DE1222691B

DE1222691B - Navigation device

Info

Publication number: DE1222691B
Application number: DEG33728A
Authority: DE
Inventors: Robert V Wagoner Jun; Edwin G Collen
Original assignee: General Precision Inc
Current assignee: General Precision Inc
Priority date: 1961-12-01
Filing date: 1961-12-01
Publication date: 1966-08-11

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.Navigation device The invention relates to a navigation device for determining location with a star globe, which the observer has brought into line with stars that is located in the vicinity of the earth's horizon, which is also moved into the field of vision are located, as well as with a terrestrial globe mounted concentrically to the star globe, the is covered with a network of longitudes and latitudes, the two globes are rotatable relative to each other around the common polar axis by means of a sidereal time clock.

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. In the age of jet flight and space travel, it is one increasingly urgent task has become the occupant of a spacecraft or of a fast-flying aircraft to determine their position at any time to enable the earth. Although numerous systems have already been developed at who used very accurate computing devices to determine such information but one also needs a system in which the use of computing devices is not required. It is true that such a system achieves the high accuracy of a Computing device system does not, however, has the advantage that it is simpler Instructions can be operated by anyone. For example, can as a result of the illness of a spaceman while plowing, it becomes necessary that the vehicle is being controlled by people unfamiliar with the computing device systems are familiar. Or it can happen that maps, tables, Computing devices etc. are destroyed. Finally, emergency situations can also occur in which the position of the vehicle cannot be calculated at rest.

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. To counter such situations is already in the USA. Patent 3 002278 an independent navigation device known in which a transparent celestial sphere is provided with a sidereal time angle and declination grid, and also a A suitable eyepiece is provided around the disk of the earth to be observed from the spacecraft sight from the effective center of the celestial hemisphere. If you have a appropriate hemisphere according to the relative position of the earth and the spacecraft one can choose the star field observed beyond the earth and in particular the the stars surrounding the Earth's disk when observed from the spacecraft align the stars marked on the celestial globe. When you see the star globe oriented so that two known stars on the globe with the observed position of the same stars coincide in the star field surrounding the earth's disk the globe here so oriented that the polar axis of the globe is parallel to the polar axis the earth runs. The sidereal time angle and declination grid is used for this state projected onto the celestial sphere on the star globe, within which the Star field is observed, and the position of the earth's disk is projected into it Grid corresponds to the position of the spacecraft above the earth. The exact location of the spacecraft will therefore correspond to the center of the earth's disk, since this is located on the sidereal time angle and declination grid of the star globe. A modification of the device described provides a direct indication of the position of the spacecraft in units of latitude and Degrees of longitude. The height is determined by measuring the angle that includes the earth's disk determined. A clock drives the hemisphere opposite the celestial belly ball.

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. However, there are several serious disadvantages associated with this navigation system at. The observer's eye must be exactly in the center of the hemisphere. So this procedure is obviously not very adaptable because it can may be necessary to adapt to differently shaped support devices different head shapes or the different designs of helmets, such as to be carried by space travelers. However, even then you can see the location of the eye never exactly determine. Another disadvantage is the use more separated Hemispheres, which complicates the construction of the device will. Furthermore, you have to sight the entire earth disk, which is at low altitudes Difficulties, especially if you only have a small viewing window is available or when the spacecraft is rolling. Further it can be difficult to find the center of the earth's disk, especially at low altitudes to determine. The size and shape of the device make it difficult to observe a large one Field of view from inside a spacecraft, unless a large odier spherical observation window is available.

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. According to the invention, the disadvantages mentioned in a navigation device of the type described above avoided in that the star globe and the terrestrial globe are designed as full spheres which can be freely rotated together around their center are that a viewing optics is also provided in a manner known per se, which at the same time and in correct position and scale correspondence a partial section des-sky vaults and the globes recorded that still in the field of view of the viewing optics Circular arc-shaped auxiliary lines of different curvature, but with a common are arranged in the center of the image field, which are used as comparison horizons serve for the earth's horizon moved into the field of view and with the help of assigned Identification marks an identification that corresponds to the current flight altitude The curvature of the horizon enables a viewing window to continue to the plan view of the globes is provided through which a crosshair is visible, the center of which is in the running through the optical axis of the viewing optics and the center of the globes Level lies, and that finally an adjusting device is provided that after Provided that steep marks match the identification marks, one of these manual relative rotation between the globes and the crosshairs to a vertical to the above-mentioned plane through the center of the globes allows axis to merge, that the center of the crosshair is on the corresponding to the current location Point of the earth globe points.

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. Such a device can be designed with its dimensions in such a way that that you can easily hold it in your hand and operate it with full hand. The position of the observer according to height as well as according to longitude and latitude is by only to determine two simple adjustment processes. The second adjustment process for altitude correction can be designed in a development of the invention so that either the both globes can be rotated by a certain angle with respect to a crosshair or that the crosshairs are moved with respect to the globes, or that both the Globes and the crosshairs are recorded and their reading using one of the According to the set correction scale.

Im folgenden sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben. Several exemplary embodiments of the invention are given below of the drawings.

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. Fig. La shows a navigation instrument according to the invention in longitudinal section; Fig. Lb shows the image that is presented to an observer looking into the optical System of the device looking in from the line ib-ib in Fig. La; F i g. 1c shows a view of the navigation device according to the invention along the line 1 lc-lc in Fig. La; Fig. Ld shows the adjusting device for height correction according to the invention in a view along the line 1d4d inFig. Ic; F i g. 2 a illustrates schematically the geometrical relationships - when aiming at a star from certain positions on and above the earth; Fig. 2b illustrates the image of the mentioned star, such as it sees an observer B, who according to FIG. 2 a is located on the earth; Fig. Figure 2c illustrates the image of the mentioned star lying on the horizon, such as it sees an observer C, who according to FIG. 2 a is located above the earth; F i G. 2 d shows how the observer C adjusts his height with the aid of the device according to Fig. La determined by the along the line 2d-2dr in F i g. 1 a superimposed Evaluates images; F i g. 3 a shows a modified form of the embodiment shown in FIG. 1 a device shown; Fig. 3b gives the front view of the embodiment according to F. i g. 3 a again; F i g. 4 a shows a further modified embodiment, the that of Figure 3a is similar; F i g. 4b shows the front view of the embodiment according to FIG. 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. In the device according to the invention, a sidereal time clock 1 drives one transparent star globe 2, which revolves around an opaque terrestrial globe 3 turns around. The. Sidereal time clock 1 is arranged inside the terrestrial globe and drives the terrestrial globe 3 and the star globe 2 relative to one another via concentric waves 4 and 5. The sidereal time clock 1 is driven electrically or mechanically. on The positions of the transparent star globe 2 are with phosphorescent color of the most important navigation stars in the position in which they would be seen from the center of the globe. The star globe 2 is mounted in a housing 6 so that it faces the housing in every direction can rotate freely. The special construction of a wide angle lens 7 made of plastic is used to create the image 11 of the earth's horizon and the one above the horizon focus on lying stars on the frosted back of the lens. In addition the two plano-convex lenses 7a and 7b are placed on top of one another with their flat sides, and the radii of curvature of the two lenses are chosen so that the focal plane of the outer lens 7 a coincides with the back of the inner lens 7 b. To this to achieve, the radius of curvature of the smaller outer lens 7 a is equal to R (n- 1), where R is the radius of the inner larger lens and n is the refractive index of both Lenses of the lens 7 is. In addition, the radius of curvature is R of the outer lens 7a equals the radius of the star globe 2. Therefore, this corresponds through the lens 7 of a certain star field on the back of the lens exactly one of those recorded on the star globe 2 in terms of size and shape Star fields 10. Circular arcs 8 are drawn in on the matted rear side of the lens 7, that of the respective horizon line of the earth when viewed from different heights correspond. These circular arcs 8 touch each other in a common, in the center of the image field located vertex. On the purpose of the arcs will continue detailed below.

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. One arranged tangentially to the star globe 2 and the inner lens 7b semitransparent mirror allows an observer to see a star field 10 on the Star globe 2 to picture 11 of the corresponding real star sky on the back of the lens system 7 can be seen superimposed. The star globe 2 can be moved by hand in any Direction can be rotated, since it is accessible via openings 12 and 13 of the housing 6 is. To determine his position, the observer first has the appropriate Star field 10 on the star globe 2 with the image 11 designed by the lens system 7 of the real starry sky to coincide. Through a window 14 opposite the observed vertex of the star globe under the mirror 9 offset by 90 ° is, he then aims at the terrestrial globe 3 through the star globe 2. That Window 14 is on its front and back with intersecting lines 20, 21, which indicate the point lying perpendicularly below the spacecraft on the Show earth's surface. The arrow 21 here shows the direction to the observed Horizon on earth. Furthermore, an adjusting device for height correction is provided, whose rotary handle 15 can be locked to the housing 6 so that it is only then can be rotated when it has inevitably come into contact with the star globe 2. If the rotary handle 15 of the actuating device is pushed inwards, the star globe becomes taken along via a profile piece 16 connected to the rotary handle.

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.A pointer 17 on the rotary handle rotates with respect to a scale 18, which is calibrated in units of the height above the surface of the earth. As long as the twist grip 15 is not pressed inwards and therefore does not attack the star globe 2, a wedge 19 is in its locked position and prevents rotation the actuating device. In this position, the pointer 17 is the zero point Scale 18 opposite. A lens system 22, which consists of an eyepiece 23 a and an image erecting Lens 23b is used to erect the image of the stars and the horizon. A cylindrical housing 24 encloses the objective 7, the lenses 23 a and 23 b and the mirror 9, so that the star field 10 through the mirror 9 into the lens system 22 is thrown and can be compared with the picture 11 of the real stars.

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. For a better understanding of the invention, the geometric relationships are in Figs. 2a to 2d illustrated. A star group D is considered with a star E, which is at the zenith for an observer A on earth. A Observer B, who is on the surface of the earth at a point opposite the position of the Observer A is offset by 900 point, becomes the right half of the star group D can be seen above its horizon, with the star E exactly on the horizon is in the center of his field of vision. An observer C who is in height h above the earth's surface in a tangent to the earth's surface at point B. Level, will see the same image of the horizon and the star group D. like observer B, except that the horizon of observer C is curved will be. However, the star group D will appear in the same position as it appears to observer B, and the same star E. will be right on the horizon assuming that the observer C is in the same plane, in which the points A, B and E as well as the center of the earth lie. Allows at any height the observation or the image of a group of stars above any horizon a clear determination of the geographical position of the perpendicular under the observer point lying on the earth's surface. According to FIG. 1 a is operated by the observer the device first by using the lens system 22, 7 any cutout of the visible horizon. The optical axis of the lens system falls also in the above-mentioned level. Then the observer adjusts with his hand the star globe 2 until the observed image 11 of the real stars the star field 10 on the star globe 2 corresponds. At the same time, the horizon line is in the field of vision of the observer centered in such a way that they are aligned with the auxiliary lines that serve as comparative honzonts 8 can be compared. Each auxiliary line 8 has a corresponding height mark provided so that the observer can determine his height by interpolating from the distances can determine between the image of the true horizon line and the auxiliary lines 8.

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.The image of the observed horizon must have the auxiliary lines in common Tangent to the point of contact. As soon as the horizon lines are brought into cover and the Images of the stars are superimposed, the observer presses the twist grip 15 of the adjusting device against the star globe 2. Now he can turn the device into a bring any position. The actuator is then rotated until the pointer 17 on the scale 18 points to that height mark which is the one just described Corresponds to the determined height. Other heights can also be displayed for setting to help. After the observer has set the correct height, consider he the terrestrial globe 3 through the crosshair window 14. The center of the crosshair 20, 21 shows a point on the earth's surface on that of the observer the imaginary line running to the center of the earth. The arrow 21 gives the observer indicates the direction in which the earth horizon he is looking at is located. if the necessary information has been recorded, the observer turns the adjusting device for height correction back to the zero position in which the springs 25 return the rotary handle along the wedge guides 19 against the stop 26. According to FIG. 2 it can be said that when using the device first the figurative Representation of the steru field above A to cover the real stars is brought. The height that results when you use the horizontal lines to cover then determines the angle by which the terrestrial globe 3 is rotated from C to B. Point B was originally below crosshair 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. It is true that it enables the form of training just described to be excellent Way of explaining the principles of the invention, but this results in the Disadvantage that the two globes together with the clock with the help of the setting device opposite the fixed crosshairs must be stiffened. In practice, however, it is considerably easier, with the adjusting device, the crosshairs compared to the terrestrial globe and to move the star globe than vice versa. Since we are dealing with relative movements, the end result is the same. Once the User of the device whose mode of operation can be understood with the modification described last get more accurate results because it is easier to use.

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. In Fig. 3 a and 3b can be seen a star globe 2, which in a somewhat modified housing 6a is arranged. Instead of the crosshair window 14 a spherical-rectangular opening 114 is provided, which extends over about 600 releases a longitude extending image. Between the globe 2 and the opening 114 is a rigid transparent segment 115 made of plastic on which lines 116 corresponding to the comparison horizons 8 of FIG. 2 d are drawn in. In other words, the zero line of lines 116 corresponds to the reading of the height Zero, the line labeled 50 corresponds to an altitude reading of 50 miles etc. Within the opening 114, a slide 118 is movable on rails 117, which bears lines 199, 120 crossing in the middle. Preferably there are two pairs provided by intersecting lines, namely a pair on the inside and a second pair on the outside to avoid parallax errors. After one the images of the stars and the real stars are aligned and the height has estimated on the basis of the comparison horizons 8, the slide 118 becomes simple along the rails to the spherical line 116 in question or to the the interpolated position corresponding to the correct cave has been moved.

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. Instead of the slide 118, a movable display element can also be used Use 27 made of plastic with a scale corresponding to the height 27 a according to FIG. 4a. The display element 27 is rigid with the adjusting device according to FIG. 1 c and 1 d connected and has a shape that corresponds to one eighth of the surface of a sphere. This display element fits between the star globe 2 and the housing 6 according to FIG. la. The crosshairs 20, 21 in the window 14 acts as a stationary pointer while the display element 27 together with the rotary handle 15 opposite the crosshairs turns. The height is set on the crosshair, and the observer's position is at the point corresponding to the zero height.

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. Instead of the lens system 7, a smaller lens can be connected with a spherical focal surface onto which the image of the lens projects is, where only the requirement must be met that the size of the projected Images of the real stars generally correspond to the stars on the star globe and that the images of real stars are made to coincide with the corresponding stars can bring on the star globe. Should be the viewing lens during a space flight damaged, you can still use the device, but the image erecting system is then ineffective, the images of the stars and the horizon appear in reverse Location.

Um die Eriäuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Geräts zu vereinfachen, wurde auf die Lagerung der Globen bisher nicht eingegangen. To explain the operation of the device according to the invention To simplify, the storage of the globes has not yet been discussed.

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.However, it is necessary to have a sufficient number of bearing balls to be provided in the housing to ensure unhindered rotation of the star globe, however, the star globe together with the terrestrial globe and the clock must become. Furthermore, one must of course provide suitable means for the star clock draw up or charge, and these funds must be carefully checked periodically will. The accuracy of the device according to the invention depends on the size of the terrestrial globe and depends on the type of task to be solved.

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.Some spacecraft are in favor of re-entering the Earth's atmosphere constructed in such a way that they can only go down in the water. Hence the under Under certain circumstances, the only location task to be solved with the help of such a device is see to it that the craft descends over the Aflantic or Pacific Ocean. At first glance, this might seem like an easy task, but it is allowed the physical condition of the crew of a spacecraft is not neglected permit. In such a case it allows a small device in which the diameter of the star globe and the case cross-section is less than about 300 mm without Difficulty not only to determine exactly whether the vehicle is on land or water will go down, but it also allows the state or country to be identified respectively.

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.District in which the landing takes place. The device can also be used Ships and use in large aircraft, and if the diameter of the terrestrial globe is about 0.90 m, the position can be determined with fairly high accuracy take place.

Claims

Claims: 1. Navigation device for location determination with a Star globe, which is brought into line with stars by the observer, which are located in the vicinity of the earth's horizon, which is also in the field of vision, as well as with a terrestrial globe mounted concentrically to the star globe, which is connected to a Network of longitudes and latitudes is covered, the two globes by means of a sidereal time clock are rotatable relative to each other about the common polar axis, thereby characterized in that the star globe (2) and the terrestrial globe (3) are designed as full spheres are, which are freely rotatable together about their center, that also in itself a known way a viewing optics (7, 9, 22) is provided, which at the same time and a partial section of the celestial vault in correct position and scale and the globes (2, 3) detected that still circular in the image field of the viewing optics Auxiliary lines (8) of different curvature, but with a common one, in the center of the image field located vertex are arranged, which serve as a comparison horizon and with the help of assigned identification marks an identification of the current one Flying height corresponding horizon curvature allow that to continue to the plan view an inspection window (14 or 114) is provided on the globes (2, 3) through which a crosshair (20, 21 or 119, 120) is visible, the center of which is in the through the optical axis of the viewing optics and the center of the globes Level lies, and that finally an adjusting device is provided that after Provided that the positioning marks match the identification marks, one of these manual relative rotation between the globes and the crosshairs around a plane perpendicular to the aforementioned plane through the center of the globes Axis allows the center of the crosshair to be on the current Corresponding point of the earth globe.

2. Navigation device according to claim 1, characterized in that the zero position of the adjusting device and thus the initial relative position between the globes and the crosshairs corresponds to the case that the earth's horizon in the field of view of the viewing optics according to the flight altitude zero as straight is identified.

3. Navigation device according to claim 1 or 2, characterized in that that the crosshair (20, 21) is fixed and the globes (2, 3) by the adjusting device are rotatable, the adjusting device consisting of a profile piece (16) on the star globe (2) attacking rotary handle (15) is made according to a a setting mark scale (18) moving pointer (17) adjustable as well as in the zero position can be disengaged by the force of a spring (25) and counteracted by means of a wedge guide (19) Rotation is lockable (Fig. 1c and led).

4. Navigation device according to claim 1 or 2, characterized in that that after bringing the star globe (2) into coincidence with the part of the sky under consideration the globes (2, 3) can be locked and the crosshairs (119, 120) can be rotated, with the adjusting device is formed by a carriage (118) carrying the crosshair is, which is slidable on circular arc-shaped rails (117) attached to a transparent Segment (115) are attached, which in the field of view of the crosshairs also the setting mark scale (116) (Fig. 3a and 3b).

5. Navigation device according to claim 1, characterized by the modification, that in place relative rotation between the globes and the crosshairs Rotation of a correction scale in relation to a fixed crosshair (20,21) takes place, with the correction scale in the field of view of the crosshairs on a previous relative rotation axis with a rotary handle (15) pivotable transparent spherical-triangular display element (27) is arranged and correction marks (27a) contains, the one with the identification marks serving as comparison horizons Auxiliary lines (8) match and are arranged so that when setting the the each identified identification mark corresponding correction mark (27a) the crosshair is the point on the earth corresponding to the current location globe is below the zero point of the correction scale (Fig. 4a and 4b).

6. Navigation device according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the viewing optics consists of two plano-convex, with their flat sides facing each other Lenses (7a, 7b), an image erecting eyepiece (22) and a semitransparent There is a mirror (9) for reflecting the star globe (2) and that these are used as comparative horizons Serving auxiliary lines (8) applied to the back of the lens system (7a, 7b) are.

7. Navigation device according to claim 1 to 6, characterized in that that the identification marks of the auxiliary lines serving as comparison horizons (8) and the positioning marks (18 resp.

116) of the adjusting device according to claim 3 or 4 or the correction marks (27a) of the correction scale according to claim 5, calibrated in height values with respect to the ground are.

Documents considered: British Patent No. 147 690; U.S. Patent Nos. 2508 027, 3 002278.