DE859637C - Verfahren zur Bestimmung des Azimutwinkels eines Empfaengers mit Bezug auf einen Drehfeldsender - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Azimutwinkels, den am Ort eines Empfängers die Richtung zu einem Drehfeldsender mit einer Orientierungsrichtung einschließt.

Es ist bekannt, zum Zweck der Azimutbestimmung an Bord eines Fahrzeuges zwei Hochfrequenzfelder zu benutzen, die derart ausgesandt werden, daß die Phase der nach Gleichrichtung des einen Feldes erhaltenen Schwingung richtungsunabhängig ist und die Phase der nach Gleichrichtung des anderen Feldes erhaltenen Schwingung richtungsabhängig ist, während ferner die beiden Schwingungen in einer bestimmten Richtung (Orientierungsrichtung) die gleiche Phase besitzen. Der Phasenwinkel zwischen den beiden nach Gleichrichtung erhaltenen Schwingungen entspricht dabei dem Azimut.

Das erwähnte bekannte Verfahren hat den Mangel, daß die Azimutbestimmung nur ungenau ist, da die genaue Messung von Phasenwinkeln Schwierigkeiten bereitet.

Die Erfindung bezweckt, dem erwähnten Nachteil beizukommen und ein Verfahren zu schaffen zur Bestimmung einer in einer bestimmten Ebene liegenden Richtung mittels des Winkels ß, den die zu bestimmende Richtung mit einer in dieser Ebene liegenden Orientierungsrichtung bildet, bei dem eine sehr große Genauigkeit erreicht werden kann.

Gemäß der Erfindung werden zwei gleichartige Drehfelder mit verschiedenen, in einem ganzzahligen Verhältnis n stehenden Umlaufgeschwindigkeiten (ω und nco) ausgesandt, und empfangsseitig werden die den beiden Drehfeldern entsprechenden Drehfeld-

modulationsschwingungen mit verschiedenen, in einem ganzzahligen Verhältnis stehenden Frequenzen ihrer Frequenz nach getrennt und einer zur Messung der gegenseitigen Phasenlage dieser Schwingungen dienenden Phasenmeßeinrichtung zugeführt.

Aus den beiden Schwingungen wird vorzugsweise eine Meßgröße abgeleitet, die durch (n ± i)ß bestimmt wird. Ein besonderer Vorteil, der mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erhalten werden kann, besteht ίο darin, daß die beiden Schwingungen ω und ηω auf der gleichen Trägerschwingung moduliert ausgesandt werden können.

Eine nähere Erläuterung folgt an Hand der Zeichnung.

In Fig. ι ist schematisch eine Ausführungsform einer Bakensendervorrichtung dargestellt, die sich zur Anwendung eines \^rerfahrens gemäß der Erfindung eignet. Bei dieser Bakensendervorrichtung werden die von einem Hochfrequenzoszillator 1 erzeugten Schwingungen, gegebenenfalls über einen Frequenzvervielfacher 2 und einen Hochfrequenzverstärker 3, einer Endverstärkungsstufe 4 und zwei Gegentaktmodulatoren 5 und 6 zugeführt. Die Hochfrequenzschwingungen werden in diesen beiden Modulatoren durch zwei in harmonischem Zusammenhang stehende Schwingungen ω und ηώ 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 und andererseits über eine phasenverschiebende Vorrichtung 9, die eine Phasenverschiebung von 90⁰ herbeiführt, und einen Verstärker 10 dem Gegentaktmodulator 6 zugeführt. Die modulierende Schwingung mit der Frequenz ηω wird mittels eines Frequenzvervielfachers 11 aus den vom Oszillator 7 erzeugten Schwingungen abgeleitet und einerseits über den Niederfrequenzverstärker 10 dem Modulator 6, andererseits über eine phasenverschiebende Vorrichtung 12 und den Verstärker 8 dem Modulator 5 zugeführt. Die Bakenvorrichtung nach Fig. 1 weist ferner vier senkrechte Dipolantennen 13, 14,15 und 16 auf, die in den Winkelpunkten eines Vierecks angeordnet sind und senkrecht zur Zeichenebene stehen, während eine Antenne 17 im Mittelpunkt des Vierecks angeordnet ist und parallel zu den übrigen Antennen verläuft.

Die im Ausgangskreis des Endverstärkers 4. auftretenden Schwingungen werden der mittleren Antenne 17 zugeführt, während die in den Ausgangskreisen der Modulatoren 5 und 6 auftretenden modulierten Schwingungen in Gegenphase den in den Diagonalpunkten des Vierecks liegenden Antennen 13, 15 bzw. 14, 16 zugeführt werden.

Bei der beschriebenen Vorrichtung werden somit die in den Winkelpunkten des Vierecks angeordneten Antennen derart gespeist, daß die Phasenverschiebung zwischen der Modulation der jedem Paar von benachbarten Antennen zugeführten modulierten Schwingungen dem räumlichen Winkel von go° zwischen den beiden Antennen gleich ist. Es wird infolgedessen ein von beiden Schwingungen ω und ηω moduliertes Hochfrequenzfeld derart ausgestrahlt, daß die Phase der nach Gleichrichtung erhaltenen Schwingungen in einer waagerechten Ebene richtungsabhängig ist.

Es kann mittels einer phasenverschiebenden Vorrichtung 18 erreicht werden, daß die beiden nach Gleichrichtung erhaltenen Schwingungen ω und ηω in einer bestimmten, in der genannten Ebene liegenden Richtung (Orientierungsrichtung) gleichzeitig durch Null gehen.

In einer beliebigen Richtung, die mit der Orientierungsrichtung einen Winkel bildet, werden somit nach Gleichrichtung zwei Schwingungen erhalten, von denen die eine sin (co t—ß) und die andere sin («eof—β) proportional ist.

Aus diesen beiden Schwingungen läßt sich auf verschiedene Weise der zu bestimmende Winkel ableiten, beispielsweise dadurch, daß die nach Gleichrichtung erhaltene Schwingung mit der niedrigsten Frequenz «-mal in der Frequenz vervielfacht wird, wodurch eine Schwingung entsteht, die sin (ηωί—nß) 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 (ηωί—β) proportional ist, wird eine Meßgröße erhalten, die durch (n—ι) β bestimmt wird, während beim bekanntet! Meßverfahren der Winkel β gemessen wurde.

Mit derselben Meßapparatur entsteht somit ein größerer Ausschlag.

Zwar kann man mit den bekannten Meßapparaturen bei der Messung von kleinen Winkeln ß, in einigen Fällen bei Anwendung eines Verstärkers mit einem Verstärkungsfaktor η —ι dieselbe Anzeige erhalten, aber es ist damit der Nachteil verbunden, daß der

Zeiger nach dem Durchlaufen des Winkels —^ über

das Skalenende ausschlägt, während bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung der Zeiger nach dem Durchlaufen des Winkels -^- zwangsläufig zu dem Ausgangspunkt zurückkehrt.

Um die Sektoren voneinander zu unterscheiden, die jedem vollen Zeigerumlauf entsprechen, kann für einen oder mehrere dieser Sektoren ein bestimmtes Kennzeichen angewendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer Empfangsvorrichtung, die sich zum Empfang von mittels der Vorrichtung nach Fig. 1 ausgesandten Schwingungen eignet, ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Empfangsvorrichtung werden die in einer Antenne 20 empfangenen modulierten Schwingungen einem Hochfrequenzverstärker 21 zugeführt, der mit einer Mischstufe 22, einem Zwischenfrequenzverstärker und einem Detektor 23 in Kaskade geschaltet ist. Im Ausgangskreis des Detektors entstehen zwei Schwingungen, von denen die eine sin (co t — ß) und die andere sin (ηωί—β) proportional ist. Um aus diesen beiden Schwingungen den Winkel β abzuleiten, wird bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform eine Kathodenstrahlröhre 24 mit zwei zueinander senkrechten Ablenkplattenpaaren angewendet, denen die beiden empfangenen Schwingungen zugeführt werden. Die im Ausgangskreis des Detektors 23 auftretenden Schwingungen mit der höchsten Frequenz (η ω) werden über ein Filter 25 den Ablenkplatten 26, die Schwingungen mit der Frequenz ω über ein Filter 27 den waagerechten

Ablenkplatten 28 zugeführt. Auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre entsteht auf diese Weise eine stillstehende Lissajousfigur, deren λ'-Achse sin (ω t—ß) und deren Y-Achse sin (η ω t—ß) proportional ist. Ein Beispiel einer solchen Lissajousfigur ist in Fig. 3 dargestellt; diese Figur entsteht in einer zu bestimmenden Richtung, falls η = 8.

Der Schnittpunkt der Lissajouskurve mit der Y-Achse, der den Ausschlag der Schwingung mit der Frequenz η · ω in dem Augenblick angibt, in dem die Schwingung mit der Frequenz ω durch Null geht, ergibt eine Meßgröße, die sin (n — ι) β proportional und somit ein Maß für den Winkel β ist, denn falls X=A sin (ω t — ß) =0, ist auch sin η (cot — ß) =0, cos (ω t — ß) = 1 und cos η (ω t — β) = ι.

Es folgt daraus, daß Y = B · sin (η ω t — ß) = B · sin [(η ω t — η β) + {η — ι) β] = B - sin [n(cot—ß)] · cos [(μ — τ) β] +Β-cos η (ω t — β) ■ sin [(# — τ) β] = Β. sin [(η —τ) β].

Wird die Apparatur derart eingestellt, daß B = 1, so ist die Ordinate des Schnittpunktes der Lissajouskurve mit der Y-Achse gleich sin [(n — i) ß] und somit ein direktes Maß für den Winkel (n — 1) ß.

In der Orientierungsrichtung, in der die beiden Schwingungen ω und η · ω gleichzeitig durch Null verlaufen, ist sin (n — ι) β = ο und ist β = ο.

Für β = -^- ist der Maximumwert der Meßgröße

erreicht, worauf die Meßgröße bei zunehmendem β zu einem Minimumwert abnimmt und dann bei β = -^—^ wiederum den in der Orientierungsrichtung auftretenden Wert 0 erreicht, wodurch die Vorrichtung zwangsläufig zu dem Ausgangspunkt zurückkehrt, was sich

jedesmal bei zunehmendem β nach β — —- wiederholt.

Wenn beim Verfahren gemäß der Erfindung ein hoher Faktor η angewendet wird, wird bereits bei der Verstimmung von Richtungen, die einen kleinen Winkel β mit der Orientierungsrichtung einschließen, ein befriedigender Ausschlag erhalten, so daß der Winkel β mit großer Genauigkeit bestimmt werden kann.

Bei einer Empfangsvorrichtung gemäß der Erfindung wird vorzugsweise eine selbsttätige Amplitudenregelung oder ein Begrenzer angewendet, um eine von der Amplitude der beiden Schwingungen ω und nco unabhängige Anzeige zu erhalten.

Bei der oben beschriebenen Vorrichtung entstehen zwei Schwingungen mit in harmonischem Zusammenhang stehenden Frequenzen, die sin (af — ß) bzw. sin (η ω t — ß) proportional waren, da bei der in Fig. 1 beschriebenen Sendevorrichtung sowohl für die Schwingungen mit der Frequenz ω als auch für die Schwingungen mit der Frequenz η ω die Antennen 13 bis 16 derart gespeist werden, daß der Strom in der Antenne 13 in bezug auf die Ströme in den anderen Antennen voreilt. Wenn jedoch die phasenverschiebenden Vorrichtungen 9 und 12 derart angeordnet sind, daß beispielsweise für die Frequenz ω der Strom in der Antenne 13 voreilt und für die Frequenz η ω nacheilt in bezug auf die Ströme in den anderen Antennen, entstehen nach Gleichrichtung zwei Schwingungen, die sin (cot — ß) bzw. sin (η ω t + ß) proportional sind. Es kann in diesem Fall aus der gegenseitigen Lage der beiden Schwingungen eine Meßgröße abgeleitet werden, die entweder durch (w + ι) β bestimmt wird oder sin (n + 1} β proportional ist, da sin (n· co · t + ß) durch sin [n (cot — ß) + (n -+- 1) ß] dargestellt werden kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung des Azimutwinkeis ß, den am Ort eines Empfängers die Richtung zu einem Drehfeldsender mit einer Orientierungsrichtung einschließt, durch empfangsseitige Bestimmung der gegenseitigen Phasenlage zweier Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichartige Drehfelder mit verschiedenen, in einem ganzzahligen Verhältnis stehenden Umlaufgeschwindigkeiten (ω und η ω) ausgesandt werden und empfangsseitig die den beiden Drehfeldern entsprechenden Drehfeldmodulations- 8g schwingungen mit verschiedenen, in einem ganzzahligen Verhältnis η stehenden Frequenzen ihrer Frequenz nach getrennt werden und eine zur Messung der gegenseitigen Phasenlage dieser Schwingungen dienende Phasenmeßeinrichtung steuern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgröße gebildet wird durch den Augenblickswert der Amplitude der Schwingung mit der höchsten Frequenz (η ω) in dem Augenblick, in dem die andere Schwingung (ω) durch Null geht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßgröße, die gleich (n — ι) β ist, aus den beiden Schwingungen abgeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgröße durch den Phasenwinkel zwischen zwei Schwingungen gleicher Frequenz gebildet wird, von denen die eine durch die Schwingung mit der höchsten Frequenz (η ω) gebildet und die andere durch Frequenzvervielfachung der Schwingung mit der niedrigsten Frequenz (ω) erhalten wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwingungen einer Trägerschwingung aufmoduliert in der durch die Orientierungsrichtung und die zu bestimmende Richtung verlaufenden Ebene auftreten.

6. Empfänger zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ge- 11g kennzeichnet durch eine Kathodenstrahlröhre mit zwei Ablenkorganen, die eine Ablenkung des Bündels in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen bewirken und denen die empfangenen Schwingungen zugeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 5565 12.52