DE102012208153A1

DE102012208153A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Elevationswinkels und des Azimuts bei Interferometerpeilern

Info

Publication number: DE102012208153A1
Application number: DE201210208153
Authority: DE
Inventors: Massimo Gelosa
Original assignee: PLATH GmbH
Current assignee: PLATH GmbH
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2013-11-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Elevations- und Azimutwinkel einer einfallenden elektromagnetischen Welle, bei einer Antennenkreisgruppe mit m Antennenelementen, wobei die Antennenelemente jeweils einen Abstand l von ihren direkt benachbarten Antennenelementen haben, mit folgenden Schritten: Messen der Phasenwerte der Antennenelemente, Bilden der Phasendifferenzen der Phasenwerte der jeweils benachbarten Antennenelemente, Bilden von m Interferometeranordnungen aus jeweils drei benachbarten Antennenelementen, Bilden von m virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnungen durch virtuelles Rotieren der Position eines der zwei äußeren Antennenelemente der drei benachbarten Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung derart, dass der Abstand zwischen der virtuell rotierten Position des einen der zwei äußeren Antennenelemente und der Position seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen Interferometeranordnung gleich l bleibt und derart, dass die virtuell rotierte Position des einen Antennenelementes und die Positionen der anderen beiden Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung die Eckpunkte eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks bilden, Bestimmen der virtuellen Phasendifferenz zwischen dem Antennenelemente, dessen Position virtuell rotiert ist und seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung unter Verwendung der zuvor gebildeten Phasendifferenzen der jeweils direkt benachbarten Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung und des Winkels α = 2π/m, Bestimmen des Elevationswinkels und/oder des Azimutwinkels der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung unter Verwendung der virtuellen Phasendifferenz und der Phasendifferenz der Phasenwerte der direkt benachbarten Antennenelemente der Interferometeranordnung, die nicht virtuell rotiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Elevationswinkels und des Azimuts einer einfallenden elektromagnetischen Welle bei Interferometerpeilern.
Interferometerpeiler ermöglichen neben der Bestimmung des Azimuts auch die Berechnung des Elevationswinkels der einfallenden Welle. Sie gehören zur Kategorie von Peilern, die direkt gemessene Phasendifferenzen der einzelnen, räumlich verteilten Antennen bearbeiten. Es sind verschiedene Interferometerverfahren und -anordnungen bekannt. Beispielsweise werden in [1] Interferometerprinzipien für verschiedene Antennenkonfiguration angegeben. Zu einer eindeutigen Azimut- und Elevationsbestimmung benötigen Interferometer mindestens drei Parameter, beispielsweise die Phasendifferenzen zwischen drei Antennen. Um eine eindeutige Phasenmessung zu ermöglichen darf die Antennenbasis oder der Antennenabstand nicht größer als die halbe Wellenlänge der höchsten zu verarbeitenden Frequenz sein. In [1] wird eine Interferometeranordnung mit drei, im kartesischen Koordinatensystem rechtwinklig angeordneten Elementen beschrieben. In [2] wird ein Verfahren für eine Anordnung mit drei Antennen auf einer gleichschenkligen Dreieckbasis angeordnet, angegeben.
Um die Peilgenauigkeit mittels einer größeren Antennenbasis zu verbessern, werden häufig mehr als drei Antennen in verschiedenen Anordnungen benutzt. In [1] werden Verfahren zur eindeutigen Azimut- und Elevationsbestimmung bei großer Antennenbasis angegeben. Insbesondere werden Verfahren und Phasenbestimmungen für Anordnungen mit Antennenabständen kleiner oder größer als die halbe Wellenlänge beschrieben.
Eine besonders vorteilhafte Antennenanordnung stellt die Kreisbasis dar. Durch die Anordnung der Antennen mit gleichem Abstand auf dem Kreis werden alle Antennen auch hinsichtlich ihrer Verkopplung gleich behandelt. Es entstehen keine Phasenrandeffekte, wie bei Zeilenanordnungen oder rechtwinkligen Anordnungen. Hinsichtlich der eindeutigen Phasenbestimmung muss auch bei den Kreisgruppen der Antennenabstand kleiner als die halbe Wellenlänge sein.
In [1] und [2] werden Berechnungen der Elevation und des Azimuts für die einfachen Antennenanordnungen mit drei Elementen explizit angegeben. Bei einer Verwendung von einer Kreisbasis gibt es zur Elevation- und Azimutauswertung verschiedene Verfahren. Es werden beispielsweise Dopplerverfahren (in [1] ab S. 148), korrelative Peilverfahren, hochauflösende, sogenannte „high-resolution” – Peilverfahren usw. benutzt. Beispielsweise wird in [3] ein Interferometer mit umschaltbaren Antennen auf einer Kreisbasis beschrieben, wobei zur Auswertung höchauflösende Verfahren (high resolution) benutzt werden.
Ein bekanntes Verfahren für die Berechnung der Elevation und des Azimuts wird am Beispiel von 1 dargestellt. 1 zeigt eine schematische Draufsicht eines Interferometers mit drei orthogonal angeordneten Antennen und einer Antennenbasis l. Die elektromagnetische Welle DoA fällt unter dem Azimutwinkel ψ und der Erhebungswinkel, der Elevation ε ein.
Mit Hilfe der gemessenen Phasendifferenzwinkel, Φ₁ und Φ₂ zu Φ₀ kann die Elevation berechnet werden:
wobei l der Abstand zwischen den jeweils direkt benachbarten Antennen und λ die Wellenlänge der einfallenden elektromagnetischen Welle DoA ist.
Für den Azimut ergibt sich:
Referenzen:

[1] – Grabau/Pfaff, Funkpeiltechnik; S.173–183;
[2] – H. H. Jenkins; Small – Aperture Radio Direction – Finding; S. 136–137
[3] – US 6,989,789 B2 , Anne Ferreol et al.;

Eine Aufgabe der Erfindung ist die besonders effiziente Bestimmung des Elevationswinkels und des Azimutwinkels einer einfallenden Welle bei einer Interferometerantenne mit m – Antennnenelementen, die in einer Kreisbasis angeordnet sind.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Die Erfindung basiert auf der Idee, die gemessenen Phasendifferenzen der Kreisgruppe derart zu transformieren, dass eine Konfiguration vom mehreren, rechtwinkligen Teil-Interferometeranordnungen entsteht, deren Elevation und Azimut berechnet wird. Anschließend wird als Ergebnis ein Durchschnittswert dieser Peilwerte gebildet. Die Anzahl der Teilanordnungen ist von der verfügbaren Antennenelementeanzahl abhängig.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Elevations- und Azimutwinkel einer einfallenden elektromagnetischen Welle bei einer Antennenkreisgruppe mit m Antennenelementen, wobei die Antennenelemente jeweils einen Abstand l von ihren direkt benachbarten Antennenelementen haben.
Das Verfahren weist dabei folgende Schritte auf: Messen der Phasenwerte der Antennenelemente, Bilden der Phasendifferenzen der Phasenwerte der jeweils benachbarten Antennenelemente, Bilden von in Interferometeranordnungen aus jeweils drei benachbarten Antennenelementen, Bilden von m virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnungen durch virtuelles Rotieren der Position eines der zwei äußeren Antennenelemente der drei benachbarten Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung derart, dass der Abstand zwischen der virtuell rotierten Position des einen der zwei äußeren Antennenelemente und der Position seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen Interferometeranordnung gleich l bleibt und derart, dass die virtuell rotierte Position des einen Antennenelementes und die Positionen der anderen beiden Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung die Eckpunkte eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks bilden.
Weitere Verfahrenschritte sind das Bestimmen der virtuellen Phasendifferenz zwischen dem Antennenelement, dessen Position virtuell rotiert ist und seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung unter Verwendung der in dem obigen Schritt gebildeten Phasendifferenzen der jeweils direkt benachbarten Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung und des Winkels α = 2π/m, sowie das Bestimmen des Elevationswinkels und/oder des Azimutwinkels der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung unter Verwendung der virtuellen Phasendifferenz und der Phasendifferenz der Phasenwerte der direkt benachbarten Antennenelemente der Interferometeranordnung, die nicht virtuell rotiert sind.
Eine einfallende elektromagnetische Welle kann eine Radiowelle, bevorzugt in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 3 GHz sein, sein.
Der Elevations- und Azimutwinkel, kurz Elevation und Azimut, bilden zusammen die Funkpeilwerte. Ein Antennenelement kann beispielsweise eine Richt- oder Peilantenne sein. Die Antenne ist dabei nicht auf eine bestimmte Ausführungsform beschränkt.
Die Phasenwerte können durch einen geeigneten einkanaligen Phasenmesser entweder unmittelbar hintereinander oder durch einen geeigneten mehrkanaligen Phasenmesser simultan gebildet werden.
Die Phasendifferenzen der Phasenwerte der jeweils benachbarten, d. h. direkt benachbarten, Antennenelemente können durch eine Einrichtung, z. B. einen geeigneten Phasendifferenzierer oder innerhalb einer geeigneten Prozessoreinheit nacheinander oder simultan gemessen werden.
Das Bilden von m Interferometeranordnungen erfolgt durch jeweiliges Zusammenfassen dreier benachbarter Antennenelemente der Antennenkreisgruppe. Der Winkel zwischen den drei benachbarten Antennenelementen hängt dabei von der gesamten Anzahl an Antennenelemente der Antennenkreisgruppe ab.
Eine virtuelle, rechtwinklige Interferometeranordnung wird durch eine entsprechende Einrichtung gebildet, indem diese Einrichtung die Position eines der zwei äußeren Antennenelemente der drei benachbarten Antennenelemente der jeweiligen gebildeten Interferometeranordnung derart virtuell rotiert, d. h. nur rein rechnerisch, nicht real z. B. durch Verschieben, dass der Abstand zwischen der virtuell rotierten Position des einen der zwei äußeren Antennenelemente und der Position seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen Interferometeranordnung gleich l bleibt. Zugleich erfolgt diese virtuelle Rotation genau so weit, dass die virtuell rotierte Position des einen Antennenelementes und die Positionen der anderen beiden Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung die Eckpunkte eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks bilden.
Diese virtuelle Rotation, sowie das Bestimmen der virtuellen Phasendifferenz zwischen dem Antennenelement, dessen Position virtuell rotiert ist und seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung als auch das Bestimmen des Elevationswinkels und/oder des Azimutwinkels der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung kann durch eine einzelne geeignete Prozessoreinheit oder auch durch einzelne miteinander verbundene Bauteile geschehen.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Elevationswinkel und/oder Azimutwinkel aller virtuellen Interferometeranordnungen jeweils aufsummiert und die Summe der Elevationswinkel bzw. Azimutwinkel gewichtet. Diese Gewichtung kann vorzugsweise mittels Division durch die Anzahl der virtuellen Interferometeranordnungen erfolgen. Dies entspricht denn Fall, dass alle Antennen gleich gewichtet werden. Allerdings können auch durch entsprechende Gewichtung einzelne Antennenelemente besonders berücksichtigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform werden das Bilden von virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnungen, das Bestimmen der virtuellen Phasendifferenz zwischen den beiden Antennenelementen, als auch das Bestimmen des Elevationswinkels und/oder des Azimutwinkels der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung nur für eine Anzahl u < m von Antennenelementen durchgeführt wird, vorzugsweise mit 1 < u < m.
In einer weiteren Ausführungsform besteht die Antennenkreisgruppe aus 7 Antennenelementen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen des Elevations- und Azimutwinkel einer einfallenden elektromagnetischen Welle bei einer Antennenkreisgruppe mit in Antennenelementen, die vorzugsweise geeignet ist die Schritte eines der obigen Verfahren auszuführen, mit einem Mehrkanalempfänger, der mit den m Antennenelementen verbunden ist und die m Antennensignale der m Antennenelemente empfängt, einem Phasenmesser, der mit dem Mehrkanalempfänger verbunden ist und die Phase des Antennensignals des jeweiligen Antennenelementes der Antennenkreisgruppe misst, einer Einrichtung zum Bilden der Phasendifferenzen der Phasenwerte der jeweils benachbarten Antennenelemente und einer Einrichtung zum Bilden von m Interferometeranordnungen aus jeweils drei benachbarten Antennenelementen.
Die Vorrichtung weist ebenfalls eine Einrichtung zum Bilden von m virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnungen durch virtuelles Rotieren der Position eines der zwei äußeren Antennenelemente der drei benachbarten Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung derart, dass der Abstand zwischen der virtuell rotierten Position des einen der zwei äußeren Antennenelemente und der Position seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen Interferometeranordnung gleich l bleibt und derart, dass die virtuell rotierte Position des einen Antennenelementes und die Positionen der anderen beiden Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung die Eckpunkte eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks bilden auf.
Desweiteren weist die Vorrichtung eine Einrichtung zum Bestimmen der virtuellen Phasendifferenz zwischen dem Antennenelement, dessen Position virtuell rotiert ist und seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung unter Verwendung der oben gebildeten Phasendifferenzen der jeweils direkt benachbarten Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung und des Winkels α = 2π/m, auf, als auch eine Einrichtung zur Bestimmen des Elevationswinkels und/oder des Azimutwinkels der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung unter Verwendung der virtuellen Phasendifferenz und der Phasendifferenz der Phasenwerte der direkt benachbarten Antennenelemente der Interferometeranordnung, die nicht virtuell rotiert sind.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner eine Einrichtung auf, die geeignet ist die Elevationswinkel und/oder Azimutwinkel aller virtuellen Interferometeranordnungen jeweils aufzusummieren und die Summe der Elevationswinkel bzw. Azimutwinkel zu gewichten. Diese Gewichtung erfolgt vorzugsweise mittels Division durch die Anzahl der virtuellen Interferometeranordnungen. Allerdings sind auch andere Gewichtungen denkbar, wie z. B. die oben beschriebene entsprechende Gewichtung einzelner Antennenelemente.
Die Erfindung betrifft auch ein System zum Bestimmen des Elevations- und Azimutwinkel einer einfallenden elektromagnetischen Welle, das vorzugsweise geeignet ist eines der Verfahren nach einem der beschriebenen Verfahren auszuführen, mit einer Antennenkreisgruppe mit m Antennenelementen, und einer oben ausgeführten Vorrichtung.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung der Verfahrenschritte nach einem der beschriebenen Verfahren, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der beschriebenen Verfahren, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Ein maschinenlesbarer Träger ist beispielsweise eine CD-Rom, eine beschreibbare DVD-Rom oder ein Flash-Speicher-Medium. Des Weiteren kann der maschinenlesbare Träger in einem integrierten Schaltkreis, z. B. einem FPGA oder einem Signalprozessor, integriert sein.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der Ausführungsbeispiele erläutert:
1 zeigt eine Draufsicht eines Interferometers mit drei orthogonal angeordneten Antennenelementen.
2 zeigt eine Kreisanordnung mit sieben Antennen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
3 zeigt eine Kreisanordnung mit sieben virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnungen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
4a zeigt ein Blockschaltbild eines Systems zum Empfangen von Funksignalen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
4b zeigt ein Blockschaltbild eines Systems zum Empfangen von Funksignalen gemäß einer weiteren Ausführungsform.
2 zeigt beispielhaft eine Antennenanordnung, auch Antennenkreisgruppe genannt, mit m (in dem Ausführungsbeispiel ist m = 7) Antennenelementen, die als ein gleichschenkliges Vieleck angeordnet sind. Die Richtung der einfallenden elektromagnetischen Welle wird mit DoA bezeichnet (siehe 2). Die Antennenelemente sind mit ch₀ bis ch₆ bezeichnet.
Für den Winkel α im Zentrum des Vielecks gilt: α = 2π / m (6)
Der interne Winkel β wird durch folgende Beziehung gegeben: β = π – α = (1 – 2 / m)π (7) l = b·cos( β / 2) = b·sin( π / m) (8) wobei die Länge l des Vielecksegments durch (8) mit b als Basisdurchmesser bezeichnet wird. Mit ΔΦ_{06_}wird die Phasendifferenz zwischen dem ersten Antennenelement ch₀ und der siebten Antennenelement ch₆ bezeichnet. Generell wird die Phasendifferenz zwischen den Antennenelementen ch_k und ch_k-1 mit ΔΦ_{k k-1} bezeichnet.
Der Winkel ψ ist der Azimutwinkel, d. h. der Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung der einfallenden elektromagnetischen Antenne und der Orientierung der Antennenkreisgruppe. Die Orientierung der Antennenkreisgruppe kann beispielsweise die Gerade von denn Mittelpunkt der Antennenkreisgruppe zum ersten Antennenelement ch₀ sein.
Anhand von 2 wird beispielhaft eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Elevations- und Azimutwinkel einer einfallenden elektromagnetischen Welle bei einer Antennenkreisgruppe mit sieben Antennenelementen erläutert. In 2 wird mit ΔΦ₀₆ entsprechend der l₀ die Entfernung, die die Welle zwischen den Antennenelementen ch₀ und ch₆ durchläuft, bezeichnet. Generell wird die Entfernung, die die Welle zwischen den Antennenelementen ch_k und ch_k-1 durchläuft, mit l_k bezeichnet. Sie ist proportional zur Phasendifferenz ΔΦ_{k k-1}. In einem ersten Schritt werden nun die Phasen Φ₀, Φ₁, Φ₂, Φ₃, Φ₄, Φ₅, Φ₆ gemessen und in einem zweiten Schritt anschließend die Phasendifferenzen ΔΦ₁₀, ΔΦ₂₁, ΔΦ₃₂, ΔΦ₄₃, ΔΦ₅₄, ΔΦ₆₅, und ΔΦ₀₆ gebildet.
In einem dritten Schritt werden drei benachbarte Antennenelemente, beispielsweise ch₀, ch₁ und ch₂, zu einer Interferometeranordnung zusammengefasst. Dies geschieht derart, dass jeder der sieben Antennenelemente die Basis genau einer Interferometeranordnung bildet. So bildet ch₁ beispielsweise bei der Interferometeranordnung ch₀ – ch₁ – ch₂ die Basis. Bei der Interferometeranordnung ch₆ – ch₀ – ch₁ bildet ch₀ die Basis. Auf diese Weise entstehen m = 7 Interferometeranordnungen.
Dann werden die Positionen der sieben Antennenelemente virtuell so rotiert, dass der Abstand zwischen der virtuell rotierten Position des einen der zwei äußeren Antennenelemente und der Position seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen Interferometeranordnung gleich l bleibt und derart, dass die virtuell rotierte Position des einen Antennenelementes und die Positionen der anderen beiden Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung die Eckpunkte eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks bilden. So wird beispielsweise die Position des Antennenelementes ch₀ derart virtuell rotiert, dass durch ĉh₀ – ch₁ – ch₂ eine virtuelle, rechtwinklige Interferometeranordnung entsteht.
Die Entfernung, die die elektromagnetische Welle zwischen den Antennenelementen ch_k und den virtuellen Antennenelementen ĉh_k-1 durchläuft, wird mit l_k bezeichnet. Sie ist proportional zur Phasendifferenz Δ_{k k-1} zwischen ĉh_k-1 und ch_k.
Es wird mit γ der Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung DoA der einfallen elektromagnetischen Welle und einer Seite des Antennen-Vielecks, der Geraden zwischen ch₆ und ch₀, bezeichnet. Mit α = π – β können folgende Relationen hergeleitet werden (siehe 3):
Aus (9) und (10) folgt:
Für die k-te Iteration der oben dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, erhält man:
Mit der Phasendifferenz
zwischen dem Antennenelement k und k – 1 entlang der Entfernung l_k bzw. entlang der DoA – Ausbreitungsrichtung gilt:
und es kann für die k-te Interferometeranordnung wie bei einer rechwinkligen Interfermeteranordnung die Elevation und der Azimut angegeben werden durch:
Sowohl die Elevation als auch der Azimut hängen nach (12), (13) und (14) nur noch von den Phasendifferenzen der direkt benachbarten Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung und dem Winkel α, der durch die Gesamtanzahl der Antennenelemente gegeben ist, ab.
Erfindungsgemäß kann durch die Bildung eines Mittelwertes aus den Peilwerten, d. h. der Elevation und des Azimuts, aller m (in dem Ausführungsbeispiel m = 7) Interferometeranordnungen die Elevation und der Azimut berechnet werden:
Erfindungsgemäß können die Peilwerte aller Interferometeranordnungen auch durch andere Gewichtungen als der Mittelwertbildung, d. h. durch Summation aller jeweiligen Werte und Division durch die Anzahl der virtuellen Interferometeranordnungen, gebildet werden. Beispielsweise können einzelne Antennenelemente durch entsprechende Gewichtung besonders gewichtet werden.
Das Verfahren lässt sich mit größerer Anzahl von Antennenelementen beliebig erweitern.
In 4a wird beispielhaft ein System zum Empfangen von Funksignalen gezeigt. Eine Antennenkreisgruppe 100, in dieser Ausführungsform mit m = 7 Antennenkreiselementen, empfängt die zu peilenden Funkssignale. Die Funksignale werden anschließend an einen mit der Antennenkreisgruppe 100 verbundenen Mehrkanalempfänger 200 weitergeleitet. Mit einem Phasenmesser 300 werden die Phasenwerte der Antennensignale der Antennenkreiselemente der Antennenkreisgruppe 100 gemessen. Die Phasenwerte werden anschließend in einer Prozessoreinheit 400 weiterverarbeitet. In dieser Prozessoreinheit 400 sind die Einrichtungen 401 bis 405 integriert. Einrichtung 401 bildet die Phasendifferenzen der Phasenwerte der jeweils in der Antennenkreisgruppe benachbarten Antennenelemente, beispielsweise die Phasendifferenz ΔΦ₂₁ des ersten und zweiten Antennenelementes der Antennenkreisgruppe 100. Erfindungsgemäß können die Einrichtungen 200, 300 und 401 auch einkanalig sein, so dass die Phasenwerte der Antennenelemente in schneller, unmittelbarer Abfolge hintereinander anstatt simultan gemessen bzw. gebildet werden. Einrichtung 402 bildet die aus jeweils drei benachbarten Antennenelementen bestehenden Interferometeranordnungen. Gemäß der in 4a gezeigten exemplarischen Ausführungsform werden aufgrund von 7 Antennenelementen somit 7 Interferometeranordnungen gebildet. In Einrichtung 403 werden anschließend die m = 7 virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnungen gebildet und in der Einrichtung 404 die virtuellen Phasendifferenzen gebildet. In Einrichtung 405 werden die Elevations- und Azimutwinkel der Interferometeranordnungen bestimmt.
Gemäß einer weiteren, in 4b gezeigten, Ausführungsform werden in einer weiteren Einrichtung 406 die Elevation- und Azimutwinkel der Interferometeranordnungen jeweils aufsummiert und gewichtet.
Obwohl die Erfindung mittels der Figuren und der zugehörigen Beschreibung dargestellt und detailliert beschrieben ist, sind diese Darstellung und diese detaillierte Beschreibung illustrativ und beispielhaft zu verstehen und nicht als die Erfindung einschränkend. Es versteht sich, dass Fachleute Änderungen und Abwandlungen machen können, ohne den Umfang und den Geist der folgenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere umfasst die Erfindung ebenfalls Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen, die vorstehend oder nachfolgend zu verschiedenen Ausführungsformen genannt oder gezeigt sind.
Die Erfindung umfasst ebenfalls einzelne Merkmale in den Figuren auch wenn sie dort im Zusammenhang mit anderen Merkmalen gezeigt sind und/oder vorstehend oder nachfolgend nicht genannt sind. Auch können die in den Figuren und der Beschreibung beschriebenen Alternativen von Ausführungsformen und einzelne Alternativen deren Merkmale von Erfindungsgegenstand beziehungsweise von den offenbarten Gegenständen ausgeschlossen sein. Die Offenbarung umfasst Ausführungsformen, die ausschließlich die in den Ansprüchen beziehungsweise in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale umfasst sowie auch solche, die zusätzliche andere Merkmale umfassen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen des Elevations- und Azimutwinkel einer einfallenden elektromagnetischen Welle, bei einer Antennenkreisgruppe mit in Antennenelementen, wobei die Antennenelemente jeweils einen Abstand l von ihren direkt benachbarten Antennenelementen haben, mit folgenden Schritten: a) Messen der Phasenwerte der Antennenelemente, b) Bilden der Phasendifferenzen der Phasenwerte der jeweils benachbarten Antennenelemente, c) Bilden von m Interferometeranordnungen aus jeweils drei benachbarten Antennenelementen, d) Bilden von m virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnungen durch virtuelles Rotieren der Position eines der zwei äußeren Antennenelemente der drei benachbarten Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung derart, dass der Abstand zwischen der virtuell rotierten Position des einen der zwei äußeren Antennenelemente und der Position seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen Interferometeranordnung gleich l bleibt und derart, dass die virtuell rotierte Position des einen Antennenelementes und die Positionen der anderen beiden Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung die Eckpunkte eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks bilden, e) Bestimmen der virtuellen Phasendifferenz zwischen dem Antennenelemente, dessen Position virtuell rotiert ist und seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung unter Verwendung der in Schritt c) gebildeten Phasendifferenzen der jeweils direkt benachbarten Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung und des Winkels α = 2π/m, f) Bestimmen des Elevationswinkels und/oder des Azimutwinkels der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung unter Verwendung der virtuellen Phasendifferenz und der Phasendifferenz der Phasenwerte der direkt benachbarten Antennenelemente der Interferometeranordnung, die nicht virtuell rotiert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Elevationswinkel und/oder Azimutwinkel aller virtuellen Interferometeranordnungen jeweils aufsummiert werden und die Summe der Elevationswinkel bzw. Azimutwinkel gewichtet wird, vorzugsweise mittels Division durch die Anzahl der virtuellen Interferometeranordnungen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schritte d) bis f) nur für eine Anzahl u < m von Antennenelementen durchgeführt wird, vorzugsweise mit 1 < u < m.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Antennenkreisgruppe aus 7 Antennenelementen besteht
Vorrichtung zum Bestimmen des Elevations- und Azimutwinkel einer einfallenden elektromagnetischen Welle bei einer Antennenkreisgruppe mit m Antennenelementen, die vorzugsweise geeignet ist die Schritte eines der Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen, mit: a) einem Mehrkanalempfänger, der mit den in Antennenelementen verbunden ist und die in Antennensignale der in Antennenelemente empfängt, b) einem Phasenmesser, der mit dem Mehrkanalempfänger verbunden ist und die Phase des jeweiligen Antennenelementes der Antennenkreisgruppe misst, c) einer Einrichtung zum Bilden der Phasendifferenzen der Phasenwerte der jeweils benachbarten Antennenelemente, d) einer Einrichtung zum Bilden von m Interferometeranordnungen aus jeweils drei benachbarten Antennenelementen, e) einer Einrichtung zum Bilden von m virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnungen durch virtuelles Rotieren der Position eines der zwei äußeren Antennenelemente der drei benachbarten Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung derart, dass der Abstand zwischen der virtuell rotierten Position des einen der zwei äußeren Antennenelemente und der Position seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen Interferometeranordnung gleich l bleibt und derart, dass die virtuell rotierte Position des einen Antennenelementes und die Positionen der anderen beiden Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung die Eckpunkte eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks bilden, f) einer Einrichtung zum Bestimmen der virtuellen Phasendifferenz zwischen dem Antennenelemente, dessen Position virtuell rotiert ist und seines direkt benachbarten Antennenelementes der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung unter Verwendung der in Schritt c) gebildeten Phasendifferenzen der jeweils direkt benachbarten Antennenelemente der jeweiligen Interferometeranordnung und des Winkels α = 2π/m, und g) einer Einrichtung zum Bestimmen des Elevationswinkels und/oder des Azimutwinkels der jeweiligen virtuellen, rechtwinkligen Interferometeranordnung unter Verwendung der virtuellen Phasendifferenz und der Phasendifferenz der Phasenwerte der direkt benachbarten Antennenelemente der Interferometeranordnung, die nicht virtuell rotiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, die ferner eine Einrichtung aufweist, die geeignet ist die Elevationswinkel und/oder Azimutwinkel aller virtuellen Interferometeranordnungen jeweils aufzusummieren und die Summe der Elevationswinkel bzw. Azimutwinkel zu gewichten, vorzugsweise mittels Division durch die Anzahl der virtuellen Interferometeranordnungen.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Antennenkreisgruppe aus 7 Antennenelementen besteht.
System zum Bestimmen des Elevations- und Azimutwinkel einer einfallenden elektromagnetischen Welle, das vorzugsweise geeignet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen, mit: a) einer Antennenkreisgruppe mit m Antennenelementen, und b) einer Vorrichtung aus einem der Ansprüche 5 bis 7.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung der Verfahrenschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.