DE1766645C3 - Method for determining the bearing side and polarization of a sky wave field and arrangement for carrying out the method - Google Patents

Method for determining the bearing side and polarization of a sky wave field and arrangement for carrying out the method

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DE1766645C3 DE19681766645 DE1766645A DE1766645C3 DE 1766645 C3 DE1766645 C3 DE 1766645C3 DE 19681766645 DE19681766645 DE 19681766645 DE 1766645 A DE1766645 A DE 1766645A DE 1766645 C3 DE1766645 C3 DE 1766645C3
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    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/143Systems for determining direction or deviation from predetermined direction by vectorial combination of signals derived from differently oriented antennae

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Peilseite und Polarisation eines Raumwellenfeldts und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung eines Doppelkanal-Sichtfunkpeilers E1£"cos(w/)sin 2εThe invention relates to a method for determining the bearing side and polarization of a space wave field and an arrangement for carrying out the method using a dual-channel visual radio direction finder E 1 - £ "cos (w /) sin 2ε

E1r"£"cos(w/ + V) sin 2e E 1 - r "£" cos (w / + V) sin 2e

H1 = //" cos(fof + qi) sin H 1 = // "cos (fof + qi) sin

Hx — γΉ" cos(w/ j ψ + λ1) sin le. H x - γΉ " cos (w / j ψ + λ 1 ) sin le.

Dabei bezieht steh eins Zeichen " auf eine Schwingung in der Einfallsebene, das Zeichen 1 auf eine Schwingung senkrecht dazu, in welche Anteile man eine elliptisch polarisierte Welle zerlegen kann.One sign "refers to a vibration In the plane of incidence, the sign 1 indicates an oscillation perpendicular to it, in which proportions one can decompose an elliptically polarized wave.

r/ ist der Phasenunterschied zwischen der elektrischen und der zugehörigen magnetischen Schwingung. r / is the phase difference between the electrical and the associated magnetic oscillation.

Die beiden ersten Beziehungen lassen sich umschreiben zuThe first two relationships can be rewritten

Ej, — H1Z0 cos / sin Ir E j, - H 1 Z 0 cos / sin Ir

Ex = r" H1Z0 cos(w/ 4- λ") sin 2f. E x = r "H 1 Z 0 cos (w / 4- λ") sin 2f.

Mittels Division ergeben sich nun die beiden QuotientenThe two quotients are now obtained by dividing

7 =7 =

H1 _ /-1COs(W/ 4- H 1 _ / - 1 COs (W / 4-

H" H "

4- V)4- V)

r" cos (ω/ + x") r " cos (ω / + x")

H1 H 1

Faßt man die Spannungen //, · Z0, £2 bzw. Hx - Z0, £", als rechtwinklig zueinander stehende trzeugende zweier Ellipsen auf, so lassen die Gleichungen (a), (b) folgende Deutung zu:If one understands the stresses //, · Z 0 , £ 2 or H x - Z 0 , £ ", as two ellipses standing at right angles to each other, then the equations (a), (b) allow the following interpretation:

Gleichung (a) stellt die Polarisationsellipse der Raumwelle dar. Gleichung (b) stellt die Polarisationsellipse der reflektierten Raumwelle dar.Equation (a) represents the polarization ellipse of the space wave. Equation (b) represents the polarization ellipse the reflected sky wave.

Die beiden Gleichungen zeigen weiter, daß die Ellipse (b) kleiner ist als die Ellipse (a), da auf jeden Fall giltThe two equations further show that the Ellipse (b) is smaller than ellipse (a), since it holds in any case

r" < 1 r " <1

Damit läßt sich nun die Peilseite des einfallenden Feldes bestimmen: Man vergleicht die beiden Ellipsen, crmit ilt die kleinere von beiden und ordnet die Richtung, in weiche die zugehörigen Antennen (1Ϊ ieigen, der wahren Peilseite der einfallenden Raumwelle zu.With this the bearing side of the incident field can be determined: One compares the two ellipses, crmit ilt the smaller of the two and assigns the Direction in which the associated antennas (1Ϊ yen to the true bearing side of the incoming skywave.

F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung, mit der man unter Ausnutzung dieser Beziehungen Polarisation und Peilseite des Feldes prinzipiell bestimmen kann. Die mittels des Amplitudenregelgliedes I und Phasenregelgliedcs 2 auf gleiche Spannungsaufnähme geeichten Dipolantenne D\ und Rahmenantenne R\ werden nacheinander in die Richtungen der Raumwelle (1) und der reflektierten Raumwelk: (2) gedreht. Die Antennenspannungen werden auf die Verstärker 3,3' des Sichtfunkpeilers gegeben. Auf demF i g. 2 shows the block diagram of an arrangement with which the polarization and bearing side of the field can be determined in principle using these relationships. The dipole antenna D \ and loop antenna R \ calibrated to the same voltage consumption by means of the amplitude control element I and phase control element 2 are rotated one after the other in the directions of the space wave (1) and the reflected space wilt: (2). The antenna voltages are fed to the amplifiers 3, 3 'of the visual radio direction finder. On the

ίο ßraunschen Anzeigerohr4 entstehen dann nacheinander zwei Ellipsen, weiche gleich den beiden Polarisationsellipsen sind. Die waiire Peilseite des Raumellenfeldes ist gleich der Einstellrichtung der Antennen, der die kleinere der beiden Ellipsen entspricht. ίο ßraunschen indicator tubes4 then arise one after the other two ellipses, which are equal to the two polarization ellipses. The waiire bearing side of the Raumellenfeldes is equal to the adjustment direction of the antennas, which corresponds to the smaller of the two ellipses.

F i g. 3 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung nach F i g. 2 zur praktischen Bestimmung von Polarisation und Peilseite des Raumwellenfeldes. Die beiden Antennen werden ersetzt durch eine äquivalente,F i g. 3 shows the block diagram of an arrangement according to FIG. 2 for the practical determination of polarization and bearing side of the sky wave field. The two antennas are replaced by an equivalent one,

ao bekannte Kombination .>n jeweils drei Rahmenantennen und drei Dipolantennen, die senkrecht zueinander in die drei Richtungen des Raumes zeigen, vier Goniometern 5, 5' und 6, 6', deren Suchspulen in das Azimut/; und vermittels zweier gekuppelterao known combination.> n three loop antennas each and three dipole antennas pointing perpendicular to each other in the three directions of the room, four goniometers 5, 5 'and 6, 6', their search coils in the azimuth /; and by means of two coupled

as Umschalter 7, T in die Elevation -f ε der RaumwelJe und —ε der reflektierten Raumwelle zeigen. Je nach Stellung der Schalter 7, T erscheint auf dem Anzeigerohr 4 eine der beiden Ellipsen, denen man dann die Polarisation und Peilseite des Raumwellenfeldes entnimmt. The switch 7, T point to the elevation -f ε of the space wave and -ε of the reflected space wave. Depending on the position of the switches 7, T , one of the two ellipses appears on the indicator tube 4, from which the polarization and bearing side of the space wave field can then be taken.

F i g. 4 schließlich zeigt das Schaltbild einer Anordnung gemäß F i g. 3, mit welcher man die Peilseite des Feldes besonders einfach bestimmen kann. Sie unterscheidet sich von der Anordnung nach F i g. 2 dadurch, daß die beiden dem Sichtfunkpeiler zugeführten Spannungen vermittels zweier gekuppelter Schalter 8,8' im schneller zeitlicher Tastung nacheinander den Verstärkern 3, 3' zugeführt werden. Auf dem Braunschein Rohr entstehen dann je nach Stellung der Schalter 7,7' zwei verschiedene Achsenkreuze, von denen dasjenige mit den kleineren Strichlängen der Peilseite der Raumwelle zugeordnet wird.F i g. 4 finally shows the circuit diagram of an arrangement according to FIG. 3, with which you can see the target side of the field can be determined particularly easily. It differs from the arrangement according to FIG. 2 in that the two voltages fed to the radio direction finder are connected by means of two Switch 8,8 'in quick time keying one after the other the amplifiers 3, 3 'are fed. Depending on the position, then arise on the Braunschein pipe the switch 7,7 'has two different axboxes, of which the one with the shorter line lengths is assigned to the bearing side of the sky wave.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Ermittlung von Peilseile und Polarisation eines Raumwellenfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination eines elektrischen und eines magnetischen Dipols gleicher Achsrichtung sowie gleicher Empfindlichkeit und Phasenlage nacheinander mit der Achse in die Richtung des einfallenden und des reflektierten Feldes gedreht wird und die Antennenspannungen über einen Doppel kanal verstärker in den beiden Fällen auf die gekreuzten Ablenkplattenpaare einer Braunschen Röhre gegeben werden, so daß die entstehenden Anzeigeellipsen durch ihre Form ein Bild der Polarisation des einfallenden bzw. des reflektierten Wellenfeldes ergeben und durch ihre unterschiedliche Größe die Unterscheidung der beiden Felder und damit eine eindeutige Bestimmung der Einfallsrichtung des Primärfeldes (Peilseite) ermöglichen.1. Procedure for determining DF ropes and Polarization of a space wave field, characterized in that a combination an electric and a magnetic dipole in the same axial direction and the same sensitivity and phase position one after the other with the axis in the direction of the incident and the reflected Field is rotated and the antenna voltages via a double channel amplifier in the two cases placed on the crossed pairs of baffles of a Braun tube so that the resulting display ellipses give an image of the polarization of the incident or reflected wave field result and due to their different sizes, the distinction between the two fields and thus one enable clear determination of the direction of incidence of the primary field (bearing side). 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ableitung der einen oder beider Antennen Amplituden- und Phasenregelgiieder eingeschaltet werden, die es ermöglichen, die Aufnahmefähigkeit der beiden Antennen nach Betrag und Phase gleich fcu machen.2. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that In the derivation of one or both antennas, amplitude and phase control elements are switched on which make it possible to have the same amount and phase as the receptivity of the two antennas make fcu. 3. Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Drehungen der Antennen selbst für jede tichtung (.v, y, z) des Raumes eine eigene Kombination aus elektrischem und magnetischem Dipol vorgesehen wird und daß jeweils zwei horizontale Dipole bzw. zwei vertikale Rahmen durch synchron betriebene Goniometer zu einem einzigen Ausgang zusammengefaßt werden und daß weiterhin die genannten beiden Ausgänge mit den Ausgängen des vertikalen Dipols bzw. des horizontalen Rahmens über zwei weitere synchron betriebene Goniometer kombiniert werden, so daß sich eine beliebige Drehung der einfachen Anordnung nach Anspruch 1 und 2 in jede Richtung des Raumes simulieren läßt.3. Arrangements for performing the method according to claim 1 or 2, characterized in that to avoid rotation of the antennas themselves for each direction (.v, y, z) of the room a separate combination of electrical and magnetic dipole is provided and that in each case two horizontal dipoles or two vertical frames are combined into a single output by synchronously operated goniometers and that the two outputs mentioned are also combined with the outputs of the vertical dipole or the horizontal frame via two further synchronously operated goniometers, so that any Can simulate rotation of the simple arrangement according to claims 1 and 2 in any direction of space. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Einfallsrichtung des Primärfeldes die eine der Feldwicklungen der zur Höheneinsteilung dienenden gekuppelten Goniometer umgepolt werden kann.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that for determining the direction of incidence of the primary field one of the field windings of the one used for height adjustment coupled goniometer can be reversed. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennteichnet, daß unter Verwendung zweier gekuppelter Umschalter die Antennenspannungen nacheinander •uf die Verstärkereingänge des Sichtfunkpeilers febracht werden, wodurch an Stelle der beiden Ellipsen zwei Achsenkreuze entstehen, denen die Peilseite des Raumweilenfeldes entnommen werden kann.5. Arrangement for carrying out the method according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized thereby, that using two coupled changeover switches the antenna voltages one after the other • To the amplifier inputs of the visual direction finder be introduced, whereby two axboxes are created in place of the two ellipses, which the The bearing side of the space-time field can be seen. als Anzeigegerät, einer an sich bekannten Kombination von Rahmen- und Dipolantennen als Aufnahmeorgan und eines Amplituden- und Phasenregelgliedes, und ihr Weisen besteht darin, daß die beiden Antennenarten mittels der genannten Regelglieder auf gleiche Aufnahme der Feldgrößen geeicht werden. Weiterhin wird bei Verwendung einer einzigen Kombination einer Dipol- und einer dazu senkrecht stehenden Rahmenantenne dafür gesorgt, daß die Normale der Rahmen-as a display device, a known combination of frame and dipole antennas as a recording element and an amplitude and phase control element, and their modes are that the two types of antenna be calibrated by means of the mentioned control elements for the same recording of the field sizes. Farther is used when using a single combination of a dipole antenna and a vertical loop antenna ensured that the normal of the frame to antenne und die damit zusammenfallende Achse der Dipolantenne einmal in die Richtung der Raumwelle und dann in die Richtung ihrer Reflektierten gedreht werden. Die beiden Antennen sind unter Zwischenschaltung der Dämpfungs- und Phasendrehglieder mit den beiden Verstärkern des Sichtfunkpeilers verbunden, so daß auf dem Anzeigeschirm der Braunschen Röhre nacheinander oder bei hinreichend äifindlcr Umschaltung auch gleichzeitig zwei Ellipsen erscheinen, denen man Polarisation und Peilseite der Raumwelleto antenna and the coincident axis of the dipole antenna once in the direction of the sky wave and then rotated in the direction of their reflected ones. The two antennas are interposed the attenuator and phase rotating elements are connected to the two amplifiers of the radio direction finder, so that on the display screen of the Braun tube one after the other or with sufficiently different switching also at the same time two ellipses appear, which are polarization and bearing side of the space wave so und ihrer Reflektierten entnehmen kann.so and what they reflect on. Es ist bekannt, daß bei der Erstellung des Antennensystems einer Empfangsanlage für elektromagnetische Wellen nur eine genaue Kenntnis ihrer Polarisationen und ihrer Einfallsrichtungen eine optimale Orientierung der Antennen erlaubt. Häufig tritt nun der Fall ein, daß eine elliptisch polarisierte Raumwelle mit dem Azimut ρ und der Elevation f zugleich mit ihrer Reflektierten empfangen bzw. gepeilt werden muß.It is known that when creating the antenna system of a receiving installation for electromagnetic waves, only precise knowledge of their polarizations and their directions of incidence allows optimal orientation of the antennas. The case now often occurs that an elliptically polarized space wave with the azimuth ρ and the elevation f must be received or bearing at the same time as its reflected. Zur Ermittlung der Einfallsrichtung sind Anordnungen bekannt (deutsche Patentschrift 1 080 633), die es erlauben, die Elevation f eindeutig und das Azimut doppeldeutig durch die Werte ρ und ρ f π zu bestimmen. Die Auszeichnung des Winkels/) gegenüber dem Winkel ρ -f π erfolgt mittels einer Seitenbestimmung. Es ist Zie' der vorliegenden Erfindung, Anordnungen anzugtuen, mit denen die Peilseite für diesen Ausbreitungsfall ermittelt werden kann.For determining the direction of incidence, arrangements are known (German patent specification 1 080 633) which allow the elevation f to be determined unambiguously and the azimuth ambiguously by the values ρ and ρ f π . The marking of the angle /) in relation to the angle ρ -f π takes place by means of a side determination. It is the aim of the present invention to make arrangements with which the bearing side can be determined for this case of propagation. In den Fig. 1, 2, 3, 4 wird nun das Wesen der erfindungsgemäßen Anordnungen näher erläutert. Dabei stellt darIn Figs. 1, 2, 3, 4 is now the essence of Arrangements according to the invention explained in more detail. It represents F i g. 1 die räumliche Zuordnung einer elektromagnetischen Welle und ihrer Reflektierten am BodenF i g. 1 the spatial assignment of an electromagnetic wave and its reflected on the ground 4r zu den Koordinaten des Raumes.4 r to the coordinates of the room. F i g. 2 das Blockschaltbild zur prinzipiellen Bestimmung der Polarisation und Peilseite des Feldes. F i g. 3 das Blockschallbild zur praktischen Bestimmung der Polarisation und Peilseite des Feldes.F i g. 2 the block diagram for the basic determination of the polarization and bearing side of the field. F i g. 3 the block diagram for the practical determination of the polarization and bearing side of the field. F i g. 4 das Blockschaltbild einer weiteren Anordnung zur Bestimmung der Peilseite des Feldes.F i g. 4 shows the block diagram of a further arrangement for determining the bearing side of the field. In F i g. 1 ist eine mit Elevation f und beliebiger Polarisation aus dem Azimut/? an den Ort der Peilantennen ankommende Welle dargestellt. Zu jeder schräg von oben einfallenden Welle tritt noch ihre am Erdboden Reflektierte hinzu, die wie eine kohärente Welle aus der Elevation — ε wirkt, im Betrag jedoch um den Reflexionsfaktor r und in der Phase um den Winkel * von der primären Welle verschieden ist.In Fig. 1 is one with elevation f and any polarization from the azimuth /? wave arriving at the location of the DF antennas. To each wave falling obliquely from above, there is also the one reflected on the ground, which acts like a coherent wave from the elevation - ε , but differs in amount by the reflection factor r and in phase by the angle * from the primary wave. Unter diesen Voraussetzungen werden die elektrischen und magnetischen Gesamtfeldstärken in den Richtungen der Raumweite (() und der reflektierten Raumwelle(2) durch folgende Ausdrücke gegeben:Under these conditions, the total electrical and magnetic field strengths in the Directions of spatial width (() and the reflected space wave (2) are given by the following expressions:
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