DE2113883A1

DE2113883A1 - Peilverfahren

Info

Publication number: DE2113883A1
Application number: DE19712113883
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Baur
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-03-23
Filing date: 1971-03-23
Publication date: 1972-09-28
Also published as: FR2130563B1; FR2130563A1; AT354524B; DE2113883C2; IT950664B; ATA204772A; GB1392343A; CH532258A

Description

Licentia ' Patent-Verwaltungs-GmbH .^ 6000 Prankfurt (Main) 70, Theodor-Stern-Xai Λ

k (Donau), 8. Kärz ",971 PT-UL/Kö/ha UL ?C/32

"FeiIverfahren"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Peil- und/oder Elevationswinlcel mehrerer in einem vorgegebenen "breiten Frequenzbereich einfallender Hochfrequenz ^chvingungen unter Vorwendung mehrerer Breitbandempfangs-

Die iunJcaufxIclrung ist iii allgemeinen ein sinnvolles Zusanütenspiel .:ehr unterschiedlicher Junktionen. Zunächst einmal müssen die im Äther befindlichen Sendungen erfasst werden. Die hierzu erforderlichen Sensoren "bestehen gewöhnlich aus Überwacbiii..gse»pfängern und Peilern mi"C den notv.^rendigen An-■|;eiiüenaiiordi;ungen-, Die erfaßten Informationen gehen dann weiter zur Auswertung, wo sie dann zu weiteren Erkenntnissen susaEimengefaßi oder selektiert, einfach gesagt, zu einem höheren Grad an Uissen verarbeitet werden. Zunächst werden die Infon&ationen u. U. in einer Dokumentation niedergelegt, aus der sie Je_ nach Bedarf für weitere Verwendung abgerufen werden können. Von einer eigentlichen Zentrale, in der alle Neuigkeiten und Erkenntnisse zusammenlaufen, wird wiederum

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der .Einfgriff in den Syetemablauf vorgenommen. Von hier aus geht auch die Verbindung zur Umwelt, stu anderen Systemen, auf der sowohl Wünsche und Aufklärungsergebnisse herein als auch heraufgehen können.

Gewöhnlich "befindet sich in einer derartigen Anlage eine mehr oder minder große Anzahl von Bearbeitern, die empfangen, psilen, analysieren, ablegen, telefonieren etc. Jede dieser Arbeiten kann nun nach Stand der Wissenschaft und Technik automatisiert werden. Wie man also sofort einsieht, zer-P fällt die Automatisierung der !Funkaufklärung in voneinander sehr verschiedene und auch sehr unabhängige Teile. So erfordert die Automatisierung z. B. der Bibliothek ganz andere Prinzipien als diejenige der Datenerfassung durch die Sensoren. Dürfte das erstgenannte für den Techniker inzwischen zur Routinearbeit geworden sein, so werden f'ir letztere noch viele Überlegungen und Weiterentwicklungen notwendig sein.

Als ein sehr wichtiges Teilgebiet der Funkaufklärung hat sich die Panoramierung größerer Frequenzbänder herausgestellt. Die Anforderungen sind hier sehr beachtlich. Einmal müssen Kurzzeitsendungen erfasst werden, weiterhin muß der erfassbare Dynamikbereich sehr groß sein, da die interessanten Sendungen oft mit kleinem Pegel erscheinen. Die erste Forderung läßt sich mit einem handdurchgestimmten Empfänger überhaupt nicht, mit einem Panoramaempfänger - die erste Stufe der Automation - bei genügender Selektion nur sehr \in-

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befriedigend erreichen. Die modernste Konzeption für diesen Zweck ist der Vielkanalempfänger. Er betreibt simultan eine sehr große ZaIiI von Kanälen, was natürlich einen enormen Aufwand bedeutet. !Entsprechend aufwendig wäre auch die Peilerei, die unter Benutzung derartiger Vielkanalempfanger arbeiten sollte»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Einfalls-- und/oder Elevationsvrinlcel mehrerer in einen vorgegebenen breiten Frequenzbereich einfallenden HF-Schwingungen anzugeben, das diesen hohen Aufwand vermeidet und dabei Sendungen unterschiedlichster Iiodulationsarten auszuwerten vermag. Unter Verwendung mehrerer Empfangsanlagen wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in den Empfangsanlagen die Zeitfunktion der aufgenommenen rlochfrequenzspannung in an sich bekannter Weise mit einer vorbestimmten iastfrequenz abgetastet wird, und daß aus den erhaltenen AbtaEtwerten in einer zentralen Hechenanlage die Einfalls- und/oder Elevationswinkel der im vorgegebenen Frequenzbereich aufgenommenen Hochfrequenz-"" schwingungen errechnet werden.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden demnach keine schmalbandigen Vielkanalempfanger benutzt,' sondern einkanalige 3reitbandempfanger, die sich in der üblichen Art einfach aufbauen lassen. Der Aufwand wird dabei in die Auswerteanlage verlagert» Die dazu aufzubringenden Kittel sind .weitaus gerir.^er als diejenigen für eine Peilanlage, die mit

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mehreren Vielkanalempfängern zur Überwachung eines breiten Frequenzbereiches arbeitet. Außerdem kann durch entsprechende Umstellung des Rechnerprogramms die Peilanlage, die nach dem Verfahren nach der Erfindung arbeitet, jeder gewünschten Modulationsart der zu empfangenden Sender angepasst werden. Bei einer Peilanlage mit Vielkanalempfängern müssen letztere auf die Modulation der Sender zugeschnitten werden, z. 3. für den Empfang frequenzmodulierter Sender entsprechend breitbandig, für den Empfang amplitudenmodulierter Sender oder zur Trennung nahe benachbarter Sender wiederum schmalbandig sein. Für den Empfang von F1-Sendungen müßten wiederum Kammfilter vorgesehen werden. Es liegt auf der Hand, daß sich derartige Forderungen in einem Gerät nur mit hohem Aufwand verwirklichen lassen. Da infolge des hohen Standes der Modulationstheorie . für die Zukunft mit dem verstärkten Einsatz speziell modulierter Sendungen gerechnet werden muß, wird es für Vielkanalempfänger der beschriebenen Art kaum noch Einsatzmöglichkeiten geben. Beim Auftauchen, von Sendungen mit neuartiger Modulation braucht demnach beim erfindungsgemäßen Peilverfahren kein Eingriff in die Geräte zu erfolgen. Es wird lediglich die Entwicklung neuer Auswerteprogramme für den Rechner notwendig.

Hachdem moderne Rechner bevorzugt digital arbeiten, sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Abtastwerte ' zu digitalisieren. Der Übergang vom analogen zum digitalen Datenfluß in den Empfangsanlagen erfolgt zweckmäßigerweise

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im hoch- oder zwischenfrequenten Teil der Anlagen. Die erhaltenen Abtastwerte werden zweckmäßigerweise quantisiert, wobei die Anzahl der Quantisierungsstufen günstigerweise so gewählt ist, daß das Quantisierungsgeräusch in der Größenordnung des Signalrauschens liegt. Die Abtastfrequenz, mit der die Zeitfunktion der aufgenommenen HF-Spannung abgetastet wird, muß nach dem Sampling-Theorem mindestens doppelt so groß sein, wie die obere Grenzfrequenz des abzutastenden Frequenzbandes, damit keine Information, die in dem Band vorhanden ist, verloren geht. Der Analog/Digitalwandler, der diese Tastung durchführt, gibt jeder Sampling-Amplitude einen digitalen Wert. So muß z. B. das Kurzwellenband von 4- bis 5 Ι"ίΗζ mit mindestens 10 MHz abgetastet werden und der Analog/Digitalwandler für diese Frequenz ausgelegt sein. Technisch einfacher ist es, wenn man den erwähnten Frequenzbereich in Hiederfrequenzlage nach Art der Einseitenband-Technik heruntermischt, so daß das Band zwischen O.und 1 MHz liegt. Dann braucht der Analog/Digitalwandler lediglich 2 MHz zu verkraften.

Zur Bestimmung der Einfallsrichtungen der im überwachten Frequenzband vorhandenen Sender genügt es, wenn das Frequenz-'band nur einen bestimmten vorgegebenen Zeitabschnitt lang beobachtet, d. h. abgetastet wird. Diese Beobachtungsfunktion nennt man das Datenfenster. Dieses Datenfenster kann im einfachsten Fall rechteckförmigen Verlauf haben, d. h. mit der Beobachtung wird spontan begonnen und spontan wieder geendet.

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Hierdurch, wird Jedoch eine unangenehme Nebeneigenschaft hervorgerufen. Wenn nämlich in dem "beobachteten Frequenzband ein einziger Sender vorhanden ist, der in der Auswertung eine einzige Frequenzlinie ergeben müßte, dann erzeugt das rechteckige Datenfenster eine Anzahl von Nebenlinien um diese Frequenzlinie herum. Diese Nebenlinien können in ihrer Amplitude herabgemindert werden, wenn das Datenfenster keinen rechteckförmigen Verlauf hat, sondern zumindest an Anfang und Ende des beobachteten Zeitabschnitts einen kontinuierlich ansteigenden, bzw. abfallenden Verlauf hat. Hierbei sind die verschiedensten Verläufe, d. h. Beobachtungsfunktionen denkbar.

Nachdem nun alle Vorbedingungen geklärt sind, kann die Hinwendung zu der eigentlichen Datenverarbeitung erfolgen. Obwohl viele Prozeduren denkbar sind, ist im Augenblick nur eine einigermaßen erforscht. Es ist dies im wesentlichen die Fourier-Transformation und mit ihr verwandte Methoden.

Mit der Fouriertransformation läßt sich die in einem Band vorhandene Signalfunktion in ihre Frequenzkomponenten auflösen, was als Alternative zu einem Vielkanalempfänger angesehen werden kann. Die Fourier-Transformation ist auf einen endlichen Abschnitt einer Zeitfunktion anzuwenden. Durch periodische Fortsetzung dieses Abschnitts kann die Funktion als Fourier-Eeihe dargestellt werden, so daß das komplexe Frequenz spektrum aus einzelnen äqui distant en Linien

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besteht. Da vorausgesetzterweise das Spektrum nach oben begrenzt ist, kann auch das Frequenzspektrum periodisch fortgesetzt werden. Infolge der Umkehrbarkeit der Fourier-Transformation ergibt sich daraus eine Zeitfunktion, die ebenfalls aus äquidistanten Linien besteht. Diese stimmen genau mit den Abtastwerten überein. So bekommt man im Original wie im Bildbereich - eine äquidistante Liniendarstellung, die in ihrer Länge begrenzt ist. Die Auswertung mit einem Rechner mit einer reellen Multiplikationszeit von 8 /usec und einer reellen Additionszeit von 2,5 /usec erfordert jedoch bei z. B. 4- 096 reellen Datenwerten und unter Berücksichtigung eines Faktors 2 für die Verwaltungsbefehle eine Rechenzeit von ca. 20 min. Für ein Funkaufklärungssystem ist eine derartige Auswertezeit untragbar. Eine Weiterbildung der Erfindung schlägt daher vor, daß die Auswertung mit Hilfe der sog. Fast-Fourier-Transform vorgenommen wird, die bei einem Universalrechner eine Zeitreduzierung um den Faktor zuläßt. Bei Einsatz eines auf die Fast-Fourier-Transform zugeschnittenen Spezialrechners kann die Auswertegeschwindigkeit noch um einige Größenordnungen gesteigert werden.

Der Rechenprozess geht nun so vor sich, daß man aus dem Speicher die Eingangsdaten (Anzahl = M) herausholt und in einer ersten Stufe verarbeitet. Dieses erste Ergebnis, das auch wieder nur aus M Daten besteht, wird wieder auf die vorher schon benützten Speicherplätze zurückgegeben. Dieser Prozess ist ld M mal zu wiederholen, dann stehen im Speieher die M den Frequenzlinien entsprechenden Ausgangsdaten." Der '

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erste Vorteil der Prozedur ist also, daß nie mehr Speicherplätze benötigt werden, als Eingangsdaten vorhanden sind. Der zweite Vorteil aber ist, daß jetzt nur noch M · .ld M komplexe Multiplikationen und ebensoviel komplexe Additionen durchzuführen sind. Das gibt mit obigen Zahlen eine Rechenzeit von etwa 3,5 sek. Allerdings stehen die Werte für die -Frequenzli-nien —im Speicher in einer sog. reversbinä-ren Ordnung und man muß die Speicheradressen noch umordnen.

Nachdem jede Empfangsanlage ein solches '!Frequenzlinienspektrum angegeben hat, wird in einer zentralen Rechenanlage aus einander entsprechenden Frequenzlinien, die z. B. hinsichtlich ihrer gegenseitigen Amplituden- oder Phasenlage untersucht werden könng], die Einfallsrichtung des zugehörigen Senders ausgerechnet. Hierfür können die bekannten Rechenverfahren eingesetzt werden,und die Peilergebnisse für sämtliche Frequenzlinien können in relativ kurzer Zeit vorliegen.

Mitunter sind die Modulationseigenschaften verschiedener immer wiederkehrender Seüder bekannt, so daß aus dieser Tatsache ein Nutzen i'ür die Funkaufklärung gezogen werden kann. Mit Hilfe sog. Matched-Filter kann bekanntlich aus dem Erequenzamplitudenspektrum durch Korrelation mit einer einem gesuchten Sender entsprechenden Signalfunktion der gewünschte Sender ermittelt werden und die zugehörigen Daten der zentralen Rechenanlage zur Ermittlung des Peil- und/oder EIe-

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vationswinkels zugeführt werden. Auf diese Weise ist die Auffindung eines Senders aus einem sonst unübersehbaren Frequenzgemisch noch möglich.. Hachdem nach der Erfindung ' die Auswertung "bevorzugt digital in einem Rechner erfolgt und analoge Mittel, die den verschiedenen Modulationseigenschaften aufzunehmender Sender angepaßt werden müßten, nicht "benutzt werden, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Rechner so programmiert, daß er die Eigenschaften eines sog. Matched-Filters hat.

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Claims

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P a te η tan sp r ii c Ii e

(i J) Verfahren zur Bestimmung, der Peil- und/oder Slevationswinkel mehrerer in einem vorgegebenen breiten Frequenzbereich einfallender Hochfrequenz schwingungen unter Verwendung mehrerer Breitbandempfangsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Empfangsanlagen die Zeitfunktion der aufgenommenen Hochfrequenzspannung in an sich bekannter Weise mit einer vorbestimmten Tastfrequenz abgetastet wird, und daß aus den erhaltenen Abtastwerten in einer zentralen Kechenanlage die Peil- und/oder Elevationswinkel der im vorgegebenen Frequenzbereich aufgenommene Hochfrequenz schwingungen errechnet werden.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom analogen zum digitalen Datenfluß in den Empfangsanlagen im hoch- oder zwischenfrequenten Teil der Anlagen erfolgt.
3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß.die erhaltenen Abtastwerte quantisiert werden.
4-.) Verfahren nneh Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der tyuantisierungsstufen so gewählt ist, daß das Quantisierungsgeräusch in der Größenordnung des Signalrauschens liegt.
5.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Zeitfunktion der Hochfrequenzspannung nur einen ■bestimmten vorgegebenen Zeitabschnitt lang "beobachtet wird, und daß die'Beobachtungsfunktion (Datenfenster) vorzugsweise zumindestam Anfang und Ende des Zeitabschnitts einen stetig ansteigenden bzw. abfallenden Verlauf aufweist.
6.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner das komplexe IPrequenzspektrum mit Hilfe der jFast-Pourier-Transform bestimmt.
7.) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Ermittlung von Sendern mit vorbekannten Modulationseigenschaften in der Weise, daß mit Hilfe eines als sog. Matched-Filter programmierten Rechners aus dem Prequenzamplitudenspektrum durch Korrelation mit einer, dem gesuchten Sender entsprechenden Signalfunktion, der oder die Sender ermittelt wird (werden).

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