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"Verfahren zur Peilung periodisch wiederkehrender impuleförmiger
Signale Die Erfindung betrifft ein Verfahren zui Peilung periodisch wiederkehrender
impulsförmiger Signale unter Verwendung eines aus N, vorzugsweise in gleichem Abstand
zueinander auf einem Kreis oder Kreisbogen angeordneten Einzelantennen bestehenden
Antennensystems, wobei die Einzelantennen Jeweils einseitig gerichtete Diagramme,
deren Achsen v rzu sweise radial bezüglich des Antennenkreises liegen und UHL den
gleichen Winkel gegenüber diesen Richtungen gedreht sind, aufweisen und derart aufgestellt
sind, daß sich die Richtdiagramme benachbarter Antennen berühren oder teilweise
überlappen, bei dem die Antennenspannungen oder aus diesen gewonnenen Spannungen
vektoriell addiert werden, wobei die Richtungen der Einzelvektoren vom Platz der
Jeweils zugehörigen Einzelantenne bestimmt ist und der Peilwinkel aus der Richtung
des Summenvektors bezüglich einer Bezugsrichtung ermittelt wird.
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Aus der Deutschen Patentschrift 977 793 ist ein Verfahren zur Peilung
impulsförmiger Signale mit gegenüber dem Rauschen eines vorgegebenen Bandes, welches
im Bereich sehr hochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen unterscheidbarer
Amplitude liegt,beannt, das in der oben genannten Art arbeitet.
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Dabei werden,gemäß der genannten Patentschrift, die aus den Einzelantennen
gewonnenen impulsförmigen Signale getrennt gleichgerichtet und Jeweils in einem
Video-Verstärker verstärkt. Die Ausgangssignale der Video-Verstärker werden Jeweils
einem Speicherglied zugeführt, um für eine länger dauernde Verarbeitung zur Verfügung
zu stehen.
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Jedem Speicher ist eine von dessen gsspeichertem Signal angesteuerte
Modulationsstufe zugeordnet, der jeweils die Spannung eines Hilfßoqzillators zugeführt
wird. Dabei haben diese Oszillatorspannungen infolge zwischengeschalteter Phasenschieber
Jeweils unterschiedliche Phasenlagen zueinander, wobei diese Phasenverschiebungenvom
jeweiligen Antennenplatz von dem Kreisbogen abhängig sind. Die Ausgangsspannungen
aller Modulatoren werden einander überlagert. Es entsteht eine Vberlagerungsspannung,
deren Phasendifferenz gegenüber einer aus dem Hilfsoszillator abgeleiteten BezugBspannung
ein Maß für den Einfallswinkel der gepeilten Signale ist. Es wird demnach von dieser
Patentschrift ein Peilverfahren angegeben, bei dem die Spannungen von Einzel antennen,
die auf einem Kreisring angeordnet sind und RichtcharakteristiX haben, amplitudengetreu
vektoriell addiert werden, wobei die
Richtungen der Einzelvektoren
antennenplatzabhängig sind.
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Die Richtung des Summenvektors ist ein Maß für den Einfallswinkel.
Dieses Verfahren verlangt in der Ausführungsform nach DBP 977 793 allerdings eine
Anzahl von Verstärkerkanälen, die der Antennenanzahl entsprichtSund auserdem eine
entsprechende Anzahl von Gleichrichtern und Modulatoren. Der Aufwand, der getrieben
wird, ist somit recht beträchtlich.
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Ein anderes, in der D?-PS 1 811 232 beschriebenes Peilverfahren, arbeitet
ebenfalls mit mehreren, auf einem Kreisring angeordneten Einzelantennen und addiert
die Einzel ant ennensp annungen zu einer Summenspannung, deren Phasenlage in Bezug
auf die Phasenlage einer richtungsunabhängigen Spannung gleicher Frequenz ein Naß
für den Einfallswinkel einer anfallenden HF-Schwingung ist. Bei diesem Peilverfahren
haben die Einzelantennen Rundstrahlaharakteristik und die Einzelantennenspannungen
werden durch Zwischenschaltung von Phasenschiebern, die eine antennenplatzabhängige
Phasenverschiebung der jeweiligen Antemienspannung erzeugen, in der Phase gegeneinander
verschoben. Die Phasenschieber sind bei der Ausfiihrungsform gemäß dieser Patentschrift
in den Antennenzuleitungen angeordnet und die vektorielle Zusammenfassung der Antennenspannungen
erfolgt noch vor dem Eingang eines nachgeschalteten Peilempfängers. Bei diesem Verfahren
wird mithin
nur ein Verstärkerkanal benötigt, wenn man einmal von
dex Verstärkerkanal zur Gewinnung der Referenzspannung absieht. Dieses Verfahren
verlangt Jedoch Phasenschieber, die über einen sehr großen Frequenzbereich Jeweils
konstante Phasenverschiebungen erzeugen.
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Beide vorgenannten Peilverfahren wenden sich an die Peilung sehr kurzzeitig
einfallender Signale0 Dagegen ist das vorliegende Verfahren ein solches zur Peilung
periodisch wiederkehrender impulsförmiger Signale, das ohne diese periodische Wiederkehr
nicht arbeiten kann. Es kombiniert nämlich die vorteilhaften Eigenschaften der beiden
vorgenannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß die Antennenspannungen im Takt
der Impulswiederkehr der Nachricht oder einem ganzzahligen Vielfachen davon in an
sich bekannter Weise nacheinander abgetastet, in einem einzigen Verstärkerkanal
ggf. nach Frequenzumsetzung verstärkt, gleichgerichtet und in Speichern zwischengespeichert
werden, aus denen die abgespeicherten Werte für die vektorielle Addition nach Einlauf
des letzten Signals einer Bbtastfolge abgerufen werden0 Es wird demnach nur ein
einziger Verstärkerkanal nötig, wie er dem Verfahren nach DBP 1 811 323 eigen ist,
dabei vermeidet er die in diesem Patent vorgeschriebenen Phasenschieber, indem die
Riohtungsinformation der
Einzelvektoren geräteintern den abgespeicherten
Werten hinzugefügt werden. Zweckmäßigerweise erfolgt die vektorielle Addition der
Speicherinhalte mit Hilfe eines Rechners. Das erfindungsgemäße Verfahren hat dabei
den Vorteil, daß das Peilergebnis als Mittelwert über mehrere Abtastfolgen ermittelt
werden kann in der Weise, daß in den Speichern die aus den Antennenspannungen abgeleitoten
Größen mehrerer Abtastfolgen addiert werden können.
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Die zyklische Abtastung von Einzel antennen auf einem Kreisring und
Versterkung in einem einzigen Verstärkerkanal ist zwar für sich auch nicht unbekannt.
Z. B. arbeitet der Dopplelmeiler nach diesem Pr r. ; bein Dopplerpeiler ist diese
zyklische Abtastung jedoch Betriebsvoraussetzung, da durch den Abtastzyklus das
Summensignal eine Phasenmodulation erhält, die fjir die Richtungsbetrimmung herangezogen
wird.
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Zur Peilung sehr kurzzeitig einfallender Impulse, die nicht periodisch
wiederkehren, ist es auch bekannt, die Vielzahl von Verstärkerkanälen, wie sie das
nBP 977-793 beschreibt, zu vermeiden, indem die gleichzeitig gewonnenen Signale
gegeneinander zeitverzögert werden, z. B. unter Zwischenschaltung von Verzögerungsleitungen
und nacheinand ilber einen einzigen Verstärkerkanal geleitet werden.
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Diet'c; Verfahrens bedient sich z. B. die Monopuls-Technik.
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Die einzelnen
Signale, die dabei aus Richtantennen
stammen, also unterschiedliche Amplituden haben, werden dann zeitlich nacheinander
auf einem Oszillographenschirm dargestellt, wobei die Amplitudengrößen zueinander
und die zeitliche Lage in Bezug auf einen Zeitursprung ein Maß für den Einfallswinkel
ist. Aus den solcherart erzeugten Stützwerten läßt sich durch Integration auch eine
Hüllkurve erzeugen, deren Maximum seiner Lage nach auf dem Oszillographenschirm
die Einfallsrichtung erkennen läßt. Auch die Verwendung von Rechnern zur Ermittlung
des Peilergebnisses aus den Spannungen mehrerer Einzelantennen ist bereits bekannt,
z. B. aus der DT-S 1 2!FA :'5rC, Die Vorliegende Erfindung ist demnach in der günstigen
Kombination mehrerer bereits bekannter Einzelmerkmale zu sehen.
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Gegenüber dem Verfahren nach DBP 977 793 weist das erfindungegemäße
Verfahren den Vorteil auf, daß aufgrund der möglichen Verarbeitung der Speicherinhalte
mit einem Rechner zur Winkelberechnung nur diejenigen Speicher heranzu gezogeniwerden
brauchen, die durch die Antenne beaufschlagt wurden. Bei ungestörtem Empfang ist
die Maxinalzahl der Antennen, die beaufschlagt werden können, festgelegt durch die
Gesamtzahl der Antennen sowie durch die Bemessung ihre} Strahlungsdiagramme. Das
bedeutet, daß, wenn zusätzliche Speicher durch den Empfang eines Umwegsignals beaufschlagt
wurden,
dennoch der echte Peilwinkel festgestellt werden kann. Dies geschieht durch Eliminieren
des durch die ßtörung (Umwegsignal) verursachten Speicherinhalts aufgrund von Kriterien,
die sich aus der Antennengeometrie ergeben.
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Es besteht damit alternativ die Möglichkeit, einen als verfälscht
erkannten Peilwert bei Vorliegen genügend weiterer, ungestörter Peilwerte zu unterdrücken.
Der Abrand ist in beiden Pällen sehr gering, da der Rechner nach der routinemäßigen
Abfrage der Speicher die gewünschten Operationen leicht durchführen kann (Software).
Gleiches gilt in analoger Weise für Störungen, die durch ECM verursacht sind.
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Eine Sicherung des Peilwinkels ist in DBP 977 793 nicht vorgesehen
und wäre nur durch zusätzlichen apparativen Aufwand zu erreichen. Die Verwendung
eines digitalen Kleinrechners ermöglicht die Bildung des Summenvektors aus den einzelnen
Spannungsvektoren, deren Richtungen dem Rechner fest eingegeben sind, während in
DBP 977 793 die Genauigkeit der Richtungen dieser Einzelvektoren von der Stabilität
des Hilfsoszillators und der Phasenschieber abhängig ist. Diese Fehlerquelle kann
beim erfindungsgemäßen Verfahren von vornherein nicht auftreten.
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Das erfindungsgemäße Peilverfahren sei anhand der Zeichein Beispiel
für nungen, in denen u. a. auchVeine Einrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens
wiedergegeben ist, näher erläutert.
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Die Figur 1a zeigt den ebenen Einfall einer Welle unter dem Azimutwinkel
a, um den die Einfallsrichtung aus der Bezugsrichtung von ()° verdreht ist. Diese
Welle werde von einem Antennensyrtem aufgenommen, das bei dem AuFführungsbeispiel
nach Figur Ib aus N = 8 gleichmäßig auf einem Kreis angeordneten Einzelantennen
besteht, die Richtdiagramme aufweisen, die sich gegenseitig berühren. Entsprechend
dieser Richtdiagramme erzeugt der Welleneinfall in den Einzelantennen~unterschiedlich
große Amplituden, die bei der Antenne auf dem Platz 1 mit a1, bei der Antenne auf
dem Platz 2 mit a2 und bei der Antenne auf dem Platz 8 mit a8 bezeichnet sind. Aufgrund
ihrer Richtwirkungen werden in den Antennen auf den Plätzen 3 bis 7 keine Antennensp
nungen erzeugt.
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Aus den Einzelantennenspannungen a1 a2 und a8 ist nun wie bei dem
aus dem DBP 977 793 bekannten Verfahren ein Summen vektor zu bilden. Zu diesem Zweck
muß die jeweilige Einzelantennenspannung in einen Vektor umgewandelt werden, dessen
jeweilige Richtung vom jeweiligen Antennenplatz im Bezugssystem abhängig ist. Die
Richtungen, die diese Vektoren hnben müssen, werden in dem Vektordiagramm nach Figur
2a dargestellt. Unter diesen Richtungen werden die Einzelvektoren amplitudengetreu
vektoriell addiert, wie dies die Figur 2b zeigt, so daß man einen Summenvektor an
erhält, dessen Richtung in Bezug auf die Bezugsrichtung Oo die Peilrichtung ist.
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Das erfindungsgemäße Peilverfahren wird mit einer Anordnung durchgeführt,
wie sie beispielsweise in Figur 3a wiedergegeben ist. Die Antennenspannungen der
acht Einzelantennen werden nacheinander mit Hilfe eines Schalters S1 auf einen Verstärkerkanal
E1 geschaltet. Die Verstärkung dieses Verstärkerkanals wird fest eingestellt, wobei
die absolute Größe der Verstärkung von der Antennenspannung bestimmt wird, die aus
einer richtungsunabhängigen Antenne geliefert wird, und zwar wird mit den ersten
Impulsen des zu peilenden Signals, die über die Empfangsantenne AH an den dieser
Antenne nachgeschalteten Verstärker E2 gelangen, die Verstärkung des Verstärkerkanals
Ei in denjenigen Bereich der Verstnrkerkennlinie geregelt, in dem sowohl das größte
als auch das kleinste aufgrund der gewünschten PeiL-genauigkeit noch erforderliche
Signal linear verstärkt werden. Dieser eingestellte Verstärkungsgrad wird für mindestens
einen Umlauf des Schalters S1 konstant gehalten. Ist die Verstärkung eingeregelt,
so gibt der Verstärker E2 den Signalweg Peilantenne Ap-Schalter S1-Empfänger E1-Schalter
1>2-Speicherglied SP frei für einen empfangenen Impuls. Ebenso wie die verschiedenen
Antennen an den einzigen Verstärkerkanal E1 angeschaltet wurden, sind nämlich die
Ausgangsspannungen des Verstärkers über einen entsprechenden Schalter S2 auf die
Speicherglieder SP zu verteilen, wobei jedem Antennenplatz ein entsprechendes Speicherglied
zugeordnet ist. Es versteht sich voqselbst, daß die Schalter S1 und S2 miteinander
synchron laufen müssen.
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Nachdem die Schalter die Stellung 8 erreicht haben, springen sie in
die Stellung 1 zurück.
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Ist die Anzahl der Impulse pro ausgesendeteii Impuls zug bekannt,
so können die Schalter S1 und S2 mehrere vollständige Umläufe durchführen, wobei
sich die den Antennenspannungen entsprechenden Gleichspannungswerte an an den Speichergliedern
aufsummieren. Hierdurch erreicht man eine Genauigkeitsverbesserung der Peilung durch
Mittelung. Nach dem Ende des Impulsuges bzw. der Impuls züge beginnt die analog-digitale
Wandlung der Spannungswerte mit N (im vorliegenden Pall 8) Analog/Digital-Wandlern.
Diese sind ili der Figur 3a mit AD bezeichnet. Die Analog/Digital-Wandlung kann
aber auch von einem einzigen Analog/Digital-Wandler durchgeführt werden, der nacheinander
auf die Speicher geschaltet wird. Ist die Analog/Digital-Wandlung abgeschlossen,
werden die Speicher gelöscht. Die digitalen Speicherwerte werden in den Rechner
übernommen, der in der Figur 3* mit R bezeichnet ist, und der Peilwinkel a errechnet
nach der Formel;
wobei an die in den Speichergliedern gespeicherten digital gewandelten Spannungswefte
darstellen.
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Ist die Anzahl der Impulse pro zu empfangendem Impuls zug unbekannt,
sb erfolgt die knalogfDigital-Wandlung der Speicherwerte und die anschließende Löschung
der Speicher
zweckmäßigerweise sofort nach abgeschlossener Beaufschlagung
des Jeweiligen Speichergliedes. Der Rechner übernimmt die digitalen Speicherwerte
und führt die Summation nach mehrmaligem Umlauf der Speicher S1 und S2 digital durch.
Die Forderung nach Vollständigkeit der Schalterumläufe wird hier nicht mehr erhoben,
da der Rechner die Werte, die aus einem nicht abgeschlossenen Schalterumlauf stammen,
eliminieren kann. Sie bleiben für die Errechnung des Peilwinkels dann unberücksichtigt.