DE2141991A1 - Hochfrequenzpeiler - Google Patents

Hochfrequenzpeiler

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DE2141991A1
DE2141991A1 DE19712141991 DE2141991A DE2141991A1 DE 2141991 A1 DE2141991 A1 DE 2141991A1 DE 19712141991 DE19712141991 DE 19712141991 DE 2141991 A DE2141991 A DE 2141991A DE 2141991 A1 DE2141991 A1 DE 2141991A1
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DE
Germany
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signals
antennas
time difference
direction finder
transit time
Prior art date
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Pending
Application number
DE19712141991
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English (en)
Inventor
Bernhard F Dipl Ing Ernst
Franz R Dipl Ing Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Original Assignee
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02Direction-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
    • G01S3/14Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems

Description

  • 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.
  • 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.
  • Eine Beherrschung solcher Phaendifferenzen ist ftir Höchstfrequenzen beispielsweise im GHz-Bereich nicht mehr genau genug möglich.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In der Praxis nutzt man deshalb zweckmäßige zur Peilung nur einen Winkelbereich von + 45°, höchstens bis + 600 um die Mittelsenkrechte zur Basis aus.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Demodulatorausgang der Empfänger El und E2 ist Über wiederum gleichlange Leitungen L3 und L4 mit einem Auswertgerät A, beispielsweise einem elektronischen Kurzzeitmesser, verbunden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Austastlücken im Inneren der demodulierten Impulse oder die Abstiegsflanke zu verwenden, beispielsweise bei speziellen Radarsignalen mit sogenannter Innerpulsmodulation.
  • Infolge der relativ grcßen Basis D ist genügend Raum flir die beliebige Ausbildung der Antennen Al und A2 vorhanden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es ist dann möglich, Antennen entsprechend höheren Gewinns zu verwenden und damit die Gesamtempfindlichkeit zu steigern.
  • 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.
  • 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.
  • Patentansprilche

Claims (1)

  1. Patentansprüche () Hochfrequenzpeiler zum Orten von beabsicht.gt oder zufällig modulierten, insbesondere impulsgetasteten Sendern, mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Richtantennen und einer Einrichtung zum Messen der Laufzeitdifferenz zwischen den damit emp@angenen Slgnalen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Signale (W1, W2) im Empfänger (E1, E2) demoduliert werden und die Laufzeitdifferenz (x) zwischen dem Modulationsinhalt, insbesondere den Tastimpulsen, der demodulierten Signale (U1, U2) mittels eines Kurzzeitmessers (A) bestimmt wird, 2. Hochfrequenzpeiler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwei oder mehr in unterschiedlichen Peilrichtungen weisende Antennenpaare (z.B. Al und A2, A3 und A4) zu einer Anlage zusammengefaßt sind (Fig. 2 und 3).
    3. Hochfrequenzpeiler nach Anspruch 1 oder 2, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den Antennen (Al, A2) jeweils Einrichtungen (K1, K2) zur richtungsabhängigen Erhöhung der Laufzeitdlfferenz in vorbestimmter Peilrichtung zugeordnet sind (Flg. 4).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2520511A1 (fr) * 1982-01-22 1983-07-29 Dapa Systemes Procede de localisation automatique d'ondes radioelectriques incidentes et dispositif pour sa mise en oeuvre
EP2705819A2 (de) 2012-09-05 2014-03-12 Karl Storz GmbH & Co. KG Medizinischer Arbeitsplatz

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US9271795B2 (en) 2012-09-05 2016-03-01 Karl Storz Gmbh & Co. Kg Medical workplace

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