DE10016483A1

DE10016483A1 - Vielkanalpeiler

Info

Publication number: DE10016483A1
Application number: DE2000116483
Authority: DE
Inventors: Horst Stahl
Original assignee: C Plath GmbH Nautisch Elektronische Technik
Current assignee: Plath 20097 Hamburg De GmbH
Priority date: 2000-04-01
Filing date: 2000-04-01
Publication date: 2001-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vielkanalpeilgerät und ein Verfahren zum Peilen von Sendern in einem zu überwachenden Frequenzband mit einem oder mehreren Peilkanälen, deren Anzahl der für das eingesetzte Peilverfahren notwendigen Kanäle entspricht und die jeweils eine Bandbreite aufweisen, die einem Bruchteil des zu überwachenden Frequenzbandes entspricht. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß wenigstens ein zusätzlicher Analysekanal vorhanden ist, der mit den Peilkanälen synchronisiert ist und mit einer größeren analogen Bandbreite ausgestattet ist als die Peilkanäle. Dadurch können mit geringem Geräte- und Rechenaufwand eine hohe Frequenzauflösung und eine hohe Zeitauflösung erreicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vielkanalpeilgerät und ein Verfahren zum Peilen von Sendern in einem zu überwachenden Frequenzband mit einem oder mehreren Peilkanälen, deren Anzahl der für das eingesetzte Peilverfahren notwendigen Kanäle entspricht und die jeweils eine Bandbreite aufweisen, die einem Bruchteil des zu überwachenden Frequenzbandes entspricht.

Derartige mehrkanalige Peilgeräte sind allgemein bekannt. Sie dienen insbesondere zum Überwachen eines relativ breiten Frequenzbandes, da die heutigen Übertragungs verfahren nicht mehr nur auf einer Frequenz sondern auf mehreren Frequenzen senden. Auch ist es bekannt, die Frequenz nach einem Schema zu wechseln, das nur der Gegenstelle bekannt ist. Durch derartige, sogenannte LPI- Signale (Low Probability to Intercept) oder LPD-Signale (Low Probability of Detection) wird erreicht, daß ein Peilen der Sender, ein Stören der Übertragung und auch ein Abhören der Nachricht nicht oder kaum mehr möglich ist.

Um dennoch einen Sender peilen zu können, werden digital arbeitende Peilgeräte mit mehreren Kanälen eingesetzt, die das Frequenzband zeitlich aufeinanderfolgend scannen. Die empfangenen Signale werden digital entweder mittels einer Fast-Fourier-Transformation (FFT-Analyse) oder einer digitalen Datenbank transformiert und analysiert. Anschließend kann eine Winkelbestimmung der Herkunft des als interessant erachteten Signals erfolgen. Hier werden die bestehenden Probleme bei der Überwachung eines größeren Frequenzbandes deutlich, da nicht nur eine hohe Auflösung bezüglich der Frequenz sondern auch bezüglich der Zeit erreicht werden soll. Insbesondere durch das aufeinanderfolgende Scannen entstehen Zeitlücken.

Grundsätzlich beträgt bei einer FFT-Analyse die zeitliche Auflösung dem reziproken Wert der Frequenzbreite. Bei einer geforderten Frequenzauflösung, der sogenannten Binbreite, von beispielsweise 100 Hz beträgt die zeitliche Auflösung 10 ms. Für höhere zeitliche Auflösung muß die Frequenzbreite erhöht werden, beispielsweise auf 1 kHz, um auf eine Zeitauflösung von 1 ms zu gelangen. Es wird deutlich, daß die gemeinsame Anforderung der hohen zeitlichen und frequenzmäßigen Auflösung im Widerspruch stehen und ohne weiteres nicht gleichzeitig gelöst werden kann.

Es ist möglich, bei einer kleinen Frequenzbreite in kürzeren Zeitabständen eine neue FFT-Analyse zu starten, um durch einen Vergleich der Ergebnisse zu einer höheren Zeitauflösung zu gelangen. So kann bei einer 100 Hz- Auflösung eine 1 ms-Zeitauflösung erreicht werden, wenn nicht alle 10 ms sondern alle 1 ms eine FFT-Analyse durchgeführt wird. Dies bedeutet jedoch neben einem zehnfachen Rechenaufwand auch einen zehnfachen Hardwareaufwand für eine zeitnahe Auswertung.

Weiterhin ist es bekannt, eine doppelte FFT-Analyse durchzuführen, nämlich eine mit kleiner Frequenzbreite und geringeren zeitlichen Auflösung einerseits und eine mit einer größeren Frequenzbreite bei höherer Zeitauflösung. Dies bedeutet nur einen doppelten Rechenaufwand. Allerdings kann dies für Peilverfahren nur beschränkt gelten, da hier stets eine Vielzahl von Kanälen zu berücksichtigen ist.

Für Peilzwecke wäre es grundsätzlich günstig, eine breites Frequenzband in einem Stück einer FFT-Analyse zu unterziehen. Die Verwendung von zu breiten Frequenzbändern hat jedoch den Nachteil, daß der Rechenaufwand überproportional mit der Anzahl der FFT- Linien, die der Frequenzbreite entsprechen, steigt. Der Rechenaufwand für n FFT-Linien berechnet sich nach R = n . lg₂(n), so daß bei 512 FFT-Linien 4608 und bei 1024 FFT-Linien bereits 10240 Rechenschritte erforderlich sind. Ferner nimmt die Dynamik des Systems mit größer werdender Frequenzbreite ab. Auch kommt es häufig zu Fehl- oder Geistersignalen bei solch breiten Frequenzbändern durch Intermodulation.

Für Peilzwecke wird, wie bereits ausgeführt, das überwachende Frequenzband zeitlich aufeinander folgend gescannt. Es hat sich gezeigt, daß es für die Peilung nicht erforderlich ist, daß Signal vollständig zu erhalten. Es muß lediglich gewährleistet sein, daß das gesamte Frequenzband in der Zeit des kürzesten Signals überstrichen wird. Allerdings ist hier eine Analyse des Signals einerseits und eine Demodulation des Nachrichteninhalts nicht mehr möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Peilgerät und ein Peilverfahren bereitzustellen, mit welchen eine hohe Frequenz- und Zeitauflösung mit relativ geringem Rechenaufwand und Geräteaufwand ermöglicht werden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß wenigstens ein zusätzlicher Analysekanal vorhanden ist, der mit den Peilkanälen synchronisiert ist und mit einer größeren analogen Bandbreite ausgestattet ist als die Peilkanäle. Dies hat den Vorteil, daß die Peilung mit großer Dynamik in den relativ schmalbandigen Peilkanälen durchgeführt werden kann. Im Analysekanal ist das gesamte Frequenzspektrum mit hoher Zeitauflösung kontinuierlich vorhanden, so daß für Analysezwecke hierauf zurückgriffen werden kann.

Es kann beispielsweise vorgesehen werden, daß die Peilkanäle einen Bandbreite von 100 kHz bis 400 kHz aufweisen und der Analysekanal eine Bandbreite von größer als 1,0 MHz, vorzugsweise von 1,5-3 MHz, aufweist. Vorzugsweise besitzt der Analysekanal eine Bandbreite, die dem zu überwachenden Frequenzband entspricht. Dadurch ist es möglich, mit dem Analysekanal das gesamte zu überwachende Frequenzband zu erfassen und mittels der Peilkanäle zu selektieren.

Grundsätzlich ist es auch möglich, den Analysekanal mit einer kleineren analogen Bandbreite auszustatten als die Peilkanäle. Dadurch können insbesondere schwache stationäre Signale überwacht werden.

Es ist ausreichend, wenn der Analysekanal mit einer ungerichteten Antenne zusammenwirkt, da der Analysekanal nur zum Auswerten der Signale und nicht für die Winkelbestimmung dient. Es kann aber auch zweckmäßig sein, wenn der Analysekanal mit einer Antenne wenigstens eines Peilkanals zusammenwirkt. Dies ist dann vorteilhaft, wenn Sender und deren Signale überwacht und erfaßt werden sollen, die aus einer Vorzugsrichtung kommen. Ferner kann dadurch der Aufbau vereinfacht werden.

Die Anzahl der Peilkanäle hängt von der Art des gewählten Peilverfahrens ab. Es können drei oder wenigstens fünf Peilkanäle zur Durchführung des Watson-Watt-Verfahrens beziehungsweise des Interferometrieverfahrens vorgesehen sein. Auch kann vorgesehen werden, daß mehrere Analysekanäle vorgesehen sind, auf die das zu überwachende Frequenzband aufgeteilt wird. Auch kann es zweckmäßig sein, sowohl einen Analysekanal mit einer größeren als auch eine Analysekanal mit einer kleineren analogen Bandbreite vorzusehen als die Peilkanäle.

Die Auswertung der empfangenen Signale kann mit den üblichen Methoden erfolgen. Es kann dazu wenigstens eine digitale Filterreinheit vorgesehen sein, die die empfangenen Signale mittels einer FFT-Analyse (Fast- Fourier-Tranformation) oder einer digitalen Filterbank filtert. Auch kann vorgesehen sein, daß eine doppelte FFT-Analyse durchgeführt wird, um eine relativ hohe zeitliche als auch eine hohe Frequenzanalyse insbesondere bei den Peilkanälen zu erreichen.

Besonders vorteilhaft ist es, wen wenigstens eine Auswerteeinheit vorhanden ist, die die empfangenen Signale sowohl der Peilkanäle einerseits und des Analysekanals andererseits einander zuordnet derart, daß ein Signal nur dann als echtes Signal gewertet wird, wenn es sowohl im Analysekanal als auch in wenigstens einem Peilkanal vorhanden ist. Dadurch können Fehlsignale oder die Falschalarmrate durch Geistersignale, die durch Intermodulation auftreten, vermieden werden. Die Zuverlässigkeit des Gerätes wird somit wesentlich erhöht.

Bei dem Verfahren zum Peilen von Sendern in einem zu überwachenden Frequenzband gemäß der Erfindung wird der Winkel eines Signals mit einem oder mehreren Peilkanälen ermittelt, deren Anzahl der für das Peilverfahren erforderlichen Kanäle entspricht und die eine analoge Bandbreite aufweisen, die einem Bruchteil des zu überwachenden Frequenzbandes entspricht. Es ist vorgesehen, daß die empfangenen Signale zudem im wesentlichen kontinuierlich durch wenigstens einen zusätzlichen Analysekanal empfangen werden, der mit den Peilkanälen synchronisiert ist und eine größere analoge Bandbreite als die Peilkanäle aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen werden, daß der Analysekanal, eine kleinere analoge Bandbreite als die Peilkanäle aufweist.

Durch dieses Peilverfahren kann mit einem relativ geringen Rechen- und Geräteaufwand eine hohe Zeitauflösung und eine hohe Frequenzauflösung erreicht werden. Es ist insbesondere vorgesehen, daß die Peilkanäle das zu überwachende Frequenzband zeitlich aufeinanderfolgend scannen. Die dadurch zwangsläufig entstehenden Lücken im Zeit- und Frequenzbereich werden durch den Analysekanal mit der größeren Bandbreite und höheren Zeitauflösung gefüllt derart, daß auf die Signale zurückgegriffen werden kann. Die Peilkanäle können dabei mit der gewünschten und erforderlichen Dynamik und Genauigkeit arbeiten.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die empfangenen Signale sowohl der Peilkanäle einerseits und des Analysekanals andererseits einander zuordnet werden derart, daß ein Signal nur dann als echtes Signal gewertet wird, wenn es sowohl im Analysekanal als auch in wenigstens einem Peilkanal vorhanden ist. Dadurch können Fehlsignale oder Geistersignale, die bei breitbandigen Peilkanälen häufiger auftreten, zuverlässig unterdrückt werden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Vielkanalpeilgerätes gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein Blockschaltbild eines Vierkanalpeilers zum Überwachen eines 2 MHz-Frequenzbandes dargestellt. Es sind drei Peilkanäle 1, 2, 3 vorgesehen, um ein Peilung nach dem Watson-Watt-Verfahren durchführen zu können. Ferner ist ein vierter Kanal als Analysekanal 4 vorgesehen. Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß die Peilkanäle jeweils eine analoge Bandbreite von 200 kHz aufweisen, während der Analysekanal eine Bandbreite von 2 MHz aufweist. Diese Bandbreite entspricht somit dem zu überwachenden Frequenzband.

Es ist ein Synthesizer 5 vorgesehen, um die einzelnen Kanäle 1, 2, 3, 4 zu synchronisieren. Die Zwischenfrequenzen der empfangenen Signale werden in analogen Bandfiltern 6, 7, 8, 9 gefiltert. Der Bandfilter 9 weist dabei eine entsprechend größere Bandbreite auf. Die gefilterten Signale werden mittels Analog/Digitalwandlern 10, 11, 12, 13 in digitale Datenströme umgewandelt. Es können ferner digitale Mischstufen 14, 15, 16, 17 und/oder digitale Vorfilter 19, 20, 21, 22 vorgesehen werden.

Die derart aufbereiteten Datenströme gelangen in den FFT- Prozessor 23, in dem eine Fast-Fourier-Transformation mit der gewünschten Auflösung erfolgt. Die Datenströme der drei Peilkanäle 1, 2, 3 werden in einem Winkelprozessor 24 zur Winkelbestimmung des empfangenen und interessierenden Signale herangezogen. Der Datenstrom des Analysekanals 4 wird in einer nachgeschalteten Auswerteeinheit zusammen mit den Informationen aus dem Winkelprozessor 23 ausgewertet.

In dem Prinzipschaltbild sind nur die grundsätzlich erforderlichen und zweckmäßigen Baugruppen gezeigt. Die Weiterhin erforderlichen Baugruppen, wie Digitaloszillator 18 oder Steuerrechner, Mischer, Regler, Stromversorgung und dergleichen, sind der Übersichtlichkeit halber nicht oder nicht näher dargestellt und erläutert.

Mit dem Peilgerät gemäß dem Ausführungsbeispiel soll ein Frequenzband von 2 MHz beispielsweise im Kurzwellenbereich überwacht werden. Die Peilkanäle 1, 2, 3 weisen jeweils eine analoge Bandbreite von 200 kHz auf. Diese Bandbreite erlaubt eine hohe Dynamik bei hoher Frequenzauflösung und für ein Peilverfahren hinreichender Zeitauflösung. Es soll eine Binbreite von 125 Hz erreicht werden. Dazu ist vorgesehen, daß die Peilkanäle das zu überwachende Frequenzband zeitlich aufeinanderfolgend scannen. Es ist offensichtlich, daß hierdurch Überwachungslücken in dem gerade nicht gescannten Frequenzbereichen des Frequenzbandes entstehen. Im einzelnen wird bei der geforderten Binbreite von 125 Hz die FFT-Analyse mindestens 8 ms dauern. Bei den erforderlichen zehn Scan-Schritten dauert demnach der gesamte Meßvorgang mindestens 80 ms. Es kann auch vorgesehen werden, daß die Peilkanäle eine Bandbreite von 100 kHz aufweisen, so daß eine Meßdauer von wenigstens 160 ms erforderlich wird.

Es hat sich gezeigt, daß grundsätzlich nur solche Signale interessant sind, deren Dauer länger als 160 ms sind, so daß ein Scannen mit diesen Werten durchaus ausreichend ist. Allerdings fehlt dann der Signalinhalt oder die Signalinformation in der Zeit, in der die betreffende Frequenz gerade nicht abgetastet wird. Letztlich wird ein Frequenzbereich von 200 kHz nur alle 72 ms für eine Dauer von 8 ms beziehungsweise alle 152 ms für 8 ms erfaßt.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist dafür der Analysekanal vorgesehen, der das gesamte Frequenzband kontinuierlich mit hoher Zeitauflösung überwacht. Sobald ein Signal detektiert ist, kann auf das vollständige Signal im Analysekanal zurückgegriffen werden. Eine vollständige oder nahezu vollständige Erfassung ist somit möglich. Trotz der großen Bandbreite des Analysekanals können die hier auftretenden Falschsignale bei dem gezeigten Aufbau zuverlässig unterdrückt werden. Ein Signal muß, um als echtes Signal zu gelten, sowohl im Analysekanal 4 als auch in wenigstens einem Peilkanal 1, 2, 3 vorhanden sein. Erst dann wird eine Auswertung dieses Signals erfolgen. Das Peilgerät kann somit bei hoher Zeit- und Frequenzauflösung noch zuverlässiger arbeiten.

Es ist offensichtlich, daß mit einem derartigen Verfahren und mit einem solchen Peilgerät sowohl der Rechenaufwand als auch der Geräteaufwand in Grenzen gehalten werden können. Für eine vollständige Überwachung mit hoher Dynamik bei den Peilkanälen sind insgesamt nur vier Kanäle beim Watson-Watt-Verfahren erforderlich. Auch bei der Verwendung einer doppelten FFT-Analyse wird nur ein doppelter Rechenaufwand erzeugt. Insbesondere geht bei dieser Vorgehensweise und dieser Kanalaufteilung in schmalbandige Peilkanäle und breitbandigen Analysekanal kein Signal verloren, sondern steht für Analysezwecke zur Verfügung.

Claims

1. Vielkanalpeilgerät zum Peilen von Sendern in einem zu überwachenden Frequenzband mit einem oder mehreren Peilkanälen (1, 2, 3), deren Anzahl der für das eingesetzte Peilverfahren notwendigen Kanäle entspricht und die jeweils eine Bandbreite aufweisen, die einem Bruchteil des zu überwachenden Frequenzbandes entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zusätzlicher Analysekanal (4) vorhanden ist, der mit den Peilkanälen synchronisiert ist und mit einer größeren analogen Bandbreite ausgestattet ist als die Peilkanäle.

2. Vielkanalpeilgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Peilkanäle (1, 2, 3) einen Bandbreite von 100 kHz bis 400 kHz aufweisen und der Analysekanal (4) eine Bandbreite von größer als 1,0 MHz, vorzugsweise von 1,5-3 MHz, aufweist.

3. Vielkanalpeilgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysekanal (4) eine Bandbreite aufweist, die dem zu überwachenden Frequenzband entspricht.

4. Vielkanalpeilgerät zum Peilen von Sendern in einem zu überwachenden Frequenzband mit einem oder mehreren Peilkanälen, deren Anzahl der für das eingesetzte Peilverfahren notwendigen Kanäle entspricht und die jeweils eine Bandbreite aufweisen, die einem Bruchteil des zu überwachenden Frequenzbandes entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zusätzlicher Analysekanal vorhanden ist, der mit den Peilkanälen synchronisiert ist mit einer kleineren analogen Bandbreite ausgestattet ist als die Peilkanäle.

5. Vielkanalpeilgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Peilkanäle das zu überwachende Frequenzband zeitlich aufeinanderfolgend scannen.

6. Vielkanalpeilgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysekanal (4) mit einer ungerichteten Antenne zusammenwirkt.

7. Vielkanalpeilgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysekanal (4) mit einer Antenne wenigstens eines Peilkanals zusammenwirkt.

8. Vielkanalpeilgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß drei oder wenigstens fünf Peilkanäle zur Durchführung des Watson-Watt-Verfahrens beziehungsweise des Interferometrieverfahrens vorgesehen sind.

9. Vielkanalpeilgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine digitale Filterreinheit (23) vorgesehen ist, die die empfangenen Signale mittels einer FFT-Analyse (Fast-Fourier- Tranformation) oder einer digitalen Filterbank filtert.

10. Vielkanalpeilgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Auswerteeinheit (25) vorhanden ist, die die empfangenen Signale sowohl der Peilkanäle einerseits und des Analysekanals andererseits einander zuordnet derart, daß ein Signal nur dann als echtes Signal gewertet wird, wenn es sowohl im Analysekanal als auch in wenigstens einem Peilkanal vorhanden ist.

11. Verfahren zum Peilen von Sendern in einem zu überwachenden Frequenzband, bei welchem Verfahren der Winkel eines Signals mit einem oder mehreren Peilkanälen ermittelt wird, deren Anzahl der für das Peilverfahren erforderlichen Kanäle entspricht und die eine analoge Bandbreite aufweisen, die einem Bruchteil des zu überwachenden Frequenzbandes entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenen Signale im wesentlichen kontinuierlich durch wenigstens einen zusätzlichen Analysekanal empfangen werden, der mit den Peilkanälen synchronisiert ist und eine größere analoge Bandbreite als die Peilkanäle aufweist.

12. Verfahren zum Peilen von Sendern in einem zu überwachenden Frequenzband, bei welchem Verfahren der Winkel eines Signals mit einem oder mehreren Peilkanälen ermittelt wird, deren Anzahl der für das Peilverfahren erforderlichen Kanäle entspricht und die eine analoge Bandbreite aufweisen, die einem Bruchteil des zu überwachenden Frequenzbandes entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenen Signale im wesentlichen kontinuierlich durch wenigstens einen zusätzlichen Analysekanal empfangen werden, der mit den Peilkanälen synchronisiert ist und eine kleinere analoge Bandbreite als die Peilkanäle aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenen Signale sowohl der Peilkanäle einerseits und des Analysekanals andererseits einander zuordnet werden derart, daß ein Signal nur dann als echtes Signal gewertet wird, wenn es sowohl im Analysekanal als auch in wenigstens einem Peilkanal vorhanden ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Peilkanäle das zu überwachende Frequenzband zeitlich aufeinanderfolgend scannen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzband von wenigstens 2 MHz überwacht wird und die Peilkanäle eine Bandbreite von 100 kHz bis 400 kHz aufweisen, während der Analysekanal eine Bandbreite von wenigstens 1 MHz aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysekanal eine Bandbreite aufweist, die dem zu überwachenden Frequenzband entspricht.