DE2035202C3 - Hyperbel-Navigationssystem mit einer Relaisstation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hyperbolisches gleichphasiges Positionslinien-Navigationssystem mit wenigstens drei Sendestationen an bekannten ortsfesten Stellen, deren jede nacheinander ein Signal vorbestimmter Frequenz in einer vorbestimmten Zeitfolge sendet, mit einer beweglichen Station, deren Position bestimmt werden soll und die einen ersten Empfänger zur Aufnahme der von den Sendestationen übermittelten Signale besitzt, und mit einer ortsfesten Relaisstation, die einen Empfänger zur Aufnahme der von der Sendestation übermittelten Signale und einen Sender zur Übermittlung eines Signals an die bewegliche Station aufweist, wobei die bewegliche Staiion ferner einen zweiten Empfänger zur Aufnahme des Signals besitzt, das durch die Relaisstation übermittelt wird.

Es ist ein hyperbolisches gleichphasiges Navigationssystem mit Positionslinien bekannt, das als Omega-Navigationssystem bezeichnet wird. Der Aufbau und die Arbeitsweise eines solchen Omega-Navigationssystemes sind in einem Aufsatz von E. R. Swanson und M. L T i b b a 1 s mit dem Titel »The Omega Navigation System« in Journal of the Institute of Navigation, Band 12, Nr. 1, Frühjahr 1965, beginnend mit Seite 24, und ferner in einem Aufsatz von M. T. T i b b a 1 s mit dem Titel »Omega Applications to On-Station Positioning« in Journal of the Institute of Navigation, Band 13, Nr. 2, Sommer 1966, beginnend auf Seite 134, beschrieben. In vollständigem Zustand enthält das Omega-Navigationssystem acht Sendestationen, die über die Welt verteilt angeordnet sind, wobei jede dieser Stationen sehr genau phasengesteuerte, sehr niederfrequente Signale mit den Frequenzen 10,2 kHz, 11,3 kHz und 13,6 kHz in einem vorbestimmten Signalfonnat sendet, das sich selbst alle zehn Sekunden wiederholt. Die spezielle Sendestation, die zu einem gegebenen Zeitpunkt sendet, wird durch die Übertragungslänge der jeweiligen Frequenz und die Übertragungsfolge, die von der jeweiligen Station gesendet wird, identifiziert.

Eine bewegliche Station, die üblicherweise an Bord eines Schiffes angeordnet ist, weist einen Empfänger auf, der auf eine der oben erwähnten Frequenzen abgestimmt ist, wobei das 10,2 kHz Signal das heutzutage am häufigsten verwendete ist, welches die Signale aufnimmt, die von den Sendestationen gesendet werden, und welches eine Einrichtung zur Anzeige der Phasenlagen der Signale beim Empfang aufweist. Üblicherweise arbeitet die bewegliche Station nur in bezug auf die drei ausgewählten Sendestationen. Die bewegliche Station nimmt Signale auf, die von der ersten, ausgewählten Sendestation gesendet werden, zeigt die Phasenlage der so aufgenommenen Signale an und speichert diese Information. Die bewegliche Station nimmt dann die Signale auf, die von der zweiten ausgewählten Sendestation gesendet werden, zeigt die Phasenlage dieses Signales an und vergleicht die

Phasenlage mit der Phasenlage, die vorher von der ersten Sendestation angezeigt wurde. Vergleicht man diese Phaseniagen, so ergibt sich die Lage der beweglichen Station längs einer ersten hyperbolischen Positionslinie gleicher Phasenlage in an sich bekannter Weise. In ähnlicher Weise nimmt dann die bewegliche Station Signale auf, die von der dritten ausgewählten Sendestation gesendet werden, zeigt die Phasenlage dieser Signale an und vergleicht die Phasenlage mit der einer der beiden anderen Sendestationen, die vorher aufgenommen und angezeigt wurden, wodurch eine Positionslinie in bezug auf die dritte Station und die andere der ausgewählten Sendestationen erhalten wird. Der Schnittpunkt dieser beiden hyperbolischen Positionslinien ergibt dann die genaue Lage der beweglichen Station.

Seit der frühesten Verwendung im Jahre 1957 war ein wesentliches Problem bekannt, das bei der Verwendung eines Omega-Navigationssystems auftritt Dieses Problem ist der sogenannte »Raumwelleneffekt«. Dieser Raumwelleneffekt wird durch die Änderungen verursacht, die auftreten, wenn sich HF-Signale aus dem Niederfrequenzbereich, der bei dem Omega-System verwendet wird, durch die Erdatmosphäre ausbreiten. Es ist bekannt, daß die charakteristischen Eigenschaften der Ausbreitung sehr niederfrequenter Signale sich im Laufe des Tages ändern, und daß diese tageszeitliche Änderung selbst sich im Laufe des Jahres ändert Aufgrund dieser Änderung nimmt eine feste Aufnahmestation Signale sich ändernder Phasenlage von einer ortsfesten Sendestation auf, die von der Aufnahmestation weit entfernt liegt Somit ist es erforderlich, bei dem Omega-Navigationssystem, bei dem die Lageinformation eine Funktion der Phasenlage eines an einer Stelle aufgenommenen Signals ist. Mittel zu schaffen, um diese bekannte Ausbreiteffekte zu kompensieren, wenn das System nicht so ungenau werden soll, das es nutzlos ist.

Es sind zwei Anordnungen bekannt, um diesen Raumwelleneffekt auszuschalten. Nach dem vorerwähnten Aufsatz »The Omega Navigation System« wird der Raumwelleneffekt für jeden Punkt auf der Erde für jeden Tag des ganzen Jahres und für sich ändernde Zeiten über den Tag berechnet. Dann kann eine Ortungsstelle auf einem Schiff, die die Omega-Signale aufnimmt, auf diese Berechnungen abstellen und die -r> notwendigen Korrekturen gegenüber den empfangenen Signalen zur Bestimmung seiner exakten Lage durchführen.

Der Nachteil einer derartigen Anordnung liegt auf der Hand. Einmal sind die Korrekturen nicht besser als ^r>o die Berechnungen, die in sie eingeführt werden und es sind eine Reihe von Schätzwerten und Kompromissen erforderlich, um solche Tabellen für so viele Vtränderliche, wie dies in bezug auf Zeit und Ort der Fall ist, zu erstellen. Zum anderen ist an der Ortungsstelle ein Handbetrieb erforderlich, und dies hebt viele Vorteile eines Funknavigationssystems auf.

Bei einer anderen bekannten Anordnung zur Kompensierung der Raumwelleneinflüsse ist eine lokale, ortsfeste Relaisstation in der Nähe der in beweglichen Station vorgesehen, die die von den Sendestationen übertragenen Signale aufnimmt, die Phasenlage der Signale mit ihrer korrekten Phasenlage vergleicht und dann eine Korrektur überträgt, die allen beweglichen Stationen in der Nähe der Relaisstation , , anzeigt; diese Korrekturen müssen zum Kompensieren des Raumwelleneffektes vorgenommen werden. Diese Art eines Korrektursystems basiert auf der an sich richtigen Annahme, daß der Raumwelleneffekt zwischen den Sendestationen und der Relaisstation etwa gleich dem Raumwelleneffekt zwischen den Sendestationen und den beweglichen Stationen ist

Die Schwierigkeit bei dieser Art von Kompensationsanordnung besteht darin, daß eine weitere Einheit einer anderen Art von beweglicher Station zur Aufnahme der Kompensationsinformation erforderlich Ist, und es ist wiederum ein Handbetrieb an der Navigationsstelle erforderlich, um die notwendigen Korrekturen vorzunehmen.

Ferner wird zum Stande der Technik auf GB-PS 10 92 585 und IEEE-Transactions on Aerospace and Electronic Systems hingewiesen.

Aufgabe der Erfindung ist Navigationssysteme der letztgenannten Art so zu verbessern, daß nicht bekannt sein muß, wie die genauen Omegaablesungen an der Stelle der Relaisstation beschaffen sein sollen.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Sender der Relaisstation ein Signal übermittelt, das die Phasenlage der Signale anzeigt, die an der Relaisstation empfangen werden, daß die bewegliche Station drei Phasenvergleichseinrichtungen besitzt, deren jede einer den drei Sendestationen entsprechend zur Bestimmung der Phasenlage der von dem ersten Empfänger aufgenommenen Signale relativ zur Phasenlage der von dem zweiten Empfänger aufgenommenen Signale dient, und daß die bewegliche Station eine erste Meßvorrichtung zum Vergleich der Phasenlage der ersten und zweiten Phasenvergleichseinrichtung aufweist, wodurch eine erste gleichphasige Positionslinie in bezug auf die erste und zweite Sendestation erhalten wird, sowie eine zweite Meßvorrichtung zum Vergleich der Phasenlagen der zweiten und dritten Phasenvergleichseinrichtung aufweist, wodurch eine zweite gleichphasige Positionslinie in bezug auf die zweite und dritte Sendestation erhalten wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Mit vorliegender Erfindung ist es somit zu keinem Zeitpunkt notwendig, zu wissen, wie der Raumwelleneffekt ausgesehen hat, oder aber zu wissen, wie die echten oder genauen Omega-Ablesungen an der Relaisstation hätten gewesen sein sollen. Die Relaisstation sendet dauernd ein Signal, das die Phasenlage der Signale angibt, wie sie durch die Relaisstation aus den Sendestationen empfangen werden. Die Relaisstation hat keine Möglichkeit zu erkennen, ob ein Raumwelleneffekt in diesen Signalen vorhanden ist oder nicht. Wenn an der beweglichen Station bei der Durchführung von Phasenvergleichen ein Raumwelleneffekt vorhanden ist, wird er dann kompensiert.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschema einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 ein Blockschema einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 3 ein Blockschema der Relaisstation, die in den F i g. 1 und 2 verwendet wird,

F i g. 4 ein Blockschema einer Ausführungsform der beweglichen Station, die mit der Erfindung verwendet wird,

Fig.5 ein Blockschema einer zweiten Ausführungsform der beweglichen Station, wie sie im Falle der Erfindung verwendet wird, und

Fig.6 eine Einzelheit eines Teiles der beweglichen

Station nach F i g. 5.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines hyperbolischen Navigationssystems mit Positionslinien gleicher Phase gemäß vorliegender Erfindung dargestellt. Das System verwendet drei Sendestationen 10, 12 und 14. die als Stationen A, B und C bezeichnet sind und die Sendestationen an ortsfesten Stellen im Omega-Navigationssystem sind. Jede dieser Stationen sendet sehr niederfrequente Signale vorbestimmter Frequenzen und genau gesteuerter Phasenlage in einer vorbestimmten Zeitfolge, die sich selbst alle zehn Sekunden wiederholt.

Nach vorliegender Erfindung ist eine Relaisstation 16 an einer ortsfesten Stelle vorgesehen, die in der Nähe einer beweglichen Station 18 liegt, deren Lage bestimmt werden soll. Vorzugsweise ist die Relaisstation 16 innerhalb von 160 km der Lage der beweglichen Station 18 angeordnet, die in typischer Weise 4800 bis 9600 km von wenigstens zwei der Sendestationen 10, 12 und 14 entfernt sein kann.

Die Relaisstation 16 weist einen Empfänger zur Aufnahme aller Signale auf, die von den Sendestationen 10, 12 und 14 gesendet werden. Wie weiter unten in Verbindung mit den weiteren Figuren im einzelnen erläutert, besitzt die Relaisstation 16 auch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Phasenbezugssignals, dessen Phasenlage gleich der Phasenlage der Signale ist, die an der Relaisstation 16 aufgenommen werden, sowie eine Vorrichtung zur Übertragung dieses Phasenbezugssignals zur beweglichen Station 18. Vorzugsweise wird das Phasenbezugssignal in beliebiger Weise auf eine Trägerfrequenz höherer Frequenz moduliert als die Signale, die durch die Sendestationen 10, 12 und 14 gesendet werden. Es hat sich als einwandfrei herausgestellt, das Phasenbezugssignal durch Einseitenbandmodulation auf eine Trägerfrequenz von 1750 kHz zu modulieren.

Die bewegliche Station 18 wird beispielsweise an Bord eines Schiffes aufgestellt, dessen Lage bestimmt werden soll. Diese bewegliche Station 18 weist eine Antenne 20 auf, die die Signale aufnimmt, welche von den Sendestationen 10, 12 und 14 und von der Relaisstation 16 ausgestrahlt werden und ist mit zwei Empfängern 22 und 24 verbunden. Der Empfänger 22 ist auf die Trägerfrequenz des Übertragers der Relaisstation 16 abgestimmt und weist eine entsprechende Demodulationseinrichtung zur Rückgewinnung des Phasenbezugssignals auf, das auf den Träger des Übertragers der Relaisstation 16 moduliert war. Der Ausgang des Empfängers 22 ist nun das Phasenbezugssignal, dessen Phasenlage um einen Wert verschoben wird, der eine Funktion des Abstandes zwischen der Relaisstation 16 und der beweglichen Station 18 ist.

Der Empfänger 24, der auch den Ausgang der Antenne 20 aufnimmt, ist direkt auf die gewählte Frequenz, die durch die Sendestationen 10, 12 und 14 abgestrahlt wird, abgestimmt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Empfänger 24 so abgestimmt, daß er die 10,2 kHz-Signale aufnimmt, weiche von den Übertragungsstationen 10, 12 und 14 ausgestrahlt werden. Der Empfänger 24 enthält auch eine Vorrichtung zur Ableitung eines Ausgangssignals, dessen Phasenlage gleich der Phasenlage der Signale ist die an der beweglichen Station 18 aufgenommen werden, und dessen Frequenz gleich der Frequenz des Phasenbezugssignals ist, das an der Relaisstation 16 erzeugt wird, so daß das Ausgangssignal des Empfängers 24 direkt mit dem Ausgangssignal aus dem Empfänger 22 verglichen werden kann. Die Einrichtung zur Ableitung eines solchen Ausgangssignals aus dem Empfänger 24 ist im einzelnen in Verbindung mit der Beschreibung der anderen Figuren erläutert.

Der Ausgang aus jedem der Empfänger 22 und 24 wird dem Eingang eines entsprechenden synchronen Kommutators 26 und 28 aufgegeben, von denen jedes synchron mit dem aufeinanderfolgenden Format angetrieben wird, in welchem die Übertragungsstationen 10,

κι 12 und 14 das Signal von 10,2 kHz übertragen. Die Ausgänge der Empfänger 22 und 24 sind über Abschnitte A der synchronen Kommutatoren 26 und 28 verbunden, wenn die Station 10 sendet, über die Abschnitte Bder synchronen Kommutatoren 26 und 28, wenn die Station 12 sendet, und über Abschnitte C der synchronen Kommutatoren 26 und 28, wenn die Station 14 sendet.

Drei Phasenmesser 30,32 und 34 sind in der gezeigten Weise geschaltet; der Phasenmesser 30 ist dabei zwischen den Abschnitt A des synchronen Kommutators 26 und den Abschnitt A des synchronen Kommutators 28 eingeschaltet, der Phasenmesser 32 zwischen den Abschnitt B des synchronen Kommutators 26 und den Abschnitt B des synchronen

2^ri Kommutators 28, und der Phasenmesser 30 zwischen dem Abschnitt C des synchronen Kommutators 26 und den Abschnitt C des synchronen Kommutators 28. Die Phasenmesser 30, 32 und 34 zeigen somit die relativen Phasenlagen der Signale an, die zu der beweglichen

Station 18 direkt von den Übertragungsstationen 10, 12 und 14 und der Signale, die von den gleichen Sendestationen über die Relaisstation 16 mit Zwischensendern übertragen werden.
Nach vorliegender Erfindung werden der Einfluß des

Γι Abstandes zwischen der Relaisstation 16 und der beweglichen Station 18 und der Raumwelleneffekt dadurch aufgehoben, daß die Ablesung der Phasenmesser 30 und 32 zur Erzielung einer ersten, hyperbolischen Positionslinie gleicher Phasenlage relativ zu den

■ίο Sendestationen 10 und 12, und die Ablesungen der Phasenmesser 32 und 34 zur Erzielung einer zweiten, hyperbolischen Positionslinie gleicher Phasenlage relativ zu den Sendestationen 12 und 14 verglichen wird. Nach der Ausführungsform gemäß vorliegender Erfin-ι dung, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist, werden diese Vergleiche durch zwei Differentialauflöser 36 und 38 vorgenommen. Der Differentialauflöser 36 nimmt Welleneingänge aus den Phasenmessern 30 und 32 auf und treibt elektrisch einen Phasenmesser 40 an, der die

vi Differenz in den Ablesungen der Phasenmesser 30 und 32 zeigt Da die Ablesung dieser beiden Phasenmesser 30 und 32 in gleichem Maße auf den Abstand zwischen der Relaisstation 16 und der beweglichen Station 18 anspricht hebt diese differentielle Ablesung diesen

y< Faktor auf, und die Ablesung des Phasenmessers 40 ist keine Funktion des Abstandes zwischen der Relaisstation 16 und der beweglichen Station 18. Nimmt man an, daß der Raumwelleneffekt zwischen einer gegebenen Sendestation und der Relaisstation 16 der gleiche ist wie

η" zwischen der gleichen Sendestation und der beweglichen Station 18, ist der Raumwelleneffekt auf die beiden Phasenmesser 30,32 gleich groß, und der Phasenmesser 40, der die differentielle Ablesung anzeigt hebt diesen Faktor wiederum auf und ergibt eine Ablesung, die

< durch den Raumwelleneffekt nicht beeinflußt wird Somit ergibt der Phasenmesser 40 eine Ablesung, die eine hyperbolische Positionslinie gleicher Phase zwischen den Sendestationen 10 und 12 festlegt

In ähnlicher Weise ergibt der Phasenmesser 42, der die differentielle Ablesung zwischen den Phasenmessern 32 und 34 ergibt, eine Ablesung, aus der eine hyperbolische Positionslinie gleicher Phase zwischen den Sendestationen 12 und 14 abgeleitet werden kann, und die keine Funktion des Abstandes zwischen der Relaisstation 16 und der beweglichen Station 18 oder eine Funktion des Raumwelleneffektes zu diesem Zeitpunkt ist.

An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, daß zwar die Ablesungen der Differentialphasenmesser 40 und 42 unabhängig von dem Abstand zwischen der Relaisstalion 16 und der beweglichen Station 18 sind, daß sie aber nicht unabhängig von der Lage der Relaisstation 16 sind. Während die Ablesungen direkt zur Erzielung einer relativen Lageinfcrmation verwendet werden können, falls es erwünscht ist, die normalen Omega-Überlappungskurven zur Erzielung einer absoluten Lage zu verwenden, ist es erforderlich, eine entsprechende Kompensation für die Lage der Relaisstation 16 vorzunehmen. Man hat festgestellt, daß der einfachste Weg hierfür der ist, eine Kompensation auf empirischem Wege vorzunehmen. Dies geschieht dadurch, daß eine geeignete Einstellung in einem der Phasenmesser in der beweglichen Station 18 oder in der Phasenlage des Phasenbezugssignals, wie es von dem Übertrager in der Relaisstation 16 zu einem Zeitpunkt ausgestrahlt wird, zu dem die bewegliche Station eine bekannte Lage einnimmt, z. B. wenn das Schiff, das die bewegliche Station aufnimmt, in einem bekannten Hafen liegt, so daß die Phasenmesser 40 und 42 eine exakte Ablesung des Ausganges für diesen Hafenort ergeben. Somit sind alle Ablesungen hiernach absolute Ablesungen unabhängig von dem Ort der Relaisstation 16, von dem Abstand zwischen der Relaisstation 16 und der beweglichen Station, und von dem Raumwelleneffekt zwischen den Sendestationen 10, 12 und 14 und der beweglichen Station 18.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird ein Differentialauflöser 44 als veränderlicher Phasenschieber verwendet, um den Phasenmesser 40 nit der differentiellen Ablesung zwischen den Phasenmessern 30 und 32 zu speisen. Der Phasenmesser 40 und der Differentialauflöser 44 sind in der gezeigten Weise geschaltet, wobei der Differentialauflöser 44 einen Welleneingang aus dem Phasenmesser 32 aufnimmt. Der Phasenmesser 40 ergibt somit eine Ablesung, die gleich der Differenz der Ablesungen der Phasenmesser 30 und 32 ist, und es wird somit eine hyperbolische Positionslinie gleicher Phasenlage in bezug auf die Sendestationen 10 und 12 erhalten. Der Phasenmesser 42 und der Differentialauflöser 46 sind in ähnlicher Weise zwischen die Phasenmesser 32 und 34 eingeschaltet, damit eine hyperbolische Positionslinie gleicher Phasenlage zwischen den Sendestationen 12 und 14 erhalten wird.

F i g. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Relaisstation 16 nach den Fi g. 1 und 2. Die Station enthält eine Antenne 48 zur Aufnahme der Signale, die von den Sendestationen 10, 12 und 14 ausgestrahlt werden, und einen Empfänger 50, der auf die ausgewählte Frequenz abgestimmt ist, die von den Sendestationen 10, 12 und 14 ausgestrahlt wird. Beispielsweise ist in der bevorzugten Ausführungsform der Empfänger 50 so eingestellt, daß er die 10,2-kHz-Signale, die von den Übertragungsstationen 10,12 und 14 ausgestrahlt werden, empfängt. Die Relaisstation 16 weist auch einen lokalen Oszillator 52 auf, der ein Signal erzeugt, das dem vom Empfänger 50 aufgenommenen Signal überlagert wird, damit ein Phasenbezugssignal erzeugt wird, dessen Phasenlage eine Funktion der Phasenlage der Signale ist, die von den Sendestationen 10, 12 und 14 an der beweglichen Station 16 empfangen werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung hat die Frequenz des lokalen Oszillators 52 den Wert 10,5 kHz, die, wenn sie mit den aus den Sendestationen 10,12 und 14 aufgenommenen Signalen überlagert wird, ein Phasenbezugssignal mit einer Frequenz von 300 Hz ergibt und eine Phasenlage besitzt, die eine Funktion der Phasenlage der Signale ist, welche an der beweglichen Station 16 aufgenommen werden.

Die Phasenlage des lokalen Oszillators 52 wird durch eine herkömmliche Phasenmitziehschaltung 54 gesteuert, die die Phase des lokalen Oszillators 52 mit der Phase einer der Sendestationen 10,12 und 14 verriegelt. Beispielsweise kann der lokale Oszillator 52 mit dem Signal phasenverriegelt sein, das von der Übertragungsstation 14 ausgesendet wird

Fig.4 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des beweglichen Empfängers 18; sie gibt ferner an, wie die direkt aus den Sendestationen 10, 12 und 14 empfangenen Signale in Signale umgewandelt werden, die direkt mit den aus der Relaisstation 16 empfangenen Signalen verglichen werden können. Die bewegliche Station 18 nach Fig.4 unterscheidet sich von der nach F i g. 1 insofern, als die Empfänger 22 und 24 jeweils mit ihren eigenen Antennen 62 und 60 versehen sind. F i g. 4 zeigt auch einen lokalen Oszillator 64, dessen Ausgang dem 10,2-kHz-Signal, das aus dem Empfänger 24 aufgenommen wird, überlagert ist. Die Frequenz des lokalen Oszillators 64 wird so gewählt, daß das Überlagerungssignal in der Frequenz gleich dem Phasenbezugssignal der Relaisstation 16 nach Fig. 3 ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Frequenz dieses lokalen Oszillators 64 wiederum 10,5 kHz, nämlich die gleiche Frequenz wie die Frequenz des lokalen Oszillators 52 der Relaisstation 16, und es ist eine herkömmliche Phasenmitziehschaltung 66 vorgesehen, um die Phase des lokalen Oszillators 64 mit der Phase der Sendestation zu verriegeln, mit der auch der lokale Oszillator 52 der Relaisstation 16 verriegelt ist. Wenn der lokale Oszillator 52 mit der Sendestation 14 phasenverriegelt ist, ist auch der lokale Oszillator 64 der beweglichen Station 18 mit der Sendestation 14 phasenverriegelt.

Das Ausgangssignal des Empfängers 24 ist somit nunmehr ein Signal, dessen Frequenz und Phasenlage direkt mit dem Ausgangssignal aus dem Empfänger 22 verglichen werden kann, das das Phasenbezugssignal aus der Relaisstation 16 aufnimmt und demoduliert. Die Ausgangssignale der Empfänger 22 und 24 werden dann

ι über synchrone Kommutatoren 26 und 28 Phasenmessern 30 und 32 aufgegeben, die über einen Differentialauslöser 36 eine Differentialphasenablesung zum Phasenmesser 40 ergeben, damit eine erste hyperbolische Positionslinie gleicher Phasenlage in bezug auf die

ι Sendestationen 10 und 12 in der im einzelnen in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Weise erhalten wird. Auf ähnlichem Wege (Fig.4 nicht gezeigt) werden die anderen Ausgänge aus den synchronen Kommutatoren 26 und 28 anderen Phasenmessern

ι aufgegeben, damit eine zusätzliche hyperbolische Positionslinie gleicher Phasenlage in bezug auf ein anderes Paar von Sendestationen 10,12 und 14 erhalten wird.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des beweglichen Empfängers 18, die ganz ähnlich der Ausführungsform nach F i g. 4 ist, mit der Ausnahme, daß die Phasenmesser 30 und 32 und der Differentialauflöser 36 durch elektronische Schaltungen ersetzt sind, die die gleichen Funktionen durchführen, die von den Phasenmessern und dem Differentialauflöser durchgeführt wurden. Wie in F i g. 5 gezeigt, ist ein Paar von abgeglichenen Mischeinrichtungen 70 und 72 zwischen die synchronen Kommutatoren 26 und 28 geschaltet. Diese abgeglichenen Mischeinrichtungen dienen als Phasensummiereinrichtungen, die ein Ausgangssignal besitzen, dessen Frequenz gleich der Summe der Frequenzen der Eingangssignale und dessen Phasenlage gleich der Summe der Phasenlagen der Eingangssignale ist. Somit hat bei dieser Ausführungsform jede der abgeglichenen Mischeinrichtungen 70 und 72 ein Ausgangssignal von 600 Hz und Phasenlagen gleich der Summe der Phasen der Signale, die direkt von den Sendestationen 10, 12 und 14 und von der Relaisstation 16 aufgenommen werden. Die Ausgangssignale aus den abgeglichenen Mischeinrichtungen 70 und 72 werden Phasenspeicherschaltungen 74 und 76 zugeführt, und der Phasenmesser 40 ergibt wiederum eine Differentialablesung zwischen den Phasenspeicherschaltungen 74 und 76, damit die hyperbojische Positionsünie gleicher Phasenlage zwischen den Übertragungsstationen 10 und 12 in der vorstehend in Verbindung mit F i g. 1 beschriebenen Weise erhalten wird. Bei dieser Ausführungsform können die Phasenspeicherschaltungen 74 und 76 auch andere Ausgänge aus zusätzlichen Einrichtungen, z. B. Rechnern oder Trägheitsnavigationssystemen aufnehmen, um die Lageinformation zwischen den zehn Sekunden betragenden Intervallen, zu denen die Sendestationen übertragen werden, aufnehmen.

Fig.6 zeigt Einzelheiten einer entsprechenden Phasenspeicherschaltung 74, wie sie im Blockschaltbild in F i g. 5 gezeigt ist Die Phasenspeicherschaltung weist eine Eingangsstelle 82 auf, die das Eingangssignal aus der abgeglichenen Mischeinrichtung 70 aufnimmt, eine weitere Eingangsstelle 86, die die anderen Eingänge aufnimmt, z. B. von dem Rechner oder dem Trägheitsnavigationssystem, und eine Ausgangsstelle 100, die mit dem Phasenmesser 40 nach F i g. 5 verbunden ist.

Das Kernelement der Phasenspeicherschaltung 74 ist der spannungsgesteuerte Oszillator 96, der, wie weiter unten beschrieben wird, auf einer Phase gehalten wird, die eine Funktion der Phase des Signals ist, das an die Eingangsstelle 82 gegeben wird, selbst wenn das Signal von der Eingangsstelle 82 entfernt worden ist.

Der Phasendetektor 80, eine Integratorschaltung, die aus einem Verstärker 88, einem .Widerstand 90 und einem Kondensator 94 besteht und eine Frequenzteilerschaltung 98 sind in der in Fig.6 gezeigten Weise zusammengeschaltet. Der Ausgang der Frequenzteilerschaltung 98 ist mit dem Phasendetektor 80 und mit der Ausgangsstelle 100 verbunden. Der spannungsgesteuerte Oszillator % schwingt frei mit einer Frequenz, die ein Mehrfaches des 600-Hz-Signals beträgt, welches an die Eingangsstelle 82 gelegt wird, wenn die synchronen Kommutatoren 26 und 28 die geeigneten Stellungen zur Erregung dieses Teiles der beweglichen Station einnehmen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schwingt der spannungsgesteuerte Oszillator % frei mit einer Frequenz von 15OkHz, die durch die Frequenzteilerschaltung 98 auf 600 Hz herabgesetzt wird. Die Phasenlagen des Signals, das der Eingangsstel-Ie 82 zugeführt wird und des Ausgangssignals der Frequenzteilerschaltung 98 werden im Phasendetektor 80 verglichen, und wenn eine Differenz in der Phasenlage dieser beiden Signale auftritt, wird ein Ausgangssignal durch den Phasendetektor 80 in die Integratorschaltung eingespeist, deren Ausgang die Spannung ist, die den spannungsgesteuerten Oszillator 96 steuert. Wenn ein Ausgangssignal vorhanden ist, stellt dieses Ausgangssignal aus der Integratorschaltung die Phasenlage des spannungsgesteuerten Oszillators % ein, bis die Phasenlage des Ausgangssignals der Frequenzteilerschaltung 98 die gleiche ist wie die Phasenlage des Signals einer Eingangsstelle 82, wobei zu diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal des Phasendetektors 80 Null ist, und der spannungsgesteuerte Oszillator 96 schwingt weiter bei dieser Phase und Frequenz, selbst wenn das Eingangssignal von der Eingangsstelle 82 entfernt ist. Ein Signal geeigneter Phase wird somit an der Ausgangsstelle 100 aufrechterhalten, bis ein zusätzliches Eingangssignal in die Schaltung vorgesehen wird. Dieses zusätzliche Eingangssignal kann entweder durch synchrone Kommutatoren 26 und 28 bei ihrem nächsten Zyklus oder über die andere Eingangsstelle 86, die auch mit der Integratorschaltung über den Widerstand 92 verbunden ist, vorgesehen werden, um eine gewünschte auf den letzten Stand gebrachte Lageinformation während des zehn Sekunden dauernden Omega-Übertragungszyklus zu erhalten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hyperbolisches gleichphasiges Positionslinien-Navigationssystem mit wenigstens drei Sendestationen an bekannten ortsfesten Stellen, deren jede nacheinander ein Signal vorbestimmter Frequenz in einer vorbestimmten Zeitfolge sendet, mit einer beweglichen Station, deren Position bestimmt werden soll und die einen ersten Empfänger zur Aufnahme der von den Sendestationen Übermittelten Signale besitzt, und mit einer ortsfesten Relaisstation, die einen Empfänger zur Aufnahme der von der Sendestation übermittelten Signale und einen Sender zur Übermittlung eines Signals an die bewegliche Station aufweist, wobei die bewegliche Station ferner einen zweiten Empfänger zur Aufnahme des Signals besitzt, das durch die Relaisstation übermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (56) der Relaisstation (16) ein Signal übermittelt, das die Phasenlage der Signale anzeigt, die an der Relaisstation empfangen werden, daß die bewegliche Station (18) drei Phasenvergleichseinrichtungen (30, 32, 34) besitzt, deren jede einer den drei Sendestationen entsprechend (10, 12, 14) zur Bestimmung der Phasenlage der von dem ersten Empfänger (24) aufgenommenen Signale relativ zur Phasenlage der von dem zweiten Empfänger (22) aufgenommenen Signale dient, und daß die bewegliche Station (18) eine erste Meßvorrichtung (40) zum Vergleich der Phasenlage der ersten und zweiten Phasenvergleichseinrichtung aufweist, wodurch eine erste gleichphasrige Positionslinie in bezug auf die erste und zweite Sendestation (10,12) erhalten wird, sowie eine zweite Meßvorrichtung (42) zum Vergleich der Phasenlagen der zweiten und dritten Phasenvergleichseinrichtungen aufweist, wodurch eine zweite gleichphasige Positionslinie in bezug auf die zweite und dritte Sendestation (12, 14) erhalten wird. -to

2. Navigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaisstation (16) ferner einen lokalen Oszillator (52) bekannter Frequenz aufweist, die verschieden von der vorbestimmten Frequenz ist, daß eine Phasenmitzieheinrichtung (54) zum Verriegeln der Phasenlage des lokalen Oszillators (52) mit der Phasenlage einer vorbestimmten der Sendestationen (10, 12, 14) vorgesehen ist, und daß eine Mischeinrichtung (70,72) zum Mischen des Ausgangssignals des lokalen Oszillators mit den ^r>o Signalen, die von den Sendestationen empfangen werden, vorgesehen ist, die ein erstes heterodynes Signal erzeugt, dessen Phasenlage gleich der Phasenlage der Signale aus den Sendestationen ist, welche an der Relaisstation empfangen werden.

3. Navigationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Empfänger (24) in der beweglichen Station (18) einen lokalen Oszillator (64) mit einer bekannten Frequenz aufweist, die von der vorbestimmten Frequenz abweicht und eine ^hl) Phasenlage besitzt, die konstant in bezug auf die Phasenlage der Signale ist, welche durch die vorbestimmte Sendestation (10,12 oder 14) gesendet werden, und daß eine Einrichtung (70, 72) das Ausgangssignal des lokalen Oszillator (64) mit den '·'> Signalen, die von den Sendestationen (10, 12, 14) aufgenommen werden, mischt, wodurch ein Überlagcfungssignai erhalten wird, dessen Phasenlage gleich der Phasenlage der Signale ist, die an der beweglichen Station (18) empfangen werden.

4. Navigationssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Oberlagerungssignals, das aus dem ersten Empfänger (24) in der beweglichen Station (18) erhalten wird, gleich der Frequenz des Oberlagerungssignals ist, das im Empfänger (50) an der Relaisstation (16) erhalten wird.