DE2346879A1

DE2346879A1 - Mehrkanal-peiler nach dem watson-wattprinzip

Info

Publication number: DE2346879A1
Application number: DE19732346879
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Pfaff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-09-18
Filing date: 1973-09-18
Publication date: 1975-03-27
Also published as: DE2346879C2

Description

Mehrkanal-Peiler nach dem Watson-Watt-Prinzip

Dr. M.WÄchtler

Beratender Physiker O O / C O 1 Q

Sierksdorf / Holstein L 6 *» D O /

Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf einen Mehrkanalpeiler nach dem Watson-Watt-Prinzip, läßt sich jedoch auch auf andere mehrkanalige Verfahren, bei denen es auf gleiche Ubertragungseigenschaf ten der Kanäle ankommt, anwenden.

Ihr Wesen besteht darin, daß das bisher übliche Arbeitspr'inzip, nämlich zunächst einen Kanalabgleich vorzunehmen, um dann anschließend fehlerfrei zu peilen, aufgegeben und stattdessen ein Verfahren gewählt wird, bei dem zunächst unter bewußter Inkaufnahme der gegebenenfalls vorhandenen Fehler eine Peilung vorgenommen wird, die anschließend (auf Grund des aus einer simulierten bekannten Peilung erhaltenen Ergebnisses, aus dem die aus der unterschiedlichen Übertragungseigenschaft der Kanäle herrührenden Fehler bestimmbar sind) korrigiert und gegebenenfalls erst so zur Anzeige gebracht wird.

Bekanntlich müssen beim Watson-Watt-Peiler /1/ die von den Antennen gelieferten Signale in den zur Verstärkung, Frequenzumsetzung und dergleichen benutzten Kanälen nach Amplitude und Phase gleich bewertet werden. Lediglich für den 3.Kanal, der im wesentlichen nur zur Seitenkennung dient, können, je nachdem, welches Verfahren angewandt wird, geringfügig größere Abweichungen zugelassen werden.

Der vor jeder einzelnen Peilung erforderliche Kanalabgleich, für den sich die nicht korrekte Bezeichnung "Eichung" allgemein eingebürgert hat, wurde zunächst manuell vorgenommen.

Zur Bedienungsvereinfachung wurden Weiterentwicklungen des Verfahrens (z.B. periodisches Kanalvertauschen oder aber periodisches Parallelschalten der Kanäle /2, 3/) in Verbindung mit einer Regeleinrichtung vorgeschlagen, die den erforderlichen Abgleich selbsttätig automatisch vornehmen.

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Von Nachteil ist dabei jedoch, daß nur, wenn ein Signal vorhanden ist, geeicht werden kann. Da der dann einsetzende Regelvorgang eine gewisse Zeit braucht, ist die Peilung extrem kurzer Signale unter Umstanden nicht möglich.

In jüngerer Zeit ist deswegen ein neues Verfahren bekannt geworden, bei dem nach der Frequenzeinstellung ein synthetisch erzeugtes HF-Signal, dessen Frequenz gleich der Empfanqsfrequenz ist, als Eichsignal den parallelgeschalteten Kanälen zugeführt wird, so daß der Peiler auch dann bereits geeicht ist, wenn noch kein Signal von den Antennen geliefert wird. Es kann daher sofort gepeilt werden, sobald ein Signal einfällt.

Wie die Erfahrung zeigt, liefert die automatische Verstärkungsregelung des Empfängers aber ebenfalls noch erhebliche Einschwingzeiten, so daß wiederum die Peilung extrem kurzer Signale problematisch wird. Die Schwierigkeiten bestehem beim Peiler in erster Linie darin, daß die Regelung zwangsweise über das gesamte Gerät erfolgen muß, so daß auf Grund der an die Selektion des Peilers zu stellenden Forderungen Einschwingzeiten unter 50 msec erfahrungsgemäß kaum zu erreichen sind. Die bei manchen Empfängerkonzepten angewandten Mehrfachregelungen in der Form, daß beispielsweise Vorstufen schon abgeregelt werden, wenn deren Ausgangssignal einen gewissen Pegel überschreitet, sind bei de" an den Peiler gestellten Forderungen heutzutage nicht tragbar, weil dabei verfahrensbedingt Nachbarträger, die unter Umständen um Größenordnungen über dem zu peilenden Signal liegen, bereits den Empfänger abregein, so daß im Effekt ein Empfänger-"blocking" eintritt. (Hierbei ist auch zu beachten, daß die zu peilende Sendung gegebenenfalls bewußt im Spektrum eines starken Rundfunksenders abgesetzt wird.)

Nachdem in jüngerer Zeit in zunehmendem Maße an die Funkaufklärung die Aufgabe gestellt wird, auch solche Signale, deren Dauer selbst im Kurzwellengebiet nur wenig mehr als 100 msec beträgt, zu peilen, muß angestrebt werden, sämtliche Einschwingzeiten, die durch Abgleich- bzw. Regelungsvorgänge bedingt sind, zu eliminieren.

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In diesem Sinne hat sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt, einen Peiler zu schaffen, der die Peilung praktisch ohne jeden Zeitverlust (also ohne durch einen Kanalabgleich oder / und eine Verstärkungsregelung bedingte Einschwingvorgänge) aufnimmt und das richtige Peilergebnis in geeigneter Form z.B. auf dem Schirm einer Elektronenstrahlröhre ausweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die bisherige Praxis der Aufeinanderfolge von Eichung und Peilung aufgegeben und stattdessen sofort die Peilung, die infolge eines nicht vorhandenen Kanalabgleichs selbstverständlich mit einem gewissen Fehler behaftet ist, vorgenommen wird. In einer Eichphase, in der ein synthetisch erzeugtes Signal möglichst genau der gleichen Frequenz mit der äquivalenten Amplitude des Signals auf die - zweckmäßigerweise parallelgeschalteten - Eingänge der Kanäle eingespeist wird, wird eine Referenzpeilung simuliert, so daß der für die Peilung infolge mangelnden Abgleichs der Kanäle zu berücksichtigende Fehler bestimmt werden, damit das fehlerbehaftete Peilsignal korrigiert und schließlich dieses korrigierte Signal zur Peilauswertung ausgenutzt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei anhand der beigefügten Bilder nun im einzelnen für einen dreikanaligen Watson-Watt-Peiler erklärt.

Der Peiler enthält(gemäß Fig. 1) in bekannter Weise die beiden für die Peilung erforderlichen Antennensysteme 1 und 2, die z.B. in Nord-Süd- und Ost-West-Richtung ausgerichtet sind, sowie das Hilfsantennensystem 3. Die von den Antennen gelieferten Signale werden über den Schalter 4 a den drei Kanälen 5, 6 und 7 zugeführt. Diese sind auf großen Dynamikbereich (möglicherweise z.B. mit logarithmischer Kennlinie) ausgelegt, wobei auf automatische Verstärkungsregelung vollständig oder mindestens weitgehend verzichtet wird. Sie beinhalten die erforderliche Frequenzumsetzung wie auch die - gegebenenfalls mit umschaltbarer Bandbreite - gewünschte Frequenzselektion. Die eigentliche Frequenzabstimmung erfolgt mit Hilfe des Oszillators 8, der vorteilhafterweise als Synthesizer ausgelegt ist.

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Nach der Abstimmung auf die Frequenz des zu peilenden Signals mit Hilfe des Oszillators 8 wird, sobald ein Signal einfällt, der von den Amplitudendetektoren 9 und Io ausgewiesene Amplitudenwert y und χ in den für den Vertikal— und Horizontal—

P P

kanal vorgesehenen Speichern 11 und 12 gespeichert. In gleicher Weise geben die beiden Phasendiskriminatoren 13 und die Phasenlage der bei der ersten Peilphase festgestellten Signale in bezug zu dem von der Hilfsantenne gelieferten Signal im 3.Kanal an die Speicher 15 und 16 weiter.

Der Amplitudendetektor 17, der vorteilhafterweise nach dem

Γ~2 2' mathematischen Prinzip r =J χ + y arbeitet, steuert dann die Amplitudenregelung 18 in solcher Weise, daß das mit Hilfe des Oszillators 8 und dem z.B. quarzstabilisierten Oszillator 2O durch Mischung im Mischer 19 erzeugte synthetische Signal, dessen eine Spektrallinie genau gleich der Zwischenfrequenz ist, in solcher Weise, daß nun das Ausgangssignal hinter dem Stellglied 18 recht genau gleich dem Betrag der von den Peilantennen 1 und 2 gelieferten Spannung ist. (Genauso gut hätte bei entsprechender Auslegung der Mischeinheit 19 auch das vom Oszillator 20 gelieferte Signal durch die vom Amplitudendetektor 17 gelieferte Steuerspannung in der Amplitude entsprechend bewertet werden können.)

Nach der Peilphase schaltet nun der Schalter 4a und 4b auf die nachträglich auszuführende Korrekturphase um. Die Eingänge der eigentlichen Peilkanäle 5 und 6 werden dabei effektiv (gegebenenfalls über geeignete Entkoppelglieder oder -stufen) parallelgeschaltet, und es wird ihnen ein Eingangssignal mit dem Pegel des vorher vorhandenen Peilsignals zugeführt. In den Speichern 21 und 22 werden nun die bei der Eichung auftretenden Amplitudenwerte und in den Speichern und 24 die für die Phasenlage gültigen Werte eingespeichert.

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In der nun anschließenden Korrekturphase werden einerseits in den Einheiten 25 und 26 die Quotienten der für Peilung und Eichung i.n den Speichern 11 und 12 bzw. 12 und 22 enthaltenen Amplitudenwerte und andererseits in 27 und 28 die Differenzen der Phasen gebildet, so daß schließlich an den vier Ausgängen die korrigierten Amplituden— wie auch die korrigierten Phasenwerte der in den Peilkanälen geführten Signalspannungen in bezug zu einem Referenzkanal zur Verfügung stehen.

Zweckmäßigerweise macht man sich den Vorgang noch einmal formel— mäßig klar: Für die in der Peilphase gelieferten Werte gilt:

γ = A cosTj .Vy

X _a = A &·η -ψ · V_K

(V = Kanal verstärkung; A = Amplitude; "U/ = Azimut)

und in der Eichphase:

Y_e= A COi HS* .Vv/

X₆ = A i,n 4S° . v'_x

Damit ergibt sich nach entsprechender Quotientenbildung gemäß der erfindungsgemäßen Schaltung der richtige Peilwinkel

g ■= ex rc to oder

V_x,

, = arc+c

A sin T| -V_x A cos«⁰ · V_v 1 A siv^5°. V_x A cos if - Vy f

In einer Erfindungsvariante werden die Bausteine 25 und 26 als Multiplizierer geschaltet. Dabei sind die Speicher für die in der Eichphase erhaltenen Werte überkreuz gemäß der gestrichelt eingezeichneten Linien zu verbinden, also 21 nach 26 und 22 nach 25. (Die mit einem Stern bezeichneten Leitungen sind zu unterbrechen. )

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Man erkennt leicht, daß auch auf diese Weise der genaue Peilwert

~ Oircle

A sin ^ . V_x Ac ο s if S ° - \'_v 1

ausgewiesen wird.

Fig. 2 zeigt eine geeignete Schaltung für die Rekonstruktion der Peilsignale. Das von dem auf zunächst beliebiger Frequenz, z.B. 10 kHz, schwingenden Oszillator 1 gelieferte Signal wird über die beiden Phasenschieber 2 und 3 entsprechend der vom Peiler festgelegten Phasenzuordnung eingestellt, und anschließend in den Amplitudenbewertern (z.B. programmierbaren Dämpfungsgliedern) 4 und 5 entsprechend der vom Vertikal— und Horizontalkanal gelieferten Signal in der Amplitude bewertet und gegebenenfalls, um z.B. Quantisierungssprünge auszugleichen, mit Hilfe der Tiefpaßglieder 7 und 8 geglättet, so daß schließlich das auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre 6 gezeigte Bild (Lissajous-Figur) ein getreues Abbild der eigentlichen, richtigen Peilfigur ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann selbstverständlich sowohl in analoger als auch in digitaler Technik aufgebaut werden.

Da die zu verarbeitenden Signalspannungen sowohl in der Peilphase als auch in der Eichphase von etwa gleicher Größenordnung sind, kann auch bei Anwendung der Analogtechnik mit einer ausreichenden Genauigkeit gerechnet werden. Die Digitaltechnik wird bei größeren Anforderungen an den Betriebstemperaturbereich des Gerätes einen zuverlässigeren Betrieb sichern.

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Für die Ausführung der Amplitudendetektoren wird eine phasenselektive Gleichrichtung besonders zweckmäßig sein, um gleichzeitig in bezug auf das Signal-Rausch-Verhältnis noch einen Gewinn zu erzielen.

Während im vorgestellten Beispiel für die Beschreibung des Peilsignals (nämlich der anzuzeigenden Peilellipse) als charakteristische Größen zwei Amplituden- und zwei Phasenwerte ausgenutzt wurden, könnten selbstverständlich auch andere charakteristische Größen, die zum Beschreiben einer Ellipse geeignet sind (/4/), herangezogen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch darum sinngemäß übertragen werden, weil es ja nur darauf ankommt, die Werte in der ursprünglich fehlerbehafteten Peilphase und in der Kor— rekturphase in entsprechender Weise miteinander zu verarbeiten, um zum korrigierten und damit fehlerfreien Peilergebnis zu kommen.

Gleichgültig welche Ausführungsform für den erfindungsgemäßen Peiler gewählt wird, muß im Einzelfall der Abtast- bzw. Umschaltrhythmus geeignet gewählt werden. Besonders weitreichende Möglichkeiten ergeben sich dabei bei Anwendung der Digitaltechnik. Beim Einsatz eines entsprechend ausgelegten Prozeßrechners könnte dabei beispielsweise auch beliebig lange (fehlerhaft) gepeilt werden, weil die erhaltenen charakteristischen Peildaten gespeichert werden können und erst sehr viel später die für die jeweiligen Peilungen anzubringende Korrektur festgestellt werden kann. Die einzige Voraussetzung für eine solche Vorgehensweise ist die ausreichende zeitliche Stabilität der Übertragungseigenschaften der Kanäle. Eine derartige Verarbeitung kann insbesondere dann von Interesse werden, wenn infolge der periodischen Umschaltung abseits liegende Sender infolge des modulatorischen Effekts in den Empfangsbereich hinein transponiert werden. In gewissen Fällen wird in diesem Ginne auch eine Abtastung mit fortwährend sich änderndem Abtastintervall von Vorteil sein.

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In Betracht gezogene Literatur

1) Adcock, F.

An improvement in Means for Determining the Direction of a Distant Source of Electromagnetic Radiation Brit. Pat. Nr. 13O 43O (1919)

2) Schmucker, G.

Der Telefunken-Kurzwellen-Sichtfunkpeiler Telefunkenzeitung 31 (1958) H 120 Juni

3) Schuster, H.

Anordnung zum automatischen Abgleich eines Doppelkanal-Sichtfunkpeilers DBP Nr. 1019720 (1956)

4) Pfaff, K. Stahl, H.

Einrichtung zur übertragung von Peilbildern eines Mehrkanal-Sichtfunkpeilers nach dem Watson-Watt-Prinzip zum DBP angem. Nr. P 23 11 065.8 (1973)

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Claims

Patentansprüche

1. Mehrkanalpeiler, vorzugsweise nach dem Watson-Watt-Prinzip, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangskanäle in erster Linie auf möglichst großen Dynamik— bereich, gegebenenfalls unter Anwendung eines nichtlinearen (z.B. logarithmischen) Ausgangs- zu Eingangs—Spannungsverlaufs ausgelegt werden und daß, um insbesondere bei Signalen extrem kurzer Dauer jeglichen Zeitverlust zu vermeiden, die die Peilung beschreibenden charakteristischen Daten mit den nach einer Korrekturphase mit Hilfe eines simulierten Peilsignals gleicher oder etwa gleicher Frequenz und vorzugsweise (vorteilhafterweise z.B. unter 45 Azimutwinkel) gleicher Amplitude erhaltenen charakteristischen Daten in solcher Weise miteinander verarbeitet werden, daß die unterschiedlichen Übertragungseigenschaften der beteiligten Kanäle eliminiert und die so erhaltenen charakteristischen Daten der richtigen Peilung zur Rekonstruktion des richtigen Ergebnisses z.B.

der Peilellipse beim Watson-Watt-Peiler ausgewiesen werden.

2. Anspruch nach 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anwendung des Verfahrens auf den Watson-Watt-Peiler für die Beschreibung der Peilellipse beispielsweise die Signalamplituden der beiden Peilkanäle sowie deren Phasenlage im Vergleich zum dritten als Referenz dienenden Kanal ausgenutzt und zur Rekonstruktion der Peilellipse als beschreibende Daten die korrigierten Amplitudenwerte, die sich aus den Quotienten der in der Peil- und der Korrekturphase ergeben, und die sich aus der Differenz der in Peil— und Korrekturphase ergebenden Phasenwinkel herangezogen werden.

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3. Anspruch nach 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den Watson-Watt-Peiler die gemäß den Ausführungen der Beschreibung sich ergebenden Kreuzprodukte der in der Peilphase der aus den Kanälen erhaltenen AmplitudeViwerto multipliziert mit den in der Korrekturphase erhaltenen Amplitudenwerte der Kanäle sowie die sich aus der Differenzbildung der Phasenwinkel der Korrekturphase abzüglich der Phasenwinkel der Eichphase ergebenden Phasenwerte zur Rekonstruktion der Peilellipse herangezogen werden.

4. Anspruch nach 1 und 2 bzw. 1 und 3 dadurch gekennzeichnet , daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen mit Hilfe analoger Schaltungen aufgebaut werden.

5. Anspruch nach 1 und 2 bzw. 1 und 3 dadurch gekennzeichnet , daß die erfindungsgemäße Schaltung mit Hilfe digitaler Schaltungen aufgebaut wird.

6. Anspruch nach 1, 2 und 5 bzw. 1, 3 und 5 dadurch gekennzeichnet , daß zur Erzeugung der korrigierten die Peilellipse beschreibenden charakteristischen Daten eine Rechenschaltung im Stil eines Prozeßrechners eingeführt wird.

7. Anspruch nach 1 dadurch gekennzeichnet daß auch andere charakteristische Daten, die insbesondere für die Beschreibung der Peilellipse bei Watson-Watt-Peilern geeignet sind, im Sinne der Erfindung entsprechend verarbeitet werden.

8. Anspruch nach 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet , daß Peil- und Korrekturphase in abwechselndem periodischen Rhythmus vorgenommen werden.

9. Anspruch nach 1 und 8 dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastintervalle zeitlich fortwährend evtl. mit Hilfe eines Pseudorauschgenerators verändert werden. 509813/0613

Ίο. Anspruch nach 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet , daß die charakteristischen Daten der über längere Zeit erhaltenen gegebenenfalls fehlerbehafteten Hohpeilungen zunächst in geeigneter Form gespeichert werden und erst später bei der Auswertung der Fehlerkorrektur unterworfen werden.

11. Anspruch nach 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung so ausgelegt wird, daß gleichzeitig in der Korrekturphase auch die aufgrund von vor oder nach der Peilung durchgeführten Referenzpeilungen gefundenen Funkbeschickungswerte genau oder wenigstens approximativ mitbewertet werden.

Dr. M. Wäohtler

Beratender Physiker

Sierhdoff / HoU'ein

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