DE102004042091A1

DE102004042091A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Peilung von Funksignalen zur Ortung von Gegenständen

Info

Publication number: DE102004042091A1
Application number: DE200410042091
Authority: DE
Inventors: Dirk-W Morche; Wolfgang Schrader; Reinhard Boedeker
Original assignee: Bodeker Reinhard
Current assignee: Bodeker Reinhard
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2006-03-02

Abstract

Bei der Erfindung werden die Eingangssignale einer schmalbandigen HF-Funkquelle mittels zweier in definiertem Abstand zueinander angeordneten Antennen nach einem getakteten Multiplexvorgang einzeln und ohne weitere vorherige Umwandlung durch einen Phasendetektor differenziert und zusätzlich bezüglich der Signalstärke (RSSI) ausgewertet. DOLLAR A Die kostengünstige und einfach zu bedienende Peilvorrichtung enthält ein kombiniertes Anzeigeinstrument für die Feldstärke und die Abweichungsrichtung des Peilgerätes zum Einfallswinkel des zu peilenden Signals. Zur besseren Einschätzung des angezeigten Signalpegels zur Entfernung zum Peilsender durch den Bediener enthält das Gerät zudem eine 2-Kanal-HF-Weiche mit nachgeschaltetem Dämpfungsglied. Dadurch kann im Nahbereich (0-50 m) das Signal per Knopfdruck so weit abgeschwächt werden, dass neben dem Erkennen der Signaleinfallsrichtung auch eine gute Einschätzung der wahren Entfernung zum zu ortenden Peilsender möglich wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren samt erforderlicher Vorrichtung zur Bestimmung der Einfallsrichtung eines hochfrequenten elektromagnetischen Signals (Radiosignals) gemäß Patentanspruch 1.

Derartige Peilverfahren sind speziell in der Sicherheitstechnik wichtig, wo es darum geht, mit einem entsprechenden Peilsender aus-gestattete Güter oder Fahrzeuge im Falle des Verlustes oder des Diebstahls gezielt mit Hilfe eines per Telemetriefunktion aktivierten Peilsignales zu orten und wiederzubeschaffen.

Zur Zeit geschieht dieses in Anlehnung an Verfahren der (Wild-) Tierortung mit Hilfe sogenannter ToA-Peilverfahren (Time of Arrival) wie sie bereits seit den 30iger Jahren bekannt sind. TOA Geräte basieren auf einer Auswertung der Phasenverschiebung die sich ergibt wenn die Entfernung des Transmitters („Peilsenders") ungleich der einzelnen-Antennenelementabstände ist. Die dabei entstehende Phasenverschiebung ruft einen Ton hervor, der auf einen Kopfhörer ausgegeben wird. Durch Drehung des Antennenelements kann der Ton/die Lautstärke verringert oder vergrößert werden. Dieses ermöglicht dann in Kombination mit weiteren räumlich von einander entfernten Messungen eine Aussage über die Richtung in der sich der Peilsender befindet. Bewegt man den TOA-Empfänger ermöglicht man damit im Prinzip auch eine Triangulationsmessung. Als Antenne wird dabei eine unhandliche sog. Yagi-Antennen eingesetzt.

Es sind aus der technischen Literatur jedoch weiterentwickelte Peilverfahren bekannt. Diese basieren zumeist entweder auf dem Doppler-verfahren oder wie bei aufwendigeren Anwendungen nach Watson-Watt- oder dem Prinzip des korrelativen Interferometers. Bei letzterem Verfahren besitzen die mindestens zwei in ihrer Länge auf einen Hochfrequenzbereich abgestimmte Antennen eine vorgegebene Richtcharakteristik (z. B. Vorwärts- oder Rückwärtscharakteristik). Das heißt, dass jede der Antennen hat in der Azimutebene max. 180°.

Durch eine Parallelausrichtung der Antennen ist somit eine gemeinsame Hauptempfangs-richtung vorhanden.

Wenn nun ein monofrequentes HF-Signal aus einer zu der Hauptrichtung abweichenden Richtung einfällt, so entstehen an den einzelnen Antennen Laufzeitunterschiede aus denen sich wiederum Phasenunterschiede ermitteln lassen. Aus dem Phasenunterschied der Empfangssignale zweier Antennen ist dann auch prinzipiell die Empfangsrichtung (=Richtung der Signalquelle) bestimmbar.

Aus der Offenlegungsschrift DE 19744692 ist ein ähnliches Peilverfahren bekannt. Hier wird jedoch zur Verringerung der Anschwingzeit und Vergrößerung des zu kontrollierenden Frequenzbereiches ein Breitbandempfänger eingesetzt, was den Nachteil hat, das auch Signale außerhalb der Frequenz des jeweiligen Peilsignales zunächst mit erfasst werden.

So erfordert dieses Peilverfahren denn auch eine A/D-Wandlung mit nachgeschalteter Fourier-Transformation (FFT), was dieses Verfahren aufwendig und somit teuer gestaltet.

Diese Breitbandpeilung ist jedoch nachteilig für Sicherheitsanwendungen wo es um die gezielte Peilung eines spezifizierten Senders in einem z. B. von der Regulierungsbehörde vorgegebenem engem Kanalaster (z. B. 25 KHz bei 433 MHz im 70 cm ISM-Band) und einem Dutycycle von maximal 10% geht.

Ziel der Erfindung ist diese Probleme zu lösen und ein einfaches, kostengünstiges und auch von ungeschultem Personal einsetzbares Peilgerät mit einem einfachen Richtung weisenden Anzeigeninstrumenten zu schaffen.

An das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung wurden folgende Anforderungen gestellt:

– Verwendbar in allen „freien" Funkbändern (z.B. 433 MHz, 868 MHz, 2m Band)
– Verwendbarkeit aller gängigen (hochwertigen) FM-modulierten Radio-transmitter als Sender
– Eindeutigkeit bei der Richtungsanzeige des Peilsenders (durch rechts/links Pfeile)
– Eindeutigkeit der Bedienung (rechts/links/Entfernung=Signalstärke)
– Minimale Beeinflussung durch die funkspezifischen Störfaktoren
– Verwendung des Peilgerätes in einem geschlossenen Fahrzeug möglich
– Möglichkeit der Peilung innerhalb von Gebäuden mit Betonarmierung
– Umschaltbar zwischen Nah- (0–50 m) und Fernortung (50m – 5 km)
– Verzicht auf sperrige, mehrelementige Antennen

Die der Erfindung zu Grunde liegende Technologie ist auch eine Vereinfachung dahingehend, dass zunächst nur der Signaleinfallwinkel einer Achse bestimmt wird. Vorgabe ist dabei vorrichtungsbedingt die X-Achse. Der Einfallswinkel Y-Achse, also die Höhenrichtungsweisende kann jedoch im Bedarfsfall in einem 2 Schritt durch eine einfache 90° Drehung des Peilgerätes ermittelt werden.
Die beiden Antennen empfangen ein Signal vom Peilsender. Ein geeigneter Hf-Schalter mit einer vorgegebenen Frequenz von > 1 KHZ schaltet zwischen den beiden Antennenausgängen hin und her. Das dabei entstehende Empfangssignal wird dann in einen hochempfindlichen (<= –110 dbm) Signalempfänger geleitet. Wenn eine messbare Abweichung zwischen den beiden Signalen vorhanden ist, gibt der Empfänger eine Signalfolge aus, die von einem (softwaregesteuerten) Phasenkomparator ausgewertet wird.
Dieser Phasenkomparator wird benötigt um festzustellen, ob das Signal vom Empfängerausgang unterschiedlich oder deckend ist mit dem Antennenumschaltsignal. In Kombination mit dem Umschaltsignal wird vom Mikrocontroller ein „Links-", ein „Mitte-" oder ein „Rechts"-Signal erzeugt und auf dem Display angezeigt
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale.
Bei einem reinen Tonverfahren kann nur anhand der Lautstärke festgestellt werden, ob sich der Peilsender in Peilrichtung (=laut) oder außerhalb der Peilrichtung liegt (=leise), aber nicht ob sich der Peilsender vor oder hinter dem Peilgerät befindet. Erst durch die Auswertung des Phasenkomparators kann auch die Seitenrichtung ermittelt werden, und damit auch in welcher Richtung sich der Peilsender befindet und dieses entsprechend angezeigt werden.
1 zeigt den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Eine weitere Besonderheit des Verfahrens ist, dass nicht nur ein Dauerstrichsignal sondern auch ein gepulstes Signal damit gepeilt werden kann. Dieses wird durch ein Verfahren gewährleistet, bei dem die letzte Richtungsinformation mindestens 1 Sekunde, maximal aber bis zum Erkennen des nächsten Funksignals oder dem kompletten Wegfall der Feldstärke gehalten wird. Dadurch wird es möglich, auch dauerhaft Sender zu peilen, die aufgrund eines zumeist gesetzlich vorgeschriebenen Dutycycles von 10 % nicht kontinuierlich senden dürfen. Wird der Peilsender aber in einem Pulsbetrieb (z. B. 50 msec ON und 450 msec OFF) betrieben, so kann er kontinuierlich betrieben werden ohne die zulässige Gesamtsendedauer (Dutycycle) von 10% pro Stunde zu überschreiten.

Claims

Peilverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Einfallsrichtung und ungefähren Entfernung eines schmalbandigen hochfrequenten elektromagnetischen Signals wobei – mindestens zwei schmalbandige Empfangsantennen zum Empfang des einfallenden Signals verwendet werden – eine zwischen den Ausgangssignalen der beiden Empfangsantennen vorhandene Phasendifferenz ermittelt wird und – aus der Phasendifferenz die Einfallsrichtung des Signals bezüglich einer vorgebbaren Hauptrichtung der Antennenanordnung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hf-Schalter mit einer vorgegebenen Frequenz von > 1 KHZ zwischen den beiden Antennenausgängen hin und her schaltet und die jeweiligen Signale erst dann in einen hochempfindlichen HF-Signalempfänger geleitet werden.
Peilverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Einfallsrichtung und ungefähren Entfernung eines schmalbandigen hochfrequenten elektro-magnetischen Signals gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Antennenausgang und dem Eingang des HF-Signalempfängers je ein per Tastendruck gemeinsam zuschaltbares HF-Abschwächglied angeordnet ist.
Peilverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Einfallsrichtung und ungefähren Entfernung eines schmalbandigen hochfrequenten elektro-magnetischen Signals gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung über ein Anzeigeinstrument (LCD-Display oder LED-Display) verfügt, welches die Signaleinfallrichtung der X-Achse und die Signalstärke als Balkendiagramm (0–16) anzeigt.
Peilverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Einfallsrichtung und ungefähren Entfernung eines schmalbandigen hochfrequenten elektro-magnetischen Signals gemäß Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass auch ein kurzzeitiges gepulstes Signal im Verhältnis 1:10 solange angezeigt wird, bis entweder ein neues gültiges Signal eintrifft oder aber die Feldstärke länger als 1 Sekunde wegfällt.
Peilverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Einfallsrichtung und ungefähren Entfernung eines schmalbandigen hochfrequenten elektro-magnetischen Signals gemäß Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalfolge von einem softwaregesteuerten Phasenkomparator ausgewertet wird.
Peilverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Einfallsrichtung und ungefähren Entfernung eines schmalbandigen hochfrequenten elektro-magnetischen Signals gemäß Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangs-vorrichtung über eine Taste zur Aktivierung einer FSK-Demodulation des Empfängers verfügt, um eine eventuell vom Peilsender abgestrahlte Kennung (ID) zu erkennen und anzuzeigen.
Peilverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Einfallsrichtung und ungefähren Entfernung eines schmalbandigen hochfrequenten elektro-magnetischen Signals gemäß Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsantennen direkt an der Peilvorrichtung (Gerät) angebracht sind und nicht davon abgesetzt sind.