DE2710955C3

DE2710955C3 - Radiointerferometeranlage mit Auflösung von Winkelmehrdeutigkeit

Info

Publication number: DE2710955C3
Application number: DE2710955A
Authority: DE
Inventors: Robert Nicholas Alcock; David Adrian Lucas; Richard Paul Vincent
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: EMI Group Electronics Ltd
Priority date: 1976-03-15
Filing date: 1977-03-12
Publication date: 1981-01-15
Also published as: JPS5756701B2; GB1540418A; SE7702745L; US4136342A; DE2710955B2; FR2344849A1; SE425031B; DE2710955A1; AU2317177A; FR2344849B1; CA1099007A; JPS52112294A; AU507401B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Radiointerferometeranlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Radiointerferometeranlage ist bekannt aus der GB-PS 13 37 099 Dabei sind die Antennenelemente der Reihe gleich weit voneinander entfernt und bilden zwischen einem gemeinsamen Antennenelement und einem jeden der anderen Antennenelemente eine Mehrzahl von Interferometerpaaren, deren gegenseitiger Abstand nach einer arithmetischen Reihe ansteigt. Einem jeden der erwähnten Interferometcrpaare ist ein Digitalphasendiskriminator zur Durchführung einer jeweiligen Phasendifferenzmessung zugeordnet, wobei der Digitalphasendiskriminator, der mit dem Interferometerpaar mit kleinstem gegenseitigem Abstand gekoppelt ist. eine eindeutige Phasendifferenzmessung veranlaßt. Diese bekannte Radiointerferometeranlage enthält sveiterhin eine digitale logische Einrichtung zur Mehrdeutigkeitsauflösung der aus dem Interferometerpaar mit dem größten gegenseitigen Abstand gewonnenen Phasendifferenzmessung (d. h. aus den äußersten Antennenelementen der Reihe) auf eine iterative Weise mit Hilfe der anderen Phasendifferenzmessungen. wobei mit der Phasendifferenzmessung am Interferometerpaar mit kleinstem gegenseitigem Abstand angefangen wird.

Da sich eine Mehrdeutigkeit huf ciah'n einwandfrei auflösen läßt, wenn der Unterschied zwischen den Phasendifferenzen an den unterschiedlichen Paaren mit aufeinanderfolgend ansteigenden Abständen weniger als tt beträgt, ist es wesentlich wichtig, daß Phasenfehler durch Bödenreflektionen und durch Schaltungen wie Verstärker, die iri der Anlage benutzt werden, möglichst klein gehalten werden.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine Radiointerferometeranlage der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der den Einfluß der erwähnten Phasenfehler auf die Mehrdeutigkeitsauflösung reduziert ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

to In der erfindungsgemäßen Radiointerferometeranlage ist die Mehrdeutigkeitsauflösung von den erwähnten Phasenfehlern unabhängig, weil sich diese Fehler durch die angegebenen logischen Bearbeitungen aufheben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Radiointerferometeranlage,

Fig.2 ein Blockschaltbild der in der Anlage nach Fig. 1 verwendeten digitalen logischen Einrichtungen und

t-1 g. 3 schematisch eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Radionterferometeranlage.

In der Ausführung nach F i g. 1 enthält die Radiointerferometeranlage eine Reihe von drei Antennenelementen 1, 2 bzw. 3. In der dargestellten Ausführungsform sind diese Antennenelemente kollinear jnd in regelmäßigen Abständen von L voneinander entfernt. Die zwei äußersten Antennenelemente 1 uud 3 bilden ein erstes • Paar, mit dem erste digitale Phasendiskriminatormittel 4 über Mischstufen 5 und 6 und Verstärker 7 und 8 zur genauen, jedoch mehrdeutigen Messung eines ersten Phasenunterschiedes φι zwischen den am erwähnten ersten Paar empfangenen Signalen gekoppelt sind.

Die Anlage enthält weiterhin Mittel mit einer digitalen logischen Einrichtung 9 zur Mehrdeutigkeitsauflösung des erwähnten ersten Phasenunterschiedes φ₍ zur Durchführung einer genauen und eindeutigen Messung Φ,, worin Φ, = 2πΙι-ίφ_ί <j>i = 2;rFi, I, eine ganze Zahl und Fi eine Bruchzahl zwischen 0 und 1

■to darstellt Mit der digitalen logischen Einrichtung sind Mittel 10 zur Lieferung einer Anzeige des Einfallswinkels θ der an den Antennenelementen aus einer entfernten Strahlungsquelle aufgefangenen Signale verbunden. Diese Anzeige wird auf eine bekannte Weise gemäß der Beziehung

Φ, = 4 jr Lsin Θ/λ

geliefert, worin λ die Wellenlänge der Strahlung ist. Zum Verringern des Einflusses von Phasenfehlern auf die

ίο Mehrdeutigkeitsauflösung enthält die erfindungsgemäße Anlage weiter noch digitale Phasendiskriminaiormit-H 11 und 12. Das digitale Phasendiskriminatormittel 11 ist über Mischstufen 5 und 13 und über Verstärker 7 bzw. 14 mit dem durch Antennenelemente 1 und 2 gebildeten Interferometerpaar zur eindeutigen Messung des Phasenunterschiedes «p.? zwischen den an diesem Paar empfangenen Signalen gekoppelt. Der digitale Phascndiskriminator 12 ist über Mischstufen 13 und 6 und über Verstärker 14 und 8 mit dem durch die Antennenele-

6Q mente 2 und 3 gebildeten Interferometerpaar zur eindeutigen Messung des Phasenunterschiedes φα zwischen den an diesem Paar empfangenen Signalen gekoppelt.

Die eindeutigen Phasenünterschiede φι und φη lassen

sich in folgenden Beziehungen ausdrücken;

<p2 = 2wF₂ünd(p32 = 2π Fm
worin F₂ und F32 Bruchzahlen zwischen 0 und 1 sind.

10 955

Die digitale logische Einrichtung 9 ist zum Addieren der endeutig gemessenen Phasenunterschiede φι und ψΐ2 zur Lieferung der eindeutigen Summe

Φ₅ = ψ2 + Ψώ = 2π (F₂ + Fu)

eingerichtet, worin Φ₅ als Φ₅=2π(Ι_Λ+ F_s) geschrieben werden kann, wobei /_s eine ganze Zahl und F₅ eine Bruchzahl zwischen 0 und 1 ist

Die digitale logische Einrichtung 9 ist weiterhin zum Vergleich der Summe Φ₅ mit dem mehrdeutigen ersten Phasenunterschied ψι ausgelegt, um die ganze Zahl /3 für die Durchführung der genauen und eindeutigen Messung Φι=2π(1% + F₃) zu ermitteln. Die ganze Zahl /3 wird an Hand folgender Beziehungen errechnet:

wenn \F₃ - F_s\ < — ,

/₃ = /_s + 1 , wenn (F₃-FJ <- - ,

/₃ = /₅- 1, wenn (F₃-F_s)> - .

Analog der auf Seite 3 der erwähnten GB-PS 13 37 099 angegebenen Beweisführung läßt sich nachweisen, daß die beschriebene Mehrdeutigkeitsauflösung richtig ist, wenn

In nachstehender Beschreibung wird diese Bedingung in der erfindungsgemäßen Anlage nahezu mit Sicherheit erfüllt, weil sich Phasenfehler der oben beschriebenen Art durch die beschriebenen logischen Bearbeitungen aufheben.

In der Ausführungsform nach F i g. 1 gelangt einfallende Strahlung an ein jedes der Antennenelemente I₁ 2 und 3 an einen entsprechenden Mischer 5,13 und 6. dem auch ein signal aus einem Empfangsoszillator 15 zugeführt wird. Die sich daraus ergebenden Zwischenfrequenzausgangssignale aus den Mischern 5, 13 und 6 werden vordem Zuführen an die digitalen Phasendiskriminatoren 4, 11 und 12 in den entsprechenden Verstärkern 7, 14 und 8 verstärkt; die Anordnung ist derart eingerichtet, daß die betrefienden Phasen der einfallenden Strahlung an den drei Elementen 1, 2 und 3 in den Ausgangssignalen der Verstärker 7, 14 und 8 im wesentlichen erhalten werden. Die Diskriminatoren 4, 11 und 12 sind alle von eiiiem bekannten Typ, in dem ein Winkelbereich von 2π Radianten für Phasenmessung in eine Anzahl aufeinanderfolgende Unterbereiche verteilt ist, die durch in regelmäßigen Abständen angeordnete Grenzen voneinander getrennt sind, und welche Diskriminatoren einen Johnson-Digitalcode ergeben, der einen Winkel in der Mitte des betreffenden Unterbereiches darstellt, in dem der gemessene Phasenunterschied liegt. Die Johnson Codes werden vor dem Zuführen an die Logikstufe 9 durch Umsetzer 16, 17 und 18 in reine Binärcodes umgesetzt, welche Logikstufe eine digitale Darstellung von Φ3 ableitet,

Die digitale logische Einrichtung 9 wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten ail Hand des Blockschaltbildes nach Fig.2 beschrieben- Die digitale logische Eirtrichtufig nach Fig.2 enthält einen Binäraddierer 19 zur Bildung der Summe Φ$ und zwei weitere Binäraddierer 20 und 24 die mit drei Umkehrstüfen 22, 23 und 24. einem Exklusiv-ODER-Gatter 25 und einem UND-Gatter 26 eine Schaltung Czum Vergleichen von Φ·, mit ψ: bilden. Im Schaltbild werden über die mit w und / bezeichneten Leitungen die bedeutsamsten und unbedeutsamsten Bits einer Binärzahl zugeführt.
Von den Diskriminatoren 4, 11 und 12 gemessene Winkel werden als in Einheiten von jt/4 quantisiert angenommen, so daß die Ausgänge der Umsetzer 16,17 und 18 nach Fig. 1 Dreibit-Binärzahlen sind, die Bruchteile von 2jt in Einheiten von π/4 darstellen; ganzzahlige Vielfache von 2π werden durch ein oder mehrere weitere, bedeutsamere Bits dargestellt Die Ausgänge der Umsetzer 16, YI und 18 werden über Leitungsgruppen an der äußersten linken Seite der Figur zugeführt, welche Leitungsgruppen mit der Bezugsziffer des Umsetzers bezeichnet sind, von dem der Ausgang abgeleitet ist Der vom Umsetzer 17 abgeleitete Ausgang mit dem Wen 2stF₂ gelangt an einen ersten Eingangssatz 27 und der vom Umsetzer 18 abgeleitete Ausgang mit dem Wert TsiFu erreicht einen zweiten Eingangssatz 28 eines Secf iiit-Binäraddierers i9, der einen Ausgang 23 von

Φ.,· = 2 π (A₁+ Fs)

liefert. Die drei Eingänge für die bedeutsamsten Bits bei den beiden Sätzen 27 und 28 des Binäraddierers 19 werden in diesem Fall mit digitalen Darstellungen von »0« versorgt Die drei unbedeutsamsten Bits des Ausgangs 29 mit dem Wert 2nFs gelangen an die

jo Umkehrstufen 22, 23 und 24, die mit drei Eingängen eines ersten Eingangssatzes 30 eines Vierbit-Binäraddierers 20 verbunden sind, wobei drei Eingängen eines zweiten Eingangssatzes 31 des Vierbit-Binäraddierers 20 das Ausgangssignal aus dem Umsetzer 16 mit dem Wert 2;rFi zugeführt wird. Durch Zuführen einer digitalen Darstellung von »1« an einen weiteren »Eintrags«-Eingang 32 des Binäraddierers 20 liefert dieser wirksam und auf die übliche Weis"¹ eine Darstellung von 2.T(Fj-Fs/ Eine digitale Darstellung von »1« gelangt auch an den »bedeutsamsten Bit«-Einga .g eines der Sätze 30 und 31, beispielsweise des Satzes 30, wie dargestellt, während eine digitale Darstellung von »0« an den »bedeu*samstan Bit«-Eingang des anderen Satzes gelangt; der Zweck dieses Vorgangs wird nachstehend näher erläutert.

Das bedeutsamste und das zweitbedeutsamste Bit des Ausgangs 33 des Binäraddierers 20 gelangen je an einen Eingang des ExklusivODER-Gatters 25; das Ausgangssignal dieses Gatters und das zweitbedeutsamste-Bit des Ausgangs 33 des Binäraddierers 20 gelangen je an einen Eingang des UND-Gatters 26. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 26 wird dem »bedeutsamsten Bit«- und dem *>7weitbedeutsamsten Bit«-Eingang eines ersten hingangssatzes 34 eines Dreibit-Binäraddierers 21 zugeführt: das Ausgangssignai des Exklusiv-ODER-Gatters 25 gelangt an den »unbedeutsamstrn Bit«-Eingang dieses Satzes 34. Die drei Eingänge eines zweiten Eingangssatzes 55 des Binäraddierers 21 werden mit den drei bedeutsa.nsten Bits des Ausgangs 29 (mit dem Wert 2πΙ.) gespeist. Der Dreibit-Ausgang 36 des Binäraddierers 21 bildet zusammen mit dem Dreibit-Ausgang aus dem Umsetzer 16 eine SediSbitzahl mit dem Wert

am Ausgang 37 auf den Leitungen an der äußersten rechten Seite der Fieuf.

27 1Ö955

Die Wirkungsweise der Schaltung ist wie folgt. Wie bereits erläutert, stellen die drei unbedeulsamsteh Bits des Ausgangs 29 2,-TZ^aIs eine Dreibit-Bittärzahl gleich einer ganzen Zahl zwischen 0 Und 7 in Dczimaldarstcllung dar, die mit fs bezeichnet werden kann, worin fs=8Fs. Das Ausgangssignal der Ümkehrsiufen 22, 23 und 24 ist eine Dfeibitzahl gleich [7 —fs), die den Eingängen des Satzes 30 zugeführt wird. Die Eingänge des Satzes 31 empfangen eine Dreibitzahl, die 2;rFj in einer Form darstellt, die in analoger Weise mit Λ bezeichnet werden kann. Am Ausgang 33 liegt eine Vierbitzahl gleich

(7-fs) + 8 + fi+ I,

d.h. (6 +(T,-/i), _|5

wobei die Größe »8« aus der dem »bedeutsamsten Bitco Eingang des Satzes 30 zugeführten Darstellung und Hiß Größe »1« aus der dem »Eingabe«-Eingang 32 zugeführten Darstellung erhalten ist. Die Binärform des Ausgangssignals, dessen Bits mil£, g, rund sbezeichnet sind, Und das dezimale Äquivalent von (f₃- f_s)sind in der Tabelle 1 gegeben.

dieser Gatter, die den Eingängen 34 des Addierers 21 zügeführten Zahlen und das AUsgangssigrial 36 mit dem Wert ϊϊιΐι sind in die Tabelle 2 eingetragen; dabei ist zu bedenken, daß in einem Dreibil-'Addierer wie der Binäraddierer 21 die Addition Von 7 gleich der Subtraktion mit (ist (Es wurde davon ausgegangen, daß /suhd /j nicht negativ sind.)

Tabelle 2

Zahlen

Ausgang
25

Ausgang
26

Addierer 21

Eingang
34

Ausgang 36

1	1	0
0	0	0
0	1	i

0 0 0

0 0 I

0 0 0

1 1 1

i_s+\

Tabelle I

Binärer	Ausgang	r
P	Q	0
1	0	1
1	0	1
1	0	0
1	1	0
1	1	1
1	1	1
1	1	0
0	0	0
0	0	1
0	0	1
η	Q	0
0	ϊ	0
0	1	1
0	1

0 1

0 1 0

0 1

Die bedeutsamsten und zweitbedeutsamsten Bits ρ bzw. q dienen zum Aktivieren des ExRlusiv-ODER-Gatters 25 und des UND-Gatters 26. Der logische Betrieb Die erwähnte Schaltungsanordnung eignet sich für positive Werte von »/i« nicht größer als 7. Die Schaltung ist etwas komplizierter als für die Interfero- ~ meter&nlage nach Fig. 1 notwendig, aber sie läßt sich

Dezimales ziemlich einfach für Verwendung in anderen oder Äquivalent komplizierten Interferometeranlagen anpassen.
fö-fs) Fehlerquellen in der Ausführungsform nach Fig. 1

werden nachstehend näher beschrieben.

Bei Abwesenheit von Fehlern
q>2 = 2π Ls'mQ/X.

Mit den geeigneten tiefgestellten Indexen dient Czur Bezeichnung des Fortpflanzungsfehlers (beispielsweise durch Reflexion) in dem von einem Antennenelement aulgefangenen Signal, Λ zur Bezeichnung des von einem Verstärker eingeführten Phasenfehlers, M zur Bezeichnung des direkt aus einer Diskriminatormessung herrührenden Phasenfehlers, d. h„ infolge der Unsicherheil in den wirksamen Fusiiiunen uer Grenzen zwischen benachbarten Unterbereichen und Q zur Bezeichnung des Phasenfehlers infolge der Quantisierung von Phasenmessungen in endliche Unterbereiche (wobei der Höchstwert dieses Fehlers, bei dem überlicherweise ein einen Unterbereich darstellender Winkel in der Mitte liegt, die Hälfte des Winkelunterschiedes zwischen den Grenzen der Unterbereiche ist), wodurch sich folgende Gleichung aufstellen läßt:

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

2 ι

4 5 6 7

JO

35

■40

45

'I₁ = 2.TLsin Θ/λ + G₂ + A₂- G₁ - Α_λ +M₂ + Q₂, worin η₂ in diesem Fall in binärer Form gegeben wird.

Analog

₇₃₂ = 2.7Lsin Θ/λ + G₃ + A₃-G₂-A₂ + M₃₂ + Q₃₂. Also

'/2 + '/32 = 4.-rLsin Θ/λ + G₃ +A₃-G₁-A₁ + M₂ + M₃₂ + Q₁ +Q₃₁. Die Summe t_tl + <y₃₂ ist oben mit Φ₅ bezeichnet. Nun ist

Φ₃ = 4.-rLsin Θ/λ + G₃ + A₃ - G₁ - A₁ + M₃ + Q₃ und daher

Φ, _ 0_v = M₃ - M₁ - M₃₂ + Q₃-Q₂- Q₃₁.

27 110 955

Es läßt sich nachweisen, daß Φι aus Ί>₃ aus Φ$ und Fs eindeutig bestimmbar ist, vorausgesetzt, daß

Sind die Fehler unabhängig und zufällig, kann unter Vr^wcftdung von Λ£λμλ zur Bezeichnung des maximalen Meßfehlers und von ,Qmax_ zur Bezeichnung des .maximalen QuantisjcrUngsfehlors folgendes geschrieben werden:

\4'\- (72

d. h., einwandfreie Mchrdeuligkeitsauflösung ist unter folgender Bedingung möglich:

Wenn wir beispielsweise für Λ/αμλ einen Wert von 3° und für Qimx einen Wert von 22'/2° wählen (d. h. Quantisierung in Unterbereichen von 45° oder π/4), benötigen wir

180"

< 180"

ff"· einwandfreie Mehrdeutigkeitsauflösung.

Es ist jetzt ersichtlich, daß mit solchen Werten für die Fehler M und Q eine große Phasenreserve übrigbleibt. Es sei darauf hingewiesen, daß mit der Anordnung nach Fig. I die Mehrdeutigkeitsauflösung von Fortpflanzungs- (und Verstärkungs-)Fehlern unabhängig ist, weil sich diese Fehler durch die logischen Bearbeitungen von Addierungs- und Vergleichungsvorgängen aufheben. Die Mehrdeutigkeitsauflösung ist ebenso von θ unabhängig, so daß es die gleiche Phasenreserve im ganzen Bereich von θ gibt, für den ψ2 und ψη eindeutig sind.

»ιέ criiiiuUrigögemäGe Anlage in der Beschreibung an Hand der Ausführungsform nach F i g. 1 kann durch das Einschalten eines oder mehrerer Antennenelemente zwischen denen des Paares mit dem größten gegenseitigen Abstand und der gleichen Anzahl zusätzlicher !digitaler Phasendiskriminatoren geändert werden, so jdaß ein Phasenunterschied zwischen den zwei Elementen jedes Paares benachbarter Elemente gemessen •werden kann; es ist selbstverständlich notwendig, daß eine jede dieser Phasendifferenzmessungen eindeutig ist. Der eindeutige Phasenunterschied zwischen den Elementen des Paares mit größtem gegenseitigem Abstand ist dabei aus der eindeutigen Summe der erwähnten Phasendifferenzmessungen und aus der mehrdeutigen Phasendifferenzmessung an diesem Paar bestimmbar, vorausgesetzt, daß davon ausgegangen werden kann, daß der Unterschied zwischen dem eindeutigen Phasenunterschied und der Summe weniger als π ist

Die Anlage nach F i g. 3 enthält eine Reihe von vier Antennenelementen 40,41,42 und 43 mit regelmäßigen Abständen von L_ und vier Phasendirskriminatoren 44, 45,46 und 47, die je zur Phasenmessung im Bereich von β bis 2ar mit einer Unterteilung in Unterbereiche von «r/4 angeordnet sind; das gemeinsame Element 40 ist das niedrigste der Elemente. Die Anlage enthält weiter auf vorteilhafte Weise Mischer, Verstärker und Codeumsetzer in einer Anordnung analog der nach I⁷ i g. 1, jedoch der Einfachheit halber flicht dargestellt. Um sicher zu gehen, daß die von jedem Phasendiskrimmalor gemessenen Phasendifferenzen, in diesem Fall die Phase einfallender Strahlung an einem höheren Element in bezug auf die Phase einfallender Strahlung an einem niedrigeren Element, höchstwahrscheinlich flicht· negativ ist (welche Möglichkeit bei spitzen Elevationswinkeln Θ gegeben ist Und selbstverständlich als eine große

to positive Phasendifferenz angegeben werden würde), wird eine bekannte Phasenverrögcrung /Ί durch Verzögerungselemente 48, 49 und 50 zwischen einem jeden der drei Diskriminatoren eingeführt, die 7111 Messung einer Phasendifferenz zwischen den /wi-i Elementen eines Paares benachbarter Elemenlr und dem niedrigeren Element dieses Paares angeordnet sind; P\ ist in diesem Fall π/8. Außerdem wird pine weitere Verzögerung durch Aufzählung einer digitalen Darstellung von π/4 bei der rein binären Darstellung der von einem jeden der erwähnten drei Diskriininalo ren gemessenen Phasendifferenz; dieser Vorgang erfolgt in der LogikstuFe 51. Also gibt es bei der Bestimmung von Elevalioriswinkeln nahe dem Wert Null eine Toleranz für Phasenfehler von mindestens 3π/8. In analoger Weise wird eine Phasenverzögerung von P?=tt/8 durch das Verzögerungselement 52 zwischen dem Diskriminator 47 und dem Element 40 sowie eine zusätzliche wirksame Phasenverzögerung in die binäre Darstellung aus diesem Diskriminator durch die Addierung einer digitalen Darstellung von π in der Logikstufe eingeführt. Vorausbeslimmle Phasenverzögerungen können auf diese Weise in andere Ausführungsformen nach der Erfindung eingeführt werden.

Φ43 läßt sich aus der mehrdeutigen Messung 2πΓ·\ι Radianten und der eindeutigen Summe

Φ s = (<P4i + 9542.41 + <pu 42)

eindeutig bestimmen, wenn nur davon ausgegangen werden kann, daß der Unterschied zwischen i>s und <&*■} weniger als π ist

Die Logiksiufe in der Anlage nach F i g. 3 kann mil der Schaltungsanordnung nach Fi g. 2 ausgerüstet sein. In diesem Fall läßt sich ein zusätzlicher Binäraddierer zur Lieferung einer binären digitalen Darstellung von (<p4i +<p42.41) zum Eingang 27 des Addierers verwenden; eine Darstellung von <p₄3.42 gelangt an den Eingang 28 und eine Darstellung von IkFai erreicht sowohl den Eingang 31 des Addierers 210 als auch den Ausgang 37 der Schaltungsanordnung.

i Es sei bemerkt, daß die zwei Größen, die die Summe ä>5bzw. InFn in der Logikstufe darstellen, je die gleiche Konstante von 9λγ/8 Radianten enthalten, wodurch das Mehrdeutigkeitsauflösungsverfahren durch das Vorhandensein dieser Konstanten nicht beeinflußt wird.

Die erwähnten Ausführungsformen enthalten je eine Reihe kollinearer und in regelmäßigen Abständen voneinander angeordneter Antennenelemente; jedoch ergeben geometrische Erwägungen, daß die Analyse sich behauptet, ungeachtet der Kollinearität oder des regelmäßigen gegenseitigen Abstandes der Elemente, selbstverständlich unter der Voraussetzung, daß ψ2 und g>32 bzw. g>4i, g>42. 4i und 9543. 42 und ihre entsprechende Summe $seindeutig bestimmbar ist

Eievstionswinke! können innerhalb eines Erfassun^sbereiches hergeleitet werden, der durch den Bereich bestimmt wird, in dem die Phasenmessungen zwischen den Elementen jedes Paares benachbarter Elemente

eindeutig sind, jetzt ist

</>i)-i muß in einem vorausbestimmlen Bereich von 2π Radianten liegen; dies kann in allgemeinen Ausdrucken wie nachstehend gegeben werden:

0 <

Τ<2π

(2)

IO

worin Γ eine Konstante ist. Die unterschiedlichen Fehlerquellen werden jetzt der Reihe nach beschrieben:

a. Fortpflanzungsfehler G:

Für eine vertikale Anordnung ist eine der Hauptquellen von Fehlern in der Praxis das Auftreten kräftiger spiegelnder bodenreflektierter Signale. Fine Rechnersimiilieriing zeigt, daß für eine kennzeichnende Anordnung von acht Hornantennen mit gegenseitigem Abstand von 18 cm mit einem sin .γ/v-Form des Polardiagramms mit einer 3-dB-Strahlbreite von 9°, wobei die Antennenachsen einen Winkel von 12° mit der Horizontale einschließen und bei ungefähr 5 GHz arbeiten, die Summe

(2 π Lsin Θ/λ + C,- G₁-1)

im wesentlichen nie negativ ist. Bei Elevationswinkeln über etwa 10° kann angenommen werden, daß der Phasenfehler durch Bodenreflektion 10° nicht überschreitet. Eine weitere Toleranz von ± 10° für Zufallsstreuungseffekte kann eingehalten werden.

b. Verstärkerfehler A:

Toleranz ±5° für (Ai- A,-,).

c. Diskriminatorfehler Mund Q.Wenn die Grenzen der Unterbereiche, in die der Meßbereich verteilt ist, derart angeordnet sind, daß die niedrigste Grenze bei Null und die höchste bei 2n liegt, übt die mögliche Quantisierungsfehler Q iceinen Einfluß auf den Winkelerfassungsbereich der Anordnung aus, da nur das untere Ende des Erfassungsbereiches mit Fehlern, die einen gemessenen Phasenunterschied ergeben können, der gleich einem negativen Phasenunterschied ist, d. h. mit —\Mmax\, und das obere Ende des Erfassungsbereiches mit Fehlern wichtig sind, die einen

15

25 gemessenen Phasenunterschied gleich einem Phasenunterschied größer als 2π sein könnte, d. h. mit ΙΜλΙ, davon ausgehend, daß \Mm,\x\ = 3°.

Die Grenzwerte des Erfassungsbereiches lassen sich nunmehr mit Hilfe der Gleichungen (1) und (2) ermitteln.

Für (Jen unteren Grenzwert ist φ/, ,.i + fäO. Die Einführung der erwähnten Werte in die Gleichung (I) ergibt

Wenn also ein Erfassungsbereich herab nach einer Elevations Null gewünscht wird, läßt ein Wert für Γ vor. + 45° (λτ/4) eine Phasenfehlerspanne von 27° übrig.

Für den oberen Grenzwert des Erfassungsbereiches ist

(Pu-I + I<360°,d.h.

180/π (2π Lsin θ/λ) + 20 + 5 + 3 + 45<360 .

Für L= 18cm und λ = 6cm bedeutet es einen Höchstwert für Θ von etwa 15°. Dies kann mit dem Erfassungsbereich von ungefähr der Hälfte dieses Betrages verglichen werden, welcher Vorgang mit der in der erwähnten GB-PS 13 37 099 beschriebenen Anlage beim Betrieb in der Basisaufstellung, d. h. ohne die Hilfe einer weiteren Sektorbestimmungsanordnung, durchgeführt werden kann. Der mit der erfindungsgemäßen Anlage erhaltene doppelte Erfassungsbereich, wobei die gleiche Anzahl von Antennenelementen mit gleichem gegenseitigem Abstand benutzt wird, wird selbstverständlich dadurch erhalten, daß in der früheren Anlage der Phasenunterschied zwischen benachbarten Elementen η nicht überschreiten dürfen (weil es notwendig ist, zwischen positiven und negativen Phasenunterschieden unterscheiden zu können), während in der vorliegenden Anlage der Phasenunterschied zwischen benachbarten Elementen 2it nicht überschrei-• ten darf.

Es sei bemerkt, daß die erfindungsgemäße Anlage einen Phasenmodulator enthalten kann, um genauere digitale Darstellungen des gemessenen Phasenunterschiedes gemäß der Beschreibung in der erwähnten GB-PS 13 37 099 zu erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Radiointerferometeranlage zur Bestimmung des Einfallswinkels von Signalen aus einer entfernten Strahlungsquelle, mit einer im wesentlichen linearen Reihe von n+l(n>2) Antennenelementen, von denen die zwei äußersten Antennenelemente ein erstes Paar bilden, das mit einem ersten digitalen Phasendiskriminator zur genauen, jedoch mehrdeutigen, nur bis auf ein Vielfaches von 2π bestimmten Messung eines ersten Phasenunterschiedes zwischen den am ersten Paar empfangenen Signalen gekoppelt ist, von welcher Reihe weitere Antennenelemente weitere Paare bilden, die mit weiteren Phasendiskriminatoren gekoppelt sind, und mit einer digitalen logischen Einrichtung zur Mehrdeutigkeitsauflösung der ersten Phasenunterschiedsmessung anhand der weiteren Phasenunterschiedsmessungen, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Paare von je zwei aufeinanderfolgenden Antennenelementen gebildet sind zur eindeutigen Messung der weiteren Phasenunterschiede, und daß die digitale logische Einrichtung die eindeutig gemessenen weiteren Phasenunterschiede addiert und diese Summe mit der mehrdeutigen Messung des ersten Phasenunterschieds vergleicht rjnd aus der Differenz zwischen der mehrdeutigen Messung des ersten Phasenunterschiedes und dieser Summe bei Vernachlässigung eines ganzen Vielfachen von 2π das zutreffende Vielfache von 2π des ersten Phasenunterschiedc. bestimmt, sofern der Unterschied zwischen der Summe "nd der· ersten Phasenunterschied infolge Fehlern weniger als π beträgt.