DE2914560A1

DE2914560A1 - Zielortungsanordnung

Info

Publication number: DE2914560A1
Application number: DE19792914560
Authority: DE
Inventors: Montagu Johnson; Phillip Leicester
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Overseas Ltd
Priority date: 1978-04-14
Filing date: 1979-04-10
Publication date: 1979-10-25
Also published as: US4253166A

Description

- 3 Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dlpl.-Ing. 291456 0

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

Unser Zeichen». P 2393 10.April 1979

PLESSEY HAlTOEL UND INVESTMENTS■AG
Gartenstrasse 2
6300 Zug,Sbhweiz,

Zielortungsanordnung-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zielortungsanordnung_£

Der Ausdruck "Zielortung" soll hier auch die Navigation oder auch die Anwendung in Radar- oder Sonar-Systemen umfassen.

Zur Bestimmung der Peilrichtung eines Ziels mit Hilfe bekannter Sonarverfahren ist ein Strahlformungssysteni mit einem großen Strahlerfeld und relativ komplizierten Phasenverschiebungs- oder Zeitverzögerungsgliedern erforderlich. Das gleiche gilt auch für entsprechende RHdarsysteme.

Nach der Erfindung ist eine Zielortungsanordnung gekennzeichnet durch einen Signalsender mit zwei im Abstand voneinander angebrachten Sendewandlern, eine Ansteuer-

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einrichtung,, die die .Sendewandler mit Sendeimpulssignalen rait den Frequenzen f und £ + i^ ansteuert, die v/öhmnd jedes Impulses auf die V.'erte ^₀ + Af bzw. ^₀ ⁺ ^] f₀ + f^j + Af zunehmen, wobei &f gleich oder kleiner n.ls ^y ist, und einen Echosignalempfänger mit einer Empfangswandlervorrichtung, die eine Filtergruppe aus mehreren Filtern speist, die in ihrer Gesamtheit ein vorbestimmtes Frequenzband überdecken, wobei jedes Filter einen Abschnitt dieses Frequenzbandes übe ras el't, so daß die Peilrichtung eines Ziels, aus der ein Scnosignal des Sendeiapulssignals empfangen viva_s entsprechend dem Frequenzabschmitt angssoigt wird, iv· -iiti das Echosignal empfangen wird.

Diese Anordnung nutzt die Feststellung einer Differ^nsfrequenz aus_s die durch Mischen von .sv/ei Kit dem Ziel zusammenfallenden Frequenzen erzeugt v/irds die Differenz z\fisclien den Frequenzen ist dabei laiabhSiigig von der Peilrichtung» Die Wandler können „jsdoeli so angeordnet se in ρ da8 sie eine Filtergruppe über einen Hüllkurve?.:«- detektor speisen, so daß die durch den Mischprozeß erzeugte Modulation demoduliert wird.^ der Empfangswandler kann aber auch so ausgebildet sein, daß er ein phasenunempfindlicher Energiedetektor ist.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert, deren einzige Figur ein Blockschaltbild eines Sonarsystems zeigt«,

Das in Fig.1 dargestellte Sonarsystem enthält einen (nicht dargestellten ) Sender, der zx^ei im Abstand d

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voneinander angeordnete Sendewandler 1, 2 speist. Der Sendewandler 1 wird mit einem Signal gespeist, dessen Frequenz während der Dauer des Sendeimpulses vom Wert f zum Wert f + ^f zunimmt; der Wandler 2 wird mit einem Sonarimpuls gespeist, dessen Frequenz sich während seiner Dauer vom Wert f + f, zum Wert f + f, + Af vergrößert. Zweckmässigerweise nimmt die Frequenz während der Dauer des Sendeimpulses linear zu. Empfangene Pichosignale, die von einem Ziel kommen, werden über einen Empfangswandler 3 und einen Hüllkurvendetektor 4 einer die Filter 5, 6 und 7 enthaltenden Filtergruppe zugeführt, wobei nur drei .einzelne Filter dargestellt sind. Es ist zu erkennen, daß die Frequenz jedes empfangenen Echosignals die Peilrichtung des Ziels anzeigt, aus der es enrofangen wird;die Peilrichtung wird dabei bezüglich einer durch die Sendewandler 1 und 2 verlauf enden Linie berechnet. Die Filtergruppe ist so aufgebaut, daß benachbarte' Filter angrenzende Frequenzbereiche überdecken, so daß die Peilrichtung des Ziels in Abhängigkeit davon angezeigt wird, welches der Filter das empfangene Echosignal durchläßt. Die geschilderte Anordnung, die einen Hüllkurvendetektor 4 enthält, kann als ein lineares System beschrieben werden; der Hüllkurvendetektor 4 kann jedoch auch weggelassen werden, wobei die Signale dann direkt vom Empfangswandler zu der Filtergruppe durchgelassen werden. Diese Anordnung kann als nichtlineares System beschrieben werden, da zur Erzeugung einer Differenzfrequenz von nichtlinearen Elementen im Übertragungsmedium Gebrauch gemacht wird_o Die zwei Sendewandler liegen im Abstand d

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voneinander, und sie senden gleichzeitig einen Impuls eines frequenzmodulierten Trägers aus. Die Frequenzänderungsgeschwindigkeit innerhalb des Impulses ist für die beiden Sendewandler jeweils gleich. Die Trägerfrequenzen der zwei Sendewandler Unterseiteiden sich zumindest um den gesamten Frequenzhub. Ein Beobachter oder ein Ziel in der Peilrichtung θ empfängt Komponenten die (a) mit der Summe der zwei Signale und (b) auf Grund der Nichtliriearität des Mediums, durch das die Signale übertragen werden, mit dem Produkt der zwei Signale in Beziehung stehen. Diese Summen- und Produktwirkungen erzeugen Frequenzkomponenten, die direkt mit der aus dem Winkel θ resultierenden akustischen Wegdifferenz zwischen den zwei Quellen zusammenhängen. Die Strahlidentifizierung wird daher in Abhängigkeit von der Frequenz erzielt. Das nichtlineare System hat zwar einen geringeren Umsetzungswirkungsgrad, doch erleidet es auf Grund der Trägerunterdrückung eine geringere Absorption, so daß sich eine verbesserte Reichweite ergibt.

Es seien die zwei folgenden Quellenfrequenzen betrachtet:

f = f + f £ (1)

A ο τ

f — -P -ι- f 4- A-P i (?\

¹B - ¹O ^{+ i}b ^{+ Δί} T ^^z>

Die Momentanphasen dieser zwei Frequenzen betragen:

0_Λ = (f_ot + Af. t² + const ) 2n (3)

0n = ((^ρ _Λ + f\J (fc-t¹) +Af ^ + const) 2ττ (Λ) B ο b _2ττ

V/f-nn die dienen Phasen entsprechenden Signal« innerhalb der,

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Übertragungsmediums addiert werden und wenn der Empfangswandler ein Energiedetektor (d.h. phasenunempfindlich ) ist, oder ein Energiedetektor oder Hüllkurvendetektor auf einen linearen Wandler oder ein lineares Hydrophon folgt, dann entspricht die Phase des Ausgangssignals der Differenz der Phasen 0. und 0^.

0_A- 0_B = (f_b + f_o) t« + Af (2t - t»)2iT. (5)

Dies bedeutet, daß die Ausgangsfrequenz (= Phasen·= änderungsgeschwindigkeit) folgenden Wert hats

Der Wert t^f hängt von der Peilrichtung θ ab, d„h<

+1 — SL
C

Die Ausgangsfrequenz hat daher den Werts

^fb ⁺ ^Af Ct^{- sin Θ}· τ ist dabei die Impulsdauer.

Da der Impuls die Dauer τ hat, beträgt der Frequenzbereich 1/t . Das Auflösungsvermögen ist daher auf einen Frequenzbereich 2/τ Hz begrenzt (der Faktor 2 ergibt sich daher auf Grund der Verwendung des EnergiedetektorR).

Dna WinkelauflUsungsvermögen beträgt daher ι

C radian» Af.d

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Im nichtlinearen Fail ist das empfangene Signal aus momentanen Summen=? und Differenzfrequenzen zusammengesetzt, und für dexi Empfang der Information wird nur ein einsiges Hydrophon benötigt. Die Ausgangsfrequenz für ein Ziel ergibt sich aus :

f = f, +" Δ f w- sin Θ.

Auf Grund des innerhalb eines Impulses mit der Dauer ■< -vor handenen Bereichs von Frequenzen ist das Auflösungsvermögen auf

p 1

^=JSU= _, radian
£ ^d

begrenzt,, Die Biofotlineare Lösimg ^rgi'bi- aiii höheres Auflösuiigsverraögsn als das hsrlsösialxehe Systemj, jedoch auf Kosten des Umsetsi:J2gswiriiimgsgradese

In beiden Systemen warnen die Aiasgaügssignale einer Gruppe von Strahlidentifizierungsfiltersj. -alt sich überlappenden Dtirclilaßiisrf;icheH ©iag3gebön₃ dersn Kennlinien dazu benutzt werden kös£isn₃ dis Strahlverteilung zu fos?men₉ so daß Kebenkeulei?. verkleinert Xtferden,, Das Ausgangs-signal ,jedes Filters repräsentiert einen Strahl5 da „jeder Strahl tmabliäiigig -von den anderen abgetastet wird, ergibt sich ein parallel arbeitendes System.

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Dieses System hat zwei Vorteile, nämlich

(I) hinsichtlich der Kosten und (II) hinsichtlich der Einfachheit.

Da nur zwei Quellen und ein Hydrophon benötigt werden, ergeben sich beträchtliche Einsparungen hinsichtlich der Hardware. Der zuerst erläuterte lineare Fall kann auch in Radarsystemen und bei der Funknavigation, beispielsweise in einem Leitsystem für Flugzeuglandeanlagen,benutzt werden.

Leerseite

Claims

Schw/Ba

Patentansprüche

Zielortungsanordnung, gekennzeichnet durch einen Signalsender mit zwei im Abstand voneinander angebrachten Sendewandlern, eine Ansteuereinrichtung, die die Sendewandler mit Sendeimpulssignalen mit den Frequenz f_Q und f_Q + f_fe ansteuert, die während jedes Impulses auf die Werte f + Δί bzw. f„ + f. + tf zunehmen, wobei Af gleich

O OO * ^β

oder kleiner als f_b ist, und einen Echosignalempfänger mit einer Empfangswandlervorrichtung, die eine Filtergruppe aus mehreren Filtern speist, die in ihrer Gesamtheit ein vorbestimmtes Frequenzband überdecken, wobei Jedes Filter einen Abschnitt dieses Frequenzbandes überdeckt, so daß die Peilrichtung eines Ziels, aus der ein Echosignal des Sendeimpulssignals empfangen wird, entsprechend dem Frequenzabschnitt angezeigt wird, in dem das Echosignal empfangen wird.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangswandler so angeordnet sind, daß sie die Filtergruppe über einen HUllkurvendetektor speisen.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler so ausgebildet sind, daß sie als phasenunempfindliche Energiedetektoren wirken.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalsendewandler für Sonar-Anwendungsfälle geeignet sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalsendewandler für die Anwendung in einem Radarsystem geeignet sind.

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