DE2521296C3 - Navigation system with radar device and transponder for determining the angle of the radar and transponder - Google Patents

Navigation system with radar device and transponder for determining the angle of the radar and transponder

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DE2521296C3
DE2521296C3 DE19752521296 DE2521296A DE2521296C3 DE 2521296 C3 DE2521296 C3 DE 2521296C3 DE 19752521296 DE19752521296 DE 19752521296 DE 2521296 A DE2521296 A DE 2521296A DE 2521296 C3 DE2521296 C3 DE 2521296C3
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    • G01S1/00Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves

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Description

Die Erfindung betrifft ein Navigationssystem mit einem Radargerät wie im Oberbegriff des Anspruchs I angegeben. Ein derartiges Navigationssystem ist aus der US-PS37 87 84I bekannt.The invention relates to a navigation system with a radar device as in the preamble of claim I. specified. Such a navigation system is known from US-PS 37 87 84I.

Die Kenntnis des Richtungswinkels einer ortsfesten Station /11 einem mobilen Gegenstand. /.. B. einem Schiff, ist oft notwendig, um den Steucrktirs oder dieKnowing the angle of direction of a fixed station / 11 a mobile object. / .. B. one Ship, is often necessary to control the tax or the

Orientierung bezüglich einer Bezugsachse zu ermitteln.To determine the orientation with respect to a reference axis.

Die Kenntnis des Steuerkurses ist zur Führung eines mobilen Gegenstandes besonders dann notwendig, wenn ein schweres Frachtschiff, z. B. ein öltanker, unterstützt durch Schlepper, mit denen es durch Taue verbunden ist, in einem Hafen manövriert. Bei nebligem Wetter können die Orientierungen der einzelnen Schlepper bezüglich des Tankers von den Steuerleuten der Schlepper nur schlecht abgeschätzt werden Für die Hafenüberwachungsstation ist es nützlich, wenn sie die Steuerkurse des Tankers und der Schlepper kennt. Sie kann dann an die Steuerleute Befehle betreffend der auszuführenden Manöver übermitteln.Knowledge of the heading is particularly necessary to guide a mobile object when a heavy cargo ship, e.g. B. an oil tanker, supported by tugs, with which it is carried by ropes connected, maneuvered in a port. In foggy weather, the orientations of each For the tugs with regard to the tanker, the tugs' helmsmen only judge them badly Port surveillance station is useful if it knows the heading of the tanker and the tugs. she can then transmit commands relating to the maneuvers to be carried out to the helmsmen.

Es ist Aufgabe der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung, ein gattungsgemäßes Navigationssystem so auszugestalten, daß es den bei der Verwendung zur Verkehrsüberwachung benötigten Winkel empfangspegelunabhängig bereitstellt.It is the object of the invention specified in claim 1 to provide a navigation system of the generic type to design that it is the angle required when used for traffic monitoring, regardless of the reception level provides.

Bei Verwendung des Navigationssystems zur Verkehrsüberwachung in einem Hafen sind an Bord der Schiffe nur einfache und billige Antwortgeräte notwendig. Alle Berechnungen erfolgen am Ort des Radargerätes. When using the navigation system for traffic monitoring in a port, the Ships only necessary simple and cheap answering machines. All calculations are carried out at the location of the radar device.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail with reference to the drawings, for example. It shows

F i g. I ein Schaubild zur Erläuterung der Aufgabe der Erfindung,F i g. I a diagram to explain the object of the invention,

Fig. 2 das von dem Antwortgerät abgestrahlte Strahlungsdiagramm,2 shows the radiation diagram emitted by the transponder,

F i g. 3 das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung,F i g. 3 the block diagram of the device according to the invention,

F i g. 4 ein Antwortgerät mit ρ Antennen,F i g. 4 a transponder with ρ antennas,

Fig.5 das von dem Antwortgerät nach Fig.4 abgestrahlte Strahlungsdiagramm,Fig.5 that of the transponder according to Fig.4 radiated radiation pattern,

Fig.6 das Blockschaltbild eines für die ortsfeste Station vorgesehenen Radargeräts.6 shows the block diagram of a radar device provided for the fixed station.

Anhand der Fig. 1 wird zunächst die Ermittlung des Steuerkurses eines Schiffs Mzu einer ortsfesten Station P erläutert. Der Steuerkurs ist durch den Winkel γ, der durch die Richtung MUder Längsachse des Schiffes und die Nordrichtung MN gegeben ist, bestimmt. Der Steuerkurswinkel γ kann aus dem Richtungswinkel ß, der durch die Verbindung der ortsfesten Station P zu dem Schiff M und die Längsachse des Schiffs M bestimmt ist, und aus dem Richtungswinkel Θ, der durch die Verbindung ortsfeste Station Pzu dem Schiff Mund eine Bezugsachse PZbestimmt ist, berechnet werden.The determination of the heading of a ship M to a stationary station P is first explained with reference to FIG. 1. The heading is determined by the angle γ, which is given by the direction MU of the longitudinal axis of the ship and the north direction MN . The heading angle γ can be determined from the direction angle ß, which is determined by the connection of the fixed station P to the ship M and the longitudinal axis of the ship M , and from the direction angle Θ, which is a reference axis PZ determined by the connection of the fixed station P to the ship Mouth , be calculated.

Wurde der Winkel θ auf bekannte Weise ermittelt, z. B. durch ein Radargerät, dann reduziert sich die Aufgabe den Richtungswinkel γ zu ermitteln, auf die Messung des Winkels ß. Has the angle θ been determined in a known manner, e.g. B. by a radar device, then the task of determining the direction angle γ is reduced to the measurement of the angle ß.

Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, wie bei dem neuen Navigationssystem der Winkel β bemessen wird. Die ortsfeste Station enthält ein Doppler-Radargerät 1 mit einer schwenkbaren Richtantenne. Das Schiff Mist mit einem Antwortgerät 2 ausgerüstet. Das Antwortgerät 2 enthält zwei feststehende Richtantennen. Die Strahlungscharakteristika der beiden Antennen sind gleich. Somit stimmen auch ihre Antenrtengewinne überein. Die elektrischen Achsen der beiden .Strahlungsdiagramme bilden einen Winkel 2a. Die Richtung der Winkelhalbierenden dieses Winkels 2.7 stimmt mit der Richtung MU der Schiffslängsaehse übcrein. Die Strahlungsdi.ignimme el \ und c/2 der beiden Richtantennen, von denen in der Zeichnung nur die Hauptkculen dargestellt sind, schneiden einander auf der Winkelhalbierenden M/ /. H. an dem J dliPunkt.From Fig. 2 it can be seen how the angle β is measured in the new navigation system. The stationary station contains a Doppler radar device 1 with a swiveling directional antenna. The ship Mist equipped with a transponder 2. The transponder 2 contains two fixed directional antennas. The radiation characteristics of the two antennas are the same. Thus, their ancestral gains also match. The electrical axes of the two radiation diagrams form an angle 2a. The direction of the bisector of this angle 2.7 agrees with the direction MU of the ship's longitudinal axis. The radiation di.ignimme el \ and c / 2 of the two directional antennas, of which only the main areas are shown in the drawing, intersect on the bisector M / /. H. at the J dliPunkt.

Das einfallende Signal, das von dem Doppler-Radar-The incoming signal from the Doppler radar

gerät 1 kommt und das von den beiden Richtantennen des Antwortgeräts 2 empfangen wird, wird vor der Zurückstrahlung mit einem periodischen Signal phasenmoduliert. Als periodisches Signal kann beispielsweise eine sinusförmige Welle verwendet werden. Die r, Amplitude dieser Welle ist für beide Richtantennen gleich; die Frequenz ist für die beiden Richtantennen verschieden.device 1 comes and that is received by the two directional antennas of the transponder 2, is phase modulated with a periodic signal before the return radiation. A sinusoidal wave, for example, can be used as the periodic signal. The r , amplitude of this wave is the same for both directional antennas; the frequency is different for the two directional antennas.

In der Beschreibung werden folgende Bezeichnungen verwendet: inThe following terms are used in the description: in

/fr»= A cos Ω f/ fr »= A cos Ω f

das einfallende Signal, das von dem Antwortgerät empfangen wird; es hat eine Amplitude A und eine einer Frequenz F entsprechende Winkelgeschwindigkeitß; the incoming signal received by the transponder; it has an amplitude A and an angular velocity β corresponding to a frequency F;

Φ \(ή=Φ%\ηω If Φ \ (ή = Φ% \ ηω If

die sinusförmige Welle, mit der das Signal l(t) phasenmoduliert wird; die Amplitude ist Φ und die •der Frequenz f\ entsprechende Winkelgeschwindigkeit ist ω 1;the sinusoidal wave with which the signal l (t) is phase modulated; the amplitude is Φ and the • angular velocity corresponding to the frequency f \ is ω 1;

G(Kf β) ist der Gewinn der Richtantenne mit dem Strahlungsdiagramm d\ in Richtung des Dopplerradargeräts I; G (Kf β) is the gain of the directional antenna with the radiation diagram d \ in the direction of the Doppler radar device I;

G(k-ß) ist der Gewinn der Richtantenne mit dem Strahlungsdiagramm d2 in Richtung des Dopplerradargeräts I; G (k-ß) is the gain of the directional antenna with the radiation pattern d2 in the direction of the Doppler radar device I;

R\(t)undR2(t)R \ (t) andR2 (t)

sind die von den beiden Richtantennen in Richtung des Dopplerradargeräts zurückübertrageneri Signale. are the signals transmitted back by the two directional antennas in the direction of the Doppler radar device.

Die Signale R \(t) und R 2(t) sind durch die von dem Antwortgerät verursachten Phasenverschiebungen 'JMfrlund Φ2(0 sowie durch die von den Richtantennen Festgelegten Antennengewinne G(n. + ß) und G(tx-ß) bestimmt.The signals R \ (t) and R 2 (t) are determined by the phase shifts' JMfrlund Φ2 (0 ) caused by the transponder and by the antenna gains G (n. + Ss) and G (tx-ß) determined by the directional antennas.

Somit ist:Thus:

R\(t) -
R 2(0 =
R \ (t) -
R 2 (0 =

die andere sinusförmige Welle, mit der das Signal Die folgenden Rechnungen werden für das Signalthe other sinusoidal wave with which the signal The following calculations are made for the signal

I(t)phasenmoduliert wird;die Amplitude ist Φ und RUO durchgeführt. Sie sind für das Signal R2(t) I (t) is phase modulated; the amplitude is Φ and RUO is carried out. You are for the signal R2 (t)

die der Frequenz f2 entsprechende Winkelge- 25 identisch,the angular 25 corresponding to the frequency f2 is identical,

schwindigkeit ist ω 2. Man kann schreiben:speed is ω 2. One can write:

R I (t) = A G (.* + t<) cos (Ut + Φ sin ,., I f),RI (t) = AG (. * + T <) cos (Ut + Φ sin ,., I f),

R I (t) = A G (λ + /ί) [cos U · r · cos (Φ sin ,·< 11) - sin üt ■ sin sin «> 1r)] , (1)RI (t) = AG (λ + / ί) [cos U · r · cos (Φ sin , · < 11) - sin üt ■ sin sin «> 1r)], (1)

Die Ausdrücke cos (0sin »>» 1 t) und sin (</>sin «, I /) können durch die Einführung von Bcsselfunktionen umgeformt werden:The expressions cos (0sin »>» 1 t) and sin (</> sin «, I /) can be transformed by introducing bucket functions:

cos (0 sin o, 11) = J0(0) + 22 Jin(1V) cos 2 nun cos (0 sin o, 11) = J 0 (0) + 22 Ji n ( 1 V) cos 2 now

m = I m = I

sin (0 sin f» I i) = 2]£ J2m_,(0) sin (2m - I)-Ii,sin (0 sin f »I i) = 2] £ J 2m _, (0) sin (2 m - I) -Ii,

Dl= 1Dl = 1

wobei J2 mW und J2m-i(0) die Besselfunktionen der Ordnungen 2m und 2m — 1 mit dem Argument Φ darstellen. where J 2 mW and J 2m -i (0) represent the Bessel functions of the orders 2m and 2m - 1 with the argument Φ .

Demgemäß kann Gleichung (I) in folgender Form geschrieben werden:Accordingly, equation (I) can be written in the following form:

R I (t) = A G (λ + ti) RI (t) = AG (λ + ti)

cos Ut + cos Ut ■ cos 2m(-.Ucos Ut + cos Ut ■ cos 2m (-. U

Bl= IBl = I

Bt= I <iin(2m - I) m Ii Bt = I <iin (2m-I) m Ii

Durch Umformung der cos- und sin-Produkte in cos-S'imneii und Differenzen erhält man:By converting the cos and sin products into cos-S'imneii and differences, one obtains:

Rl(i) = A G(* + Rl (i) = AG (* +

Jo(</>) · cos </>f +Υ. J2 m('/') cos (U + 2 m «,\)t J o (</>) · cos </> f + Υ. J 2 m ('/') cos (U + 2 m «, \) t

W - 2m- W - 2m-

Bl= I + ■' Bl = I + ■ '

Bl = I - I)-I] r Bl = I - I) -I] r

C0S I7" + <2 '» - C0S I 7 "+ < 2 '» -

Fs ist bekannt, daßIt is known that

J2 „(Φ) = (- I)2'"J 2J<I>) = J .,„('/>)
Λ», il'/'l = (- D2m ' J ,i„,,('"I= -J (2m ,,('/').
Gleichung (2) kann geschrieben werden als:
J 2 "(Φ) = (- I) 2 '" J 2 J <I>) = J., "('/>)
Λ », il '/' l = (- D 2m ' J, i " ,, ('"I = -J (2m ,, ('/').
Equation (2) can be written as:

RI(O = /1 OM > + /')RI (O = / 1 OM> + / ')

J„('/') cos IJi + 2 -Z2J'") tos (!_> + 2 m .·. I) I J "('/') cos IJi + 2 -Z 2 J '") tos (! _> + 2 m. ·. I) I

f ^ J , J'/') COS (.'.' 2 ffl ei I ) ff ^ J, J '/') COS (. '.' 2 ffl ei I) f

m = Im = I

t /t /

+ Σ·7 «J- !,C'K-osl!.' (2m - I) d] ι+ Σ · 7 «J-!, C'K-osl !. ' (2m - I) d] ι

IR = IIR = I

t Σ^3« ,('"»cos [W I (2m - l)c.l| ι t Σ ^ 3 «, ('" »cos [WI (2m - l) cl | ι

m = I I m = II

Folglich:Hence:

f Tf T

KI(O = A C,[\ f /(»J) Jn ('") cos [U + Ii ei I) f.KI (O = AC, [\ f / (»J) J n ('") cos [U + Ii ei I) f.

Die für das Signal R I (O durchgeführten Berechnungen gelten *uch für das Signal R 2(/). Deshalb:The calculations carried out for the signal R I (O also apply to the signal R 2 (/). Therefore:

R 2(0 = .Ί C; (χ - /()£ JnC") cos (!.' + /ι ..,2) ί .R 2 (0 = .Ί C; (χ - / () £ J n C ") cos (!. '+ / Ι .., 2) ί.

η = - fη = - f

Das Cesamtsignal R(t). das von dem Antwortgerät in von den beiden Richtantennen zurückgestrahlt werden, die Richtung des Dopplerradargeräts zurückgestrahlt zusammen,
wird, setzt sich aus den Signalen R \(l) und R 2(l). die s> Somit ist:
The total signal R (t). that are reflected back from the transponder in by the two directional antennas, the direction of the Doppler radar device is reflected back together,
is made up of the signals R \ (l) and R 2 (l). the s> is thus:

R(I) = A G (\ + /ι) 2j-/n('")cos (/.' + /ιei I) ί + .4 GM* - t<)ZjJ R (I) = AG (\ + / ι) 2j- / n ('") cos (/.' + / Ιei I) ί + .4 GM * - t <) ZjJ

η = - τ π = - χ η = - τ π = - χ

Aus dieser uieicnung Kann man aDieiten. daß sich die Die Amplitude 52 der Seitenlinie um uci ricqucn/.One can derive from this conclusion. that the amplitude 52 of the lateral line increases by uci ricqucn /.

Mitte des Frequenzspektrums des Signals R(t) bei der F'+ (2 ist gleich:Middle of the frequency spectrum of the signal R (t) at the F '+ (2 is equal to:

Frequenz F. die der Frequenz des einfallenden Signals O — A'Ci Ά\\\ΙΦ\ Frequency F. that of the frequency of the incident signal O - A'Ci Ά \\\ ΙΦ \

entspricht, liegt und daß bei den Frequenzen F+nf\ 45 ~~corresponds, and that at the frequencies F + nf \ 45 ~~

und f+ nf2 Seitenlinien vorhanden sind. Bildet man das Verhältnis Q der Differenz 51 -S2and f + nf2 side lines are present. If one forms the ratio Q of the difference 51 -S2

Wenn der Doppler-Effekt unberücksichtigt bleiben und der Summe S1+S2 der Amplitude, dann erhältIf the Doppler effect are disregarded and the sum S1 + S2 of the amplitude, then we get

kann, was der Fall ist. wenn sich das Schiff nicht bewegt, man:can which is the case. when the ship is not moving, you:

ist das von dem Dopplerradargerät empfangene ^j _ gj G(\ + ti) G{\ — ti) is the ^ j _ gj G (\ + ti) - G {\ - ti) received by the Doppler radar device

Frequenzspektrum gleich dem Frequenzspektrum des >o Q = == = — —ψ- . .Frequency spectrum equal to the frequency spectrum of the> o Q = - == = - - ψ- . .

von dem Antwortgerät abgestrahlten Signals R(i). S' + S2 G(% +/f) + O(·» - ,,t signal R (i) emitted by the transponder. S ' + S2 G (% + / f) + O (· »- ,, t

Wenn man jedoch den Dopplereffekt auf die Frequenz Der Winkel λ ist bekannt und hängt von derHowever, if one considers the Doppler effect on the frequency the angle λ is known and depends on the

Fberücksichtigt, dann befindet sich der Mittelpunkt des Orientierung der beiden Richtantennen des Antwortge-F considered, then the center of the orientation of the two directional antennas of the response

Frequenzspektrums des von dem Dopplerradargerät räts ab. Daraus ergibt sich, daß, solange der Winkel β Frequency spectrum of the advises against the Doppler radar device. It follows that as long as the angle β

empfangenen Signals bei einer gegenüber der Frequenz 55 gleich oder kleiner <x ist, das Verhältnis Q nur von demreceived signal at a compared to the frequency 55 is equal to or less than <x , the ratio Q only of that

Fverschobenen Frequenz F'. Es wird angenommen, daß Winkel β abhängt.F shifted frequency F '. It is assumed that angle β depends.

die Auswirkung des Dopplereffekts auf die Frequenzen Mit den in F i g. 2 eingezeichneten Winkel β ist dasthe effect of the Doppler effect on the frequencies With the in F i g. This is the angle β shown in 2

f\ und (2 vernachlässigbar ist. Verhältnis Q negativ. Wenn der Winkel β das f \ and (2 is negligible. Ratio Q is negative. If the angle β is the

Für die Auswertung ist man nur noch an den ersten entgegengesetzte Vorzeichen hätte, d. h. wenn sich dasFor the evaluation one is only at the first opposite sign, i.e. H. if that

Seitenlinien mit den Frequenzen F' + f\ und F'+ /"2 bo Dopplerradargerät oberhalb der Richtung MUbefände,Lateral lines with the frequencies F '+ f \ and F' + / "2 bo Doppler radar device would be located above the direction MU ,

interessiert. wäre das Vorzeichen des Verhältnisses Q positiv.Interested. the sign of the ratio Q would be positive.

Die Amplitude SI der Seitenlinie mit der Frequenz Fig.3 zeigt ein Blockschaltbild der für das Naviga-The amplitude SI of the sideline with the frequency Fig. 3 shows a block diagram of the navigation system

F'+ f\ ist gleich: tionssystem notwendigen Geräte. Das Antwortgerät F '+ f \ equals: equipment necessary for the system. The responder

besitzt zwei identische, fest angeordnete Richtantennenhas two identical, fixed directional antennas

Si = A' G («-r ß) J1 (Φ). 65 Ai und A 2, z. B. Mikroweüenhömer, deren elektrischeSi = A 'G («-r ß) J 1 (Φ). 65 Ai and A 2, e.g. B. Mikroweüenhömer, their electrical

Achsen einen Winkel 2tx bilden. Jeder Antenne sind einAxes form an angle 2tx . Each antenna are one

wobei A' < Λ ist,bedingt durch die Dämpfung während steuerbarer Phasenschieber Di bzw. D2 (die elektri-where A '< Λ, due to the damping during controllable phase shifters Di or D 2 (the electrical

der Signalausbreitung. sehen Eigenschaften dieser Phasenschieber sind iden-the signal propagation. see properties of these phase shifters are identical

lisch) und ein KurzschluD (1I bzw. ('2. der die einfallende Welle reflektiert, nachgeschaltet. Der Phasenschieber D I wird durch einen Sinuswcllcngcnc rator Cl I mil der Frequenz Al so gesteuert, daß die Phasenverschiebung zwischen dem einfallenden und '■ dem von tier Antenne 4 I zurückgestrahlten Signal gleich Φ sind (i»W ist. während der Phasenschieber D 2 von Jem Sinuswellengeneralor Cl 2 mit der Frequenz. A2 so gesteuert wird, daß die erzeugte Phasenverschiebung gleich Φ sin (f)l /ist. inlisch) and a short circuit ( 1 I or ('2. which reflects the incident wave, connected downstream. The phase shifter D I is controlled by a sine wave generator Cl I with the frequency A1 so that the phase shift between the incident and the from the antenna 4 I reflected signal are equal to Φ (i »W is. while the phase shifter D 2 is controlled by Jem sine wave general Cl 2 with the frequency. A2 so that the generated phase shift is equal to Φ sin (f) l /. in

Die ortsfeste Station besteht uns tlciri Oopplcrradar gerät mil einem Sender 5 und einem Fmpfänger 4. die mil einer schwenkbaren Richtantenne 5 verbunden sind, das auf bekannte Weise den Richtungswinkel H. die Fnlferming und die Geschwindigkeit des Schiffs, auf \< dem sich das Antwortgerät befindet, ermittelt. Wenn die schwenkbare Antenne 5 in die Richtung ties Schiffs gerichtet ist, dünn sind in dem Frcquenzspcklriim ties "vtir'r tier Λι'ΗΟμπγ L'm|jt,irrgcriiMi Signals ,itinci tier Mittellinie mil der Frequenz P. anstieren Vergleich mit '' tier abgestrahlten Frequenz tlie Geschwindigkeit ties Schiffs ermiiteli wirtl, die .Seilenlinien mil de·) Frequenzen PfAI und Pt A2. die zu den von den Antennen 41 und 42 zurückgestrahlten Signalen gehören, enthalten Dein Fmpfänger 4 sind eine '■ Schaltung f> zur Frequeiizselekiion und Amplitiiilcnbe Stimmung, die die Amplitude und die Frequenzen /■" f A 1 und /■"'+ /2 liefert und ein Rechner 7. tier zur Bestimmung des Richtungswinkels // die RechenoperaThe fixed station is us tlciri Oopplcrradar gets mil a transmitter 5 and a Fmpfänger 4. mil a swiveling directional antenna 5 are connected that the direction angle which the responder is in a known manner H. the Fnlferming and the speed of the vessel, \ < , determined. When the pivotable antenna 5 is directed in the direction of the ship, thin lines in the frequency range "vtir'r tier Λι'ΗΟμπγ L'm | jt, irrgcriiMi signals, itinci tier center line with the frequency P. anstieren compared with" tier The radiated frequency contains the speed of the ship, the ropes with frequencies PfAI and Pt A2, which belong to the signals radiated back by the antennas 41 and 42. Your receiver 4 is a circuit for frequency selection and amplitude Tuning that supplies the amplitude and the frequencies / ■ "f A 1 and / ■"'+ / 2 and a computer 7. tier for determining the direction angle // the arithmetic opera

tion _ '.- durchgeführt.nachgeschüttet. "tion _ '.- carried out. refilled. "

j I ~t~ Λ 2. j I ~ t ~ Λ 2.

In Fig. 4 isl ein Antwortgerät mit /> Antennen (/> -H) tiargestellt: Damit ist eine Winkelbeslimmung über einen Bereich von JhO möglich. Ils sind acht fest angeordnete Richtantennen 4 I bis 4 8. ζ. Β. Mikrowellenhörner. vorgesehen. In diesen Richtantennen wirtl die Phase des einfüllenden Signals mit periodischen Signalen, z. H. sinusförmigen Wellen, mil jeweils einer der I requenzen Al bis A8 moduliert. Die elektrischen Achsen zweier benachbarter Antennen. /.. B. 4 I und wIn Fig. 4 a response device with /> antennas (/> -H) is shown: This enables an angle determination over a range of JhO. Ils are eight fixed directional antennas 4 I to 4 8. ζ. Β. Microwave horns. intended. In these directional antennas wirtl the phase of the filling signal with periodic signals, z. H. sinusoidal waves, each modulated with one of the I frequencies A1 to A8. The electrical axes of two adjacent antennas. / .. B. 4 I and w

4 8. bilden einen Winkel 2λ. wobei 2,\ -- 3^ ist. Die4 8. form an angle 2λ. where 2, \ - 3 ^. the

Längsachse MU des Schiffs stimmt mit der Winkelhalbierenden des Winkels 2,\. der durch die elektrischen Achsen zweier benachbarter Antennen, z. B. Λ I und r. 4 8. gebildet wird, überein.The longitudinal axis MU of the ship coincides with the bisector of the angle 2, \. by the electrical axes of two adjacent antennas, e.g. B. Λ I and r. 4 8. is formed, match.

Die Hauptkeulen des von einer derartigen Anordnung abgestrahlten Strahlungsdiagramm* sind in F i g. 5 dargestellt. Die acht Strahlungskciilcn d\ bis c/8. die den acht Antennen zugeordnet sind, sind identisch und "> <i gleichmäßig über 360" verteilt. Die Achsen der Schnittpunkte zweier aufeinanderfolgenden KeulenThe main lobes of the radiation pattern * emitted by such an arrangement are shown in FIG. 5 shown. The eight radiation circles d \ to c / 8. which are assigned to the eight antennas are identical and "><i evenly distributed over 360". The axes of the intersection of two consecutive lobes

erzeugen die Winkel : in dem in Fig. 5 dargestellten Fall beträgt dieser Winkel 45". Somit bilden die r. Achsen X'X der Schnittpunkte der Keulen d\ und d2 bzw. die der Keulen d\ und c/8//Wi7eincn Winkel von 45". Die Achse der Schnittpunkte VVder Keulen t/2 und i/3 bildet mit der Achse MUeinen Winkel von 90"generate the angle:.. in the case shown in Fig 5, this angle is 45 "thus form the r axis X'X of the intersection points of the lobes d \ and d2 and the lobes of the d \ and c / 8 // Wi7eincn angle. of 45 ". The axis of the intersection points VV of the lobes t / 2 and i / 3 forms an angle of 90 " with the axis MU

USW M)USW M)

Das sich in der ortsfesten Station befindliche Dopplerradargerät empfängt eine Kombination mehre-The Doppler radar set in the stationary station receives a combination of several

rer der Signale mit tle'i Frequenzen /■" t Al. /·"'+ 12 rer of the signals with tle'i frequencies / ■ "t Al. / ·"'+ 12

/■"'+ A8. die von dem Antwortgerät abgestrahlt werden. Die Richtung wird aus den beiden Frequenzen der acht Frequenzen, deren Signale an der ortsfesten Station die größte Amplitude hüben, ermittelt. Hierzu wird, wie bereits beschrieben, das Verhältnis Q gebildet. Hierbei wild jedoch der Winkel ermittelt, der durch die Achse durch die Schnittpunkte der beiden Keulen mit der größten Intensität, die den beiden ausgewählten Frequenzen entsprechen, und die Achse MU bestimmt ist. Somit wirtl. wenn die beiden ausgewählten Frequenzen den Keulen ι/1 und i/2 entsprechen, der Wert von 45 zu dem aus (^bestimmten Winkel addiert. In Fig. b ist ein Dopplerradargerät dargestellt, das mit einem Antwortgerät mit /> Richtantennen zusammenarbeitet. V.s enthält einen Sender 1 und einen l.ntpfänger 4: die mit einer schwenkbaren Richtantenne 5 verbunden sind. Richtung, Fntfernung und Gcschwinurpr^eii ticS .WimmS wOi'uCTi »iüi uuKiinfiiC ttCiSC Ci'imiiC'ri. / ■ "'+ A8. Which are emitted by the transponder. The direction is determined from the two frequencies of the eight frequencies, the signals of which have the greatest amplitude at the stationary station. For this, the ratio Q is formed, as already described. Here, however, the angle is determined which is determined by the axis through the intersection points of the two lobes with the greatest intensity, which correspond to the two selected frequencies, and the axis MU i / 2 correspond to the value added by 45 to the particular one of (^ angular In FIG b is a Doppler radar device is shown, which cooperates with a response device with /> directional antennas Vs includes a transmitter 1 and a l.ntpfänger 4:... the are connected to a swiveling directional antenna 5. Direction, distance and Gcschwin urpr ^ eii ticS .WimmS wOi'uCTi »iüi uuKiinfiiC ttCiSC Ci'imiiC'ri.

Dem F.mpfängLT ist eine Schaltung 8 zur Frequenzselek tion und Amplitudenbestimmung nachgeschaltel. die dieThe F.mpfängLT is a circuit 8 for frequency selection tion and amplitude determination downstream. the the

Amplituden der Frequenzenlinien /"+Al. l"+l'2 Amplitudes of the frequency lines / "+ Al. L" + l'2

/·" t /"8 liefert. Dieser Schaltung 8 wiederum ist ein Aniplitudendiskriniinütor 9 nachgeschaltel. der aus den at hl Amplituden, die den acht Frequenzen zugeordnet sind, die beiden grollten Amplituden und tieren Frequenzen auswählt. Diese beiden Frequenzen werden einer Dekodierschaltung 10 zugeführt. Diese Dekodier schaltung 10 liefert an einen Rechner Il einen Wert, der dem Winkel, der durch Längsachse des Schiffs und die Gerade, die die .Schnittpunkte der beiden Keulen, die den beiden ausgewählten Frequenzen zugeordnet sind, verbindet, bestimmt ist. Der Rechner Il bestimmt den Wert für Q und unter Berücksichtigung der von der Dckodicrschallung 10 gelieferten Werte die Winkel richtung./ · "T /" returns 8. This circuit 8, in turn, is followed by an aniplitude discriminator 9. who selects the two great amplitudes and animal frequencies from the at hl amplitudes that are assigned to the eight frequencies. These two frequencies are fed to a decoding circuit 10. This decoding circuit 10 supplies a computer II with a value which is determined by the angle formed by the longitudinal axis of the ship and the straight line connecting the intersection points of the two lobes associated with the two selected frequencies. The computer II determines the value for Q and, taking into account the values supplied by the Dckodicrschallung 10, the angular direction.

Das obige Navigationssyslem wurde im Zusammenhang mil einem Dopplerradargerät beschrieben; anstelle des Dopplerradargeräts kann jedoch auch ein normales Radargerät verwendet werden. Auch >n diesem Fall besteht das Antwortgerät aus über einen Winkel von ihO" tHeii'hiiiäUit* verteilen und fest angeordneten Richtantennen, jedoch wird das einfallende Signal durch diese Antennen amplitudenmoduliert. Die Modulationssignalc sind, wie zuvor, periodisch und haben verschiedene Frequenzen. Vom Radargerät werden dann die verschiedenen Modulationsfrequcnzen ermittelt. Die Berechnungen werden, wie zuvor, mit den Amplituden, die diesen Frequenzen entsprechen, durchgeführt. The above navigation system was described in the context of a Doppler radar device; however, a normal radar device can also be used instead of the Doppler radar device. Also> n this case, the response device over an angle of IHO "tHeii'hiiiäUit * spread and fixed directional antennas, however, the incident signal is amplitude-modulated by these antennas. The Modulationssignalc are, as before, periodically and have different frequencies. From the radar device the various modulation frequencies are then determined, and the calculations are carried out, as before, with the amplitudes corresponding to these frequencies.

Mit diesem Navigaiionssyslcm ist es möglich, daß von der ortsfesten Station aus die Richtung einer ortsfesten Station bezüglich eines mobilen Gegenstandes, auf dem lediglich ein Antwortgerät der beschriebenen Art. das nur wenig Platz einnimmt und keinen Rechner benötigt, bestimmt werden kann.With this navigation system it is possible that from of the stationary station from the direction of a stationary station with respect to a mobile object on which just a transponder of the type described, which takes up little space and does not require a computer, can be determined.

Dieses Navigationssystem erlaubt auch die Richtungsbestimmung eines mobilen Gegenstandes in Bezug auf eine ortsfeste Station von Bord des mobilen Gegenstandes aus. Das Antwortgerät befindet sich dann bei der ortsfesten Station und als Radargerät wird das Bordgerät des mobilen Gegenstandes verwendet.This navigation system also allows the direction of a mobile object to be determined in relation to one another to a stationary station on board the mobile object. The transponder is then located the on-board device of the mobile object is used for the stationary station and as a radar device.

Hierzu 3 Blatt Zcichnuimeii 030 215/207For this purpose 3 sheets of Zcichnuimeii 030 215/207

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Navigationssystem mit einem Radargerät und einem Antwortgerät mit mindestens zwei Antennen, r> denen jeweils eine Modulationseinrichtung zugeordnet ist, wobei eine der beiden Stationen mobil ist, bei dem von dem Radargerät in Richtung des Antwortgerätes eine erste elektromagnetische Welle abgestrahlt wird, auf die vom Antwortgerät in einer m Ebene zwei weitere elektromagnetische Wellen mit je einem keulenförmigen Strahlungsdiagramm, die die mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen modulierte erste elektromagnetische Welle sind, abgestrahlt werden, und bei dem mit Hilfe der beiden elektromagnetischen Wellen der Winkel zwischen der Verbindung Radargerät — Antwortgerät und einer durch die Symmetrieachse der beiden Strahlungskeulen bestimmten Vorzugsrichtung durch subJnktiven Vergleich der Amplituden der beiden Emufangssignale und mit dem Radargerät durch Schwenken eines Radarstrahls der Winkel zwischen einer Bezugsachse und der Verbindung Radargerät — Antwortgerät ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei zusätzlicher Ableitung der Summe (S \ +52) der Amplituden der Empfangssignale aus den beiden Strahlungskeulen (d) der Winkel (ß) zwischen der Verbindung RadargerätfT^AntwortgerätfM^ und der Vorzugsrichtung (MU) in an sich bekannter Weise durch m Quotientenbildung (Q) aus der Differenz (S \ - 52) und der Summe (51 + 52) ermittelt wird.1. Navigation system with a radar device and a response device with at least two antennas, r > each of which is assigned a modulation device, one of the two stations being mobile, in which a first electromagnetic wave is emitted by the radar device in the direction of the response device Responder in one m plane two further electromagnetic waves, each with a club-shaped radiation diagram, which are the first electromagnetic wave modulated with different modulation frequencies, are emitted, and in which, with the help of the two electromagnetic waves, the angle between the connection radar device - responder and one through the The preferred direction determined by the axis of symmetry of the two radiation beams is determined by a subjective comparison of the amplitudes of the two Emufangssignale and with the radar device by pivoting a radar beam the angle between a reference axis and the connection between the radar device and the transponder is determined, d acharacterized by the fact that with additional derivation of the sum (S \ +52) of the amplitudes of the received signals from the two radiation lobes (d) the angle (ß) between the connection radar device fT ^ response device fM ^ and the preferred direction (MU) in a manner known per se m formation of the quotient (Q) from the difference (S \ - 52) and the sum (51 + 52) is determined. 2. Navigstionssystevn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mohr als zwei Antennen (A) gleichmäßig auf einem Kreis L !geordnet sind, daß sich die Strahlungsdiagramme (d) von jeweils zwei dieser Antennen (A) ebenso wie die Strahlungsdiagramme (d\, di), die die Vorzugsrichtung (MU) bestimmen, überlappen, daß auch die von den weiteren Antennen abgestrahlten elektromagnet!- sehen Wellen mit unterschiedlichen Niederfrequenzen moduliert sind, wobei durch diese Niederfrequenzen die Lagen der Antennen (A) auf dem Kreis und somit die Symmetrieachse (z. B. XX) zweier benachbarter Strahlungsdiagramme kodiert sind. 4-, und wobei durch die Symmetrieachsen der weiteren Strahlungsdiagramme wettere Richtungen festgelegt werden.daß im Radargerät (1;3 bis II) aus den beiden Strahlungsdiagrammen mit der größten Intensität wie im Falle von nur zwei Strahlungsdia- ~>n grammen (Fig.2, d\, t/2) ein Winkel berechnet wird, wobei dieser Winkel, korrigiert um den Winkel zwischen der Symmetrieachse (z. B. XX') dieser beiden Strahlungskeulen und der Vorzugsrichtung (MU), der Winkel (ß) zwischen der Verbindung r, Radargerät (P) -AiMwortstation (M) und der Vorzugsrichtung ist.2. Navigstionssystevn according to claim 1, characterized in that mohr as two antennas (A) are arranged evenly on a circle L! That the radiation patterns (d) of two of these antennas (A) as well as the radiation patterns (d \, di), which determine the preferred direction (MU) , overlap so that the electromagnetic waves emitted by the other antennas are also modulated with different low frequencies, whereby the positions of the antennas (A) on the circle and thus the axis of symmetry are modulated by these low frequencies (e.g. XX) of two adjacent radiation diagrams are coded. 4-, and with the symmetry axes of the other radiation diagrams determined weathering directions. That in the radar device (1; 3 to II) from the two radiation diagrams with the greatest intensity as in the case of only two radiation diagrams (Fig. 2 , d \, t / 2) an angle is calculated, this angle, corrected by the angle between the axis of symmetry (e.g. XX ') of these two radiation lobes and the preferred direction (MU), the angle (β) between the connection r, radar device (P) -AiMwortstation (M) and the preferred direction is.
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IT1209322B (en) * 1979-05-30 1989-07-16 Siemens Ag SECONDARY RADAR TRANSPONDER.

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