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DE1222691B - Navigationsgeraet - Google Patents

Navigationsgeraet

Info

Publication number
DE1222691B
DE1222691B DEG33728A DEG0033728A DE1222691B DE 1222691 B DE1222691 B DE 1222691B DE G33728 A DEG33728 A DE G33728A DE G0033728 A DEG0033728 A DE G0033728A DE 1222691 B DE1222691 B DE 1222691B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
globe
globes
star
earth
center
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEG33728A
Other languages
English (en)
Inventor
Robert V Wagoner Jun
Edwin G Collen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Precision Inc
Original Assignee
General Precision Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Precision Inc filed Critical General Precision Inc
Priority to DEG33728A priority Critical patent/DE1222691B/de
Publication of DE1222691B publication Critical patent/DE1222691B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/02Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by astronomical means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)

Description

  • Navigationsgerät Die Erfindung betrifft ein Navigationsgerät zur Standortbestimmung mit einem Sternglobus, der vom Beobachter nach Sicht mit Sternen zur Deckung gebracht wird, die sich in der Umgebung des ebenfalls ins Sichtfeld gerückten Erdhorizontes befinden, sowie mit einem konzentrisch zum Sternglobus gelagerten Erdglobus, der mit einem Netz von Längen- und Breitenkreisen bedeckt ist, wobei die beiden Globen mittels Sternzeituhr relativ zueinander um die gemeinsarne Polachse drehbar sind.
  • Im Zeitalter des Düsenfluges und der Raumschifffahrt ist es eine immer dringender werdende Aufgabe geworden, den Insassen eines Raumfahrzeuges oder eines schnell fliegenden Flugzeuges jederzeit die Bestimmung ihrer Position über der Erde zu ermöglichen. Zwar wurden bereits zahlreiche Systeme entwickelt, bei denen zur Ermittlung solcher Informationen sehr genau arbeitende Rechengeräte verwendet werden, doch benötigt man auch ein System, bei dem die Benutzung von Rechengeräten nicht erforderlich ist. Zwar erreicht ein solches System die hohe Genauigkeit eines Rechengerätsystems nicht, bietet jedoch den Vorteil, daß es auf Grund einfacher Anweisungen von jeder beliebigen Person bedient werden kann. Beispielsweise kann es infolge Erkrankung eines Raumfahrers während des Pfluges notwendig werden, daß das Fahrzeug von Personen gesteuert wird, die mit den Rechengerätsystemen nicht vertraut sind. Oder es kann vorkommen, daß während des Raumfluges Karten, Tabellen, Rechengeräte usw. zerstört werden. Schließlich können auch Notsituatonen auftreten, in denen die Position des Fahr zeuges nicht in Ruhe berechnet werden kann.
  • Um solchen Situationen zu begegnen, ist bereits in der USA.-Patentschrift 3 002278 ein unabhängies Navigationsgerät bekannt, bei dem eine durchsichtige Himmelskugel mit einem Sternzeitwinkel- und Deklinationsgitter versehen ist, wobei außerdem ein geeignetes Okular vorgesehen ist, um die vom Raumfahrzeug aus zu beobachtende Erdscheibe vom effektiven Mittelpunkt der Himmelshalbkugel aus anzuvisieren. Wenn man eine geeignete Halbkugel entsprechend der relativen Stellung der Erde und des Raumfahrzeuges wählt, kann man das jenseits der Erde beobachtete Sternfeld und insbesondere die die Erdscheibe umgebenden Sterne bei ihrer Beobachtung vom Raumfahrzeug aus auf die auf dem Himmelsglobus markierten Sterne ausrichten. Wenn man den Sternglobus so orientiert, daß zwei bekannte Sterne auf dem Globus mit der beobachteten Stellung der gleichen Sterne im die Erdscheibe umgebenden Sternfeld zusammenfallen, wird der Globus hierbei so orientiert, daß die Polachse des Globus parallel zur Polachse der Erde verläuft. Für diesen Zustand wird das Sternzeitwinkel- und Deklinationsgitter auf dem Sternglobus praktisch auf die Himmeiskugel projiziert, innerhalb deren das Sternfeld beobachtet wird, und die Stellung der Erdscheibe in diesem projizierten Gitter entspricht der Position des Raumfahrzeuges über der Erde. Die genaue Lage des Raumfahrzeuges wird daher dem Mittelpunkt der Erdscheibe entsprechen, da sich dieser auf dem Sternzeitwinkel-und Deklinationsgitter des Sternglobus befindet. Eine Abwandlung des beschriebenen Geräts liefert eine direkte Anzeige der Position des Raumfahrzeuges in Einheiten der auf die Erdoberfläche bezogenen Breiten- und Längengrade. Die Höhe wird durch Messen des die Erdscheibe einschließenden Winkels ermittelt. Eine Zeituhr treibt die Erdhalbkugel gegenüber der Himmelsbaibkugel an.
  • Diesem Navigationssystem haften jedoch mehrere schwerwiegende Nachteile an. Das Auge des Beobachters muß sich genau im Mittelpunkt der Halbkugel befinden. Daher ist dieses Verfahren offensichtlich nicht sehr anpassungsfähig, denn es kann erforderlich sein, unterschiedlich geformte Stützeinrichtungen zur Anpassung an verschiedene Kopfformen bzw. an die verschiedenen Konstruktionen von Helmen, wie sie von Raumfahrern getragen werden, vorzusehen. Jedoch auch dann kann man die Lage des Auges niemals genau bestimmen. Ein weiterer Nachteil besteht in der Verwendung getrennter Halbkugeln, wodurch die Konstruktion des Geräts kompliziert wird. Ferner muß man die gesamte Erdscheibe anvisleren, was bei geringen Flughöhen Schwierigkeiten macht, insbesondere dann, wenn nur ein kleines Betrachtungsfenster zur Verfügung steht, oder wenn das Raumfahrzeug Schlingerbewegungen ausführt. Ferner kann es insbesondere bei geringer Flughöhe schwierig sein, den Mittelpunkt der Erdscheibe zu bestimmen. Größe und Form des Geräts erschweren die Beobachtung eines großen Blickfeldes vom Inneren eines Raumfahrzeuges aus, es sei denn, daß ein großes odier kugelförmiges Beobachtungsfenster zur Verfügung steht.
  • Erfindungsgemäß werden die genannten Nachteile bei einem Navigatio,nsgerät der eingangs bezeichneten Art dadurch vermieden, daß der Sternglobus und der Erdglobus als Vollsphären ausgebildet sind, die gemeinsam um ihren Mittelpunkt frei drehbar sind, daß ferner in an sich bekannter Weise eine Betrachtungsoptik vorgesehen ist, die gleichzeitig und in lage- und maßstabsgereehter Übereinstimmung einen Teilausschnitt des-Himmelsgewölbes und der Globen erfaßt, daß weiterhin im Bildfeld der Betrachtungsoptik kreisbogenförmige Hilfslinien von unterschiedlicher Krümmung, jedoch mit gemeinsamem, in der Bildfeldmitte befindlichem Scheitelpunkt angeordnet sind, die als Vergleichshorizonte für den ins Sichtfeld gerückten Erdhorizont dienen und mit Hilfe von zugeordneten Identifizierungsmarken eine Identifizierung der der augenblicklichen Flughöhe entsprechenden Horizontkrümmung ermögliehen, daß weiter zur Draufsicht auf die Globen ein Einblickfenster vorgesehen ist, durch das ein Fadenkreuz sichtbar ist, dessen Mittelpunkt in der durch die optische Achse der Betrachtungsoptik und den Mittelpunkt der Globen verlaufenden Ebene liegt, und daß schließlich eine Stelleinrichtung vorgesehen ist, die nach Maßgabe von mit den Identifizierungsmarken übereinstimmenden Steilmarken eine derartige manuelle Relativverdrehnng zwischen den Globen und dem Fadenkreuz um eine senkrecht zur vorgenannten Ebene durch den Mittelpunkt der Globen verianfende Achse ermöglicht, daß der Mittelpunkt des Fadenkreuzes auf den dem augenblicklichen Standort entsprechenden Punkt des Erdglobus weist.
  • Ein derartiges Gerät läßt sich mit seinen Abmessungen so ausführen, daß man es leicht in der Hand halten und voll Hand betätigen kann. Die Position des Beobachters nach Höhe sowie nach geographischer Länge und Breite ist durch nur zwei einfache Einstellvorgänge zu ermitteln. Der zweite Einstellvorgang zur Höhenkorrektur kann dabei in Weiterbildung der Erfindung so gestaltet werden, daß entweder die beiden Globen bezüglich einem Fadenkreuz um einen bestimmten Winkel gedreht werden oder daß das Fadenkreuz gegenüber den Globen verschoben wird oder daß sowohl die Globen und das Fadenkreuz festgehalten werden und ihre Ablesung mittels einer der Höhe entsprechend eingestellten Korrekturskala erfolgt.
  • Im folgenden sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben.
  • Fig. la zeigt ein erfindungsgemäßes Navigationsinstrument im Längsschnitt; Fig. lb gibt das Bild wieder, das sich einem Be-Beobachter bietet, der in das optische System des Geräts von der Linie ib-ib in Fig. la aus hineinblickt; F i g. 1 c zeigt eine Ansicht des erfindungsgemäßen Navigationsgeräts gemäß der Linie 1 lc-lc in Fig. la; Fig. ld zeigt die Stelleinrichtung zur Höhenkorrektur gemäß der Erfindung in einer Ansicht gemäß der Linie 1d4d inFig. Ic; F i g. 2 a veranschaulicht schematisch die geometrischen Verhältnisse- beim Anvisieren eines Sterns aus bestimmten Positionen auf und über der Erde; Fig. 2b veranschaulicht das Bild der erwähnten Sterns, wie es ein Beobachter B sieht, der sich gemäß F i g. 2 a auf der Erde befindet; Fig. 2c veranschaulicht das auf dem Horizont liegende Bild des erwähnten Sterns, wie es ein Beobachter C sieht, der sich gemäß F i g. 2 a über der Erde befindet; F i g. 2 d zeigt, auf welche Weise der Beobachter C seine Höhe mit Hilfe des Geräts nach Fig. la bestimmt, indem er die längs der Linie 2d-2dr in F i g. 1 a überlagerten Bilder auswertet; F i g. 3 a zeigt eine abgeänderte Ausbildungsform des in F i g. 1 a gezeigten Geräts; Fig. 3b gibt die Vorderansicht der Ausbildungsform nach F i g. 3 a wieder; F i g. 4 a zeigt eine weitere abgeänderte Ausbildungsform, die derjenigen nach Fig. 3 a ähnelt; F i g. 4b zeigt die Vorderansicht der Ausbildungsform nach F i g. 4 a.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Gerät treibt eine Sternzeituhr 1 einen durchsichtigen Sternglobus 2 an, der sich um einen undurchsichtigen Erdglobus 3 herum dreht. Die. Sternzeituhr 1 ist innerhalb des Erdglobus angeordnet und treibt den Erdglobus 3 und den Sternglobus 2 relativ zueinander über konzentrische Wellen 4 und 5 an. Der Antrieb der Sternzeituhr 1 erfolgt elektrisch oder mechanisch. Auf dem durchsichtigen Sternglobus 2 sind mit phosphoreszierender Farbe die Positionen der wichtigsten Navigationssterne in derjenigen Lage wiedergegeben, in welcher sie vom Mittelpunkt des Globus aus zu betrachten sein würden. Der Sternglobus 2 ist in einem Gehäuse 6 so gelagert, daß er sich gegenüber dem Gehäuse in jeder Richtung ungehindert drehen kann. Die besondere Konstruktion eines Weitwinkele objektivs 7 aus Kunststoff dient dazu, das Bild 11 des Erdhorizonts und der über dem Horizont liegenden Sterne auf die mattierte Rückseite des Objektivs zu fokussieren. Dazu sind die beiden plankonvexen Linsen 7a und 7b mit ihren Planseiten aufeinandergelegt, und die Krümmungsradien der beiden Linsen sind so gewählt, daß die Brennebene der äußeren Linse 7 a mit der Rückseite der inneren Linse 7b zusammenfällt. Um dies zu erreichen, ist der Krümmungsradius der kleineren äußeren Linse 7 a gleich R (n- 1), wobei R der Radius der inneren größeren Linse und n der Brechungsindex beider Linsen des Objektivs 7 ist. Außerdem ist der Krümmungsradius R der äußeren Linse 7a gleich dem Radius des Sternglobus 2. Daher entspricht das durch das Objektiv 7 entworfene Bild 11 eines bestimmten Sternfeldes auf der Rückseite des Objektivs hinsichtlich Größe und Form genau einem der auf dem Sternglobus 2 verzeichneten Sternfelder 10. Auf der mattierten Rückseite des Objektivs 7 sind Kreisbögen 8 eingezeichnet, die der jeweiligen Horizontlinie der Erde bei Betrachtung aus verschiedenen Höhen entsprechen. Diese Kreisbögen 8 berühren sich in einem gemeinsamen, in der Bildfeldmitte gelegenen Scheitelpunkt. Auf den Zweck der Kreisbögen wird weiter unten näher eingegangen.
  • Ein tangential zu dem Sternglobus 2 und der inneren Linse 7b angeordneter halbdurchlässiger Spiegel ermöglicht es einem Beobachter, ein Sternfeld 10 auf dem Sternglobus 2 dem Bild 11 des entsprechenden wirklichen Stemhimmels auf der Rückseite des Linsensystem 7 überlagert zu sehen. Der Sternglobus 2 kann mit der Hand in beliebiger Richtung gedreht werden, da er über Öffnungen 12 und 13 des Gehäuses 6 zugänglich ist. Zur Bestimmung seiner Position hat der Beobachter zunächst das entsprechende Sternfeld 10 auf dem Sternglobus 2 mit dem vom Linsensystem 7 entworfenen Bild 11 des wirklichen Sternhimmels zur Deckung zu bringen. Durch ein Fenster 14, das gegenüber dem betrachteten Scheitelpunkt des Sternglobus unter dem Spiegel 9 um 90° versetzt ist, visiert er sodann den Erdglobus 3 durch der Sternglobus 2 hindurch an. Das Fenster 14 ist auf seiner Vorderseite und seiner Rückseite mit sich kreuzenden Linien 20, 21 versehen, die den lotrecht unter dem Raumfahrzeug liegenden Punkt auf der Erdoberfläche anzeigen. Der Pfeil 21 zeigt hierbei die Richtung zu dem betrachteten Horizont auf der Erde an. Ferner ist eine Stelleinrichtung zur Höhenkorrektur vorgesehen, deren Drehgriff 15 mit dem Gehäuse 6 so verriegelt sein kann, daß er sich nur dann drehen läßt, wenn er in zwangläufige Berührung mit dem Sternglobus 2 gekommen ist. Wenn man den Drehgriff 15 der Stelleinrichtung nach innen drückt, so wird der Sternglobus über ein mit dem Drehgriff verbundenes Profilstück 16 mitgenommen.
  • Ein Zeiger 17 an dem Drehgriff dreht sich gegenüber einer Skala 18, die in Einheiten der Höhe über der Erdoberfläche geeicht ist. Solange der Drehgriff 15 nicht nach innen gedrückt wird und daher nicht an dem Sternglobus 2 angreift, befindet sich ein Keil 19 in seiner Verriegelungsstellung und verhindert das Drehen der Stelleinrichtung. Bei dieser Stellung steht der Zeiger 17 dem Nullpunkt der Skala 18 gegenüber. Ein Linsensystem 22, das aus einem Okular 23 a und einer bildaufrichtenden Linse 23b besteht, dient zum Aufrichten des Bildes der Sterne und des Horizonts. Ein zylindrisches Gehäuse 24 umschließt das Objektiv 7, die Linsen 23 a und 23b sowie den Spiegel 9, so daß das Sternfeld 10 durch den Spiegel 9 in das Linsensystem 22 geworfen wird und mit dem Bild 11 der wirklichen Sterne verglichen werden kann.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung sind die geometrischen Verhältnisse in den F i g. 2 a bis 2 d veranschaulicht. Betrachtet wird eine Sterngruppe D mit einem Stern E, der sich für einen Beobachter A auf der Erde im Zenit befindet. Ein Beobachter B, der sich auf der Erdoberfläche an einem gegenüber dem Standpunkt des Beobachters A um 900 versetzten Punkt befindet, wird die rechte Hälfte der Sterngruppe D oberhalb seines Horizonts sehen, wobei sich der Stern E genau auf dem Horizont in der Mitte seines Blickfeldes befindet. Ein Beobachter C, der sich in der Höhe h oberhalb der Erdoberfläche in einer die Erdoberfläche im Punkte B tangierenden Ebene befindet, wird das gleiche Bild des Horizonts und der Sterngruppe D sehen wie der Beobachter B, abgesehen davon, daß der Horizont des Beobachters C gekrümmt sein wird. Jedoch wird die Sterngruppe D in der gleichen Stellung erscheinen, wie sie dem Beobachter B erscheint, und der gleiche SternE wird genau auf dem Horizont liegen, vorausgesetzt, daß sich der Beobachter C in der gleichen Ebene befindet, in der die PunkteA, B und E sowie der Erdmittelpunkt liegen. In jeder Höhe ermöglicht die Betrachtung bzw. das Bild einer Sterngruppe oberhalb jedes beliebigen Horizonts eine eindeutige Bestimmung der geographischen Position des lotrecht unter dem Beobachter auf der Erdoberfläche liegenden Punktes. Gemäß F i g. 1 a betätigt der Beobachter das Gerät zuerst, indem er über das Linsensystem 22, 7 einen beliebigen Ausschnitt des sichtbaren Horizonts anvisiert. Dabei fällt die optische Achse des Linsensystems ebenfalls in die obenerwähnte Ebene. Dann verstellt der Beobachter mit der Hand den Sternglobus 2, bis das beobachtete Bild 11 der wirklichen Sterne dem Sternfeld 10 auf dem Sternglobus 2 entspricht. Gleichzeitig wird die Horizontlinie im Blickfeld des Beobachters so zentriert, daß sie mit den als Vergieichshonzonte dienenden Hilfslinien 8 verglichen werden kann. Jede Hilfslinie 8 ist mit einer entsprechenden Höhenmarke versehen, so daß der Beobachter seine Höhe durch Interpolation aus den Abständen zwischen dem Bild der wahren Horizontlinie und den Hilfslinien 8 ermitteln kann.
  • Das Bild des beobachteten Horizonts muß die Hilfslinien in deren gemeinsamem Berührungspunkt tangieren. Sobald die Horizonilinien in Deckung gebracht und die Bilder der Sterne einander überlagert sind, drückt der Beobachter den Drehgriff 15 der Stelleinrichtung gegen den Sternglobus 2. Jetzt kann er das Gerät in eine beliebige Stellung bringen. Die Stelleinrichtung wird dann gedreht, bis der Zeiger 17 auf der Skala 18 auf diejenige Höhenmarke zeigt, die der in der soeben beschriebenen Weise ermittelten Höhe entspricht. Zur Einstellung kann man auch andere Höhen anzeigen zu Hilfe nehmen. Nachdem der Beobachter die richtige Höhe eingestellt hat, betrachtet er den Erdglobu 3 durch das Fadenkreuzfenster 14. Der Mittelpunkt des Fadenkreuzes 20, 21 zeigt einen auf der Erdoberfläche liegenden Punkt auf der vom Beobachter zum Erdmittelpunkt verlaufend gedachten Linie an. Der Pfeil 21 gibt dem Beobachter die Richtung an, in der sich der von ihm betrachtete Erdhorizont befindet. Wenn die erforderlichen Informationen aufgezeichnet worden sind, dreht der Beobachter die Stelleinrichtung zur Höhenkorrektur in die Nullstellung zurück, in der die Federn 25 den Drehgriff längs der Keilführungen 19 gegen den Anschlag 26 zurückführen. Gemäß F i g. 2 kann man sagen, daß bei der Benutzung des Geräts zuerst die bildlich Darstellung des Sterufeldes oberhalb von A zur Deckung mit den wirklichen Sternen gebracht wird. Die Höhe, die sich ergibt, wenn man die Horizontiinien zur Deckung bringt, bestimmt dann den Winkel, um den der Erdglobus 3 von C nach B gedreht wird. Der Punkt B lag ursprünglich unter dem Fadenkreuz 20.
  • Zwar ermöglicht es die soeben beschriebene Ausbildungsform in hervorragender Weise, die Grundgedanken der Erfindung zu erläutern, doch ergibt sich hierbei der Nachteil, daß die beiden Globen samt der Uhr mit Hilfe der Stelleinrichtung gegenüber dem feststehenden Fadenkreuz versteift werden müssen. In der Praxis ist es jedoch erheblich leichter, mit der Stelleinrichtung das Fadenkreuz gegenüber dem Erdglobus und dem Sternglobus zu bewegen als umgekehrt. Da es sich um Relativbewegungen handelt, ist das Endergebnis das gleiche. Sobald der Benutzer des Geräts dessen Arbeitsweise verstanden hat, lassen sich mit der zuletzt beschriebenen Abwandlung genauere Ergebnisse erzielen, da die Bedienung einfacher ist.
  • In Fig. 3 a und 3b erkennt man einen Sternglobus 2, der in einem etwas abgeänderten Gehäuse 6a angeordnet ist. An Stelle des Fadenkreuzfensters 14 ist eine sphärisch-rechteckige Öffnung 114 vorgesehen, die ein sich über etwa 600 eines Längenkreises erstreckendes Bild freigibt. Zwischen dem Globus 2 und der Öffnung 114 befindet sich ein starres durchsichtiges Segment 115 aus Kunststoff, auf dem den Vergleichshorizonten 8 der Fig. 2 d entsprechende Linien 116 eingezeichnet sind. Mit anderen Worten, die Nullinie der Linien 116 entspricht der Ablesung der Höhe Null, die mit 50 bezeichnete Linie entspricht einer Höhenablesung von 50 Meilen usw. Innerhalb der Öffnung 114 ist auf Schienen 117 ein Schlitten 118 bewegbar, der in der Mitte sich kreuzende Linien 199, 120 trägt. Vorzugsweise sind zwei Paare von sich kreuzenden Linien vorgesehen, und zwar ein Paar auf der Innenseite und ein zweites Paar auf der Außenseite, um Parallaxenfehler zu vermeiden. Nachdem man die Bilder der Sterne mit den wirklichen Sternen zur Deckung gebracht und die Höhe an Hand der Vergleichshorizonte 8 abgeschätzt hat, wird der Schlitten 118 einfach längs der Schienen bis zu der in Frage kommenden sphärischen Linie 116 oder zu der der richtigen Höhle entsprechenden interpolierten Stellung verschoben.
  • An Stelle des Schlittens 118 kann man auch ein bewegliches Anzeigeorgan 27 aus Kunststoff mit einer der Höhe entsprechenden Skala 27 a nach Fig. 4a verwenden. Das Anzeigeorgan 27 ist starr mit der Stelleinrichtung gemäß F i g. 1 c und 1 d verbunden und besitzt eine Form, die einem Achtel der Oberfläche einer Kugel entspricht. Dieses Anzeigeorgan paßt zwischen den Sternglobus 2 und das Gehäuse 6 nach Fig. la. Das Fadenkreuz 20, 21 in dem Fenster 14 wirkt als ortsfester Zeiger, während sich das Anzeigeorgan 27 zusammen mit dem Drehgriff 15 gegenüber dem Fadenkreuz dreht. Die Höhe wird auf das Fadenkreuz eingestellt, und der Standpunkt des Beobachters befindet sich in dem der Höhe Null entsprechenden Punkt.
  • An Stelle des Linsensystems 7 kann man eine kleinere Linse in Verbindung mit einer kugelförmigen Brennfiäche benutzen, auf die das Bild der Linse projiziert wird, wobei lediglich die Forderung erfüllt sein muß, daß die Größe der projizierten Bilder der wirklichen Sterne allgemein den Sternen auf dem Sternglobus entspricht und daß man die Bilder wirklicher Sterne zur Deckung mit den entsprechenden Sternen auf dem Sternglobus bringen kann. Sollte die Betrachtungslinse während eines Raumfluges beschädigt werden, kann man das Gerät immer noch benutzen, doch da das Bildaufrichtungssystem dann wirkungslos ist, erscheinen die Bilder der Sterne und des Horizontes in umgekehrter Lage.
  • Um die Eriäuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Geräts zu vereinfachen, wurde auf die Lagerung der Globen bisher nicht eingegangen.
  • Es ist jedoch erforderlich, eine ausreichende Zahl von Lagerkugeln in dem Gehäuse vorzusehen, um ungehinderte Drehung des Sternglobus zu gewährleisten, wobei jedoch der Sternglobus zusammen mit dem Erdglobus und der Uhr sicher unterstützt werden muß. Ferner muß man natürlich geeignete Mittel vorsehen, um die Sternuhr aufzuziehen oder zu laden, und diese Mittel müssen periodisch sorgfålig geprüft werden. Die Genauigkeit des Geräts nach der Erfindung hängt von der Größe des Erdglobus ab und richtet sich nach der Art der zu lösenden Aufgabe.
  • Manche Raumfahrzeuge sind für ein erneutes Eintreten in die Erdatmosphäre so konstruiert, daß sie nur im Wasser niedergehen können. Daher besteht die unter Umständen einzige mit Hilfe eines solchen Geräts zu lösende Ortungsaufgabe darin, dafür zu sorgen, daß das Fahrzeug über dem Aflantischen oder Pazifischen Ozean niedergeht. Zwar könnte dies auf den ersten Blick als leichte Aufgabe erscheinen, doch darf man den physischen Zustand der Mannschaft eines Raumfahrzeuges nicht unberücksicht lassen. In einem solchen Falle ermöglicht es ein kleines Gerät, bei dem der Durchmesser des Sternglobus und der Gehäusequerschnitt weniger als etwa 300 mm beträgt, ohne Schwierigkeit nicht nur genau festzustellen, ob das Fahrzeug zu Land oder zu Wasser niedergehen wird, sondern es ermöglicht auch die Ermittlung des Staates oder Landes bzw.
  • Bezirks, in dem die Landung erfolgt. Das Gerät läßt sich auch auf Schiffen und in großen Flugzeugen verwenden, und wenn der Durchmesser des Erdglobus etwa 0,90 m beträgt, kann die Positionsbestimmung mit ziemlich hoher Genauigkeit erfolgen.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. Navigationsgerät zur Standortbestimmung mit einem Sternglobus, der vom Beobachter nach Sicht mit Sternen zur Deckung gebracht wird, die sich in der Umgebung des ebenfalls ins Sichtfeld gerückten Erdhorizontes befinden, sowie mit einem konzentrisch zum Sternglobus gelagerten Erdglobus, der mit einem Netz von Längen- und Breitenkreisen bedeckt ist, wobei die beiden Globen mittels einer Sternzeituhr relativ zueinander um die gemeinsame Polachse drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sternglobus (2) und der Erdglobus (3) als Vollsphären ausgebildet sind, die gemeinsam um ihren Mittelpunkt frei drehbar sind, daß ferner in an sich bekannter Weise eine Betrachtungsoptik (7, 9, 22) vorgesehen ist, die gleichzeitig und in lage- und maßstabgerechter Übereinstimmung einen Teilausschnitt des Himmelsgewölbes und der Globen (2, 3) erfaßt, daß weiterhin im Bildfeld der Betrachtungsoptik kreisförmige Hilfslinien (8) von unterschiedlicher Krümmung, jedoch mit gemeinsamem, in der Bildfeldmitte befindlichem Scheitelpunkt angeordnet sind, die als Vergleichshorizont dienen und mit Hilfe von zugeordneten Identifizierungsmarken eine Identifizierung der der augenblicklichen Flughöhe entsprechenden Horizontkrümmung ermöglichen, daß weiterhin zur Draufsicht auf die Globen (2, 3) ein Einblickfenster (14 bzw. 114) vorgesehen ist, durch welches ein Fadenkreuz (20, 21 bzw. 119, 120) sichtbar ist, dessen Mittelpunkt in der durch die optische Achse der Betrachtungsoptik und den Mittelpunkt der Globen verlaufenden Ebene liegt, und daß schließlich eine Stelleinrichtung vorgesehen ist, die nach Maßgabe von mit den Identifizierungsmarken übereinstimmenden Stellmarken eine derartige manuelle Reiativverdrehung zwischen den Globen und dem Fadenkreuz um eine senkrecht zur vorgenannten Ebene durch den Mittelpunkt der Globen verlaufende Achse ermöglicht, daß der Mittelpunkt des Fadenkreuzes auf den dem augenblicklichen Standort entsprechenden Punkt des Erdglobus weist.
  2. 2. Navigationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullstellung der Stelleinrichtung und damit die anfängliche Relativstellung zwischen den Globen und dem Fadenkreuz dem Fall entspricht, daß der Erdhorizont im Sichtfeld der Betrachtungsoptik entsprechend der Flughöhe Null als geradlinig identifiziert wird.
  3. 3. Navigationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fadenkreuz (20, 21) feststeht und die Globen (2, 3) durch die Stelleinrichtung verdrehbar sind, wobei die Stelleinrichtung aus einem über ein Profilstück (16) am Sternglobus (2) angreifenden Drehgriff (15) besteht, der nach Maßgabe eines über eine Stellmarkenskala (18) laufenden Zeigers (17) einstellbar sowie in der Nullstellung durch die Kraft einer Feder (25) ausrückbar und mittels einer Keilführung (19) gegen Drehung verriegelbar ist (Fig. 1c und led).
  4. 4. Navigationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Indeckungbringen des Sternglobus (2) mit dem betrachteten Himmelsausschnitt die Globen (2, 3) feststellbar und das Fadenkreuz (119, 120) verdrehbar ist, wobei die Stelleinrichtung durch einen das Fadenkreuz tragenden Schlitten (118) gebildet ist, der auf kreisbogenförmigen Schienen (117) verschiebbar ist, die an einem durchsichtigen Segment (115) befestigt sind, welches im Blickfeld des Fadenkreuzes auch die Stellmarkenskala (116) trägt (Fig. 3a und 3b).
  5. 5. Navigationsgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Abänderung, daß an Stelle einer Relativverdrehung zwischen den Globen und dem Fadenkreuz eine Verdrehung einer Korrekturskala gegenüber einem feststehenden Fadenkreuz (20,21) erfolgt, wobei die Korrekturskala im Blickfeld des Fadenkreuzes auf einem um die bisherige Relatiwerdrehungsachse mit einem Drehgriff (15) schwenkbaren durchsichtigen sphärisch-dreieckigen Anzeigeorgan (27) angeordnet ist und Korrekturmarken (27a) enthält, die mit den Identifizierungsmarken der als Vergleichshorizonte dienende Hilfslinien (8) übereinstimmen und so angeordnet sind, daß bei Einstellung der der jeweils ermittelten Identifizierungsmarke entsprechenden Korrekturmarke (27a) auf das Fadenkreuz sich der dem augenblicklichen Standort entsprechende Punkt des Erd globus unter dem Nullpunkt der Korrekturskala befindet (Fig. 4a und 4b).
  6. 6. Navigationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betrachtungsoptik aus zwei plankonvexen, mit ihren Planseiten einander zugekehrten Linsen (7a, 7b), einem bildaufrichtenden Okular (22) und einem halbdurchlässigen Spiegel (9) zum Einspiegeln des Sternglobus (2) besteht und daß die als VergleicEshorizonte dienenden Hilfslinien (8) auf der Rückseite des Linsensystems (7a, 7b) aufgetragen sind.
  7. 7. Navigationsgerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungsmarken der als Vergleichshorizonte dienenden Hilfslinien (8) sowie die Stellmarken (18 bzw.
    116) der Stelleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4 bzw. die Korrekturmarken (27a) der Korrekturskala nach Anspruch 5 in Höhenwerten gegenüber dem Erdboden geeicht sind.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 147 690; USA.-Patentschriften Nr. 2508 027, 3 002278.
DEG33728A 1961-12-01 1961-12-01 Navigationsgeraet Pending DE1222691B (de)

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