DE1815926A1

DE1815926A1 - Peilverfahren

Info

Publication number: DE1815926A1
Application number: DE19681815926
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Armin Bergander
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1968-07-05
Filing date: 1968-12-20
Publication date: 1970-09-17
Also published as: DE1766680A1; DE1766680B2; GB1279861A

Description

T3LEFUNKEN Patentverwertung«ge«ellβchaft

Ulm (Don?:¹-), Elisabethenstraße 3 Ulm, 17. Dezember 1968

FE/PT-Ka/Go

U 233/68

"Peilverfahren"

Zusatz zu Patent . ».. ... (Patentanmeldung

P 17 66 680.7)

Die Erfindung betrifft ein Peilverfahren, bei dem nacheinander, jedoch ggf. zeitlich überlappend die Peilkomponenten eine* gekreuzten Peilazitennensystens sowohl mit positivem als auch negativem Vorzeichen mit einer gleiehfrequenten, ungerichteten Spannung größerer Amplitude als die Peilkomponenten periodisch derart überlagert werden, daß nach Gleichrichtung der durch die Überlagerung erzeugten Spannung eine Niederfrequenzspannung der Frequenz 0) entsteht bzw. entstehen würde, deren Phasenlage gegenüber der Phasenlage einer Bezugsfrequenz ein Maß für das Azimut darstellt insbesondere Peilverfahren nach Patent . ·.· ... (Patentan-

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meldung P 17 66 680.7)j bei dem zu bzw· von der ungeriehteten Spannung nseheinander innerhalb der der Frequenz (6 entsprechenden Periods einmal die Peilkomponenten addiert und danach subtrahiert werden und bei dem durch Gleichrichtung und Aussiebung der der Frequenz 0) entsprechenden Spannungskomponente aus dieser Spannung eine Spannung gewonnen wird, deren Phasenlage vom Einfallewinkel abhängt.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des Verfahrene gemäß dem Hauptpatent dar» gestellt. Als Peilantennensystem wird hier ein aus zwei senkrecht zueinander stehenden Rahmenantennen 1 und 2 und einer Hilfeantenne 3 bestehendes Antennensystem verwendet. In der Schalteinrichtung 4 werden nacheinander die beiden Peilrahmen für gleichlange Zeiten mit der Empfangsanordnung verbunden. Der von der Peilantenne 1 könnende Spannungsanteil ist für einen bestimmten Peilwinkel in der Fig« 2a dargestellt, während der von der Antenne 2 kommende Spannungsanteil in dar Fig. 2b wiedergegeben ist. Man erkennt aus dieser Darstellung, daß jede dieser Antennen jeweils l/k Periode lang Kit der Empfangseinrichtung verbunden ist, wobei die Periode in Fig. 2a mit T bezeichnet ist. Der Umschalter k wird vom Taktgeber 5 der Frequenz Ct> gesteuert, wobei eine Umschaltung der Schalteinrichtung k

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mit der doppelton Frequenz aea Taktgeber· 5 vorgenommen werden muß, weshalb noch ein Frequenzverdoppler 6 zwischen Taktgeber und Umschalteinriehtung k eingeschaltet ist. Die Hilfeantenne 3 liefert die in Fig. 2c dargeeteilte Spannung ü„ eos-A-t, In die Zuleitung der Hilfsantennenspannung ist ein Polwender 7 eingeschaltet, der Ebenfalls vom Taktgeber 5 her gesteuert wird und in Abständen von T/2 die Polarität der Hilfsantennenspannung vertauscht. Im Überlagerungsglied 8 werden die nacheinander kommenden Peilkomponenten und die in ihrer Polung periodisch vertauschte Hilfsantennenspannung möglichst gleich- oder gegenphasig zusammengefaßt. Am Ausgang des Uberlagerungmgliedes 8 ist dann die in Pig« 2d dargestellte Spannung vorhanden, die aus jeweils k Abschnitten besteht, von denen der erste durch die Addition der ungerichteten Spannung mit der Spannung der Fig. 2a, der zweite durch Addition der Spannungen der Fig. 2b und 2c, der dritte durch Subtraktion der Spannung gemäß Fig. 2a von der Spannung der Fig. 2c und der vierte schließlich durch Subtraktion der Spannung gemäß Fig. 2b von der Spannung der Fig. 2c entsteht. Diese Spannung der Fig. 2d wird dann im Verstärker 9 verstärkt und im Glied 10 gleichgerichtet. Am Ausgang des Gleichrichtere 10 erhält man den in Fig. 2© dargestellten Spannungsverlauf, aus dem mit Hilfe des Filters 11 die

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Grundwelle ausgefiltert wird· Die Ausgangespannung des Filters 11 ist die gewünschte Spannung, deren Phasenlage vom Einfallswinkel abhängt« Sie kann im Phasenvergleichsglied 12 mit der Spannung des Taktgebers 5 der Frequenz ω verglichen werden, wobei sich aus dem Phasenvergleich der Einfallswinkel ergibt, der im Glied 13 zur Anzeige kommt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Möglichkeit zur Ermittlung des Elevationswinkels bei dem Peilverfahren des Hauptpatentes sowie bei anderen Peilverfahren der eingangs geschilderten Art zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß zur Bestimmung des Elevationswinkels £■ der einfallenden Welle der ein Me3 für £. darstellende Modulationsgrad ra der durch die Überlagerung entstehenden Spannung bestimmt und zur Anzeige gebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei einem anderen bekannten Peilverfahren (Fig. 3, deutsche Patentschrift 862 118) angewendet werden, bei dem das gekreuzte Peilantennensystem mit den Statorwicklungen eines Goniometers verbunden wird, dessen Rotor mit einer £ar Frequenz (ü entsprechenden Drehzahl dauernd angetrieben wird. Der Rotorspan-

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nung wird dann noch dia Hilfsantennenspannung mögliehet gleichphasig überlagert und die erhaltene Spannung wird schließlich nach Verstärkung gleichgerichtet. Auch die· se Spannung kann mit einer Spannung der Frequenz tt) konstanter Phasenlage verglichen werden. Die gemessene Phasenverschiebung ist auch hier proportional dem Einfallswinkel. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung des Elev&tionswinkel» bei diesem Verfahren wird der Modulationsgrad der vor der Gleichrichtung vor-? handenen Spannung ermittelt.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Ermittlung des EIevationswinkels auch bei dem Peilverfahren gemäß dem Patent . ... ... (Patentanmeldung P l8 02 791*3)t das zu dem Patent . ... ... (Patentanmeldung ρ 17 66 68O.7) im Zusatzverhältnis steht, angewendet werden. Auch dort wird bei der einen Ausführungsfcrra der in der Pig· 2d der Zeichnung dargestellte Spannungsverlauf erzeugt, allerdings wird dort eine ander· Auswertung dieses Verlaufs vorgenommen.

Das bisher beschriebene Verfahren zur Ermittlung des EIevationswinkels kann bei einer oder einigen wenigen Betriebs* frequence« zum Einsatz kommen, wobei die Skala bzw. die Skalen entsprechend geeicht werden. Soll die erfindungsge-

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— O —

_eA0 <*»*··

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mäße Ermittlung dee Elevationswinkels bei einem der oben beschriebenen Peiler nsit breitem Frequenzbereich zum Einsatz kommen, ao ist es zusätzlich noch notwendig, daß die Abhängigkeit der aus dem Modulationsgrad m ermittelbaren Größe des Elevationswinkeis £. von der Frequenz durch Bewertung des für m erhaltenen Werts oder einer den Modulationsgrad repräsentierenden*Spannung mit einem von der Betriebswellenlänge abhängigen Faktor beseitigt wird. Hierzu kann man die mit dein frequenzabhängigen Faktor zu bewertende, den Modulationsgrad repräsentierende Spannung über einen Verstärker (bzw* Spannungsteiler) führen, dessen Verstärkung (bzw. TeHerfaktor) entsprechend der Frequenz eingestellt wird. Bei einer derartigen Beseitigung der Frequenzabhängigkeit ist es allerdings notwendig, daß die dem Verstärker (bzw· Spannungsteiler) zugeführte Spannung unabhängig von der Feldstärke des empfangenen Senders ist. Um diese Voraussetzung nicht machen zu müssen, kann man gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung die Verstärkung eines Verstärkers, an dessen Eingang z. B. der Spannungsverlauf entsprechend Fig. 2d liegt, derart regeln, daß dessen Ausgangsspannung nach Gleichrichtung und Aussiebung der der Frequenz Cu entsprechenden Spannungskomponente zu einem dem coa£ proportionalen Spannungswert führt, der unabhängig von der Frequenz, aber auch unabhängig von Schwnnkun-

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gen der Eingangsspannuxig des Verstärker» ist. Hierzu vergleicht man eine von der Ausgang·spannung des Verstärkers abgeleitete Gleichspannung mit einer Sollgleichspannung, deren Größe mit der Frequenzeinstellung geändert wird* Die Differenz dieser beiden Spannungen wird als Regelkriterium dem Verstärker zugeleitet.

Der gemessene Wert für den Modulationsgrad m ist, setzt man voraus, daß die Frequenzabhängigkeit entsprechend den oben angegebenen Verfahren beseitigt ist, proportional dem Kosinus des Elevationswinkels. Wünscht man eine lineare Darstellung des Elevationswinkels, so gibt man die dem Modulationsgrad entsprechende Gleichspannung über einen Kosinusentzerrer auf das Anzeigegerät.

Die erfindungsgemäße Bestimmung des Elevationswinkels geht von folgenden Überlegungen aus, die im Zusammenhang mit der Fig. 3 der Zeichnung erläutert werden. In der Fig. 3 ist ein U-Adcockantennetisystem in der XY-Ebene dargestellt. Die k Antennen dieses Antennen systems sind mit \k bis 17 bezeichnet. Die zusätzliche Hilfsantenne trägt das Bezugszeichen Alle Antennen Ik bis 17 heben von der Hilfeantenne den Abstand r. Es wird hier vorausgesetzt, daß diese 4 Antennen Ik bis 17 gleiches Strahlungsdiagramm haben, also gleichgül-

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tig aus welcher Richtung eine Welle einfällt, gleiche Amplitude aufweisen. In der Fig. J ist angenommen, daß eine Welle aus der Richtung η , also mit dem Einfallswinkel α und dem Elevationsvrinkel £ΐ ι einfällt. Die unter diesen Voraussetzungen sich ergebenden Antennenspannungen der 5 Antennen sind in der Fig. k vektoriell dargestellt, wobei die Größe der Spannung der Hilfeantenne l8 größer ist als die Spannung der übrigen Antennen. Diese vergrößerte Spannung kann durch größere effektive Höhe der Hilfsantenne l8 erreicht werden, jedoch beispielsweise auch dadurch, daß nur ein Teil der Spannungen der Antennen lA bis 17 ausgenutzt wird. Das vertikale Strahlungsdiagramm der Hilfsantenne l8 habe einfachheitshalber die gleiche Form wie das der Antennen lA bis 17·

Für die Amplituden der 5 Antennenspannungen soll nun gelten:

Hierbei ist c ein« Konstante, die den Aaplitudenunterschied zwischen der Hilfsantennenspannung und den Spannungen der übrigen Antennen zum Ausdruck bringt«

Bei Einfall einer Welle aus der eingezeichneten Richtung η und bei Annahme, daß die Hilfeantonn· eine Spannung mit der

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Phasenlage null abgibt (Bezugsphase), erhält man für die Phasenlagen der übrigen Antennen folgende Ausdrücke:

Antenne Phasenlage der Antennenspannung

Hilfsantenne l8 0

Antenne lk + r cos α co» ζ. · -t—

Antenne 15 + r »m α cos fc. .

27E Antenne l6 - r cos α eos £. . -*■—

2TC Antenne 17 - r sin α cos ζ. « -τ*

Man erkennt hieraus oder auch aus Fig. 3, daß die Spannungen U . und U- der Spannung der Hilfsantenne l8 voreilen, daß dagegen die Spannungen der Antennen l6 und 17 der Spannung der Hilfsantenne nacheilen. Setzt man nun für 2 -r— = k (wobei λ die Wellenlänge ist) und für 2 ck = k sowie »» cos£ so erhält man für die einzelnen Itnpulsamplituden der Spannung der Fig. 2d folgende Ausdrücke, wenn, wie in Fig. k gezeigt, für die Differenzen der Spannungen U . und Ug bzw, U₁- und U₁- die Ausdrücke U₁ bzw» U₁- gesetzt werden:

Puls innerhalb T Pulsamplitude

1) U₁Q + U₁ = U₁₈ + 2c U₁₈ sin (k cos α cos £■)

U l8 j l + k^cos£co8 α] = U₁QΓΐ + ^m co· α/

009838/0786 " ^l0 "

2) Ug + U₁₁ * Ug + 2e U₁₈ sin (k sin α cos E.) U_l8jl + k^cosSsin eel = U^ Jl ♦ m sin Oj

3) Ug - U₁ * Up - 2c Ug sin (K cos α cos SE.) U₁₈ 1 - k^oosEcos OJ = U₁₈ Il - m cos ccj

4) Ug - U₁₃. = U₃ - 2c U₁Q sin (k sin a

Ug Il - k*" cos €: ein a J ■ Ug Il - m sin al

Hierbei wurde eine Näherung für kleine Argumente entspre-

angenommen chend sin χ <^dx/, die jedoch hier zulässig ist.

Man erkennt aus den obigen Gleichungen, daß man durch Messung des Modulationsgrads m ein Maß für den Elevationswinkel erhält; allerdings ist dieses Maß abhängig von der Empfangsfrequenz. Diese Abhängigkeit läßt sich jedoch, wie bereits vorn ausgeführt, durch zusätzliche Maßnahmen beseitigen. Die Größe ra ist maximal, und zwar m = k*, wenn JE= null, also cost* 1 ist.

Ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Elevntionswinkels ist in der Fig. 5 dargestellt. An der Klemme 19,also am Eingang dieser Schaltung, wird der Spannungsverlauf der Fig« 2d, wenn man das Peilverfahren gemäß dem Hauptpatent voraussetzt,

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zugeführt. Mit 20 ist ein regelbarer Verstärker bezeichnet, dem Gleichrichter 21 und 22 nachgeschaltet sind* Durch Gleichrichtung der Ausgangsspannung des Verstärkers 20 erhält man die in Fig. 2e dargestellte Spannung. Den Gleichrichtern 21 und 22 sind noch Tiefpässe 23 und 2k nachgeschaltet, die der Hochfrequenzaussiebung dienen« Das Glied 25 dient der Ausfilterung der Grundwelle aus dem in Fig. 2e dargestellten Spannungsverlauf. Nach Gleichrichtung der Ausgangsspannung de* Glieds 25 im Gleichrichter 27 und NF-Unterdrückung im Filter 28 erhält man eine Gleichspannung, deren Größe proportional dem Modulationsgrad m der Ausgangsspannung des Verstärkers 20 und damit proportional dem coi^, ist. Führt men diese Spannung über den Kosinus-Entzerrer 29» dann kommt im Anzeigegerät JO eine Anzeige des Elevationswinkels an einer linearen Skala zustande.

Wie bereits oben erwähnt, ist es noch notwendig, die Frequenzabhängigkeit der Ausg&ngsspannung des Glieds 25 bzw· des Glieds 28 zu beseitigen. Hierzu wird die am Ausgang des Glieds 2k vorhandene Spannung einem Glied zur Gleichspannungsmittelwertbildung 26 zugeführt, dessen Ausgangsgleichspannung im Vergleichsglied 31 mit einer an der Klemme 32 zugeführten Gleichspannung verglichen wird. Die der Klemme 32 zugeführte Gleichspannung ist in ihrer Größe ab-

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hängig von der gerade empfangenen Frequenz. Durch die Vergleichsschaltung 31 wird unter Zwischenschaltung des Regelspannungsverstärker 33 ^er Verstärker 20 derart geregelt, daß die beiden Eingangsspannungen der Vergleichsschaltung 31 praktisch gleich groß sind. Durch diese Schaltung wird erreicht, daß man von der Größe der der Klemme 19 zugeführten Spannung unabhängig wird und deß der gemessene Wert für m auf den von der Betriebsfrequenz abhängigen Maximalwert "kr normiert wird, so daß die Ausgangsspannung des Glieds 28 nur noch proportional dem cos ^, ist (co»£. = «£. Man erhält somit am Anzeigegerät JO für den Elevationswinkel ÜE, = null einen bestimmten Instrumentenausschlag (Vollausschlag), der zurückgeht, wenn der Elevationswinkel größer wird und schließlich bei £. = 90° null ist. Wesentlich ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß der Signal- zu Rauschabstand nicht sehr klein wird.

Der oben erwähnte Kosinus-Entzerrer wird dann benötigt, wenn die vertikalen Diagramme aller Antennen (also auch der Hilfsantenne) gleich sind. Bei anderen Voraussetzungen ergibt sich eine andere Abhängigkeit des Werts für m von S Dann setzt man einen anderen geeigneten Entzerrer ein.

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Claims

Pat esitansprüehe

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li Peilverfahren, bei dem nacheinander, jedoch ggf» zeitlich überlappend, die Peilkomponenten eines gekreuzten Peilantennensystenis sowohl mit positivem als auch negativem Vorzeichen mit einer gleichfrequenten, ungerichteten Spannung größerer Amplitude als die Peilkomponenten periodisch derart überlagert vrerden, daß nach Gleichrichtung der durch die Überlagerung erzeugten Spannung eine Niederfrequenzspannung der Frequenz CD entsteht bzw. entstehen würde.., deren Phasenlage gegenüber der Phasenlage einer Bezugsfrequenz ein Maß für das Azimut darstellt, insbesondere Peilverfahren nach Patent (Patentanmeldung

P 17 66 68.0.7) ι bei dem zu bzw. von der ungerichteten Spannung nacheinander innerhalb der der Frequenz Ci> entsprechenden Periode einmal die Peilkomponenten addiert und danach subtrahiert werden und bei dem durch Gleichrichtung und Aussiebung der der Frequenz ω entsprechenden Spannung«- ko. lonente aus dieser Spannung eine Spannung gewonnen wird, dere*. Phasenlage voai Einfallswinkel abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Elevationswinkels Sr der einfallenden Welle der ein Maß für SL darstellende Modulationsgrad ta der durch die Überlagerung entstehenden Span-

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nung bestimmt und zur Anzeige gebracht wird.
2) Peilverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit der aus dem Modulationsgrad m ermittelbaren Größe des Elevationswinkels £ von der Frequenz durch Bewertung des für m erhaltenen Werts oder einer den Modulationsgrad tu repräsentierenden Spannung mit einem von der Betriebswellenlänge abhängigen Paktor beseitigt wird.
3) Peilverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für ai nach Durchgang durch einen geeigneten Entzerrer (itn Falle gleicher vertikaler Charakteristik aller Antennen durch einen Kosinus-Entzerrer) zur Anzeige kommt·
4) Peilverfahren nach Anspruch Jl₁ dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem frequenzabhängigen Paktor zu bewertende Spannung einem Verstärker bzw. Spannungsteiler zugeführt wird, dessen Verstärkung bzw. Teilerfaktor entsprechend der Frequenz eingestellt wird.
5) Peilverfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgnngsspannung eines regelbaren

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Verstärker, dem die durch die überlagerung erzeugte Spannung zugeführt wird, durch Vergleich einer von dieser Spannung abgeleiteten Gleichspannung mit einer Vergleichsspannung, deren Größe mit der Frequenzeinstellung geändert wird, und Regelung der Verstärkung dee Verstärkers aufgrund dieses Vergleichs eine solche von der Frequenz abhängige Größe annimmt, daß die durch Gleichrichtung dieser Spannung und durch Aussiebung der der Frequenz Ct) entsprechenden Spannungskotaponente gewinnbare Spannung unabhängig von der Frequenz und unabhängig von der Feldstärke des empfangenen Senders wird und nur noch vom EIevationswinkel C. abhängt»

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