DE2925723C2

DE2925723C2 -

Info

Publication number: DE2925723C2
Application number: DE19792925723
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(Grad.) 7907 Langenau De Baeuerle; Hermann Ing.(Grad.) 7900 Ulm De Saur
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1979-06-26
Filing date: 1979-06-26
Publication date: 1987-07-23
Also published as: DE2925723A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von den Koordinatenwerten der großen und kleinen Halbachse einer Peilellipse proportionalen Spannungen aus den beiden richtungsabhängigen Peilspannungen U _x, U _y eines Watson-Watt- Peilers und einer gleichfrequenten richtungsunabhängigen Hilfsspannung die um 90° phasenverschoben wird, sowie eine Anordnung zur Durchführung 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 Übertragung 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 Übertragung 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 Übertragungsstrecke, der Auswertemethode am Empfangsort, der geforderten Genauigkeit und anderem.

Aus der DE-OS 2 61 78 333, aus der ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3 hervorgeht, ist es bekannt, aus getrübten Peilspannungen, welche zu einem ellipsenförmigen Peilbild führen, enttrübte Peilspannungen, die den Scheitelwerten der Peilellipse proportional sind, sowie eine der Trübung proportionale Spannung zu gewinnen. Hierzu werden die Peilspannungen in einem Netzwerk aus Phasengliedern, Multiplizierern, Addierern und Betragsbildnern so verknüpft, daß aus der Ausgangsspannung des Netzwerks Abtastzeitpunkte gewonnen werden können, zu denen die Momentanwerte der getrübten Peilspannungen gleich den Scheitelwerten der Ellipse sind. Die Seiteneindeutigkeit wird mittels der um 90° verschobenen Hilfsspannung erreicht, indem diese nur während jeweils einer Halbwelle ein Tor für den Abtastimpuls freigibt und während der anderen Halbwelle sperrt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art 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 diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine Anordnung mit den im Patentanspruch 3 angegebenen Merkmalen. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. 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 Verfahren gemäß der Erfindung aus den Peilspannungen gewonnenen Hilbert-Transformierten Gleichspannungen U _{x 1}, U _{x 2}, U _{y 1}, U _{y 2} sind im eingeregelten Zustand, der gemäß dem Merkmale 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 eines Ausführungsbeispiels und der Abbildungen eingehend erläutert.

Man kann sich die Entstehung einer Peilellipse so vorstellen, daß sich zwei räumlich und zeitlich um 90° versetzt einfallende Wellen überlagern. Die beiden azimutabhängigen Peilspannungen U _x und U _y lassen sich dann wie folgt beschreiben:

U _x = U · (cos ω t sin α -T sin ω t cos α)
U _y = U · (cos ω t cos α +T sin ω t sin a)

Hier bedeutet

U:Amplitude der betragsgrößeren Welle,α:Einfallswinkel der größeren Welle,T: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 U _x und U _y aus den Komponenten der beiden räumlich und zeitlich um 90° versetzt einfallenden Wellen wie oben beschrieben. Die Darstellung ist als Zeigerdiagramm in der Zeitebene gegeben.

Fig. 3 zeigt dieselben Peilspannungen in willkürlich gewählter Phasenlage relativ zum Zeitwinkel ω t einer in dem hier vorgeschlagenen Verfahren eingesetzten Referenzspannung U _R. Durch senkrechte Projektion der Zeiger der Peilspannungen auf den Zeitwinkel der Referenzspannung erhält man in dem dargestellten Zeigerdiagramm die nach dem vorgeschlagenen Verfahren im nicht eingeregelten Zustand gewonnenen Hilbert-Transformierten U _{x 1}, U _{x 2}, U _{y 1} und U _{y 2}. Die Weiterverarbeitung dieser als Gleichspannungen vorliegenden Hilbert-Transformierten nach dem vorgeschlagenen Verfahren, also Produktbildung U _{x 1} · U _{x 2} und U _{y 1} · U _{y 2} 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 U _{x 2} und U _{y 2} 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 U _s 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 ω t der Referenzspannung zu den Peilspannungen U _x und U _y 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 U _s gleichkommt.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist sowohl im HF-Kreis als auch im ZF-Kreis des Peilempfängers möglich.

Da die Eigenschaften der einzusetzenden Bauelemente für die extrem hohen Frequenzen im HF-Kreis jedoch schwieriger einzustellen sind, ist die Durchführung des Verfahrens mit den azimutabhängigen ZF-Spannungen als Peilspannungen U _x und U _y 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 U _R und U _R′ erfolgt zweckmäßigerweise über je eine Begrenzerschaltung 4 bzw. 6 und ein zusätzliches 90° Phasenglied 5 im Signalweg der Referenzspannung U _R durch Aufteilen der Hilfsspannung U _H 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-Multiplizierern 1 a bis 1 d. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die Vierquadranten- Multiplizierer so dimensioniert sein, daß sie als Sinusspannungen einfallende Referenzspannungen in der Amplitude annähernd 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 Multiplizierern jeweils ein Tiefpaßfilter 2 a bis 2 d nachgeschaltet. An den Ausgängen dieser Tiefpaßfilter können dann die aus den Peilspannungen gewonnenen Hilbert-Transformierten als Gleichspannungen abgegriffen werden.

Damit nun die Aufspaltung in die gewünschten Komponenten erfolgt, d. h. damit der richtige Zeitwinkel ω t der Referenzspannung eingestellt wird und die gewünschten Hilbert- Transformierten erzeugt werden, werden die Gleichspannungen U _{x 1} und U _{x 2} im Multiplizierer 8 und die Spannungen U _{y 1} und U _{y 2} im Multiplizierer 7 miteinander multipliziert, die Produktspannungen in der Addierstufe 9 summiert und die Summenspannung U _s 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.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von den Koordinatenwerten der großen und kleinen Halbachse einer Peilellipse proportionalen Spannungen aus den beiden richtungsabhängigen Peilspannungen U _x, U _y eines Watson-Watt-Peilers und einer gleichfrequenten richtungsunabhängigen Hilfsspannung die um 90° phasenverschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die richtungsunabhängige Hilfsspannung U _H in zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Spannungen aufgespalten wird,
b) die beiden aus der Hilfsspannung U _H gewonnenen Spannungen in Rechteckspannungen U _R und U _R′ umgeformt werden,
c) anschließend aus den Rechteckspannungen U _R und U _R′ und den richtungsabhängigen Peilspannungen U _x und U _y die Produktspannungen U _x · U _R, U _x · U _R′, U _y · U _R und U _y · U _R′ gebildet und durch Tiefpaßfilterung als Gleichspannungen U _{x 1}, U _{x 2}, U _{y 1} und U _{y 2} dem Peilerausgang zugeführt werden,
d) aus den Gleichspannungen U _{x 1}, U _{x 2}, U _{y 1} und U _{y 2} des weiteren die Produktspannungen U _{x 1} · U _{x 2} und U _{y 1} · U _{y 2} gebildet und durch Addition zu einer Summenspannung U _s zusammengefaßt werden,
e) diese Summenspannung U _s auf die Phasenlage der Hilfsspannung bezüglich der Peilspannungen in regelnder Weise derart einwirkt, daß die Summenspannung U _s 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

a) einen elektronisch einstellbaren Phasenschieber (3) im Signalweg der Hilfsspannung, dessen Ausgang zum einen mit dem Eingang einer ersten Begrenzerschaltung (4), zum andern über das 90° Phasendrehglied (5) mit dem Eingang einer zweiten Begrenzerschaltung (6) verbunden ist,
b) einen ersten Vierquadranten-Multiplizierer (1 a), an dessen beiden Eingängen die Ausgangsspannung U _R der ersten Begrenzerschaltung und die Peilspannung U _x liegen und an dessen Ausgang über ein nachgestelltes Tiefpaßfilter (2 a) die Gleichspannung U _{x 1} abgegeben wird,
c) einen zweiten Vierquadranten-Multiplizierer (1 b), an dessen beiden Eingänge die Ausgangsspannung U _R′ der zweiten Begrenzerschaltung und die Peilspannung U _x liegen und an dessen Ausgang über ein nachgestelltes Tiefpaßfilter (2 b) die Gleichspannung U _{x 2} abgegeben wird,
d) einen dritten Vierquadranten-Multiplizierer (1 c), an dessen beiden Eingängen die Ausgangsspannung U _R der ersten Begrenzerschaltung und die Peilspannung U _x liegen und an dessen Ausgang über ein nachgestelltes Tiefpaßfilter (2 c) die Gleichspannung U _{y 1} abgegeben wird,
e) einen vierten Vierquadranten-Multiplizierer (1 d), an dessen beiden Eingängen die Ausgangsspannung U _R′ der zweiten Begrenzerschaltung und die Peilspannung U _x liegen und an dessen Ausgang über ein nachgestelltes Tiefpaßfilter (2 d) die Gleichspannung U _{y 2} abgegeben wird,
f) einen fünften Vierquadranten-Multiplizierer (8), an dessen Eingang die Spannungen U _{x 1} und U _{x 2} liegen, durch einen sechsten Vierquadranten-Multiplizierer (7), an dessen Eingang die Spannungen U _{y 1} und U _{y 2} liegen,
g) eine Addierstufe (9), deren beide Eingänge mit den Ausgängen des fünften und sechsten Multiplizierers verbunden sind und der Ausgangsspannung dem eingangs angeführten Phasenschieber (3) als Stellgröße zugeführt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Hilfsspannung am Eingang der Vierquadranten-Multiplizierer annähernd rechteckförmig begrenzt wird.