DE2202517C3 - Verfahren zur Peilung periodisch wiederkehrender impulsförmiger Signale - Google Patents

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 impulsförmigen 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 Verfugung zu stehen. Jedem Speicher ist eine von 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 Oberlagerungsspanniing, 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

jo 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 11 232 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 Eimelantennen Rundstrahl-Charakteristik und die Einzelantennenspannungen werden durch

>o 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 erfindungsgemäö 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 11323 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 Ab'.astfolgen ermittelt werden kann in der Weise, daß in den Speichern die aus den Antennenspannungen 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 Einfalbwinkel 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 Psilergebnisses aus den Spannungen mehrerer Einzelantennen ist bereits bekannt, z. B. aus der DE-PS 12 48 754. Die vorliegende Erfindung ist demnach in der günstigen Kombination mehrerer bereits bekannter Einzelmerkmate zu sehen.

Gegenüber dem Verfahren nach DE-PS 9 77 793 weist das erfindungsgemäße Verfahren den Verteil 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 Strahlungsdiagramme. Das bedeutet, daß, wenn zusätzliche Speicher durch den Empfang eines Umwegsignals beaufschlagt wurden, dennoch dor ecjite Peilwinkel festgestellt werden kann. Dies 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 unterdrük-

in ken. 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 ermöglicht die Bildung des Summenvektors aus den einzelnen Spannungsvektoren, deren Richtungen dem Rechner fti?. eingegeben sind, während in DE-PS 9 77 793 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.

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

jo Die Fig. la zeigt den ebenen Einfall einer Welle unter dem Azimutwinkel λ, 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 Einzeiantennen unterschiedlich große Amplituden, die bei der Antenne auf dem Platz 1 mit a\, 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.

4$ Aus den Einzelantennenspannungen a\, a₂ und ag 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 nach Fig.2a dargestellt. Unter diesen Richtungen werden die Einzelvektoren amplitudengetreu vektoriell addiert, wie dies die Fig.2b zeigt, so daß man einen Summenvektor a„ erhält, dessen Richtung in bezug auf die Bezugsrichtung 0° die Peilrichtung ist.

Das erfindungsgemäße Peilvarfahren wird mit einer Anordnung durchgeführt, wie sie beispielsweise in

bö F i g. 3 wiedergegeben ist. Die Antennenspannungen der acht Einzelantennen werden nacheinander mit Hilfe eines Schalters 51 auf einen Verstärkerkanal E, geschaltet. Die Verstärkung dieses Verstärkerkanals wird fest eingcste'lt, wobei die absolute Größe der Verstärkung von der Ar.tennenspannung bestimmt wird, die aus einer richtungsunabhängigen Antenne An 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 E₂ den Signalweg Peilantenne Ar — Schalter 51 — Empfänger f, — Schalter 52 — Speicherglied SP frei fiii einen empfangenen Impuls. Ebenso wie die verschiedenen Antennen an den einzigen Verstärkerkanal E, angeschaltet wurden, sind nämlich die Ausgangsspannungen des Verstärkers über einen entsprechenden Schalter 52 auf die Speicherglieder SP zu verteilen, wobei jedem Antennenplatz ein entsprechendes Speicherglied zugeordnet ist. Er, versieht sich vor; 'c!b'! daß die Schalter 51 und 52 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 Impulszug bekannt, so können die Schalter 5 1 und 52 mehrere vollständige Umläufe durchführen, wobei sich die den Antennenspannungen entsprechenden Gleichspannungswerte ,?„ an den Speichergliedern aufsummieren. Hierdurch erreicht man eine Genauigkeitsverbesserung der Peilung durch Mittelung. Nach dem Ende des Impulszuges bzw. der Impiilszüge bcginni die analogdi

gitale Wandlung der Spannungswerte mit N (im vorliegenden Fall 8) Analog/Digital-Wandlern. Diese sind in der Fig. 3 mit ADbezeichnet. Die Analog/Digital-Wandlung kann aber auch von einem einzigen Analog/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 Peilwinkel i\ errechnet nach der Formel

\ — arc tiin

2 (tit - (h) + I 2Ui₂ 4

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wobei .)„ die in den Speichergliedern gespeicherten digital gewandelten Spannungswertc darstellen.

Ist die Anzahl der Impulse pro zu empfangendem

se erfcl"! die

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 5 I und 52 digital durch. Die Forderung nach Vollständigkeit der Schalteruniläufe wird hier nicht mehr erhoben, da der Rechner die Werte, die aus ,^;nem nicht abgeschlossenen Schalterumlauf stammen, eliminieren kann. Sie bleiben für die Errechnung des Peilwinkels dann unberücksichtigt.

Hierzu 3 BIaIt Zeichnun»en

Claims (4)

1. Patentansprüche;

   U 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, dadurch gekennzeichnet, 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.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vektorielle Ad. "ition der Speicherinhalte mit Hilfe eines Rechners durchgeführt wird.
3. 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 Antennenspannungen abgeleiteten Größen mehrerer Abtastfolgen addiert werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitigem Einfall zweier Wellen aus verschiedenen Richtungen eine fehlerhafte Messung durch logische Entscheidungen des Rechners erkannt und gegebenenfalls unterdrückt wird.