DE2249386A1

DE2249386A1 - Positions-ortungsanordnung

Info

Publication number: DE2249386A1
Application number: DE2249386A
Authority: DE
Inventors: Thomas Raymond Blakemore
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1971-10-08
Filing date: 1972-10-09
Publication date: 1973-04-26
Also published as: DE2249386C3; FR2156188B1; DE2249386B2; US3852753A; NL7213604A; FR2156188A1; GB1347309A

Description

!t ο s i t i on s - 0 r t ung s ano r dnung

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Positions-Lokalisierungs-. anordnung und betrifft insbesondere eine Positions-Ortungsanordnung, die vor₀esehen ist, die Position einer" quelle oder einer virtuellen Quelle von Hochfrequenzstrahlung zu lokalisieren bzw. festzustellen bzw. aufzufinden bzw. zu orten.

Bekanntlich können Hichtstrahlfeider, die in solchen Positions-Lokalisierungsanordnungen benutzt werden, aus einer erforderlichen Anzahl von Elementarantennen oder aus einer -geringeren Anzahl von Elementarantennen bestehen, die so miteinander verschaltet sind, daß die tatsächlich erforderliche Anzahl von Elementantennen bzw. El ein ent ar antennen zusammengesetzt ist. Die Begriffe "Anordnung von Antennen" (array of aerials) bzw. "PeId von Strahlern" und "Antennen bzw. Strahler^8t (aerials) uiüfaßt im folgenden solche zusammengesetzten (synthesised)

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Anordnungen büv;. ü'elder und Antennen bzw. Strahler.

Ein bekannter Typ einer Positions-Lokalisiei'ungnanoi'dnunj, im folgenden Pooitions-ürtungsaiiordnung genannt, umfaßt eine Anordnung von Antennen, tut: so angeordnet ist, daß sie von der (quelle, deren Position zu orten ist, ausgehende Strahlung empfängt. Die Position der Quelle wird bestimmt, indem die relativen Phasen der Signale gemessen werden, 'die von jeder' der Antennen in aer Anordnung bzw. dem Jj'eld empfangen werden. Bei bekannten Anordnungen v/erden die von den Antennen des !h'eldes empfangenen Signale auf einarid ei'folg end au einer "'Si gn al Verarbeitung ßeinrichtung geschaltet, so daß die 'Phaseninf oxidation von aufeinanderfolgenden Anteilen der dux-ch das Antennenfeld bzw. Richtstrohlfeld eLipfangencn Wellenforiu £ibgeleitet wird.

Um genaue Ergebnisse mit einer solchen Anordnung zu erhalten,, ist es wesentlich, daß die durch das Bichtstrahlfeld eupiungene Velleni'oim für zumindest di€; Zeitdauer kohärent ist, während welcher die aufeinanderfolgenden Abschnitte der Wellenform, von der die Phaseninforniation abgeleitet wird, von dem Hiebt-

strahlfeld empfangen wird. !Folglich muß der die Wellenformter

zeugende Signalgenerator ein Kohärent-Signal-G-enerator sein. Solche Generatoren sind aufwendig und teuer und das Erfordernis für solche Oszillatoren stellt einen Hachteil dar.

Erfindungsgeinäß ist eine Positions-Ortungsanordnung vorgesehen, bei welcher der obige Nachteil beseitigt bzw. verringert ist.

Erfindungsgeiaäß ist eine Positions-Ortungsanordnung des i'yps, bei dem die Position einer Quelle oder einer virtuellen Quelle von Hochfrequenzstrahlung von von der Quelle oder virtuellen Quelle empfangenen Signalen durch ein tfeld von Strahlern bzw. eine Anordnung von Antennen bestimmt wird, geeignet, die durch jede der Antennen empfangenen Signale abzutasten bzw. von diesen Proben zu entnehmen (to sample the signals), wobei die

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entnommenen Proben (samples) die Signale sind, die von jeder der Antennen während einer vorbestimmten Abtast-Zeitdauer empfangen worden sind.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die von den durch jede Antenne empfangenen Signalen abgeleiteten Signale durch einen Modulator zu einem-.separaten Eingang einer Verzögerungseinrichtung geführt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß im Betrieb alle Modulatoren für eine vorbestimmte Zeitdauer simultan bzw. gleichzeitig leitend gemacht werden; dabei ist die durch die Verzögerungseinrichtung aufgeprägte Verzögerung derart vorgesehen, daß der Ausgang der Verzögerungseinrichtung ein Informationssignal umfaßt, das durch die Signale gebildet ist, die von den Modulatoren, während sie leitend sind, hindurchgelassen worden sind, welche aufeinanderfolgend angeordnet sind. ,

Bevorzugt ist die Verzögerungseinrichtung eine Verzögerungsleitung bzw. Laufzeitkette.

Vorteilhafterweise ist die Laufzeitkette mit einer Vielzahl von Eingängen vorgesehen, die entlang deren Länge mit Abstand angeordnet sind, wobei der Zwischenraum bzw. Abstand so vorgesehen ist, daß die durch den zwischen zwei benachbarten Eingängen gelegenen Leitungsabschnitt bzw. kettenabschnitt einteilte Verzögerung nicht geringer bzw. kürzer als die vorbestimmte Abtast-Zeitperiode bzw. -Zeitdauer ist.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden Signale, die von den durch jede Antenne empfangenen Signalen abgeleitet sind, . urch eine separate Verzögerungseinrichtung zu einem separaten Modulator geführt, wobei die Verzögerungseinrichtungen jeweils eine andere Verzögerung aufprägen und die Anordnung so getroffen ist, daß im Betrieb jeder der Modulatoren j; einer .sei ta für eine vorbeotimmte Zeitdauer leitend

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gemacht wird, um ein Informationssignal vorzusehen, das von den Signalen abgeleitet ist, die von jeder der Antennen während, einer gewissen bzw. bestimmten vorbestimmten Zeitdauer empfangen worden sind.

Bevorzugt werden die von den durch jede Antenne empfangenen Signalen abgeleiteten Signale erzeugt, indem die durch jede Antenne empfangenen Signale mit Signalen überlagert werden," <Jie durch einen lokalen Oszillator- bzw. Empfangeroszillator bzw. überlagerungsoszillator erzeugt werden, die von einer Antenne empfangenen überlagerten Signale mit einer Bezugsfrequenz additiv gemischt werden und das resultierende Signal mit den dirch jede der Antennen empfangenen überlagerten Signale subtraktiv gemischt wird.

Vorteilhafterweise sind Mittel vorgesehen für das Bestimmen dor Frequenz des Informationssignals. Die Frequenz des Informationssignals kann durch/TTulldurchgang-Zähler und eine Einrichtung bestimmt werden, die die Zeit zwischen dem ersten und letzten HuIldurchgang des Signals zählt. Alternativ kann das Signal,zu einer Gruppe von Bandpassfiltern geführt werden, deren Bänder auf verschiedene Frequenzen zentriert sind.

Vorteilhafterweise können Mittel vorgesehen sein für ein Versetzen bzw. Verschieben jeder vorbestimmten Abtast-Zeitdauer in einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Abtast-ij€,itperioden in der Weise, daß ein Takt eines Zyklus (a beat of one cycle) über die Zeitdauer erhalten wird, die durch die Anzahl von aufeinanderfolgenden Abtast-Zeitdauern besetzt ist.

Die Erfindung -wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zexgt:

Fig. 1 ein schematisciies Blockschaltbild einer l'u Ortungi.::anordnung geuiäii eier Erfindung,

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Fig. 2 ein mehr ins Einzelne gehendes Blockschaltbild eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Anordnung," /

Fig. 3 eine schematische Figur, in" welcher die Position von verschiedenen geraden Zahlen einer erfindungsgemäßen, in Benutzung befindlichen Positions-Ortungsanordnung dargestellt, sind,

¹Ig. 4 eine schematische Darstellung von erläuternden Wellen formen,

S¹Ig. 5 ein detailliertes Blockschaltbild einer alternativen Ausführungsform des in i'ig. 2 dargestellten Teils der Anordnung und

Pig. 6 eine Modifikation, die bei der in Pig. 2 gezeigten Anordnung angewendet werden kann.

In Fig. 1 ist eine Positions-Ortungsanordnung in Blockschaltbildform dargestellt. Ein Hochfrequenz-Sender (radio transmitter) bzw. Hochfrequenzübertrager bzw. Funksender 1 ist mit seinem Strahler bzw. seiner Antenne 2 an einem festen Bodenort vorgesehen. Ein Hochfrequenzempfänger bzw. Funkempfanger 3 mit einem Strahler bzw. einer Antenne 4, einer Anzeigeeinrichtung 12, einer Kode-Analysiereinrichtung 5 ^un<ä einem weiteren Hochfrequenzübertrager bzw. Funksender 6 mit einer Antenne 7 werden von einem Flugzeug bzxu. einem Fluggerät getragen, dessen Position zu lokalisieren bzw. aufzufinden bzw. zu orten ist. Eine Anordnung bzw. ein Feld von Empfangsantennen 8 ist an dem gleichen Ort wie der Sender angeordnet und der Ausgang von ,jeder der Antennen 8 ist mit einer individuellen Frequenzumsetzereinheit 9 verbunden. Ein Eüipfangsoszillato.r bzw. Überlagerungsoszillator 10 ist ebenfalls mit jeder Frequenzumsetzereinheit 9 verbunden» Die Ausgänge der Frequenzumsetzereinheit sind jeweils zu einer Phasen-

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front-Analysiereinrichtung geführt, die durch einen Kasten 11 dargestellt ist. Die Phasenfront-Analysiereinrichtung wird später im einzelnen erläutert. Der Ausgang der Analysiereinrichtung 11 ist zu einer Verarbeitungseinheit 13 geführt, deren Ausgang zu dem Sender 1 geführt ist. Wenn das Fluggerät bzw. flugzeug sich dem Ort des Senders i nähert und wenn der Pilot es wünscht, von seiner Position relativ zu dem Antennenfeld 8 informiert zu werden, wird die von dem !Flugzeug getragene Aus-* rüstung mit Energie versorgt. Der Sender 1 überträgt kodierte Signale durch die Antenne 2 und diese kodierten Signale werden durch die an dem Flugzeug angebrachte Antenne 4 empfangen und zu dem Empfänger 3 geführt. Der Ausgang des Bapfangers 3 wird zu einem Kode-Analysator 5 geführt, der die empfangenen Signale analysiert, bis ein individuell für das besondere Flugzeug vorgesehenes kodiertes Signal empfangen wird. Der Kode-Analysator ist geeignet, dieses besondere kodierte Signal zu "erkennen" und wenn dieses Signal empfangen wird, aktiviert der Kode-Analysator den Sender 6, der dann ein C.W.Signal durch die Antenne 7 für eine vorbestimmte Zeitdauer sendet.

Das von dem Sender 6 ausgesendete G.W.Signal wird von den Antennen 8 des auf dem Boden angeordneten HichtStrahlfeldes empfangen. Die Phasen des von den verschiedenen Antennen 8 empfangenen C.W. hängen ab von der Richtung, aus welcher sich die Wellenfronten des C.W· dem Richtstrahlfeld nähern, und somit von der Richtung des Flugzeuges relativ zu der Achse des Feldes. Die von jeder Antenne empfangenen Signale werden zu einem separaten Umsetzer der Frequenzumsetzer 9 geführt, die mit Signalen von dem Empfangsoszillator bzw. Überlagerungsoszillator 10 versorgt werden. Die Ausgänge der Frequenzumsetzer 9 werden jeweils zu einem Phasenfront-Analysator 11 geführt, der die Signale analysiert, um ein Signal zu erzeugen, das für die Richtung des Flugzeuges relativ zu der Achse des Richtstrahlfeldes 8 repräsentativ ist. Dieses Signal wird dann verarbeitet, um die Position des Flugzeuges 'üb-.uleiten

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bzw, festzustellen, und die erforderliche Information wird durch den Sender 1 zu dem Empfänger 3 für eine nachfolgende Anzeige auf der Anzeigeeinrichtung" 12 übertragen.

Es ist nur eine Reihe yon Antennen 8 aus Gründen der Klarheit dargestellt worden, jedoch werden in der Praxis zwei solcher Eeihen benutzt, von denen eine so- positioniert ist, daß sie die Sichtung des Flugzeuges im Azimuth bestimmt, und die andex-e so positioniert ist, daß sie die Richtung des Flugzeuges in der Elevation bestimmt. Eine Bereichs- bzw. Entfernung smeß einrichtung kann ebenfalls vorgesehen sein, um den Bereich bzw. die Entfernung des Flugzeugs zu bestimmen, indem die Zeitverzögerung zwischen dem Aussenden des kodierten Signals durch den Sender 1 und dem Empfang eines durch den Sender 6 ausgesendeten Signals an dem Antennenfeld 8 gemessen wird. Solche Entfernungsmeßeinrichtungen sind bekannt und da eine solche Entfernungsmeßeinrichtung keinen Heil der Erfindung bildet, ist keine Entfernungsmeßeinrichtung dargestellt. Die Aufbereitungs- bzw. Verarbeitungseinrichtung 13 und die Anzeigeeinrichtung 12 können viele mögliche Formen annehmen. Diese Formen sind bekannt und bilden keinen Teil der Erfindung j deshalb sind sie nicht mehr im einzelnen dargestellt.

Während das System insbesondere mit Bezug auf ein Flugzeug beschrieben ist, wobei der Sender Λ auf dem Boden angeordnet ist, können der Sender 6 und die zugeordnete Ausrüstung, •ebenso an einem Helikopter, einer Rakete, einem Schiff, einem-Fahrzeug oder irgendeinem anderen beweglichen Objekt angebracht sein, dessen Position zu bestimmen bzw. zu orten ist. In ähnliche!· V/eise können der Sonder 1 und ceiue zugeordnete Aurjrürjtunts Taeispielyweise auf einem Flugzeugträger, einem Flugzeug, das geeignet ist, ein anderes Flugzeug zu suchen bzw. zu verfolgen, -("front¹¹) oder an vielen anderen möglichen Orten

Während in oer Beschreibung die von der Verarbeitungainrichtung abgeleiteten Signale durch den bender 1 durch den Empfänger 5-zu der Anzeigeeinrichtung 12 übertragen werden, ist es ebenfalls möglich, diei.ie üignale zu einer Anzeigeeinrichtung zu führen, die an dem gleichen Ort wie die Verarbeitungseinrichtung angeordnet ist. Alternativ können die üignale direkt benutzt . werden, UU' eine Zusatzausrüstung zu steuern.

in Jb¹^g. 2 ist ein !Teil d,er in l⁽¹ig. 1 gezeigten Anordnung mehr im einzelnen dargestellt. In !'ig. 2 sind drei Antennen ö des Antennenfcldes gezeigt, von denen jede mit einem individuellen Frequenzumsetzer 9 verbunden ist. In der Praxis sind viele Antennen ο vorgesehen, von denen jede mit einer Frequenzumsetzereinheit 9 ausgerüstet ist - typischerweise einhundert (oder zusammengesetzte effektive einhundert) - es sind jedoch aus Gründen der Llarbeit nur drei dargestellt. Bei der im nachfolgenden zu erläuternden Anordnung weisen Teile, die mit den Frequenzumsetzern 9 verbunden gezeigt sind, - nicht dargestellte Gegenstücke auf, die mit den nicht dargestellten frequenzUmsetzern 9 verbunden sind. Jeder der Frequenzumsetzer 9 ist mit dem Überlagerungsoszillator 10 verbunden und der Ausgang jedes der Frequenzumsetzer 9 ist zu dem Phasen-Front-Analysator 11 geführt.

Der Eingang 14 zu dem Phasen-Front-Analysator 11, der von der an einem Endy des Antennenfeldes angeordneten Antenne 8 abgeleitet ist, ist zu einer IiL¹ sch er einheit Λ^> geführt, die ebenfalls mit Oszillationen bzw. Schwingungen von einem Bezugsfrequenzgeneratür 16 versorgt wird. Der Ausgang des Hischers 15 ist zu einem übersei£en-Bandfilter 17 geführt. Jeder der Eingänge des Phasen-Frorift-Analysators 11, die von den i'requenzumsetzern 9 abgeleitet sind, wird zu einem individuellen rüscher 18 geführt, der ebenfalls mit dem Ausgang des Überseiten-Bandfilters 17 verbunden ist. Der Ausgang jedes Mschers 16 wird zu einem Unterseiten-Bandfilter 19 durch einen Modulator 20

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zu einem Eingang 21 einer Verzögerungsleitung 22 geführt. Jeder Hodulator 20, der von eiiieiu. gesteuerten Bilieium-Gleichrichter oder einer PIN-Diode beispielsweise gebildet sein kann, ist mit einem Üchaltungs-Wellenform-G-enerator 23 verbunden und wird durch diesen gesteuert, der seinerseits Mit dom (in Pig. 1 gezeigten) Sender 1 verbunden ist und durch diesen gesteuert wird."

Ein Ende dex* Verzögerungsleitung 22 ist mit einem geeigneten Abschluß 24 vorgesehen und das andere Ende ist durch ein !filter 2> mit einem Eingang eines Phasen-Anzeige-Nulldurchgang-Zählers 26 verbunden. Der Phasen-Anzeige-Kulldurchgangs-Zähler (phase monitoring zero-crossing counter) 26 ist mit einem Zeitiness-Nulldurchgang-Zähler 27 verbunden und sowohl der Phasen-Anzeige-Bulldurchgangszähler 26 als auch der Zeitmess-Nulldurchgangs-Zähler 27 sind mit einer Eingangsleitung 28 vorgesehen, die mit dem Schaltungs-Wellenform-Generator 23 verbunden ist. Der Phasen-Anzeige-Nulldurchgangs-Zähler weist einen Ausgang auf, der der Ausgang des Phasen-Fronfc-Analysators 11 ist.

In Figo 3 sind die PositionsnioEtes?" Ri^htötojahlf eldes 8 und der Antenne 7 des Senders 6 in)seiher typischen Betriebssituation dargestellt, in welcher die Richtung der Antenne 7 relativ zu der Achse des Richtstrahlfeldes 8 durch den Seitenwinkel bzw. Peilwinke.l 0 angezeigt wird. Diese Situation wird während der Beschreibung der Betriebsweise der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform betrachtet.

Im Betrieb der in Pig. 2 dargestellten Anordnungi'liäniert sich eine Wellenfront der von dem Sender 6 au-sgfe^enaete^-Velle dem Richtstrahlfeld 8 und die Wellenfroift" VeU■st-'tei'äen Winkel zu dem Richtstrahlfeld auf. Als Polge dessen empfangen die * auf den Antennen 8 des Richtstrahlfeldes präsenten Signale jeweils ein Signal, das die gleiche Frequenz aufweist, jedoch in irgendeinem bestimmten Augenblick eine Phase aufweist, die geringfügig verschieden von der des Signals ist, das von den

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au der fraglichen Antenne benachbarten Antennen empfangen wird.

lni folgenden wird angenommen, daß:

£y, die Frequenz des von dem Sender 6 übertragenen Signals ist,

& f. die Dupplerfrecjuens ist, die auf dem von dem Sender 6 übertragenen Signal aufgeprägt ist aufgrund von dessen Bewegung relativ au dem Hichtstrahlfeld 8, .

Λ die Wellenlänge der Signale der .Frequenz f,. ist,

d der Abstand bzw. Zwischenraum zwischen benachbarten Antennen d ist,

η die Zahl irgendeiner Antenne ist, wie sie von dem !"echten Teil der Seite des Feldes in der Darstellung gezählt wird unter der Annahme, daß die äußei'ste rechte Antenne die Zahl O aufv/eist, und

Oi die Phase dea von der Antenne η » O empfangenen Signals ist.

Das von der Antenne η a 0 empfangene Signal weist die !frequenz f,- + Δ fVj und die Phase Gt auf. Das von jeder der anderen Antennen empfangene Signal weist ebenfalls die !frequenz Ϊ* +■&£* auf, jedoch weist jedes Signal die Phase * - η cos 0 auf; somit unterscheidet sich die Phase des durch irgendeine Antenne empfangenen Signals von der Phase des Signals, das durch die benachbarten

wenn ,

Antennen empfangen wird, außar/ios yS * 0 ist.

Die von den Antennen empfangenen Signale weisen eine hohe Frequenz auf, und um die Frequenz der Signale auf einen geeigneteren Pegel zu verringern, wird ^jedes Signal zu einem Frequenzumsetzer 9 geführt, wo es mit Signalen mit einer Frequenz £ von einem Empfangsoszillator bzw. überlagerungsoszillator 10 gemischt wird. Das resultierende Signal von dem Frequenzumsetzer 9» der der Antenne ö mit η «■ 0 zugeordnet ist, weist die Frequenz

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- f. uiia die Phase QL auf, und in .ähnlicher/Weise

weisen die Signale von den anderen Frequenzuuiaetzern 9 die

Frequenz (iV, + A ij - f und die Phase OC- η -~- d cos

Der Ausgang 14 des Fi'equenzumeetzere 9? der der Antenne & zugeordnet ist, für die η = O &ilt, wird zu einem Mischer 15 geführt, wo er mit Signalen mit einer'/Frequenz f gemischt' wird, die durch den Bezugsfrequenzgenerator 16 erzeugt werden. Der Ausgang des Mischers 15 ist ein S-i-gnal, in welchen die iTequenzen (f^ + Δ i-j) - i'_o + ±'_r und (I^ +Af^) - £_Q - f_p "vorhanden sind. Dieses Signal wird zu einem Gberseiten-Bandfilter 17 geführt, und' das resultierende bignal enthält eine Komponente mit einer !Frequenz (f^ +Af^i) - f + 1 ,, das die Hiase OC aufweist.

DieüCfj Signal wird- zu den Mischern 1ü geführt, die ebenfalls mit individuellen Ausgängen der entsprechenden Frequenzumsetzer 9 versorgt werden. Der Ausgang jedes Mischers 10 enthält i'requenzkomponenten' (f. +f. - f ) + (f^ + £y, - £_Q + f_r) und (f^ + I^ - f_Q) - (f^ + i^ - f_Q + f_r) und jeder Ausgang ist mit dem Eingang des Unterseiten~iiandfilters*i9 verbunden. Der Ausgang des Unterseiten-Bandfilters enthält nur Signale der Frequenz f _Λ und die Phase des Signals an den Ausgängen jedes der I'ilter beträgt -n ■ d cog 0.

Der oben beschriebene !Teil der Betriebsweise der Einrichtung tritt jedesmal auf, wenn ein Signal durch das Eichtstrahlfelü 8 enipfangen wird. Jedoch der folgende l'eil der Betriebsweise der Einrichtung tritt nur auf, wenn der Schaltungs-Uellenfοrm-.G-enerator 23 die geeigneten Signale erzeugt.

Der Schaltungs-Wellenform-Generator 23 erzeugt einen Eechteck-Vellen-liüj)uls voi'bestimmter Länge und dieser Impuls wird gleichzeitig zu jedem dor Modulatoren 20 geführt, aie mit den Untcr-

.(*) lower ,'jj.uc band filter)

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seiten-Bandfiltern verbunden sind. Dieser impuls dient dazu, jeden der Modulatoren 20 für die Dauer des Impulses leitend zu machen, und folglich werden die während des Impulses an den Ausgängen der Unterseiten-Bandfilter 19 vorhandenen Signale durch die Modulatoren 20 zu den Eingängen 21 der Verzögerungsleitung 22 geführt. Die Verzögerungsleitung ist so vorgesehen, daß die zwischen irgendwelchen zwei benachbarten Eingängen erteilte Verzögerung gleich der Dauer des durch den Schaltungs-Wellenform-O-enerator erzeugten Impulses (oder länger als diese) ist. Folglich gehen die an dem Ausgang des Filters 19, das der Antenne η «= 0 zugeordnet ist, vorhandenen Signale während des Impulses durch die Verzögerungsleitung 22 und verlaufen in das Filter 25· Unmittelbar danach verlaufen die an dem Ausgang des der Antenne η ■ 1 zugeordneten Filters 19 vorhandenen Signale während des Impulses durch die Verzögerungsleitung in das Filter 25· In gMcher Weise erscheinen die an den Ausgängen der verbleibenden Tiefpassfilter vorhandenen Signale aufeinanderfolgend an dem Filter 25 und bilden ein Informationssignal.

Der Schaltungs-Wellenform-Generator erzeugt einen zweiten Impuls, der N-mal länger als der Originalimpuls ist, wobei N die gesamte Zahl der Antennen 8 darstellt, und der so taktgesteuert ist, daß er beginnt, wenn das erste der Signale von der Verzögerungsleitung den Fhasen-Anzeige-Nulldurchgangs-Zähler 26 erreicht. Dieser zweite Impuls aktiviert den Phasen-Anzeige-Nulldurcligangiu-Zähler 26 und den Zeitmess-Nulldurchgangs-Zähler 27 und diese zwei Einheiten dienen dazu, die Zahl von Hulldurchgängen zu zählen, die während des zweiten Impulses auftreten, und die Zeitverzögerung zwischen dem ersten solchen üulldurchgang und dem letzten solchen Nulldurchgang zu.messen. Die Zeitmessung wird zu dem Phasenanzeige-Nulldurchgangs-Zähler 26 geliefert, der einen Ausgang auf der Leitung 29 erzeugt, der für die Frequenz des Signales repräsentativ ist, das an dem Aufgang des Filters 25 während des zweiten Impulses vorhanden ist. Die Frequenz diesueiJ ßignales, wie es oben gemessen it;t, ist für den Winkel φ repräsentativ.

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In Ii'ib'· 4- sind drei Vellenforinen a, "b und c zu Zwecken einer Erläuterung dargestellt. Jede Wellenform ist repräsentativ für das an dem Ausgang des Filters 25 unter bestimmten Bedingungen vorhandene Signal und die von den verschiedenen Antennen 8 abgeleiteten Anteile der Wellenf'ormen sind durch die Linien 30-34- angegeben. Aus Gründen der Klarheit sind nur einige Perioden jedes Signals dargestellt₉ in der Praxis sind jedoch viel mehr Perioden vorhanden. Die Wellenform a entspricht der Bedingung, bei der 0 kleiner als 90° ist, b entspricht der Bedingung, bei der 0 gleich 90° ist, und c entspricht der Bedingung, bei der 0 größer als 90° ist« Jede der Wellenform ist repräsentativ für die Signale, die zu der Verzögerungsleitung 22 durch vier benachbarte Modulatoren 20 geführt werden, wobei die Linien 30-34- dazu dienen, anzugeben, welche Signale von welchem Modulator abgeleitet shd.

Es wird jetzt die Wellenform b' betrachtet, die die Bedingung repräsentiert, bei der 0 gleich 90° ist, d. hi. bei der die Antenne 7 sich in einer solchen Position befindet, daß die Wellenfronten des von dem Sender 6 gesendeten bzw» übertragenen Signals parallel zu dem Richtstrahlfeld 8 ist, wenn.diese das ITeId erreichen. Somit sind alle die von den Antennen 8 empfangenen Signale in Phase und alle zu der Verzögerungsleitung 22 durch die Modulatoren 20 geführten Signale weisen.die gleiche Phase auf. Dies ist in der !figur gezeigt, da die Anteile der Wellenform zwischen jedem benachbarten Paar von Linien 30-34- identisch sind. Die Kombination"derdurch die Modulatoren 20 gelieferten Signale repräsentiert das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 22_? und in dem besonderen gegebenen Beispiel zählt der Mulldurchgangs-Zähler 26 sechzehn ITulldurchgänge für den Abschnitt der dargestellten Wellenform.. ·

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ür> wird jetzt die Wellenform a betrachtet, die die Bedingung repräsentiert, bei der 0 kleiner als 90° ist. Die durch jede Antenne β empfangenen Signale weisen jetzt eine Phasendifferenz gegenüber der Phase der durch die zu dieser Antenne benachbarten Antennen empfangenen Signale auf. Die Phase des an jeder Antenne vorhandenen Signals ist durch den Ausdruck OL - η ■=*— d cos 0 gegeben, wie es oben erläutert ist. Die Phase des an jedem der Modulatoren vorhandenen Signals beträgt -*££- d cos und somit wird die Phase des durch jeden Modulator hindurchge-» führten Signals verzögert in bezug auf die des Signals, das durch den Modulator geführt wird, der der Antenne zugeordnet ist, die den nächst niedrigeren Wert von η aufweist. Wenn somit die Wellenform zwischen den Linien 30 und 31 als beispielsweise durch den der Antenne η « 49 zugeordneten Modulator hindurchgelassen betrachtet wird und wenn die zwischen den Linien 31 und 32 gelegene Wellenform von dem Modulator durchgelassen ist, der der Antenne η β 48 zugeordnet ist, dann variiert die Phase der von den Modulatoren durcjagelassenen Wellenform en. Die Phase der Wellenform zwischen den Linien 30 und 31 ist in bezug auf die Wellenform zwischen den Linien 31 und 32 verzögert. Die Phasen der Wellenformen zwischen den Linien 32, 33 und 34· variieren in einer ähnlichen Weise. Wiederum repräsentiert die Kombination der durch die Modulatoren 20 gelieferten Signale das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 22 und bei dem gegebenen Beispiel zählt der iiulldurchgangszähler 26 siebzehn Nulldurchgänge für den dargestellten Abschnitt der Wellenform.

Es sei die Wellenform c betrachtet, die für die Bedingung repräsentativ ist, bei äev 0 größer als 90° ist. Wiederum weisen die von jeder Antenne 8 empfangenen Signale eine Phasendifferenz gegenüber der Phase der Signale auf, die durch die zu dieser Antenne benachbarten Antennen empfangen werden. Die Phase der an jeder Antenne vorhandenen Signale ist wie oben gegeben durch den Ausdruck Oi - η -r— d cos 0, wobei das an dem entsprechenden

^M" ■'■■■ Modulator vorhandene Signal die Phase -n—^ d cos 0 aufweist.

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Da 0 größer als 90° und somit cos 0 negativ ist," eilt die Phase des durch jeden I'Jodulator hindurchgelasseneri Signals vor in bezug auf das Signal, das durch den liodulator hilldurchgelassen ■wird, der der Antenne zugeordnet ist, die den nächst niedrigeren, Wert von η aufweist. Die Phase der Wellenform zwischen, den' Linien 30 und 31 eilt vor in bezug, auf die Phase der Wellenform zwischen den Linien 31 unu 32. Die Phasen der Wellenformen zwischen den Linien 32, 33 und 3^ variieren in einer ähnlichen Weise. Die Kombination der durch die Modulatoren 20 gelieferten Signale repräsentieren den Ausgang der Verzögerungsleitung 22 und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zählt der IuIldurchgangszähler 26 fünfzehn Nulldurchgänge für den in. der Zeichnung" gezeigten Abschnitt der Wellenform.

Es wird im. folgenden gezeigt, daß die von dem Phasenanzeige-NuIldurchgangs-Zähler gezählte Zahl von der Größe des Winkels 0 abhängt und somit diese Zahl benutzt werden kann als ein Maß für die Größe des Winkels. Diese Zahl wird zusammen mit einem von dem Zeitmess-Mulldurchgangs-Zähler 27 abgeleiteten Signal, das die Zeit zwischen dem ersten Nulldurchgang und dem letzten von dem Phasenanzeige-Hulldurehgangs-Zähler gezählten NuIldurchgang mißt, zu der Verarbeitungseinrichtung 13 der Fig.1 geführt. - . ■ -

In Fig. 5 ist eine alternative Ausführungsform des in Fig. 2. dargestellten Teils'der Anordnung dargestellt. Die Teile,, die die Bezugsziffern 9-19 tragen, sind die gleichen wie die in Fig. 2 gezeigten Teile, die somit nicht mehr erläutert werden. Der Ausgang von jedem der Filter 19 wird zu einer individuellen Verzögerungseinheit 35,. 3&j 37 geführt. Jede Verzögerungseinheit erteilt dem Signal eine Verzögerung, die eine Zeiteinheit langer als die Verzögerung ist, die durch die benachbarte Verzögerungseinheit auf einer Seite erteilt wird, und eine Zeiteinheit kürzer ist als die Verzögerung, die durch die benachbarte Verzöget auf der anderen Seite erteilt wird_o Der Ausgang

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von jeder der Verzögerungseinheiten 35 wird^;,zu einem getrennten Modulator 36, 59, 40 geführt, von denen jeder-einzeln durch einen Schalt-Wellenforni-Generator 23 gesteuert;:wird·.'''Dre Ausgänge der Modulatoren 36, 39» 4-0 werden alle zu üen Eingängen·'der Gruppe von Bandpassfiltern 41-46 geführt, ν 6 η^: dene η ,jedes so dimensioniert ist, daß es ein schmales 'JFreqüen&bssid. hinäurchtreten läßt. ' ' ■■■'. '':■.■■■ ^-: >'.':■

Im Betrieb der in Fig'. 5 dargestellten Ausführungsf©rni sind die an dem Ausgang der !Filter 19 vorhandenen Signale gleich denen, wie sie mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben sind. Dies© Signale werden durch die Verzögerungseinheiten 35i 36| 35^verzögert, die verschiedene Verzögerungen den an den Ausgängen jedes filters 19 anstehenden SignaHm erteilen. Jede Verzögerungseinheit ist so vorgesehen, daß die Signale um eine Zeitdauer verzögert ·- werden, die η Einheiten lang ist, wobei η die der Antenne 8 zugeordnete Zahl ist, mit der die Verzögerungseinheit verbunden ist. Der Ausgang von jeder Verzögerungseinheit 35t 36, 37 wird zu einem Modulator 3ö, 39» 40 geführt, der durch den Schalt-Wellengenerator 23 gesteuert wird, die Modulatoren werden aufeinanderfolgend für eine Dauer einer Zeiteinheit leitend gemacht, wobei mit dem Modulator 40 (der der Antenne ß, mit η ■» O zugeordnet ist) begonnen und zu den anderen Modulatoren 39» 3" in der Reihenfolge vorgerückt wird, ,wie, sie durch* die jeder Antenne & zugeordnete 'Zaiii η definiert ist. Auf diese Weise werden Wellenforuien, wie sie in i'ig. 4 dargestellt sind, an dem gemeinsamen Ausgang der Modulatoren 3<J~40 erzeugt, die in Informationssignal bilden.

Der gemeinsame Ausgang der Modulatoren 3&-40 wird zu einer Gruppe von üchmalband-Passfiltern 41-46 geführt, von denen jedes geeignet ist, eine der möglichen Frequenzen des Signals von den Modulatoren hindurchzulasfjen. Die !''recjuenz des Signals von den Modulatoren ist abhängig von dem Winkel 0 und somit zeigt das Vorhandensein eines Signals an dem Aus-

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gang irgendeinem Filters einen.spezifischen Wert für den " Winkel φ an* Die Ausgange von jedem der filter 4Ί-46 werciuii au-der Verarbeitung^einrichtung "Ij der 1'¹Ig. 1 geführt, wo die Information verarbeitet wird«

Die Erfindung ist "beispielsweise mit Bezug auf eine Positions-Urtungsanordnung beschrieben worden, die geeignet ist, die Position eines Senders zu orten, der Signale in Abhängigkeit von Steuersignalen aussäendet* Die Erfindung kann jedoch auch vorteilhaft bei Primärradar-Anwendungsfällen angewendet / werden, bei. denen die Position eines Targets, das von der Ortungsanordnung ausgesendete Signale reflektiert,. bestimmt wird* Ein solches Target lahn als' eine virtuelle Quelle mit Hochfrequenzstrahlung angesehen werden. Weiterhin kann die Anordnung mit "Vorteil, benutzt werden, um die Position irgendeines Targets zu orten, das kontinuierlich Signale sendet oder Signale zu vorbestimmten Zeiten sendet. Solche Targets können Raketen oder ähnliche Einrichtungen sein, die mit "Zielflug" (homing)-"Sendern" ausgerüstet sind, um das Orten von deren Positionen zu ermöglichen. ' - . -

In der Beschreibung sind zwei besondere Ausführungsfornen der Erfindung im einzelnen dargestellt worden, es gibt jedoch viele mögliche Ausführungsfοrmen der Erfindung«

Bei der Anwendung der Erfindung werden nur die Signale, die von den Antennen während einer vorbestimmten Zeitdauer empfan- gen werden, als Probe entno ionen (sampled) und diese Signale werden subtraktiv gemischt mit ähnlichen bzw. gleichen Signalen, um ein Signal zu erzeugen, das die Phase der von den Antennen empfangenen Signals trägt» Es besteht somit kein Erfordernis dafür,- daß die von den Antennen empfangenen Signale kohärent sind. 5Ό!glich ist es nicht wesentlich, Kohärent-Signal-Generatoren zu benutzen, wodurch eine große finanzielle Einsparung ist. Weiterhin kann- eine beschriebene Positlons-Qrtungs-

anordnung benutzt werden, die Position der quelle .exiles Sit;-nalü mit rsujchähnlicber oder statistischer ^requenzverschiebung au orten, da' nur die augenblickliche Phase des durch jede Antenne empfangenen Signals tatsächlich benutzt wird« ·

In li'ig. 6 ibt eine Kodifikation dargestellt, die bei der J?;requenaiiiüüeinrichtuntj 26, 27» wie sie in 3ä'ig. 2 dargestellt ist, verwendet werden kann, um die Präzision der Meβsnug zu erhöhen· Diese zwischen den Frequenz generator 16 und dem Mischer 15^:in der Anordnung der i'ig. 2 eingeführte iiodifikation füJarf au einer Frequenzversetzung des au dem l'Iischer 1$ &elie£erteil .Signals in der Weise, daß ein Takt von einer Periode*(a beat·' of one cycle) über die gesamte Meßzeit in. einer gegebenen 2ahl von Abtastungen auftritt. ·

Der Ausgang von dem i'requenzgenerator 16 wird zu einem Mischer 47 geführt, für den ein zweiter Eingang "von einem Oszillator abgeleitet ist, der so gesteuert w,ird, daß er mit der Wrmquenz des Generators 16 plus 1 schwingt. Die Steuerung für den

Ts. Ns

Oszillator 48 wird über ein ßchmalbandfilter 49 von dea Ausgang eines weiteren Mischers 50 abgeleitet, der so vorgesehen ist, daß er einen Ausgang von einem weiteren Oszillator 511 der mit einer Frequenz 1 schwingt und einen Ausgang von

Ts. Ns

einem'i'ilter 42 mischt, das bei der !Frequenz 1 zentriert

'is.^

ist, welches einen Eingang von dem Mischer 47 ableitet· Ts ist die Abtastzeit in Sekunden, während Ns die Zahl der Abtastungen ist, über welche sich der Takt eines Zyklus bzw. einer Periode erstrecken soll.

Die Versetzungsfrequenz bzw. Absetzungsfrequenz sollte nicht die gleiche wie die einer Harmonischen der Taktgeber- und Probeentnahme-Frequenzen sein, da dies eine Verminderung der

*) bzw. eine Schwebung von einer Periode

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■■■■%$

Peil -Präzision zur !Folge hätte·. Die Peil-Prazision -würde tatsächlich begrenzt sein auf + ■ - , wobei -j*- gleich die J?eldan;teile (array proportions) sind. "

Da der Frequenzzähler nur eine ganze Zahl von Perioden zählen kann* wird dadurch, daß die Phase rhythmisch über die gesamte Heßzeit vorrückt, wie es beschrieben worden ist, erreicht, daß ■alle Phasen erforscht bzw. festgestellt.

Indem ein !Takt einer Periode in der gesamten Meßzeit über eine Zahl von Abtastungen Ns vorgesehen wird, beträgt die Genauig-

Ί λ Λ

keit + ·ρ·« «if— · Beispielsweise ist die Genauigkeit, wenn

~ Gleich ||^ und Ns = 20 ist, + 0,025°

- Patentansprüche -

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Claims

P at e η t an s prü ο h

/1.iPositions-Ortungsanordnung des Typs, bei der die Position. _: . einer quelle oder einer virtuellen Quelle mit Ilochfrequisnzstrahlung aus Signalen, die von der Quelle oder-virtuellen Quelle empfangen werden, bestimmt bzw. festgestellt wird, gekennzeichnet durch ein J?eld von Antennen bzw. Eichtstrahlfeld, das die von jeder der Antennen empfangenen Signale in J?orm von Proben entnimmt, wobei die entnommenen Proben die Signale sind, die von jeder der Antennen während einer vorbestimmten Abtastungs-Zeitdauer empfangen werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß die von den durch jede Antenne empfangenen Signalen abgeleiteten Signale durch einen Modulator zu einem getrennten Eingang einer Verzögerungseinrichtung geführt werden, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß im Betrieb alle Modulatoren für eine vorbestimmte Zeitdauer simultan bzw. gleichzeitig leitend gemacht werden und die durch die Verzögerungseinrichtung erteilte Verzögerung so vorgesehen ist, daß der Ausgang der Verzögerungseinrichtung ein Informationssignal umfaßt, das von den Signalen gebilddb ist, die durch die Modulatoren in deren leitendem Zustand hindurchgegangen sind, welche aufeinanderfolgend angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung eine Verzögerungsleitung ist.

A-i Anordnung nach Anspruch 3> dadurch g e k e η η ζ e i c h net, daß die Verzögex'ungsTeitung mit einer Vielzahl von Eingängen vorgesehen ist, die entlang ihrer Länge' mit Abütand angeordnet sind, wobei der Abstand bzw. Zwischenraum so gewählt ist, daß die durch den Abschnitt der Leitung zwischen zwei benachbarten Eingängen erteilte Verzögerung nicht

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geringer als die vorbeütiiarute Abtastungs-Zeitdauer ist*

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennz eich-. η e tj daß die von den von jeder Antenne empfangenen Signalen abgeleiteten Signale durch eine getrennte Verzögerungseinrichtung zu einem separaten Modulator geführt werden, daß die Verzögerungseinrichtungen jeweils eine verschiedene Verzögerung erteilen und daß die Anordnung so getroffen ist, daß im Betrieb jeder der Modulatoren seinerseits für' eine vorbestimmte Zeitdauer leitend gemacht wird zur Lieferung eines Informationssignals, das von den Signalen abgeleitet ist, die durch jede der Antennen während einer gewissen bzw. bestimmten vorbestimmten Zeitdauer empfangen worden sind_o

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet, daß die von den durch jede Antenne empfangenen Signalen abgeleiteten Signale erzeugt werden, indem die durch jede Antenne empfangenen Signale mit Signalen überlagert werden, die durch einen Kmpfangsoszillator erzeugt werden, die durch eine Antenne empfangenen überlagerten Signale mit einer Bezugsfrequenz additiv gemischt und das resultierende Signal mit durch die von jeder der Antennen empfangenen überlagerten Signale subtraktiv gemischt wird.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche_s dadurch

g e k e η η ζ ei c h η et, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der die Frequenz des Informationssignals bestimmt wird,

0. Anordnung nach Anspruch' 7? dadurch gekennz eich -

η e t, daß die Frequenz des Informationssignals durch einen - ITullaarchgangs-Zähler und eine Einrichtung zum Messen der Zeit dem ersten und letzten Hulldurchgang des.Signals be-

9· AiiorGuun-, ii:ic"i"i tliict.i der Ansprüche 1 bia 7» dadurch ^e-

k e η η ^γδ e i c h η ο t, daß "die ϊΓΐ'υπιιεη^ do:; ϊ·ι£οχΊιΐ3Ϊχο.α;>~ lü je£-;t-Liuit wird, ,indem das Signal zv. einer ixcuppe von rührt viird, üoreri Biinder auf V3i*cchit-;dune rt »sind.

10. Anordnung nach einem der vo rherg, eh enden Ansprüche, dadurcli £ e k ο n η ζ ei chnet, daß jede vovhssiiiuMbe Abtaatunj Zeitdauer in einer Anzahl von auf ei nand erfolg jud€:U Abtastung s Zeitdauei-n in der Weiüe versetzt wird, daß ein !Takt von einer Periode über die Zeitdauer erhalten wird, die· durch cli - Zahl von auf e i nand erf υ lfe, end en Abt as t xxag s- Z ei tp eri. ο d eil oints enoi.'un on wird.

BAD ORIGINAL

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