DE19512787A1 - Ortungssystem mit synthetischer Apertur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Detek­ tion und Ortung von Emittern auf große Entfernung wie beispielsweise Störquellen im Mikrowellenbereich.

Soll eine Störquelle im Mikrowellenbereich geortet werden, muß der Ortungsempfänger in seine Reichweite gebracht werden. Für übliche Meßfahrzeuge bedeutet das einen erheblichen Anfahrtweg. Übliche Ortungs­ empfänger bestimmen den Standort der Störquelle durch Messung des Einfallswin­ kels von mindestens zwei Standorten aus, was wiederum eine Bewegung erfordert. Bei der begrenzten Reichweite von Störquellen wird zur Überwachung eines bestimmten geographischen Gebietes ein hoher Aufwand notwendig.

Von luftgestützten Plattformen aus läßt sich der gegebene geographische Bereich in we­ sentlich kürzerer Zeit absuchen, zumal die Flughöhe eine große Erfassungsreichweite eröffnet.

Hier aber bewirken die beschränkten Monta­ gemöglichkeiten an Bord eines Flugzeuges, daß die Apertur der Antennen beschränkt ist und damit einerseits die Empfindlichkeit abnimmt und andererseits die Halbwertsbreite der Antenne für eine Peilung zu groß wird. Die Peilung von Störquellen in bebautem Gelände stößt auf das Problem der Reflektionen und Mehrfachreflektionen. Selbst ein Großpeiler nach dem Doppler-Prinzip peilt stets das stärkste Signal, auch wenn dies häufig von einer Reflektion stammt, und so sind die zur Ortung notwendigen Schnitt­ punkte der Peilungen kaum zu finden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie sich elektromagneti­ sche Emitter von luftgestützten Plattformen aus mit hoher Präzision und Empfind­ lichkeit detektieren und orten lassen.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen Weg zur Ortung von Störquellen im bebauten Gelände aufzuzeigen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß mit einer Einrichtung laut Oberbegriff des Hauptanspruchs gelöst, vorteilhafte Wei­ terbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Beschreibung

Erfindungsgemäß werden die hohe Empfind­ lichkeit und Ortungsgenauigkeit durch ein Empfangssystem nach dem Prinzip der syn­ thetischen Apertur erreicht.

In seiner weiteren Ausgestaltung werden echte Störquellen von ihren Reflektionen unterschieden mittels einer Autokorrelation, bei der die Einfallsrichtung des zuerst an­ kommenden Signals erkennbar wird.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 zeigt einen Hubschrauber 1, der auf einem linearen Flugkurs 2 in x-Richtung im Punkt (x_H,0) fliegt und eine Strahlungsquel­ le 3 im Punkt (x_S, y_S).

An Bord des Hubschraubers befinden sich zwei Antennen 4, deren Abstand in Flugrich­ tung so groß wie möglich ist.

Während des Vorbeifluges passieren die Antennen 4 Linien gleicher Phase 19 der Strahlungsquelle 3, wobei sich zwischen den Antennen 4 eine Differenzphase einstellt in Abhängigkeit von der Strecke x_S-x_H, y_S-y_H sowie in Abhängigkeit von der Drehung des Hubschraubers um seine Hochachse.

Die Differenzphase durchläuft während des Vorbeifluges eine Kurve, die eher der Kurve 13a bei geringem Abstand y_S und der Kurve 13b bei großem Abstand y_S ent­ spricht. Für jede Entfernung y_S gilt genau eine bestimmte Kurvenform, von der die Kurven 13a, 13b nur Beispiele sind. Diese Form läßt sich durch trigonometrische Be­ rechnungen finden.

An die Antennen 4 sind zwei Tuner 5 mit gemeinsamen Überlagerungsoszillator 6 angeschlossen.

Der Quadraturmischer 7 mischt die Zwi­ schenfrequenzsignale der Tuner 5. Die Nutzmodulation geht dabei verloren, die Bandbreite des gewünschten Mischproduktes geht gegen Null und das Signal/Geräusch- Verhältnis und damit die Empfindlichkeit steigen entsprechend.

Die Tiefpässe 8 befreien das niederfrequente Mischprodukt von unerwünschten Anteilen.

Der Real- und der Imagninärteil an den Aus­ gngen der Tiefpässe 8 repräsentieren als komplexe Werte die Phasendifferenz ΔΦ, mit der die Hochfrequenzsignale an den Anten­ nen 4 anlagen.

Die gefilterten Signale sind jedoch von den Rauschspannungen des Systems überlagert.

Die Analog-Digitalwandler 9 wandeln die analogen Spannungen und führen sie dem digitalen Signalprozessor 10 zu.

Der digitale Signalprozessor 10 speichert die komplexen Werte jeder Abtastung im Meß­ zeitraum Δt und speichert sie in Speicherzel­ len 11a, 11b fortlaufend ab, nachdem er die Phase korrigiert hat durch die Einflüsse, die sich durch seitliche Driftung des Hubschrau­ bers und eine Drehung gegenüber dem Flugkurs seit dem letzten Meßzeitraum ergeben haben, wobei jede seitliche Flugbe­ wegung um eine halbe Wellenlänge der Emp­ fangsfrequenz weg vom Sender die Phase um +π dreht und um die Subtraktion von π kompensiert wird.

Der Meßzeitraum Δt wird dabei so kurz gewählt, daß Änderungen infolge aller Flug­ bewegungen wesentlich kleiner π bleiben

In den Speicherzellen 11a, 11b ergibt sich somit ein kontinuierlicher Verlauf der Diffe­ renzphasen, der genau der Kurve 13 ent­ spricht, die zum Abstand y_S gehört.

In der Karte 16 entsteht ein Abbild der geo­ graphischen Verteilung von Störquellen 3 im selben Funkkanal.

Dazu ist die Karte 16 in viele Spalten 20 und diese in Zellen 17 unterteilt sind, wobei bei größter Auflösung jede Spalte 20 der Flug­ strecke entspricht, die der Hubschrauber 1 im Meßzeitraum Δt durchfliegt, und jede Zelle 17 innerhalb der Spalte 20 genau einem Entfernungsbereich.

Zur Abbildung dreht der digitale Signalpro­ zessor 10 durch die konjugiert komplexe Multiplikation 14 jede in einer der Speicher­ zellen 11a, 11b gespeicherten Phasen um den Wert, den die Kurve 13 für die ausgewählte Zelle 17 vorgibt für den Abstand x, der der jeweiligen Speicherzelle 11a, 11b entspricht, und akkumuliert die Ergebnisse in der Sum­ mation 15, bevor er das Resultat in die Zelle 17 schreibt.

Bei dieser Akkumulation wird das Si­ gnal/Geräuschverhältnis weiter gesteigert, bei 1000 Messungen um 30 dB.

Die Amplitude jeder Zelle 17 gibt damit die Sendeleistung wieder, die von einem Sender innerhalb des zugehörigen Quadrates im Gelände empfangen wurde.

Damit läßt sich ein theoretischer Gewinn erzielen, der einer Antenne entspräche mit der seitlichen Ausdehnung der Flugstrecke - also bis über 100 km.

Infolge dieses hohen Gewinns sind auch schwache Strahlungsquellen 3 zu detektieren und zu orten, und infolge des Verlustes der Nutzmodulation im Mischer 7 sind auch bandgespreizte Sender erkennbar geworden.

Sollte der Sender in Teilstrecken des Flugwe­ ges nicht erfaßbar sein, sinkt der Gewinn entsprechend des Verhältnis zwischen der "Aus"-Zeit zur Erfassungszeit.

Sollten sich auf demselben Funkkanal meh­ rere Sender im Zeitmultiplex abwechseln, werden alle Sender in der Karte 16 abgebil­ det.

Sollte sich ein Sender während der Erfassung jedoch bewegen, kommt keine Ortung zu­ stande.

Die Ortung bewegter Strahlungsquellen 3 erfordert je nach Art der Strahlungsquellen 3, ihrer Geschwindigkeit und Bewegungsrich­ tung eigene Kurven 13, um zu einem Maxi­ mum des Korrelationsergebnisses zu führen.

Dies läßt sich anwenden zur Ortung bewegter Strahlungsquellen 3 von einer ortsfesten Station aus, indem die in den Speicherzel­ len 11a, 11b gespeicherten Differenzphasen für jeden möglichen Flugkurs während des gesamten Meßzeitraums gegen eine entspre­ chende Kurve 13 korreliert werden.

Liegen von beispielsweise einem RADAR- Gerät Informationen über den Flugkurs einer Strahlungsquelle 3 vor, läßt sich Anzahl der möglichen Kurven 13 reduzieren und auch eine unbekannte, schwache Strah­ lungsquelle detektieren.

Das Prinzip ist auch anwendbar zur Detek­ tion und Ortung von Strahlungsquellen auf mehreren Funkkanälen. Dazu muß der Überlagerungsoszillator 6 lediglich in Schritten abstimmbar sein, beispielsweise durch Rastung auf die Oberwellen eines Quarzoszillators 21 mit einer Präzision, die eine Verschiebung der Differenzphase nach dem Mischer 7 durch Gruppenlaufzeiteffekte in den Zwischenfrequenzfiltern der Tuner 5 vernachlässigbar macht, und die Karte 16 sowie die Speicherzellen 11a, 11b sind für jeden Funkkanal vorzusehen.

Der Gewinn der Anordnung reduziert sich entsprechend der Zahl der Funkkanäle, weil die Meßzeit auf periodische Intervalle redu­ ziert wird.

Sollte sich die Strahlungsquelle nicht auf einer Fläche, sondern in einem Raum lokali­ siert werden, werden 3 Antennen 4 benötigt, die die Eckpunkte eines senkrecht stehenden Dreiecks bilden sowie ein dreikanaliger Emp­ fänger. Einer der beiden Kanäle läßt sich einsparen, indem einer der beiden Empfän­ ger 5 zwischen zwei Antennen umgeschaltet wird.

Das Prinzip ist auch in Varianten der erfin­ dungsgemäßen Anordnung anwendbar, bei­ spielsweise kann einem der beiden Empfän­ ger 5 die Summe der Spannungen der beiden Antennen 4 zugeführt werden und dem anderen die Differenz. Auch einkanalige Empfangsprinzipien sind denkbar, bei denen jedes der beiden Signale der Antennen 4 orthogonal gegenüber dem anderen moduliert wird, bevor beide Signale zusammengeführt werden und einen Empfänger passieren. Solche Verfahren zur Einsparung von Gerät sind Fachleuten der Peiltechnik bekannt.

Ferner ist das Verfahren für alle Wellen geeignet, also auch für passives SONAR unter und über Wasser.

Sind schwache Signalquellen zu detektieren, die den maximalen Korrelationsgewinn erfor­ dern, ist eine hohe Anzahl von Korrelationen notwendig, eine für jeden Punkt im Raster der Auflösung.

Die Anzahl läßt sich minimieren, wenn schon geringere Gewinne zur Detektion und für erste Peilungen der Signalquellen ausreichen.

Dann ist es hinreichend, komplexe Abtast­ werte in einer Zahl zu mitteln, die

• - mindestens so groß ist, daß eine erste Peilung geschätzt werden kann,
• - aber höchstens so groß, daß die Änderung der Differenzphase, die infolge einer un­ kompensierten Änderung des Einfallswin­ kels eintreten könnte, kleiner als 90 Grad bleibt.

Spätere Korrelationen zur Ortung der Strah­ lungsquelle, auf die diese erste Schätzung zurückgeht, lassen sich in der Zahl dann beschränken auf die Punkte im Raster der Auflösung, die in der Richtung der ersten Schätzung liegen.

Die Zahl der Korrelationen läßt sich weiter eingrenzen, indem auf weiteren Strecken des Fluges ebenfalls eine wie eben genannte Zahl an Abtastwerten gemittelt und eine erneute Peilung geschätzt wird, so daß nur für dieje­ nigen Punkte eine Korrelation durchgeführt werden muß, die sich in der Umgebung des Schnittpunkts der beiden Peilungen befinden.

Sollten zwei oder mehr Strahlungsquellen auf gleicher Frequenz aus unterschiedli­ chen Richtungen einfallen, überlagern sich die Phasenfronten. Bei der Korrelation ergibt sich für jeden Standort der beteiligten Strah­ lungsquellen ein signifikantes Korrelationser­ gebnis, so daß beide bzw. mehrere Standorte bestimmt werden können.

Wenn die Anzahl der zur Korrelation gewähl­ ten Abtastwerte t sei, so ist eine gleitende Mittelung über die jeweils letzten t Abtast­ werte sinnvoll, um stets erkennen zu können, ob die Aktivität der Strahlungsquelle noch festgestellt werden kann.

Abweichungen von der geraden Flugstrecke kann das Ortungssystem dann sogar selber erkennen, indem es jede Korrelation doppelt durchführt unter der These einer seitlichen Abweichung nach Steuerbord, einer Anti­ these einer seitlichen Abweichung nach Backbord und prüft, welche der beiden The­ sen eher zutrifft. Wird diese Prüfung iterativ unter Annäherung von These und Antithese durchgeführt, läßt sich die seitliche Abwei­ chung auf Bruchteile einer Wellenlänge fest­ stellen und kompensieren.

Eine Einrichtung, die eine oder mehrere Strahlungsquellen mit bekanntem Standort erfaßt, beispielsweise Gleitweg- und Kurs­ funk- sowie Markierungssender eines Instru­ menten Landeanflug Systems (ILS) kann damit mit hoher Genauigkeit ihren eigenen Flugkurs bestimmen. Andererseits lassen sich bei bekanntem Flugkurs die Reflektionen dieser Ausstrahlungen sehr genau bestimmen und vermessen.

Eine Einrichtung, die auf mehreren Funkka­ nälen ortet, kann damit Abweichungen vom Kurs anhand starker Signale erkennen und mit den gewonnenen Kompensationswerten die Korrelation schwächerer Signale unter­ stützen.

Interferometer, deren Basis parallel zur Flugrichtung angeordnet sind, können nicht unterscheiden, ob die Welle von Steuer- oder von Backbord einfällt.

Diese Mehrdeutigkeit läßt sich minimieren durch ein zweites Interferometer, dessen Basis quer zur Flugrichtung liegt.

Dabei ist es sinnvoll, wenn beide Interfero­ meter eine Antenne gemeinsam nutzen.

Die Genauigkeit der Messung der Differenz­ phase an den beiden Armen des Interferome­ ters ist stets begrenzt durch Offsetfehler und Nichtlinearitäten des Phasendetektors. Mi­ nimieren lassen sich diese Fehler durch die schaltbare Verzögerungsleitung 22 in einem der Interferometerarme 4, 5, 7 in Fig. 3, indem die schaltbare Verzögerungsleitung 22 mit einer Rate umgeschaltet wird, die hoch ist gegenüber der Änderungsrate der Phase infolge der Änderung der Einfallsrichtung, und indem der digitale Signalprozessor 10 die Differenz der Phasenverschiebungen zwi­ schen den Schaltstellungen der schaltbare Verzögerungsleitung 22 prüft, konstante Abweichungen ermittelt und bei zukünftigen Messungen und bereits abgespeicherten Ergebnissen korrigierend berücksichtigt.

Eine weitere Anwendung in Bezug auf die Vermessung der Bahnen von Satelliten ver­ deutlicht Fig. 4. Ein dreiarmiges Interferome­ ter mit den Antennen 4 ist am Boden ange­ ordnet und empfängt die Ausstrahlungen der umlaufenden Strahlungquelle 3. Infolge der Bewegung der Strahlungsquelle 3 relativ zu den Antennen 4 ergibt sich ein Phasenver­ lauf, der für die Flugbahn charakteristisch ist, so daß diese rekonstruiert werden kann. Ein großer Vorteil dieses Prinzips ist, daß sich mit weitoffenen Antennen 4 am Boden eine Vielzahl von Strahlungsquellen 3 auf verschiedenen Umlaufbahnen gleichzeitig orten läßt.

Eine weitere Anwendung ergibt sich für das Auffassen von Telemetriesendern durch Antennen hohen Gewinns. Diese Antennen sind üblicherweise mit Monopuls-Netzwer­ ken ausgestattet, die einen Summenbeam 40 und 4 Differenzbeams 41, 42 erzeugen, wobei sich das Phasenverhältnis zwischen Differenzbeam 41 und 42 gegenüber dem Summenbeam 40 um 180 unterscheidet.

Üblicherweise wird der Phasenunterschied zwischen Summen- und Differenzkanal ausgewertet zur sofortigen Nachsteuerung der Antenne. Für eine präzise Nachsteuerung ist dabei ein hohes Signal/Geräuschverhältnis erforderlich, was erfordert, daß die Antenne mit ihrem Summenbeam 40 bereits auf die Strahlungsquelle 4 zeigt und die Aufschal­ tung auf eine Strahlungsquelle 4 außerhalb des Summenbeams 40 ausschließt. Mit dem Verfahren der passiven synthetischen Apertur läßt sich diese Begrenzung erweitern, indem die Phasenänderungen infolge der Relativbe­ wegung zwischen den Diagrammen der An­ tenne 4 und der Strahlungsquelle 3 zunächst korreliert werden mit Interferenzmustern für alle möglichen Relativbewegungen, wobei eine Korrelation ein Maximum zeigen wird. Damit wird die relative Bewegung der Strahlungsquelle 3 erkennbar, es entsteht sogar ein Korrelationsgewinn und die Anten­ ne 4 kann zielgerichtet nachgesteuert werden.

Eine weitere Anwendung im Rahmen der Flugsicherung zeigt Fig. 6.

Häufig ist die Situation im Luftraum auch für abgesetzte Bodenstationen interessant wie auch für fliegende Stationen im Rahmen der Kollisionsvermeidung.

Dazu erfaßt das dreiarmige Interferometer 30 in Fig. 6 die Antworten des Transponders 31, die diese bei jeder Abfrage eines Interroga­ tors 32, 33 abstrahlt.

Die Basislänge des Interferometers 30 wird so gewählt, daß die Phasenverschiebung zwischen zwei Antworten infolge der Flug­ bewegung kleiner als 180 Grad ist, so daß der digitale Signalprozessor 10 aus mehreren aufeinanderfolgenden Antworten eine ein­ deutige Flugspur rekonstruieren kann.

Die Flugspur läßt sich besser rekonstruieren unter Beachtung der Systematik in der Ab­ frage eines Interrogators 32. Bauartbedingt rotiert die Abfrageeinrichtung der meisten Inter­ rogatoren 32 mit einer konstanten Umlauf­ periode, und die Abfragerate aufeinanderfol­ genden Abfragen ist so konstant wie die Pulsfolgefrequenz des zugehörigen Primärra­ dargeräts. Sind Abfragerichtung und -rate bekannt, beispielsweise durch einen Monitor­ empfänger für das Primärradar, ergibt sich daraus eine weitere Standlinie für die Orts­ bestimmung.

Die Anwendung der Ortung von Störquellen in bebautem Gelände zeigt Fig. 7. Ein Peil­ fahrzeug 45 mit 3 Antennen 4, von denen zwei in Fahrtrichtung nebeneinander ange­ ordnet sind, fährt einen Fahrkurs 46 in Fig. 8 und ermittelt nach dem Verfahren der passi­ ven synthetischen Apertur die Orte der echten Strahlungsquelle 3 und einer Reflektion 3′ am Reflektor 48.

Das Verfahren der passiven synthetischen Apertur ergibt bei einer Reflektion zwei Orte, kann aber nicht unterscheiden, welcher der ermittelten Orte auf eine Reflektion zurückzu­ führen ist.

Eine Möglichkeit zur Unterscheidung ist die Rückverfolgung der Strahlen anhand des "Ray Tracing" genannten Verfahrens, bei dem unter Kenntnis der Reflektoren in Bezug auf ihren Standort und ihr Reflektionsverhal­ ten der Peilstrahl 47 auch nach der Reflektion weiter verfolgt werden kann. Die Genauigkeit nimmt dann zwar erheblich ab, ist aber noch ausreichend um einen Hinweis auf den wahren Standort der Strahlungsquelle 3 geben zu können.

Eine andere Möglichkeit ist die, die aus ver­ schiedenen Richtungen einfallenden Wellen­ fronten der Strahlungsquelle 3 daraufhin zu untersuchen, welche verzögerte Anteile von anderen enthalten. Die direkte Welle ist diejenige, deren Signalanteile in allen anderen Wellen verzögert wiederzufinden ist.

Eine dazu geeignete Einrichtung zeigt Fig. 9. Die Signale der Antennen 4 werden in den Empfängern 5 in Zwischenfrequenzlage umgesetzt und einmal der Einrichtung der synthetischen Apertur 51 zugeführt.

Ferner wird ein Signal in der veränderlichen Verzögerungsleitung 50 verzögert, im Sum­ mierglied 52 mit dem Signal der anderen Antenne 4 summiert und dann werden beide Signale dem Kreuzkorrelator 53 zugeführt.

Aus den Ergebnissen der synthetischen Aper­ tur ermittelt der Rechner 54 die Einfallsrich­ tung von Teilwellen, stellt die Verzöge­ rungsleitung 50 so ein, daß das Signal aus dieser Richtung im Summierglied 52 ver­ stärkt wird, bevor der Kreuzkorrelator 53 die Kreuzkorrelationsfunktionen mit dem ungerich­ tet empfangenen Signal ermittelt.

Die Einfallssicherung des Originalsignals der echten Strahlungsquelle 3 zeichnet sich gegen­ über den anderen Richtungen dadurch aus, daß seine Signalanteile aus anderen Richtungen verzögert einfallen.

Da eine Störquelle in der Vorbeifahrt besser geortet werden kann als in der Fahrt auf sie hin, empfiehlt es sich, Störquellen in der Vorbeifahrt erst präzise zu orten und diesen Ort dann zum Ziel der Fahrt zu setzen und mit einer 90-Grad-Kurve direkt anzufahren.

Eine weitere Anwendung zum Aufspüren von Kleinsendern, sogenannten "Wanzen", zeigt Fig. 10. In dieser Anwendung liegt die Schwierigkeit in der Verzerrung des elek­ tromagnetischen Feldes durch Oberflächen­ ströme im Mobiliar und in den Wänden, die eine Ortung mit einer einfachen Antenne erschwert.

Die erfindungsgemäße Einrichtung verein­ facht diese Aufgabe, dabei wird eine An­ tenne 4 des Interferometers manuell durch den Raum bewegt, während die andere An­ tenne 4 stationär bleibt. Es wäre genauso möglich, zwei Antennen 4 als Interferometer durch den Raum zu bewegen.

Zur Berechnung des elektromagnetischen Feldes ist die Kenntnis des genauen Ortes der bewegten Antenne 4 erforderlich.

In der gezeigten Ausführung ist diese beweg­ te Antenne 4 dazu mit einem Schall- oder Ultraschallsender 60 ausgestattet, dessen Schallwellen von den Schall- oder Ultra­ schalldetektoren 61 empfangen werden, so daß der Ort des Ultraschallsenders 60 durch Messung der Phasendifferenz ermittelt werden kann.

Durch die Einspeisung der Ultraschallsignale in die Zwischenfrequenz kann derselbe Emp­ fänger abwechselnd benutzt werden zur Ortung der Quellen der Schall- und der elektromagnetischen Quellen.

Wenn dies Verfahren auch mehrere kohärente Signalquellen orten kann, so entstehen bei Einfall zweier oder mehrerer inkohärenter Signalquellen störende Mischprodukte. Unter solchen Umständen wird die Ortungs­ einrichtung das stärkste Signal mit einer verminderten Schärfe orten und die schwä­ cheren Signale ignorieren.

Dies läßt sich vermeiden durch die in Fig. 11 gezeigte Anordnung, bei der die Antennen­ anordnung nach Fig. 5 während der Vor­ wärtsbewegung 91 rotiert. Mit einer Einzel­ messung läßt sich dann über die kleinere Aper­ tur 92 die Strahlungsquelle 3 peilen, während unter erfindungsgemäßer Beachtung der Vorwärtsbewegung 91 eine Peilung über die synthetische Apertur 93 zustande kommt unter der Voraussetzung, daß die Vorwärts­ bewegung 91 so langsam ist, daß zwischen den Messungen kein Phasensprung größer 180 Grad auftritt.

Vorteilhaft am Prinzip ist seine Kompatibili­ tät mit bisherigen mobilen Peilern, wie Fig. 12 zeigt. Hier ist das Peilfahrzeug 45 mit einer Doppler-Peilantenne 80 ausgestattet und mit einer zusätzlichen Antenne 4.

Wie beim Doppler-Peiler üblich, tastet ein Kommutator 81 die einzelnen Peilantennen der Doppler-Peilantenne 80 ab und gibt dies infolge der Abtastung phasenmodulierte Signal über einen Empfänger 5 und ein Bandpaß 74 auf den Mischer 75, der es mit demselben, jedoch unmodulierten Signal der Referenzantenne 82 mischt. Infolge dieser Mischung wird die von der Sendequelle ausgestrahlte Nutzmodulation eliminiert und es bleibt die Phasenmodulation der Abta­ stung. Dies niederfrequente Signal wird im Tiefpaß 84 von unerwünschten Anteilen befreit, vom A/D-Wandler 9 digitalisiert und dem digitalen Signalprozessor 10 zugeführt.

Fig. 13 zeigt das von der Sendequelle stam­ mende Feld 90, in dem die Einhüllende 94 der abgetasteten Peilantennen eine Spiralbahn beschreibt.

Für eine Peilung wertet die Einrichtung auf an und für sich bekannte Art und Weise die Phasenmodulation aus und bestimmt die Peilung durch den Vergleich der Phasen zwischen der kleinen Apertur 92 innerhalb eines Umlaufs des Kommutators 81.

Diese Einrichtung läßt sich nun zur erfin­ dungsgemäßen Messung mit synthetischer Apertur erweitern, indem unter Beachtung der Vorwärtsbewegung 91 die Phasendiffe­ renzen über die synthetische Apertur 93 gemessen werden. Zur Vergrößerung der physischen Basis kann die Antenne 4 anstelle des Kommutators 81 benutzt werden. In diesem Fall kann die Antenne 4 auch hori­ zontal polarisiert sein.

Analog kann ein Interferometer-Peiler erwei­ tert werden, dessen Interferometer-Anten­ ne 100 auf einem Peilfahrzeug 45 installiert ist.

Das Signal einer der Antennen 101 wird über einen Empfänger 5 an den Quadratur­ mischer 7 geführt und dort mit dem Signal einer der anderen beiden Antennen 101 gemischt. Bei dieser Mischung ergibt sich die Phasendifferenz als komplexes Paar Spannungen im Real- und Imaginärzweig, die in den Tiefpässen 8 von unerwünschten Signalanteilen befreit, in den A/D-Wandlern 9 digitalisiert und dem digitalen Signal­ prozessor 10 zugeführt, der daraus den Einfallswinkel der elektromagnetischen Welle berechnet.

Fig. 15 zeigt die Vorwärtsbewegung 91 der Interferometerantennen 100, die kleine Aper­ tur 92 infolge der Interferometermessung und die unter erfindungsgemäßer Berücksichti­ gung der Vorwärtsbewegung 91 errechenbare synthetische Apertur 93.

Insgesamt erlaubt das beschriebene Verfah­ ren der passiven synthetischen Apertur hohe Antennengewinne, sofern die komplexen Antennenspannungen zweier gegenüber der gesuchten Strahlungsquelle bewegter Anten­ nen zwischengespeichert und auf geeignete Art und Weise akkumuliert werden.

Claims (17)

1. Einrichtung zur Ortung von Strahlungs­ quellen, ausgestattet mit mindestens 2 Antennen und Einrichtungen zum getrenn­ ten Empfang beider Antennensignale und periodischen Ermittlung der Phasendiffe­ renz der beiden Antennenspannungen, gekennzeichnet durch die Zwischenspeicherung der Phasendiffe­ renzen aller Messungen über den Zeit­ raum der Relativbewegung zwischen der Ortungseinrichtung und der Strahlungs­ quelle und Korrelation der Phasendiffe­ renzen mit einer geeigneten Funktion, die sich aus der relativen Lage der Ortungs­ einrichtung und der Strahlungsquelle er­ gibt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ermittlung der Phasendifferenzen mit einer periodisch umgeschalteten Verzögerungsleitung be­ kannter Veränderung in einem der Inter­ ferometerzweige ausgerüstet ist und daß diese Veränderungen im Vergleich zur Änderung der Meßwerte zur Kalibrierung von Meßfehlern verwendet werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ortungseinrichtung periodisch abstimmbar ist.

4. Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ortungseinrichtung über minde­ stens 3 Antennen verfügt und durch Aus­ wertung des Verlaufs von zwei Phasendif­ ferenzen zwischen den 3 Antennen über die Zeit den relativen Ort der Strah­ lungsquelle im Raum bestimmt.

5. Einrichtung nach einem der vorgenann­ ten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Sensoren vorhanden sind, deren Informationen zur Vorauswahl der in Frage kommenden Korrelationsfunk­ tionen genutzt werden.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu Meßbeginn eine Anzahl von Ab­ tastwerten gemittelt wird, die mindestens so groß ist, daß der entstehende Gewinn für eine erste Schätzung des Einfallswin­ kels ausreichend ist, aber höchstens so groß, daß die unkompensierten Abwei­ chungen von der Flugbahn kleiner als ein Viertel der Wellenlänge sind.

7. Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Variation der Funktion, die der Korrelation zugrunde gelegt wird, und Beurteilung der Korrelationsergebnisse eine Aussage über den Flugweg der Or­ tungseinrichtung gewonnen wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Ortung von Strahlungsquellen an bekannten Standorten die Einrichtung ihren eigenen Ort und Flugweg bestimmt.

9. Einrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte zur Kompensation von Abweichungen im Flugweg durch Beob­ achtung von Strahlungsquellen gewonnen und mit diesen die Korrelation anderer Strahlungsquellen unterstützt wird.

10. Einrichtung zum präzisen Anfahren oder Anfliegen einer Strahlungsquelle mit einer Navigationsanlage und einer Einrichtung nach einem oder mehreren der vorgenann­ ten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum präzisen Anfah­ ren oder Anfliegen den genauen Ort der Strahlungsquelle zunächst in der Vorbei­ fahrt oder Vorbeiflug bestimmt, diesen speichert und dann zum Anflug einkurvt.

11. Anlage zur Erfassung von Telemetriesen­ dern mit einer mehrkanaligen Mono­ pulsantenne, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur genauen Bestimmung des Flugkurses nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, die die Pha­ senänderungen zwischen den Summen- und Differenzkanälen des Monopuls- Netzwerks infolge der relativen Bewegung zwischen Antenne und Telemetriesender über mehrere Meßintervalle für verschie­ dene Flugkurse korreliert und durch den Korrelationsgewinn und die synthetische Apertur die Richtung zum Telemetriesen­ der auch dann bestimmt, wenn dieser sich am Rande des Summendiagramms der Antenne befindet.

12. Unabhängiger Tochterempfänger für Transportsignale mit einer Einrichtung nach einem oder mehreren der vorgenann­ ten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tochterempfänger aus den Sendezeit­ punkten der Transponderantworten die Abfragerate selbst nicht empfangbarer Abfragestationen ermittelt, die Periode und Phase des Umlaufs ihres Radarge­ räts ermittelt und daraus zusätzliche Standlinien für die Ortung des Transpon­ ders erhält.

13. Einrichtung zur Ortung von Störquellen, insbesondere in bebautem Gebiet, mit einer Einrichtung nach einem der vorge­ nannten Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die den wahren Ort einer Störquelle inmitten der reflektionsbedingt scheinbaren Orten identifiziert unter An­ wendung von "Ray Tracing" Algorithmen.

14. Einrichtung zur Ortung von Störqeullen, insbesondere in bebautem Gebiet, mit ei­ ner Einrichtung nach einem der vorge­ nannten Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die einfallenden Wellen anhand ihres Kreuzkorrelations­ spektrums untersucht und diejenige als die direkte Welle identifiziert, deren Signalan­ teile in allen anderen Wellen verzögert vorhanden ist.

5. Mobiles Interferometer mit Antenne hohen Gewinns, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsrichtung des Interfero­ meters während der Vorwärtsbewegung über den Azimut rotiert und zur Gewin­ nung der Ortungsinformationen die Pha­ senverschiebung infolge der Vorwärts­ bewegung zwischen zwei identischen Azimutstellungen der Antenne zur Be­ rechnung der synthetischen Apertur ge­ messen wird.

16. Mobiler Dopplerpeiler mit einer Einrich­ tung nach einem der vorgenannten An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung über einen oder mehrere Kommutatorumläufe unter Berücksichtigung der Vorwärtsbewegung der Antennenanordnung gemessen wird zur Bildung der synthetischen Apertur.

17. Mobiler Interferometer Peiler mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Einfallsrichtung der elektromagnetischen Welle über die Apertur zwischen den Interferometer- Antennen gemessen wird und zur Berech­ nung der synthetischen Apertur die Pha­ senverschiebung, die sich infolge der ge­ meinsamen Vorwärtsbewegung der Inter­ ferometer-Antennen ergibt.