DE2159977A1

DE2159977A1 - Schaltanordnung zur richtungsbestimmung einfallender wellenenergie, insbesondere von schallwellen, unter verwendung eines gradientenpeilsystems

Info

Publication number: DE2159977A1
Application number: DE2159977A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Leisterer; Walter Mahlstedt; Manfred Dipl Ing Ruebel
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1971-12-03
Filing date: 1971-12-03
Publication date: 1973-06-07
Also published as: NL7215732A; CA999368A; GB1395599A; NO133467C; DE2243031B2; DE2243031A1; FR2283446A1; US3935575A; NO133467B; GB1395877A; DE2243031C3; IT971379B; SE390845B; FR2162149A1; FR2283446B1

Description

PRIED.KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

Schaltanordnung zur Richtungsbestimmung einfallender Wellenenergie, insbesondere von Schallwellen, unter Verwendung eines Grad ientenp eil syst ems. ; ■

Schaltanordnung zur Richtungsbestimmung empfangener Wellenenergie, insbesondere von Schallwellen, unter Verwendung eines Peilsystems, das zwei senkrecht zueinander angeordnete Dipolpaare aus Einzelempfängern aufweist, und einer Meßeinrichtung mit nachgeschalteter Peilanzeigeeinrichtung zum Darstellen der Einfallsrichtung der empfangenen Wellenenergie in der Ebene des Peilsystems.

Dieses Peilsystem wird üblicherweise als Gradientenpeilsystem angewendet. Es ist bekannt, ein Gradientenpeilsystem aus zwei senkrecht zueinander angeordneten Dipolpaaren aufzubauen, wobei jedes Dipolpaar entweder aus zwei einander gegenüberliegenden Einzelempfängern oder aus einem hohlzylindrischen Empfangselement, aus Piezokeramik oder aus magnetostriktivem Metall, als sogenannter Kompaktbasis, besteht.

Zum Auswerten der Empfangssignale sind Schaltanordnungen der genannten Art bekannt, die durch einfache Differenzbildung der Empfangssignale der Einzelempfänger je

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eines Dipolpaares und üummenbildung der Empfangssignale aller Einzelempfänger eine Anzeige der Einfallsrichtung der empfangenen Wellenenergie gestatten, indem die beiden Differenzen beispielsweise dem Ablenksystem

nach einer Phasendrehung

undrdie Summe der Hellsteuereinrichtung, einer kathodenstrahlröhre als Feilanzeigeeinrichtung zugeführt x^erden (vgl. PS 1 566 858). Statt der Summenbildung kann auch ein Empfangssignal eines zusätzlich mittig zu den vier Einzelempfängern angeordneten Rundumempfängers für die Anzeige verwendet werden. Die Anzeige der Einfallsrichtung der empfangenen Wellenenergie erfolgt in Form eines radialen Leuchtstrichs, dessen Lage gegen eine Bezugsrichtung die Einfallsrichtung angibt.

Ebenfalls ist*es bekannt, durch Korrelation zwischen jeweils der Differenz der Empfangssignale der Einzelempfänger eines Dipolpaares einerseits und dem richtungsunabhängigen Empfangssignal des Eundumempfängers andererseits die Einfallsrichtung in Form eines Iieuchtflecks oder -Strichs auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre darzustellen. Dabei ist eine Entfernung des Leuchtflecks von der !litte des Bildschirms bzw. eine Länge des Leuchtstrichs durch verstellbare Verstärkung der Differenz der Empfangssignale veränderbar (vgl. DAS 1 5GG 837).

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Bei Gradientenpeilsystemen, deren Empfangssignale als Differenzen, direkt oder korrelativ ausgewertet, zur Anzeige der Einfallsrichtung herangezogen werden, verfälschen systematische Peilfehler aufgrund höherer Harmonischer des Einfallswinkels der Wellenenergie, gemessen gegen eine Bezugsrichtung, die Anzeige.

Es sind schon Lösungen bekannt, diese systematischen Peilfehler durch zusätzliche Gradientensysteme in geeigneter Anordnung zum ursprünglichen Gradientenpeilsystem zu unterdrücken (vgl. OS 1 766 754 und AS 1 566 858). Theoretisch ist eine fehlerarme Anzeige der gesuchten Einfallsrichtung gewährleistet, deren technische Realisierung ist je^doch kompliziert und damit teuer, abgesehen von einem erheblichen Mehraufwand durch die zusätzlichen Gradientensysteme, die darüberhinaus erhöhte Fehlermöglichkeiten in der Gesamtfunktion sowie erhöhtes Gewicht der Empfangsanordnung bedingen.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltanordnung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, bei der mit einem einzigen herkömmlichen Peilsystem aus zwei Dipolpaaren in der einfachsten Grundausführung ohne

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Hinzufügen weiterer modifizierter Systeme - eine fehlerarme, von Fertigungstoleranzen der Einzelempfänger weitgehendst unabhängige Anzeige der interessierenden Einfallsrichtung gewährleistet ist, wobei der schaltungstechnische Aufwand dafür gering zu halten ist, und zwar sowohl für Meßeinrichtungen nach der Gradientenauswertung als auch nach anderen, z.B. Phasenauswertungen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dieser Erfindung von Überlegungen ausgegangen worden, daß aufgrund von Fertigungstoleranzen der Einzelempfänger eines solchen Peilsystems die Empfangsempfindlichkeit auch ausgesuchter Einzelempfänger untereinander unterschiedlich ist. Dadurch sind die Amplituden gleichzeitig empfangener und in elektrische Größen gewandelter Empfangssignale nachteiligerweise nie exakt gleich groß. Amplitudenunterschiede der Empfangssignale führen aber beispielsweise bei der Differenzbildung der Empfangssignale jedes der Dipolpaare (Gradientenauswertung) zu Fehlern, die in die Richtungsbestimmung eingehen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß jeder^eSinzelempfänger vor einer an sich bekannten Verknüpfung ihrer Empfangssignale in der Meßeinrichtung mit einer Verstärker-Schaltung

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für konstante Amplituden ihrer Empfangssignale verbunden ist.

Um dieses zu realisieren, ist es prinzipiell möglich, als Verstärker-Schaltungen Itegelverstarker einzusetzen. Da Regelverstärker bekanntlich erst nach einer gewissen Zeit die Amplitude ausregeln "können, ist ihr Einsatz insbesondere für stationäre Ιώρfangssignale vorteilhaft. Allgeneiner anwendbar sind a.n sich bekannte

symmetrische Begrenzer, beispielsweise Schmitt-Triger oder nichtlinear rückgekoppelte Verstärker, die die jSmpfangssignale der Sinzelempfanger infinit 'klippen.

Bei der Verwendung symmetrischer Begrenzer ist damit die vorteilhafte Möglichkeit gegeben, auch die xlichtung eines impulsförmigen üignals anzuzeigen, das sich durch eine kurze Zeitdauer und sehr hohe Amplitude auszeichnet, ohne daß eine spezielle Dynamikanpassung an eine Anzeigevorrichtung vorzusehen ist. Bei kleinen Amplituden von jimpfangssignalen, wenn sie nur eine eindeubige Phaseninformation aufweisen, wird infolge der VerstärkerwirkuiiG symmetrischer Begrenzer eine IJichtungsbeStimmung gleicher Präzision erzielt.

Pur eine Darstellung der Einfallsrichtung empfangener

.. 6

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BAD ORIGINAL

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Wellenenergie wird dann nur noch die Phaseninformation der Empfangssignale der Einzelempfänger unabhängig von Amplitudenfehlern ausgewertet, die aufgrund von Fertigungstoleranzen auftreten. Der Vorteil des infiniten Klippens liegt außerdem insbesondere darin, daß störende Peilfehler aufgrund von höheren räumlichen Harmonischen eines Einfallswinkels ausgeschlossen sind, weil die Meßeinrichtung keine sinusförmigen Empfangssignale zu analysieren hat. Ebenfalls ist von großem Vorteil, daß ein einfaches Peilsystem in seiner G-rundform aus zwei senkrecht zueinander angeordneten Dipolpaaren Anwendung finden kann, also nicht modifizierte Systeme notwendig sind, die aufgrund der einzuhaltenden Toleranzen kompliziert zu fertigen sind und außerdem sehr viel wiegen. Da die jeweilige empfangene Amplitude jedes Einzelempfängers stets als konstanter Wert weiter verarbeitet wird, ergibt sich darüber*· hinaus vorteilhaft, daß Empfangssignale aus einem großen Dynamikbereich verarbeitet werden können. Bei einer korrelativen Weiterverarbeitung ist ein exakter Gleichlauf der vereinheitlichten, da jetzt konstanten Amplituden der Empfangssignale ebenfalls gewährleistet.—Für eine Anzeige der Einfallsrichtung werden nach Erzeugung konstanter Amplituden der Empfangssignale gemäß dieser Erfindung die an sich bekannten Schaltungen zur Gradientenauswertung, nämlich Summe-Differenz-Schaltung mit oder ohne

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Korrelations-Auswertung, oder bekannte Phasenmeßeinrichtungen angewandt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungs-"beispielen näher veranschaulicht. Es zeigt:

Fig.. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltanordnung mit zwei senkrecht zueinander angeordneten Dipolpaaren, je "bestehend aus zwei Einzelempfängern,

Fig. 2 ein Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zur korrelativen Verarbeitung der Empfangssignale,

Fig. 3 eine Variante des Blockschaltbildes gemäß Fig. 2,

Fig. 4- ein Anwendungsbeispiel dieser Erfindung für Phasenmessung ohne Gradientenbildung,

Fig. 5 ein Prinzipschaltbild für die Phasenmessung zweier senkrecht zueinander angeordnete Dipolpaare, die insgesamt aus nur drei Einzelempfängern bestehen,

Fig. 6 zeitliche Verläufe von Empfangssignalen an zwei Einzelempfängern und deren Verknüpfung,

Fig. 7 ein Diagramm systematischer Peilfehler in Abhängigkeit vom ITutz/Störverhältnis bei Verarbeitung von gekuppten Empfangs signal en

und ungeklippten Empfangssignalen mit konstanter Amplitude Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltanordnung zur Auswertung von EmpfangsSignalen eines Teilsystems in Form eines Gradientenpeilsystems. Das Grad ient enp e il sys t em

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besteht aus zwei in einer Ebene mit ihren Achsen 1,2 • senkrecht zueinander angeordneten Dipolpaaren. Jedes Dipolpaar besteht aus zwei Einzelempfängern 1a, 1b bzw. 2a, 2b. Aus einer Einfallsrichtung 4 in der Ebene des Gradientenpeilsystems wird Wellenenergie empfangen. Die vier Einzelempfänger 1a, 1b, 2a, 2b sind zur Erzielung konstanter Amplituden ihrer Empfangssignale jeweils mit Verstärker-Schaltungen 5 verbunden. Bei einer Auswertung von vorzugsweise quasistationären Empfangssignalen sind die Verstärker-Schaltungen 5 Regelverstärker, die in an sich bekannter Weise auf konstante Amplitude des Wechselsignales an.ihrem Ausgang regeln. Die Ausgänge der beiden Verstärker-Schaltungen 5_s deren Eingänge mit den Einzelempfängern 1a, 1b bzw. 2a, 2b je eines Dipolpaares verbunden sind, werden mit je einem Differenzbildner 6 zur Erzeugung zweifer Differenzspannungen u1 und u2 zusammengeschaltet, die ein Maß für Komponenten 4.1 und 4.2 der Einf-allsrichtung 4 der empfangenen Wellenenergie projiziert auf die. Achsen 1,2 der Dipolpaare sind.

Für eine Anzeige der Herkunft der Wellenenergie gemäß der Einfallsrichtung 4 als Leuchtstrich auf einem

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Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre 7 werden die DifferenzSpannungen u1 und u2 ihrem Ablenksystem 7-1 zugeführt. Außerdem wird in einem Summenbildner 8 die Summe aller in ihrer Amplitude konstanten Empfangssignale gebildet, die über eine 90°-Phasenschieberschaltung 9 eine HellSteuereinrichtung 7·2 der Kathodenstrahlröhre 7 ansteuert.

Da die Empfangssignale der Einzelempfänger 1a, 1b, 2a, 2b des Gradientenpeilsystems "Verstärker-Schaltungen 5 zum Erzielen konstanter Amplituden zugeführt werden, ehe eine Weiterverarbeitung für eine geeignete Anzeige der Einfallsrichtung 4· erfolgt, ist eine Übersteuerung einer Peilanzeigeeinrichtung ausgeschaltet, auch wenn die Empfangssignale einen großen Dynamikumfang aufweisen. Ebenfalls sind durch die erfindungsgemäße Verarbeitung der Empfangssignale Amplitudenfehler der Einzelempfänger 1a, 1b, 2a, 2b vollkommen ausgeschaltet, die auch bei sorgfältiger Fertigung stets auftreten. Für die Anzeige der Einfallsrichtung 4 wird nun nur noch die Phaseninformation der Empfangssignale ausgewertet.

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Pig. 2 zeigt ein Gradientenpeilsystem, das aus zwei senkrecht zueinander angeordneten Dipolpaaren und einem Sundumempfänger 3 "besteht. Das Empfangssignal des Rundumempfängers 3 ist richtungsunabhängig. Bei Nachschaltung einer Verstärker-Schaltung 5 entspricht das richtungsunabhängige Empfangssignal dem Ausgangssignal des Summenbildners 8 im Blockschaltbild"gemäß Fig. 1, d.h., der Rundumempfänger 3 mit nachgeschalteter Verstärker-Schaltung 5 und der Summenbildner 8 mit vorgeschalteten Verstärkerichaltungen 5 sind wechselseitig miteinander austauschbar. Die Verstärker-Schaltungen 5 können in diesem Fall Regelverstärker oder symmetrische Begrenzer sein.

Eine Verbesserung der Anzeige der Einfallsrichtung 4 infolge von Störbefreiung kann durch Korrelation der Differenzspannungen u1, u2, gemäß Fig. 1, mit dem in der Amplitude konstanten, richtungsunabhängigen Empfängs- _ signal erzielt werden. Dazu wird das richtungsunabhängige Empfangssignal über eine 90°-Fhasenschieberschaltung und außerdem je eine der Differenz-Spannungen u1 bzw. u2 unmittelbar je einem Korrelator 10 zugeführt. Die Korrelatoren 10 bestehen §e aus einem Multiplizierer 11, dem ein Integrator 12 nachgeschaltet ist. Die fiulti-

...11

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-. -11- . 215997?

plizierer 11 sind hier beliebige Multiplikationssclialtungeii.

Korrelierte Differenzspannungen u1', u2' der beiden Korrelatoren 10 werden dann wieder einer an sich bekannten Peilanzeigeeinrichtung zugeführt, beispielsweise der schon oben genannten Kathodenstrahlröhre 7 als Quotientenbildner.

Ebenfalls ist es im Rahmen der Erfindung möglich, zuerst die Empfangssignale der Einzelempfänger 1a, 1b, 2a, 2b und des Rundumempfängers 3 infinit zu klippen und danach, vor einer Differenzbildung, zu korrelieren, wie es in Pig. 3 gezeigt ist. Die Einzelempfänger 1a, 1b, 2a, 2b sind wieder mit den Yerstärker-Schaltungen 5 zur Erzielung konstanter Amplituden verbunden. Auch der Rundumempfänger 3 ist wieder, über die 90°- Phasenschieberschaltung 9* niit einer Verstärker-Schaltung 5 zusammengeschaltet. Nicht die Differenzspannungen u1, u2 gemäß Fig. 2, sondern jedes einzelne, in der Amplitude konstante Empfangssignal der Einzelempfänger 1a, 1b, 2a, 2b wird mit dem angerichteten, in der Amplitude konstanten Empfangssignal des Rundumempfängers korreliert. Entsprechend sind vier Korrelatoren 10 vorgesehen.

Die Multiplizierer 11 sind hier vorzugsweise sehr einfach durch eine Polaritätskoinzidenzschaltung realisiert,

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• m m m \ C-

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die für geklippte Empfangssignale ein Identity-Gate ist.

An den Ausgängen der Korrelatoren 10 erscheinen vier Korrelationsspannungen. Die Korrelationsspannungen je eines Dipolpaares werden in einem Differenzbildner voneinander abgezogen und als korrelierte Differenzspannungen u1', u2' der Peilanzeigeeinrichtung zugeführt.

Vorstehende Ausführungsbeispiele sind an Anwendungen der Gradientenauswertung orientiert. Ebenso vorteilhaft ist diese Erfindung außerdem anwendbar für eine Phasenauswertung der in ihrer Amplitude konstanten Empfangssignale jedes Dipolpaares, wie in !"ig. 4 und Fig. 5 dargestellt.

Fig. 4- zeigt ein Anwendungsbeispiel für zwei Dipolpaare mit jeweils zwei Einzelempfängern 1a, 1b, 2a, 2b, denen je eine Verstärker-Schaltung 5 nachgeschaltet ist. Zwei Ph.asenmesser 13, von denen jeweils einer der Verstärker-Schaltungen 5 eines Dipolpaares nachgeschaltet sind, liefern zwei Ausgangsspannungen u1'', u2'', die jeweils ein Maß für die Phasenverschiebung der Empfangssignale

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eines Dipolpaares und damit für die Komponenten 4.1, 4.2 der Einfallsrichtung 4 sind.

Ebenfalls ist es möglich, ein Peilsystem aus zwei in ihren Achsen senkrecht zueinander ausgerichteten Dipolpaaren aufzubauen, die aus nur drei Einzelempfängern bestehen. Die drei Einzelempfänger sind an den Eckpunkten eines vorzugsweise rechtwinkligen, gleichschenkligen Dreiecks angeordnet. Derjenige Einzelempfänger, der im Scheitelpunkt des rechten Winkels liegt, bildet mit jedem der beiden anderen Einzelempfängern jeweils ein Dipolpaar.

Fig. 5 zeigt ein solches Peilsystem, das aus den Einzelempfängern 2a, 1b und dem Einzelempfänger im Scheitelpunkt des rechten Winkels besteht, der zugleich der Rundumempfänger 3 ist. Die Empfangssignale der beiden Einzelempfänger 2a, 1b und des Rundumempfängers 3 werden Verstärker-Schaltungen zugeführt. Jeweils der Ausgang der Verstärker-Schaltung 5 des Rundumempfängers 3 und eines der beiden anderen Verstärker-Schaltungen 5 sind auf einen zweier Phasenmesser 13 geschaltet, deren Ausgangsspannungen u1' ' -, u2' · wieder einer Peilanzeigeeinrichtung zugeführt werden.

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Ebenfalls ist das Peilsystem mit nur insgesamt drei Einzelempfängern für eine Gradientenauswertung geeignet.

Bei der Verwendung von Verstärker-Schaltungen 5 zum infiniten Klippen der Empfangssignale und anschließenden Gradientenauswertung der Empfangssignale der Einzelempfänger 1a, 1b bzw. 2a, 2b der beiden Dipolpaare oder jedes Einzelempfangers' 1a, 1b, 2a, 2b und des Rundumempfängers 3 mit anschließender Peilrichtungsanzeige ist der systematische Peilfehler, der von räumlichen Harmonischen des Einfallswinkels herrührt, wesentlich kleiner, als bei Auswertung ungeklippter Empfangssignale. Daß rührt daher, daß durch das Klippen zwei, ggf. korrelierte, Differenzspannungen ausgewertet werden, die direkt proportional dem Sinus bzw. Cosinus des Einfallswinkels sind. Dagegen führte die Auswertung ungeklippter Empfangssignale α eines Gradientenpeilsystems zu einer zusätzlichen trigonometrischen Abhängigkeit vom Sinus bzw. Cosinus des Einfallswinkels, die sich in bekannter Weise mathematisch in eine Reihe entwickeln läßt. Der Reihenentwicklung ist der Fehlereinfluß höherer Harmonischer des Einfallswinkels zu entnehmen. Die Wirkungsweise einer Verarbeitung gekuppter Empfangssignale soll in Fig. 6 anhand von zeitlichen Verlaufen von Empfangssignalen eines Einzelempfängers 2a und

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eines Rundumempfängers 3 gemäß Fig. 3 gezeigt werden.

Fig. 6a zeigt einen Verlauf E eines infinit geklippten Empfangssignals des Einzelempfängers 2a, Fig. 6b einen Verlauf R eines infinit gekuppten Empfangssignales des Rundumempfängers 3- Die Abzissen in Fig. 6 sind stets das Produkt aus Zeit t und Kreisfrequenz cj der Empfangssignale, so daß Strecken auf der Abzisse gleich Phasenwinkeln ß sind. Die beiden Verläufe E und R weisen zueinander einen Phasenwinkel ß1 auf. Gemäß der korrealtiven Verarbeitung nach Fig. 3 wird nun das Empfangssignal des Rundumempfängers 3 umΊϊΐ/2 in seifner Phase verschoben (Verlauf j .R in Fig. 6c) und mit dem infinit gekuppten Empfangs signal des Einzelempfängers 2a gemäß Verlauf E in Fig. 6a in einer Polaritätskoinzidenzschaltung als Multiplizierer 11 miteinander verglichen, dessen Ausgangssignalverlauf A Fig. 6d zeigt. Dieser Ausgangssignalverlauf A nimmt abwechselnd positive und negative Werte an mit einer Periode von ω t = 3Γ . Für ^t= IT - ß1 ist ihr Wert positiv, für <l> t = ij· + ß1 ^^s^ ^^nr We:rt negativ. Dieser Ausgangssignalverlauf A wird in dem Integrator 12 (Fig. 3) integriert und weist eine Gleichspannung

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auf, die dem Phasenwinkel ß1 proportional ist. Betrachtet man in gleicher Weise die infinit geklippten Empfangssignale des Einzelempfängers 2b und des Rundumempfängers 3j so erhält man wiederum eine Gleichspannung, die dem Phasenwinkel ß1 zwischen den beiden Empfangssignalen des Einzelempfängers 2a und des Rundumempfangers 3 proportional sind. Diese beiden Gleichspannungen werden in dem Differenzbildner 6 voneinander abgezogen und beispielsweise dem Ablenksystem der Kathodenstrahlröhre 7 zugeführt. Der Phasenwinkel ß1 ist proportional dem Sinus bzw. Cosinus des Einfallswinkels, der als eine der senkrechten Komponenten 4.1 bzw. 4.2 die Anzeige der Einfallsrichtung 4 in der Peilanzeigeeinrichtung bewirkt.

Diese Betrachtungen gelten nur für den Fall, daß der Abstand der Einzelempfänger 1a, 1b bzw. 2a, 2b eines Dipolpaares kleiner als eine Wellenlänge der Empfangssignale ist bzw. der Abstand eines Einzelempfängers 1a zum Eundumempfanger 3 auch bei Verwendung von nur drei Einzelempfängern kleiner als die halben Wellenlänge der Empfangssignale ist und ein Hutzanteil der Empfangssignale sehr viel größer

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- Λ7 -

ist als ein vorhandener Störanteil, der durch isotropen Störschall oder von unkorreliertem Kauschen in der Meßeinrichtung herrührt.

Ist der ÄFutzanteil der Empfangs signale nicht sehr viel größer als der Störanteil, d.h. ist das Nutz/Störverhältnis nicht sehr groß, so ist die Gleichspannung am Ausgang des Integrators nicht direkt dem Phasenwinkel proportional, sondern einem Winkel, in den das Nutz/Störverhältnis eingeht. Fig. 7 zeigt in einem Diagramm die Äbhängig-

keit des Peilfehlers vom Nutz/Störverhaltnis einerseits für eine Auswertung ungeklippter Empfangssignale und andererseits für eine Auswertung gekuppter Empfangssignale. Der für dieses konkrete Beispiel "betrachtete Einfallswinkel der empfangenen Wellenenergie beträgt 22,5°, da für einen solchen Peilwinkel die Fehler "besonders groß werden. Der Verlauf des systematischen Peilfehlers über dem Hutz/Störverhältnis ist sowohl für korrelative Verarbeitung gekuppter als auch ungeklippter Empfangssignale mit verschiedenen Empfangsfrequenzen parametriert. Wie man dem Diagramm entnehmen kann, ist der systematische Peilfehler bei einer Ver-

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arbeitung von ungeklippten Empfangssignalen erheblich, während bei einer Verarbeitung gekuppter Empfangssignale der Peilfehler ab einem Nutz/Störverhältnis von etwa 20 db vernachlässigbar klein ist.

Im Fall der ungeklippten Verarbeitung ist der systematische Peilfehler für hohe Frequenzen wesentlich großer als für niedrige Frequenzen. Bei der erfindungsgemäßen, gekuppten Verarbeitung ist der systematische Peilfehler bei einem Nutz/StÖrverhältnis von größer als 20 db unabhängig von der EmpfangsfrecLuenz stets vernachlässigbar klein. Je schlechter das Nutz/Störverhältnis wird, desto größer wird der systematische Peilfehler, der aber erst bei einem Nutz/Störverhältnis von -10 db mit dem systematischen Peilfehler zu vergleichen ist, der bei der bekannten Verarbeitung ungeklippter Empfangssignale typisch ist. Bei geringem Nutz/Störverhältnis muß aber sowieso mit statistischen Fehlern gerechnet werden, so daß der systematische Peilfehler hier nicht mehr die Bedeutung enthält, die er bei großem Nutz/Störverhältnis hat. Dieses Diagramm zeigt deutlich, welche Vorteile die Ver-

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arbeitung gemäß der erfindungsgemäßen Schaltanordnung gegenüber den "bisher bekannten Schaltanordnungen bringt, wenn insbesondere durch die Verstärkerschaltung^ die Empfangssignale infinit geklippt werden.

Obige Aussagen zum Diagramm in Fig. 7 lassen sich aus einer mathematischen Betrachtung der physikalischen Zusammenhänge "beim Empfang von Wellenenergie durch das "bekannte Gradientenpeilsystem herleiten. Eine der "beiden korrelierten Differenzspannungen u1' der gekuppten Empfangs signale weist folgende Abhängigkeit auf:

wobei

a: Proportionalitätsfaktor aufgrund der Abmessungen des Gradientenpeilsystems und der empfangenen Frequenz,
ΛΓ: Einfallswinkel,

a * sin ^= ß1: Phasenwinkel

sind. Der Bruch ist nahezu gleich "1" bei gutem Nutz/Störverhältnis, so daß dann gilt:

u1¹^/ a sin a7 .

....

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_₂₀_ ^ 215S977

Entsprechend ergibt sich die andere korrelierte Differenz spannung u2 · zu: u2 ¹^/ a cos Jj .

Nur "bei ungünstigem Nutz/Störverhältnis geht der Bruch verfälschend in die korelierten Differenzspannungen u1', ein. Ih der Peilanzeigeeinrichtung wird der Quotient dieser "beiden korrelierten Differenz spannungen u1', u2' gebildet,»so daß sich ein Winkel zwischen Einfallsrichtung 4 und Bezugrichtung einstellt und angezeigt wird, der mit dem Einfallswinkel Af identisch ist.

Hiermit ist nachgewiesen, daß durch diese.Erfindung mit Hilfe von einfachsten und in der Schaltungstechnik geläufigen Schaltungsmitteln plötzlich ein "bisher grundlegendes Problem "bei der Anwendung der Gradientenpeiltechnik ausgeräumt ist, nämlich das Problem des systematischen Peilfehlers aufgrund von Verkettung verschiedener trigonometrischer Funktionen, die, wie bekanntlich durch eine mathematische Reihenentwicklung nachweisbar ist, infolge höherer räumlicher Harmonischer des Einfallswinkels normalerweise zu einer fehlerbehafteten Richtungsanzeige führt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche:

Schaltanordnung zur RichtungsbeStimmung empfangener Wellenenergie, insbesondere von Schallwellen, unter Verwendung eines Peilsystems, das zwei senkrecht zueinander angeordnete Dipolpaare aus Einzelempfängern aufweist, und einer Meßeinrichtung mit nachgeschalteter Peilanzeigeeinrichtung zum Darstellen der Einfallsrichtung der empfangenen Wellenenergie in der Ebene des Peilsystems, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Einzelempfänger (1a, 1b, 2a, und 3h) vor einer an sich bekannten Verknüpfung ihrer Empfangssignale in der Meßeinrichtung mit einer Verstärker-Schaltung (5) für konstante Amplituden ihrer Empfangssignale verbunden ist.
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker-Schaltungftt(5) Regelverstärker sind.
3.. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker-Schaltungen (5) symmetrische Begrenzer sind.
4. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Gradientenauswertung, dadurch gekennzeichnet,

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daß den Verstärker-Schaltungen' (5) je eines Dipolpaares je ein Differenzbildner (6) nachgeschaltet ist, die ausgangsseitig mit einer Peilanzeigeeinrichtung (Kathodenstrahlröhre 7) verbunden sind.
5· Schaltanordnung nach Anspruch 4- unter Ausnutzung eines zusätzlichen richtungsunabhängigen Empfangssignales, dadurch gekennzeichnet, daß auch das richtungsunabhängige Empfangssignal über eine 90°-Phasenschiet)erschaltung (9) einer Verstärker-Schaltung (5) für konstante Amplituden zugeführt ist.
6. Schaltanordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß je ein Korrelator (10) eingangsseitig an die Verstärker-Schaltung (5) des richtungsunabhängigen Empfangssignals einerseits und an eine der Verstärker-Schaltungen (5) der Einzelempfänger (1a, Tb, 2a, 2b) andererseits angeschlossen ist und den beiden Korrelatoren (10) je eines Dipolpaares ein Differenzbildner (6) nachgeschaltet ist.
7- Schaltanordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß je ein Differenzbildner (6) den Verstärker-Schaltungen (5) eines Dipolpaares nachgeschaltet ist und daß an die Verstärker-Schaltung (5) für das richtungsunabhängige Empfangssignal einer

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seits und an den Ausgang je eines Differenzbildners (6) andererseits ein Korrelator (10) angeschlossen ist, dem die Peilanzeigeeinrichtung (Kathodenstrahlröhre 7) nachgeschaltet ist.
8. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Phasenauswertung, dadurch gekennzeichnet, daß hinter jeweils den beiden Verstärker-Schaltungen (5) eines Dipolpaares und vor der Peilanzeigeeinrichtung (Kathodenstrahlröhre 7) ein Korrelator (10) zwischengeschaltet ist.
9. Schaltanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung zweier Dipolpaare aus insgesamt nur drei Einzelempfängern (2a, 1b, Rundumempfänger 3)> als Eckpunkten eines vorzugsweise rechtwinkligen Dreiecks, wobei der im Scheitelpunkt des rechten Winkels angeordnete Einzelempfänger als Rundumempfänger (3) mit jedem der anderen beiden Einzelempfänger (2a bzw. 1b) ein Dipolpaar bildet, eine der Verstärker-Schaltungen (5) eingangsseitig mit dem Rundumempfänger (3) und ausgangsseitig mit je einem ersten Eingang zweier Phasenmesser (13) verbunden ist und daß zwei weitere Verstärker-Schaltungen (5) eingangsseitig je mit einem der beiden anderen Einzelempfänger (1b, 2a), ausgangsseitig mit jeweils einem zweiten Eingang der Phasenmesser (13) zusammengeschaltet sind.

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