DE2332537C3

DE2332537C3 - Schaltungsanordnung zur Kreuzkorrelation eines dritten an die Hilfsantenne angeschlossenen Kanals mit den Peilkanälen eines Mehrkanalpeilers

Info

Publication number: DE2332537C3
Application number: DE19732332537
Authority: DE
Inventors: Hanno Dipl.-Ing. 5650 Solingen Blackert
Original assignee: Waechtler Maximilian Dr 2430 Sierksdorf
Current assignee: Blackert Hanno Dr 5100 Aachen De
Priority date: 1972-12-13
Filing date: 1973-06-27
Publication date: 1984-09-27
Also published as: DE2332537A1; DE2332537B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Kreuzkerrelation eines dritten an die Hilfsantenne angeschlossenen Kanals mit den Peilkanälen eines Mehrkanalpeilers. Sollen nun die Peilsignale nach Digitalisierung einem elektronischen Rechner zugeführt werden, der mit Hilfe geeigneter.Programme die Werte für den Peiiwinkel und die Peilgüte ermittelt, die dann zur digitalen Anzeige und/oder zur Fernübertragung verwendet werden können, so ist es zweckmäßig, das Signal/Rauschverhältnis der von den gekreuzten Peilantennensystemen, gelieferten Peilsignale durch Kreuzkorrelation mit der phasenmäßig aufgespalteten Hilfsantennenspannung zu verbessern. Die gereinigten Peilsignale können dann zur Weiterverarbeitung digitalisiert werden.

Bei den bisher bekannten Verfahren zur digitalen Speicherung, Übertragung und Darstellung von Peilwerten und Peflbildern wird für einen sicVeren Datenfluß ein beträchtliches Signal/Rausch verhältnis von beispielsweise 40 dB, d. h. ein Amplitudenverhältnis von 100/1, benötigt; dies entspricht einem Peilbild, das bei beispielsweise 100 mm Länge nur 1 mm in der Breite verrauscht ist. Für die visuelle Direktbeobachtung genügt dagegen ein Signal/Rauschverhältnis von 2 :1, entsprechend 6 dB.

Aus der DE-AS 12 82 749 ist ein Verfahren zur digitalen Anzeige der der Einfallsrichtung·- einer Welle entsprechenden Werte der Ausgangsspannungen eines Zweikanalpeiler^ bekannt Dabei wird die Hilfsantennenspannung ohne phasenmäßige Aufspaltung und ohne Anwendung von Korrelationsstufen zwei Gleichrichtern zugeführt, deren Gleichspannungsausgänge zur Amplitudenregelung der beiden Teile einer Referenz spannung dienen, von denen die weiteren Schaltungstei le zur Erzielung einer digitalen Anzeige angesteuert werden. Dabei wird jedoch nur der Azimutwinkel des Peilstrahls angezeigt, während Maßnahmen zur Steigerung der Empfindlichkeit der Digitalanzeige oder zur

Ermittlung der Peilgüte nicht vorgesehen sind.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei der Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art, die Genauigkeit der Peilwinkelbestimmung zu verbessern und die Peilgüte (Aufspaltung der Peilfigur) zu ermitteln. Bei der Lösung der gestellten Aufgabe geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, die Hilfsantennenspannung in zwei phasenmäßig senkrecht zueinander stehende Anteile zu zerlegen und mit jedem Anteil die Kreuzkorrelation ^eder der beiden Peilspannungen durchzuführen. Dadurch werden vier bereinigte Ausgangssignale erhalten, die insbesondere digital dargestellt bzw. übertragen werden können. Darüber hinaus zeichnet sich die Erfindung durch die Merkmale der Patentansprüche aus.

Aus der DE-AS 12 46 053 ist zwar die Kreuzkorrelation zwischen Peilspannung und Hilfsantennenspannung an sich bekannt, doch wird hierbei ein mit Ortsdiversity arbeitendes Peilverfahren angewendet, bei dem nur die Beträge von Peilspannung und Hilfsantennenspannung miteinander multipliziert werden und über Tiefpässe zur Anzeige gelangen, so daß aus der primär vorhandenen Peilellipse ein einziger Punkt auf der als Anzeigeorgan dienenden Braunschen Röhre wird; dies bedeutet ersichtlich gegenüber der zweidimensionalen Peilellipse einen Informationsverlust.

Demgegenüber wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 die Hilfsantennenspan- nung in zwei zueinander senkrecht stehende Komponenten zerlegt und jede dieser Komponenten mit jeder der Peilspannungen kreuzkorreliert. Dadurch entstehen vier Gleichspannungen, die nicht nur die Amplituden-, sondern auch die Phasenverhältnisse der Peilspannun gen beinhalten und zur Wiederherstellung eines vollständigen Peiibildes verwendet werden können.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann eine Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses von etwa

30... 35 dB erreicht werden, so daß die digitale Anzeige bzw. die Fernanzeige, vorzugsweise nach Übertragung der digitalen Daten, mit etwa derselben Sicherheit und Empfindlichkeit erfolgen kann wie die direkte Beobachtung der Peilanzeige auf dem Bildschirm eines Peilgeräts am Ort der Antennenanlage.

Die digitale und die analoge Anzeige können darüber hinaus auch in an sich bekannter Weise derart miteinander kombiniert werden, daß der vom Rechner ermittelte Peilwert ebenfalls auf dem Schirmbild eingeblendet wird, so daß das eigentliche Schirmbild der Peilspannungen nur noch zur visuellen Unterstützung der genau ablesbaren Gradzahl der Peilung dient. Diese Kombination von Bild und Zahlendarstellung auf demselben Bildschirm kann beispielsweise in Gefahrenfällen, in denen des auf schnelles und instinktiv richtiges Verhalten des Operateurs ankommt, sehr vorteilhaft sein. Ferner ist eine übermäßig genaue Bilddarstellung nicht mehr erforderlich, da der genaue Zahlenwert der Peilung ebenfalls zur Verfügung steht Darüber hinaus können dem Rechner weitere navigatorisch wichtige Daten eingespeichert oder zugeführt werden, beispielsweise Beschickungen und Kompaßkurse, so liaß nicht nur die wahre Funkseitenpeilung des Fahrzeugs, sondern auch der wahre geographische Kurs zur Anzeige kommen können.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1. Komponentenzerlegung der Peilspannungen Uab und Ucd (in der Figur als Signalspannungen Si und Si bezeichnet),

F i g. 2 Korrelationsschaltung mit gleichzeitiger Gewinnung der Komponenten der Peilspannungen, -

F i g. 3 Zeitdiagramm des Doppelrampenverfahrens,

Fig.4 Blockschaltbild einer Gesamtanlage mit Rechnerverarbeitung der Peildaten.

Um mittels eines programmgesteuerten Rechners (Computer) eine zahlenmäßige (digitale) Peilanzeige zu erhalten, müssen in dem gewählten Peilverfahren die beiden Peilspannungen (beispielsweise die verstärkten und umgesetzten Spannungen von zwei gekreuzten Richtantennensystemen) in einem festgelegten Koordinatensystem in zwei aufeinander senkrecht stehende Komponenten zerlegt werden. (Ebenso wäre aber auch eine Aufspaltung nach Betrag und Phasenlage in einem Polarkoordinatensystem möglich). Als Bezugsrichtung, d. h. als reeiie Achse wird die Richtung der Hilfsantennenspannung genommen. In F i g. 1 ist diese Zerlegung im Zeigerbild zeichnerisch dargestellt Dort schließen die Peilspannungen S\ und Sj den Phasenwinkel Δ ein. Die Bezugsspannung Z der Hilfsantenne ist in die Richtung der reellen Achse gelegt worden.

In mathematischen Zeichen kann man die rechtwinkelige Zerlegung der beiden Peilspannungen folgendermaßen darstellen:

Uau = S₁ = a+jh U₁ o= S₂ = c + jtl.

Die Spannung Z der Hilfsantenne wird nicht zerlegt, sondern als reelle Bezugsachse betrachtet, was in mathematischer Schreibweise folgendermaßen zum Ausdruck kommt:

U₁₁A = Z.

Aus diesen Komponenten, die nach dem später erläuterten Verfahren auch physikalisch gewonnen werden, kann mittels folgender, an sich bekannter Formel, bzw. eines entsprechenden Rechnetprogramms, der Anzeigewinkel des Peilbildes (Winkellagen der Achsen der Schirmbildellipse) errechnet werden:

q = —. arc tan f 2

ac + hd

Ur+tr)-(r+(?l

■D-

ίο Für den Rechner muß allerdings zuerst der in Frage kommende Quadrant bestimmt werden. Außerdem muß das Argument der arc tan-Funktion gestürzt werden, wenn es größer als eins ist Dann wird der berechnete Winkel von 90° abgezogen. Diese spezielle Gestaltung des Rechnerprogramms ist an sich bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung.

Dagegen wird wei'erhin erfindungsgemäß eine Hilfsgröße m berechnet, für welche der folgende, ebenfalls aus den Komponenten der Peilspannungen gebildete Ausdruck gilt:

ad — h c

rr + fr + c² + </²

Die Größe πι ist für die Aufspaltung der Schirmbildellipse maßgebend und darf einen bestimmten Betrag nicht übersteigen, wenn die Peilung als zuverlässig betrachtet werden soll. Es wird daher in das Rechnerprogramm ein Kriterium folgender Art eingebaut:

so daß nur Ellipsen mit einem Achsenverhältnis kleiner als k zur Peilwinkelanzeige zugelassen werden. Der Wert von k kann nach Bedarf und Erfahrung verschieden gewählt werden und wird üblicherweise in der Größe von 20... 30% liegen.

Vor der rechnerischen Verarbeitung werden die Komponenten der Peilspannungen in an sich bekannter Weise zur Verbesserung des Signal-/Rausch-Verhältnisses mit der Signalspannung der Hilfsantenne kreuzkorrelicit Diese Methode besteht in der Anwendung einer Synchrondemodulation (Multiplikation), einer Mittelwertbildung (Integration über eine einstellbar e Zeit) und der Anwendung eines Tiefpasses zur Abtrennung der unerwünschten Mischprodukte.

Wenn nun die Hilfsantennenspannung durch Schaltmittel (etwa durch Anwendung eines phasenstarren Oszillators, Phase-locked Loop) in zwei senkrecht aufeinander stehende Komponenten zerlegt wird und jede Peilspannung mit beiden Komponenten der Hilfsantennenspannung kreuzkorreliert wird (Fig.2), dann erhält man, wie auch rechnerisch leicht gezeigt werden kann, die für den Computer benötigten vier Komponenten a, b, c und d der Peilspannungen in einer bereits gemittelten und von den Störsignaten weitgehend befreiten Form.

Als Integrationsverfahren wird hier zweckmäßig das an sich bekannte Doppelrampenverfahren verwendet,

bo dessen zeitlicher Verlauf in Fig.3 dargestellt ist Bei diesem Verfahren steigt die zu messende Spannung während der Integrationszeit T proportional zum Integranden an und der erreichte Endwer't wird durch die Dauer der Entladungszeit bis auf eine stabilisierte Bezugsspannung gemessen. Diese Zeitdauer kann ihrerseits durch eineh elektronischen Zähler leicht in eine digitalisierte Form umgewandelt werden, so daß die für die Darstellung und Übertragung des Peilwinkels

und der Peilgüte benötigten Komponenten der Peilspannungen als weitgehend vom äußeren Rauschen befreite Zahlenwerte zur Verfügung stehen.

Die Verbesserung des Rauschabstandes entspricht dabei theoretisch der Wurzel aus der Zahl der Probenahmen in der Integrationszeit, sofern die Proben statistisch unabhängig von einander sind. Bei einer Bandbreite B mit der äquivalenten Einschwingzeit MB läßt sich daher beispielsweise mit einer Mittelungszeit von einer Sekunde eine S/N-Verbesserung von /ZT = /jÖÖO ss 55 linear oder ca. 35 dB erreichen.

Fig.4 zeigt schließlich das Blockschaltbild einer vollständigen Anlage zur digitalen Peilwertübertragung und -darstellung. Die Spannungen der Peilantennen 1 werden in einem Dreikanalempfänger 2 phasen- und amplitudenrichtig verstärkt und in der Frequenz umgesetzt. Die Spannung der Hilfsantenne wird dem

Kanal 3 und dem Phasenspalter 4 mit den Ausgängen 0° und 90° zugefünrt. Hierauf erfolgt in vier identischen Baugruppen 5 die Bildung, Korrelierung und Digitalisierung der Peilspannungskomponenten. Die nun gewonnenen Daten werden einem Speicher 6 mit parallelem Eingang und seriellem Ausgang zugeführt. Mittels postüblicher Modems 8 und 10 erfolgt die Datenübertragung über die Fernleitung 9.

Am Empfangsort befindet sich die Umkehrung 11 des sendeseitigen Datenspeichers, der den Computer 13 speist. Dieser Rechner ist mit weiteren Dateneingabegeräten 14,15 verbunden, welche Beschickungswerte, den Kompaßkurs und eventuell weitere navigatorisch wichtige Daten eingeben. An den Ausgang des Rechners ist ein Datensichtgerät 12 angeschlossen, das eine ziffernmäßige Anzeige und auch eine bildliche Darstellung der Peilung zeigt.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur -Kreuzkorrelation eines dritten an die Hilfsantenne angeschlossenen Kanals mit den Peflkanälen eines Mehrkanalpeilere, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischerfrequenzausgang (3) des dritten Kanals an einen Phasenspalter (4) gelegt ist, an dessen beiden Ausgängen zwei in ihrer Phase um 0° bzw. 90° gegenüber seinem Eingangssignal gedrehte Wechselspannungen entstehen, die an je zwei von vier untereinander gleichen Kreuzkorrelatoren ki, k% JÖ und £4 geführt sind, an deren jeweils zweite Eingänge paarweise die Zwischenfrequenzausgänge der beiden Peilkanäle (2) geschaltet sind, so daß an den Aasgängen der vier Kreuzkorrelatoren Gleichspannungen für eine digitale WeiterverarbeituBg zur Verfügung stehen, die dem Realteil und dem Imaginärteil der beiden Peilspannungen proportional sind. *' ._.-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur digitalen Weiterverarbeitung ein System verwendet ist, das aus Datenspeichern (6 und 11), Anpaßgliedern (Modems 8 und 10) einer Übertragungsstrecke (9), einem elektronischen Rechner (13) und einem Anzeigegerät (12) besteht

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Analog-/Digitalumsetzung und zu der für die Kreuzkorrelation erforderlichen Integration das an sich bekannte Doppelrampen verfahren verwendet ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dcß bei der Ermittlung der Peildaten aus den Ausgangsspan ungen der vier Kreuzkorrelatoren durch den elektronischen Rechner jene Peilellipsen von der Anzeige ausgeschlossen werden, deren Aufspaltung ein bestimmtes einstellbares Maß übersteigen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung der Peildaten durch den elektronischen Rechner zur Peildatenermittlung die digitalen Azimutdaten an die Adreßeingänge eines Speichers geschaltet sind, der die Funkbeschickungswerte der Peilanlage enthält (14) und dessen Ausgangsdaten mit den Azimutwerten und den digitalen Daten des Fahrzeugkurses (15) zusammen addiert werden und so die wahre Peilung darstellen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anpaßglied (10) ein Digital-/Analogumsctzer und ein Modulator nachgeschaltet sind, dessen Ausgangsspannungen zur Reproduktion des Peilbildes an die Platten eines X- y-Oszillographen geschaltet sind.