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"Verfahren und Anordnungen zur automatischen
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Bestimmung von Peilwinkeln" Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur automatischen Bestimmung von Peilwinkeln insbesondere beim 2-Wellen-Einfall
sowie Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens.
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In der passiven Funkortung hat sich das mehrkanalige Sichtpeilerverfahren
nach Watson-Watt eit lange bewährt. Watson-Watt-Peilsysteme, bestehend aus Peilantenne,
Peilgerät und Peilfunker werden auch heute noch verwendet, weil der Peilfunker aufgrund
seiner Intelligenz und Erfahrung in der Lage ist, die auf der Sichtröhre des Peilgerätes
zur Darstellung kommenden Peilfiguren
ohne wesentliche Hilfsmittel
auch im Falle von Störungen mit gutem Erfolg auszuwerten.
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Seit einiger Zeit unternimmt man nun verstärkte Anstrengungen, die
Peilauswertung zu automatisieren. Die Gründe hierfür sind in einem Mangel an geschultem
Peilfunkerpersonal, in den hohen Personalkosten sowie in einer Erhöhung der Peilkapazitäten
zu sehen. Automatisierte Auswerteverfahren zeigen insbesondere dann Schwächen, wenn
das auszuwertende Nutzsignal von Störungen (Mehrwellen-Einfall kohärenter und inkohärenter
Art, Gewitterstörungen, Zündfunken, Rauschen usw.) iiberlagert ist.
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Bei einem bekannten Peiler mit automatischer Auswertung werden die
zwischenfrequenten Peilkomponenten zunächst in einem sogenannten Ellipsenwandler
digitalisiert, wobei die sina- und die cosa-Komponente des seitenrichtigen Ellipsenscheitelpunkts
der im allgemeinen ellipsenförmigen, im Koordinatensystem der Sichtröhre mit der
großen Halbachse unter dem Peilwinkel a liegenden Peilfigur gewonnen werden. Die
so gewonnenen digitalisierten Peilkomponenten werden in einem Rechenwerk digital
integriert und dann auf den Peilwinkel a hin ausgewertet. Diese Integration, deren
Vorteile in der Befreiung schwacher Nutzsignale vom Rauschen, in einem Empfindlichkeitsgewinn
und in der Ausmittelung von Peilwertschwankungen liegen, führt zu fehlerhaften Peilergebnissen
beispielsweise bei einem Funkstellenwechsel oder bei einem gleichzeitigen Einfall
mehrerer Wellen.
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Aus der DT-OS 2 500 698 ist es bekannt, digitalisierte Peilkomponenten
in einem Panoramaauswerter, der im wesentlichen aus einem Rechenwerk besteht, in
die dazugehörigen Momentan-Peilwinkel cx umzurechnen und die Momentan-Peilwinkel
zu einem Häufigkeitsverteilungsdiagramm H = f(a) als Funktion des Azimuts zusammenzustellen.
In einer praktischen Realisierung dieses Prinzips wird das Diagramm durch ein Feld
im Arbeitsspeicher eines Mikroprozessors realisiert, wobei als Speicheradresse der
Azimut a dient und das Häufigkeitsverteilungsdiagramm durch Hochzählen der auf die
einzelnen Adressen a entfallenden Ereignisse entsteht. Dieses Häufigkeitsverteilungsdiagramm
wird nach seiner Fertigstellung - es umfaßt dann mehrere Tausend Meßwerte -in bezug
auf zu den verschiedenen Azimutwerten cx gehörende Häufigkeiten sowie hinsichtlich
der Streubreiten herausragender Häufungen ausgewertet. Nicht gleichzeitig und unter
verschiedenen Peilwinkeln einfallende Signale führen zu in verschiedenen Azimutbereichen
des Diagramms zeitlich unterschiedlich anwachsenden Häufungen, so daß es möglich
ist, die Peilwinkel der Stationen eines Funknetzes getrennt anzugeben oder ein einzelnes
Nutzsignal von nicht gleichzeitigen Störungen zu separieren. Nachteilig bei diesem
bekannten Panoramaauswerter ist die Tatsache, daß die dabei verwendete Art der automatischen
Peilwinkelbestimmung bei gleichzeitigem Empfang mehrerer Wellen zu Peilfehlern führen
kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nebst Anordnungen
der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit möglichst geringem Aufwand auch
bei einemMehrwelleneinfall quasikohärenter oder inkphärenter Art eine genaue Bestimmung
des Einfallswinkels der Welle mit der größten~ Signalamplitude ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst,
daß aus n Peilkomponenten-Meßproben der Mittelwert
ermittelt wird, wobei eine natürliche Zahl und a ein zur v-ten Peilkomponenten-Meßprobe
gehörender Momentan-Peilwinkel ist, Eine bevorzugte Ausgestaltungsform der Erfindung
besteht darin, daß durch eine Analyse einer der Trübung der Peilspannungen proportionalen
Spannung T festgestellt wird, ob es sich um einen 1-Wellen-Einfall-oder einen kohärenten,
quasikohärenten oder inkohärenten Mehrwellen-Einfall handelt, und daß der Mittelwert
ã nur bei Feststellung eines quasikohärenten oder inkohärenten Melirwellen-Einfalis
gebildet wird.
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Bei einer günstigen Anordnung zur Durch fiIhrung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist vorgeseheil, daß die Peilkomponenten Ux = A . sina und Uy = A . cos#
zweier Peilkanäle iiber zwei von einem Analysator für die Analyse der der Trübung
proportionalen Spannung T gesteuerte Umschalter im Falle, daß der Analysator einen
quasikohärenten oder inkohärenten Mehrwellen-Einfall feststellt, über zwei Normierungsglieder
zur Erzeugung der normierten Peilkomponenten
einem Mikroprozessor, in dem aus n Meßproben sinu und cos## V v (v = 1 bis n) der
Mittelwert cx ermittelt wird, bzw. im Falle, daß der Analysator einen 1-Wellen-Einfall
oder einen koh=jren-Normierungsglieder ten Mehrwellen-Einfall feststellt,unter Tlmgeiiung
der/ dem Mikroprozessor zuführbar sind, in dem aus den Peilkomponenten 1 und IJ
y der jeweilige Momentan-Peilwinkel a gemäß der Beziehung Ux # = arctg gewonnen
wird.
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Uy Eine weitere, bei digitaler Signalverarbeitung besonders vorteilhafte
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erhält man dadurch,
daß die Peilkomponenten Ux und Uy zweier Peilkanäle einem Mikroprozessor zuleitbar
sind und daß der Mikroprozessor von einem Analysator für die Analyse der der Trübung
proportionalen Spannung T in der Weise
steuerbar ist, daß der Mikroprozessor
im Falle, daß (ler Analysator einen 1-Wellen-Einfall oder einen kohärenten Mehrwellen-Einfall
feststellt, den jeweiligen Momentan-Peil-Ux winkel a gemäß der Beziehung # = arctg
bestimmt und aus-Uy gibt, bzw. daß der Mikroprozessor im Falle, daß der Analysator
einen quasikohärenten oder inkohärenten Mehrwellen-Einfall er-IJ kennt, mit den
gemäß der Beziehung a = arcts UX bestimmten y Momentan-Peilwinkeln a als Adresse
aus einem Speicher die zugehörigen Funktionswerte sina und cosa entnimmt und für
n Momentan-Peilwinkel a den Mittelwert cx ermittelt und diesen ausgibt.
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Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung ist bei einem Panoramapeiler
gegeben, bei dem aus den während eines vorgegebenen oder vorwählbaren Zeitintervalls
innerhalb des beobachteten Peilwinkelbereichs ermittelten Peilwinkel cx eine Häufigkeitsverteilungsfunktion
H = f(a) der ermittelten Peilwinkel (bzw.
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Peilwinkelmittelwerte) gebildet wird.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt, wie sich ein echter, gleicnzeitiger MehrwelLenempfang
auf die auf einer Sichtröhre eines Watson-Watt-Sichtpeilers angezeigte Peilfigur
auswirkt. Zwei unter den Peiiwinkeln
a1 = 30 und cc2 = 1700 mit
den Amplituden Al = 1 und A2 = 0,7 gleichzeitig einfallende Wellen erzeugen auf
der Sichtröhre eine ellipsenförmige Peilfigur, deren Peilrichtung (große Ellipsen-Halbachse)
und Trübung (das ist das Längenverhältnis von kleiner zu großer Ellipsen-Halbachse)
mit der Differenzfrequenz der beiden Wellen Af = fl - f2 periodisch schwanken. Der
Betrag dieser Differenzfrequenz Af bestimmt allein, ob es sich um einen kohärenten,
quasikohärenten oder inkohärenten Mehrwelleneinfall handelt.
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Bei einer Differenzfrequenz Af = 0 liegt bei dem in Fig. 1 gewählten
Beispiel mit zwei Wellen ein kohärenter 2-Wellen-Einfall vor. Die zwei einfallenden
Wellen stammen von ein- und demselben Sender und ihr Wegunterschied vom Sender bis
zur Peilantenne ist konstant (daraus folgt Af = O). Die zugehörige Peilfigur ist
eine stehende Ellipse. Die Auflösung einer solchen Peilsituation nach den Einfallsrichtungen
beider Wellen ist nur mit einem Mehrwellenpeiler auf Raumbasis möglich, der hier
aus Aufwandsgründen nicht zur Diskussion steht.
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Ein guasikohärenter 2-Wellen-Einfall liegt vor, wenn beide einfallende
Wellen zwar von ein- und demselben Sender stammen, ihr Wegunterschied vom Sender
bis zur Peilantenne aber zeitlich nicht konstant ist, sondern beispielsweise infolge
von Fluktuationen in den reflektierenden Ionosphärenschichten mehr oder
weniger
regelmäßig schwankt. Diese Schwankungen wirken sich als geringer Frequenzunterschied
A f70 zwischen den beiden Wellen aus, wobei Af denn in der Praxis zwischen 0,1 und
2 Hz liegt.
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Ein inkohärenter 2-Wellen-Einfall ist gegeben, wenn die Frequenzdifferenz
Af zwischen beiden Wellen wesentlich größer ist (z. B. größer als 20 Hz). In der
Praxis ist dieses dann der Fall, wenn auf der Betriebsfrequenz des Peilers zwei
verschiedene Sender empfangen werden, deren Frequenz nicht gleich ist.
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Bei quasikohärentem und inkohärentem 2-Wellen-Einfall ist die Peilfigur
eine Ellipse, die mit der Frequenz Af hinsichtlich der Richtung der großen Ellipsen-Halbachse
und der Trübung schwankt. Bei.quasikohärentem 2-Wellen-Einfall kann man der sehr
langsamen Schwankung mit dem Auge folgen und dabei feststellen, daß die Peilellipse
zu gewissen Zeitpunkten zu einem Peilstrich entartet, und zwar ist dieses jeweils
in den Zeitpunkten einer phasengleichen Addition und Subtraktion der beiden Wellen
der Fall. Die Richtung des Peilstriches gibt dann aber keinesfalls die Einfallsrichtung
einer der Wellen wieder.
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Bei inkohärentem 2-Wellen-Einfall vermag das Auge wegen der hohen
Frequenz der Ellipsenschwankung den Änderungen der Ellipse nicht mehr zu folgen.
Man nimmt dann auf der Sichtröhre als Peilfigur eine parallelogrammförmige Leuchtfigur
wahr, deren
Fläche von den Ellipsenschwankungen ausgeschrieben
wird.
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Die geradlinigen Begrenzungskanten dieses Parallelogramms entsprechen
in Winkel und Länge den Einfalisrichtungen und den Amplituden der einfallenden Wellen
(raumselektive Auflösung des Watson-Watt-Verfahrens bei inkohärentem 2-Wellen-Empfang).
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In Fig. 1 ist das Peil-Parallelogramm für das gewählte Beispiel des
2-Wellen-Empfangs mit al = 300, a2 = 1700 sowie A1 = 1 und A2 = 0,7 dargestellt.
Eingezeichnet sind ferner Vektoren, deren Endpunkte die seitenrichtigen Ellipsenscheitelpunkte
und deren Winkel die dazugehörigen Peilrichtungen wiedergeben, wie sie während einer
Schwankungsperiode auftreten können. Die gezeichneten Vektoren sind als in zeitlich
gleichem Abstand auftretend zu denken (die größte zeitliche Häufung der Vektoren
findet man in der Nähe der großen Diagonalen des Parallelogramms).
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Für den quasikohärenten und inkohärenten 2-Wellen-Einfall bietet die
Erfindung eine Möglichkeit, wenigstens die Peilrichtung der Welle mit der größeren
Amplitude mit hoher Genauigkeit automatisch anzugeben. Natürlich können solche Mehr-Wellen-Fälle
von echten Mehrwellenpeilern auf Raum- und Zeitbasis aufgelöst werden, doch ist
der Aufwand bei derartigen Peilern ungleich höher. Die Erfindung soll mit einfachen
Mitteln insbesondere
eine Verbesserung hinsichtlich der Fehlerquote
bei dem eingangs bei den Angaben zum Stand der Technik erwähnten Panoramapeiler
ermöglichen.
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Der besagte Ellipsenwandler des Panoramapeilers liefert die digitalisierten
Peilspannungskomponenten U und U entx y sprechend den seitenrichtigen Ellipsenscheitelpunkten
der Momentanpeilungen. Als zeitlichen Abstand der Momentanpeilungen wählt man zweckmäßigerweise
ein Zeitintervall in der Größenordnung T = B s wobei B die Betriebsbandbreite der
Peilkanäle ist. Der Momentanpeilwinkel der einzelnen Momentanpeilungen ergibt sich
zu Ux # = arctg (1).
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Uy Bei einer Mittelung über n Meßproben erhält man den Mittelwert
Es läßt sich zeigen, daß dieser Mittelwert a bei den verschiedensten 2-Wellen-Einfällen
stets mit dem Einfallswinkel a der Welle mit der größeren Amplitude übereinstimmt.
Die Peilwinkel-Mittelwertbildung gemäß der Beziehung (2) ist in der Praxis leider
nicht anwendbar, da beispielsweise im Falle, daß kein Nutzsignal vorhanden ist und
die Momentan-Peilwinkel des Rauschens zwischen Oo und 3600 gleichmäßig verteilt
sind, ein Mittelwert von 1800 entsteht und so eine unter diesem Winkel
einfallende
Welle vorgetäuscht würde. Außerdem würde sich dieser Fehler auch bei schwachen Nutzsignalen
mit nur geringem Rauschabstand auf das Peilergebnis verfälschend auswirken.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß die MittelwertbildunE
mindestens vorgeschlagen, wobei / über eine Schwankungsperiode des Interferenzfeldes
gemittelt wird. Diese Mittelwertbildung führt bei einer rauschbedingten gleichmäßigen
Verteilung der Momentan-Peilwinkel zwischen 0° und 3600 zu einem völlig unbestimmten
Mittelwert cx und sie wirkt sich auch bei geringen Rauschabständen nicht peilwertverfälschend
aus. Außerdem gilt mit einer sehr hohen, für die Praxis ausreichenden Genauigkeit,
daß cx -V- cx (4) ist. Mit Hilfe der Mittelung gemäß Beziehung (3), wobei beispielsweise
über n = 100 Meßproben gemittelt wird, läßt sich also sehr einfach der Peilwinkel
der Welle mit der größeren Amplitude beim 2-Wellen-Empfang ermitteln und angeben.
Dabei ist es unerheblich, ob es sich um einen quasikohärenten oder einen inkohärenten
2-Wellen-Einfall handelt. Es muß nur sichergestellt sein, daß die Anzahl n der Meßproben
die volle Schwankungsperiode des 2-Wellen-Interferenzfeldes genügend feinstufig
erfaßt.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Zahl n bei der MitteL-wertbildung
gemäß der Beziehung (3) keinesfalls fest zu sein braucht, sondern entsprechend den
jeweiligen Erfordernissen gegebenenfalls auch frei gewählt werden kann.
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Eigenschaft Eine wesentliche / der erfindungsgemäßen Mittelwertbildung
gemäß Beziehung (3) ist darin zu sehen, daß hierbei die Peilkomponenten Uxu A sina
und U = A cosa von der xu v V yv Amplitude A befreite d. h. amplitudennormiert,
ausgewertet werden. Im Unterschied zu anderen mehrwellen-auflösenden Rechenpeilverfahren
braucht die Verstärkung der einzelnen Peilkanäle hier nicht über die gesamte Schwankungsperiode
des Interferenzfeldes konstant zu sein - was bei quasikohärentem Empfang von besonderem
Vorteil ist - , da die Peilkomponenten der einzelnen Meßproben eben von ihrer Momentanamplitude
befreit sind.
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Bei dem eingangs erwähnten bekannten Peiler mit automatischer Auswertung
wird demgegenüber aus den noch mit der Amplitude behafteten Peilkomponenten U und
U der folgende Mittelwert x y gebildet:
Das gemäß der Beziehung (5) ermittelte Peilergebnis stimmt bei einem 2-Wellen-Einfall
im allgemeinen mit keiner der Einfallsrichtungen der beiden einfallenden Wellen
überein.
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Die bei der erfindungsgemäßen Mittelwertbildung gemäß Beziehung (3)
benötigten amplitudennormierten Peilkomponenten
sind und coscx
lassen sich durch eine analoge oder digitale Vorverarbeitung der Peilkomponenten
U und U 9 jeder Meßprobe xv yu gewinnen, beispielsweise mittels der folgenden Normierungsprozedur:
Der gemäß der Beziehung
ermittelte Mittelwert ist also mit dem Mittelwert nach (3) identisch.
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Wie bereits erwähnt, gestattet die Mittelwertbildung gemäß Beziehung
(3) bzw. (7) bei quasikohärentem oder inkohärentem 2-Wellen-Einfall eine praktisch
fehlerfreie Ermittlung der Einfallsrichtung der Welle mit der größeren Amplitude.
Im Falle des l-Wellen-Empfangs kann diese Mittelwertbildung ebenfalls nützlich sein,
da eine Mittelung stets mit einer Herausmittelung des Rauschens und somit mit einem
Empfindlithkeitsgewinn verbunden ist. Da jedoch bei jedem Mittelungs- bzw. Integrationsverfahren
nicht
nur die Nutzsignale in der gewünschten Weise integriert werden, sondern außerdem
StörsignaLe (Gewitterstörungen, Funkstellenwechsel) in den Mittelwert eingehen und
diesen verfälschen können, wird die Mittelwertbildung zweckmäßigerweise nur bei
quasikohärente oder inkohärentem Mehrwellen-Einfall eingesetzt. Das Vorliegen eines
quasikohärenten oder inkohärenten Mehrwellen-Einfalls läßt sich beispielsweise mit
Hilfe eines in der Anmeldung P 25 40 203 vorgeschlagenen Verfahrens zum Erkennen
von Peilstörungen feststellen, bei dem eine aus den Peilspannungskomponenten Ux
und U gewonnene, der Trübung proportionale Spannung mittels eines y Frequenzanalysators
nach Art eines frequenzselektiven Zungenfrequenzmessers auf ihr Frequenzspektrum
hin analysiert wird und bei dem bei Vorliegen einer Gleichspannungskomponente im
Spektrum eine kohärente Mehrwellen-Störung, im Falle, daß das Spektrum Wechselspannungskomponenten
bis zu 5 Hz enthält, eine quasikohärente Mehrwellen-Störung und bei einem oder mehreren
diskreten Spektren oberhalb S Hz eine inkohärente Mehrwellen-Störung gemeldet wird.
Eine entsprechende Ausgestaltungsform der Erfindung, bei der die Mittelung gemäß
(3) bzw. (7) nur bei mit Sicherheit festgestelltem quasikohärentem oder inkohärentem
Mehrwellen-Einfalls durchgeführt wird, läßt sich sehr vorteilhaft bei dem eingangs
genannten bekannten Panoramapeiler zur Anwendung bringen, indem dort im Falle eines
quasikohärenten oder inkohärenten Mehrwellen-Einfalls aus jeweils n Meßproben der
Mittelwert a gemäß (3) bzw. (7) gebildet wird und dieser
Mittelwert
a mit einer wählbaren, vorzugsweise n-fachen Häufigkeit unter der richtigen Adresse
in das Häufigkeitsverteilungsdiagramm H = f(a) im Speicher des Panoramaauswerters
übernommen wird.
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Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Die Peilkomponenten U und U x y zweier Peilkanäle 1 und 1' sind über
Umschalter S und S' entweder über zwei Normierungsglieder 3 und 3', in denen sie
einer Amplitudennormierung gemäß der Beziehung (6) unterzogen werden, einem Mikroprozessor
4 zur Ermittlung des Mittelwertes a gemäß Beziehung (3) bzw. (7) oder direkt dem
Mikroprozessor 4 zuführbar, in dem aus den Peilkomponenten U und U der jeweilige
Momentan-Peilwinkel a gemäß der Beziehung a = arctg UX gewonnen y wird. Die Umschalter
S und S! werden dabei von einem Analysator 2 für die Analyse einer der Trübung proportionalen
Spannung T in der Weise geschaltet, daß die Peilkomponenten U und U bei Vorliegen
x y eines quasikohärenten oder inkohärenten Mehrwellen-Einfalls den Normierungsgliedern
3 und 3' sowie dem Mikroprozessor 4, im Falle, daß der Analysator 2 weder einen
quasikohärenten noch einen inkohärenten Mehrwellen-Einfall feststellt, dagegen direkt
dem Mikroprozessor 4 zugeleitet werden.
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Dabei wird nach Maßgabe des Analysators 2 entweder eine Auswertung
gemaß der Beziehung (3) bzw. (7) oder eine Auswertung U nach der Beziehung a = arctg
tuX vorgenommen. Es kann auch auf y die Umschalter S und S' verzichtet werden, indem
die Spannungskomponenten Ux und U einfach über die Normierungsglieder dem x y Rechenwerk
4 zugeführt werden.
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Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes, für eine digitale Signalverarbeitung
besonders geeignetes Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden
die Peilkomponenten U und U zweier x y Peilkanäle 1 und 1' direkt einem Mikroprozessor
4 zugeleitet.
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Der Mikroprozessor 4 ist von einem Analysator 2 für die Analyse einer
der Trübung proportionalen Spannung T in der Weise steuerbar, daß er bei Vorliegen
eines l-Wellen-Einfalls oder eines kohärenten Mehrwellen-Einfalls den der jeweiligen
Meßprobe entsprechenden Momentan-Peilwinkel cx gemäß der Beziehung U a = arctg UX
bestimmt und ausgibt bzw. im Falle, daß der Ana-Y lysator 2 einen quasikohärenten
oder inkohärenten Mehrwellen-Ux Einfall feststellt, mit den gemäß der Beziehung
# = arctg Uy bestimmten Momentan-Peilwinkeln a als Adresse aus einem Speicher des
Mikroprozessors die zugehörigen amplitudennormierten Funktionswerte sina und cosa
entnimmt und daraus gemäß der Beziehung (3) bzw. (7) jeweils für n Momentan-Peilwinkel
den Mittelwert cx ei-mjttelt und ausgibt.
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L e e r s e i t e