DE1466515A1

DE1466515A1 - Procedure for determining the distance from the origin of briefly incident electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1466515A1
Application number: DE19651466515
Authority: DE
Inventors: Guenter Heydt
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1965-06-18
Filing date: 1965-06-18
Publication date: 1970-09-10

Description

"Verfahren zur Bestimmung der Entfernung des UrsprunForta von kurzzeitig ei allenden elektromagnetischen Wellen" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung des Ursprungsorts von kurzzeitig einfallenden elektromagnetischen Wellen, deren Energie in einem breiten Frequenzbereich liegt, z. B. von Gewitterblitzen. Das erfindungsgemäese Verfahren soll insbesondere zusammen mit dem Peilverfahren nach Patent ........ (Patentanmeldung T 26 867 I, id/21a4) zur Anwendung kommen. Bei diesem Peilverfahren wird ein gekreuztes Richtantennensystem sowie eine Antenne mit Kreisdiagramm verwendet. "Procedure for determining the distance of the UrsprungunForta from short-term ei allenden electromagnetic waves "The invention relates to a method for Determination of the distance of the origin of short-term incident electromagnetic Waves whose energy is in a wide frequency range, e.g. B. from thunderstorms. The method according to the invention should in particular be used together with the direction finding method according to patent ........ (patent application T 26 867 I, id / 21a4). This DF method uses a crossed directional antenna system and an antenna used with pie chart.

Die Ausgangssignale dieser Antennen werden dort ResonanzkreiseL gleicher Resonanzfrequenz zugeführt, die dadurch zu Eigenschwingungen angeregt werden. Zwischen den Ausgangsspannungen der beiden, den Richtantennen zugeordneten Antennenresonanzkreiaen, wird eine Phasenverschiebung von 90° vorgenommen und danach wird die Differenz der phasenverschobenen Spannungen gebildet. Schliesslich wird die Differenz der Phasen der Differenzspannung und der von der Antenne mit Kreisdiagramm ausgelösten Spannung gc messen und in Form einer Gleichspannung dargestellt. Disse Gleichspannung ist ein MaB für den Einfallswinkel.The output signals of these antennas become the same resonance circuits there Resonance frequency supplied, which are thereby excited to natural oscillations. Between the output voltages of the two antenna resonance circuits assigned to the directional antennas, a phase shift of 90 ° is made and then the difference is the phase-shifted voltages formed. Finally, the difference in the phases the differential voltage and the from the antenna with pie chart Measure the released voltage gc and display it in the form of a DC voltage. Disse DC voltage is a measure of the angle of incidence.

In der Figur 1 der Zeichnung ist eine Anordnung zur Durchführung des obenbeschriebenen Peilverfahrens dargestellt. Die Antenne mit Kreisdiagramm trägt das Bezugszeichen 1, die beiden Rahmenantennen die Bezugszeichen 2 und 3 ; An die antenne sind Schwingkreise 4, 5 und 6 angeschaltet, die eine Resonanzfrequenz 0 von z. B. 10 kHz aufweisen. Bei Auftreten einer atmosphärischen Störung werden diese Schwingkreise zu Eigenschwingungen angeregt.In the figure 1 of the drawing is an arrangement for performing the the direction finding method described above. The antenna with pie chart carries the reference number 1, the two loop antennas the reference numbers 2 and 3; To the antenna, resonant circuits 4, 5 and 6 are switched on, which have a resonance frequency of 0 from Z. B. 10 kHz. If an atmospheric disturbance occurs, these Oscillating circuits excited to natural oscillations.

Die Ausgangsschwingungem der Resonanzkreise 5 und 6 werden in den Gliedern 7 und 8 um 90° in der Phase gegeneinander verschoben. Im Glied 9 wird die Differenz dieser beiden Spannungen gebildet. Nach Verstärkung und gegebenenfalls Begrenzung der Ausgangsspannumg des Resonanzkreises 4 und der Ausgangsspannung des differenzbildenden Glieds 9 in den Gliedern 10 und 11, wird dann in Glied 12 die Phasendifferenz zwischen diesen beiden Spannungen gemessan. Beispielsweise kann das Glied 12 ein Flip-Flop sein, an dessen » usgang ein Integrierglied 13 angeschlossen ist. Die Ausgangsapannung des Integrierglieds 13 ist proportional den Einfallswinkel (p. im Haupt patent ist zusätzlich noch vorgeschlagen worden, die spektrale Amplitude der einfallenden Signale mit anzuzeigen.The output vibrations of the resonance circuits 5 and 6 are in the Links 7 and 8 shifted by 90 ° in phase with respect to one another. In link 9 is the Difference between these two voltages is formed. After reinforcement and if necessary Limitation of the output voltage of the resonance circuit 4 and the output voltage of the differential member 9 in members 10 and 11, is then in member 12 the Phase difference between these two voltages measured. For example, can the element 12 can be a flip-flop, to whose output an integrating element 13 is connected is. The output voltage of the integrator 13 is proportional to the angle of incidence (p. in the main patent it has also been suggested that spectral Display the amplitude of the incoming signals.

Hierzu dient die Schaltungsanordnung der Figur 2. Mit 14 ist eine Stabantenne bezeichnet, mit 15 ein Tiefpaß der die Aufgabe hat, Frequenzteile über einer bestimmten Frequenz, von z. B.The circuit arrangement of FIG. 2 is used for this purpose Rod antenna denotes, with 15 a low-pass filter which has the task of frequency parts over a certain frequency, from e.g. B.

60 kHz zur Vermeidung von Spiegelfrequenzen zuruckzuhalten. Mit 16 ist eine Mischstufe und mit 17 ein einstellbarer Oszillator bezeichnet. An die ischstufe 16 schließt sich vin schmalbendiger Verstärker 18 an, dess@n Ausgangsspannung in einem Gleichrichter 19 gleichgerichtet wird. An lusgang dieses Gleichrichters 19 erhält man also eine Glaichspannung, deren Größe ein RaB fur die Amplitude der einfallenden Signa'e vei der eingestallten Frequenz ist Es wurde im Hauptpatent vorgeschlagen, die spektrale Amplitude und den Einfallswinkel auf einer gemeinsamen Anzeigerohrs aufzuzeichnen, indem man die Ausgangsspannung des Tieapasses 13 in Fi.'ur 1 und die'usgangsspannung des Gleichrichters 10 nep ur 2 auf die Ablenksysteme einer Anzeigeröhre gibt. Fiir @@n p@@@@@@rmige Aufzeichnung ist es allerdings notwendig, daB der Elektronenstrahl der Anzeigeröhre aur bei Ka-@@@um der vorhanderen Störung. also beim Maximum der Ausgangs-@@ung des Glieds 19 @eligetastet wird.60 kHz to hold back to avoid image frequencies. With 16 is a mixer and 17 denotes an adjustable oscillator. To the ischstufe 16 is followed by a narrow-ended amplifier 18, the output voltage of which is in a rectifier 19 is rectified. At the output of this rectifier 19 one thus obtains an equilibrium voltage, the magnitude of which is an RaB for the amplitude of the incident Signa'e vei the installed frequency is It was suggested in the main patent, the spectral amplitude and the angle of incidence on a common indicator tube to be recorded by the output voltage of the Tieapass 13 in Fi.'ur 1 and the output voltage of the rectifier 10 nep ur 2 to the deflection systems of a display tube gives. For recording it is necessary, however, that the electron beam the display tube aur with Ka - @@@ to the existing fault. so at the maximum of Output - @@ ung of the link 19 @eligetasted.

N ben Peilwinkel und spektral@@ @mplitudenverteilung ist aber o't such noch die Eatfernung des Uysprungsorts, beispielsweise ijr atmosphärischen Störung von Interesse, Aus diesem Grunde ist im Hauptpatent ein Verfahren angegeben, mit Hilfe dessen man die Entfernung ermitteln kann. Gemäß einer Weiterbildung des Hauptpatentes wird hierzu der Verlauf der Geraden 1nN in Abhängigkeit iner einstellbaren Schwelle 8 ermittelt. Es wird die Zahl N der aus einer bestimmten Richtung kommenden atmosphärischen törung, die bestimmte'Verteübersteigen,ermittelt.Besides bearing angles and spectral @@ @ amplitude distribution is o't look for the eating distance of the starting point, for example in the event of an atmospheric disturbance of interest, for this reason is a process in the main patent with the help of which one can determine the distance. According to a further training of the main patent, the course of the straight line 1nN is adjustable as a function of this Threshold 8 determined. It becomes the number N of those coming from a certain direction atmospheric disturbance exceeding certain values.

Die Stei@ung der hierbei sich ergebenden Geraden stellt ein Maß für daß Entfernung dar. Die Ermittlung der Entfernung ist t3i diesem Verfahren, wie gezeigt, relativ umständlich.The slope of the resulting straight line is a measure for that distance represents. The determination of the distance is t3i this method how shown, relatively awkward.

Le ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein die Entfernung direkt anzeigendes Verfahren zu schaffen.Le is the object of the present invention to direct the removal to create indicative procedure.

Diese, ufgabe wird gemäB der Zrfindung dadurch gelöst, daß das empfangene kurzzeitige Signal zwei schmalbandigen Empfangern mit Empfangsfrequenzen wi und mu zugeführt wird, daß die gleichgerichteten Ausgangsimpulse dieser Empfänger mit den Amplituden U und Uw2 in zwei um 90° gegeneinander verschobene Wechselspannungen ##1 sin #ht und U#2 cos #ht umgewandelt werdsn r wobei eh eine Hilfsfrequenz ist und daß nach Bildung der Summe oder Differenz aus dieser beiden Spannungen die Differenz der Phasenlage der ^ummcn, bzw. Differenzspannungen gegenüber einer Bezugsphase gemessen und als Gleichspannung dargeetellt wird, wobei diese Gleichspannung ein MaB für die entfornung ist.According to the invention, this task is solved in that the received Brief signal from two narrowband receivers with reception frequencies wi and mu is supplied that the rectified output pulses of this receiver with the amplitudes U and Uw2 in two alternating voltages shifted by 90 ° against each other ## 1 sin #ht and U # 2 cos #ht are converted to r where an auxiliary frequency is anyway and that after forming the sum or difference of these two voltages, the difference is obtained the phase position of the ^ ummcn, or differential voltages compared to a reference phase is measured and shown as DC voltage, this DC voltage being a The measure for deforestation is.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann fur sich allein zur Bestimmung der Entfernung des Ursprungsorts kurzzeitig einfallender hellen ausgenutzt werden. Es kann jedoch auch zusammen mit derartige dem eingangs erläuterten Peilverfahren für #Signale angewendet worden. Hierbei ist eine getrennte Anzeige von Einfallswinkel und Entfernung möglich. Es ist jedoch gemäB einer Weiterbildung der Erfindung auch möglich, beide Werte auf einer einzigen Sichtröhre zur. ^nzeige zu bringen, wobei man die beiden, ein Maß für diese Größen darstellenden Gleichspannungen auf die beiden Ablenksysteme einer Anzeigeröhre gibt. Achtet man auch hier darauf, da5 der Elektrononstrahl der Anzeigeröhre nur dann hellgetastet wird, wenn das einfallende Signal ein Maximum aufweist, so erhält man auch hier eine punktförmige Anzeige, deren Lage in einem rechtwinkligen Koordinatensystem ein MaB für die Entfernung und den Einfallswinkel ist. Zur Hellsteuerung des Elektronenstrahls kenn man auch hier die Anordnung der Figur 2 benutzen, In der Figur 3 der Zeichnung ist so eine Anordnung zur Durchfiihrung des crfilidungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Über die Antenne 20, die beliebig ausgeführt sein kann, wird das kurzzeitige Signal empfangen und zwei schmalbandigen, auf verschielene Frequenzen #1 und #2 abgestimmten Empfänger zugeführt. Selbstverständlich liegen die Frequenzen ? 1 und #2 in dem Frequenzbereich, innerhalb dem die Energie des Eingangssignala liegt. gale beiden Empfänger 22 können Geradeausempfänger, aber auch Öberlagerungsempfänger sein. Sie geben an ihren Ausgängen gleichverichtete Impulse ab, deren Maximalwerte der Größe der spoktra-@en Amplituden der empfangenen Impulse bei den Frequenzen #1 und #2 proportional sind. Mit Hilfe des auf der Frequenz #h schwingenden Oszillators 29 werden in den Modulatorstufen 23 und 24 die Ausgangsspannungen U#1 und Uw2 der Empfänger 21 und 22 in zwei Wechselspannungen umgewandelt, die in der Phase um 90° gegeneinander vorschoben sind. Man erhält also am usgang der Modulatorstufen 23 und 24 folgende Spannungen : Ausgangsspannungen des Modulators 23 = U sin wht Ausgangsspannungen des Modulators 24 = U p cos wht In der diffcrenzbildenden Stufe 28 wird die Differenz der beiden iusgangsspannungen der Modulatoren 23 und 24 gebildet.The method according to the invention can be used on its own for determination the distance of the place of origin of briefly incident bright light can be exploited. However, it can also be used together with such the direction finding method explained at the beginning has been used for # signals. Here is a separate display of the angle of incidence and distance possible. However, it is also in accordance with a further development of the invention possible to display both values on a single sight tube. ^ to bring display, whereby the two direct voltages representing a measure of these quantities are applied to the two deflection systems of a display tube. Here, too, one makes sure that the The electron beam of the display tube is only scanned when the incident Signal has a maximum, a point-like display is also obtained here, their position in a right-angled coordinate system is a measure of the distance and is the angle of incidence. One also knows about brightness control of the electron beam use here the arrangement of Figure 2, in Figure 3 of the drawing is such a Arrangement for carrying out the method according to the invention is shown. Above the antenna 20, which can be designed as desired, will receive the short-term signal and two narrow-band receivers tuned to different frequencies # 1 and # 2 fed. Of course are the frequencies? 1 and 2 in the frequency range within which the energy of the input signal lies. Gael Both receivers 22 can be straight-ahead receivers, but also overlay receivers be. At their outputs they emit equally compressed impulses, their maximum values the size of the spoktra- @ en amplitudes of the received pulses at the frequencies # 1 and # 2 are proportional. With the help of the oscillator oscillating at frequency #h 29, the output voltages U # 1 and Uw2 of the modulator stages 23 and 24 Receiver 21 and 22 converted into two alternating voltages, which are in phase by 90 ° are advanced against each other. So you get 23 at the output of the modulator stages and 24 the following voltages: output voltages of modulator 23 = U sin wht output voltages of the modulator 24 = U p cos wht In the difference-forming stage 28, the difference of the two output voltages of the modulators 23 and 24 are formed.

Man kann diese Spannungsdifferenz wie folgt darstellen : Die Differenz der Phasen dieser Differonzspannung gegenüber der Spannung Hi@rin sind |g#1|, bzw. |g#2| die spektralen Amplituden des einfallendon Signals bei den Frequenzen #1 und #2. Diese Phasen-Differenz # wird in der Stufe 25 gemessen, wozu der Schalter in der gestrichelt eingezeichneten Lage ist. Der Phasenaeeseinrichtung 25 wird also neben der Differonzspannung noch iie Spannung U sin M. t zugeführt. Die Phaseneinrichtung kann wiederum ein Flip-Flop mit nachgeschaltetem Tiefpaß 26 sein.This voltage difference can be represented as follows: The difference in the phases of this differential voltage compared to the voltage Hi @ rin are | g # 1 | and | g # 2 | the spectral amplitudes of the incident don signal at frequencies # 1 and # 2. This phase difference # is measured in stage 25, for which purpose the switch is in the position shown in dashed lines. In addition to the differential voltage, the phase alignment device 25 is also supplied with the voltage U sin M. t. The phase device can in turn be a flip-flop with a downstream low-pass filter.

Die Ausgangsspannung der Phasenmeßeinrichtung 25 und 26 ist ein Maß für die Entfernung. Will man Einfallsrichtung des ankommenden Signals und entfornung seines Ursprungsorts gemeinsam anzeigen, so kann man die beiden, ein Haß für diese Graben darstellenden Gleichspannungen also die Ausgangsspannung de@ Glieds 13 in Figur 1 und die. usgangsspannung des Glieds 26 der Figur 3 auf die beiden blenksysteme einer Anzeigeröhre geben und erhalt dann eine puktförmige Anzeige, wobei die Lage des Punktes in einem rechtwinkligen Koordinatensystem eine Au8-sage bezüglich des Peilwinkels und der 3ntfernung do* Ursprungsorts der Signale gibt. Fiir eine punktförmige Anzeige ist es allerdings noch notwendig, daß der Elchtroncnstrahl erst im Maximum des ankommenden Signals hellgesteuert wird. Für die Hellsteuerung kann man, wie oben beschrieben, die Anordnung der Figur 2 ausnutzen. Durch empirische Versuche kann man die Skala für die Entfernung auf der Anzeigeröhre eichen. Auf der Anzoigerohre entstehen auch hier Punkthäufungen in bestimmten Regionen der Anzeigeröhre. Diase Punkthäufungen entsprechen Gewitterherden, deren azimutale Lage und Entfernung sich aus des zeigebild ablesen lassen. Die Figur 4 zeigt ein derartiges Anzeigebild, auf dem vier Gowitterhorde erkennbar sind, Bei der. nordnung der Figur 3 variiert die gemessene Phasendifferenz # zwischen 0 und 90°, wenn das Verhältnis |g#1| : |g#2| zwischen 0 und # schwankt. Diese Tatsache geht aus Figur 5 hervor. Man kann nun den Variationsbereich des Winkels r dadurch vordoppeln, daß man der Phaseneinrichtung 25 aotelle der Spannung 1 sin xht die Summe der Ausgangsspannungm der MDdulatoren 23 und 24, also die Spannung U sin St + U cos #ht als Vergleichsspannung zuführt.The output voltage of the phase measuring devices 25 and 26 is a measure for the distance. If you want the direction of arrival of the incoming signal and defornung show their place of origin together, so you can both, a hatred for them DC voltages representing the trench are the output voltage of the member 13 in Figure 1 and the. output voltage of the member 26 of Figure 3 on the two deflection systems a display tube and then get a dot-shaped display, with the location of the point in a right-angled coordinate system an expression regarding the Bearing angle and the 3 distance do * place of origin of the signals. For a punctiform However, it is still necessary to indicate that the elk barrel is only at its maximum of the incoming signal is brightened. For the brightness control you can how As described above, utilize the arrangement of FIG. Through empirical Experiments can be used to calibrate the scale for the distance on the display tube. on The indicator tubes also create point clusters in certain regions of the indicator tube. The point clusters correspond to thunderstorms, their azimuthal position and distance can be read from the display image. Figure 4 shows such a display image, on which four Gowitterhorde are recognizable, At the. arrangement of Figure 3 varies the measured phase difference # between 0 and 90 ° when the ratio | g # 1 | : | g # 2 | fluctuates between 0 and #. This fact is evident from FIG. One can now pre-double the range of variation of the angle r by adding the phase device 25 aotelle of the voltage 1 sin xht the sum of the output voltage m of the Mdulators 23 and 24, i.e. the voltage U sin St + U cos #ht as a comparison voltage.

3ei Anwendung einer, derartigen Ausführungsorm liegt der Schalter 30 in der voll ausgezeichneten Stellung, verbindet also das Summierglied 27 mit der PhasenmeBeinrichtung 25. Wie aus der Figur 6 hervorgeht, ist der von der Summenspannung und Differenzspannung der'. usgangsspannungen der Modulatoren 23 und 24 eingeschlossene Phasenwinkel doppelt so groß, wie bei dem zuerst erläuterten Beispiel. Damit wird auch die Ausgangsspannung der Phasenmeßeinrichtung 25, 26 bei Verwendung der Summenspannung als Vergleichsgröße doppelt so groß, was in vielen Pällen vorteilhaft sein kann, If such an embodiment is used, the switch is located 30 in the fully marked position, so connects the summing element 27 with of the phase measuring device 25. As can be seen from FIG. 6, that of the sum voltage and differential voltage of the '. output voltages of the modulators 23 and 24 included Phase angle twice as large as the first one explained example. This also increases the output voltage of the phase measuring device 25, 26 when used the total voltage as a comparison value is twice as large, which is advantageous in many cases can be,

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Procedure for determining the distance of the place of origin of briefly incident electromagnetic bright, whose Energy is in a wide range of energy, e.g. B, from thunderstorm lightning, in particular for use together with the DF method according to patent (patent application T 26 867 IXd / 21a4), in which firstly a crossed directional antenna system and an antenna with t pie chart is used, in which second the output signals of this Antennas stimulate resonance circles of the same resonance frequency to natural oscillations, in which still between the output voltages of the two assigned to the directional antennas Resonance circles cause a phase shift of 90 ° and then the difference of the phase-shifted voltages is formed and in which finally the difference between the phases of the differential voltage and that of the antenna: with pie chart the released voltage is measured and displayed in the form of a DC voltage, which is a measure of the angle of incidence, characterized in that the received Brief signal from two narrowband receivers with receiving frequencies o «resp.

# 2 is supplied that the rectified output pulses this Receiver with the amplitudes U # 1 and Uw2 in two offset by 90 ° against each other AC voltage U sin oh t and U # 2 cos #ht are converted, where #h is an auxiliary frequency is, and that after taking the sum or difference of these two voltages the difference between the dpr of the total or differential voltage compared to a reference phase is measured and represented as DC voltage, this DC voltage being a Measure for the @distance is.

2) Method according to claim 1, characterized in that ale reference phase the phase position of one of the voltages U # 1 sin xht or U2 cos wit is used.

3) Method according to claim 1, characterized in that as a reference phase the phase position of the difference or sum of the two voltages U # 1 sin #ht and U cos #ht is used.