DE2925723A1

DE2925723A1 - Verfahren zur gewinnung von peilbildparametern

Info

Publication number: DE2925723A1
Application number: DE19792925723
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing Grad Baeuerle; Hermann Ing Grad Saur
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1979-06-26
Filing date: 1979-06-26
Publication date: 1981-01-15
Also published as: DE2925723C2

Description

Verfahren zur Gewinnung von Peilbildparametern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von den Koordinatenwerten der großen und kleinen Halbachse einer Peilellipse proportionalen Spannungen aus den beiden richtungsabhängigen Peilspannungen Ux und Uy eines Watson-Watt-Peilers und einer gleichfrequenten richtungsunabhängigen Hilfsspannung sowie eine Anordnung zur I)urchführung des Verfahrens.
Bei der Peilung einer elektromagnetischen Welle mit einem Watson-Watt-Peiler erhält man zur Auswertung zwei Peilspannungen, die dem Sinus und dem Cosinus des Einfallswinkels der Welle proportional sind. Auf dem Anzeigegerät eines solchen Peilers erscheint dann als Peilbild ein um den Winkel der Einfallsrichtung gegen die Vertikale geneigter Strich.
Häufig tritt jedoch der Fall ein, daß am Peilort zugleich zwei oder mehr Wellen mit unterschiedlicher Einfallsrichtung und Phasenlage eintreffen. Es kommt dann zu einer Trübung des Peilsignals, was sich auf dem Sichtgerät des Peilers dadurch äußert, daß anstelle eines Striches im allgemeinen eine Ellipse zur Anzeige kommt.
Zur Fernauswertung der bei der Peilung aufgenommenen Signale muß die in den Signalen enthaltene Information auf eine zur Ubertragung geeignete Form gebracht werden.
Hierzu werden aus diesen Signalen solche Parameter gebildet, welche die Rekonstruktion des Peilbildes am Empfangsort der Datenübertragung auf einfache und eindeutige Weise ermöglichen. Diese Parameter werden vor der Ubertragung im allgemeinen noch digitalisiert. Eine entsprechende Aufgabe stellt sich, wenn aus den Peilspannungen die Einfallsrichtung mit einer digitalen Rechenanlage bestimmt werden soll.
In den Geräten am Peilort müssen daher Mittel vorgesehen sein, mit deren Hilfe aus den zur Verfügung stehenden Peilspannungen auf einfache Weise die Peilellipse eindeutig charakterisierende Parameter gewonnen werden können.
Als charakterisierende Parameter zur Rekonstruktion einer Peilellipse kommen z. B. die Länge der großen und der kleinen Halbachse und der Neigungswinkel der großen Halbachse gegen die Vertikale oder das Halbachsenverhältnis (Trübung) und der genannte Neigungswinkel oder die Koordinatenwerte der Endpunkte der großen und kleinen Halbachse in Betracht. Die günstigste Kombination von Parametern wechselt von Anwendungsfall zu Anwendungsfall und hängt ab von den Gegebenheiten bei der Ubertragungsstrecke, der Auswertemethode am Empfangsort, der geforderten Genauigkeit und anderem.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Durchführung derselben anzugeben, mit welchem am Peilort aus den Peilspannungen auf einfache und zuverlässige Weise die Koordinatenwerte der Endpunkte der großen und kleinen Halbachse der zu rekonstruierenden Peilellipse bestimmt werden können.
Erfindungsgemäß wird dies gelöst durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Bei den gebräuchlichen Peilanordnungen ist häufig außer den gerichteten Peilantennen noch eine ungerichtete sogenannte Hilfsantenne vorgesehen, die eine richtungsunabhängige Hilfsspannung liefert. Beim Fehlen einer solchen Hilfsantenne kann die genannte Hilfsspannung auf einfache und bekannte Weise, z. B. durch Summation aus den Peilspannungen, gewonnen werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus den Peilspannungen gewonnenen Hilbert-Transformierten Ux1, Ux2, Uy1, Ug2 sind im eingeregelten Zustand, der gemäß dem Merkmal 5 des Patentanspruchs 1 mit dem Verschwinden der Summenspannung erreicht ist, direkt proportional den Koordinatenwerten der Endpunkte der großen und kleinen Halbachse des ellipsenförmigen Peilbilds.
Das Prinzip des Erfindungsgedankens wird im folgenden anhand der Abbildungen eingehend erläutert.
Man kann sich die Entstehung einer Peilellipse so vorstellen, daß sich zwei räumlich und zeitlich um 900 versetzt einfallende Wellen überlagern. Die beiden azimutabhängigen Peilspannungen Ux und Uy lassen sich dann wie folgt beschreiben: Ux = U. (cos xt sin a -U sin ot cos a) Uy = U# (cos ot cos a +2 sin tnt sin a) Hier bedeutet U : Amplitude der betragsgrößeren Welle a : Einfalls inkel der größeren Welle U : Trübung; Ellipsenachsenverhältnis; relative Amplitude der kleineren bezogen auf die größere Welle.
Diese beiden Peilspannungen erzeugen auf dem Bildschirm des Sichtgeräts die in FIG. 1 dargestellte Peilellipse.
In die Figur eingezeichnet sind die Koordinatenwerte der Endpunkte der Ellipsenhalbachsen, wobei die Länge der großen Halbachse zu Eins angenommen ist.
FIG. 2 zeigt die Zusammensetzung der Peilspannungen Ux und Us aus den Xomponenten der beiden räumlich und zeitlich um 90° versetzt einfallenden Wellen wie oben beschrieben. Die Darstellung ist als Zeigerdiagramm in der Zeit eben gegeben.
FIG. 3 zeigt dieselben Peilspannungen in willkürlich gewählt er Phasenlage relativ zum Zeitwinkel tnt einer im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Referenzspannung UR. Durch senkrechte Projektion der Zeiger der Peilspannungen auf den Zeitwinkel der Referenzspannung erhält man in dem dargestellten Zeigerdiagramm die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im nicht eingeregelten Zustand gewonnenen Hilbert-Transformierten Ux1, Ux2( Ug1 und U72.
Die Weiterverarbeitung dieser als Gleichspannungen vorliegenden Hilbert-Transformierten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, also Produktbildung Ux1 . Ux2 und Uy1 . U72 und anschließende Addition der Produktspannungen entspricht im dargestellten Zeigerdiagramm der Addition der beiden Dreiecksflächen, die durch die einzelnen Vektoren aufgespannt sind. Dabei ist eine der Flächen negativ anzusetzen, um den verschiedenen Vorzeichen von Ux2 und Uy2 Rechnung zu tragen. Im dargestellten Fall heben sich die Anteile der beiden Flächen nicht gegenseitig auf, was bei der Durchführung des Verfahrens dem Auftreten einer Summenspannung U8 entspricht. Dieses Auftreten einer Summenspannung wiederum bewirkt eine Verschiebung der Phasenlage von Referenzspannung zu den Peilspannungen, was bei der Darstellung als Zeigerdiagramm in der Zeitebene einer Veränderung der Lage des Zeitwinkels t der Referenzspannung zu den Peilspannungen Ux und U7 entspricht.
In FIG. 4 sind die zu FIG. 2 analogen Verhältnisse bei eingeregelter Phasenlage nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Die in diesem eingeregelten Zustand aus den Peilspannungen gewonnenen Hilbert-Transformierten entsprechen, wie sich durch Vergleich mit FIG. 2 leicht feststellen läßt, genau den Komponenten, aus denen gemäß der oben gegebenen mathematischen Beschreibung eine solche Peilellipse aufgebaut ist. Diese Komponenten sind aber direkt proportional den Koordinatenwerten der Endpunkte der Ellipsenhalbachsen, wie sich durch Vergleich mit der Darstellung in FIG. 1 unschwer feststellen läßt. Die nach der Darstellung in FIG. 3 aufgespannten Dreiecksflächen sind gleich groß und unterscheiden sich bei der Behandlung als Vektoren durch verschiedene Vorzeichen. Die Summe der Flächen verschwindet also, was bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dem Verschwinden der Summenspannung U5 gleichkommt.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist sowohl im HF-Ereis als auch im ZF-Ereis des Peilempfängers möglich.
Da die Eigenschaften der einzusetzenden Bauelemente für die extrem hohen Frequenzen im HP-Ereis jedoch schwieriger einzustellen sind, ist die Durchführung des Verfahrens mit den azimutabhängigen ZF-Spannungen als Peilspannungen Ux und Uy als vorteilhafter anzusehen.
Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden anhand von FIG. 5 beschrieben.
Die Erzeugung der beiden um 90° gegeneinander phasenverschobenen und als Rechteckspannungen vorliegenden Referenzspannungen UR und UR, erfolgt zweckmäßigerweise über je eine Begrenzerschaltung 4 bzw. 6 und ein zusätzliches 900 Phasenglied 5 im Signalweg der Referenzspannung UR, durch Aufteilen der Hilfsspannung UH in an sich bekannter Weise. Die Bildung der einzelnen Produktspannungen aus den Rechteckspannungen und den Peilspannungen kann beispielsweise über Ringmodulatoren erfolgen. Vorteilhafter, da mit geringerem Aufwand verbunden, ist jedoch die Verwendung von Vierquadranten-Nultiplizierern la bis 1d. GemäB einer Weiterbildung der Erfindung können die Vierquadranten-Multiplizierer so dimensioniert sein, daß sie als Sinusspannungen einfallende Referenzspannungen in der Amplitude annahernd rechteckförmig begrenzen. Hierzu ist die Amplitude der Hilfsspannung entsprechend hoch bzw. die Eingangssignalbegrenzung der Multiplizierer entsprechend niedrig anzusetzen. Da die Ausgangsspannungen der Vierquadranten-Multiplizierer noch hochfrequente Anteile enthalten, werden den Nultiplizierern jeweils ein UieSpaßfilter 2a bis 2d nachgeschaltet. An den Ausgängen dieser Tiefpaßfilter können dann die aus den Peilspannungen gewonnenen Hilbert-?ransformierten als Gleichspannungen abgegriffen werden.
Damit nun die Aufspaltung in die gewünschten Komponenten erfolgt, d. h. damit der richtige Zeitwinkel tnt der Referenzspannung eingestellt wird und die gewünschten Hilbert-Transformierten erzeugt werden, werden die Gleichspannungen Ux1 und Ux2 im Multiplizierer 8 und die Spannungen Uy und Uy2 im Multiplizierer 7 miteinander multipliziert, die Produktspannungen in der Addierstufe 9 summiert und die Summenspannung U8 dem Phasenschieber 3 als Stellgröße zugeführt. Zwischen den Ausgängen der Addierstufe 9 und den Steuereingang des Phasenschiebers 3 kann auch noch ein gesonderter Spannungsdetektor mit Regelspannungsgenerator gestellt werden, falls ein besonderer zeitlicher Verlauf der Regelspannung oder eine besondere Regelgeschwindigkeit während des Einregelvorgangs gewünscht werden.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Gewinnung von den Koordinatenwerten der großen und kleinen Halbachse einer Peilellipse proportionalen Spannungen aus den beiden richtungsabhängigen Peilspannungen Ux, Uy eines Watson-Watt-Peilers und einer gleichfrequenten richtungsunabhängigen Hilfsspannung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 1. die richtungsunabhängige Hilfsspannung UH wird in zwei um 900 gegeneinander phasenverschobene Spannungen aufgespalten, 2. die beiden Spannungen werden in Rechteckspannungen UR und UR' umgeformt, 3. aus den Rechteckspannungen und den richtungsabhängigen Peilspannungen Ux und Uy werden die Produktspannungen Ux a UR, Ux . URI, Uy . UR und Uy . UR, gebildet und durch Tiefpaßfilterung als Gleichspannungen Ui, Ux2 Uy1 und U72 dem Peilerausgang zugeführt, 4. aus den Gleichspannungen werden des weiteren die Produktspannungen Uxi ' Ux2 und Uy1 U Uy2 gebildet und durch Addition zu einer Summenspannung Us zusammengefaßt, 5. die Summenspannung U5 wird zur Einregelung der Phasenlage der Hilfsspannung bezüglich der Peilspannungen derart verwendet, daß die Summenspannung verschwindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Peilspannungen die azimutabhängigen Zwischenfrequenzspannungen des Peilempfängers verwendet werden.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen elektronisch einstellbaren Phasenschieber (3) im Signalweg der Hiflsspannung, dessen Ausgang zum einen mit dem Eingang einer ersten Begrenzerschaltung (4), zum andern über ein 90° Phasendrehglied (5) mit dem Eingang einer zweiten Begrenzerschaltung (6) verbunden ist, durch einen ersten Vierquadranten-Multiplizierer (la), an dessen beiden Eingängen die Ausgangs spannung UR der ersten Begrenzerschaltung und die Peilspannung Ux liegen und an dessen Ausgang über ein nachgestelltes Tiefpaßfilter (2a) die Gleichspannung Uxl abgegeben wird, durch einen zweiten Vierquadranten-Nultiplizierer (Ib), an dessen beiden Eingängen die Ausgangsspannung UR, der zweiten Begrenzerschaltung und die Peilspannung Ux liegen und an dessen Ausgang über ein nachgestelltes Tiefpaßfilter (2b) die Gleichspannung Ux2 abgegeben wird, durch einen dritten Vierquadranten-Nultiplizierer (lc), an dessen beiden Eingängen die Ausgangsspannung UR der ersten Begrenzerschaltung und die Peilspannung Ux liegen und an dessen Ausgang über ein nachgestelltes Tiefpaßfilter (2c) die Gleichspannung Uy1 abgegeben wird, durch einen vierten Vierquadranten-Multiplizierer (led), an dessen beiden Eingängen die Ausgangsspannung UR der zweiten Begrenzerschaltung und die Peilspannung Ux liegen und an dessen Ausgang über ein nachgestelltes Tiefpaßfilter (2d) die Gleichspannung Uy2 abgegeben wird, durch einen fünften Vierquadranten-Multiplizierer (8), an dessen Eingang die Spannungen Ux1 und Ux2 liegen, durch einen sechsten Vierquadranten-Nultiplizierer (7), an dessen Eingang die Spannungen Uy1 und Ug2 liegen, und durch ein Addiergiied (9), dessen beide Eingänge mit den Ausgängen des fünften-und sechsten Multiplizierers verbunden sind und dessen Ausgangsspannung dem eingangs angeführten Phasenschieber als Stellgröße zugeführt wird.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaltungen entfallen, und daß die Amplitude der Hilfsspannung so groß ist, daß sie am Eingang der Vierquadranten-Multiplizierer annahernd rechteckförmig begrenzt wird.