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Navigationsverfahren Die Erfindung betrifft ein Navigationsverfahren,
bei dem sendeseitig zum Erzeugen von Navigafions st;ìndlinien von zwei Sendepunkten
aus, die einen vrgegebenen gegenseitigen Abstand besitzen, je eine Zeitmarke und
von einem dritten Sendepunkt aus, d r sich angenähert im Symmetriepunkt der zwei
< ndepunkte befindet, eine Bezugszeitmarke gleich-- :tig ausgestrahlt werden.
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Ein bekanntes Funk-Navigationsverfahren, das mit dm Verfahren der
vorstehend angegebenen Art durch die Verwendung zweier zu einem dritten Sendepunkt
symmetrisch liegender Sendepunkte vergleichbar ist, sieht zum Ermöglichen einer
passiven empfangsseitigen Richtungsbestimmung zum mittleren der Sendepunkte die
Aussendung empfangsseitig gleichfrequentmachbarer Schwingungen mit unterscheidbarer
gegenseitiger Phase, beispielsweise mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von
1800, und den empfangsseitigen Phasenvergleich dieser Schwing gungen mit einer von
dem mittleren Sendepunkt gleichzeitig ausgestrahlten Bezugsschwingung vor.
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Weiterhin existiert bekanntlich eine umfangreiche Literatur über
eine Vielzahl bislang realisierter, in überwiegender Anzahl jedoch unrealisierter
Ausführungsbeispiele von Navigationssystemen, die auf dem Hyperbel-Navigationsprinzip
beruhen und vornehmlich Funk-Navigationssysteme sind, prinzipiell jedoch auch mit
Licht- oder Schallwellen arbeiten können.
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Diese sogenannten Hyperbel-Navigationssysteme enthalten bekanntlich
sendeseitig mindestens drei zu einer Sendekette zusammengefaete Sendepunkte mit
vorgegebenem gegenseitigem Abstand. Uber diese Sendepunkte werden entweder Impulse
als Zeitmarken oder gleichfrequente bzw. empfangsseitig gleich frequentmachbare
Schwingungen ausgestrahlt. Im Fall der Ausstrahlung von Impulsen werden hierdurch
Navigationsstandlinien erzeugt, die die Ortskurven konstanter Laufzeitdifferenzen
der von jeweils zwei der Sendepunkte ausgestrahlen Impulse sind und die Hyperbeln
mit den zugeordneten Sendepunkten als Brennpunkte darstellen. Im Fall der kontinuierlichen
Ausstrahlung von gleichfrequenten bzw. gleichfrequentmachbaren Schwingungen wird
bei den Hyperbel-Navigationssystemen bekanntlich empfangsseitig die Phasendifferenz
der von je zwei Sendepunkten ausgestrahlten Schwingungen bestimmt, wodurch sich
wiederum hyperbelförmige Navigationsstandlinien ergeben.
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Nachteilig an dem bekannten, der Richtungsbestimmung dienenden Navigationsverfahren
ist die prinzipielle Unmöglichkeit der Umrechnung von V inkel- in Entfernungswerte.
Auch mit den bekannten Hyperbel-Navigationssystemen ist unmittelbar nicht die Entfernung
eines Empfangspunktes zu einem Bezugspunkt gewinnbar, sondern nur die Kenntnis derjenigen
Navilgationsstandlinie, auf der sich der Empfangspunkt befindet, und bei Schnittpunktbildung
mindestens zweier Navigationsstandlinien die Kenntnis über den augenblicklichen
Standort des Empfangspunktes; erst aus diesem Standort ließe sich die Entfernung
zu einem Bezugspunkt errechnen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Navigationsverfahren
der eingangs genannten Art anzugeben, das die passive Entfernungsbestimmung einer
unbeschränkten Anzahl von Empfangspunkten zu einem Bezugspunkt ermöglicht, ohne
daß - wie bei einem weiterhin bekannten Funk-Navigationssystem, mit dem die passive
Bestimmung der Entfernungen einer unbeschränkten Anzahl von Empfangspunkten zu einem
Sendepunkt durchführbar ist - in jedem der Empfangspunkte ein Frequenz-oder Zeitnormal
mitgeführt werden muß. Bei diesem bekannten System wird in den einzelnen Empfangspunkten
die Entfernung nämlich dadurch bestimmt, daß vom Sendepunkt eine Schwingung mit
sehr hoher Frequenzgenauigkeit ausgestrahlt und in den einzelnen Empfangspunkten
mit den Schwingungen des dortigen Frequenznormals phasenmäßig verglichen wird, wobei
die gewonnene Phasendifferenz ein Maß für die gesuchte Entfernung ist. An Stelle
einer Phasenmessung ist hierbei auch eine Laufzeitmessung durchführbar, wenn von
dem Sendepunkt Impulse zu vorgegebenen Zeitpunkten ausgesandt und in den Empfangspunkten
mit dann dort vorgesehenen Zeitnormalen verglichen werden, um Zeitdifferenzen zu
bestimmen, die ein Maß für die jeweilige Entfernung sind.
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Die Erfindung besteht bei einem Navigationsverfahren der einleitend
genannten Art darin, daß emp-
fangsseitig die Zeitdifferenz zwischen
dem zeitlichen Mittelpunkt der Empfangszeitpunkte der zwei Zeitmarken und dem Empfangszeitpunkt
der Bezugszeitmarke ermittelt wird. Die so ermittelte Zeitdifferenz definiert Navigationsstandlinien,
die die jeweilige Entfernung des Empfangspunktes von dem dritten Sendepunkt innerhalb
eines vorgegebenen, um die Symmetrieachse der zwei Sendepunkte liegenden Winkelbereiches
angeben, wobei der mit vorgegebener Genauigkeit- auswertbare Entfernungsbereich
von dem gegenseitigen Abstand der zwei Sendepunkte abhängt.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird der Winkelbereich der
im wesentlichen richtungs- und höhenunabhängigen Erzeugung der Navigationsstandlinien,
die die Entfernung der Empfangspunkte von dem dritten Sendepunkt definieren, dadurch
vergrößert, daß von mehr als den zwei Sendepunkten einer geradzahligen Anzahl aus
paarweise Zeitmarken gleichzeitig ausgestrahlt werden, wobei alle diese Sendepunkte
angenähert auf einem Kreis um den dritten Sendepunkt paarweise einander gegenüberliegen,
und daß empfangsseitig die Summe der Zeitdifferenzen ausgewertet wird, die aus den
Empfangszeitpunkten der von den paarweise sendenden Sendepunkten stammenden Zeitmarken
in Verbindung mit der zugeordneten Bezugszeitmarke getrennt ermittelt werden.
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Das Navigationsverfahren der einleitend genannten Art ist im Sinn
der Erfindung auch umkehrbar in der Weise, daß der Empfangspunkt durch einen Sendepunkt
und die drei Sendepunkte durch drei Empfangspunkte ersetzt werden. Bei dieser Umkehrung
wird empfangsseitig die Zeitdifferenz zwischen dem zeitlichen Mittelwert der Empfangszeitpunkte
der von dem Sendepunkt ausgestrahlten, in den zwei Empfangspunkten empfangenen Zeitmarke
und dem Empfangszeitpunkt der gleichen Zeitmarke im dritten Empfangspunkt ermittelt.
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Soll bei dieser Umkehrung der Winkelbereich der im wesentlichen richtungs-
und höhenunabhängigen Erzeugung der Navigationsstandlinien, die die Entfernung des
Sendepunktes von dem dritten Empfangspunkt definieren, wiederum vergrößert werden,
so werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung an mehr als zwei Empfangspunkten
einer geradzahligen Anzahl paarweise die Zeitmarke von dem Sendepunkt empfangen,
wobei alle diese Empfangspunkte angenähert auf einem Kreis um den dritten Empfangspunkt
paarweise einander gegenüberliegen, und schließlich wird empfangsseitig die Summe
der Zeitdifferenzen ausgewertet, die aus den Empfangszeitpunkten der Zeitmarke in
den jeweils einander gegenüberliegenden Empfangspunkten und dem Empfangszeitpunkt
im dritten Empfangspunkt getrennt ermittelt werden.
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Wie ersichtlich, unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand wesentlich
vom Gegenstand eines auf eine ältere, jedoch nicht vorveröffentlichte Erfindung
zurückgehenden Patentes, das ein Funk-Navigationsverfahren betrifft, mit dem die
gleiche Aufgabe lösbar ist, die der Erfindung zugrunde liegt. Gemäß diesem älteren
Vorschlag werden von einem Sendepunktpaar Schwingungen gleichphasig ausgestrahlt
und empfangsseitig die aus diesen beiden Schwingungen gewinnbare Summenschwingung
mit einer vom Symmetriepunkt der Einzelstrahler des Sendepunktpaares gleichphasig
ausgestrahlten Bezugsschwingung
phasenmäßig verglichen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren
wird empfangsseitig hingegen keine Summenschwingung gebildet; vielmehr werden allenfalls
von den etwaigen Schwingungen Zeitmarken abgeleitet und ausgewertet. Als Zeitmarken
sind hierbei eine Vielzahl von Kriterien verwendbar, beispielsweise Impulse, Anstiegsflanken
von Rechtecksignalen, Phasensprünge, Nulldurchgänge oder Maxima bzw. Minima reiner
Sinusschwingungen und Amplituden- oder Frequenzsprünge.
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An Hand der Zeichnungen seien im folgenden vorteilhafte Ausführungsbeispiele
der Erfindung zu deren näheren Erläuterung im einzelnen beschrieben.
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Hierbei zeigt F i g. 1 eine schematische Ansicht der Sendepunkte und
eines Empfangspunktes zur Darstellung von deren trigonometrischer gegenseitiger
Zuordnung beim erfindungsgemäßen Verfahren, F i g. 2 die Draufsicht auf die Strahlungsebene
dreier nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitender Sendepunkte und die sich
hierbei ergebenden Navigationsstandlinien, Fig.3 eine Ansicht der Sendepunkte und
eines Empfangspunktes zur Darstellung von deren trigonometrischer Zuordnung bei
Verwendung von vier sich angenähert auf einem Kreis um den dritten Sendepunkt paarweise
einander gegenüberliegenden Sendepunkten und F i g. 4 die Draufsicht auf die Strahlungsebene
der in F i g. 3 gezeigten Sendepunkte und die sich hierbei ergebenden Navigationsstandlinien.
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In Fig. 1 ist die Strahlungsebene zweier in ihr liegender Sendepunkte
E1 und E2 bezeichnet, die zu einem in ihrem Symmetriepunkt liegenden dritten Sendepunkt
Eo die angenähert gleichen Entfernungen Stgi bzw. A tg 2 besitzen. Die drei Sendepunkte
Eo bis Eo haben von einem Empfangspunkt P, der sich in einer Höhe zlt über seinem
in die Strahlungsebene projizierten PunktP' befindet, die Entfernungen ast,0 bis
ate,2. Mit atrO bis Stre sind die Entfernungen des Punktes P' von den Sendepunkten
Eo bis E2 bezeichnet. Die Winkel eO bis e2 sind die Elevationswinkel des Empfangspunktes
P bezüglich der Sendepunkte Eo bis E.,. Die Verbindungslinie d tro schließt mit
der in der Strahlungsebene auf der Verbindungsgeraden der Sendepunkte errichteten
Mittelsenkrechten den Winkel 0 ein.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem
System nach F i g. 1 gleichzeitig von den Sendepunkten Eo bis Eo je eine Zeitmarke
ausgestrahlt, wobei die von Eo ausgestrahlte Zeitmarke als Bezugszeitmarke verwendet
wird. Im Empfangspunkt P wird die Zeitdifferenz Stm zwischen dem zeitlichen Mittelpunkt
der Empfangszeitpunkte der zwei von den Sendepunkten E1 bzw. Eo ausgestrahlten Zeitmarken
und dem Empfangszeitpunkt der vom Sendepunkt Eo ausgestrahlten Bezugszeitmarke ermittelt.
Die gleichzeitige Aussendung der Zeitmarken von den drei Sendepunkten ist selbstverständlich
periodisch oder aperiodisch wiederholbar.
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Fig.2 zeigt die Draufsicht auf die Strahlungsebene der drei in Fig.
1 dargestellten Sendepunkte Eo bis E2, wobei At gi = Atg2 = At.
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Die drei Sendepunkte liegen gemäß Fig. 2 auf der X-Achse eines kartesischen
Koordinatensystems,
deren senkrecht zur X-Achse verlaufende Y-Achse
durch den Sendepunkt Eo geht. Die in Fig. 2 eingezeichneten Kurven stellen die Navigationsstandlinien
dar, die bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die jeweilige Entfernung
dt,, des Empfangspunktes P von dem dritten Sendepunkt Eo definieren und innerhalb
des um die Symmetrieachse Y der zwei Sendepunkte E1 und E2 liegenden Winkelbereichs
2 ip annähernd kreisförmig um den dritten Sendepunkt Eo verlaufen. Die numerischen
Werte von A tm bezeichnen die Meßwerte, wenn J tg eine Entfernungseinheit darstellt.
Es ist besonders zweckmäßig, an Stelle dieser Meßwerte deren Kehrwerte zu bilden
und anzuzeigen, da diese Kehrwerte mit wachsender Entfernung ansteigen.
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Die Entfernungsmeßgenauigkeit, die bei der Ausgestaltung der Erfindung
nach F i g. 1 und 2 erreichbar ist, ist für Entfernungsmessungen, die beispielsweise
bei landenden Flugzeugen bordseitig ausgeführt werden, innerhalb eines Winkelbereichs
von 300 praktisch ausreichend. Für Entfernungsmessungen aus allen Richtungen müssen
jedoch gemäß einer Weiterbildung der Erfindung von mehr als den zwei Sendepunkten
E1 und E2 einer geradzahligen Anzahl aus paarweise Zeitmarken gleichzeitig ausgestrahlt
werden. F i g. 3 zeigt in gleicher Darstellungsweise wie Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel
dieser Weiterbildung der Erfindung, bei dem angenähert auf einem Kreis um den Sendepunkt
Eo vier Sendepunkte E1 und E4 vorgesehen sind, die sich paarweise einander gegenüberliegen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird empfangsseitig in P die Summe
E A tm der Zeitdifferenzen ausgewertet, die aus den Empfangszeitpunkten der von
den paarweise sendenden Sendepunkten stammenden Zeitmarken in Verbindung mit der
zugeordneten Bezugszeitmarke getrennt ermittelt werden. F i g. 4 zeigt in Analogie
zu F i g. 2 die beim System nach F i g. 3 auftretenden angenähert kreisförmigen
Navigationsstandlinien, die die Entfernungen zum Sendepunkt E0 definieren, und die
zugehörigen Meßwerte 2 tm für die Entfernungseinheit A tg.
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Aus geografischen Aufstellungsgründen ist es häufig zweckmäßig, den
Sendepunkt Eo durch mehrere auf einem Kreis um den Soll-Aufstellungsort des Sendepunktes
Eo liegende Sendepunkte, die dann gemeinsam die Bezugszeitmarke ausstrahlen, zu
ersetzen.
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Sowohl das System nach F i g. 1 als auch dasjenige nach Fig. 3 ist
umkehrbar in der Weise, daß der Empfangspunkt durch einen Sendepunkt und die Sendepunkte
durch Empfangspunkte ersetzt werden.
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Werden nämlich von P Zeitmarken ausgestrahlt und in den Punkten Eo
bis E2 bzw. in Eo bis E4 empfangen, so sind aus diesen Empfangssignalen Zeitdifferenzen
At,,, bzw. ß iI bestimmbar, die ein Maß für die jeweilige Entfernung des Punktes
P zum Punkt Eo sind.