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"Peilanordnung, die durch Phasenvergleich einer Niederfre quenzsp
annung mit einer Vergleichsspannung den Peilwinkel bestimmt" Die Erfindung betrifft
eine Peilanordnung, deren Antennensystem aus zwei gekreuzten Peilantennen und einer
Hilfsantenne mit Rundumcharakteristik besteht, die ferner ein Uberlagerungsglied
enthält, in dem durch additive tberlagerung der Signale der Peilantennen und der
Hilfsantenne eine mit einer Niederfrequenzspannung der Frequenz f amplitudenmodulierte
Hochfrequenzspannung erzeugt wird derart, daß die Phasenlage der Niederfrequenzspannung
bezogen auf die Phasenlage einer gleichfrequenten Bezugsspannung ein Maß für den
Sinfallswinkel der zu peilenden elektromagnetischen Wellen darstellt. Diese Peilanordnung
bestimmt den Peilwinkel somit durch Phasenvergleich einer Niederfrequenzspannung
mit einer Vergleichsspannung.
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Es ist bekannt, eine Spannung, deren Phasenlage bezogen auf die Phase
einer Vergleichsspannung gleicher Frequenz dem Einfaliswinkel entspricht, dadurch
zu gewinnen, daß einerseits innerhalb der ersten Viertelperiode der Schwingung der
Frequenz f nur die eine Peilkomponente und in der zweiten Viertelperiode nur die
andere Peilkomponente jeweils zur Spannung der Hilfsantenne addiert wird und daß
andererseits in der dritten Viertelperiode die erste Peilkomponente und in der vierten
Viertelperiode dagegen die zweite Peilkomponente jeweils von der Spannung der Eilfsantenne
subtrahiert wird (z. 3. deutsche Patentschrift 1 766 680), Fig. 1 a und b der Zeichnung
zeigt zwei Ausfuhrungsbeispiele des bekannten Verfahrens. Das verwendete Antennensystem
besteht aus zwei senkrecht zueinander stehenden Rahmenantennen 1 und 2 und einer
Hilfsantenne 3 mit ungerichteter Charakteristik.
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Gemäß dem bekannten Verfahren nach Fig. 1 a wird die von der Rahmenantenne
1 kommende Peilkomponente mit Hilfe eines mit der Frequenz f arbeitenden Taktgebers
5, eines Frequenzverdopplers 6 und einer Schalteinrichtung 4 zu dem in Fig, 2 a
dargestellten Signal verarbeitet, Aus der Spannung der Peilantenne 2 wird mit denselben
Hilfsmitteln das in Fig, 2 b dargestellte Signal hergestellt, Die Spannung der Hilfsantenne
3 wird vermittels eines Polwenders 7 in der in Fig. 2 c angedeuteten
Weise
umgepolt und anschließend in einem tberlagerungsglied 8 mit den in Fig. 2 a und
b dargestellten Signalen überlagert, Am Ausgang des Uberlagerungsgliedes 8 erhält
man dann die in Fig. 2 d dargestellte, mit der Frequenz f amplitudenmodulierte Spannung,
Die erste Viertelperiode dieser Spannung entsteht durch Addition der Spannungen
gemäß Big, 2 a und c, die zweite Viertelperiode durch Addition der Spannungen gemäß
Fig. 2 b und c, die dritte Viertelperiode durch Subtraktion der Spannung gemäß Fig,
2 a von der Spannung gemäß Fig, 2 c und die vierte Viertelperiode schließlich durch
Subtraktion der Spannung gemäß Fig, 2 b von der Spannung gemäß Fig, 2 c.
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Die Spannung gemäß Fig, 2 d wird dann in einem Verstärker 9 verstärkt,
in einem Glied 10 gleichgerichtet, und in einem Filter 11 wird aus ihr die Spannungskomponente
der Frequenz f herausgefiltert, Die Ausgangsspannung des Filters 11 ist die gewünschte
Spannung, deren Phasenlage vom Einfallswinkel abhängt. Sie kann in einem Phasenvergleichsglied
12 mit der gleichfrequenten Spannung des Taktgebers 5 verglichen werden, wobei sich
aus dem Phasenvergleich der Einfallswinkel ergibt, der in einem Glied 13 zur Anzeige
kommt. Bei dem bekannten Verfahren nach Fig, 1 b werden die Spannungen der Rahmenantennen
1 und 2 Schalteinrichtungen 14 und 15 zugeführt, die vom Taktgeber 5 mit der Frequenz
f gesteuert werden. Wegen des Phasendrehgliedes 16 arbeiten die Schalteinrichtungen
14
und 15 mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 900.
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Außerdem enthält 3 edle der Schalteinrichtungen 14 und 15 einen Polwender,
der die Polarität der Spannungen am Ausgang dieser Glieder mit der Frequenz f umkehrt.
Auf diese Weise erhält man am Ausgang der Schalt einrichtung 14 den in Fig. 2 a
und am Ausgang der Schalteinrichtung 15 den in Fig, 2 b dargestellten Spannungsverlauf,
wobei dann allerdings sowohl in Fig. 2 a als auch in Fig. 2 b benachbarte Impulse
eine umgekehrte Polarität aufweisen. Die Spannung der Hilfsantenne 3 entspricht
der Darstellung in Fig. 2 c, jedoch ohne die dort eingezeichnete Polaritätsumkehr.
Sie wird im tberlagerungsglied 17 der Spannung gemäß Fig. 2 a und in terlagerungsglied
18 der Spannung gemäß Fig. 2 büberlagert. Die Weiterverarbeitung der Spannungen
entspricht dann im wesentlichen dem Verfahren nach Fig. 1 a. Das Signal am Eingang
zum Phasenvergleichsglied 12 der Anordnung nach Fig. 1 b unterscheidet sich von
demjenigen am Eingang zum Phasenvergleichsglied 12 der Anordnung nach Fig. 1 a nur
dadurch, daß es die konstante Amplitude gemäß der Fig. 2 c doppelt enthält, da die
Spannung der Hilfsantenne sowohl in die Uberlagerung in Glied 17 als auch in Glied
18 eingeht.
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Nachteilig an den anhand der Fig. 1 a und b erläuterten bekannten
Verfahren ist die Tatsache, daß die Spannungen der
Rahmenantennen
1 und 2 insgesamt nur in der Hälfte der Peilzeit verwertet werden: innerhalb der
der Frequenz f entsprechenden Periode wird die Spannung der Antenne 1 nur in der
ersten und dritten Viertelperiode benutzt, die Spannung der Antenne 2 nur in der
zweiten und vierten Viertelperiode.
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Es ist ferner eine Funkpeilanordaung bekannt ( z B. D2-AS 2 237 720),
welche ebenfalls eine Peilantennenanordnung mit zwei überkreuzenden Richtcharakteristiken
und einer Rundumcharakteristik enthält und bei welcher jedes der beiden dem Sinus
bzw. Kosinus des Einfallswinkels proportionalen Richtantennensignale mit einer anderen
Frequenz moduliert wird. Zu der Summe der beiden modulierten Richtantennensignale
wird dann in geeigneter Phasenlage das nicht modulierte-Hundumantennensignal addiert,
Hierbei entsteht ein mit zwei niederfrequenten Hilfsschwingungen unterschiedlicher
Frequenz amplitudenmoduliertes Hochfrequenzsignal, Aus diesem Signal gewinnt man
durch Demodulation und Selektion der beiden Richtungskomponenten unter Zuhilfenahme
der jeweils modulationserzeugenden niederfrequenten Hilfsschwingung die Richtungsanzeige.
Bei dieser bekannten Peilanordnung handelt es sich letztlich um einen Doppelkanalpeiler,
Die Modulation der beiden Peilantennensignale mit zwei NF-Schwingungen erfolgt lediglich,
um beide Signale auf einen gemeinsamen Empfänger geben zu können
und
so die Schwierigkeiten bei der Erzeugung gleicher Sbertragungseigenschaften für
beide Kanäle zu umgehen. Das geht aus der Tatsache hervor, daß die beiden Peilantennensignale
am Ausgang des Empfängers mit Hilfe von Filtern wieder entkoppelt und dann bis zur
Anzeige getrennt weiter aufbereitet werden. Bei dieser bekannten Anordnung wird
also keine Spannung erzeugt, deren Phase verglichen mit der Phase einer Bezugsspannung
ein Maß für den Einfallswinkel darstellt, Der Gegenstand der Erfindung ist daher
von dieser bekannten Anordnung nicht betroffen. Im übrigen weist die bekannte Anordnung
wegen der Benutzung von zwei Modulationsfre quenzen gegenüber dem Gegenstand der
Erfindung den Nachteil eines höheren apparativen Aufwandes auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Peilanordnung zu schaffen, bei
der ebenfalls aus den Spannungskomponenten zweier gekreuzter Peilantennen und der
Spannung einer Hilfsantenne mit ungerichteter Charakteristik eine Spannung erzeugt
wird, deren Phasenlage dem Einfallswinkel entspricht. Bei der erfindungsgemäßen
Anordnung sollen jedoch die Spannungen der drei Antennen in der gesamten Peilzeit
zur Bestimmung des Einfallswinkels herangezogen werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen
den
Peilantennen und dem Uberlagerungsglied Mischer vorgesehen sind, in denen die Peilantennensignale
mit einer Niederfrequenzspannung der Frequenz f derart gemischt werden, daß bei
der anschließenden tberlagerung der Antennensignale im tberlagerungsglied die Spannung
der einen Peilantenne je weils in der Zeit, die der ersten Halbperiode der Schwingung
der Frequenz f entspricht, zu der Spannung der Hilfsantenne addiert und in der darauffolgenden
Halbperiode von ihr subtrahiert wird, daß zum andern gleichzeitig in TC -Phasenverschiebung
zu der erwähnten Addition bzw, Subtraktion in gleicher Weise die Spannung der anderen
Peilantenne addiert bzw, subtrahiert wird, und daß ein Empfänger vorgesehen ist,
in dem aus der so gewonnenen amplitudenmodulierten Hochfrequenzspannung durch Verstärken,
Gleichrichten und Herausfiltern der Frequenz f die Niederfrequenzspannung erzeugt
wird, deren Phasenlage dem Einfallswinkel entspricht (Fig. 3).
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In einer ersten Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Peilanordnung
werden die beiden hochfrequenten Peilantennensignale mit einer niederfrequenten
Rechteckspannung ungetastet; und zwar erfolgt die Umtastung mit 900 Phasenverschiebung,
Auf diese Weise wird rein elektronisch eine mit der Umtastfrequenz rotierende Antennencharakteristik
erzeugt, Nach additiver Uberlagerung der beiden umgetasteten Signale mit dem Hochfrequenzsignal
der
Hilfsantenne erhält man eine mit der Umtastfrequenz amplitudenmodulierte Hochfrequenzspanna:ng
ähnlich wie bei einem mit der Umtastfrequenz mechanisch rotierenden Peilantennensystem.
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Die Phasenlage der Modulation bezüglich der Phase einer gleichfrequenten
Vergleichsspannung ist ein Maß für den Einfallswinkel.
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In einer zweiten Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Peilanordnung
wird zur Modulation der beiden Peilantennensignale eine niederfrequente Sinusspannung
verwendet.
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Es hat sich als besonders günstig erwiesen, eine Umtast- bzw. Moaulationsfreouenz
von 130 oder 110 Rz zu benutzen.
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Der Frequenzgang der beiden Peilantennen weicht in Phase und Amplitude
stark von dem der Hilfsantenne ab, Um den Peilfehler möglichst klein zu halten,
wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Phase des Hilfsantennensignals an die
Phase der Peilantennensignale angepaßt.
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Außerdem wird die Amplitude der Hilfsantennenspannung zweckmäßigerweise
so eingestellt, daß sich nach der Überlagerung der umgetasteten Peilantennensignale
mit der Hilfsantennenspannung ein Modulationsgrad zwischen 10 und 40 % ergibt, weil
dann neben einer hohen Peilgenauigkeit auch eine gute SprachvBrsvändlichkeit
des
Peilsignals gegeben ist.
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Nach einer weiteren Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Peilanordnung
wird zur Vermeidung von Fehlanzeigen das amplitudenmodulierte Hochfrequenzsignal
nur dann für die Auswertung zugelassen, wenn es eine Mindestamplitude und einen
ausreichenden Modulationsgrad aufweist, Ferner ist es zweckmäßig, zur Ausschaltung
von Peilfehlern, die sich üblicherweise aus Unsymmetrien der Anordnung ergeben,
in an sich bekannter Weise die Antennencharakteristik innerhalb eines Meßzyklus
zunächst für eine bestimmte Anzahl von Umläufen im Uhrzeigersinn, anschließend für
dieselbe Zahl von Umläufen im Gegenuhrzeigersinn zu drehen, Dabei wird nach jedem
Umlauf der ermittelte Wert des Einfallswinkels gespeichert und nach Beendigung des
Meßzyklus aus den gespeicherten Werten der Mittelwert gebildet, der dann zur Anzeige
kommt, Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung können auch mehr
als zwei Peilantennen mit gerichteter Charakteristik verwendet werden. Kommen n
Peilantennen zur Anwendung, dann werden sie beispielsweise derart gekreuzt, daß
benachbarte Peilantennen jeweils einen Winkel von n einschließen, Die Umtastung
bzw, Modulation der einzelnen Peilantennensignale wird dann der
Reihe
nach mit jeweils n -Phasenverschiebung durchgeführt. Die n umgetasteten bzw. modulierten
Signale werden anschließend additiv mit der Hilfsantennenspannung überlagert, In
Fig. 3 ist ein Ausführungs'beispiel der erfindungsgemäßen Peilanordnung dargestellt.
Die Hochfrequenzspannung der Peilantenne 1 wird mit Hilfe eines Taktgebers 5 und
eines Polwenders 31 in der in Fig, 4 a dargestellten Weise umgetastet, Die Umtastung
der Hochfrequenzspannung der Peilantenne 2 im Polwender 32 erfolgt wegen eines vorgeschalteten
Phasendrehgliedes 33 mit 900 Phasenverschiebung, Je nachdem, ob die vom Steuerglied
41 gewählte Phasenverschiebung + 90° oder - 90° beträgt, erhält man so eine im Uhrzeigersinn
oder im Gegenuhrzeigersinn umlauf ende Peilantennencharakteristik. In Fig. 4 b ist
die umgetastete Spannung der Peilantenne 2 dargestellt, und zwar für den Fall mit
+ 900 Phasenverschiebung, Die Bochfrequenzspannung der Hilfsantenne 3 wird im Amplituden-
und Phasen-Anpassungsglied 34 mit ihrer Phase an die Phase der Peilantennenspannung
angepaßt, so daß man die in Fig. 4 c gezeichnete Spannung erhält. Im Überlagerungsglied
35 werden die in Fig, 4 a, b, c dargestellten Spannungen der Antennen 1, 2 und 3
addiert, wobei der in Fig. 4 d gezeichnete Spannungsverlauf entsteht. Die Amplitude
der ersten Viertelperiode gewinnt man durch Addition der Amplituden aus Fig. 4 a,
b und c, die der zweiten Viertelperiode
durch Addition der Amplituden
aus Fig, 4 a und c und durch Subtraktion der Amplitude aus Fig. 4 b, die der dritten
Viertelperiode durch Subtraktion der Amplituden aus Fig. 4 a und b von der Amplitude
aus Fig. 4 c, die der vierten Viertelperiode schließlich durch Addition der Amplituden
aus Fig. 4 b und c und durch Subtraktion der Amplitude äus Fig. 4 a. Bei der erfindungsgemäßen
Peilanordnung werden also ständig die Spannungen von allen drei Antennen überlagert
und man erhält auf diese Weise, wie ein Vergleich zwischen Fig. 4 d und 2 d zeigt,
einen höheren Modulationsgrad als bei der Anordnung nach Fig. 1 a oder b. Der Modulationsgrad
kann mit Hilfe des Amplituden- und Phasen-Anpassungsgliedes 34 über die Amplitude
der Hilfsantennenspannung so eingestellt werden, daß neben einer hohen Genauigkeit
der Sinfallswinkelmessung auch eine gute Sprachverständlichkeit des Signals gewährleistet
ist. Die Spannung nach Fig. 4 d gelangt vom Überlagerungsglied 35 zum Analogteil
36. Hier wird sie zunächst von einem Empfänger verstärkt und auf seine Zwischenfrequenz
umgesetzt, dann erfolgt die Demodulation des ZF-Signals durch Gleichrichtung und
Aus siebe der NF-Spannung mit Hilfe eines aktiven Bandaßverstärkers Es hat sich
als besonders günstig erwiesen, die Peilanordnung mit einer Umtastfrequenz von 110
bzw. 130 Rz zu betreiben. Das herausgefilterte NF-Signal wird in eine Rechteckspannung
gleicher Frequenz und gleicher Phasenlage umgewandelt
und auf ein
Phasenvergleichsglied 37 gegeben, Im Analogteil wird außerdem mit Hilfe eines Gleichspannungspegelkomparators
und eines NF-PegelkomDarators die Qualität des Signals geprüft, d. h.
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es wird festgestellt, ob das Signal eine genügend hohe Amplitude hat
und ob der Modulationsgrad ausreichend ist. Das Prifungsergebnis wird einem Steuerglied
41 übermittelt, dessen Funktion später erläutert wird. Im Phasenvergleichsglied
37 wird die Phasendifferenz zwischen der Signalspannung und der Referenzspannung
aus dem Taktgeber 5 ermittelt und einem Digitalzähler 40 in Form von Rechteckimpulsen
mitgeteilt, Aus der Länge der Rechteckimpulse berechnet der Digitalzähler 40 die
dem Einfallswinkel entsprechende Phasendifferenz und speichert sie, Der Peilvorgang
wird vom Steuerglied 41 gesteuert. Um eine höhere Meßgenauigkeit zu erzielen, kann
man beispielsweise den Polwender 32 mit Hilfe des Steuergliedes41 über das Phasendrehglied
33 so steuern, daß die Antennencharakteristik abwechselnd je 16 Umdrehungen im Uhrzeigersinn
und 16 Umdrehungen im Gegenuhrzeigersinn ausführt. Die ersten Umdrehungen jeder
Umlaufrichtung werden wegen der Einschwingvorgänge nicht für die Messung verwendet.
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Sobald der Analogteil 36, wie oben beschrieben, dem Steuerteil 41
meldet, daß das Signal verwertbar ist, setzt das Steuerglied 41 den Digitalzähler
40 in Tätigkeit, Dieser berechnet für jede der folgenden Umdrehungen den Wert des
dazugehörigen Einfallswinkels und speichert ihn. Nach 16 Umdrehungen kehrt das Steuerglied
41
den Umlaufsinn der Antennencharakteristik um, Es folgen wiederum
Einschwingen, Messen und Speichern. Nach einem Zyklus von je 16 Umdrehungen in beiden
Richtungen wird aus den gespeicherten Werten der Mittelwert gebildet und in einem
Anzeige gerät 42 als Peilwert angezeigt. Meldet der Analogteil 36 dem Steuerteil
41, daß das Signal nicht verwertbar ist, so läßt das Steuerteil 41 den betreffenden
Meßzyklus von vorn beginnen. Durch die Umkehrung des Umlaufsinns werden Fehler,
die durch die Meßanordnung bedingt sind, herausgemittelt. Die Meßgenauigkeit ist
umso größer, je mehr Umdrehungen ein Zyklus umfaßt. Es hat sich gezeigt, daß es
günstig ist, zunächst mit einem kurzen Zyklus von beispielsweise 16 Umdrehungen
in beiden Richtungen zu arbeiten und dann einen längeren Zyklus mit beispielsweise
der drei- oder vierfachen Zahl von Umdrehungen in beiden Richtungen zu verwenden.
Auf diese Weise wird einerseits die Peilung von Kurzzeitsignalen ermöglicht und
andererseits bei längeren Signalen eine höhere Peilgenauigkeit erreicht. Die Phase
weist zwischen 3600 und 0° eine Unstetigkeitsstelle auf. Bei Integration im Bereich
der Unstetigkeitsstelle können Fehler bis zu 1800 entstehen, Um diesen Fehler zu
vermeiden, wird zunächst während der ersten für die Messung verwertbaren Umdrehung
eines Zyklus festgestellt, ob die zu messende Phasendifferenz in der Nähe der Unstetigkeitsstelle
liegt. Falls der Digitalzähler 41 für den ersten Umlauf einen Einfallswinkel in
dem Bereich zwischen 450 und 3150 errechnet,
so läuft die Messung
einfach weiter. Liegt der errechnete Einfallswinkel zwischen 3150 und 450, d, h.
in einet Bereich von + 450 um die Unstetigkeitsstelle bei 00, so wird diese Information
an das Steuerglied 41 weitergegeben, das den betreffenden Zählzyklus von vorn beginnen
läßt, wobei dem Phasenvergleichsglied 37 jetzt mit Hilfe des Umschalters 38 und
des Phasendrehgliedes 39 eine um 1800 phasenverschobene Bezugsspannung zugeführt
wird, so daß die gemessene Phasendifferenz in den Bereich ohne Unstetigkeitsstelle
fällt, d. h. in den Bereich zwischen 45° und 315° . Das auf diese Weise erhaltene
um 1800 falsche Ergebnis wird durch Addition von 1800 im Digitalzähler korrigiert.