DE1142920B

DE1142920B - Mehrwellenpeiler

Info

Publication number: DE1142920B
Application number: DET14993A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Karl Baur
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1958-04-12
Filing date: 1958-04-12
Publication date: 1963-01-31
Also published as: US3056959A; GB902473A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

T 14993 IXd/21a⁴

ANMELDETAG: 12. A P R I L 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 31. JANUAR 1963

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Peilung von η in einem Kanal liegenden, vorzugsweise kohärenten elektromagnetischen Wellen.

Im Peilort ergibt sich in sehr vielen Fällen ein Interferenzfeld. Das kann einmal daher rühren, daß die Wellen eines Senders auf verschiedenen Wegen zum Peilempfänger kommen oder daß Wellen an irgendwelchen Hindernissen reflektiert werden und sich am Empfangsort mit der direkt ankommenden Welle überlagern. Auch kann das Interferenzfeld durch Überlagerung gleichfrequenter Wellen verschiedener Sender zustande kommen.

In all diesen Fällen versagen die üblichen Peiler. Obwohl z. B. bei dem von Watson Watt angegebenen Zweikanalprinzip für Sender, die zwar im gleichen Kanal liegen, aber mit verschiedenen Frequenzen senden, eine Peilung möglich ist, versagt diese Peileinrichtung beim Empfang von gleichfrequenten Wellen.

Um auch für diesen Fall eine Peilung möglich zu machen, sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, die aber alle sehr aufwendig sind und bis jetzt zu keiner befriedigenden Lösung geführt haben. So hat man im Kriege einen Großbasispeiler mit dem Decknamen »Wullenwever« geschaffen. Diese Anlage besteht aus einer großen, schwenkbaren Antennenzeile, durch die spitze Diagrammkeulen erzeugt werden und bei der auch gleichfrequente Sender mit verschiedenen Einfallswinkeln, wenn diese nur so weit auseinander liegen, daß sie nicht in den öffnungswinkel einer Keule fallen, bestimmt werden konnten. Die Anlage war aber sehr aufwendig.

Eine andere bekannte Anordnung zur Peilung bei Vorhandensein eines Interferenzfeldes ist die als »Doppelpeiler« bekanntgewordene Anordnung. Diese Anordnung verkleinert zwar den Peilfehler gegenüber dem Adcock, beseitigt ihn aber nicht. Trotzdem ergibt sich hier wieder der Nachteil des großen Aufwandes.

Wie aus den angeführten bekannten Anordnungen ersichtlich, gibt es noch keine befriedigende Lösung für das Problem, gleichzeitig mehrere gleichfrequente Wellen zu peilen. Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Anordnung zu treffen, durch die gleichzeitig die Einfallsrichtungen von mehreren Wellen, insbesondere von gleichfrequenten Wellen, angezeigt werden können.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Antennensystem mit 2 η Antennen vorgesehen ist (mit Ausnahme des Falles η = 1, bei dem drei Antennen notwendig sind), daß jede dieser Antennen an ein frequenzselektives Übertragungsglied ange-Mehrwellenpeiler

Anmelder:

Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Dipl.-Phys. Karl Baur, Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt worden

schaltet ist und daß zur Auswertung dieser am Ausgang der Übertragungsglieder abgenommenen HF-Spannungen ein Rechengerät, bestehend aus Phasendreh- und Addiergliedern, vorgesehen ist, das die 2 η Spannungen

In) =

(hierin bedeutet A _v = E eJr, ein Faktor, der von Betrag und Phase abhängt, χ_μ, γ_μ den Standort der Antenne in kartesischen Koordinaten, m„ = A:cos£„cos«„ und ν,. = k cose,. sin λ,,, wobei £„ die Elevation, k die Wellenzahl und «„ der Einfallsazimut ist) nach Maßgabe der durch Elimination der Faktoren A_v erhaltenen η Gleichungen derart auswertet, daß an mit den Phasendrehgliedern gekoppelten Gliedern den Sinus- und Kosinuskomponenten der η Einfallsazimute entsprechende Spannungen zur Anzeige zur Verfügung stehen.

Die Erfindung geht von den bisher bei der Peilung bekannten Methoden ab und sieht eine in der Peiltechnik noch nicht bekannte Anordnung vor. In dem Folgenden sollen nun die theoretischen Zusammenhänge aufgezeigt werden, die zu der erfindungsgemäßen Anordnung geführt haben, und weiter, wie man eine solche Anordnung aufbauen muß.

Für die Spannung einer Antenne im Punkt r, ϋ der Ebene ergibt sich bei η Wellenzügen:

hierin bedeutet
V= Antennenspannung,

η = Anzahl der vorhandenen Wellen,
ν = Lauf zahl der vorhandenen Wellen,

309 507/227

A_v = Ee'', d. h. ein Faktor, der von Betrag und Phase abhängt,

k = ¹^ (Wellenzahl),

e„ = Elevation,

oc, = Einfallsazimut.
Setzt man für

r cos ■& = x,

r sin ■& = y,
und für

k cos ε_ν cos <x_v = w,,

k cos e„ sin «, = v„

so ergibt sich für die Spannung F einer Antenne in kartesischen Koordinaten:

sein. Gibt man diese Größen OM₁ und av_t bzw. au_% und av₂ z. B. jeweils auf ein Ablenksystem einer Braunschen Röhre, so werden die beiden Winkel X₁

Uy I

und *2 direkt angezeigt (tg λ,. =

Vor der Betrachtung des Aufbaus der Schaltung für den Zweiwellenpeiler soll zuerst der Einfachheit halber ein Einwellenpeiler, der nach dem erfindungsgemäßen Prinzip aufgebaut ist, betrachtet werden. Wie bereits vorn gesagt, sind mindestens drei Antennen 5 bis 7 notwendig, die, wie in der Fig. 2 dargestellt, angeordnet sein sollen. Es ergeben sich für die drei Antennenspannungen die drei Gleichungen:

l_ve

U₁, + yv)

V₂ = Ae-^iau, F₃ = A e-^jaE.

Durch einige Überlegungen kommt man zu dem Wenn man aus diesen A eliminiert, so ergeben sich

Ergebnis, daß bei Vorhandensein von η Wellenzügen 20 folgende Gleichungen:
zur Bestimmung der Eigenschaften der η Wellen

mindestens 2« Antennen notwendig sind. Allerdings stimmt dieses Gesetz nicht bei η = 1, denn zur Bestimmung der Größen einer Welle sind drei Antennen notwendig.

Die weiteren Überlegungen sollen nun für den Fall des Vorhandenseins von zwei gleichfrequenten Wellen gemacht werden. Für die Bestimmung der Eigenschaften zweier Wellen sind 2n Informationen, also vier V_ie-jau_ F₂ = O. F₁ e-*"··— F₃ = O.

vier Spannungen haben folgendes Aussehen: V₁ =

-JiX\ '<i + -Vi >Ί)

F, =

+ A₂ e

+ A₉C

-1 (^vi ":· + -Vi »j I

V₃ =

A₁ e

= A₁ e

j (χ-, U-, + y-, V₁) j (χ. u₂ + y, V₂)

V₁)

(3) Die Rechenschaltung, die den Größen au bzw. av proportionale Spannungen an ihren Ausgangsklemmen abgibt, ist in Fig. 3 dargestellt. Als Auswertschaltung ist ein Analog-Computer vorgesehen.

Über die Klemme 8 wird den Phasenschiebern 11

Antennen bzw. deren Spannungen, notwendig. Die 30 und 12 die Spannung F₁ der Empfangsantenne 5 zugeführt. Die Ausgangsspannung des Phasenschiebers 11 und die über die Klemme 9 zugeführte Antennenspannung F₂ der Empfangsantenne 6 werden einem Summierglied 13 zugeführt, und zwar in solcher 35 Polung, daß die Differenz nach Gleichung (8) gebildet wird. Entsprechend wird die Differenz der Ausgangsspannung des Phasenschiebers 12 und der über die Klemme 10 zugeführten Antennenspannung F₃ der Sind die Antennen 1 bis 4 nun derart angeordnet. Empfangsantenne 7 nach Gleichung (9) gebildet. Die wie in Fig. 1 gezeigt, so ergibt sich für die Koordi- 40 Ausgangsspannung der beiden Summierglieder 13 und naten der Standorte der einzelnen Antennen: 14 ist nach Gleichung (8) bzw. (9) dann Null, wenn die

_x— Q _Vi _ Q Phase der Antennenspannung F₁ um den Wert au

bzw. av gedreht ist. Man kann nun die Ausgangsspannung Δ der Summierglieder anzeigen und die Phasenschieber von Hand so lange regeln, bis die Ausgangsspannung J Null ist. Man kann die Spannung aber auch direkt zur Phasenschiebung benutzen. Hierzu wird die Ausgangsspannung der Summierglieder, wie in der Fig. 3 dargestellt, einem Regelorgan der Phasenschieber 11 und 12 zugeführt. Die Phasenschieber 11 und 12 baut man nun derart auf, daß an ihren Ausgangsklemmen 15 und 16 der Phasendrehung au bzw. av proportionale Spannungen abgegriffen werden können. Gibt man diese auf das Ablenksystem einer Braunschen Röhre, so wird sofort das Peilazimut angezeigt.

Die entsprechenden Gleichungen für den Zweiwellenpeiler sind bereits vorn angegeben [Gleichungen (5) und (6)]. In der Fig. 4 ist die entsprechende Schaltung — ebenfalls ein Analog-Computer — zur Auswertung der Antennenspannungen dargestellt. Über die Klemmen 17 bis 20 werden die Spannungen F₁ bis V_t zugeführt. Die Gleichung (5) gibt an, daß man die Spannungen F₁ und F₃ in ihrer Phase um den

schaltung ausgewertet werden. An den Ausgangs- 65 Wert au_x verändern muß. damit die Beträge der klemmen der Rechenschaltung müssen, um den Peil- Differenzen des Zählers und des Nenners der Gleiwinkel anzeigen zu können, den Größen au_x und Ov₁ chung (5) gleich groß sind. Hierzu werden die Spanbzw. OW₂ und av₂ proportionale Spannung abzugreifen nungen F₁ und F₃ über die Klemmen 17 und 19

X₂ = a,y₂ = 0,
*3 =0,j₃=a,

Damit lauten die Gleichungen für die Antennenspannungen:

Λ, + A₂,

V₁ = A₁

F₂ = A₁ e -^ja"<

V₃ = A₁ e ^jav<

+ A₂ e

—jau.

V —
^r 4

^-Ja(M, + ν,) ₊ _Ai

-ja (u<, -f- v·,)

(4)

Eliminiert man aus den vier Gleichungen A₁ und A₂, so ergeben sich die beiden Gleichungen:

F₁ e

F₁ e
F₂ e

- F₂

JaV₁

F₄

= 1

= 1

(5)

(6)

Diese beiden Gleichungen müssen von der Rechen-

5 6

einem Phasenschieber 21 zugeführt. In dem Summier- Iy₁ _e J"^v> .._ y )_e ■■''"'? (κ e "^j<"'' · K)

glied 22 wird die Differenz gemäß dem Zähler der , ,„,,, . __Jar„ , __JaVi , e """* — 1, Gleichung (5) gebildet und im Summierglied 23 die ^^{2 e} "^ ^K*^le ~ ~\^y*^e ~ ^Ke)
Differenz gemäß dem Nenner der Gleichung (5). Die (10) Ausgangsspannungen der beiden Summierglieder wer- 5 iy im·· _ y \ -■/«>■, _/ _v Μί __ _v \
den in den Gliedern 24 und 25 gleichgerichtet, und im ' _jav> '■ _jav ^[ __JaVi e '^aU] = 1, Summierglied 26 wird gemäß der durch Vorzeichen W₂e ·""'-'_ K₁Ie ^Jav· — (F₄e ^yoiJ -K₆)
andeutenden Polung die Differenz der beiden Gleich- (11) spannungen gebildet. Die Ausgangsspannung dieses , _Jav.._ , h^ _i_v -J«*-. ___v\
Summiergliedes 26 wird dem Phasenschieber 21 züge- ίο ^(Ki^{e K}3^|e ~~ ^^ ⁵' e '^au'¹ = 1 führt und dreht dort die Phase so lange, bis die in den (V₂ e ^yaVl - F₄) e ^;av' - (F₁ e~^M'^; - F₆)
Summiergliedern 22 und 23 gebildeten Differenzen den (12) gleichen Betrag haben. Dann wird die Ausgangsspannung des Summiergliedes 26 Null. Man kann Die zugehörige Rechenschaltung ist in Fig. 6 darnatürlich auch hier eine Regelung der Phase von Hand 15 gestellt. Die Schaltung besteht aus drei Teilen, von vornehmen. denen jedes zur Lösung einer Gleichung dient. Es

Der Phasenschieber 21 ist wiederum derart aufge- genügt daher, nur ein Teil zu betrachten, und zwar soll baut, daß an der Ausgangsklemme 27 eine der Größe hier das in Fig. 6 oben liegende, die Gleichung (10) OM₁, also der Phasendrehung proportionale Spannung lösende Teil betrachtet werden. Über die Klemmen

abnehmbar ist. Die Ausgangsspannung des Summier- 20 33 bis 38 werden die Spannungen F₁ bis K₆ (es sind

gliedes 22 (V₁ e ^Jau< — V₂) wird außerdem noch 2« = 6 Antennen, also auch sechs Antennenspan-

einem weiteren Phasenschieber 28 zugeführt. Dessen nungen vorhanden und notwendig) zugeführt. Die

Ausgangsspannung wird zusammen mit der Ausgangs- Phasen der Spannungen K₁ bis K₄ werden in dem

spannung des Summiergliedes 23 (V₃ e ^Jau< — K₄) Phasenschieber 39 um den Betrag CiV₁ gedreht. An der

einem Summierglied 29 zugeführt. Nach Einregelung 25 Klemme 40 ist somit eine der Größe a\_x proportionale

des Phasenschiebers 21 haben der Zähler und der Spannung abnehmbar. In den Summiergliedern 41 bis

Nenner der Gleichung (5) den gleichen Betrag. Man 44 werden die in Klammern stehenden Differenzen des

muß nun aber noch die Spannung (V₁ e ^Jau> — V₂) Zählers und Nenners der Gleichung (10) gebildet. Die

um die Phase av₂ drehen, damit die Gleichung (5) Phase des ersten Gliedes des Zählers und des Nenners

erfüllt ist. Diese Phasendrehung wird von dem Phasen- 3° wird in dem Phasenschieber 45 um den Wert av₂ ge-

schieber 28 ausgeführt, der durch die Ausgangs- dreht. An der Klemme 46 steht somit eine dem Wert

spannung des Summiergliedes 29 geregelt wird. Hat der av₂ proportionale Spannung. Die Summierglieder 47

Phasenschieber 28 eine Stellung erreicht, in der und 48 bilden die Differenzen des Zählers bzw. des

Nenners der Gleichung (10). Die Ausgangsspannungen

(P_{1 e} /««, — V₂) ■ e ""- —(K₃e-■>""■ —K₄) 35 der beiden Summierglieder werden in den Gliedern 49

und 50 gleichgerichtet, und im Summierglied 51 wird

gleich Null ist. so ist auch die Ausgangsspannung des die Differenz zwischen Zähler und Nenner gebildet. Summiergliedes 29 gleich Null, und somit verbleibt Die Differenzspannung des Summiergliedes 51 beeinder Phasenschieber in dieser Stellung. An der Aus- flußt den Phasenschieber 39 so lange, bis die Ausgangsklemme 30 des Phasenschiebers 28 kann eine 40 gangsspannung des Summiergliedes 51 Null wird, dem Wert av₂ proportionale Spannung abgegriffen Dann sind die Beträge des Zählers und Nenners gleich werden. groß. Der Zählerausdruck der Gleichung (10) wird in

In dem unteren Teil der in der Fig. 4 dargestellten dem Phasenschieber 52 außerdem so lange gedreht, bis

Schaltung wird die Gleichung (6) in entsprechender die Differenz der um au₃ gedrehten Spannung und der

Weise ausgewertet. Als Ausgangsspannung erhält man 45 Nennerspannung Null wird. Dann steht an dem

in diesem Schaltungsteil den Größen a\\ und au₂ Summierglied 53 keine Ausgangsspannung mehr. An

proportionale Spannungen. Gibt man die Ow₁ und Ov₁ der Klemme 54 wird eine dem Wert au₃ proportionale

bzw. OW₂ und av₂ proportionalen Spannungen auf die Spannung abgegriffen.

Ablenksysteme einer Mehrstrahlanzeigeröhre oder Entsprechend sind die beiden anderen Schaltungszweier Braunscher Röhren, so werden die Peilazimute 50 teile aufgebaut. Es können an den entsprechenden der beiden einfallenden Wellen angezeigt. Klemmen folgende Spannungen abgegriffen werden:

Es ist nun möglich, daß sich die Anordnung in an der Klemme 55 eine av₂ proportionale Spannung,

beiden Zweigen auf die gleichen Werte einstellt. Um an der Klemme 56 eine ov₃ proportionale Spannung,

dies zu verhüten, ist eine Verkopplungsleitung 31 an der Klemme 57 eine Ow₁ proportionale Spannung,

zwischen den Phasenschiebern 30 und 32 vorgesehen. 55 an der Klemme 58 eine av₃ proportionale Spannung,

die bewirkt, daß eine solche gleiche Einstellung ver- an der Klemme 59 eine Ov₁ proportionale Spannung,

mieden wird. an der Klemme 60 eine au₂ proportionale Spannung.

Die obige Beschreibung gilt für den Fall des Einfalls Die Werte Ov₁, av₂ und av₃ treten alle doppelt auf.

von zwei Wellen. Die Anordnung versagt in dem Falle, Es ist daher notwendig, entsprechende Phasenschieber

wo mehr als zwei Wellen einfallen, zeigt aber bei ⁶° zu koppeln. Während die Phasenschieber 39, 63 und 64

Einfallen nur einer Welle das Azimut dieser Welle an. durch Einwirkung von Spannungen verändert werden,

Im letztgenannten Fall sprechen nur zwei Phasen- sind die Phasenschieber 45, 61 und 62 jeweils mit

schieber an und geben die gewünschten Spannungen einem Phasenschieber gekoppelt, der sich um den

ab. Automatisch kommt damit nur ein Winkel zur gleichen Wert ändert. Die Kopplungsachsen 65, 66

Anzeige. 65 und 67 sind gestrichelt dargestellt. Die drei anzuzei-

Die Antennenanordnung zur Peilung von drei genden Peilazimute können auf einer Dreistrahlanzeige-Wellen ist in Fig. 5 dargestellt. Für den Dreiwellen- röhre oder auf drei einfachen Anzeigeröhren getrennt peiler ergeben sich folgende Gleichungen: angezeigt werden.

Das in den drei Ausführungsbeispielen angegebene Prinzip läßt sich für eine beliebige Anzahl von Wellenzügen bzw. auf eine Schaltung zu deren Empfang anwenden. Jedoch können mit einer Anordnung, die für eine bestimmte Wellenanzahl ausgelegt ist, eben nur für diese oder für eine kleinere Anzahl von Wellen die Peilazimute bestimmt werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung läßt neben der Richtungsbestimmung von mehreren in einem Kanal liegenden Sendern verschiedener Frequenz auch die Bestimmung der Peilazimute für kohärente Wellen zu. Es ist wohl klar, daß man auch eine Schaltung nach dem Erfindungsprinzip angeben könnte, die die Elevation anzeigen würde. Natürlich können die Antennen auch anders angeordnet sein. Als Auswertschaltung kann auch eine Digitalschaltung zur Anwendung kommen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Peilung von η in einem Kanal liegenden, vorzugsweise kohärenten elektromagnetischen Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antennensystem mit In Antennen vorgesehen ist (mit Ausnahme des Falles η = 1, bei dem drei Antennen notwendig sind), daß jede dieser Antennen an ein frequenzselektives Übertragungsglied angeschaltet ist und daß zur Auswertung dieser am Ausgang der Übertragungsglieder abgenommenen HF-Spannungen ein Rechengerät, bestehend aus Phasendreh- und Addiergliedern, vorgesehen ist, das die 2η Spannungen

ν_μ (μ = 1 ... In) = 2 Λ*^e -^J ^(ϊ""" ⁺ ^y" ^M Betrag und Phase abhängt, x_u, y\ den Standort der Antenne in kartesischen Koordinaten, ;/„ = k cos S₁. cos x_v und v„ = k cos ε,, sin <x„ wobei ε,, die Elevation, k die Wellenzahl und «„ der Einfallsazimut ist) nach Maßgabe der durch Elimination der Faktoren A₁, erhaltenen η Gleichungen derart auswertet, daß an mit den Phasendrehgliedern gekoppelten Gliedern den Sinus- und Kosinuskomponenten der η Einfallsazimute entsprechende Spannungen zur Anzeige zur Verfügung stehen.

2. Ausführungsform der Anordnung nach Anspruch 1 für zwei elektromagnetische Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß vier Antennen vorgesehen sind, die an den Ecken eines Quadrates mit der Seitenlänge (a) angeordnet sind, daß jede dieser Antennen an einen frequenzselektiven Verstärker angeschaltet ist und daß zur Auswertung ein Rechengerät, bestehend aus Phasendreh- und Addiergliedern, vorgesehen ist, das die vier Spannungen nach Maßgabe der durch Elimination der Faktoren A₁. erhaltenen Gleichungen

V₁ e """ - ν._Λ e *"" - K₄

² e ^ = 1,

(hierin bedeutet A_v — E&r, ein Faktor, der von

^j e ' — I₃ jau, _ j

K₂ e⁷"'¹ - K₁

derart auswertet, daß im Falle des Erfülltseins dieser beiden Gleichungen CiU₁, CiV₁, au₂ und a\\ proportionale Spannungen an mit den Phasendrehgliedern gekoppelten Gliedern zur Anzeige zur Verfügung stehen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige in an sich bekannter Weise mehrere Braunsche Röhren oder eine Mehrstrahlanzeigeröhre vorgesehen ist (sind).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 507/227 1.63