DE2039326C3 - Method for detecting the amount and / or phase of several simultaneously and in particular briefly occurring high-frequency high-frequency voltages with an arrangement for determining the direction of incidence of waves, in particular with radio direction finders - Google Patents
Method for detecting the amount and / or phase of several simultaneously and in particular briefly occurring high-frequency high-frequency voltages with an arrangement for determining the direction of incidence of waves, in particular with radio direction findersInfo
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- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-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
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung des Betrages und/oder der Phase mehrerer gleichzeitig und insbesondere kurzzeitig auftretender gleichfrequenter Hochfrequenzspannungen bei Anordnungen zur Bestimmung dsr Einfallsrichtung von Wellen, insbesondere bei Funkpeilern, bei dem jede der zu messenden Spannungen über einen eigenen Verstärkerkanal geführt und in einer nachgeschalteten gemeinsamen Meßeinrichtung nach Betrag und Phase ausgewertet wird.The invention relates to a method for detecting the amount and / or the phase of several at the same time and in particular briefly occurring high-frequency high-frequency voltages of the same frequency in arrangements to determine the direction of incidence of waves, especially in radio direction finders, in which each of the to measuring voltages are routed through its own amplifier channel and in a downstream joint Measuring device is evaluated according to amount and phase.
Es ist bekannt, daß bei der selektiven Verstärkung von zwei oder mehreren Wechselspannungen, zwischen denen die Phasendifferenzen und/oder die Amplitudenverhältnisse bestimmt werden müssen, darauf geachtet werden muß, daß diese Spannungen in den verwendeten Verstärkungskanälen in ihrer Amplitude und Phase in gleicher Weise beeinflußt werden. Ein derartiges Problem tritt beispielsweise bei Peilern auf, bei denen das Amplitudenverhältnis zweier, von einem gekreuzten Antennensystem abgeleiteter Spannungen zwecks Bestimmung der Einfallsrichtung bestimmt werden muß (Watson-Watt-Peiler). Aber auch bei Peilern, bei denen die Phasendifferenz zwischen zwei oder mehreren Spannungen zwecks Bestimmung des Einfallswinkels gemessen werden muß (z.B. Sektorpeiler, deutsche Auslegeschrift ti 56 859), muß dsirauf geachtet werden, daß die zu verstärkenden Spannungen in den Verstärkungskanälen nicht in ungleicher Weise in der Phase verschoben werden. Schließlich muß auch bei einem sog. Rechenpeiler, der Amplitudenverhältnisse und Phasendifferenzen zur Bestimmung des Einfallswinkels ausnutzt (z.B. Rechenpeiler gemäß deutscher Auslegeschrift 12 48 754), dafür gesorgt werden, daß bei der Verstärkung der im Antennensystem gewonnenen Spannungen die Amplituden dieser Spannungen und ihre Phasen in den Verstärkungskanälen in gleicher Weise beeinflußt werden.It is known that in the selective amplification of two or more AC voltages, between which the phase differences and / or the amplitude ratios must be determined must be that these voltages in the amplitude channels used in their amplitude and phase in be influenced in the same way. Such a problem occurs, for example, with direction finders in which the amplitude ratio of two voltages derived from a crossed antenna system for the purpose of determination the direction of incidence must be determined (Watson-Watt direction finder). But also with direction finders, with them the phase difference between two or more voltages for the purpose of determining the angle of incidence must be measured (e.g. sector direction finder, German Interpretation document ti 56 859), attention must be paid to that the voltages to be amplified in the amplification channels are not unequal in phase be moved. Finally, with a so-called calculating direction finder, the amplitude ratios and phase differences used to determine the angle of incidence (e.g. arithmetic direction finder according to the German interpretation document 12 48 754), it must be ensured that the amplification of the Voltages the amplitudes of these voltages and their phases in the amplification channels in the same way Way to be influenced.
Zur Erzielung eines gleichen Verstärkungsgrades sowie gleicher Phasenbeeinflussuing in den Empfangskanälen ist es für einen Watson-Watt-Peiler bekannt geworden (deutsches Patent 9 71 912, Seite 2, linke Spalte, Zeilen 13 bis 38), mit Hilfe von Umschalteinrichtungen nacheinander die beiden Empfangskanäie miteinander zu vertauschen. Aus der auf der Anzeigeröhre zustande kommenden Peilfigur kann hier der Peilfunker erkennen, ob die Verstärkungskanäle ungleichen Verstärkungsfaktor aufweisen und/oder ob die beiden Kanäle die Empfangssignale i>i der Phase in verschiedener Weise beeinflussen. Aufgrund dieser Anzeige ist eine Ausregelung der unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren bzw. Phasenverschiebung von Hand möglich. Nachteilig an dieser bekannten Lösung ist die Tatsache, daß lediglich die Unterschiede in der Amplituden- und Phasenbeeinflussung erkannt werden können und danach z. B. von Hand ausgeregelt werden müssen.To achieve the same degree of amplification and the same phase influencing in the receiving channels it became known for a Watson-Watt direction finder (German patent 9 71 912, page 2, left Column, lines 13 to 38), the two receiving channels one after the other with the help of switching devices to swap with each other. From the direction finding figure on the display tube, the DF radio operators recognize whether the gain channels have unequal gain factors and / or whether the the received signals i> i of the phase in on both channels affect in different ways. Due to this display there is a compensation of the different Gain factors or phase shift possible by hand. A disadvantage of this known solution is the fact that only the differences in the amplitude and phase influence are recognized can and then z. B. must be adjusted by hand.
Es ist bereits aus der obengenannten deutschen Patentschrift 9 71912 bekannt, zur Erzielung eines gleich großen Verstärkungsfaktors in beiden Empfangskanälen des Watson-Watt-Peälerc mit periodischer Umtastung der Empfangskanäie eine Regeleinrichtung vorzusehen, die die beiden Empfangskanäle immer auf gleichem Verstärkungsgrad hält Nachteilig an dieser bekannten Lösung ist die Tatsache, daß lediglich ungleiche Amplitudenbeeinflussungen vermieden werden, wobei der notwendige Regelvorgang, besonders bei kleinem Signal- zu Rauschabstand, noch Zeit beanspruchtIt is already known from the above-mentioned German patent specification 9 71912 to achieve a equal amplification factor in both reception channels of the Watson-Watt-Peälerc with periodic To switch the receiving channels to provide a control device, which the two receiving channels always open the same degree of reinforcement holds the disadvantage of this known solution is the fact that only unequal amplitude influences are avoided, the necessary control process, in particular with a small signal-to-noise ratio, still takes time
Allen oben angeführten Lösungen ist gemeinsam, daß sie eine fehlerfreie Erfassung kurzzeitig auftretenderAll of the above solutions have in common that they provide an error-free detection of briefly occurring
so Hochfrequenzspannungen nicht zulassen. Bei einem Teil der beschriebenen Lösungen ist es z. B. notwendig, daß vor der Peilung die Verstärkeirkanäle zunächst auf gleichen Verstärkungsgrad und gleichen Phasengang eingeregelt werden müssen, bzw. bei den beschriebenen Peilern, bei denen während der Peilung eine Kanalvertauschung vorgenommen wird, ist eine verhältnismäßig lange Peilzeit nötig, da im Grunde zwei Peilungen nacheinander durchgeführt werden. Extrem kurz auftretende Hochfrequenzspannungen sind entweder schon verschwunden bevor die Peilkanäle geeicht sind bzw, die zweite Peilung nach der Kanalvertauschung vorgenommen werden kann.so do not allow high frequency voltages. With a part of the solutions described, it is z. B. necessary that the amplification channels first open before the bearing the same gain and phase response must be adjusted, or with the described Direction finders in which a channel swap is made during the direction finding is a relative one Long bearing time necessary, since basically two bearings are carried out one after the other. Extremely short Occurring high-frequency voltages have either already disappeared before the direction finding channels are calibrated or, the second bearing can be made after the channel swap.
Aus der deutschen Patentschrift 12 79127 ist schließlich auch ein Verfahren zur gleichzeitigen selektiven Verstärkung von Meßspannungen gleicher Frequenz mittels eines n-kanalige:n Empfängers, in dem die Amplitude und/oder Phase der Meßspannungen etwa in gleicher Weise beeinfluß! werden, bekannt, beiFrom the German patent specification 12 79127 is finally also a method for the simultaneous selective amplification of measuring voltages of the same Frequency by means of an n-channel: n receiver in which the amplitude and / or phase of the measuring voltages in about the same way! become known at
dem die π Meßspannungen den π Kanälen in Zeitabständen von wenigstens π ■ t Sekunden und jeweils höchstens für die Zeit ι Sekunden zugeführt werden und bei dem die einzelnen Meßspannungen nacheinander über sämtliche n, jeweils die Meßspannungen um f Sekunden verzögernden Kanäle geführt und erst dann weiter verarbeitet werden. Eine derartige Anordnung ist aber mit einem hohen Aufwand verbunden, der zudem mit steigender Kanalzahl unverhältnismäßig stark ansteigt ι οin which the π measuring voltages are fed to the π channels at intervals of at least π t seconds and in each case for a maximum of ι seconds and in which the individual measuring voltages are successively passed through all n channels, each delaying the measuring voltages by f seconds, and only then processed further will. Such an arrangement is, however, associated with a high level of effort, which also increases disproportionately with increasing number of channels ι ο
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Peilverfahren anzugeben, das die Erfassung auch kurzzeitig auftretender Peilspannungen mit vertretbarem Aufwand fehlerfrei zuläßt Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zunächst alle Verstärkerkanäle is während der Erfassung der zu messenden HF-Spannungen so eingeregelt werden, daß sie nach Betrag und/oder Phase gleiche Ausgangsspannungen abgeben, daß danach der eingestellte Zustand aller Kanäle festgehalten wird und daß dann anstelle der zu messenden Spannungen allen Verstärkereingängen eine gleiche, mit den zuvor gemessenen Spannungen etwa gleichfrequente Hilfsspannung zugeführt wild und daß aus deren Verschiedenartigkeit hinsichtlich Betrag und/oder Phase nach der Verstärkung im nachgeschalteten Meßgerät eine Bewertung der zuvor an den Verstärkereingängen vorhanden gewesenen, kurzzeitigen Hochfrequenzspannungen vorgenommen wird.It is the object of the invention to specify a direction finding method that also detects briefly occurring Permits DF voltages to be error-free with reasonable effort. This object is achieved according to the invention solved in that all amplifier channels is first during the acquisition of the HF voltages to be measured are regulated in such a way that they are based on amount and / or phase output the same output voltages that then the set state of all channels is recorded and that then instead of the voltages to be measured all amplifier inputs a the same auxiliary voltage with approximately the same frequency as the previously measured voltages supplied wild and that from their diversity in terms of amount and / or phase after the reinforcement in the downstream Measuring device evaluates the short-term that were previously present at the amplifier inputs High frequency voltages is made.
Es wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung gewissermaßen gepeilt und gleichzeitig geeicht, denn durch die Erfassung der Hochfrequenzspannungen selbst werden die Verstärkerkanäle auf gleiche Ausgangsspannungen und/oder Ausgangsphasen gebracht Dabei regelt sich der VerstärkerkanaL dem die geringste Eingangsspannung angeboten wird, auf den größten Verstärkungsfaktor und umgekehrt Eine Verbesserung der Meßgenauigkeit bei kleinen Hochfrequenzamplituden und damit eine Vergrößerung der Empfindlichkeit einer Meßanordnung, die sich des Verfahrens gemäß der Erfindung bedient, kann erreicht werden, wenn in die Regelkreise Tiefpässe eingefügt werden, die rauschbedingte Schwankungen unterdrükken. Der selbsttätig eingeregelte Zustand dir Verstärker wird nach der Erfassung der Hochfrequenzspannungen Fixiert und durch eine etwa gleichfrequente Hilfsspannung, deren Amplitude etwa in der Größenordnung der erwarteten Peilspannungen liegt, abgefragt Die Frequenz dieser Hilfsspannung kann dabei zweckmäßigerweise zusammen mit der Frequenzeinstellung des Peilgeräts festgelegt werden, z. B. über eine so Rückmischung durch den Überlagerungsoszillator. Dabei liefert der Verstärkerkanal, an dem zuvor die geringste Eingangsspannung gelegen hat, bei der Abfrage die größte Ausgangsspannung und umgekehrt Da der Zustand der Verstärkerkanäle fixiert ist, steht für die Auswertung beliebig viel Zeit zur Verfügung. Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß überhaupt kein eigener Eichvorgang notwendig wird.In the method according to the invention, it is, so to speak, a bearing and calibration at the same time, because By detecting the high-frequency voltages themselves, the amplifier channels are set to the same output voltages and / or output phases. The amplifier channel regulates itself The lowest input voltage is offered, the highest gain factor and vice versa Improvement of the measurement accuracy at small high frequency amplitudes and thus an increase in the Sensitivity of a measuring arrangement using the method according to the invention can be achieved If low-pass filters are inserted into the control loops, they suppress fluctuations caused by noise. The automatically regulated state you amplifier is fixed after the detection of the high-frequency voltages and an approximately equal frequency Auxiliary voltage, the amplitude of which is roughly in the order of magnitude of the expected bearing voltages, is queried The frequency of this auxiliary voltage can expediently together with the frequency setting of the direction finder can be set, e.g. B. via such a backmixing by the local oscillator. The amplifier channel that previously had the lowest input voltage supplies the Query the highest output voltage and vice versa Since the state of the amplifier channels is fixed, stands for any amount of time is available for the evaluation. Particularly advantageous in the case of the invention The method is that no separate calibration process is necessary at all.
Die Hilfsspannung braucht mit den zu erfassenden Hochfrequenzspannungen in der Frequenz nicht ganz genau übereinzustimmen. Es genügt, wenn die Frequenz soweit ähnlich sind, daß die Hilfsspannung in den Verstärkern keine Fehlphasenbeeinflussung erleidet. Zweckmäßigerweise bildet man dazu die Phasenschieber so aus, daß sie in dem interessierenden Frequenzbereich, z. B. innerhalb der Bandbreite der Zwischenfrequenzverstärker, in deiiun man sie vorteilhafterweise anordnet, frequenzabhängig arbeiten.The frequency of the auxiliary voltage does not quite need to match the high-frequency voltages to be recorded to match exactly. It is sufficient if the frequencies are so similar that the auxiliary voltage in the Amplifiers do not suffer out of phase influence. The phase shifters are expediently formed for this purpose so that they are in the frequency range of interest, e.g. B. within the bandwidth of the intermediate frequency amplifier, in which they are advantageously arranged, work in a frequency-dependent manner.
In der Figur ist eine bevorzugte Anordnung beschrieben, bei der das Verfahren gemäß der Erfindung zur Anwendung kommt Sie sei im folgenden näher erläutert.In the figure, a preferred arrangement is described in which the method according to Invention is used, it will be explained in more detail below.
Über eine Umschalteinrichtung 2 gelangen die Eingangsspannungen U\ bis Un die z. B. Antennenspannungen sind, an die Eingänge der Verstärker 5. In den Verstärkern 5 sind Amplituden- und Phasenregeleinrichtungen in Zwischenfrequenzlage vorgesehen, die über Stellglieder 8 von der zentralen Meßeinrichtung 6 gesteuert während des Empfangs der Eingangsspannungen U\ bis Un so eingestellt werden, daß an allen Verstärkerausgängen gleiche Amplituden und Phasen vorliegen. Dabei kann bei der Amplitudenregelung so vorgegangen werden, daß die Ausgangsspannung eines der Verstärker, dessen Verstärkungsfaktor dann allerdings nicht geregelt wird, als VergleJchsspannung dient Wenn nun gerade an diesem Verstärker nur eine kleine Eingangssoannung anliegen würde, dann wurden die Verstärkungsfaktoren aller andere" Verstärker ebenfalls nur sehr klein sein und der Meßeinrichtung 6 würden nur ungenügende Spannungen zur Auswertung angeboten. Es ist bei einer solchen Ausführungsform also sicherzustellen, daß die Ausgangsspannung des Vergleichsverstärkers einen bestimmten Mindestpegel erreicht Günstiger ist es allerdings, wenn von der Meßeinrichtung 6 ein bestimmter Pegel vorgegeben wird, auf den dann alle Ausgangsspannungen geregelt werden. Diese Ausführungsform wird von der Figur angegeben.Via a switching device 2, the input voltages U \ to U n reach the z. B. antenna voltages are to the inputs of the amplifier 5. In the amplifiers 5 amplitude and phase control devices are provided in the intermediate frequency position, which are controlled via actuators 8 from the central measuring device 6 while receiving the input voltages U \ to U n so that The amplitudes and phases are the same at all amplifier outputs. The procedure for amplitude control is such that the output voltage of one of the amplifiers, whose gain factor is then not regulated, serves as a comparison voltage be very small and only insufficient voltages would be offered for evaluation to the measuring device 6. In such an embodiment, it must therefore be ensured that the output voltage of the comparison amplifier reaches a certain minimum level, however, it is more favorable if a certain level is specified by the measuring device 6 on which then all output voltages are regulated.This embodiment is indicated by the figure.
Als Referenz für den Phasenvergleich dient die Ausgangsspannung eines Verstärkers, dessen Phase nicht geregelt wird, im dargestellten Beispiel des Verstärkers für U11. Den Verstärkern sind Mischstufen 9 vorgeschaltet, in denen die Eingangsspannungen mittels eines gemeinsamen Oszillators 10 auf die Zwischenfrequenz gemischt werden. Die Widerstände 1 (Ri\ bis Rin) stellen die Innenwiderstände der Hochfrequen/'-signalquellen, z. B. Antennen, dar.The reference for the phase comparison is the output voltage of an amplifier whose phase is not regulated, in the example shown, the amplifier for U 11 . Mixing stages 9, in which the input voltages are mixed to the intermediate frequency by means of a common oscillator 10, are connected upstream of the amplifiers. The resistors 1 (Ri \ to Ri n ) represent the internal resistances of the high-frequency / '- signal sources, z. B. antennas.
Nach der Erfassung der Hochfrequenzsignale wird die Umschalteinrichtung 2 in die andere, hier nicht eingezeichnete Schaltstellung gebracht Gleichzeitig werden die Stellglieder 8 in ihrer Stellung* fixiert. Am Punkt 3 liegt eine Hilfsspannung Uh an, die in der Frequenz mit den zuvor empfangenen, gleichfrequenten Hochfrequenzsignalen etwa übereinstimmt und deren Amplitude etwa die Größe der erwarteten Peilspannungen aufweistAfter the high-frequency signals have been detected, the switching device 2 is brought into the other switching position, not shown here. At the same time, the actuating elements 8 are fixed in their position *. At point 3, an auxiliary voltage Uh is applied , the frequency of which roughly corresponds to the previously received, same-frequency high-frequency signals and the amplitude of which has roughly the size of the expected bearing voltages
Die Hilfsspannung Un wird vorteilhafterweise dadurch erzeugt, daß die Ausgangsspannung des Überlagereroszillators 10 in einer Mischstufe 11 mit einer Spannung, deren Frequenz die Größe der Zwischenfrequen~ hat auf die Frequenz der zu erfassenden Hochfrequenzspannungen gemischt wird. Der Oszillator 7 liefert die dazu notwendige Überlagerungsspannung. Die Amplitude der Hilfsspannung Uh kann z. B. dadurch auf die den zuvor wirksam gewesenen Eingangsspannungen etwa entsprechende Größe gebracht werden, Jaß sie nach einem vorgegebenen Programm mittels eines Verstärkers 12 so lange verändert wird, bis die Ausgangsspannungen der Verstärker 5 in einer für die Auswertung in der Meßeinrichtung 6 geeigneten Größenordnung liegen. Genaueres ist in der Figur nicht wiedergegeben, denn es sind noch viele andere Lösungsformen für diese Aufgabe denkbar. Zum Beispiel kann man auch so vorgehen, daß für jeden einzelnen Verstärkerkanal 5The auxiliary voltage Un is advantageously generated in that the output voltage of the local oscillator 10 is mixed in a mixer 11 with a voltage whose frequency is the size of the intermediate frequencies to the frequency of the high-frequency voltages to be detected. The oscillator 7 supplies the superimposition voltage required for this. The amplitude of the auxiliary voltage Uh can, for. B. be brought to the previously effective input voltages approximately corresponding size, Jaß it is changed according to a predetermined program by means of an amplifier 12 until the output voltages of the amplifier 5 are in an order of magnitude suitable for the evaluation in the measuring device 6. The figure does not show any more precise details, because many other forms of solution for this task are also conceivable. For example, one can proceed in such a way that 5
mittels des Verstärkers 12 nacheinander oder über parallelgeschaltete Zwischenverstärker (was in der Figur nicht wiedergegeben ist) gleichzeitig die Hilfsspannung auf eine solche Größe gebracht wird, daß an den Ausgängen der Verstärker 5 wieder Spannungen mit dem vorgegebenen Pegel anstehen, und man dann jeweils den Verstärkungszustand des Verstärkers 12 oder der Zwischenverstärker von der Meßeinrichtung 6 abfragt.by means of the amplifier 12 one after the other or via intermediate amplifiers connected in parallel (which is shown in the Figure is not shown) at the same time the auxiliary voltage is brought to such a size that on the outputs of the amplifier 5 are again voltages with the predetermined level, and then you the amplification status of the amplifier 12 or the intermediate amplifiers of the measuring device 6 queries.
Die Innenwiderstände 1 der Signalquellen werden durch die Innenwiderstände 4 (Ri\* bis Rin') nachgebildet, damit an den Vci Stärkereingängen gleiche Zustände wie bei der Erfassung der Hochfrequenzsignale herrschen. Vor der Umschaltung des Umschalters 2 wurde der Zustand der Ver«ta-ker fixiert, so daß nunmehr die Verschiedener ugkeit der verstärkten Hilfsspannung an den Ausgängen der Verstärker 5 einen Rückschluß auf deren Verstärkungszustand und damit auf die zuvor an deren Eingängen vorhanden gewesenen, kurzzeitigen Hochfrequenzspannungen zuläßt. Die Auswertung erfolgt in der zentralen Meßeinrichtung 6, der verschiedene Aufgaben zugeordnet werden können. Sie kann z. B. direkt das PeilergebnisThe internal resistances 1 of the signal sources are simulated by the internal resistances 4 (Ri \ * to Ri n ') so that the same conditions prevail at the Vci strength inputs as when the high-frequency signals were recorded. Before switching the switch 2, the state of the amplifier was fixed, so that now the difference in the amplified auxiliary voltage at the outputs of the amplifiers 5 indicates their amplification state and thus the brief high-frequency voltages previously present at their inputs allows. The evaluation takes place in the central measuring device 6, to which various tasks can be assigned. You can z. B. directly the bearing result
ίο ermitteln oder aber eine Angabe liefern, welcher der Eingangsspannungen die größte war. Letzterer Fall ist interessant für die Auswahl des Sektors bei einem Sektorpeiler.ίο determine or provide an indication of which of the Input voltages was the greatest. The latter case is interesting for the selection of a sector Sector direction finder.
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