DE2323634C3

DE2323634C3 - Radiointerferometer

Info

Publication number: DE2323634C3
Application number: DE2323634A
Authority: DE
Inventors: David Adrian Ifield Crawley Lucas; Richard Paul Upper Gatton Reigate Vincent
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-05-17
Filing date: 1973-05-10
Publication date: 1979-09-13
Also published as: DE2323634B2; IT986317B; DE2323634A1; AU5577273A; FR2184839B1; SE393871B; JPS5230359B2; GB1337099A; US3889267A; CA1004754A; FR2184839A1; JPS4942296A; BR7303630D0

Description

worin f\(n) eine die Mittelwertbildung nach Vorzeichen bzw. Koeffizienten kennzeichnende Funkron und (₂(p) eine von der Anzahl der Antennen abhängige Normungsgröße ist.

2. Interferometersystem nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die bei der Mittelwertbildung herangezogeneti Funktionen auf folgende Weise definiert sind:

wenn ρ = gerade:

/,('I)	f	I	<k	<	P	->
	- i- 1	P	2<	k	<	P
filP)	=-- (P 2\|²

3. Interferometersystem nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Mittelwertbil- -,-, dung herangezogenen Funktionen auf folgende Weise definiert sind:

wenn ρ = ungerade:

• Ι
/> f Γ

/,(") = Mk filP) = P

I <k< ρ

5. Interferometers;,stem nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Mittelwertbildung herangezogenen Funktionen auf folgende Weise definiert sind:

/i(n) =1 1 < k < ρ

UP) = \ PlP+I).

4. liiierferometcrsysteni nach Anspruch 1, 'dadurch gekennzeichnet, dab die bei der Mittelwert aii-Die Erfindung bezieht sich auf ein Inierferuiiictei■system zur Messung des Elevationswinkels einer entfernenden Strahlungsquelle, mit einer senkrecht zum Boden aufgestellten und von mehreren Antennen gebildeten linearen Antennenreihe und mit einer Reihe von Phasendiskriminatoren. die zur Messung der Phasenunterschiede zwischen den eintreffenden Wellen je mit einem Paar von Antennen gekoppelt sind, und mit einer den Phasendiskriminatoren nachgeschalteten Signa I verarbeitung;: vorrichtung.

Bei einem vertikalen Interferometer wird die Messung der Elevationswinkel von in der Nähe des I lorizontes befindlichen Objekten durch Bodenreflexionen erschwert, die den vom Interferometer gemessenen Phasenwinkel beeinflussen. Bei kleinen Einfallswinkeln hai der Reflexionskoeffizient bei einem typischen Gelände die Neigung, sich dem Wert eins zu nähern, und dies verursacht ein vertikales !nterferenzmuster mit Phasendiskontinuitäten, die sich bei A.rplitudennullwerten 180'' nähern, so daß auf der Messung der Phasendifferenz zwischen zwei Antennenelementen basierende Winkelmessungen Phasenabweichungen aufweisen, die sich diesem Wert nähern können. Dies ist unter anderem in »Microwave Engineering« von A. F. H a r ν e y. Academy Press. 1963. Seite 1066, insbesondere Fig. 23.2, beschrieben worden. Dieses Problem wird auch in einer Mitteilung von D. K. Barton in »Proceedings I.E.E.E., 1965, Seite 543, behandelt. Barton zeigt in Fig. 2, wie sich die gemessene Phasendifferenz beim Vorhandensein von Boden erheblich von der wirklichen Phasendifferenz unterscheiden kann, die beim F'ehlen solcher Reflexionen gemessen werden würde.

Aufgabe der Erfindung ist es. ein Radiointerferomctersystem anzugeben, bei dem die aus Bodenreflexioncn herrührenden Fehler der Phasendifferenzen weitgehend vermieden sind.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Antennenreihe von (p+ 1) gleich weit in einem Abstand (/ voneinander entfernten Antennen gebildet wird und ledcs Paar von Antennen von einer gemeinsamen Antenne und einer der übrigen Antennen (r{\ -. p\) der Antennenreihe gebildet wird, und daß die Signalvcrarbeitungsvorrichtung eine Anordnung enthält, der die gemessenen Phasenunlerschiede ('P_n) zugeführt werden und welche mit aus logischen Schaltelementen aufgebautem Addierer und Multiplizierer versehen ist /ur Ermittlung einer von Bodenreflexionen unabhängigen

Anzeige des Elevationswinkels (Θ) gemäß der Beziehung: sin 0= "'- , worin λ die Wellenlänge der

empfangenen Wellen und m ein Mittelwert ist, der von den Addierern und Multiplizierern gebildet wird, gemäß der Beziehung:

Σ 0.

H-- I

m =

worin t\(n) eine die Mittelwertbildung nach Vorzeichen bzw. Koeffizienten kennzeichnende Funktion und F₂(p) eine von der Anzahl der Antennen abhängige Normungsgröße ist

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm einer vertikalen Antennenreihe,

F i g. 2 ein Phasendifferenz-Höhendiagramm.

F i g. 3a bis 3d Vektordiagramme.

Fig. 4 Phasendiagramme in Abhängigkeit vorn WinkelG,

F i g. 5 das Blockschallbild einer logischen Einheit.

F i g. 6a bis 6d Vektordiagramme,

F i g. 7 das Blockschaltbild einer logischen Einheil,

F i g. 8a bis 8d Vektordiagramme,

F i g. 9 das Blockschaltbild einer logischen Einheit.

Fig. IOAntennendiagramme,

Fig. 11 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Sektorbesiimmung,

Fig. 12 das Blockschaltbild des ganzen Interferometersystems,

F i g. 13 ein Diagramm eines Teiles der Antennenreihe.

Fig. 1 zeigt eine sich vertikal erstreckende Antennenreihe, die aus gleich weit entfernten Empfangsantennen. im vorliegenden Fall Hornantennen. besteht. Phasendifferen/.en '/'„ (H[\ : p]) werden zwischen dem unteren gemeinsamen Element c der Antennenreihe

und jedem oci übrigen Elemente I ρ gemessen. Die

so gemessenen Phasendifferenzen '/»„ lassen sich in einem Diagramm gemäß F i g. 2 auftragen, in dem die /.wischen dem gemeinsamen Element c und dem Element π gemessene Phasendifferenz vertikal und der Abstand m/zwischcn dem Element cund dem Element η horizontal aufgetragen werden. Dies ergibt die durch χ angegebenen Meßpunkte. Die Abweichungen der eingetragenen Punkte von einer Geraden werden durch Bodenreflexioncn verursacht. In der Nähe dieser Punkte läßt sich eine Gerade aus uem Ursprung ziehen.

Weil

'/'„ = 2.71»/si η (-) '/.

(I)

ist. wobei

λ - Wellenlänge des empfangenen Signals,

<-) — der Elevationswinkel des empfangenen Signals,

J = der Abstand zwischen benachbarten Elementen,

ist die Neigung m der durch den Ursprung und den Meßpunkt von '/'„gehenden Geraden:

οι — '/'„in/ -- 2.7sin W Ί III I

Die Neigung m der in f ι g. 2 gc/.ogenen Geraden ergibt somit eine Schätzung des Elevationswinkels H.

Im allgemeinen Fall ei.' I 'nbekariniheit der Geländehedingungcn muß sämtlichen Phasenmessungen der gleiche Wert beigelegt werden. Nachstehend werden einige Schätzungen der Neigung m gegeben.

Die erste Schätzung der Neigung m ist:

£·, = (Φ₇ - Φι)/4ά
Zweite Schätzung der Neigung m ist:

E₂ = (Φβ - Φϊ)/4 d
Dritte Schätzung der Neigung m ist:

E₃ = (Φ₅ - Φ,)/4ί/ Vierte Schätzung der Neigung m ist:

£, = Φ4/4 d Fünfte Schätzung der Neigung m ist:

Aus diesen fünf Schätzungen lassen sich zwei Gruppen herleiten: eine Gruppe, welche die erste, zweite, dritte und vierte Schätzung enthält, und eine Gruppe, welche die erste, zweite, dritte und fünfte Schätzung enthält, wobei jedes Element der Antennen reihe in jeder Gruppe einmal auftritt. Aus der ersten Gruppe läßt sich als Schätzung ff· die Neigung m ableiten:

und durch Kombination mit der Gleichung (II) ergibt sich der Ausdruck:

wobei:

β = A/32,Tc/ein konstanter Skalenfaktor ist.

Es gibt selbstverständlich andere Weisen zur Erhaltung einer Schätzung der Neigung m. Es ließe sich z. B. als Schätzung benutzen:

= (I nd){ >l\ + <K2 + </'_Λ 3 ... Φ ρ)

in = (1 nt/) 2^ '/'„ fi.

(lila)

A jch kann man die beste Gerade durch den Ursprung und sämtliche Meßpunkte ziehen, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist, wobei die Neigung m dieser Geraden durch:

ι = Υ] '/'„ ti V „

Ub)

gegeben wird, was für eine Reihi.· von acht Elementen (,·) = 7) sich zu:

κι= V φ _n iv, d

>i I

vereinfacht.

In der Praxis kann bei ungünstigen Geländebedingungen die Wirkung des Systems durch Einführung c.ncs Bewertungsverfahrens verbessert werden, das denjenigen Phasenmessungcn ein höherer Wert beilegt, die sich auf Grund einer Untersuchung an Ort und Stelle als genau erwiesen ha'-en.

Die Phasendifferenz Φ_} zwischen dem Element rund dem Element I der Antennenreihe wird durch:

'/', = 2.7 Jsi η <->

uv)

gegeben. Für Elevabonswinkcl. bei denen sin θ kleiner als Kid ist, liegt <1>\ /wischen 0 und 2 .τ. Im gleichen Bereich sind Φι bis Φ,κ an den übrigen Intcrfcromelcrpaaren, sämtlich mehrdeutig.

Im allgemeinen gilt:

Φ,, = 2 π (I_n+ F_n)- l{\ :p]

wobei I_n eine Bruchzahl zwischen 0 und I und /„ eine ganze Zahl ist.

Der Phasendiskriminator kann nur 2 π F_n messen und für das Intcrferometerpaar mit dem kürzesten Abstand zwischen den Antenncnelementen ist Φι = 2;τ Fi, weil für die in Betracht kommenden Elcvatio'swinkel /i=0 ist. F'iir die anderen Interferometcrpaare ist der ganzzahlige Teil /„ unbekannt und er muß bestimmt werden, bevor der Wert Φ,, bekannt ist.

Es folgt eine Betrachtung zweier Phasendifferenzen:
Φ_η = (I_n+F„)2 π und
*„♦, = C/„4i + F„,,)2,T.

Es wird nachgewiesen werden, daß. wenn |Φ,_Μι-Φ_Π|<.τ ist. d.h. wenn |(7„,, + F_n. i)-(7„+ F,,)\

■ I l'ur|/„, ι ■- F„\> V;

■"! wi-nn

F_n und F_n n bekannt sind.

In F" i g. 3. F i g. 6 und 8 sind Zahlen zwischen 0 und I auf einem Kreis aufgetragen, der bei 0 beginnt und bei I endet. Der Linienabschnitt, der aus dem Mittelpunkt des Kreises zu dem die betreffende Zahl darstellenden Punkt des Kreises gezogen wird, wird als Vektor bezeichnet. Die Lage des Vektors, die zum Punkt 1/0 hinweist (in den Figuren durch eine strichpunktierte Linie angedeutet), wird als die »12-Uhr«-Lage bezeichnet.

In F i g. 3a — 3d sind vier Kombinationen von Werten von F_n und F_n, ι aufgetragen. Wenn |Φ,_Μ ι -'/>,,|<.τ ist. so ergibt sich, daß:

in Fi g. 3a /,,* ι = I_n.

in F i g. 3b I_n. ι = /„.

in F ig. 3c /„,i = /„+l.

in F i g. 3d /_Π41 = /n— 1.

Wenn I_n *, = /„ ± 1 ist. liegen die Vektoren F_n und F_n. ι je auf einer Seite der »12-Uhr«-Lage (Fig. 3c und 3d: |F„ ₊1 — F_n\ > '/2), und wenn I_n^₁ = I_n, so liegen die Vektoren F_n und F-m 1 nicht je auf einer Seite der »12-Uhr«-Lage (F i g. 3a und 3b: |F_n ♦, - F„\ < '/.>).

Das bedeutet somit, daß. wenn F_n und F_n. 1 aus den Messungen bekannt sind und I¹P_n+ 1 -<P„\ <.τ ist, ■/'„., sich wie folgt finden läßt:

</>„.,='/>„ + (F_n., - F„ + B)Ir, (V)

wobei

B = 1 für(T_nl,-F„;<0und|F„,,-F„|>'/:.
B = -1 fiirfF,,.,-F_n/>Ound|F_n.,-F_nj>!/.>.

B = Ofür|F„.,-F„j<'/2.

Der mehrdeutige Zustand, in dem |F„m — F„| = '/: ist. tritt nur dann auf. wenn θ sich dem Winkel Ho nähen, der durch

2 rc ds\n θο/λ = .τ
gegeben wird, so daß:

wenn F_n <., - F_n · = ' , ist.

Die erforderliche Verarbeitung ist somit:

(VI)

wobei:

(a) A = O. B = 0. C=! für!F„,,-F„|<'/j.

(b) A = ]. B= O.C=0für|F„.,-F_n| = '/5.
(C) 4=0,ß= 1.C=I für|F„.,-F„|>'/j

und (F,., -F_n)<0.

Für eine richtige Wirkung ist es erforderlich, daß:

Ls gill aber, daß:
</>„ = 2 .τ «(/sin Η/λ + (C_n-CiJ+ D_n

wobei Cl,, der Phasenfehler beim Antennenelement 11 infolge von Bodenreflexionen ist und D_n der Fehler ist. der bei der Umsetzung der Phasendifferenz in digitale I orm gemacht wird. Hin Verfahren zur Umsetzung der Phasendifferenz in einen Binärkode von vier Bits isi in der britischen Patentschrift 1191831 beschrieben worden. Das Quantisicrungsintcrvall beträgt dabei 45 . Ls wird nachstehend als das digitale Phaseninkrement bezeichne'. «Ί·ι·Ηρη Im nachstehenden wird angenommen, daß:

\G„\ = \c;„n\ = a

\D„\ = |/Λμι| = OI2.
Die Bedingung \Φ_η, , -'/'„|<,τ wird sodann:

2 τι/sin (-) >. t 20 t I) < η .

(VII)

G Hängt von mehreren Parametern, wie der Geometrie der Anordnung und den Eigenschallen des Geländes ab, und ändert sich aus zwei Gründen mit dem F.levationswinkel. Erstens nimmt bei den meisten Geländen der Bodenreflexionskocffiz.ient mit zunehmendem Elevationswinkel stark ab. Zweitens wird das vom Boden reflektierte Signal mit zunehmendem Elevationswinkel immer stärker abgeschwächt, weil der Winkel zwischen der Achse des Haupibiindels der Antenne und der reflektierten Welle zunimmt. In der Praxis überwiegt der zweite Effekt und infolgedessen wird G für Elevationswirikei von mehr als etwa ium Grad für sämtliche Oberflächen sehr klein. Dies geht aus F i g. 4 hervor, in der bei α durch gestrichelte Linien die Grenzen angegeben sind, zwischen denen der Phasenfehler 2 ι; in ADnangigkeii vom Eicvauunswiiiki:! Ln. einem bestimmten Gelände (im vorliegenden Fall ein Gelände in Bedford, England) variiert. Diese Kurve wurde aus emer Rechncrsirnulaiiori erhalten, die au! bekannten Bodenparametern beruhte.

In F i g. 4 ist bei b die Größe 2 red sin Θ/Α ir Abhängigkeit vom Elevationswinkel θ aufgetragen. Füi die in Betracht kommenden kleinen Winkel ist diese graphische Darstellung eine Gerade. In F i g. 4 vnd bei ι die Grenzen angegeben, zwischen denen die Größe 2 rrd sin θ/λ + 2 G in Abhängigkeit vom Elevationswin kel variiert. Oberhalb eines Elevationswinkels von etwE vier Grad wird die Einwirkung der Bodenreflexioner unwichtig und nähert sich die Kurve casymptotisch dei Geraden b.

Aus Fig.4 geht hervor, daß. wenn D<80" ist. dk Bedingung |<?„₊ 1 — Φ_Π| <.τ bei kleinen Elevationswin kein erfüllt wird. Bei zunehmenden Elevationswinkelr wird der Term 2 .Tt/sin θ/λ wichtig, aber 2 G nimmt ab so daß die Bedingung noch immer erfüllt wird. Dit Spanne zwischen der Kurve cund der 180°-Linie ist füi Inst rumentenfehler verfügbar.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel enthiel das Antennensystem eine sich vertikal erstreckend! Reihe von acht Hornantennen mit je einer öffnung vot 21 cm im Abstand von gleichfalls etwa 21 cm voneinan der. Die Betriebsfrequenz betrug 5,1 GHz, was eine Wellenlänge λ von 5.9 cm entspricht. Der Winkel 0o. de

durch clic Beziehung:

2.τ J sin HfJ/. = ι

(VIII)

gegeben wird, beträgt dabei elwa 8". Dies bedeutet einen Uasisbcrcieh des bisher beschriebenen Interlero > mctt ι .ystcms von etwa 8". Der Basisbereich wird hier als der Bereich des Elcvationswinkcls definiert, für den die Bedingung \Φ_{η 1} 1 - Φ_η\ < -τ erfüllt wird.

I i g. 5 ist das Blockschaltbild einer logischen I inheit /ur Durchführung der Operation gemäß der Beziehung κι (Vl).

Einem Differenzerzeuger .S"' werden F_n und F_n, ι zugeführt, die von den Phasendiskriminatoren herrühren, welche die Phasendifferenz zwischen dem Antennenelement fund den Antennenelementcn π bzw r, n+1 messen. Der Differenzerzeuger SI erzeugt die Für F_n, ι - /·'„=() gilt dabei:

Ψ_η, ι =·/'„ +(F_n, ,-/·'„+ «;2.Tinit «-().
Die erforderliche Verarbeitung im Bereich:

-x < B < 2 H_n
ist dann:

F_n t 0)2.7

(X)

r~r_m, Air— r

/." „nt\ lioforl pin hinärpc ^iirnal Ii HaC Ciunal Rrlarcfrlll

wobei:

B = I für'/·■,„,-/·"„)<()

B = OfürC/„,,-/;,)äO

I' i g. 7 zeigt blocksehcmatisch eine logische Kinhcil zur Durchführung der Operation gemäß der Beziehung (X). Die Einheit besteht aus einem Differenzerzeuger 51, der die Differenz OF= F_{n +}1 — F_n bildet und ein Signal K liefert, wobei K=] ist für 6F>0, so daß das Signal K, das die Inverse des Signals K ist, für diesen Fall

wobei Ai= 1 ist. wenn öF>0 ist. Das Signal OF wird von einer Vorrichtung M in das Signal |Λ/·| umgewandelt. Der Differenzerzeugcr 52 vergleicht das Signal \6F\ mit >o '/>. Der Differenzerzeugcr S2 liefert die binären Signale Wund Q, wobei W= I ist, wenn \ftl] = '/? ist, und wobei Q= 1 ist, wenn \ol] < '/2 ist.

Das Signal Q und das Signal AC werden einer Umkehrstufe IV zugeführt, die Q invertiert, wenn Av = I y, ist, so daß am Ausgang der Umkehrstufe das Signal B auftritt.

Das Signal ό/'wird einem Gatter Pi und das Signal \oF\ -inem Gatter P2 zugeführt. Diese Gatter werden vom Signal W derart gesteuert, daß das Gatter Pi κι geöffnet ist, wenn IV=O ist, während das Gatter f'2 geöffnet ist, wenn W= I ist. so daß am Ausgang des Gatters P i das Signal Co/'und am Ausgang des Gatters P2dzs Signal A\6f] auftritt.

Durch Addition von C'fiF. A\6f] und B, Multiplikation η dos Ergebnisses mit 2 .τ und Addition von '/'„ zum Produkt ergibt sich Φ_η , ι.

Es wurde nachgewiesen, daß Φ_η, ι aus '/>„, /■"„ und /·"„, > bestimmbar ist, wenn die Bedingung erfüllt wird, daß:

\Φ_Πι_ί-Φ_η\<π'κ\ .in

und dab diese Bedingung lürW>Ho(Wo~8) nicht erlullt wird.

Es wird nun der Bereich:

Ο<β<2βο

betrachtet. Wenn keine Bodcnrcflcxioncn auftreten, gilt r> in diesem Bereich, daß:

0<(Φ_ο4,-Φ_η)<2-τ

ist. Wenn es aber Bodenreflexionen gibt, so wird diese Bedingung dann erfüllt, wenn:

<χ<θ<2θ₀ vi

ϊοΐ, WOt/Ci t* uCr iliCVStiCnSWiilftCi iSt, uCT CiürCn'.

ν/ = 20 (lig. 4) (IX)

gegeben wird.

Ein einfaches Verfahren zur Bestimmung von Φ_η-\ v~> aus Φ». F_n und F_n+1 in diesem Bereich wird nachstehend beschrieben.

In F i g. 6 sind vier Kombinationen von Werten von F_n und F_n+I aufgetragen. Wenn die Bedingung: 0<(Φ_π+ι-Φ_π)<2π- erfüllt wird, so läßt sich φ_{Β +} ι _Μ) bestimmen aus:

B - 1 für(F_n,;-F_n)KQ (Fig.6b,6c),

B = OfOrCF₇₁₊,- F_n)>0 (Fig.6a.6d). _b,

Der mehrdeutige zustand F_n+I-F_n=O tritt auf bei 0 = 0° und θ = 2θο- Diese Mehrdeutigkeit wird zugunsten von θ = 0° aufgelöst.

Es wird nunmehr der Bereich:

θο<θ<3θ_ο

betrachtet. In diesem Bereich können die Bodenreflexionen vernachlässigt werden und es gilt:

,τ<(Φ_η+,-Φ_η)<3.-τ

Ein einfaches Verfahren zur Bestimmung von Φ_ηι\ aus Φη, F_n und F_n , ι in diesem Bereich wird nachstehend beschrieben.

In F i g. 8 sind vier Kombinationen von Werten von F_n und F_n, ι aufgetragen. Wenn die Bedingung: ,τ<(Φ_η)ι-Φ,)<3π erfüllt wird, so läßt sich Φ,,,ι aus der nachstehenden Beziehung bestimmen:

*„♦ ι = Φ.+ (T_n♦ ι - F_n + B)I π,
wobei:

Φ_η(, =Φ_η + (^_{η +}1 - F„| + B)I π mit ß=0.
Die erforderliche Verarbeitung im Bereich:

ist dabei:

F.)C i IF,,, F

(Xl)

wobei

A = O₁B= 1, C= ! für |F„,, - F_n] < Ui

A = 1, B = 0, C= 0 fü r j / "„,, - F_nJ = ' h

A=O, ß=2, C= 1 für JF_n, ι - F_nJ > '/2
F i g. 9 zeigt das Blockschaltbild einer logischen Einheit zur Durchführung der Operation gemäß der Beziehung (Xl). Diese Einheit entspricht weitgehend der Einheit nach Fig. 5, welche die Operation nach der P.p7iehüP.g (V!) durchführt, und in beiden Figui ^n sind die gleichen Bezugszeichen für entsprechende Teile benui/.i. Nur die Unterschiede werden beschrieben. Die Signale W (W= 1 für \F„, 1 - F„| ='/?) und Q (Q= 1 für |F_n< 1 — F_n] > '/2)werden einem Gatter /"^zugeführt, das das Signal WQ biliici. "wobei WQ= ΐ isi für |F„₊,-F₁^< '/2.

Der Faktor B erscheint nunmehr in Binärkode am Ausgang des Gatters P3 und am Ausgang Q des Differenzerzeugers 5 Z Für |F_n+, - F„| < '/2 liefern diese Ausgänge die Kombination 10 (B= \). für |F_n+i-F„| = i/2 die Kombination 0 0 CB=O) und für IP_n+. - F„{>'/2die Kombination 0 ! (B=I).

Es stellt sich heraus, daß es drei Betriebsarten gibt für:

θ liegt zwischen Null und θο.

θ liegt zwischen α und 2 θο,

θ liegt zwischen θο und 3 θο.

wobei im betreffenden Ausführungsbeispiel ix elw;i 2
und Wn etwa 8" beträgt. Bei Winkeln /wischen ix und β» überlappen sich die erste und die /weite Betriebsart, und bei Winkeln /wischen βο und 2 βο überlappen sich die /weite und die dritte Betriebsart. Innerhalb eines bestimmten ÜLerlappungsbcreiches liefern die beiden Betriebsarten das gleiche Ausgangssignal. Dadurch jedoch, daß /wischen de und βο und /wischen Bo und 2 Hn je eine Grenze gesetzt wird, lassen sich drei Arbeitssektoren definieren. Der Einfachheit halber wird angenommen, daß die untere Grenze halbwegs /wischen ix und θ₀ liegt, d. h. bei 5', und daß die obere Grenze halbwegs zwischen βο und 2 βο liegt, d.h. bei 12 . Die drei erwähnten Betriebsarten sind jetzt je in einem Sektor wirksam:

Betriebsart I: 0 bis 5 Grad,

Betriebsart 2: 5 bis 12 Grad,

Betriebsart 3: 12 bis 24 Grad

\W_II ; _—_U .11. * „,. I**IU» I η r-l* ' Knr I'

TT CII lllllt.lliaiL/t-lllt.3 UUl.1 IU ('I'"* "C -HJ*- ι *.■*-■■«-.> utt- r. **'^i

benachbarten Betriebsarten das gleiche Ausgangssignal liefern, braucht die Vorrichtung zur Bestimmung der /u benutzenden Betriebsart, d. h. die Vorrichtung zur Bestimmung des Sektors, nicht besonders genau zu sein. Eine einfache Sektorbestimmungsvorrichtiing, die sich bei Versuchen als zuverlässig erwiesen hat, wird nachstehend an Hand der F ig. 10 und 11 beschrieben.

Es werden zwei Richtungsantennen, z. B. Hornantennen, betrachtet, welche die gleichen Eigenschaften haben, jedoch in bezug aufeinander so angeordnet sind, daß die Achsen ihrer Bündel divergieren. Dies ist in F i g. 10 dargestellt. Das Signal, das von einer der beiden Hornantennen empfangen wird, wird abgeschwächt, um die relativen Bündel, wie sie in Fig. 10 bei y und ν dargestellt sind, zu erzeugen. In diesem Falle liegt die Grenze y/x entlang der Bündelachse xiidcs Bündels x.

Y i g. 11 zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Bestimmung der Sektoren. Diese Sektorbestimmungsvorrichtung enthält drei Empfangshornantcnnen, die derart angeordnet sind, daß ihre Bündelachsen einen Winkel von 24", 12° bzw. 5° mit der Horizontale einschließen. Diese drei Antennen werden in F i g. 11 je mit dem betreffenden Ründelwinkel bezeichnet. |ede Antenne speist einen Empfänger R, der eine Mischstufe eniiiäli, so daß das Ausgangssignal jedes Empfängers mit einer geeigneten Zwischenfrcqtienz den Arnpliiudenvcrglcichsvorrichtungen zugeführt wird. Das Signal der 5"-Antenne wird über ein Schwächungsglied AT2 einem logarithmischen Verstärker l.A 4 zugeführt, während das ungeschwächte Signal der 12°-Antenne einem weiteren logarithmischen Verstärker l.A 3 zugeführt wird. Die Ausgangssignale dieser beiden Verstärker werden in einem Differenzverstärker DA 2 miteinander verglichen, so daß angenommen werden kann, daß das Bunde! der 5"-Antenne dem Bünde! * dei Fig. 10 und das Bündel der 12"-Antenne dem Bündel ν dieser Figur entspricht. Der Differenzverstärker DA 2 vergleicht die Amplituden der beiden Eingangssignal und üefer! ein Signal L, wobei L=! ist. wenn das geschwächte Signal der 5°-Antenne größer ist als das Signal der !2°-Antenne, und bestimmt auf diese Weise eine Sektorgrenze bei einem Winkel, der gleich dem Winkel der Bündelachse des Bündels x. in diesem Falle gleich 5°, ist.

Das Signal der 12"-Antenne wird über ein Schwächungsglied ATi einem logarithmischen Verrtärker LA 2 zugeführt, und das nichtgeschwachie Signal der 24^C-Antenne wird einem logarithmischen Verstärker LA I zugeführt. Die Ausgangssignaie dieser Verstärker werden in einem Differenzverstärker DA I miteinander verglichen. Dauei kann angenommen werden, daß die 24"-Antenne das Bündel y und die 12°-Antenne das Bündel χ hat, so daß die Sektorgrenze gleich der Bündelachse der I2"-Antenne. d.h. gleich 12°, ist. Der Verstärker DA I liefert ein Signal (/, wobei f/=l ist. wenn das Signal der 24" Antenne größer als das Signal der 12"-Antenne ist, und bestimmt somit die .Sektorgrenze von 12". Das Signal (/von DA I und das Signal /. von DA 2 werden einem Gatter PA zugeführt, das ein Ausgangssignal UL-Il liefert. Die Signale / und //geben in Binärkode den Sektor an:

β kleiner als 5": /.= I. //=0.

β /wischen ^r>" und 12": I. = 0, // = 0,

H größer als 12':/. = 0. //= I.

Die Signale /. und //bestimmen, welche Betriebs:'.n durchgeführt werden muß. Wenn /=l und // = 0 ist (β<5"), muß die logische Einheit nach Fig.:") verwende! v/erden; wenn /. — 0 und // = 0 is· (5"<β<12'^!), muß die logische Einheit nach F i g. 7 verwendet werden; wenn /. = 0 und //=1 ist (β> 12"). muß die logische Einheit nach F i g. 9 verwendet werden. Es läßt sich eine zusammengesetzte logische Einheit bauen, die Eingänge für /'„,ι. F_n, /- und //und Ausgänge für /\|(5/-|, CoI' und Ii hat und durch die Signale /. und // derart konditioniert wird, daß die für den betreffenden Sektor einschlägige Betriebsart auftritt. Diese zusammengesetzte logische Einheit ist in Fig. 12 mit /.i/bezeichnet.

F i g. 12 ist ein Blockschaltbild der ganzen Apparatur mit Ausnahme der Sektorbestimmiingsvorrichtung. Auf der linken Seite der Figur sind die acht Hornantennen dargestellt. Das Signal jeder Antenne wird in einem Überlagerungsempfänger R verstärkt und mit Zwischenfrequenz einem einer Reihe von Phasendisknminatoren C zugeführt. Weil die relative Phascndifferen-/en in den Antcnncnsignalcn bei der Zwischenfrequenz aufrechterhalten werden müssen, werden sämtliche Empfänger R gleichphasig aus einem nicht dargestellten Ortsoszillator gespeist. Erforderlichenfalls kann dieser Ortsoszillator auch die drei Empfänger /?r*er Sektorbcstimmungsvorrichtung nach F"i g. 11 speisen. Die digitalen Ausgangssignale F_n, r{\ : 7]der Phascndisknminatoren (/ werden einer Reihe von zusammengesetzten logischen Einheiten LlI zugeführt, um eine Ausgangs signalfolge

: 6j\

zu erhalten. Der unteren Einheit LU wird das konstante Signal F₀ = O zugeführt, um <W>, zu erhalten. Die Ausgangssignale 6Φ_Πν\ werden einer Reihe von Addierern P zugeführt, um die Ausgangssignale Φπμ-Φπ + οΦ,,+ ι zu erhalten, /(O :6> Zur Erzeugung von Φ\ wird dem unteren Addierer das konstante Signal Φο = 0 zugeführt.

Die drei Phasendifferenzen Φι. Φ: und Φ₃ werden in einem Addierer PA, die übrigen vier Phasendifferenzen Φα, Φs. Φβ und Φ₇ in einem Addierer Pb addiert-

Gemäß dem Verfahren nach der Beziehung (III) werden die Ausgangssummen der Addierer PA und PB einem Differenzerzeuger 53 zugeführt, der Mittel zur Berücksichtigung des Skalenfaktors β enthält Das Ausgangssignal des Differenzerzeugers S3 stellt somit am Ende einen mittleren Elevationswinkel θ dar.

Wenn jedoch das Verfahren nach der Beziehung (IIIb) angewandt wird, werden die Ausgangssummensignale der beiden Addierer PA und PB addiert und nach

Berücksichtigung des Teilers 2Sd ergibt sich ein Ausgangssignal, das den Phasenwinkel β darstellt.

I'i g. 12 ".-igt weiter einen Phasenmodulator I'M, der an den Ausgang des linieren Ijnpfängcrs R angeschlossen ist. Dieser Phasenmodulator wird durch ei.i Signal mit einer f'requen/ von etwa 20 H/ und einem dreieckigen Spannungs/eitdiagramm gesteuert. Auf diese Weise wird die Phase der dem Modulator PM vom Knipfanger R /!!geführten Signale moduliert. Die größte Phasenabweichung ist vorzugsweise gleich dem digitalen Phaseninkrement der Phasendiskriminatoren (/, d. h. im vorliegenden I alle 45 . Die Phase des Ausgangssi gnals des Phasenmodulators beeinflußt sämtliche Phasendiskriminatoren Wenn der Mittelwert einer Vielzahl von Messungen gebildet wird, stellt es sich heraus, daß durch Anwendung dieser Phasenmodulation die Phasendifferen/en mit einer Genauigkeit bestimmt werden können, die groller als die des digitalen Inkrernentcs von 45" ist.

Drei benachbarte Hornantennen, die einen Teil einer Versuchsanordnung bilden, sind in fig. 13 dargestellt. Bei dieser Anordnung hat jede llornantenne eine vertikale öffnungshöhe h von 2! cm, und die Bündclachse hu jeder Hornantennc ist gegenüber der rlori/ontale um einen Winkel t von 11" geneigt.

Gemäß der Beziehung (VII) muß im niedrigsten Bereich des ElevationswinkelsÖ gelten:

Für sehr kleine Klevationswinkel muß dann gelten:

was eine Verbesserung um einen f'aktor drei gegenüber bekannten Interfcromclern ist, die eine dreimal kleinere obere Grenze für die Bodcnreflexioner. haben.

Hier/ii () HIaII /xiehnuiiüen

Claims

Patentansprüche:

I. Interferometersystem zur Messung des Elevalionswinkels einer entfernten Strahlungsquelle, mit einer senkrecht zum Boden aufgestellten und von mehreren Antennen gebildeten linearen Antennenreihe und mit einer Reihe von Phasendiskriminatoren, die zur Messung der Phasenunterschiede zwischen den eintreffenden Wellen je mit einem to Paar von Antennen gekoppelt sind, und mit einer den Phasendiskriminatoren nachgeschalteten Signalverarbeitungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenreihe von (μ+ 1) gleich weit in einem Abstand d voneinander ι > entfernten Antennen gebildet wird und jedes Paar von Antennen von einer gemeinsamen Antenne (c) und einer der übrigen Antennen (r[\ : p]) der Antennenreihe gebildet wird und daß die Signalver· arbeitungsvon-ichtung eine Anordnung enthält, der :o die gemessenen Phasenunterschiede (Φ_η) zugeführt werden und welche mit aus logischen Schaltelementen aufgebauten Addierer und Multiplizierer (PA. PB. Si) versehen ist zur Ermittlung einer von Bodenreflexionen unabhängigen Anzeige des Eleva- r> lionswinkels Θ) gemäß der Beziehung: sin θ™ _Ί' ,

worin λ die Wellenlänge der empfangenen Wellen und /7i ein Mittelwert ist, der von den Addierern und Multiplizierern (PA, PB, Sj) gebildet wird gemäß der m Beziehung:

dung herangezogenen Funktionen auf folgende Weise definiert sind: