DE2847874C2

DE2847874C2 -

Info

Publication number: DE2847874C2
Application number: DE19782847874
Authority: DE
Inventors: Manfred Uhlmann; Wilhelm 7900 Ulm De Wirtz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1978-11-04
Filing date: 1978-11-04
Publication date: 1989-03-23
Also published as: DE2847874A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Interferometerpeilverfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to an interferometer direction finding method specified in the preamble of claim 1.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE-AS 12 74 687 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Antennensystem sind die auf einen Kreisumfang gleichmäßig verteilten Einzelantennen gruppenweise zusammengefaßt. Aus der Phasendifferenz zweier Signale, die dem Empfang über die Richtdiagramme zweier benachbarter Antennengruppen entsprechen, wird der Peilwinkel bestimmt. Such a method is for example from DE-AS 12 74 687 known. In the antenna system described there are those evenly distributed over a circumference Individual antennas grouped together. Out the phase difference between two signals that are received the directional diagrams of two neighboring antenna groups correspond, the bearing angle is determined.

Der auf diese Weise bestimmte Peilwinkel gibt aber nur für horizontal einfallende Wellen die azimutale Einfallsrichtung an. Im allgemeinen Fall sind bei bekannten Mehrkanal-Interferometern für eine eindeutige Peilwinkelbestimmung über einen größeren Elevationsbereich mindestens drei Kanäle erforderlich. Die Anzahl der benötigten Kanäle erhöht sich deutlich, falls aus Gründen einer Empfindlichkeitsverbesserung und um ein verstärktes räumliches Ausblendverfahren zu erhalten, mehr oder weniger scharf gebündelte Strahlungskeulen verwendet werden. Wird z. B. bei einer Kreisgruppen-Antennenanlage eine Keulen-Halbwertsbreite von Φ₃ = 30° vorausgesetzt, so sind zunächst für Rundumerfassung zwölf Kanäle bzw. Keulen erforderlich. Der Aufwand vergrößert sich jedoch noch zusätzlich dadurch, daß für einen Peilvorgang innerhalb eines vorgegebenen Peilsektors mindestens drei Keulen nahezu gleich ausgerichtet sein müssen, um unzulässig große Amplitudenunterschiede zwischen den einzelnen Kanälen zu vermeiden. Dies bedeutet, daß ein zusätzlicher "Schiel-Keulen"-Fächer bereitgestellt werden muß, was in der Regel eine Verdreifachung der ursprünglichen Kanalanzahl erfordert.The bearing angle determined in this way only indicates the azimuthal direction of incidence for horizontally incident waves. In the general case, known multichannel interferometers require at least three channels for a clear bearing angle determination over a larger elevation range. The number of channels required increases significantly if more or less sharply focused radiation lobes are used for reasons of sensitivity improvement and in order to obtain an enhanced spatial masking method. Is z. B. with a circular array antenna system a half-width of ulen ₃ = 30 ° provided that twelve channels or lobes are required for all-round detection. However, the effort is further increased by the fact that at least three lobes must be aligned almost identically for a direction finding process within a given direction finding sector in order to avoid impermissibly large differences in amplitude between the individual channels. This means that an additional "squint" fan must be provided, which typically requires tripling the original number of channels.

Das Schema des bekannten Dreikanal-Interferometerverfahrens bei einem Kreisgruppensystem ist in Fig. 1 skizziert. Ausgehend vom Zentrum der Kreisgruppe ist ein Diagrammfächer angedeutet, welcher bei Annahme einer Diagramm-Halbwertsbreite von ca. 30° zweckmäßigerweise aus zwölf Keulen besteht. Einer Mittelkeule K₀ dieses Diagrammfächers - ausgewählt entsprechend der Signal-Einfallsrichtung - sind zwei Schielkeulen K′ _-1 und K′ ₊₁ zugehörig, welche in die gleiche Richtung wie K₀ orientiert sind. Dadurch wird sichergestellt, daß die Pegelschwankungen innerhalb des ausgewählten Peilsektors ψ = ±15° in zulässigen Grenzen bleiben. Es ist ersichtlich, daß im vorgegebenen Beispiel mit 30°-Keulen jeweils ein Drei-Keulensatz für die Peilung innerhalb eines Sektors von 30° erforderlich ist, so daß bei Rundum-Erfassung eine Kanalanzahl von N = 36 nötig wird.The scheme of the known three-channel interferometer method in a circular group system is outlined in FIG. 1. Starting from the center of the circle group, a diagram fan is indicated, which expediently consists of twelve lobes assuming a diagram half-width of approximately 30 °. A center lobe K ₀ of this diagram fan - selected according to the direction of signal incidence - is associated with two squint lobes K ' _-1 and K' ₊₁ , which are oriented in the same direction as K ₀. This ensures that the level fluctuations within the selected DF sector ψ = ± 15 ° remain within permissible limits. It can be seen that in the given example with 30 ° lobes, a three-lobe set is required for the bearing within a sector of 30 °, so that a number of channels of N = 36 is required for all-round detection.

Die Zusammenfassung von drei Keulen führt zu einem System mit zwei Basisstrecken, wobei die Eckpunkte der Strecken durch die Phasenzentren der beteiligten Keulen gebildet werden. Die jeweiligen Phasenzentren liegen dabei angenähert im geometrischen Mittelpunkt des Kreisgruppenabschnitts, der die betreffenden Strahlungskeule erzeugt.The combination of three clubs leads to a system with two basic routes, the corner points of the routes formed by the phase centers of the clubs involved will. The respective phase centers are approximate in the geometric center of the circular section, the the radiation lobe in question is generated.

Wie schon erwähnt, ist bei Interferometerverfahren für eine eindeutige Peilung die Auswertung der Phasenbeziehungen von zwei Basisstrecken erforderlich, da bei einem Ein-Basissystem die Phasenbeziehungen für einen bestimmten AZ-Einfallswinkel zusätzlich noch von der Elevation abhängig sind. Für das in Fig. 1 gezeigte Beispiel gilt für die Phasendifferenz der beiden Kanäle der Basis K₀ - K ₊₁ As already mentioned, in the case of interferometer methods, the phase relationships of two base paths are necessary for a clear bearing, since in a one-base system the phase relationships for a certain AZ angle of incidence are additionally dependent on the elevation. For the example shown in FIG. 1, the phase difference between the two channels is based on K ₀ - K ₊₁

Hierbei istHere is

α = Az-Winkel
ε = El-Winkel, vom Horizont zählend
d = Basisstrecke K₀-K ₊₁. α = Az angle
ε = El angle, counting from the horizon
d = base line K ₀- K _+1.

Mit der Kanal-Phasendifferenz für die zweite Basisstrecke K₀-K _-1 läßt sich eine zweite Bestimmungsgleichung angehen:With the channel phase difference for the second base line K ₀- K _-1, a second determination equation can approach:

womit dann α und ε ermittelt werden können.which can then be used to determine α and ε .

Aus NTZ 1971, Heft 4, Seite 183-188 ist ein Peilverfahren mit einem Phasensektorpeiler bekannt, bei welchem der Phasenunterschied der Antennenspannungen zweier unterschiedlich ausgerichteter logarithmisch periodischer Dipolantennen zur Bestimmung des Azimuts einer einfallenden Welle ausgewertet wird. Wegen der Abhängigkeit der Phasendifferenz vom Elevationswinkel ist dieses Peilverfahren als nicht geeignet zur Peilung von Raumwellen angegeben.A bearing method is included in NTZ 1971, Issue 4, pages 183-188 a phase sector finder known, in which the phase difference the antenna voltages of two differently aligned logarithmic periodic dipole antennas for determination of the azimuth of an incident wave is evaluated. Because of the This is dependent on the phase difference from the elevation angle DF method as not suitable for bearing spatial waves specified.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Peilverfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, welches ohne wesentlichen Zusatzaufwand bei Raumwelleneinfall zuverlässige Peilergebnisse liefert, auch wenn nur eine Basisstrecke angewendet wird.The invention has for its object a DF method of Specify the type described at the outset, which has no essential Additional effort in case of spatial wave incidence reliable direction finding results delivers, even if only a base route is used becomes.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gegeben.The achievement of this task is by the characterizing Features of the claim given.

Wesentlich an der Erfindung ist, daß die für eine eindeutige Peilung im Azimut erforderliche Zusatzinformation über den Elevationswinkel der einfallenden Strahlung indirekt durch Auswertung der Amplitudenbelegung sämtlicher Kanäle gewonnen wird.It is essential to the invention that for a clear Bearing in azimuth requires additional information on the Elevation angle of the incident radiation indirectly through evaluation the amplitude assignment of all channels is obtained.

Es läßt sich nun zeigen, daß eine Grobbestimmung der Elevation des Welleneinfalls dadurch zu erreichen ist, daß man über eine Pegelmessung benachbarter Kanäle die elevationsabhängige Keulenbreite der Strahlungscharakteristik ermittelt. Da die Azimutüberdeckung der einzelnen Keulen in einer bekannten Abhängigkeit vom Elevationswinkel ε steht - diese Abhängigkeit errechnet sich aus der Veränderung der Projektionsverhältnisse und aus dem Fokussierungsmechanismus der Strahlergruppe - läßt sich weiter aus einer ermittelten Keulenbreite auf die Elevation des Welleneinfalls schließen.It can now be shown that a rough determination of the elevation of the wave incidence can be achieved by determining the elevation-dependent lobe width of the radiation characteristic by measuring the level of adjacent channels. Since the azimuth coverage of the individual lobes is in a known dependency on the elevation angle ε - this dependency is calculated from the change in the projection conditions and from the focusing mechanism of the radiator group - the elevation of the wave incidence can also be inferred from a determined lobe width.

Der Verzicht auf "Schiel-Keulen" setzt voraus, daß innerhalb eines vorgegebenen Peilabschnitts die Pegelunterschiede Δ P der für die Phasenmessung verwendeten Keulen einen bestimmten Wert nicht überschreiten; hierfür kann als Erfahrungswert z. B. eine Grenze von Δ P = 10 dB angenommen werden. Bei einer Unterteilung in 30°-Peilabschnitte - womit ein Zwölfkanal-System resultiert - erweist sich unter der als Beispiel gegebenen Annahme eine Keulenbreite von ca. 35° bei ε = 0° als zweckmäßig.The absence of "Schiel clubs" presupposes that the level differences Δ P of the clubs used for the phase measurement do not exceed a certain value within a given direction finding section; this can be based on experience z. B. a limit of Δ P = 10 dB can be assumed. With a subdivision into 30 ° bearing sections - which results in a twelve-channel system - a lobe width of approx. 35 ° at ε = 0 ° proves to be expedient under the assumption given as an example.

Das Schema des erfindungsgemäßen kombinierten Peilverfahrens ist in Fig. 2 in einem Beispiel dargestellt. Es ist angedeutet, wie unter Verwendung von zwei Strahlungskeulen über einem Peilsektor von ± 15° einmal eine Bestimmung der Phasendifferenz ϕ ₊₁ zwischen den Kanälen K₀ und K ₊₁ durchgeführt (Zweikanal-Interferometerverfahren), zum anderen simultan die Pegelbelegung der Kanäle K₀, K ₊₁, K ₊₂ usw., für die Ermittlung der Keulenbreite verwertet wird. Hierbei wird vorausgesetzt, daß die Strahlungscharakteristik sämtlicher Kanäle - bezogen auf ihre jeweilige Hauptstrahlrichtung - gleich ist.The example of the combined DF method according to the invention is shown in FIG. 2. It is indicated how, using two radiation lobes over a DF sector of ± 15 °, the phase difference ϕ ₊₁ between the channels K ₀ and K ₊₁ is determined (two-channel interferometer method), and the level assignment of the channels K ₀ is simultaneously performed , K ₊₁ , K ₊₂ etc., is used for the determination of the lobe width. It is assumed here that the radiation characteristics of all channels - based on their respective main beam direction - are the same.

Unter dieser Voraussetzung läßt sich nämlich nun aus den Pegeln der Kanäle ein Diagramm rekonstruieren, das genau der Strahlungscharakteristik einer einzelnen Antenne entspricht (gilt jeweils für einen bestimmten Elevationswinkel), also auch dieselbe Halbwertsbreite hat. Da die Keulenbreite der Strahlungscharakteristik, wie bereits erwähnt, vom Elevationswinkel abhängig ist, läßt sich dieser aus der Halbwertbreite des aus den einzelnen Pegeln abgeleiteten Diagramms bestimmen. Under this condition, it can now be seen from the Levels of the channels reconstruct a diagram that exactly corresponds to the radiation characteristics of an individual antenna (applies to a certain elevation angle), thus also has the same width at half maximum. Because the club width the radiation characteristic, as already mentioned, from Elevation angle is dependent, this can be from the Half-width of that derived from the individual levels Determine the diagram.

Die Bestimmung der Halbwertsbreite läßt sich nun einfacherweise dadurch realisieren, daß man die Kanal-Pegelwerte als Stützstellen einer Glättungskurve, die z. B. durch ein Fourier-Polynom approximiert werden kann, verwendet. Das Ergebnis einer solchen Kurvenanpassung zeigt Fig. 3 für verschiedene Elevationswinkel. Der Welleneinfall wird hierbei unter α = 0° vorausgesetzt. Die Abhängigkeit der Halbwertsbreite vom Elevationswinkel ist für das in Fig. 3 gegebene Beispiel in Fig. 4 skizziert.The determination of the full width at half maximum can now be realized simply by using the channel level values as support points of a smoothing curve which, for. B. can be approximated by a Fourier polynomial. The result of such curve fitting, FIG. 3 for different elevation angles. The wave incidence is assumed to be below α = 0 °. The dependence of the full width at half maximum on the elevation angle is sketched in FIG. 4 for the example given in FIG. 3.

Aus Messungen nach diesem Verfahren zeigt sich, daß bei einer Unsicherheit bei der Pegelbestimmung von Δ P = ±0,5 dB in allen Fällen eine Genauigkeit der Elevationsbestimmung von Δε = < ±5° erreicht wird. Bei einer angenommenen Phasen-Meßgenauigkeit von Δϕ < ±1,25° kann damit für Elevationswinkel ε < 40° eine Peilgenauigkeit von Δα < ±1,5° erreicht werden. Für Elevationswinkel über 50° ergibt sich eine rapide Zunahme der Peilunsicherheit. Hier empfiehlt es sich nun, wiederum auf das Dreikanal-Interferometerverfahren zurückzukehren.Measurements according to this method show that with an uncertainty in the level determination of Δ P = ± 0.5 dB, an accuracy of the elevation determination of Δε = <± 5 ° is achieved in all cases. With an assumed phase measuring accuracy of Δϕ <± 1.25 °, a bearing accuracy of Δα <± 1.5 ° can be achieved for elevation angles ε <40 °. There is a rapid increase in bearing uncertainty for elevation angles above 50 °. Here it is advisable to return to the three-channel interferometer method.

Dies ist in diesem Fall ohne die Verwendung von zusätzlichen "Schiel-Keulen" - und damit ohne zusätzlichen Aufwand an Kanälen möglich, da für diesen EL-Bereich die Überlappung von drei benachbarten Strahlungskeulen ausreichend eng ist. Die Pegelschwankungen der drei Kanäle können dann innerhalb des vorgegebenen Peilsektors von 30° kleiner als 10 dB gehalten werden.In this case, this is without the use of additional ones "Squint clubs" - and therefore without additional effort Channels possible because the overlap for this EL area of three neighboring lobes is sufficiently narrow. The level fluctuations of the three channels can then be within of the specified DF sector of 30 ° is kept less than 10 dB will.

Claims

Interferometer direction finding method, in which a phase comparison of the signals of two adjacent, selectable direction finding channels of a direction finding arrangement is carried out to determine the azimuth bearing angle, which consists of a circular group antenna with uniformly distributed directional antennas with radially oriented and overlapping radiation diagrams, characterized in that the levels of Deilkanal as support points a diagram is derived and the lobe width is determined, and that by comparing the lobe width determined with a predetermined dependence of this lobe width on the elevation angle, information about the size of the elevation angle is obtained and, in addition to the determined phase difference between the adjacent two bearing channels, for Determination of the azimuth bearing angle is also used.