DE1272398B - Funkverfahren zur Entfernungsmessung und gegebenenfalls Ortsbestimmung - Google Patents

Funkverfahren zur Entfernungsmessung und gegebenenfalls Ortsbestimmung

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DE1272398B
DE1272398B DEP1272A DE1272398A DE1272398B DE 1272398 B DE1272398 B DE 1272398B DE P1272 A DEP1272 A DE P1272A DE 1272398 A DE1272398 A DE 1272398A DE 1272398 B DE1272398 B DE 1272398B
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DEP1272A
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Charles William Earp
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International Standard Electric Corp
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Description

  • Funkverfahren zur Entfernungsmessung und gegebenenfalls Ortsbestimmung Die erfindung bezieht sich auf ein Navigationssystem, mit dem bewegliche Obejkte, insbesondere Flugzeuge, mit bordeigenen Empfangsanlagen ihre Position durch Phasenauswertung zwischen einem Träger und dem oberen bzw. unteren Seitenband einer Navigationsfrequenz bestimmen können. Der Träger und die Seitenbänder werden durch am Boden an verschiedenen Orten aufgebaute Sendestagionen ausgestrahlt.
  • Ein derartiges Navigationssystem ist in einem älteren Vorschlag (deutsches Patent 1262277) beschrieben worden. Es dient der Richtungsbestimmung. Die Bodenanlage umfaßt mehrere an verschiedenen Orten aufgebaute Sendeanlagen mit den dazugehörigen Antennen, die den unmodulierten Träger und das obere und untere Seitenband einer oder mehrerer Modulationsfrequenzen getrennt ausstrahlen. Die Ortsbestimmung in den beweglichen Stationen erfolgt durch Phasenvergleich zwischen den Demodulationsprodukten der einzelnen Seitenbänder.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein derartiges Navigationssystem. Der Unterschied gegenüber dem im älteren Vorschlag geschilderten System besteht darin, daß statt der Richtung die Entfernung bestimmt werden soll und daß der Träger, dessen ausgestrahlte Leistung gegenüber dlen Seitenbündern recht erheblich sein muß, nicht von einer Bodenanlage ausgestrahlt, sondern an bord erzeugt und den empfangenen Seitenbändern zugesetzt wird.
  • Dazu ist zu bemerken, daß es an sich bekannt ist, in der funknavigation anstatt eines sendeseitig ausgestrahleten, frequenzstabilen Trägers auf der Empfangsseite als Trägert die gleiche Frequenz eines in der Empfangsanlage vorgesehenen, frequenzstabilen OS-zillators zu verwenden (französische Patentschrift 1337 227; belgische Patentschrift 623732).
  • Die Erfindung bezieht sich also auf ein Funkverfahren zur Entfernungsmessung in Verbindung mit einer zur Richtungsbestimmung geeigneten Anlage, bei der sendeseitig die beiden Modulationsseitenbäneder einer mit einer Modulationsfrequenz modulieten Trägerfrequenz abgestrahlt und empfangsseitig aufgenommen und mittels der Trägerfrequenz demoduliert werden und bei der die Phasendifferenz zwischen den Demodulationsprodukten des oberen und unteren Seitenbandes gemessen wird.
  • Erfindungsgemäß wird der zur Demodulation erforderliche Träger erst empfangsseitig erzeugt, wozu in an sich bekannter Weise ein mit dem Trägeroszillator der Sendestation synchrol schwingender stabiler Oszillator verwendet wird, so daß die Phasendifferenz zwischen den beiden Demodulationsprodukten ein Maß für die Entfernung ist.
  • Der Träger und die Seitenbänder werden in einer speziellen Demodulationsschaltung gemischt, derart, daß an ihrem Ausgang die Schwebungsfrequenzen zwischen dem Träger und unterem Seitenband einerseits und Träger und oberem Seitenband andererseits getrennt zur Verfügung stehen, und durch gegenseitigen Phasenvergleich die Entfernungsmessung bzw. Ortsbestimmung erfolgen kann.
  • Die Erfindung kann auf ein Navigationssystem mit einer Ortsbestimmung durch Messung mindestens zweier Entfernungen oder auch auf ein Hyperbelnavigationssuystem angewendet werden.
  • Die Erfindung wird an Hand von Figuren erläutert. In Fig. 1 sind bei 1 und 2 schematisch zwei Bodenstationen und bei 3 eine zur Aufnahme der Bodensender geeignete mobile Empfangsstation gezeichnt; Fig. 2 zeigt ein blockschaltbild eines in der Empfangsanordnung 3 gemäß F i g. 1 enthaltenen Demodulators.
  • Die Bodenstation 1 enthält einen symmetrischen Modulator 4, in dem die einem Oszillator 5 mit sehr hoher Frequenzstabilität erzeugte elektromagnetische Welle F, die im niederfrequenten Bereich liegt, mit der Tonfrequenz f1 eines Generators 6 moduliert wird. Der Modulator 4 ist so eingerichtet, daß der Träger F unterdrückt ist. Die Seitenbänder der Frequenzen F + f1 werden von einer Antenne 7 ausgestrahlt.
  • Die Empfangseinrichtung der mobilen Station 3 enthält eine Empfangsantenne 12 und die Empfängereingangsstufen 13, mittels derer die Ausstrahlungen der Bodenstation auf den Frequenzen F + f1 empfangen werden können.
  • Die Ausgangsspannung der Eingangsstufen 13 des Empfängers wird einem speziellen Demodulator 14 eingegeben, in dem die empfangenen Seitenbänder mit dem im Oszillator 15 erzeugten Träger, der die Frequenz F frequenzstabil liefert, gemischt werden.
  • Am Ausgang des Demodulators 14 stehen zwei Signalspannungen der Frequenz f1, die dem oberen (F + f1) und unteren Seitenband (F - f1) entsprechen, getrennt zur Verfügung. Die Phasendifferenz der beiden Signalspannungen der Frequenz f1 entspricht der Phasenverschiebung der Weitenbandvektoren in bezug auf den Träger. Diese Phasenverschiebung ist proportional der Entfernung der mobilen Station von der Bodenstation Die beiden Ausgangsspannungen der Frequenz f1 des Demodulators 14 werden durch Filter 16 bzw.
  • 17 ausgesiebt. Wichtig dabei ist, daß der im Oszillator 15 der beweglichen Station erzeugte Träger sehr frequenzstabil arbeitet und immer mit dem Oszillator 5 der Bodenstation 1 phasengleich ist. die Stabilität des Oszillators hängt von der gewünschten Meßgenauigkeit des Systems ab; im allgemeinen ist dabei ein quarzgesteuerter Oszillator mit einer Frequenzstabilität in der Größenordnung von 10-10 über die ganze Flugdauer des Flugzeuges erforderlich.
  • Die an den Ausgängen der Filter 16 und 17 anstehenden spannungen werden einer Phasenmeßeinrichtung 20 eingegeben, deren Ausgangswert in Form der Winkeldrehung einer Achse 21 die Phasendifferenz der eingegebenen Signale der Frequenz f1 angibt.
  • Die Winkelstellung der Achse 21 zeigt also die Entfernung der beweglichen Station von der betreffenden Bodensation an. die gleichen Entfernungsanzeigen wiederholen sich jeweils bei einer Änderung der Entfernung um #/2, wobei # die Wellenlänge der sendenden bodenstation ist. Das bisher beschriebene System gestattet also, die Entfernung von einer bodenstation zu bestimmen. Um eine weltweite Bedeckung der Erdoberfläche mit solchen Netzen zu gewährleisten, ist eine Mehrzahl von derartigen bodenstationen erforderlich. Um eine Ortsbestimmung vornehmen zu können, sind zwei solcher-Stationen notwendig, die in einiger Entfernung voneinander aufgebaut sind.
  • Eine davon möge beispielsweise die 15-hz-Seitenbänder eines Trägers, die zweite die 25-Hz-Seitenbänder einer bei beispielsweise 20 kHz liegenden Trägerwelle ausstrahlen. Der Träger ist jeweils unterdruückt; er wird nicht ausgestrahlt.
  • Wenn es also erwünscht ist, eine Positionsbestimmung in der beweglichen Station vorzunehmen, ist gemäß Fig. 1 eine zweite Bodenstation 2 vorgesehen, die der Bodenstation 1 bis auf die Modulationsfrequenz des Tonfrequenzgenerators gleeicht.
  • Sie enthält einen Trägeroszillator 8, einen Tonfrequenzgenerator 9 und einen symmetrischen Modulator 10. Der Tonfrequenzgenerator 9 erzeugt eine Frequenz f2, die beispielsweise bei 25 hz liegen möge.
  • Die entstehenden Seitenbänder der Frequenz F # f2 werden von einer Antenne 11 ausgestrahlt. Die beiden Trägrfrequenzoszillatoren 5 und 8 müsen mit großer Genauigkeit in der Phase übereinstimmen.
  • Eine so große Genauigkeit wird mit einer Atomuhr ohne weiteres erreicht; es genügt aber auch eine Synchronisierung der Sender mit einer gemeinsamen Frequenz, wie es von anderen navigationssystemen (OMEGA oder LORAN-C) her bekannt ist.
  • Die von den bodenstationen ausgesendeten Signale werden von der Empfangseinrichtung an Bord aufgenommen und demoduliert, so daß schließlich zwei Paare von Tonfrequenzsignalen der Frequenzen f1 und f2 getrennt zur Verfügung stehen. Die Signale der Frequenz f1 werden, wie bereits beschrieben, der Phasenmeßeinrichtung 20 eingegeben, nachdem sie durch die Filter 16 bzw. 17 ausgesiebt worden sind.
  • Die Signale der Frequenz f2 werden durch Filer 18 bzw. 19 ausgesiebt und einer weiteren Phasenmeßeinrichtung 22 eingegeben. Die Winkelstellungen der Wellen 21 und 23 geben die Entfernung der beweglichen Station von der bodenstation 1 bzw. 2 wieder, und es kann so der Standort der beweglichen Station ermittelt werden, da ia der Aufstellungsort der Bodenstationen bekannt ist.
  • Da die Modulationsfrequenzen der beiden Bodenstationen verschieden sind, kann eine gegenseitige Störung oder gar Auslöschung der Signale nicht stattfinden.
  • Als Modifikation des soeben beschriebenen Ausführungsbeispiels ist zur Erstellung eines Hyperbelnavigationssystems mit zwei sich schneidenden Hyperbelscharen eine dritte Bodenstation vorgesehen, die Seitenbänder F + f3 mit unterdrücktem Träger ausstrahlt.
  • Wie bereits beschrieben, stelle die Winkelstellungen der Wellen 21 und 23 die Phasendifferenz zwischen den Signalen der Frequenz f1 bzw. f2 dar.
  • Wenn man die Wellen 21 und 23 mit einem Differentialgetriebe 24 kuppelt, so zeigt der Ausgangswert des Differentialgetriebes 24 auf einer Skala 25 die Differenz des Phasenunterschieds zwischen den Signalen f1 und f2 an. Diese so vervollständigte Anordnung ergibt also eine raumbedeckung, bei der die Differenz des Phasenunterschieds zwischen Paaren von Signalen der Frequenz f1 und f2 konstant ist. Es ergibt sich also in bekannter Weise ein Hyperbelnetz mit den Sendestationen als Brennpunkten.
  • Die Signale der Frequenz f3 werden mittels eines dritten Paares von Filtern ausgesiebt und einer gleichen Phasenmeßeinrichtung eingegeben wie die Signale f1 und f2. Die abtriebswelle der dritten Phasenmeßeinrichtung wird zusammen mit einer der beiden Abtriebswellen 21 oder 23 an ein weiteres Differentialgetriebe gekuppelt, das auf einer angebrachten Skala die differenz des Phasenunterschieds der Signale f3 und f1 bzw. f3 und f2 anzeigt. Die Anzeigen beider skalen zusammen vermitteln also eine Positionsangabe als Schnittpunkt zweier Hyperbeln.
  • Da bei dieser Auswertung der Standort des Flugzeuges als Phasenunterschiedsdifferenz zwischen jeweils zwei Paaren von Seitenbändern ermittelt wird, sind die anformderungen an die Frequenzstabilität des Trägeregenerators an Bord beim Hyperbelsystem nicht so hoch, als wenn der Standort durch Messung zweier Entfernungen von zwei Bodenstationen bestimmt wird.
  • Anstatt die Differenz der Ausgangswerte der Phasenmeßeinrichtungen mechanisch mittels Differentialgetrieben zu bestimmen, kann die Phasenunterswchiedsdiffernz natürlich auch mit bekannten elektronischen Phasenkomparatoren gemessen werden.
  • Ein mit Vorteil verwendbarer Demodulator 14 ist in F i g. 2 dargestellt.
  • Die aus den Vorstufen 13 kommenden Seitenbandsignale werden mit dem Signal des Trägergenerators 15 in einem Mischer 40 gemischt. die als Differenzfrequenzen entstehenden Mischprodukte werden mittels eines Tiefpasses 41 ausgesiebt, und sie werden nach Durchlaufen eines Phase-Amplituden-Netzwerkes 42 der Primärweicklung 43 eines Transformators 44 eingegeben. Argeitet die Bordstation mit drei Bodenstationen zusammen, so stehen am Ausgang drei Schwebungsfrequenzen f1, f2 und f3 zur Verfügung. Die ausgangssignale der vorstufen werden auch einer weiteren Mischstufe 45 zusammen mit der im Oszillator 15 erzeugten Trägerwelle eingegeben, nachdem diese in einem Phassenglied 46 um 90° in der Phase gedreht worden ist. Die Mischprodukte werden in einem weiteren Tiefpaß 47 geglättet und der Primärwicklung 48 eines zweiten Transformators 49 zugeführt, nachdem sie ein weiteres Phasen-Amplituden-Netzwerk 52 durchlaufen haben. Das Netzswerk 52 ist zum Netzwerk 42 komplementär, so daß jeweils über den Bereich der frequenzen f1, f2 und f3 ein Phasenunterschied von 90% zwischen den der Primärwicklung 43 und 48 zugeführten Spannungen aufrechterhalten ist. Ebenso sind die Dämpfungsfaktoren der beiden Netzwerke 42 und 52 sorgfältig gegeneinander abgestimmt.
  • Dadurch, daß das eine Wicklungsende der sekundären Wicklung 51 des Transformators 49 an die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 50 des Transformators 44 gelegt ist und das andere Wicklungsende an Erde, werden die Signale an den Primärwicklungen 43 und 48 an der Sekundärwicklung 50 nuter einem Phasenwinkel von 90° vektoriell zusammengesetzt. An den Wicklungsenden C und D der Sekundärwicklung 50 stehen daher Signale der Frequenzen f1, f2 und f3 an. die an C anstehenden Signale entsprechen den unteren Seitenbändern, die an D anstehenden den oberen, oder umgekehrt, je nachdem, wie die Wicklungen der Transformatoren angeschlossen sind.
  • Zur einwandfreien Arbeitsweise des Demodulators ist es nur notwendig, daß Träger und Seitenbänder getrennt zur Verfügung stehen.
  • Patentansprüche: 1. Funkverfahren zur Entfernungsmessung in Verbindung mit einer zur Richtungsbestimmung geeigneten Anlage, bei der senderseitig die beiden Modulationsseitenbänder einer mit einer Modulationsfrequenz modulierten Trägerfrequenz abgestrahlt und empfangsseitig aufgenommen und mittels der Trägerfrequenz demoduliert werden und bei der die Phasendifferenz zwischen den Demodulationsprodukten des oberen und unteren Seitenbandes gemessen wird, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der zur Demodulation erforderliche Träger (F) erst empfangsseitig erzeugt wird, wozu in an sich bekannter Weise ein mit dem Trägeroszillator der Sendestation synchron schwingender stabiler Oszillator (15) verwendet wird, so daß die Phasendifferenz zwischen den beiden Demodulationsprodukten (f1) ein Maß für die Entfernung ist.
  • 2. Funkverfahren zur Ortsbestimmung durch BEreitstellung zweier Entfernungsmaße nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hierfür notwendigen zwei Sendestationen (1, 2) die gleiche Trägerfrequenz (F), aber unterschiedliche Modulationsfrequenzen (f1,f2) verwenden.

Claims (1)

  1. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Hyperbelkoordinate die Differenz zwiscdhen den beiden gemessenen Phasendifferenzen ermittelt und angezeigt wird.
    4. Funkverfahren zur Standortbestimmung mittels zweier sich schneidender Hyperbelnetze durch Bereitstellung einer zweiten Hyperbelkooordinate nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hierfür notwendige dritte Sendestation eine dritte, gegenüber den ersten beiden verschiedene Modulationsfrequenz (f3) bei gleicher Trägerfrequenz verwendet.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Belgische Patentschrift Nr. 623 732; französische Patentschrift Nr. 1337227.
    In Betrancht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1252277.
DEP1272A 1963-11-04 1964-11-03 Funkverfahren zur Entfernungsmessung und gegebenenfalls Ortsbestimmung Pending DE1272398B (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE623732A (de) * 1961-10-31
FR1337227A (fr) * 1961-12-09 1963-09-13 Perfectionnements aux systèmes de radiolocalisation

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE623732A (de) * 1961-10-31
FR1337227A (fr) * 1961-12-09 1963-09-13 Perfectionnements aux systèmes de radiolocalisation

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