DE2049239C3

DE2049239C3 - Elektronischer Nachlaufpeiler für hochfrequente elektromagnetische Wellen

Info

Publication number: DE2049239C3
Application number: DE19702049239
Authority: DE
Inventors: Guenter 2818 Syke Fiedler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-10-07
Filing date: 1970-10-07
Publication date: 1974-04-04
Also published as: DE2049239A1; DE2049239B2

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Nachlaufpeiler für hochfrequente elektromagnetische Wellen mit zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Richtantennen und einer Rundempfangsantenne, bei dem die Ricbtantennensignale in getrennten Multiplikatoren mit einer niederfrequenten Hilfsschwingurig moduliert und nach Korabination mit dem Empfangssignal der Rundempfangsantenne in einem Empfänger demoduliert werden und das Demodulationsprodukt durch Phasenvergleich mit der niederfrequenten Hilfs- »chwingung die Modulation beeinflußt

Bei bekannten Peilern dieser Art, z. B. nach der

ίο britischen Patentschrift 1 233 538 oder der älteren Anmeldung P 20 27 987 bestehen Schwächen darin, daß zur Ermittlung der Peilung ein modulationsbestimmendes Drehelement mechanisch bewegt werden muß. Der dazu erforderliche Servoantrieb beansprucht relativ viel Volumen, Gewicht und elektrische Energie sowie eine hohe Präzision der Antriebsteile. Eine Servomechanik hat des) Nachteil, daß alle bewegten Teile einem Verschleiß unterliegen, der eine allmähliche Verschlechterung der Genauigkeit, besonders in oft abgesuchten Winkelsektoren, bewirkt. Ein weiterer Nachteil der Servomechanik besteht darin, daß jeder elektrische Servomotor eine relativ hohe Mindeslansteuerung benötigt, um die Mechanik überhaupt in Bewegung zu versetzen.

Aufgabe der Erfindung ist ein Nachlaufpeiler ohne Servomechanik und die damit verbuncienen Nachteile.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das niederfrequente Demodulationsprodukt in einem Phasendetektor (14) zu einer dem Sinus des Peilfehlers (n — _ti) proportionalen Gleichspannung umgewandelt wird, welche einen elektronischen integrator (16) aussteuert, und das Integrationsergebnis, z. B. eine linear mit dem Peilwinkel verknüpfte Glcichspannung, einem elektronischen Drehmcldegeber (17) zugeführt wird, dessen Ausgangssignale Wechsclspannungen der Frequenz der niederfrequenten Hilfsschwingung sind, die sich in Amplitude und Vorzeichen wie Sinus und Kosinus desselben Winkels verhalten und als Steuersignale für die Multiplikatoren (2 und 3) verwendet werden und gleichzeitig den ermittelten Peilvvinkel analog kodiert angeben, so daß er mittels elektronischer oder elektromechanischer Slandardindikatoren zur Anzeige gebracht werden kann.

In einer ersten Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Peileis werden das Sinus- und das Kosinussignal des elektronischen Drchmeldegebcrs (17) den rechtwinklig zueinander angeordneten Ablenksystemen einer Kathodenstrahlröhre (18) zugeführt, auf deren Bildschirm der Pcilwinkel durch einen Leuchtstrich angezeigt wird.

In einer /weiten Ausbildungsform werden die Ausgangssignale des elektronischen Drehmcldegebers (17) den zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Hingangswicklungen eines mit Jer niederfrequenten I lilfsschwingung erregten Drehmeldeempfängcrs (19) zugeführl. dessen Rotorstellung den Peilwinkcl anzeigt. In einer dritten Ausbildungsform werden die Aus-

(>o gangssignalc des elektronischen Drehmcldegebers (17) in einem Wandler (20) zu einer Drciphascn-Drehmclder-Inforinalion umgeformt und dann einem Dreiphascn-Norm-Drehmcldccmpfängcr (21) zugeführt, so daß dessen Rolorstellung den Peilwinkcl anzeigt.

In einer vierten Ausbildungsform ist der elektronische integrator (16) mit einer automatischen Rückstelleinrichtung (22) versehen, so daß ein unbegrenzter Schwenkbereich des Peilers entsteht.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Das grundsätzliche Arbeitsprinzip des erfindungsgemäßen Peilers fußt auf dem der elektromechanischen Nachlaufpeiler gemäß der britischen Patentschrift 1 233 538 und der älteren Anmeldung P 20 27 987; letztere sei zur Erläuterung mit herangezogen. In einer Ausbildungsform des früher angemeldeten Nachlaufpeilers (siehe Fig. 1) treibt das Demodulationsprodukt des Empfängers 7 über den Phasendetektor 14 den Gleichstrom-Servomotor 15 so lange an, bis der elektromechanische Drehmeldegeber 11 eine Rotorstellung β einnimmt, welche dem Einfallswinkel a der zu peilenden Wellen entspricht. Für diesen stationären Zustand des Nachlaufpeiler gilt, daß der Drehmeldegeber folgende Ausgangssignale erzeugt:

^Ax = V_m -sinmt -(-sin [i)

A_f = U_m ■ sin ο ι · cos [i,

u_x = U₁ ■ sin (Qt + 90°) · cos «
ii_y = U₁ · sin (ör + 90°) · sin «,

' ^S'ⁿ "'

	Uy	*u_ph*	= -^i ' ^sin	(« - /^;),
wobei	_ I	die	maximale	!■"chlerspannung
U - li)	Ί ', ist

Hier beginnt die erfindungsgemäß neuartige Signalverarbeitung (siehe F i g. 2». Die Gleichspannung U_ph wird dem elektronischen Integrator 16 zugeführt, der, im Gegensatz zum elektrischen Servomotor, bis zu sehr kleinen Fehlet spannungswerten herab d-e Integration ausführt:

wobei ti die Winkelstellung des Drehrneldegebers 11 und 1» die Winkelgeschwindigkeit der niederfrequenten Hilfsschwingung ist. Diese Signale A_x und A_y werden den Multiplikatoren 2 und 3 als Steuersignale zügeführt. Die zu multiplizierenden Richtantennensignale sind

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wobei U die Winkelgeschwindigkeit der empfangenen Hochfrequenzschwingung ist.

Die Summe der multiplizierten Richtantennensignale im Punkt 4 ist

B_x + B_y = U₁ ■ sin (Qt + 90") · sin „>t

■ (sin a ■ cos /; - cos a · sin [I)

oder in einfacherer Schreibvveise

B_x + B_y = U₁ · sin (Qt -i- 90°) ■ sin ,»f ■ sin (,« - r.¹).

Beseitigt man die hochfrequente Phasendifferenz und addiert die multiplizierten Richtantennensignale B_x und ßj. mit dem Empfangssignal U_v der Rundcmpfangsantenne 5. so ergibt sich im Punkt 6 ein Summensignal U_S1._S für den Empfänger 7

5° worin T die Integrationszeitkonstante ist. Setzt man U_ph ein, so ergibt sich für die Ausgangsspannung des Integrators

Die Ausgangsspannung des Integrators wird als Analogwert U_ß des Winkels f ^dem elektronischen Drehmeldegeber 17 zugeführt. Dieser elektronische Drehmeldegeber 17 ist eine Baugruppe, die z. B. in elektronischen Analogrechnern als Funktionsgenerator oder auch als Wandler zur Umrechnung von Polarkoordinatenwerten R, 7 in Werte X, Vim kartesischen Koordinatensystem, z. B.

X=R- cos I₁ Y = R ■ sin 7

verwendet wird.

Der elektronische Drehmeldegeber 17 liefert, wie der frühere elektromechanisch!; Drehmeldegeber 11. eine Sinus- und eine Kosinusinformation, welche als Steuersignale A_x und A_x für die Multiplikatoren 2 und 3 verwendet werden:

U .· - U_n

⁴°

Dieses Summensignal n_e,._s ist eine mit der niederfrequenten Hilfsschwingung «> ampliiudenmoduiicrtc Schwingung, deren Modulationsgrad vom Peilfehler {(ι — fi), von der relativen Empfindlichkeil der Richtantennen 1 α und 1 /) in bezug zur Empfindlichkeit der Rundantenne 5 sowie vom Niedcifrequenzaussteuerungsgrad der Multiplikatoren 2 und 3 abhängt.

Das im Empfänger 7 gewonnene DcmoduUilionsprodukt hat die Form

H_n, = U„, · sin .·,/ · sin (« - /i)

und wird dem Phasendetektor 14 zugeführt. Dieser Phasendetektor 14 liefert die Ausgangsgleichspannung

für

U .· U_n
A_x= -U₁₁₁ sin,nt sin '·--

^{1 U}

U, - U₀
/4, = U_n, · sin int ■ cos ' .-—

' *- rad

woiin \U_rai eine Maßstabsgröße darstellt, welche als diejenige Spannungsdifferenz I U₁₁ aufgefaßt wird, die einer Winkeldifferenz I /i - 57.3° entspricht (s. auch F i g. 3).

Im folgenden soll das Einlaufen beschrieben werden: Der innerhalb des Peilers anliegende Winkel ,■; läßt sich durch Spannungswerte ausdrücken:

Der Einfallswinkel >/ d<*r /M peilenden Weilen sei /. B. um 80" größer als /1. Dann ist die Ausgangsgleichspannung des Phasendetektors 14 negativ. Mit dieser negativen Ansteuerung verändert der Integrator 16 sein Ausgangspotential in positiver Richtung, damit wächst der Winkel //. und die Differenz (« - ,,; verringert sich. Mit kleiner werdender Differenz (.1 - ,;) verringert sich auch die Laufgcschwindtgkcii der Integratorausgangsspannung. Bei weiterer Annäherung von /)' an « verändert sich die Integrator ausgangsspannung immer langsamer und strebt einen End wert zu. der die Bedingung ,< = ,; erfüllt.

Sind die Startbedingungen so. daß ,»' > <i mil cine¹ Differenz von weniger als 90 . so setzt der umgekehrt!

Nachlaufvorgang ein: Das Demodulationsprodukt bat umgekehrte Phasenlage, demzufolge ist die Ausgangsspannung des Phasendetektors 14 von umgekehrter Polarität und die Laufrichtung des Integrators 16 umgekehrt. Für Anfanfspeilfehler von weniger als 60° geht der Nachlauf entsprechend einer e-Funktion vor sich. Ist der Anfangspeilfehler größer als 90°, z. B. 179°, so ändert sich die Peilanzeige zunächst langsam, dann aber immer schneller und erreicht ihre größte Schwenkgeschwindigkeit, wenn der Restfehler 90° beträgt.

Zur Anzeige des ermittelten Peilwinkels kann die Ausgangsspannung des Integrators 16 herangezogen werden. In einer solchen Schaltungsart gehen mögliche Fehler des elektronischen Drehmeldegebers direkt in die Peilanzeige ein. Deshalb ist es zweckmäßig, die Ausgangsinformationen A_x und A_y des elektronischen Drehmeldegebers 17 auszuwerten, damit werden Fehler des Drehmeldegebers eliminiert, d. h., bei einem möglichen Fehler stellt sich zwar die Integratorausgangsspannung um einen gewissen Betrag falsch ein. aber der Winkel /i, ausgedrückt durch A_x und A_y, bleibt

-A_x β = arc tan —— = α .

Ay

In einer ersten Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Peilers (siehe Fig. 4) werden die Ausgangssignale des elektronischen Drehmeldegebers 17 mit den rechtwinklig zueinander angeordneten Ablenksystemen einer Kathodenstrahlröhre 18 verbunden. Gibt man das Sinussignal A_x auf den Horizontalablenksatz und das Kosinussignal A_y auf den Vertikalablenksatz und benutzt man außerdem die niederfrequente Hilfsschwingung zur Austastung des Schreib-Strahlers während einer Halbwelle, so entsteht (siehe Fi g. 5) nur in Richtung ,/ ein Leuchtstrich, der als Zeiger den Peilwinkel auf einer zum Schirmmittelpunkt konzentrischen Rundskala direkt angibt.

In der zweiten Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Peilers (siehe F i g. 6) werden die Ausgangssignale des elektronischen Drehmeldegebers 17 den zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Eingangswicklungen eines mit der niederfrequenten Hilfsschwingung erregten Drehmeldeempfängers (Sinus/ Kosinus-Type) 19 zugeführt. Der Rotor dieses Drehmeldeempfängers 19 stellt sich in die Richtung des Peilwinkels.

Da Sinus/Kosinus-Drehmeldeempfänger nicht so gebräuchlich, Drciphasen-Drehmeldesysteme jedoch die Norm sind, wird in einer dritten Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Peilers (siehe Fig. 7) ein Wandler 20 eingeschaltet, welcher die Sinus'Kosinus-Information zu einer Dreiphasen-Drehmelder-Information umformt, um sie dann einem Dreiphascn-Drehroeldeemplangcr 21 zuzuführen, der mit der niederfrequenten Hilfsschwingung erregt wird und dessen Rotor sich auf den Peilwinkel einstellt. Im einfachsten Falle besteht der Wandler 20 aus einer Kombination zweier Transformatoren.

Der Schwenkbereich des erfindungsgemäßen Peilers ist an sich durch die Größen der Betriebsspannungen des elektronischen Integrators und des elektronischen Drehmeldegebers auf eine endliche Anzahl von Umdrehungen '-«grenzt. Dieser mögliche Mangel wird in einer weiteren Ausbildungsform dadurch behoben, daß der elektronische Integrator 16 (siehe Fig. 2) mit einer automatischen Rückstelleinrichtung versehen ist 22, welche den Integrator bei Erreichung der n-tcn vollen Umdrehung auf Null entlädt und ein Einlaufen der Intrgratorausgangsspannung auf den nächsten, um π Umdrehungen zurückgedrehten Wen bewirkt. Dadurch wird ein in beiden Drehrichtunger praktisch unbegrenzter Schwenkbereich verwirklicht

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer Nachlaufpeiler für hochfrequente elektromagnetische Wellen mit zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Richtantennen und einer Rundempfangsantenne, bei dem die Richtantennensignale in getrennten Multiplikatoren mit einer niederfrequenten Hilfsschwingung moduliert und nach Kombination mit dem Emplängssignal der Rundempfangsantenne in einem Empfänger clemoduliert werden und das Demodulationsprodukt durch Phasenvergleich mit der niederfrequenten Hüfsschwingung die Modulation beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem Phasendetektcr (14) in eine Gleichspannung umgewandelte Demodulationsprodukt einen elektronischen Integrator (16) aussteuert und das Integrationsergebnis, z. B. eine linear mit dem Peilwinke! verknüpfte Gleichspannung, einem elektronischen Drehmeldegeber (17) zugeführt wird, dessen Ausgangssignale Wechselspannungen der Frequenz der niederfrequenten Hilfsschwingung sind, die sich in Amplitude und Vorzeichen wie Sinus und Kosinus desselben Winkels verhalten und als Steuersignale für die Multiplikatoren (2 und 3) verwendet werden und gleichzeitig den ermittelten Peilwinkel analog kodiert angeben, so daß er mit Hilfe elektronischer oder elektromechanischer Standardindikatoren zur Anzeige gebracht werden kann.

2. Peiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigeorgan eine Kathodenstrahlröhre (18) benutzt wird, indem die Ausgangssignale des elektronischen Drehmeldegebers (17) mit den rechtwinklig zueinander angeordneten Ablenksystemen und die niederfrequente Hilfsschwingung mit einer helligkeitssteuernden Elektrode verbunden werden, so daß ein von Qer Bildschirmmitte ausgehender Leuchtstrich entsteht, dessen Richtung den Peilwinkel anzeigt.

3. Peiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des elektronischen Drehmeldegebers (17) den zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Eingangswicklungen eines mit der niederfrequenten Hilfsschwingung erregten Drehmeldeempfängers (19) zugeführt werden, so daß dessen Rotorstellung den Peilwinkel anzeigt.

4. Peiler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des elektronischen Drehmeldegebers (17) in einem Wandler (201 /u einer Dreiphasen-Drehmelder-Information umgeformt und dann einem Dreiphasen-Drehmclde-Fmpfänger (21) zugeführl werden, so daß dessen Rotorstellung den Peilwinkel anzeigt.

5. Peiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Integrator (16) mit einer automatischen Rückstelleinrichtung versehen ist (22), welche den Schwenkbereich des Peilers in beiden Richtungen auf eine unbegrenzte Anzahl von Umdrehungen erweitert.