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B E S C H R E I B U N G zu der Patentanmeldung betreffend Hochfrequenzpeiler
Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzpeiler zum Orten von beabsichtigt oder
zufällig modulierten, insbesondere impulsgetasteten Sendern, mit zwei im Abstand
voneinander angeordneten Richtantennen und einer Einrichtung zum Messen der Laufzeitdifferenz
zwischen den damit empfangenen Signalen.
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Hochfrequenzpeiler dieser Art, die nach dem soganennten Interferometer-Prinzip
arbeiten, sind bekannt. Bei ihnen erfolgt die Messung der Laufzeitdifferenz Uber
die messung der Phasendifferenz der empfangenen Hochfrequenzsignale.
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Eine Beherrschung solcher Phaendifferenzen ist ftir Höchstfrequenzen
beispielsweise im GHz-Bereich nicht mehr genau genug möglich.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen nach dem Interferometer-Prinzip
arbeitenden im Aufbau einfachen Hochfrequenzpeiler zu schaffen, der im Frequenzbereich
über 1 bis 2 GHz beispielsweise zum Orten von Radarsignalen noch ganau arbeitet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einem bekannten Interferometerpeiler
dadurch gel5st, daß die Laufzeitdifferenzmessung zwischen dem Modulationsinhalt,
insbesondere den Tastimpulsen, der demodulierten Signale mittels eines Kurz° zeitmessers
erfolgt.
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Bei anders aufgebauten und nach einem anderèn Prinzlp arbeitenden
Peilanordnungen, beispielsweise bei dem bekannten Hyperbel-Verfahren LORAN oder
dgl. ist es an sich bekannt, zur Auswertung auf der iederfrequenzseite der Empfänger
eine Laufzeitmessung zwischen den demodulierten Impulsen der von verschiedenen Sendern
empfangenen Hochfrequenzsignale durchzuführen. Durch die Anwendung dieses bekannten
Auswert-Prinzips bei einem Interferometerpeiler ist es erstmals möglich, mit dem
einfachen und sicher arbeitenden Interferometer-Peilprinzip auch Sender im UHF-
bzw. SHF-Bereich beispielsweise bis zu 40 GHz sicher zu orten. Die Peilgenauigkeit
wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht von differentiellen Phasenverschiebungen
in den beiden Empfangskanälen beeinflußt. Auch durch Amplitudendifferenzen ist nur
insoweit eine Beeinflussung möglich, als die Auflösung (Triggerung) des ftir die
Kurzzeitmessung verwendeten elektronischen Zählers verschlec.
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tert wird. Differentielle Gruppenlaufzeiten können lurch bekannte
Maßnahmen soweit vermindert werden,- daß die Peilgenauigkeit hlerdurch nicht beeinträchtigt
wird. Mit modernen elektronischen Zählern sind Zeitauflösungen in der @rößenord--
nung von 1 ns und darunter zu erreichen. Mit einer @asislänge von etwa 15 m kann
damit für einen erfindungsgemäßen Peiler eine Peilunsicherheit unter + 10 erreicht
werden. Dieser Wert gilt für Winkelbereiche in der Nähe der Senkrechten zur Basis
und erhöht sich für weiter abliegende Winkelbereiche.
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In der Praxis nutzt man deshalb zweckmäßige zur Peilung nur einen
Winkelbereich von + 45°, höchstens bis + 600 um die Mittelsenkrechte zur Basis aus.
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Ein erfindungsgemäßer Peiler arbeitet auch noch bei mit sehr kurzen
Impulsen getasteten Signalen, wie sie bei modernen Radaranlagen verwendet werden,
sicher und es werden gerade hierbei die besten Peilergebnisse erzielt, also unter
Voraussetzungen,
bei denen die bisher üblichen Interferometerpeiler
nicht mehr anwendbar sind. Ein erfindungsgemäßer Peiler ist frequenzunabhängig und
eignet sich daher besonders gut für den Aufbau von breitbandigen Peilanlagen.
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Der erfindungsgemäße Peiler eignet sich für die verschiedenartigsten
Modulationsarten von Signalen. Beste Ergebnisse werden selbstverständlich bei Amplituden-Impuls-getasteten
Signalen erreicht, wobei es vorteilhart ist, durch geeignete Auslegung des Auswertgerätes
die Kurzzeitmessung nicht etwa auf die Anstiegs flanken der Impulse zu beziehen,
sondern evtl. Austastlücken im Inneren --der Impulse oder die AbstiegsflanLe hierzu
auszunUtzen. Bei nichtimpulsmodulierten Signalen können entsprechende Teile der
Signalstruktur, die eine starke Zeitabhängigkeit der Amplitude, der Frequenz oder
der Phase aufweisen, für die Peilung herangezogen werden, wozu es lediglich erforderlich
ist, im Empfänger die entsprechend geeigneten Demodulationseinrichtungen für Amplituden-Frequenz-
oder Phasendemodulation vorzusehen. Es ist sogar möglich, den Signalen unbeabsichtigt
aufgeprägte Modulationen, etwa vom Sender herrührende Rauschspektren oder auf dem
Ausbreitungsweg aufgeprägte Störungen, für die Kurzzeitmessung heranzuziehen, gegebenenfalls
unter Anwendung der bekannten Technik der Autokorrelation der beiden Signale.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung Die Erfindung wird im folgenden
anhand schematischer Zeiehnungen an Ausführungsbeispielen näher erlSiutert.
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Figur 1 zeigt den Prinzip-Aurbau eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzpeilers
etwa für den 1 bis 2 GIIz Frequenzbereich. Er besteht aus zwei im Abstand D.voneinander
angeordneten Richtantennen A 1 und A 2, die über gleichlange Leitungen L1 und L2
mit Empfänger El und E2 verbuiiden sind.
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Der Demodulatorausgang der Empfänger El und E2 ist Über wiederum gleichlange
Leitungen L3 und L4 mit einem Auswertgerät A, beispielsweise einem elektronischen
Kurzzeitmesser, verbunden.
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Mit den Antennen A 1 und A 2 werden Jeweils modulierte, insbelsondere
getastete elektromagnetische Wellen, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Amplituden-Impuls-getastete
Wellen W1 und W2, empfangen, die voraussetzungsgemäß kohärent sind. Aus der geometrischen
Konfiguration der Anordnung, d.h.
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aus dem Umstand, daß die Ebenen gleicher Phase der einfallenden Signale
W1 und W2 mit der Basis der Antenne Al und A2 den Winkel a einschließen, ergibt
sich, daß das von der Antenne A2 empfangene Signal einen um die Strecke x längeren
Weg zurückzulegen hat als das von der Antenne Al empfangene Signal. Beide Signale
werden also mit einem entsprechenden Zeitunterschied empfangen. Der kohärente Modulationsinhalt
bsitzt nach den Demodulatoren der beiden Empfänger El und E2 damit ebenfalls einen
entsprechenden Zeitunterschied, d.h.
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das demodulierte Ausgangasignal V1 auf der Leitung L3 eilt zeitlich
dem demodulierten Ausgangssignal V2 auf der Leitung L4 um eine Zeitspanne vor, die
der Länge x entspricht.
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Durch eine einfache Zeitmessung kann damit der Einfaliswinkel a nach
der Beziehung sin a t x/D - c @ #t/D
bestimmt werden, wobei 6t die
zeitliche Verschiebung zwischen den beiden Impulsen V1 und V2 und c die Lichtgeschwindigkeit
ist.
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Zur Demodulation der empfangenen Hochfrequenzsignale W1 und W2 mÜssen
in den Empfängern E1 und E2 selbstverständlich die entsprechenden Demodulatoren
für die jeweils gewählte Modulationsart vorgesehen sein, beispielsweise ein Amplituden-Demodulator,
ein Freqxaenæ«Demodulator, ein Phasen-Demodulator oder ein Korrelator. Diese einzelnen
Demodulatoren können von Hand entsprechend ausgewählt werden, wenn die Modulationsart
des zu peilenden Senders bekannt ist, sie können aber auch alle parallel angeschaltet
sein, so daß in jedem Zeitpunkt jede beliebige Modulationsart ausgewertet werden
kann.
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Die Laufzeitdifferenzmessung in dem Kurzzeitmesser k, beispielsweise
einem üblichen elektronischen Zähler, erfolgt in bekannter Weise. Die Auslösung
des Meßvorganges mit den auf der Leitung L3 und L4 ankommenden Impulsen kann beispielsweise
durch einfaches Triggern erfolgen, evtl. auch durch vorherige einfache oder doppelte
Differenzation oder Integration dieser Impulse. Es hat sich auch als vorteilhaft
erwiesen, bei Impuls-getasteten Signalen die Auslösung des Zählers und damit die
Kurzzeitmessung nicht in Abhängigkeit von der Anstiegsflanke der Impulse vorzunehmen,
sondern hierzu evtl.
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Austastlücken im Inneren der demodulierten Impulse oder die Abstiegsflanke
zu verwenden, beispielsweise bei speziellen Radarsignalen mit sogenannter Innerpulsmodulation.
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Infolge der relativ grcßen Basis D ist genügend Raum flir die beliebige
Ausbildung der Antennen Al und A2 vorhanden.
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Sie können daher in ihrer Form dem jeweiligen Aufgabenzweck optimal
angepaßt werden. Beispielsweise ist es möglich, breitbandige Antennen und solche
mit speziell geformten Richtcharakteristiken zu verwenden, beispielsweise Parabolantennen
oder dgl. Bei Richtantennen können die Reflektoren auch so geformt sein, daß sich
Diagramme ergeben, die der jeweiligen Aufgabenstellung in besonders günstiger Weise
gerecht werden, etwa Antennen mit breitbandigen Sektordiagrammen.
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Wenn eine Peilung in einem Winkelbereich vorgenommerl werden soll,
der über + 450 oder Z 600 hinausgeht, kann die- Peilanordnung nach Fig. 1 auch mehrfach
vorgesehen werden. Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit hierfür. Auf den vorzugsweise gleichgroßen
Basen D1, D2, D3 und D4 sind insgesamt vier Antennenpaare A1 und A2, A3 und A4 A5
und A6 sowie A7 und A8 vorgesehen. Jedes Antennenpaar blldet zusammen mit den nicht
dargestellten Empfängern und Auswertgeräten einen Peiler gemäß Fig. 1. Da jedes
Antennenpaar einen Winkel von # 45° = 90° Überstreicht, ist die Gesamtanordnung
für einen Vollkreis von 360 geeignet. Eine platzsparendere Anordnung zeigt Fig.
3. Hier sind die Antennen Rücken an Rücken angeordnet.
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Sofern sich die Antennenpaare hier gegenseitig strahlurlgsmäßig behindern
sollten, ist es möglich, die Antennen A2 u. A8 sowie A4 und A7 einerseits und die
Antennen A2 und A5 sowie A1 und A6 andererseits in verschiedenen vertikalen Ebenen
anzuordnen. Die einzelnen Rücken an Riicken montierten Richtstrahl paare könnten
auch durch Rundstrahlantennen ersetzt werden, wodurch die Peilung aber wieder mehrdeutig
werden würde.
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Anstelle einer Vier-Basis-Anordnung nach den Fig. 2 oder 3 können
auch Antennenanlagen mit einer größeren Zahl von Basen vorgesehen werden, etwa mit
8 oder 16 Einzelbasen.
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Es ist dann möglich, Antennen entsprechend höheren Gewinns zu verwenden
und damit die Gesamtempfindlichkeit zu steigern.
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Allerdings steigt auch der Aufwand an Empfangs- und Auswertgeräten.
Um letzteres zu vermeiden, kann auch eine geringere Anzahl von Empfängern und Auswertgeräten
vorgesehen werden als Basen vorhanden sind und die einzelnen Gerätesätze können
zeitlich nacheinander angeschaltet werden. Ein Gerätesatz könnte auch gleichzeitig
und parallel an mehrere Antennensysteme angeschlossen sein, so daß bei Eintreffen
eines Signals zunächst eine Warnung erfolgt und dann, sofern sich das Signal mehrmals
wiederholts durch Abtasten und zyklisches Umschalten eine Peilung mit der bestgeeignetsten
Basis vorgenommen wird.
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Wenn die Größe der Basis, die im allgemeinen etwa bei 15 m oder bei
höheren Anforderungen an die Peilgenauigkeit auch wesentlich darüberliegen kann,
störend sein sollte, kann durch bekannte Maßnahmen auch eine richtungsabhängige
Steigerung der Laufzeitdifferenz vorgenommen werden und dafÜr die Basis kleiner
gewählt werden. Eine solche Laufzeitdifferenzsteigerung kann beispielsweise durch
Anordnung von dielektrischen Richtkörpern oder eines künstlichen Dielektrikums vor
den Antennen erreicht werden. Fig. 4 zeigt eine solche Möglichkeit. Hier sind vor
den Antennen Al und A2 Jeweils unsymmetrisch dielektrische Richtkörper X1 u. K2
angeordnet, deren Querschnitt in der Zeichenebene etwa einer Sinushalbwelle entspricht.
Schrägeinfallende Signale werden daher entsprechend verzögert und zwar in einer
Weise, daX sich die aus der Geometrie der Anordnung ergebende Laufzeitdifferenz
x vergrdßert. Die vertikale Ausdehnung der Körper K1 u. K2 ist relativ unkritisch.
Sie wird im allgemeinen aber so gewählt, daß sie mindestens 80 groß wie dieJenige
der
Antennen ist. Anstelle eines sinusförmigen Querschnitts kommen
auch andere Querschnittsformen in Betracht, wenn die sich aus der geometrischen
Konfiguration der Anordnung ergebende natÜrliche Funktion der Laufzeitdifferenz,
abhängig vom Azimutwinkel a, korreglert werden soll.
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Patentansprilche