DE2202517B2

DE2202517B2 - Verfahren zur Peilung periodisch wiederkehrender impulsförmiger Signale

Info

Publication number: DE2202517B2
Application number: DE19722202517
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 7910 Neu-Ulm Michaelis; Kurt Dipl.-Ing. 7913 Senden Schieder; Friedrich Dipl.-Ing. 7900 Ulm Scholtz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1972-01-20
Filing date: 1972-01-20
Publication date: 1979-11-22
Also published as: DE2202517C3; DE2202517A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur 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 radial bezüglich des Antennenkreises liegen und vorzugsweise um 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.

Aus der deutschen Patentschrift 9 77 793 ist ein Verfahren zur Peilung impulsförmiger Signale mit gegenüber dem Rauschen eines vorgegebenen Bandes, welches im Bereich sehr hochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen liegt, unterscheidbarer Amplitude bekannt, das in der obengenannten Art arbeitet Dabei werden, gemäß der genannten Patentschrift, die aus den Einzelantennen gewonnenen impulsförmiger Signale

ίο 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. Jedem Speicher ist eine von

is dessen gespeichertem Signal angesteuerte Modulationsstufe zugeordnet der jeweils die Spannung eines Hilfsoszillators zugeführt wird. Dabei haben diese Oszillatorspannungen infolge zwischengeschalteter Phasenschieber jeweils unterschiedliche Phasenlagen zueinander, wobei diese Phasenverschiebungen vom jeweiligen Antennenplatz von dem Kreisbogen abhängig sind. Die Ausgangsspannungen aller Modulatoren werden einander überlagert. Es entsteht eine Überlagerungsspannung, deren Phasendifferenz gegenüber einer aus dem Hilfsoszillator abgeleiteten Bezugsspannung ein Maß für den Einfallswinkel der gepeilten Signale ist. Es wird demnach von dieser Patentschrift ein Peilverfahren angegeben, bei dem die Spannungen von Einzelantennen, die auf einem Kreisring angeordnet sind und Richtcharakteristik haben, amplitudengetreu vektoriell addiert werden, wobei die Richtungen der Einzelvektoren antennenplatzabhängig sind. Die Richtung des Summenvektors ist ein Maß für den Einfallswinkel. Dieses Verfahren verlangt in der Ausführungsform nach DE-PS 9 77 793 allerdings eine Anzahl von Verstärkerkanälen, die der Antennenanzahl entspricht, und außerdem eine entsprechende Anzahl von Gleichrichtern und Modulatoren. Der Aufwand, der getrieben wird, ist somit recht beträchtlich.

Ein anderes, in der DE-PS 18 il 232 beschriebenes Peilverfahren, arbeitet ebenfalls mit mehreren, auf einem Kreisring angeordneten Einzelantennen und addiert die Einzelantennenspannungen zu einer Summenspannung, deren Phasenlage in bezug auf die Phasenlage einer richtungsunabhängigen Spannung gleicher Frequenz ein Maß für den Einfallswinkel einer anfallenden HF-Schwingung ist. Bei diesem Peilverfahren haben die Einzelantennen Rundstrahl-Charakteristik und die Einzr.lantennenspannungen werden durch Zwischenschaltung von Phasenschiebern, die eine antennenplatzabhängige Phasenverschiebung der jeweiligen Antennenspannung erzeugen, in der Phase gegeneinander verschoben. Die Phasenschieber sind bei der Ausführungsform 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 dem Verstärkerkanal zur Gewinnung der Referenzspannung absieht. Dieses Verfahren verlangt jedoch Phasenschieber, die über einen sehr großen Frequenzbereich jeweils konstante Phasenverschiebungen erzeugen.

Beide vorgenannten Peilverfahren wenden sich an die Peilung sehr kurzzeitig einfallender Signale. 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 Abtastfolge abgerufen werden.

Es wird demnach nur ein einziger Verstärkerkanal nötig, wie er dem Verfahren nach DE-PS 18 11 323 eigen ist, dabei vermeidet er die in diesem Patent vorgeschriebenen Phasenschieber, indem die Richtungsinformation 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 Antennenspannunge» abgeleiteten Größen mehrerer Abtastfolgen addiert werden können.

Die zyklische Abtastung von Einzelantennen auf einem Kreisring und Verstärkung in einem einzigen Verstärkerkanal ist zwar für sich auch nicht unbekannt. Zum Beispiel arbeitet der Dopplerpeiler nach diesem Prinzip. Beim Dopplerpeiler ist diese zyklische Abtastung jedoch Betriebsvoraussetzung, da durch den Abtastzyklus das Summensignal eine Phasenmodulation erhält, die für die Richtungsbestimmung herangezogen wird.

Zur Peilung sehr kurzzeitig einfallender Impulse, die nicht periodisch wiederkehren, ist es auch bekannt, die Vielzahl von Verstärkerkanälen, wie sie die DE-PS 9 77 793 beschreibt, zu vermeiden, indem die gleichzeitig gewonnenen Signale gegeneinander zeitverzögert werden, z. B. unter Zwischenschaltung von Verzögerungsleitungen und nacheinander über einen einzigen Verstärkerkanal geleitet werden. Dieses Verfahrens bedient sich z. B. die Monopuls-Technik. 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 DE-PS 12 48 754. Die vorliegende Erfindung ist demnach in der günstiger. Kombination mehrerer bereits bekannter Einzelmerkmale zu sehen.

Gegenüber dem Verfahren nach DE-PS 9 77 793 weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, daß aufgrund der möglichen Verarbeitung der Speicherinhalte mit einem Rechner zur Winkelberechnung nur diejenigen Speicher herangezogen zu werden brauchen, die durch die Antenne beaufschlagt wurden. Bei ungestörtem Empfang ist die Maximalzahl der Antennen, die beaufschlagt werden können, festgelegt durch die Gesamtzahl der Antennen sowie durch die Bemessung ihrer Strahiungsdiagramme. Das bedeutet,

daß, wenn zusätzliche Speicher durch den Empfang eines Umwegsignals beaufschlagt wurden, dennoch der echte Peilwinkel festgestellt werden kann. Dios geschieht durch Eliminieren des durch die Störung (Umwegsignal) verursachten Speicherinhalts aufgrund von Kriterien, die sich aus der Antennengeometrie ergeben. Es besteht damit alternativ die Möglichkeit, einen als verfälscht erkannten Peilwert bei Vorliegen genügend weiterer, ungestörter Peilwerte zu unterdrükken. Der Aufwand ist in beiden Fällen 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.

Eine Sicherung des Peilwinkels ist in DE-PS 9 77 793 nicht vorgesehen und wäre nur durch zusätzlichen apparativen Aufwand zu erreichen. Die Verwendung eines digitalen Kleinrechners ermögficht die Bildung des Summenvektors aus den einzelnen Spannungsvektoren, deren Richtungen dem Rechner fest eingegeben sind, während in DE-PS 9 77 793 dr Genauigkeit der Kichtungen dieser Einzeivektoren von e'er Stabilität des Hilfsoszillators und der Phasenschieber abhängig ist. Diese Fehlerquelle kann beim erfindungsgemäßen Verfahren von vornherein nicht auftreten.

Dar- erfindungsgemäße Peilverfahren sei anhand der Zeichnungen, in denen u. a. auch ein Beispiel für eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens wiedergegeben ist, näher erläutert.

Die Fig. la zeigt den ebenen Ei.ifall einer Welle unter dem Azimutwinkel α, um den die Einfallsrichtung aus der Bezugsrichtung von 0° verdreht ist. Diese Welle werde von einem Antennensystem aufgenommen, das bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. Ib aus Λ/=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 ;:ei der Antenne auf dem Platz I mit ai, bei der Antenne auf dem Platz 2 mit a? 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 Antennenspannungen erzeugt.

Aus den Einzelantennenspannungen a., a₂ und <i_a ist nun wie bei dem aus der DE-PS 9 77 793 bekannten Verfahren ein Summenvektor 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 haben müssen, werden in dem Vektordiagramm mich Fig. 2a dargestellt. Unter diesen Richtungen werden cMe Cifzelvektoren amplitudengetreu vektoriell addiert, wie dies die F i g. 2b zeigt, so daß man einen Summenvektor a„ erhält, dessen Richtung h bezug auf die Bezugsrichtung 0° die Peilrichtung ist.

Das erfindungsgemäße Peilverfahren wird mit einer Anordnung durchgeführt, wie sie beispielsweise in F i g. 3 wiedergegeben ist. Die Antennenspannungen der acht Einzelantennen werden nacheinander mit Hilfe eines Schalters 51 auf einen Verstärkerl.anal E₁ geschaltet. Die Verstärkung dieses Verstärkerkanab wird fest eingestellt, wobei die absolute Größe der Verstärkung von der Antennenspannung bestimmt wird, die aus einer richtungsunabhängigen Antenne A_H geliefert wird, und zwar wird mit den ersten Impulsen des zu peilenden Signals, die über die Empfangsantenne

An an den dieser Antenne nachgeschalteten Verstärker E₂ gelangen, die Verstärkung des Verstärkerkanals E\ in denjenigen Bereich der Verstärkerkennlinie geregelt, in dem sowohl das größte als auch das kleinste aufgrund der gewünschten Peilgenauigkeit noch erforderliche -, Signal linear verstärkt werden. Dieser eingestellte Verstärkungsgrad wird für mindestens einen Umlauf des Schalters 51 konstant gehalten. Ist die Verstärkung eingeregelt, so gibt der Verstärker Et den Signalweg Peilantenne Ap — Schalter 51 — Empfänger Ei — m Schalter 52 — Speichergüed SP frei für einen empfangenen Impuls. Ebenso wie die verschiedenen Antennen an den einzigen Verstärkerkanal F.\ angeschaltet wurden, sind nämlich die Ausgangsspannungen des Verstärkers über einen entsprechenden Schalter 5 2 ι , auf die Speicherglieder SP zu verteilen, wobei jedem Antennenplatz ein entsprechendes Speichergüed zugitale Wandlung der Spannungswerte mit N (im vorliegenden Fall 8) Analog/Digital-Wandlern. Diese sind in der F i g. 3 mit A D bezeichnet. Die Analog/Digital-Wandlung kann aber auch von einem einzigen Anale^/Digital-Wandler durchgeführt werden, der nacheinander auf die /V-Speicher geschaltet wird. Ist die Analog/Digital-Wandlung abgeschlossen, werden die Speicher gelöscht. Die digitalen Speicherwerte werden in den Rechner übernommen, der in der F i g. 3 mit R bezeichnet ist. und der Pcilwinkel \ errechnet nach der Formel

arc lan

2 (ι/.ι ti-) ( ; 2 l(/_: 1 (Z₁ H₁, tin) 2 1'J₁ <(,) I , 2 {th tu ti,, t (J*)

wobei ,)„ die in den Speichcrgliedern gespeicherten digital gewandelten Spannungswerte thirstellen.

Ist die Anzahl der Impulse pro zu empfangendem

opnrHnpf

r>r{n\ut Hip Λ nalno/Fiiirit al.

5 1 und 5 2 miteinander synchron laufen müssen.

Nachdem die Schalter die Stellung 8 erreicht haben, springen sie in die Stellung 1 zurück.

Ist die Anzahl der Impulse pro ausgesendetem Impuls/ug bekannt, so können die Schalter 51 und 52 mehrere vollständige Umläufe durchführen, wobei sich die den Antennenspannungen entsprechenden Gleichspannungswerte <)„an den Speichergliedern aufsummieren. Hierdurch erreich; man eine Genauigkeitsverbesserung der Peilung durch Mittelung. Nach dem Ende des Impiils/uges bzw. der linpulszüge beginnt die analogdi-Wandlung der .Speicherwerte und die anschließende Löschung der Speicher /weckmäßigerweise sofort nach abgeschlossener Beaufschlagung des jeweiligen Speichergliedes. Der Rechner übernimmt die digitalen Speicherwertc und führt die Summation nach mehrmaligem I mlaiif der Speicher 51 und 5 2 digital durch. Die Forderung nach Vollständigkeit der Schalterumläufe wird hier nicht mehr erhoben, da der Rechner die Werte, die ai·" einem nicht abgeschlossenen .Schalterumlauf stammen, eliminieren kann. Sie bleiben für die Errechnung des Peilwinkels dann unberücksichtigt.

Hierzu 3 Hkitt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Peilung periodisch wiederkehrender impulsförmiger Signale unter Verwendung eines aus N, vorzugsweise in gleichem Abstand zueinander auf einem Kreis oder Kreisbogen angeordneten Einzelantennen bestehenden Anl:ennensystems, wobei die Einzelantennen jeweils einseitig gerichtete Diagramme, deren Achsen radial bezüglich des Antennenkreises liegen und vorzugsweise um 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenspannungen im Takt der Impuiswiederkehr 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 Abtastfolge abgerufen werden.

2. Verfahren nach Anspn-.h 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vekto-ielle Addition der Speicherinhalte mit Hilfe eines Rechnet; lurchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Peilergebnis als Mittelwert über mehrere Abtastfolgen ermittelt wird in der Weise, daß in den Speichern die aus den Antennenspanr.iungen abgeleiteten Größen mehrerer Abtastfolgen addiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitigem Einfull zweier Wellen aus verschiedenen Richtungen eine fehlerhafte Messung durch logische Entscheidungen des Rechners erkannt und gegebenenfalls unterdrückt wird.