortzubewegen, kann leicht ein Abrutschen von der Leitlinie eintreten,
indem bei der Korrektur zum Maximum oder Minimum das Maximum bzw. Minimum der benachbarten
Leitlinie erreicht wird. Irrtümer sind also nicht ausgeschlossen.
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Nach dem Verfahren der Erfindung läßt sich dagegen 'ein System von
Leitlinien schaffen, das vollständig eindeutig den Kurs eines Flugzeuges in bezug
auf die Sendestellen bzw. den Landeplatz angibt und gestattet, daß z. B. gleichzeitig
mehrere Flugzeuge auf verschiedenen Leitlinien absolut sicher zum gleichen Landeplatz
gelangen können. Ein . schwieriges Navigieren mit Peilschneisen wird nach der Erfindung
durch Angabe einer bestimmten Leitlinie durch eine denkbar einfache Anordnung ersetzt.
Erfindungsgemäß werden die von einem Sendestellenpaar ausgesandten Wellen hinsichtlich
der Frequenz dauernd und in übereinstimmung miteinander und insbesondere periodisch
geändert rund die geometrischen Orte.
welche die durch Überlagerung
dieser Wellen entstehenden Differenzschwingungen gleicher Frequenz ;aufweisen, :als
Leitflächen zur Leitlinienfestlegüng benutzt. Das Leitlinienbild ist dasselbe ivie
im bekannten, Falle (Hyperbelscharen). Die Frequenzänderu;ng erfolgt insbesondere
linear und periodisch. Nach einer weiteren Ausbildung der, Erfindung läßt sich durch
Kreuzung von mindestens zwei Leitlimensystemen der genannten Art ein Koordinatensystem
herstellen, wobei jeder Koordinaten:pwnkt durch .ein Paar von Differenzschwingungen
gekennzeichnet ist.
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Eine derartige Bildung von überlagerungsschwingurigen durch Frequenzänderung
zweier Wellenzüge ist bereits für die Höhenmessung von Flugzeugen bekannt, wobei
die Differenzschwingurig :als Maß für die Hölle des Flugzeuges über der wellenreflektier
enden Eben;. dient. Die Erfindung stellt eine Übertragung dieses Verfahrens zur
Bildung vonKurslinien bzw: zur .absoluten Ortsbestimmung dar. Weitere Einzelheiten
der Erfindung gehen aus den nachfolgend beschriebenen Beispielen und an Hand von
Zeichnungen hervor.
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In Fig: i sind mit A und B zwei im Abstand L voneinander
angeordnete Sendestellen bezeichnet, und es sei angenommen, daß im Zeitpunkt O die
Aussendung der Wellen bei beiden Sendestellen gleichzeitig eixisetzt und die Frequenz
beider Wellen von einem Grundwert f,, aus linear gesteigert wird. Nach der Zeit
T trifft die von A ausgesendete Welle in B und die von B ausgesendete Welle in A
ein. In beiden Sendestellen besitzt die empfangene Welle im Zeitpunkt T den Grundwert
f" während die eigene Sendewelle inzwischen ;auf den Wert f, j-fi erhöht ist. Die
Frequenzverteilung beider Sendiewellen längs der Strecke i läßt sich durch die Geraden
i bzw. 2 und die der Differenzwerte durch die Ordinatenabschnitte des schraffierten
Gebietes darstellen. Ein von A nach B oder umgekehrt bewegter Überlä:gerungsempfänger
wird :also Differenzschwingungen erzeugen, die bis zum Mittelpunkt der Strecke i
abnehmen und dann weder zunehmen (bezüglich der Frequenz). Nach der Zenit
T -LA T besteht eine Freduenzverteilüng längs der Strecke z,
die den Geraden i' bzw. 2' entspricht, die die um den Betrag ;_1 f nach oben verschoben-en
i bzw. 2 darstellen. Wise leicht zu sehen ist; bleibt die Charakteristik der Verteilung
der Differenzfrequenzen längs der Strecke i erhalten.
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Wenn die Frequenzänderung in A gegenüber der in. B um die Laiufzeit
der Wellen über die Strecke i vergrößert wird, ergibt sich eine Frequenzverteilung
nach Fig. 2. Nach der Zeit 2 T besitzt die Sendefrequenz I in A den Wert
f"+ ft und die Sendefrequenz in B den Wert f ö -(-
2 f l. Die Differenzfrequenzen steigen von A nach
B gleichmäßig an. Aus vorstehendem erhellt, daß der Nullpunkt der Charakteristik
der Diffexenzfrequenzen an eine beliebige Stelle der Strecke i gelegt werden kann.
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Betrachtet man nach Fig. 3 .eine Ebene, in welcher die Sendestellen
A und b' liegen, so ergibt sich, daß ein geometrischer Ort, welcher eine bestimmte
Differenz der Entfernungen von A und .R aufweist, auch eine bestimmte Differenzfrequenz
hinsichtlich der von A und B gesendeten Schwingungen besitzen mu@ß, da die Differenzfrequenzen
durch Laufzeitunterschiede, d. h. durch Entfernungsunterschiede, zustande kommen.
Derartige geometrische Orte sind Hyperbeln mit den Brennpunkten A und
B, so da.ß .auf jeder solchen Hyperbel die gleiche Differenzfrequenz herrscht.
Insbesondere ist auch die Mittelsenkrechte von A-B ein derartiger geometrischer
Ort. Jede solcher -Hyperbelnkann nach der Erfindung als Leitlinie z. B. zur Ansteuerung
von Flugplätzen benutzt werden: Bei einer Frequenzverteilung nach Fig:2 ist es möglich,
mehrere Flugzeuge auf verschiedene Hyperbel-Leitlinien, die eindeutig gekennzeichnet
sind; gleichzeitig .auf den Flugplatz ohne gegenseitige Störung zu leiten. In etwas
größerer Entfernung von den Orten ,4 und B gehen die Hyperbeln praktisch in gerade
Linien über.
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Da es technisch nicht möglich ist, eine Frequenzänderung beliebig
weit zu treiben, wird diese zweckmäßig periodisch vorgenommen z. B. nach einer Dreieckslinie,
wie es die Fig..l zeigt. Die Frequenz wird dabei von einem Gr undwert to .aus auf
einen Wert f ", -{- f "t linear gesteigert und fällt dann wieder auf
/o zurück. Die Zeiten o bis i, 2 bis, 3 usw., um welche die eine Welle gegenüber
der :anderen, auf einen beliebigen Em:pfangsort gerechnet, bezüglich der Frequenzän.derung
verzögert ist, sind :als tote Räume anzusehen, die gegnüber den Zeiten i bis 6,
3 bis 4 u.sw. möglichst klein gehalten werden müssen. Die periodischen Frequenzänderungen
können auch durch regelmäßige oder unregelmäßige Zwischenräume unterbrochen sein,
die gleichzeitig als Charakteristikum für die Wellen m Empfänger dienen. An Stelle
der Frequenzerhöhung nach Fig. q. kann auch eine Frequenzverringerung treten. Es
ist ferner möglich, auch nichtlineare Frequenzänd.erurigen zu verwenden. Die gewünschten
Phasenlagen der Modulationen werden zweck, mäßig durch eine zentrale Steuerungseinrichtung
bewirkt.
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Um ein Beispiel für die Anwendung des Verfahrens zu geben, sei angenommen,
daß
auf einem Flugplatz zwei Senden- in 2 km Abstand :angeordnet
sind, die eine 3o-m-Welle aussenden, die 150mal rum ioo/o, d. h. um i o6 Hertz,
geändert wird. Die Frequenzänderung soll nach dem Beisipel der Fig.2 bei beiden
Stationen erfolgen. Die Laufzeit der Wellen von einer Station zur anderen beträgt
/30000o Sek. In dieser Zeit ändert sich die Wella jeder Station um
Nach dem Beispiel der Fig.2 beträgt die maximale Differenzfrequenz 2 il
= 2ooo Hertz, d. h. von einer Sendestelle zur anderen steigt die Differenzfrequenz
von o :auf 2000 Hertz :an. Die Differenzfrequenz ändert sich daher um i Hertz pro
Meter der Strecke A-B. Bei Wahl :einer 3-m-Welle würde die Änderung pro Meter i
o Hertz ergeben ;usw. Bei Schwanken der Grundfrequenz der Sendesteilen kann sich
auch die überlagerungsfrequenz nur um. den gleichen Prozentsatz ändern, sofern die
Sendestellen gemeinsam gesteuert werden. Da es möglich ist, eine Senderkonstanz
von io- Hertz zu erzielen, beträgt die maximale Änderung o,o2 Hertz im :eben beschriebenen
Falle bezüglich der Differenzschwingungen.
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Wenn (vgl. Fig. 5) zwei Leitliniensysteme, wie oben beschrieben, miteinander
gekreuzt werden, entsteht ein Koordinatennetz, wobei jeder Punkt dieses Netzes ein
Paar von Differenzschwingungen besitzt. Letztere müssen sich natürlich im Empfänger
voneinander trennen lassen, d. h. es müssen verschiedene Grundfrequenzen oder verschiedene
Differenzfrequenzen gewählt werden oder die Differenzfrequenzen nacheinander zur
Wirkung kommen. Wie bereits ;angedeutet, kann es zweckmäßig sein, den verschiedenen
Wellen besondere Kennzeichen zuzuordnen, um sie als solche erkennen zu lassen. Diese
Kennzeichen können in besonderen Modulationen, in einem besonderen Rhythmus der
Wellenzüge, in Erzeugung von Trillern usw. bestehen. Ein derartiges Koordinatennetz
kann sich über einen größeren Bereich erstrecken, z. B. zur Navigation von Schiffen
auf hoher See oder von Flugzeugen innerhalb eine größeren Bezirkes dienen. Für die
Navigation in kleineren Bezirken, z. B. bei Hafeneinfahrten usw., kann es nützlich
sein, Ultrakurzwellen oder infrarote Strahlen usw. zu verwenden. Die Lage der Sendeorte
C, D in Fig. 5 kann :auch eine andere sein, z. B. der Ort C oder D mit
B zusammenfallen. Innerhalb eines solchen KoordinationsInetzes kann selbstverständlich
nunmehr der Kurs ganz beliebig gewählt werden, sofern ein Abbild des Koor dinatennetzes
;auf. dem Fahrzeugvorhanden ist, wobei manuell oder automatisch weitergesteuert
werden kann.
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Auch .die Einhaltung eines Kurses nach drei Koordinaten ist nach dem
Verfahren der Erfindung möglich. Wie Fig. 3 zeigt, ergeben sich bei einer räumlichen
Betrachtung des Systems Rotationsflächen um die Achse A-B für die Orte gleicher
Differenzschwingungen. Bei Kreuzung von zwei derartigen Systemen ist jedem Raumpunkt
ein Paar von Differenzschwingungen zugeordnet. Die Schnittlinien der Rotationsflächen
beider Systeme ergeben sogar Linien,, die durch eia: Paar gleicher Differenzschwingungen
gekennzeichnet sind und bei geeigneter Wahl -der Sendestellen so gelegt werden können,
daß ein gewünschter Kurs im Raume entsteht.
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Die Frequ enzänderu;ngen können nach irgendeinem bekannten Verfahren
durchgeführt werden, z. B. bei elektrischen Sendern durch Änderung der Abstimmkapazität
oder -induktivität, durch Druckbeeinflussung dar Kristalle bei kristallgesteuerten
Sendern usw. Die Beeinflussung kann fremderregt oder eigenerregt sein, indem z.
B. im letzteren Falle ein Röhrensender irgendein Glied in seiner Schaltung selbsttätig
regelt, so daß sich die Frequenz fortlaufend ändert. Ein Beispiel für eine fremderregte
Beeinflussung zeigt Fig.6.
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Der Generator i mit der veränderbaren Abstimmkap.azität 2 und Induktivität
8 ist mit einem Niederfrequenzerzeu !er q., 5, 6, 7 gekoppelt. Die Kapazität 2 wird
über den Widerstand 5 :aus einer Gleichstromquelle aufgeladen, bis die Zündspannung
der Glimmröhre q. erreicht ist. Während der Aufladlung vergrößert sich die Kapazität
von 2 etwas, da :angenommen sein soll, daß das die Belegungen trennende Medium elastisch
ist und durch die elektrostatische Wirkung zusammengepreßt wird. 6, 7 bezeichnen
Drosseln zur Fernhaltung der Hochfrequenz, 3 eine Kapazität zur Verhütung eines
Kurzschlusses für den Gleichstrom.
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Bei der Anwendung von anderen Wellenarten, z. B. akustischen, im Sinne
der Erfindung gilt Entsprechendes. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung
kann es auch zweckmäßig sein, für die Zwecke der Naiigation die Wellen nicht frei
in den Raum zu strahlen, sondern längs Leitungen z. B. über ein Starkstromnetz oder
Spezialleitungen weiterzuleiten, wobei die Leitungen weiterhin als Antennen dienen.
Es ist dabei möglich, die von z. B. zwei Sendestellen ausgesiendeten Schwingungen
über die gleiche oder über eine parallele Leitung zu leiten. Die eine Sendestelle
kann in diesem besonderen Falle auch eine einfache Reflexstelle sein.