DE2103580B1

DE2103580B1 - Verfahren zur Richtungsbestimmung

Info

Publication number: DE2103580B1
Application number: DE2103580A
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Math. 7251 Heimerdingen Kohler
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1971-01-26
Filing date: 1971-01-26
Publication date: 1972-05-25
Also published as: ES399206A1; GB1336972A; FR2123394A1; AU466550B2; AU3791272A; FR2123394B1; US3854137A

Description

sin φ =

2P

π η

ermittelt wird, wobei

30

ist, und worin bedeutet: η die (gerade) Anzahl der Einzelstrahler, ν die laufende Nummer des Einzelstrahlers, d den Abstand zweier benachbarter Einzelstrahler und λ die Wellenlänge der gesendeten Wellen.

2. Verfahren zur Richtungsbestimmung in einer beweglichen Empfangsstation durch Messung des Phasenunterschiedes von an verschiedenen Punkten ausgesendeten elektromagnetischen Wellen, unter Verwendung eines aus einer Mehrzahl von Strahlern bestehenden, getasteten Sende-Antennensystems, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Phasenunterschiede ft ... ß_v ... ß„) zwisehen den von einem feststehenden Bezugsstrahler (Höhe Zz₀) und einer geraden Anzahl («) von in verschiedenen, jeweils um die gleiche Strecke (d) größer werdenden Abständen vom Bezugsstrahler vorzugsweise längs einer Geraden (Antennenzeile) angeordneten Einzelstrahlern (Höhen h_v) nacheinander ausgesendeten Wellen gemessen werden, daß aus den gemessenen Werten für die Phasenunterschiede (ft ... ß_v ... ß_n) eine neue, die verschiedenen, gemessenen Richtungen darstellende Zahlenfolge

gebildet wird, gemäß der Beziehung

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Werte (ft ... ß_v ... ß„) für die Phasenunterschiede vor der Ermittlung der Richtung (</') gewichtet werden, dadurch, daß sie mit von der Höhe (Zi_v) der Einzelstrahler abhängigen Faktoren (a_v) multipliziert werden, und daß die Richtung (7') gemäß der Beziehung

• , P

sm φ =

ermittelt wird, wobei

H/2

P — Z ^av (ßn - ν + 1 ~ ßv)

V= 1

ist, und worin bedeutet: η die (gerade) Anzahl der Einzelstrahler, ν die laufende Nummer des Einzelstrahlers, d den Abstand aufeinanderfolgender Einzelstrahler, λ die Wellenlänge der gesendeten Wellen und a_v den Gewichtungsfaktor.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch' gekennzeichnet, daß die Gewichtungsfaktoren (a_v) gemäß der Beziehung festgelegt werden:

a_v = [1 - 0,03 (n/2 + 1 - >·] sin .τ/η (2ι· - 1).

5. Verfahren zur Richtungsbestimmung nach Anspruch 4 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenzeile genau oder annähernd vertikal orientiert ist und daß die zu bestimmende Richtung der Elevationswinkel ist.

6. Verfahren zur Richtungsbestimmung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenzeile horizontal orientiert ist und daß die zu bestimmende Richtung der Azimutwinkel ist.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsstrahler in solcher Höhe Qi₀) über dem Erdboden angebracht wird, daß die Phasen Verfälschung (ψ) für das vom Bezugsstrahler ausgestrahlte Signal in einem gewünschten vorgegebenen Bereich für die Richtung (?) ein Maximum wird, so daß die Beziehung -

cos

^ sin

= k

erfüllt ist, worin k den Reflexionsfaktor für die vom Bezugsstrajhler ausgesendeten und am Erdboden in die vorgegebene Richtung (9O reflektierten Signale bedeutet.

= arc sm

6o

ν Die Erfindung betrifft Verfahren zur Richtungs-

d_ bestimmung in einer sich bewegenden Empfangs-

Ύ station durch Messung des Phasenunterschiedes von

an verschiedenen Punkten ausgesendeten elektro- und daß aus den derart gewonnenen Weiten für 65 magnetischen Wellen unter Verwendung eines aus die verschiedenen Richtungswinkel (<■/ ") der Maxi- einer Mehrzahl von Strahlern bestehenden, getasteten malwert ermittelt und als Richtung q' angezeigt Sende-Antennensystems. Das Sendeantennensystem wird. besteht dabei zweckmäßig aus Einzelstrahlern, welche

OFHGiNAL INSPECTED

äquidistant vorzugsweise längs einer Geraden (Antennenzeile) angeordnet sind. Zur Elevationsmessung ist die Antennenzeile genau oder annähernd vertikal orientiert, zur Azimutmessung horizontal; es ist ferner ein fester Bezugsstrahler vorgesehen, der das gleiche Hochfrequenzsignal ausstrahlt, in bezug auf das die Phasenunterschiede gemessen werden.

Bekannt ist das Erika-Verfahren, bei dem aus dem Laufwegunterschied zweier von verschiedenen Punkten abgestrahlter Signale über eine Phasenmessung der Azimut eines Empfängers ermittelt wird. Bekannt ist auch ein Sektor-Funkfeuer (deutsche Auslegeschrift 1 591 610), das unter der der Anmelderin geschützten Bezeichnung »SETAC-A« bekannt ist. Es werden dabei Signale von drei verschiedenen Einzelstrahlern ausgestrahlt. Durch Ermittlung der Phasendifferenz zwischen den von dem Hauptstrahler und dem Nebenstrahler mit großem Abstand vom Hauptstrahler ausgestrahlten Signalen wird eine genaue Messung des Azimuts erzielt, aber das Meßergebnis ist vieldeutig. Die Vieldeutigkeit wird mit dem vom zweiten Nebenstrahler mit geringem Abstand vom Hauptstrahler ausgestrahlten Signal aufgelöst. Die Trennung der beiden gleichzeitig erfolgenden Messungen wird hier durch verschiedene Frequenzen ermöglicht.

Die genannten Verfahren können auch als Peiler verwendet werden, um die Richtung einer einfallenden Welle festzustellen. Diese Anlagen sind unter dem Namen Interferometer bekannt.

Allen den genannten Verfahren ist gemeinsam, daß ihre Strahler sich zur Azimutmessung in einer Ebene parallel zum Erdboden befinden. Wenn man die Strahler dagegen längs einer geraden Strecke anbringt, die senkrecht steht, um eine Elevationsmessung vornehmen zu können, ergeben sich große Phasenfehler. Zum Empfänger gelangt nämlich nicht nur der von der Antenne in direkter Richtung zum Empfänger gerichtete Strahl, sondern auch noch ein zweiter, am Erdboden reflektierter Strahl. Die überlagerung der beiden Strahlen ergibt einen Phasenfehler, Bodenfehler genannt, und täuscht einen falschen Laufweg von der Sendeantenne zum Empfänger vor. Einen Laufwegfehler gibt es zwar auch dann, wenn die Strahler in einer Ebene parallel zum Erdboden liegen, aber er ist dann für alle Strahler gleich. Bei den Differenzbildungen — man mißt ja Laufwegunterschiede — heben sich die Fehler heraus.

Werden Strahler in verschiedenen Höhen über dem Erdboden angebracht, treten unterschiedliche falsche Laufwege auf. Die daraus resultierenden Phasenfehler heben sich bei der Differenzbildung nicht mehr heraus. Das führt zu einem empfindlichen Fehler in der Elevationsmessung, wenn nicht durch besondere Auswertungsverfahren (deutsche Patentschrift 1 249 361) der empfangenen Signale darauf Rücksicht genommen wird.

Es wird erwähnt, daß es bekannt ist, die Einzelstrahler einer zellenförmigen Anordnung' der Reihe nach mit einem Sender zu verbinden mit dem Ziel, die mechanische Bewegung eines Einzelstrahlers zu simulieren. Die Bewegung ruft eine Frequenzverschiebung infolge des Dopplereffektes hervor, deren Richtungsabhängigkeit für die Navigation ausgenutzt wird. Das sind die sogenannten Dopplerverfahren (z. B. deutsche Patentschriften 1 085 929, 918 271).

Die beschriebenen, mit Laufwegmessung arbeitenden Verfahren weisen noch relativ große Bodenfehler auf.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, derartige Verfahren, insbesondere das SETAC-Verfahren, so zu verbessern, daß der Bodenfehler kleiner als bei den bekannten Verfahren ist, ohne daß dazu eine große Apertur oder eine Verbündelung der Einzelstrahler notwendig ist.

Zur Lösung werden zwei Verfahren angegeben: Das erste Verfahren ist dadurch' gekennzeichnet, daß die jeweiligen Phasenunterschiede (ß_t ... /j_v ... ß„) zwischen den von einem feststehenden Bezugsstrahler (Höhe It₀) und einer geraden Anzahl (n) von in verschiedenen, jeweils um die gleiche Strecke (d) größer werdenden Abständen vom Bezugsstrahler, vorzugsweise längs einer Geraden (Antennenzeile) angeordneten Einzelstrahlern (Höhen /z_v) nacheinander ausgesendeten Wellen gemessen werden, und daß aus den gemessenen Werten für die Phasenunterschiede Of₁ ... /f_v ... ji„) die Richtung (7') gemäß der Beziehung

sin ψ =

2P

.τη

ermittelt wird, wobei

η __

(ßn - ν + 1 ~ ßv)

= 1

ist. und worin bedeutet: η die (gerade) Anzahl der Einzelstrahler, ν die laufende Nummer des Einzelstrahlers, d den Abstand zweier benachbarter Einzelstrahler und λ die Wellenlänge der gesendeten Wellen. Das zweite Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Phasenunterschiede (/J₁ ... /f_v... /f„) zwischen den von einem feststehenden Bezugsstrahler (Höhe Zi₀) und einer geraden Anzahl (n) von in verschiedenen, jeweils um die gleiche Strecke (d) größer werdenden Abständen vom Bezugsstrahler vorzugsweise längs einer Geraden (Antennenzeile) angeordneten Einzelstrahlern (Höhen h_v) nacheinander ausgesendeten Wellen gemessen werden, daß aus den gemessenen Werten für die Phasenunterschiede (ß₁ ... /f_v ... /)'„) eine neue, die verschiedenen gemessenen Richtungen darstellende Zahlenfolge

VIi ■ ■ ■ 7 ν ■■■'/„)
gebildet wird, gemäß der Beziehung

R ψ_ν = arc sm

A.

und daß aus den derart gewonnenen Werten für die verschiedenen Richtungswinkel (7") der Maximalwert ermittelt und als Richtung 7' angezeigt wird.

Im Gegensatz zu den Dopplerverfahren werden bei den Verfahren gemäß der Erfindung die Einzelstrahler der Antennenzeile der Reihe nach zu dem Zweck getastet, um die Diagramme der Einzelstrahler im Empfänger zeitlich getrennt zur Verfügung zu haben, und zwar nur so lange, wie es zur Messung der Laufwegunterschiede notwendig ist (Zeitmultiplex).

Die Tastung wird also nur durchgeführt, um die einzelnen Messungen voneinander trennen zu können. Diese Trennung könnte auch durch verschiedene

Frequenzen wie beim SETAC-A-System bewirkt werden (Frequenzmultiplex).

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen, die sich auf die Elevationsmessung beziehen, und von Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 a die bekannte SETAC-A-Antenne,

Fig. Ib ein mit der Antenne nach Fig. la erzieltes Ergebnis einer Elevationsmessung,

Fig. Ic den zu Fig. Ib gehörenden Bodenfehler,

Fig. 2a die Antennenanordnung zur Durchführung der Verfahren,

F i g. 2b den Empfänger zur Durchführung der Verfahren,

F i g. 3 a ein Ergebnis einer Elevationsmessung mit dem ersten Verfahren (Vollbasisverfahren),

Fig. 3b den zu Fig. 3a gehörenden Bodenfehler,

Fig. 4a ein Ergebnis einer Elevationsmessung mit einer Weiterbildung des ersten Verfahrens (gewichtetes Vollbasisverfahren),

Fig. 4b den zu Fig. 4a gehörenden Bodenfehler,

F i g. 5 ein Zeigerdiagramm für die überlagerung von direkter und am Boden reflektierter Strahlung,

Fig. 6a den Bodenfehler des zweiten Verfahrens (Auswahlverfahren) bei trockenem Boden (f_r = 3),

Fig. 6b den Bodenfehler des zweiten Verfahrens (Auswahlverfahren) bei nassem Boden {i_r = 30).

In Fig. la ist eine senkrecht zur Erdoberfläche aufgestellte 3-Strahler-Antennenzeile mit der Basislänge 20/. des bekannten SETAC-A-Systems dargestellt. Der Laufwegunterschied zwischen dem Strahlerpaar 1, 3 liefert die gemessene Elevation φ, während das Strahlerpaar 1, 2 nur die Vieldeutigkeit der Messung auflöst.

Das Ergebnis der Elevationsmessung (gemessener und angezeigter Wert </') ist in F i g. 1 b über der wahren Elevation q aufgetragen. Es ist angenommen, daß die Freiraumdiagramme der Einzelstrahler gleich und symmetrisch bezüglich einer Ebene parallel zum Erdboden sind. Die Strahlung in Richtung zum Reflexionspunkt am Boden ist demnach genau so groß wie die Strahlung direkt zum Empfänger. Ferner ist vertikal polarisierte Strahlung angenommen, so daß bei der Reflexion ein Leistungsverlust auftritt. Der Rechnung ist mittlerer Boden mit e_r = 15 (e_r = relative Dielektrizitätskonstante) zugrunde gelegt, und die Betriebsfrequenz ist 1 GHz.

Die Kurve besitzt ein treppenförmiges Aussehen. Wenn im Idealfall der Boden nicht reflektieren würde, wäre die Anzeige q' gleich dem wahren Wert 7, und die Kurve wäre die gestrichelt eingetragene Diagonale. Der andere Extremfall entsteht, wenn die Reflexion am Boden mit 100% erfolgt. Dann entsteht eine echte Treppenkurve, wie punktiert eingezeichnet ist. Da in Wirklichkeit die Reflexion am Boden zwischen 0 und 100% liegt, entsteht eine Zwischenkurve zwischen der Diagonalen und der Treppenkurve.

Man könnte den Einfluß des Bodens dadurch verhindern, daß man stark vorgebündelte Strahlersysteme mit großer Apertur, die aus mehreren Einzelstrahlern bestehen, verwendet. Dies führt zu großen Abmessungen, wie am Beispiel nach Fig. Ib gezeigt wird.

Die Stufenhöhe Aq' der Treppenkurve der Fig. Ib berechnet sich aus der Gleichung

sin A φ =

2 h/λ

Dabei ist die Apertur durch den Abstand h zwischen den Einzelstrahlern 1 und 3 gegeben. Mit h = 20/ wird Aq' = 1,45°. Ist nun eine Stufenhöhe Aq' = 0,1° gewünscht, dann müßte die Apertur die Länge h = 290 a besitzen.

Die Erfindung, die nun beschrieben wird, geht einen anderen Weg. Es wird nachfolgend das erste Verfahren erläutert.
Wie bereits erwähnt, können die neuen Verfahren sowohl im Zeitmultiplex als auch im Frequenzmultiplex arbeiten. In den Ausführungsbeispielen werden die Verfahren jedoch nur für Zeitmultiplexbetrieb beschrieben.
In Fig. 2a sind n gleiche Einzelstrahler mit den Nummern 1, 2, 3 ... n äquidistant längs einer vertikalen Antennenzeile angeordnet. Im Beispiel ist n = 20 Einzelstrahler und der gegenseitige Abstand /. Zusätzlich ist eine Bezugsantenne vorgesehen. Die Bezugsantenne ist unten an die Antennenzeile als Nummer 0 angefügt. Sie kann sich beim Vollbasisverfahren an einem anderen Ort befinden.

Der die Antenne speisende Sender erzeugt Impulspaare mit der Trägerfrequenz/₀. Innerhalb eines jeden Pulspaares ist/₀ kohärent. Die ersten Impulse der Impulspaare werden nacheinander über die Strahler 1 bis n abgestrahlt, während alle zweiten Impulse von der Bezugsantenne abgestrahlt werden. Die Leitungen vom Sender über den Verteiler bis zu allen Strahlern sollen gleich lang sein und gleiche Dämpfung aufweisen, so daß die Strahler gleichphasig mit Impulsen gleicher Amplitude erregt werden. Nach Durchlaufen der Antennenzeile wird wieder an den Anfang zurückgesprungen. Durch zusätzliche Synchronisierzeichen wird dem Empfänger mitgeteilt, wann der Rücksprung erfolgt.

Fig. 2b zeigt ein Blockschaltbild des Bordempfängers für die von der Antenne nach Fig. 2a abgestrahlten Signale. Die mittels einer Antenne 1 aufgenommenen Signale werden in einem Block 2 vorverstärkt und in der Frequenz in üblicher Weise umgesetzt. In einem Diplexer 3 werden die Pulspaare getrennt. Die ersten Impulse jedes Impulspaares gelangen zu einem Block 4, der einen Verstärker, einen Frequenzumsetzer und ein Verzögerungsglied enthält, die zweiten in einen Block 5, in dem ein Verstärker und ein Frequenzumsetzer untergebracht sind. Außerdem werden im Diplexer 3 die Synchronisierzeichen ausgesondert; diese stellen einen Zähler 7 auf den Wert 0 zurück. Jedes den Diplexer 3 passierende Impulspaar stellt den Zähler 7 um eine Stelle weiter. Der Zählerstand gibt die Nummer ν des Einzelstrahlers an, von dem der erste Impuls des zuletzt angekommenen Impulspaares stammt. In den Blöcken 4 und 5 werden die Impulse also verstärkt, in der Frequenz umgesetzt und durch die Verzögerungsleitung im Block 4 koinzident gemacht, so daß ihre Phasendifferenz, die ja bekanntlich dem Laufweg- bzw. Laufzeitunterschied von Signalen entspricht, in einem Phasenmesser 6 gemessen werden kann. Die Art und Weise bzw. mit welcher der bekannten Methoden die Laufzeitunterschiedsmessung, also die Phasenmessung ausgeführt wird (Zeitdifferenzmessung, Start-Stop-Methode, Auszählung von Nulldurchgängen der Signale usw.), ist für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Nach jeder vollständigen Abtastung der Antennenzeile sind im Empfänger n Meßwerte der Phasendifferenzen vorhanden, die eine Zahlenfolge /S₁ ... ß_v ■ ■. ß„ bilden.

Der Phasenmesser 6 kann in der Regel nur Phasenwerte im Bereich 0 :g β :§ 2 π messen, überschreitet die Phase den Wert 2rr. so mißt der Phasenmesser 6 um den Wert 2 η zu wenig. In der Zahlenfolge entsteht dann ein Sprung von 2 .τ. Man muß also durch eine Prüfschaltung die Zahlenfolge ß_v auf Sprünge prüfen und beim Auftreten von Sprüngen durch Hinzuaddieren von 2 Tr (oder Vielfachem davon) die Sprünge wieder ausgleichen. Der Zähler 7 arbeitet auch als Schrittschaltwerk, das die Abspeicherung der Meßwerte /J₁ ... (S_v ... [I₁₁ in einen Speicher 8 steuert, η ist eine gerade Zahl. In einem Rechner 9 wird aus der Zahlenfolge ß₁ ... ß„ ein Zahlenwert gebildet:

Pv.'

Aus diesem Zahlenwert wird dann mit Hilfe der Gleichung

• , 2P

.-i«² —

die Elevation 7' ermittelt und angezeigt. In dieser Gleichung ist d der gegenseitige Abstand der Einzelstrahler der Antennenzeile und /. die Wellenlänge.

In der Fig. 2a ist d = λ und η = 20; F i g. 3a zeigt die Meßergebnisse für dieses Beispiel. Bei gleicher Basislänge bringt das Vollbasisverfahren eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem bekannten Basisrandverfahren nach Fig. Ic, wie man bei einem Vergleich der Fig. 3a mit der Fig. Ic erkennt.

Dieser Beschreibung des ersten Verfahrens folgt nun die Beschreibung einer Weiterbildung des ersten Verfahrens.

Eine Verbesserung des Vollbasisverfahrens erhält man durch Gewichtung der Meßwerte. Der Rechner 9 des Empfängers nimmt diese Gewichtung vor und multipliziert die in den Speichern 8 gespeicherten Meßwerte mit unterschiedlichen Faktoren, wobei vorzugsweise die von den mittleren Strahlern herrührenden Meßwerte eine größere Gewichtung erhalten als die von den äußeren Strahlern herrührenden Meßwerte. Die Faktoren zum Gewichten seinen a_v. Der Rechner bildet bei diesem Verfahren, das gewichtetes Vollbasisverfahren genannt werden soll, den Zahlenwert

und gibt sie als Konstanten dem Rechner 9 des Empfängers ein, so erhält man die in F i g. 4 a dargestellten Meßergebnisse mit dem Bodenfehler nach Fig. 4b.

Der Vergleich von F i g. 4 b mit F i g. 3 b bestätigt, daß durch die Gewichtung der Bodenfehler nochmals reduziert worden ist.

Der dem ersten Verfahren und der dessen Weiterbildung zugrunde liegende Gedanke ist kurz zusammengefaßt folgender: Auf einer Basis vorgegebener Länge sind vorzugsweise äquidistant η gleiche Einzelstrahler (72 gerade Zahl) und ein Bezugsstrahler angebracht. Im Empfänger werden die Phasendifferenzen zwischen den η Einzelstrahlern und dem Bezugsstrahler gemessen. Aus den im Empfänger bei jeder vollständigen Abtastung der Antennenzeile anfallenden η Zahlenwerten β wird durch gleichmäßige Gewichtung (Vollbasisverfahren) oder durch ungleichmäßige Gewichtung (gewichtetes Vollbasisverfahren) ein Zahienwert P bzw. P_G ermittelt, mit dessen Hilfe die Elevation bestimmt wird.

Anschließend wird nun das zweite Verfahren erläutert. Es wird gezeigt, wie aus den im Speicher 8 des Empfängers gespeicherten Phasendifferenzen die Elevation des Empfängers annähernd fehlerfrei gewonnen werden kann.

Bei diesem zweiten Verfahren sind die Bodenantenne, deren Anschaltung an den Sender und die Hauptteile des Empfängers im wesentlichen gleich wie beim ersten Verfahren. Sie werden oaher nicht nochmals erläutert.

Fig. 5 zeigt die überlagerung der Direktstrahlung (fester Vektor 1) mit der am Boden reflektierten Strahlung (Vektor k = Reflexionsfaktor). Die resultierende Strahlung ist gegenüber der Direktstrahlung um den Winkel 7 in der Phase verschoben. In der folgenden Befrachtung ist der Empfänger als feststehend angenommen (7 = const.). Dann ist bei homogenem Boden auch k konstant. An Stelle der aufeinanderfolgenden Anschaltung der Einzelantennen wird eine gleichmäßige Bewegung eines Versuchsstrahlers vom Boden (h = 0) ausgehend senkrecht nach oben angenommen.

Für /i = 0 sind die beiden Vektoren gegenphasig, und der Phasenfehler ist 7 = 0. Vergrößert man den Abstand h des Strahlers vom Boden, dann steigt 7 zunächst an und nimmt einen Maximalwert an für

cos

(2.T ^ sin Λ = k

und ermittelt die Elevation φ' aus der Beziehung

{<f = Elevation; λ = Wellenlänge).

An diese Stelle wird der Bezugsstrahler gesetzt. Nun wird der Versuchsstrahler weiter nach oben bewegt. Der Phasenfehler φ nimmt zunächst wieder ab und verschwindet, wenn

sin φ =

^A v=l

Berechnet man die a_v nach folgender Beziehung
O_x = fl - °'⁰³(y + ¹ - ")] ^sin γ (2" - D

Λ ^h ■

4 π — sm cf =

ist. Bei weiterer Vergrößerung von h wird der Febkr negativ, erreicht ein negatives Maximum und wird wieder 0, wenn

Λ ^h ■ 1

4π—r Sin ψ — 2ττ

ist. Weitere Vergrößerung läßt y wieder positiv werden.

209522/4ö3

und das positive Maximum wird erreicht für

2π — sin φ = 2π + arc cos k .

10

c) Aus den ß_v errechnet man eine Zahlenfolge nach der Formel

φ_ν = arc sm

Im Empfänger wird wie beim Vollbasisverfahren die Differenz ß_v der Phasen von jeweils angeschalteter Antenne und Bezugsantenne gebildet. Dabei entsteht ein Fehler

Δβ_ν = <p{h_v) - <p_max.

Nun ist, wie oben erklärt, stets

Aß_v = ₉(h_v) - φ,_ηαχ g 0.

Rechnet man im Empfänger

ßv

sin (f_v —-

2π-

= sin φ +-

2π-

so erhält man η Werte für den Winkel ψ".

In dieser Formel bedeutet h_v die jeweilige Höhe der einzelnen Strahler über dem Erdboden, Ir₀ die Höhe des Bezugsstrahlers über dem Erdboden, ß_v die Phasendifferenz zwischen den von dem Strahler mit der Höhe h_v und dem Bezugsstrahler mit der Höhe It₀ empfangenen Signalen und λ die Wellenlänge der gesendeten Signale.

Der Winkel ψ" ist immer zu klein, ausgenommen dort, wo er sein Maximum erreicht, dort ist er genau richtig. Deshalb wird das Maximum bestimmt und angezeigt.

Die einzelnen Verfahrensschritte dieses zweiten Verfahrens sind damit:

a) Man bringt die Bezugsantenne in einer Höhe Jt₀ über dem Boden so an, daß

cos

(2π-v-sin φ) =

erfüllt ist. Wählt man z. B. A₀ = 1,5 λ, so liegt bei mittlerem Boden (e_r =15) das ψ_ηαχ genau in der Elevation φ = 2,3°. Das Maximum ist sehr breit (- 0,8°; + 1,2°).

b) Man tastet eine Antennenzeile und ermittelt, wie bereits beschrieben, die Zahlenfolge /S₁ ... ß_v ... Ar

und speichert diese, d ist der Strahlerabstand auf der Antennenzeile.

ίο d) Man bestimmt den Maximalwert der Zahlenfolge φ" und bringt ihn als Elevation φ' zu Anzeige.

e) Besitzt die Zahlenfolge φ" mehrere Maxima, so wird dasjenige mit der höchsten Nummer ν zur Anzeige gebracht.

Man bezeichnet das beschriebene zweite Verfahren als Auswahlverfahren.
Während bei den Vollbasisverfahren sämtliche Messungen mit eventueller Gewichtung zur Bestimmung der Elevation herangezogen werden — beim 3-Strahler-System wie bei SETAC-A nur die eine Messung mit den Randantennen — benutzt man beim Auswahlverfahren auch nur eine Messung, aber gezielt diejenige aus den η Einzelmessungen, die keinen . Bodenfehler enthält.

In den Fig. 6a und 6b ist der Bodenfehler für das Auswahlverfahren aufgezeichnet. Dabei ist eine Antennenzeile mit 20 + 1 Strahlern im Abstand d = λ vorausgesetzt und trockenem {e_r = 3) bzw. nassem (f_r = 30) Erdboden bei 1 GHz Betriebsfrequenz.

Während bei dem Vollbasisverfahren der Abstand des Bezugsstrahlers vom Erdboden beliebig gewählt werden darf, ist er beim Auswahlverfahren durch den Elevationsbereich festgelegt (im Beispiel /J₀ = 1,5 λ).

Während das Vollbasisverfahren bei der Basis 20 λ

von großen Elevationen bis herunter zu 2,5° brauchbar ist, eignet sich das Auswahlverfahren vorzüglich für den Bereich von 4° bis herunter zu 1,4°. Es ist daher zweckmäßig, den Empfänger für beide Verfahren auszulegen, und für eine Elevation ψ 3° das Ergebnis des Auswahlverfahrens und für φ ^ 3° das Ergebnis des Vollbasisverfahrens als gemessene Elevation anzuzeigen.

Durch Vergrößerung der Basis um den Faktor K auf IC · 20 λ können die unteren Meßgrenzen heruntergedrückt werden auf 2,5°/K für das Vollbasisverfahren und 1,4/jK für das Auswahlverfahren. Bei einer unteren Meßgrenze von 1° Elevation ist dann eine Basis von mindestens 28 λ erforderlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Richtungsbestimmung in einer sich bewegenden Empfangsstation durch Messung des Phasenunterschiedes von an verschiedenen Punkten ausgesendeten elektromagnetischen Wellen unter Verwendung eines aus einer Mehrzahl von Strahlern bestehenden, getasteten Sende-Antennensystems, dadurchgekennzeichnet, daß die jeweiligen Phasenunterschiede (ft ... ß_v ... ß„) zwischen den von einem feststehenden Bezugsstrahler (Höhe Zi₀) und einer geraden Anzahl (n) von in verschiedenen, jeweils um die gleiche Strecke (d) größer werdenden Abständen vom Bezugsstrahler, vorzugsweise längs einer Geraden (Antennenzeile) angeordneten Einzelstrahlern (Höhen n_v) nacheinander ausgesendeten Wellen gemessen werden und daß aus den gemessenen Werten für die Phasenunterschiede (ft ... ß_v ... ß„) die Richtung {φ') gemäß der Beziehung