DE924701C

DE924701C - Radio navigation procedure

Info

Publication number: DE924701C
Application number: DEL4567D
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr-Ing Kramar
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1942-05-16
Filing date: 1942-05-16
Publication date: 1955-03-07

Description

Funknavigati onsverfahren Die wichtigsten bisher bekanutgewordenell hochfrequenzelektrischen Navigationsverfahren beruhen entweder auf der Feststellung eines Intensitätsminimums, auf dem Vergleich von Amplituden oder auf dem Vergleich der Phasenlage von Schwingungen. Nachstehend wird das Prinzip eines neuen Navigationsverfahrens heschrieben.Radio navigation procedure The most important ones have become known so far High-frequency electrical navigation methods are based either on the determination an intensity minimum, on the comparison of amplitudes or on the comparison the phase position of vibrations. The following is the principle of a new method of navigation written.

Das Verfahren nach der Erfindung ist für frequenzdemodulierende Empfänger bestimmt und ist dadurch gekennzeichnet, daß durch sende- oder empfangsseitige Maßnahmen eine periodische Phasenmodulation des Antennensystems mit in den verschiedenen Richtungen derart unterschiedlichen Phasenhüben vorgenommen wird, daß ausgezeichnete Linien im Raum durch einen minimalen oder maximalen Wert des Phasenhubes charakterisiert sind und daß zur Richtungsbestimmung die Größe des im Empfänger aufgenommenen Phasenhubes ausgewertet wird. The method according to the invention is for frequency demodulating receivers determined and is characterized in that by sending or receiving measures a periodic phase modulation of the antenna system with in the different directions such different phase shifts are made that excellent lines characterized in space by a minimum or maximum value of the phase deviation and that the size of the phase deviation recorded in the receiver is used to determine the direction is evaluated.

Der der Erfindung zugrunde liegende Entwicklungsgedanke ist die Schaffung eines von Empfangsintensitätsunterschieden möglichst unabhängigen und damit infolge Anwendbarkeit von Amplitudenbegrenzern weitgehend störungsfreien Navigationssystems, das von den Nachteilen der frequenzmodulierten Svsteme frei ist, denen letzten Endes ein wenn auch indirekter Amplitudenvergleich zugrunde liegt. The development idea underlying the invention is creation one of reception intensity differences as independent as possible and thus as a result Applicability of amplitude limiters to a largely interference-free navigation system, that is free from the disadvantages of frequency-modulated systems, which in the end an amplitude comparison, albeit an indirect one, is the basis.

Die Lösung der Aufgabe wurde in einer vorteilhaften Auswertungsmöglichkeit der phasenmäßigen Vorgänge bei gewissen Beeinflussungen von aus Antenneneinzeldiagrammen zusammengesetzten Felddiagrammen, von denen mindestens ein Teildiagramm eine Richtcharakteristik aufweist, gefunden, und zwar wird nach der Erfindung eine Navigationsrichtung dadurch bestimmt, daß sie einem hierbei auftretenden Grenzwert der Phasenhubbeeinflussung des resultierenden Felddiagrammvektors zugeordnet wird. Es sei bemerkt, daß diese Überlegungen sowohl für Sender- als auch für Empfängerdiagramme gelten, d. h. also für die Festlegung einer Richtung bodenseitig durch eine entsprechende Leitstrahlung (Funkbake) ebenso wie für die Durchführung einer Richtungsbestimmung bordseitig, etwa bei Vorhandensein nur einer Rundstrahlung, unter ausschließlich empfangsseitiger Anwendung von Antennen mit entsprechender Richtcharakteristik und der entsprechenden indirekten Beeinflussung von deren Empfangscharakteristiken in Gestalt der Beeinflussung der durch diese Antennen aufgenommenen Empfangs ströme (Zielfahrtnavigation). Zur Erläuterung der physikalischen Tatsachen, die eine solche Verfahrensweise ermöglichen, seien zunächst in den Fig. I bis 3 die Phasenzustände eines an und für sich bekannten Richtdiagramms untersucht. The solution to the task was given in an advantageous evaluation option the phased Processes with certain influences from Single antenna diagrams composite field diagrams, of which at least a partial diagram has a directional characteristic, is found after the invention determines a navigation direction in that it is an occurring here Assigned limit value of the phase deviation influence of the resulting field diagram vector will. It should be noted that these considerations apply to both transmitter and receiver diagrams apply, d. H. So for the definition of a direction on the bottom side by a corresponding one Guide radiation (radio beacon) as well as for determining the direction on-board, for example if there is only one omnidirectional radiation, under exclusively Use of antennas on the receiving side with appropriate directional characteristics and the corresponding indirect influence on their reception characteristics in Shape of influencing the reception currents picked up by these antennas (Destination navigation). To explain the physical facts that make up such To enable the procedure, let first be the phase states in FIGS investigated a directional diagram known per se.

Das Richtdiagramm bestehe aus der ttberlagerung eines normalen Rahmendiagramms R mit einem Runddiagramm H, und zwar sei die Speisung der Antennen so gewählt, daß für das zusammengesetzte Diagramm die Phasenvektoren des Rahmendiagramms senkrecht auf dem Phasenvektor des Runddiagramms stehen. Es ergibt sich dann amplitudenmäßig das Diagramm A, wie es in Fig. I angedeutet ist. The directional diagram consists of the superposition of a normal frame diagram R with a circular diagram H, namely the feeding of the antennas is chosen so that for the composite diagram, the phase vectors of the frame diagram perpendicular are on the phase vector of the circular diagram. It then results in terms of amplitude diagram A, as indicated in FIG.

Wenn, wie aus der Fig. I hervorgeht, die Maximalamplitude des Rahmendiagramms gleich der Amplitude des Runddiagramms ist, so ergibt sich ein eindeutiges Bild des Phasenzustandes des Diagramms; dieses ist in Fig. 3 veranschaulicht. In Abhängigkeit von einigen Werten des Richtungswinkels a sind die resultierenden Diagrammvektoren VA dargestellt. Die in der Zeichnungsebene senkrecht nach oben verlaufende Richtung ist mit oO angegeben. Im Uhrzeigersinne wächst der Winkel a von o bis 3600 Es ist angenommen, daß der Phasenvektor des linken Rahmendiagrammteils gegenüber dem Runddiagrammvektor um go0 rückwärts gedreht und der des rechten Rahmendiagrammteils um go0 vorwärts gedreht ist. Dem Vektor des Runddiagramms sei der Phasenwinkel (p = oO zugeordnet. If, as can be seen from FIG. I, the maximum amplitude of the frame diagram is the same as the amplitude of the circular diagram, the result is a clear picture the phase state of the diagram; this is illustrated in FIG. 3. Dependent on of some values of the direction angle α are the resulting diagram vectors VA shown. The direction running vertically upwards in the plane of the drawing is indicated with oO. In a clockwise direction, the angle a increases from o to 3600 Es is assumed that the phase vector of the left frame diagram part compared to the round diagram vector rotated backwards by go0 and that of the right part of the frame diagram forwards by go0 is rotated. The phase angle (p = oO) is assigned to the vector of the circular diagram.

Für a = 450 z. B. ergibt sich ein resultierender Vektor VA, der mit dem Runddiagrammvektor einen positiven Winkel einschließt, der mit 59 45° angegeben ist. Entsprechend verhält es sich mit dem Phasenwinkel des resultierenden Diagrammvektors VA bei anderen Werten für a mit Ausnahme von a = 1800, bei dem wiederum der Phasenwinkel oO ist. Die Darstellung zeigt, daß der Phasenwinkel richtungsabhängig ist. Unter den angegebenen Voraussetzungen wächst der Phasenwinkel ? von o bis 450 mit größer werdendem Richtungswinkel a im Bereich von a = o bis a = go0, um dann wieder abzunehmen, so daß er bei a = 1800 wiederum oO ist. Von a = I80° bis a = 2700 findet eine Rückwärtsdrehung des Phasenvektors statt, und zwar bis zu dem Werte 7 2700 =45°. Von a = 2700 bis a = 3600 durchläuft der Phasenwinkel die Werte -450 bis oO.For a = 450 z. B. results in a resulting vector VA, which with the circular diagram vector encloses a positive angle, which is given as 59 45 ° is. The same applies to the phase angle of the resulting diagram vector VA for other values for a with the exception of a = 1800, which again is the phase angle oO is. The illustration shows that the phase angle is direction-dependent. Under the phase angle increases under the given conditions? from o to 450 with larger increasing direction angle a in the range from a = o to a = go0, in order to then decrease again, so that at a = 1800 it is again oO. A backward rotation takes place from a = 180 ° to a = 2700 of the phase vector instead, up to the value 7 2700 = 45 °. From a = 2700 to a = 3600, the phase angle runs through the values -450 to oO.

Die phasenmäßige Richtungsabhängigkeit des resultierenden Vektors VA ist auf den Einfluß des Rahmenvektors VR zurückzuführen. Wird z. B. die Größe des Rahmenvektors beeinflußt, so wird in bezug auf die Winkelgröße auch die (richtungsabhängige) Phasenbeziehung des resultierenden Diagrammvektors verändert; und zwar wird bei größerem Betrag von VR der Phasenwinkel jeweils größer, und da der Einfluß des Rahmenvektors auf die Phasenlage des resultierenden Diagrammvektors in Abhängigkeit von der Richtung (dem Richtungswinkel a) verschieden groß ist, ergibt sich bei einer bestimmten Amplitudenbeeinflussung des Rahmenvektors ein entsprechend verschieden großer Phasenbeeinflussungsgrad des resultierenden Diagrammvektors in verschiedenen, durch a definierten Richtungen. Nach der Erfindung werden nun die auftretenden Größt- und Kleinstwerte dieser Phasenhubbeeinflussung zur Bestimmung einer Navigationsrichtung ausgenutzt. The phase directional dependence of the resulting vector VA is due to the influence of the frame vector VR. Is z. B. the size of the frame vector, the (direction-dependent) Phase relationship of the resulting diagram vector changed; namely at larger amount of VR, the phase angle is larger, and because the influence of the frame vector on the phase position of the resulting diagram vector depending on the direction (the direction angle a) is different, results from a certain amplitude influence of the frame vector a correspondingly different degree of phase influence of the resulting diagram vector in different directions defined by a. According to the invention, the occurring maximum and minimum values of this phase excursion are now influenced used to determine a navigation direction.

Die Beeinflussung des Rahmenvektors kann in der verschiedensten Art und Weise erfolgen, wie etwa Fig. 2 veranschaulichen möge. Es sind drei typische Beeinflussungsbeispiele gezeigt. Der obere Beeinflussmigsvorgang Ma hat die Form eines harmonischen Schwingungsverlaufes, die Beeinflussung Mo ist eine Tastung vom modulationslosen Zustand in einen Beeinflussungszustand nur eines bestimmten Vorzeichens, und der Vorgang Mc entspricht der Beeinflussung durch + ---Tastung (Umtastung). Wird nun das Rahmendiagramm, wie zunächst angenommen sein möge, amplitudenmäßig beeinflußt, so würde dem Beeinflussungsvorgang Ma ein stets hin und her schwankender Phasenwinkel des resultierenden Vektors VA entsprechen. The frame vector can be influenced in a wide variety of ways and in a manner such as that illustrated in FIG. 2. There are three typical ones Examples of influence shown. The upper influencing process Ma has the form a harmonic waveform, the influence Mo is a sampling from modulation-free state in an influencing state only of a certain sign, and the process Mc corresponds to the influence of + - keying (shift keying). If now the frame diagram, as may initially be assumed, is in terms of amplitude influenced, the influencing process Ma would always fluctuate back and forth Phase angle of the resulting vector VA correspond.

Bei der BeeinflussungsformMe würde es sich um eine Phasenumtastung handeln und bei der Beeinflussungsart Mb um die Erzeugung eines bestimmten richtungsabhängigen Phasenzustandes im Tastrhythmus, wobei im ungetasteten Zustand bei der vorausgesetzten Feldcharakteristik ein phasenindifferentes Diagramm, nämlich das Runddiagramm H allein, vorhanden ist.The influencing formMe would be a phase shift keying act and the type of influencing Mb to the generation of a certain direction-dependent Phase state in the tactile rhythm, whereby in the ungased state with the presupposed Field characteristic a phase-indifferent diagram, namely the circular diagram H. alone, is present.

Nach den aus Fig. 2 ersichtlichen Verhältnisssen wird sich für den Beeinflussungszustand in der Zeit tm (Iha = Mb = Mc) für alle drei verschiedetien Beeinflussungsarten ein und derselbe Phasenzustand ergeben, und zwar wird sich entsprechend dem angenommenen positiven Beeinflussungswert ein Phasenwinkel ergeben, dessen Entstehungsrichtung vom modulationslosen Zustand aus durch die Pfeilrichtung in Fig. 3 versinnbildlicht ist. Ein Vergleich der Pfeilrichtungen auf der rechten Seite (a= oO bis a = 1800) mit denjenigen der linken Seite (a = 1800 bis a = 3600) verdeutlicht, daß auf der rechten Seite infolge dieser dem Vorzeichen nach eindeutigen Beeinflussung ein Phasenvorhuh des resultierenden Diagrammvektors VR gegenüber einem Phasenrückhub auf der anderen Seite erfolgt ist. According to the relationships shown in Fig. 2 will be for the Influence status in time tm (Iha = Mb = Mc) for all three different Types of influencing one and the same phase state result, and that will be accordingly give a phase angle to the assumed positive influencing value, its direction of origin symbolized by the direction of the arrow in FIG. 3 from the modulation-free state is. A comparison of the arrow directions on the right side (a = oO to a = 1800) with those on the left (a = 1800 to a = 3600) make it clear that on the on the right side as a result of this influence, which is clear according to the sign, a phase advance of resulting diagram vector VR versus a phase return stroke on the other Page is done.

Für das der bisherigen Betrachtung zugrunde gelegte Felddiagrammbeispiel läßt sich für den resultierenden Diagrammvektor der Abhängigkeitsgrad seiner Phasenlage von einer solchen Beeinflussung, wie Fig. 4 zeigt, in anschaulicher Weise darstellen. Auf der Ordinate ist die Phasendifferenz X (p a = f a(M=MTnaXj(pa (M=o) wobei oa(M=Mmax) den Phasenwinkel bei der auftretenden positiven Maximalamplitude der Beeinflussung, wie in Fig 2 im Zeitpunkt tm, und ça(M=O) den Phasenwinkel im Augenblickszustand Beeinflussung = Null (Beeinflussungsausgangszustand) bedeutet, im Winkelmaß aufgetragen; gleichfalls im Winkelmaß sind die Werte des Richtungswinkels a auf der Abszisse aufgetragen. Nach Voraussetzung wird im vorliegenden Falle das Rahmendiagramm amplitudenmäßig beeinflußt, der Beeinflussungsausgangszustand ist gekennzeichnet durch R'= o, wobei R' den die Feldintensität des Rahmendiagramms kennzeichnenden absoluten Größtwert des Diagrammvektors bedeutet. Ist der modulationsmäßig auftretende Maximalbetrag R des Vektorgrößtwertes R' gleich der Größe H des Runddiagrammvektors, so ändert sich d gj, mit a nach dem Verlauf der Kurve 1. For the field diagram example on which the previous consideration is based the degree of dependency of its phase position can be determined for the resulting diagram vector of such an influence, as FIG. 4 shows, illustrate in an illustrative manner. On the ordinate is the phase difference X (p a = f a (M = MTnaXj (pa (M = o) where oa (M = Mmax) the phase angle at the occurring positive maximum amplitude of the influence, as in FIG. 2 at time tm, and ça (M = O) the phase angle in the instantaneous state Influence = zero (influencing initial state) means, plotted in angular dimensions; the values of the direction angle α are also in the angular dimension on the abscissa applied. According to the prerequisite, the frame diagram is amplitude-wise in the present case influenced, the influencing output state is characterized by R '= o, where R 'is the absolute maximum value characterizing the field intensity of the frame diagram of the diagram vector means. Is the maximum amount that occurs in modulation R of the maximum vector value R 'is equal to the size H of the circular diagram vector, so changes d gj, with a following the course of curve 1.

In der gleichen Diagrammdarstellung sind auch die Werte A des resultierenden Vektors VA, also die Amplitudenwerte des Felddiagramms für den gleichen Beeinflussungszustand eingetragen; die Amplitude verändert sich mit a nach dem Verlauf der Kurve AI.In the same diagram are also the values A of the resulting Vector VA, i.e. the amplitude values of the field diagram for the same influencing state registered; the amplitude changes with a according to the course of the curve AI.

Die Kurven II bzw. AII gelten für das Größenverhältnis H/R = I,25 und die Kurven III bzw. Am für das Größenverhältnis HIR 0,75. Bei der Berechnung der WerteT wurde davon ausgegangen, daß in den Fällen II und III die gesamte Feldintensität jeweils gleich der Intensität im Falle I ist; das heißt, für den Sender ist die abgegebene Leistung in allen drei Fällen gleich groß. The curves II and AII apply to the size ratio H / R = I, 25 and curves III and Am, respectively, for the size ratio HIR 0.75. At the calculation of the values T it was assumed that in cases II and III the total field intensity in each case is equal to the intensity in case I; that is, for the sender it is output is the same in all three cases.

Die Kurven verdeutlichen, daß bei a = I800 und a = o bzw. 3600 sowie bei a = 90 und 2700 der die Richtung bestimmende Grad der Phasenempfindlichkeit des Diagrammvektors Grenzwerte aufweist. The curves make it clear that with a = I800 and a = o or 3600 as well as at a = 90 and 2700 the degree of phase sensitivity which determines the direction of the diagram vector has limit values.

Die Schärfe der Richtungsbestimmung hängt, wie ohne weiteres ersichtlich ist, von der Steigung der Kurven I, II und III in der Nähe der (positiven oder negativen) Maximalwerte bzw. der Nullwerte ab. Im vorliegenden Falle verläuft in dieser Beziehung die Kurve am günstigsten in der Nähe der Nulldurchgänge; es eignen sich daher diese Grenzwerte, also die Nullwerte, am besten für die Bestimmung und Festlegung einer Navigationsrichtung.The sharpness of the direction determination depends, as can be seen without further ado is, on the slope of curves I, II and III in the vicinity of the (positive or negative) Maximum values or the zero values. In the present case, this is the case the curve is most favorable in the vicinity of the zero crossings; therefore these are suitable Limit values, i.e. the zero values, are best for determining and establishing a Navigation direction.

Bei einem Beeinflussungszustand infolge einer dem Absolutwert nach gleich großen, dem Vorzeichen nach jedoch entgegengesetzten Beeinflussung würden die a -Kurven spiegelbildlich zur Abszissenachse verlaufen. Es könnten also durch Einzeichnung dieser Spiegelbildkurven leicht die Vorgänge, z. B. bei einer Umtastung gemäß Beeinflussungsbild MC in Fig. 2, veranschaulicht werden, wobei dann das Zeichnungsbild so aufgefaßt werden müßte, daß die einander entsprechenden Kurven in Abhängigkeit von der Umtastung abwechselnd vorhanden sind. Es ergeben sich also bei der Umtastung Phasensprünge, die jeweils doppelt so groß wie die durch die einfache Tastung Mb hervorgerufenen sind. In the case of an influencing state as a result of an absolute value would be equally large but opposite in sign the a curves are a mirror image of the abscissa axis. So it could go through Draw in these mirror image curves easily the processes, e.g. B. with a keying according to the influencing image MC in FIG. 2, the drawing image should be understood in such a way that the corresponding curves are dependent on one another of the keying are alternately present. So it results from keying Phase jumps, each twice as large as that caused by simple keying Mb are evoked.

Die d w -Verlaufskurven lassen erkennen, daß man bei Grenzwerten, d. h. positiven oder negativen Maximalwerten und Nullwerten, des zur Richtungsbestimmung ausgenutzten Phasenhubes solche unterscheiden kann, zu deren beiden Seiten, im Kurvenbild betrachtet, die d ? -Verlaufskurven nicht spiegelbildlich verlaufen. Bei diesen die Navigationsrichtung bestimmenden Grenzwerten des Phasenbeeinflussungsgrades ist demgemäß eine eindeutige Kennung der Seitenabweichung möglich. Es muß zu diesem Zweck die Richtung des zu einem definierten Zustandswechsel der Phasenbeeinflussung des Feldes gehörigen Phasenhube!s festgestellt und aus ihr und den bekannten einzelnen Phasenbeziehungen des Feldes die Seitenabweichung hergeleitet werden. The d w curves show that with limit values, d. H. positive or negative maximum values and zero values for determining the direction utilized phase deviation can distinguish those on both sides, in the graph considered who d? - Gradient curves are not mirror images. With these the limit values of the degree of phase influence that determine the direction of navigation a clear identification of the lateral deviation is accordingly possible. It has to be this one Purpose the direction of the phase influencing to a defined change of state the phase shift belonging to the field and determined from it and the known individual Phase relationships of the field the lateral deviation can be derived.

Darüber hinaus ermöglicht die Kenntnis des Verlaufes der Kurven im einzelnen, natürlich bei bekannter Größe der Phasenbeeinflussung, den Winkelbetrag der Seitenabweichung aus dem Verhältnis des festgestellten Wertes zum Extremwert des Phasenbeeinflussungsgrades abzuleiten. In addition, knowing the course of the curves in the individual, of course if the size of the phase influence is known, the angular amount the lateral deviation from the ratio of the determined value to the extreme value derive the degree of phase influence.

In der Regel wird bei den verschiedenen Navigationsverfahren zur Beeinflussung der eine Richtcharakteristik aufweisenden Antennenfelder eine Umtastung vorgenommen und durch unterschiedliche Länge der Zeichen eine Seitenkennung definiert. Um in ähnlicher Weise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Seitenkennung definitionsmäßig festlegen zu können, wird zweckmäßig der relativen Länge eines Tastzeichens ein dem Vorzeichen nach bestimmter Phasenzustandswechsel zu Beginn des Zeichens zugeordnet. As a rule, the various navigation methods for Influencing the antenna fields having a directional characteristic a shift keying and a page identifier is defined by the different lengths of the characters. In order to have a page identifier by definition in a similar way in the method according to the invention to be able to determine, the relative length of a tactile character is appropriate assigned to the sign after a certain phase change at the beginning of the sign.

Die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwendenden Empfangsanlagen müssen nach Voraussetzung die Anzeige eines Phasenbeeinflussungsgrades, d. h. eines Phasenhubes, ermöglichen. Als Empfangsgerät für die neue Navigationsmethode können also normale Frequenzmodulationsempfänger benutzt werden, die gegebenenfalls zusätzlich der Aufnahme anderer Signale oder Nachrichten dienen können. Those to be used for carrying out the method according to the invention Receiving systems must, according to the prerequisites, display a degree of phase influence, d. H. a phase deviation, enable. As a receiving device for the new navigation method so normal frequency modulation receivers can be used, if necessary can also be used to record other signals or messages.

Zur Erläuterung der Phasendemodulationsmethode seien die interessierenden Vorgänge in einem solchen Empfangsgerät bei der erfindungsgemäßen Richtungsbestimmung an Hand der schematischen Kurvenbilder der Fig. 5 kurz besprochen. Es ist vorausgesetzt, daß die Phasenbeeinflussung des Antennenfeldes durch Umtastung eines Teildiagramuis erfolgt. Der Phasenwinkel des resultierenden Diagrammvektors wird demgemäß, wie Kurve a zeigt, im Zeichenrhythmus um einen Mittelwert hin und her pendeln. Die Dauer des dargestellten Zeichens ist mit Tz angegeben. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Umtastvorganges selbst und von den Dämpfungsverhältnissen der Abstimm- und Filterkreise im Sender und Empfänger wird der Phasenwinkelwechsel, wie er an der Wandlerstufe des Frequenzdemodulators in Erscheinung tritt, nicht augenblicklich, sondern in einem kurzen Zeitintervall A tui bzw. tU2 erfolgen. Der Übergang von einem Phasen zus tand in den anderen bedeutet eine vorübergehende Frequenzänderung der Trägerwelle, die etwa so, wie Kurve b zeigt, aufzufassen ist. Der dem Phasenwechsel entsprechende Frequenzhub ist mit df bezeichnet, und der diesem Frequenzhub proportionale Spannungsimpuls der Demodulationsspannung UDem ist aus dem Verlauf der Kurve c ersichtlich. Wie bei der Untersuchung der verschiedenen Phasenzustände des zusammengesetzten Felddiagramms klargestellt wurde, entspricht einer bestimmten Teildiagrammbeeinflussung eine definierte Phasenwinkeländerung des resultierenden Diagrammvektors. Bei der Umtastung tritt entweder Phasenvorhub oder -rückhub auf und demzufolge eine vorübergehende Frequenzerhöhung oder -erniedrigung bzw. ein gegenüber der mittleren Demodulationsspannung UO gemessener positiver oder negativer Spannungsimpuls. To explain the phase demodulation method, let us consider those of interest Processes in such a receiving device when determining the direction according to the invention Briefly discussed on the basis of the schematic graphs in FIG. It is assumed that the phase influencing of the antenna field by keying a partial diagram he follows. The phase angle of the resulting graph vector will be according to how Curve a shows oscillating back and forth around a mean value in the character rhythm. The duration of the character shown is indicated by Tz. Depending on the speed of the keying process itself and of the damping conditions of the tuning and Filter circles The phase angle change in the transmitter and receiver is the same as at the converter stage of the frequency demodulator appears, not instantaneously, but in a short time interval A tui or tU2. The transition from a phase state in the others means a temporary change in frequency of the carrier wave, which is to be interpreted roughly as curve b shows. The one corresponding to the phase change Frequency deviation is denoted by df, and the voltage pulse proportional to this frequency deviation the demodulation voltage UDem can be seen from the course of curve c. As in examining the various phase states of the composite field diagram has been clarified, a certain partial diagram influence corresponds to a defined one Phase angle change of the resulting diagram vector. When shifting occurs either phase advance or return stroke and consequently a temporary increase in frequency or lowering or a measured relative to the mean demodulation voltage UO positive or negative voltage pulse.

Aus dem Vorzeichen dieses Spannungsimpulses kann also die Seitenabweichung eindeutig hergeleitet werden, wenn alle sonstigen Beziehungen definiert sind. Die sich ergebenden, durch ihre Vorzeichen und ihre unterschiedliche zeitliche Aufeinanderfolge voneinander unterscheidbaren Impulse können nun z. B. in an sich bekannter Weise zur Zuckanzeige unmittelbar ausgewertet werden; für die Einrichtung einer Hör- oder Dauersichtanzeige sind zusätzliche Mittel erforderlich, wie sie für ähnliche Zwecke bereits vorgeschlagen worden sind.The lateral deviation can therefore be derived from the sign of this voltage pulse can be clearly derived when all other relationships are defined. the resulting from their signs and their different chronological order mutually distinguishable impulses can now z. B. in a known manner be evaluated immediately to indicate the twitch; for setting up a hearing or Continuous viewing requires additional funds as they are for similar purposes have already been proposed.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren sind, wie aus vorstehendem hervorgeht, die gleichen grundsätzlichen Vorteile wie dem allgemeinen Sende- und Empfangsverfahren mit frequenzmodulierten Wellen eigen. Amplitudenschwankungen und die amplitudenmäßig sich auswirkenden Störüberlagerungen der empfangenen Welle beeinträchtigen also die erfindungsgemäße Richtungsbestimmung nicht. Nun ist aber, wie für das gewählte Diagrammbeispiel die in Fig. 4 dargestellte Kurvenschar verdeutlicht, festzustellen, daß die theoretisch höchstmögliche Schärfe der Kurslinienfestlegung bzw. die Genauigkeit der Richtungsbestimmung unter sonst unveränderten Bedingungen nicht mit einer konstanten Größe der Feldintensität in der entsprechend der Erfindung durch zl = o definierten Richtung zusammenfällt. Es ist vielmehr so, daß der größeren Schärfe eine kleinere Feldintensität in der Kurslinienrichtung zugeordnet ist. Bei gegebenen sonstigen Bedingungen wird sich daher bei einem solchen Felddiagramm zur Erzielung einer höchstmöglichen Genauigkeit ein praktisch günstigster Wert für das Teilintensitätsverhältnis IJIR ergeben. As can be seen from the above, the method according to the invention the same basic advantages as the general sending and receiving method with frequency modulated waves inherent. Amplitude fluctuations and the amplitude-wise interfering superimpositions affecting the received wave the direction determination according to the invention does not. Now, however, is how for that chosen Diagram example illustrates the family of curves shown in Fig. 4 to determine that the theoretically highest possible sharpness of the course line definition or the accuracy the direction determination under otherwise unchanged conditions not with a constant Size of the field intensity in the defined according to the invention by zl = o Direction coincides. Rather, the greater the sharpness, the smaller the smaller Field intensity is assigned in the course line direction. Given other Conditions will therefore arise in such a field diagram to achieve the highest possible Accuracy is a practically most favorable value for the partial intensity ratio IJIR result.

Der als Rahmendiagramm bezeichnete Teil des erörterten Felddiagramms entspricht der Feldcharakteristik von zwei gegenphasig gespeisten Einzelstrahlern, deren Entfernung d voneinander etwas weniger als die halbe Wellenlänge beträgt. The part of the discussed field diagram called the frame diagram corresponds to the field characteristics of two single radiators fed in phase opposition, whose distance d from one another is slightly less than half the wavelength.

Um diesem Rahmendiagramm ein Runddiagramm zu überlagern, muß eine symmetrisch zu den beiden genannten Antennenleitern angeordnete Antenne ohne Richtcharakteristik in der Navigationsebene vorgesehen werden, was etwa in der durch Fig. 6 veranschaulichten Weise erfolgen kann. Die beiden Antennenleiter Dl und Dr erzeugen das Rahmendiagramm, die mittlere Antenne, das Runddiagramm. Zur Erlangung der vorausgesetzten go0-Phasenbeziehung zwischen den Teildiagrammvektoren VH und VR im Fernfeld, wie sie z. B. in Fig. I schematisch angedeutet ist, muß der Antennenstrom des einen Richtdiagrammantennenleiters mit dem der Runddiagrammantenne gleichphasig, der des anderen gegenphasig sein.In order to superimpose a circular diagram on this frame diagram, a Antenna arranged symmetrically to the two antenna conductors mentioned without directional characteristic can be provided in the navigation level, which is illustrated for example by FIG. 6 Way can be done. The two antenna conductors Dl and Dr generate the frame diagram, the middle antenna, the circular diagram. To obtain the presupposed go0 phase relationship between the partial diagram vectors VH and VR in the far field, as z. B. in Fig. I. is indicated schematically, the antenna current of a directional diagram antenna conductor be in phase with that of the circular diagram antenna, that of the other be in antiphase.

Bei dem vorausgesetzten Diagramm ist die nach der Erfindung definierte Richtungsbestimmung innerhalb eines Winkelsektors von I800 eindeutig. The diagram assumed is that defined in accordance with the invention Direction determination within an angular sector of I800 unambiguously.

Es kann nun auf Kosten der Eindeutigkeit der Richtungsbestimmung in einem bestimmten Winkelsektor auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Genauigkeit der Richtungsbestimmung (Leitstrahlschärfe) ähnlich wie z. B. bei Amplitudenvergleichsverfahren erhöht werden. Zu diesem Zweck muß die gegenseitige Entfernung d der Richtdiagrammantennenleiter vergrößert werden. Wird d z. B. gleich dem 5,75 fachen der Wellenlänge gemacht, so gelten die in Fig. 4 dargestellten Verlaufkurven für X <p statt innerhalb eines Winkelsektors von 3600 in einem Bereich von nun 200; das heißt, dadurch wird eine Isfache Richtverschärfung erzielt. Das genannte Mittel läßt auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Feldstärkeverlust in der Kurslinienrichtung eine beliebige Genauigkeitssteigerung der Richtungsbestimmung zu.At the expense of the uniqueness of the directional determination in a certain angular sector also in the method according to the invention the accuracy the determination of the direction (beam sharpness) similar to z. B. with amplitude comparison method increase. For this purpose, the mutual distance d of the directional diagram antenna conductors be enlarged. If d z. B. made equal to 5.75 times the wavelength, the course curves shown in FIG. 4 apply for X <p instead of within an angular sector of 3600 in a range of now 200; that is, thereby becomes an isfold directional sharpening achieved. The means mentioned can also be used with the one according to the invention Procedure without loss of field strength in the course line direction, any increase in accuracy determining the direction.

Die den bisherigen Erläuterungen des neuen Richtungsbestimmungsprinzips zugrunde gelegten Felddiagramme sind nur als ein Beispiel anzusehen. The previous explanations of the new direction determination principle The underlying field diagrams are only to be regarded as an example.

Einige weitere Kombinationen von Felddiagrammen sollen verdeutlichen, daß mit anderen an sich bekannten Antennensystemen bei entsprechender Speisung ebenfalls günstige Bedingungen für die Richtungsbestimmung nach dem neuen Verfahren erreicht werden können.A few other combinations of field diagrams are intended to clarify that with other antenna systems known per se, with appropriate feeding, too favorable conditions for the direction determination achieved according to the new method can be.

Als zweites Beispiel sei das im Prinzip aus zwei räumlich und phasenmäßig um go0 gegeneinander versetzten Rahmendiagrammen bestehende sogenannte Drehfeld gewählt. In Fig. 7 a ist das Amplitudendiagramm Rl und R2 dargestellt; in Fig. 7 b zeigt die Kurve I das Kurvenverlaufsbild für i1 wenn der Beeinflussungsvorgang wiederum beispielsweise durch eine Amplitudenbeeinflussung, und zwar des Felddiagramms Rl, bewirkt wird. As a second example, it is basically made up of two parts in terms of space and phase So-called rotating field existing around go0 offset frame diagrams chosen. In Fig. 7 a, the amplitude diagram R1 and R2 is shown; in Fig. 7 b shows the curve I the curve progression image for i1 when the influencing process again, for example, by influencing the amplitude, namely the field diagram Rl, is effected.

Nach der eingeführten Bezeichnungsweise ist R,' = 0 bis R,' = R,, R2, = 7f2 = const. und R,/R2 = I. Der Phasensprung zl bei einer Phasenumtastung R,' - -R, bis Rl' = + R, würde das Doppelte des im Diagrammbild angegebenen X 5n -Wertes betragen.According to the notation introduced, R, '= 0 to R,' = R ,, R2, = 7f2 = const. and R, / R2 = I. The phase jump zl in a phase shift keying R, '- -R, to Rl' = + R, would be twice the X 5n given in the diagram -Value.

Außer den jeweils eine Navigationsrichtung bestimmenden Nulldurchgängen der zu Kurve bei a = o bzw. 3600 und a = ISoO weist die Kurve noch Maximalwerte bei a = go0 und a = 2700 auf, die ebenfalls im Sinne der Erfindung als die Navigationsrichtung bestimmende Grenzwerte von ausgewertet werden können. Die Unstetigkeit der Kurve an den letztgenannten Stellen kennzeichnet den physikalischen Umstand, daß in dieser Richtung die Phasenbeeinflussung des resultierenden Diagrammvektors von den unmodulierten Teildiagrammen unabhängig ist. Except for the zero crossings that determine a direction of navigation the curve for curve at a = o or 3600 and a = ISoO, the curve still has maximum values at a = go0 and a = 2700, which is also used in the context of the invention as the navigation direction determining limit values of can be evaluated. The discontinuity the curve at the last-mentioned points indicates the physical condition, that in this direction the phase influence of the resulting diagram vector is independent of the unmodulated partial diagrams.

Als drittes Beispiel sei ein Felddiagramm beschrieben, das durch Überlagerung eines Drehfeldes mit einem Runddiagramm H entsteht. Der Phasenwinkel zwischen dem Runddiagrammvektor V11 und dem Rahmendiagrammvektor VOR 2 im oberen Teil des Antennenfeldes beträgt o°. Der 2 Q) -Verlaufskurve II in Abb. 7 b liegen folgende Werte zugrunde: 77 = H = const., R,' = o tbis R1 = T1. R, = R2, = const., li, HIR1 771R2 = H/R2, = 0,75; Kurve III: H' = H = const., R1, = O bis R,' R2,=R2=const., R2=R1, HIR1= 7/R = I; Kurve IV: H' = r77 = const.,R,' = o bis R,' = R1, R,. As a third example, a field diagram is described which is represented by Overlay of a rotating field with a circular diagram H is created. The phase angle between the circular diagram vector V11 and the frame diagram vector VOR 2 in the upper Part of the antenna field is o °. The 2 Q) curve II in Fig. 7b lie based on the following values: 77 = H = const., R, '= o t to R1 = T1. R, = R2, = const., li, HIR1 771R2 = H / R2, = 0.75; Curve III: H '= H = const., R1, = O to R,' R2, = R2 = const., R2 = R1, HIR1 = 7 / R = I; Curve IV: H '= r77 = const., R,' = o to R, '= R1, R ,.

R2' = R2 = const., R2=R,, H/R1= 7/R2= 1,25.R2 '= R2 = const., R2 = R ,, H / R1 = 7 / R2 = 1.25.

Das vierte Beispiel, das durch die Bilder der Fig. 8 a und Sb veranschaulicht wird, weist gegenüber den beiden vorhergegangenen den Unterschied auf, daß der Phasenwinkel zwischen dem Runddiagrammvektor V11 und dem Rahmendiagrammvektor VR2 90D ist. The fourth example illustrated by the images of Figures 8a and 8b has the difference compared to the two previous ones that the phase angle between round chart vector V11 and framing chart vector VR2 90D.

Kurve I: H' = H = const., R,' = o bis R,' = R2' = R2 = const., R2 = R,, 77/R, = HIR2 = 0,75; Kurve II: wie vorher, jedoch HIR, = 77/R2 = 1. Curve I: H '= H = const., R,' = o to R, '= R2' = R2 = const., R2 = R1, 77 / R, = HIR2 = 0.75; Curve II: as before, but HIR, = 77 / R2 = 1.

KurveIII: wie vorher, jedochH/R,=77/R2 = I,25. Curve III: as before, but H / R, = 77 / R2 = I, 25.

Bei allen vorstehend erläuterten Diagrammbeispielen wurde vorausgesetzt, daß jeweils eins der Teilfelder amplitudenmäßig beeinflußt wird. An die Stelle der Amplitudenbeeinflussung kann zur Erzielung des im Endresultat gleichen Zwecks, wie z. B. aus Fig. 3 leicht ersichtlich ist, auch eine entsprechende Phasenbeeinflussung des Teilfeldes treten; an die Stelle der Veränderlichkeit der Größe des Teildiagrammvektors VR tritt dann eine entsprechende Drehung des seiner Größe nach konstanten Vektors. In all of the diagram examples explained above, it was assumed that that in each case one of the subfields is influenced in terms of amplitude. In place of the Influencing the amplitude can be used to achieve the same end result as z. B. from Fig. 3 can be easily seen, a corresponding phase influence step of the subfield; in place of the variability of the size of the sub-diagram vector VR then occurs a corresponding rotation of the vector, which is constant in terms of its size.

Ist die Aufgabe zu lösen, ein Antennenfeld der beschriebenen Art bzw. seine sich nach dem neuen Verfahren bestimmende Richtcharakteristik in der Navigationsebene zu drehen, etwa zur Veränderung einer I,eitstrahlrichtung, zur Ausstrahlung einer rotierenden Kurslinie oder zur Durchführung einer Peilung, so wird es in der Regel vorteilhaft sein, unter Verwendung eines Adcocks-Systems mittels der Rotorspule der Goniometer anordnung die Drehung des Antennenfeldes durchzuführen. Is the task to be solved, an antenna field of the kind described or its directional characteristic determined by the new method in the To rotate the navigation level, for example to change a direction of the beam, to Broadcasting a rotating course line or for taking a bearing, see above It will usually be advantageous to use an Adcocks system by means of the rotor coil of the goniometer arrangement to perform the rotation of the antenna field.

Ein mit Vorteil etwa für eine solche Drehung der gemäß der Erfindung definierten Richtung eines Drehfeldes verwendbares Ausführungsbeispiel einer Goniometeranordnung stellt Fig. g schematisch dar. One with advantage, for example, for such a rotation according to the invention defined direction of a rotating field usable embodiment of a goniometer arrangement Fig. g shows schematically.

Die zum Strahlerpaar S1 des Goniometers gehörige Statorspule I ist gegenüber der zum Strahlerpaar 53 gehörigen Statorspule 2 entkoppelt angebracht.The stator coil I belonging to the emitter pair S1 of the goniometer is attached decoupled from the stator coil 2 belonging to the pair of radiators 53.

Ebenfalls gegenseitig entkoppelt sind die beiden Rotorspulen der Goniometeranordnung, von denen die Spule 3 über den Kanal I und die Spule 4 über den Kanal II mit dem Sende- bzw. Empfangsgerät verbunden sind. Im Kanal 1 liegt ein Phasenschieber 5 zur Erzielung der für das Drehfeld charakteristischen 90°-Phasenverschiebung der Antennenströme; im Zuge des Kanals II liegt die Modulationsanordnung 6 zur Beeinflussung des einen Teildiagramms. Diese Modulationseinrichtung kann im einfachsten Falle aus Umpolkontakten zur Durchführung einer +-Umtastung bestehen.The two rotor coils of the goniometer arrangement are also mutually decoupled, of which the coil 3 via the channel I and the coil 4 via the channel II with the Transmitter or receiver are connected. A phase shifter 5 is located in channel 1 to achieve the 90 ° phase shift of the characteristic of the rotating field Antenna currents; the modulation arrangement 6 for influencing is located in the course of channel II of the one partial diagram. This modulation device can in the simplest case consist of polarity reversal contacts to carry out a + -keying.

Bei einer Drehung der Rotorspule um einen bestimmten Winkelbetrag wird das Drehfeld des Antennensystems bzw. seine dem neuen Verfahren entsprechende Richtcharakteristik um den gleichen Winkelbetrag gedreht, wobei es mit Hilfe der Älodulationsanordnung möglich ist, die für die erfindungsgemäße Richtungsbestimmung erforderliche Phasenbeeinflussung des Drehfeldes durchzuführen.When the rotor coil rotates through a certain angular amount becomes the rotating field of the antenna system or its corresponding to the new method Directional characteristic rotated by the same angular amount, with the help of the Älodulationsordnung is possible for the determination of the direction according to the invention to carry out the necessary phase control of the rotating field.

Bei der Erzeugung einer solchen drehbaren Kurslinie sind die Kanäle I und II an die gleiche Hochfrequenzspannung angeschlossen; beim Empfang dienen die Anordnung 5 und 6 in den beiden Kanälen zur Beeinflussung der aufgenommenen Antennenströme, also zur indirekten Beeinflussung des Antennenfeldes.In creating such a rotatable course line, the channels are I and II connected to the same high frequency voltage; serve at reception the arrangement 5 and 6 in the two channels to influence the recorded Antenna currents, i.e. to indirectly influence the antenna field.

Die auf vorstehenden Seiten beschriebenen Diagrammbeispiele lassen erkennen, daß die mannigfaltigsten Abwandlungen in der Zusammensetzung der Felder, die sich für das neue Navigationsverfahren eignen, möglich sind. Davon abgesehen kann auch die Durchführung der zur Richtungsbestimmung erforderlichen Phasenbeeinflussung des resultierenden Diagrammvektors in verschiedener Weise vorgenommen werden. Von der erwähnten Amplituden- oder Phasenbeeinflussung eines einzelnen Richtdiagramms abgesehen, kann gegebenenfalls z. B. auch eine entsprechende Beeinflussung des zugehörigen Runddiagramms erfolgen. Ferner muß die vorteilhafte Möglichkeit erwähnt werden, gleichzeitig mehr als eins der Teildiagramme,gegebenenfalls gegenphasig, zu beeinflussen, um günstige Bedingungen für die Richtungsbestimmung zu erlangen. So kann es z. B. besonders vorteilhaft sein, in einer Anordnung nach Fig. g die Abwandlung zu treffen, daß nicht nur in einem Kanal ein steuerbares Phasenbeeinflussungsglied (6) vorhanden ist, sondern daß unter Weglassung des festen go0-Phasenschiebers je ein solches steuerbares Glied in beiden Kanälen angeordnet ist. Diese beiden Beeinflussungsorgane können dann in der Weise gegenphasig arbeiten, daß das eine etwa eine Phasendrehung von + 450 auf --450 bewirkt, während das andere eine Phasenvorwärtsdrehung von 450 auf + 450 hervorruft, so daß die für das Drehfeld charakteristische 90°-Phasenverschiebung der Speiseströme im Beeinflussungsausgangszustand stets vorhanden ist. Die verhältnismäßig geringe, durch Steuerung bewirkte Phasenbeeinflussung in jedem der Kanäle ist in vielen Fällen vorteilhafter als die Phasendrehung um den doppelten Betrag in nur einem Kanal. Leave the diagram examples described on the previous pages recognize that the most varied variations in the composition of the fields, which are suitable for the new navigation method are possible. Besides that can also carry out the phase control required to determine the direction of the resulting diagram vector can be made in various ways. from the mentioned amplitude or phase influencing of a single directional diagram apart from that, z. B. also a corresponding influencing of the associated Round chart. Furthermore, the advantageous possibility must be mentioned to influence more than one of the partial diagrams at the same time, possibly out of phase, in order to obtain favorable conditions for determining the direction. So it can be B. be particularly advantageous to make the modification in an arrangement according to Fig. g, that a controllable phase influencing element (6) is not only present in one channel is, but that with the omission of the fixed go0 phase shifter one such controllable member is arranged in both channels. These two influencing organs can then work out of phase in such a way that the one about a phase rotation from + 450 to --450, while the other causes a phase advance of 450 to + 450, so that the 90 ° phase shift characteristic of the rotating field the feed currents are always present in the influencing output state. The proportionate little phase influence caused by control in each of the channels is in in many cases more advantageous than the phase rotation by twice the amount in only a channel.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Radio navigation methods for frequency demodulating Receiver, characterized in that by sending or receiving side measures a periodic phase modulation of the antenna system with in the different directions such different phase shifts are made that excellent lines characterized in space by a minimum or maximum value of the phase deviation and that the size of the phase deviation recorded in the receiver is used to determine the direction is evaluated.

2. The method according to claim I, characterized in that the determination the lateral deviation the form of the periodic, temporal course of the phase deviation, which are different on both sides of a marked line in space, e.g. B. mirror image is observed at the receiver output.

3. The method according to claim I or 2, characterized in that as the time course of the change in the phase deviation is the integral of the time Curve course is selected, which is desired for the demodulation product in the receiver is.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that for the purpose of direction-dependent phase influence on the overall antenna characteristics influencing the currents of an antenna system generating a partial diagram is carried out.

5. The method according to any one of claims I to 3, characterized in that that for the purpose of direction-dependent phase influence on the overall antenna characteristics the change in antenna currents due to simultaneous out-of-phase influences is carried out by two antenna systems, each generating a partial diagram.

6. The method according to any one of claims I to 3, characterized in that that for the purpose of direction-dependent phase influence on the overall antenna characteristics the antenna currents are changed by influencing their amplitudes will.

7 The method according to any one of the preceding claims, characterized by using an antenna system, the characteristics of which are superimposed on a Round diagram and a frame diagram corresponds.

8. The method according to any one of claims I to 6, characterized by Use of an antenna system, the characteristics of which correspond to a rotating field diagram.

9. The method according to any one of claims I to 6, characterized by Use of an antenna system, the characteristics of which are superimposed on a rotating field diagram and a circular diagram corresponds to IO. Method according to one of Claims I to 9, characterized by the use of an Adcock antenna system.

II. The method according to claim IO, characterized in that, to the Direction of the rotating field characteristic determined by a phase deviation influencing limit value of the Adcock antenna system, in the goniometer coupling variometer a cross-coil rotor is used, the two coils of which are mutually decoupled are connected via one channel each, and that means in these two channels are used to set the required mutual phase difference the antenna currents as well as to carry out their variable influencing.