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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
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zur Bestimmung der Peilrichtung aus dem Scheitelpunkt einer Peilellipse,
insbesondere bei einem Mehrkanalpeiler.
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Bekanntlich wird beispielsweise bei einem Sichtfunkpeiler nach dem
Doppelkanalprinzip die Peilung eines ideal empfangenen Senders als diametraler Strich
auf der Kathodenstrahlröhre dargestellt, dessen Richtung mit einer Referenzrichtung
dttii gleichen Winkel einschließt wie die Richtung der ankommenden Welle mit der
Richtung des einen Richtantennensystems. Die Ausbildung des Striches auf dem Leuchtschirm
der Kathodenstrahlröhre ergibt sich aus der an die Ablenkplatten angelegten,vorzugsweise
zwischenfrequenten Wechselspammung. Bei. jeder beliebigen Einfallsrichtung des zu
peilenden Senders erscheint auch der Leuchtstrich auf dem Bildschirm unter dem entsprechenden
Winkel. Die Ablesung der Peilrichtung wird auf einer rings um den Bildschirm angebrachten
3600-Skala vorgenommen, wobei als Hilfsmittel ein zur Bildschiroberfläche paralles
und zur Kathodenstrahlröhre koaxiales, drehbares Ableselineal vorgesehen ist, das
durch Verdrehen möglichst genau mit dem Leuchtstrich zur Deckung gebracht werden
muß.
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Messfehler ergeben sich dabei beispielsweise durch die Parallaxe,
da das Lineal nicht in der Ebene des Bildstrichs liegt, durch Nichtlinearitäten
in den Ablenkverstärkern und/ oder durch (Kissen)-Verzerrungen des Bildstrichs auf
dem Bildschirm auf Grund von Abbildungsfehlern. In den beiden letzten Fällen täuscht
der Bildstrich auf dem Bildschirm einen von dem tatsächlichen Peilwinkel abweichenden
Winkel vor.
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Diese Probleme treten bei den in der Praxis gewonnenen Peilbildern
verstärkt auf, da vielfach anstelle des idealen Peilstrichs eine elliptische Anzeigefigur
beobachtet wird,
wobei die Größe der elliptischen Aufspaltung durch
den antennenseitig auftretenden Phasenunterschied der etwa durch Reflexionen aus
verschiedenen Richtungen einfallenden Wellen des gleichen Senders bestimmt wird.
Zur Ermittlung des Peilwinkels muß hierbei das Ableselineal auf die große Achse
der Peilellipse eingestellt werden, d.h. die Peilgerade des Ableselineals muß den
Scheitelpunkt der Ellipse schneiden. Als Hilfsmittel sind häufig auf dem Ableselineal
parallel zur Peilgeraden Hilfslinien vorgesehen, die als Einhüllende in Richtung
der kleinen Ellipsenachse versetzt sind.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Bestimmung
des Peilwinkels aus einer Peilellipse bzw. aus einem idealen Peilstrich zu vereinfachen
und/ oder die Ablesegenauigkeit zu verbessern. Bei der Lösung geht die Erfindung
von dem Grundgedanken aus, das mechanische Ableselineal durch eine elektronische
Meßschaltung zur Ermittlung des Peilwinkels abzulösen. Je nach dem Umfang der erfindungsgemäßen
Maßnahmen ergeben sich unterschiedlich weit entwickelte Lösungsmöglichkeiten, wobei
insbesondere drei Stufen hervorzuheben sind: a) Es wird ein sogenanntes "elektronisches
Lineal" in Form einer durch den Mittelpunkt der Peilellipse verlaufenden Geraden
auf dem Bildschirm generiert, wobei die Winkellage der eingeblendeten Peilgeraden
zum Einstellen aur die Hauptachse der Peilellipse verändert werden kann und gleichzeitig
der jeweilige Neigungswinkel der Geraden aut den Ablenkkomponenten der Geraden errechnet
und vorzugswgise numerisch angezeigt wird.
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b) Die Einstellung des "elektronischen Lineals" gemäß a) auf den Scheitelpunkt
der Peilellipse wird dadurch verbessert, daß man diesen aus den Kurvenkoordinaten
der Peilellipse selbsttätig berechnet und den so ermittelten Scheitelpunkt durch
eine geeignete Einblendung, etwa als Punkt oder als kleinen Kreis, an der Stelle
des errechneten Scheitelpunktes anzeigt; das elektronische Lineal
kann
dann durch Verändern der Winkellage auf den errechneten Scheitelpunkt eingestellt
und der gemäß a) numerisch angezeigte Peilwinkel abgelesen werden.
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c) Eine vollautomatische Ermittlung des Peilwinkels erhält man durch
Berechnung des Scheitelpunktes der Peilellipse etwa gemäß b) und anschließender
automatischer Berechnung des Peilwinkels aus dem Neigungswinkel der durch den Scheitelpunkt
und den Mittelpunkt der Peilellipse verlaufenden Geraden.
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Während in den Fällen a) und b) das elektronische Lineal als Gerade
auf dem Bildschirm dargestellt wird, ist eine reelle Darstellung der Geraden im
Falle c) nicht erforderlich, denn hier wird die Peilgerade nur virtuell für die
selbsttätige Berechnung des Peilwinkels benötigt; häufig ist jedoch zur Kontrolle
eine zusätzliche Darstellung dieser durch den Scheitelpunkt und den Mittelpunkt
der Peilellipse verlaufenden Peilgeraden erwünscht.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine hohe Meßgenauigkeit
für den Peilwinkel erzielt, da weder Parallaxenfehler noch Meßfehler aufgrund von
unvermeidlichen Abbildungsfehlern der Peilellipse auf dem Bildschirm auftreten.
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Wenn im folgenden von der Peilellipse gesprochen wird, so treffen
die diesbezüglichen Ausführungen auch auf den Grenzfall der entarteten Ellipse,
d.h. auf einen Peilstrich, zu.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche
aus. So wird bei einer ersten Ausführungsform die Peilgerade durch Ablenksignale
für den Schirm einer Kathodenstrahlröhre elektronisch erzeugt und mit der Peilellipse
auf dem Schirm überlagert dargestellt. Diese Überlagerung kann beispielsweise durch
sogenannte "gechoppte" (zerhackte) oder alternierende Darstellung, d.h. Zeitmulti-
plexdarstellung,
oder - bei 2-Strahl-Kathodenstrahlröhren -durch zeitgleiche Darstellung der beiden
Figuren erfolgen.
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Die Peilgerade ist dabei ersichtlich-in der gleichen Ebene wie die
Peilellipse, so daß keine Parallaxenfehler auftreten können, und ferner sind die
Gerade und die Ellipse den gleichen, eventuell auftretenden Nichtlinearitäten der
Ablenkverstärker und/oder Abbildungsfehlern der Kathodenstrahlröhre unterworfen,-
so daß diese beim Ablesen des Peilwinkels keine Messfehler hervorrufen. In vorteilhafter
Weise wird die Peilgerade für das "elektronische Lineal" in der nachstehenden Weise
erzeugt: Zunächst wird ein digitaler Winkelwert für die Neigung der Peilgerade in
einem digitalen Winkelgeber erzeugt und nachgeschalteten Sinus- und Cosinuswandlern
zugeführt, die aus dem digitalen Winkelwert zunächst den entsprechenden digitalen
oder analogen Sinus- bzw. Cosinuswert erzeugen, aus denen gegebenenfalls über einen
Digital-Analog-Wandler, die analogen Horizontal- bzw. Vertikalablenksignale für
den Kathodenstrahl der Kathodenstrahlröhre gewonnen werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann beispielsweise auch von dem
analog dargestellten Winkelwert ausgegangen werden, der in entsprechender Weise
in analoge Horizontal- und Vertikal-Ablenksignale umgewandelt wird, In diesem Fall
ist zur digitalen Darstellung des Winkelwerts eine Analog-Digital-Konversion des
analogen Winkelwertes erforderlich.
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Zur Erzeugung derlHorizontal- bzw. Vertikal-Ablenksignale werden die
Sinus- bzw. Cosinuswerte beispielsweise mit einem gemeinsamen Sägezahnsignal multipliziert,
so daß man eine dauernde Darstellung der Peilgeraden für das elektronische Lineal
erhält.
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In vorteilhafter Weise ist der digitale Winkelgeber als Adresszähler,
vorzugsweise in Form eines Vorwärts-Rückwärtszählers, ausgebildet, dessen digitale
Ausgangssignale beispielsweise auch einem Binär/BCD-Umkodierer zum Erzeugen von
Steuersignalen für eine Anzeigeeinheit zur numerischen Dar-
stellung
des Winkelwerts zugeführt werden.
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Der Winkelgeber kann voreinstellbar, d.h. durch vorgegebene Eingangssignale
auf einen bestimmten Winkelwert einstellbar sein und als Adressengeber für je einen
adressierbaren Speicher, der die zugeordneten Sinus- bzw. Cosinuswerte enthält,
verwendet werden. Unter Verwendung eines Taktgenerators kann durch manuelle Tastenbedienung
der als Adresszähler ausgebildete Adressengeber fortgeschaltet werden, so daß sich
mit fortschreitendem Zählerinhalt die dargestellte Peilgerade um den Koordinatennullpunkt
dreht. Wird ein Vorwärts-Rückwärtszähler verwendet, so kann durch entsprechende
Tastenbedienung eine Drehung der Peilgeraden in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung
erzielt werden.
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In vorteilhafter Weise wird an der auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre
dargestellten Peilgeraden eine elektronisch erzeugte Markierung zur Anzeige der
positiven (oder negativen) Richtung vorgesehen, um den numerisch dargestellten Winkelwert
einer bestimmten Geradenrichtung zuzuordnen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen,
daß man zur Markierung der Geraden von dieser einen Teil über den Wehneltzylinder
der Kathodenstrahlröhre dunkelsteuert. Andere Markierungen, beispielsweise eine
Pfeildarstellung, sind ebenfalls möglich.
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Ferner kann man durch geeignete Hell/Dunkelsteuerung die Peilgerade
beispielsweise punktiert darstellen, um die Unterscheidung gegenüber einer nicht
oder nur geringfügig aufgespalteten Peilellipse zu erleichtern.
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Wie vorstehend ausgeführt, sind bei dem bekannten, mechanischen Lineal
zu beiden Seiten der Peilgeraden zu dieser parallele Hilfslinien vorgesehen, um
die Einstellung des Lineals auf die große Achse der Peilellipse zu erleichtern.
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Entsprechende Hilfslinien kann man auch bei dem erfindungsge-
mäßen
Verfahren einblenden und so die korrekte Einstellung des elektronischen Lineals
erleichtern.
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Eine weitere Verbesserung der Einstellgenauigkeit des elektronischen
Lineals erhält man dadurch, daß man laufend eine automatische Berechnung des Scheitelpunktes
der Peilellipse durchführt und den berechneten Scheitelpunkt durch eine entsprechende
Markierung an der Peilellipse kennzeichnet.
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In diesem Fall ist es dann nur noch erforderlich, durch geeignetes
Verstellen die Peilgerade des elektronischen Lineals am markierten Scheitelpunkt
mit der Peilellipse zum Schnitt zu bringen. Die Berechnung des Scheitelpunktes der
Peilellipse erfolgt nach den bekannten geometrischen Regeln, beispielsweise Erzeugen
einer Summenfunktion aus den Quadraten.der Horizontal- und der Vertikalkomponente
jedes Ellipsenpunktes in Abhängigkeit vom Polarwinkel, der für den Scheitelpunkt
mit dem Peilwinkel übereinstimmt. Der Scheitelpunkt wird durch Ermittlung des Maximums
aus der Summenfunktion unter Ausschaltung der Zweideutigkeit durch Berücksichtigung
des Seitenmeßergebnisses ermittelt.
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Eine vollautomatische Ermittlung der Peilrichtung erhält man bei einer
weiteren Ausführungsform, bei der man zunächst beim Durchlaufen des seitenrichtigen
Scheitelpunkts einen Scheitelpunktimpuls erzeugt, die jeweilige Horizontal- (x)
und die Vertikalkomponente (y) der Peilellipse fortlaufend ermittelt und über einen
Komponenten-Winkel-Wandler auf den Wert "arc tg (x/y)" umrechnet und somit den zugehörigen
Peilwinkel ermittelt, der einem Speicherschaltkreis als Analog- oder Digitalsignal
zugeführt und beim Anlegen des Scheitelpunktimpulses an den Speicherschaltkreis
in diesem übernommen und zur Peilwinkelanzeige bereitgestellt wird. In vorteilhafter
Weise werden hierbei gleichzeitig die Peilgerade und/oder der Scheitelpunkt der
Peilellipse zur Kontrolle auf dem Schirm dargestellt. Der Komponenten-Winkel-Wandler
ist vorzugsweise als Analogschaltkreis und der Speicherschaltkreis als Abtast-und
Haltekreis (Sample-and-Hold-Schaltkreis) ausgebildet, dem
ein Analog-Digital-Wandler
nachgeschaltet ist. Im Rahmen der Erfindung können auch anstelle der Analogschaltkreise
entsprechende Digitalschaltkreise verwendet werden.
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Wie vorstehend beschrieben, ist zunächst die Peilellipsen-Anzeige
doppeldeutig; die Eindeutigkeit läßt sich beispielsweise durch eine zusätzliche,
übliche Vertikalantenne herbeiführen, mit deren Empfangskanal die eine Hälfte der
Peilellipse über den Wehneltzylinder der Kathodenstrahlröhre dunkelgesteuert wird.
Bei der vorstehenden Verwendung des Komponenten-Winkel-Wandlers muß eine eindeutige
Zuordnung der Peilgeraden zu dem jeweiligen Quadranten erfolgen, wobei i..
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an sich bekannter Weise neben dem Vorzeichen der ermittelten Komponentensignale
(x, y) auch das von der Vertikalantenne abgeleitete seitenspezifische Signal ausgenutzt
werden kann.
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Da die Peilellipse häufig um einen Mittelwert schwankt, wird in vorteilhafter
Weise eine automatische Mittelwertbildung des Peilwinkels z.B. unter Verwendung
eines Integrators aus mehreren Meßperioden vorgenommen.
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Zeigen sich bei der Mittelwertbildung über das zulässige Maß hinausgehende
Streuungen des Peilwinkels oder liegen andere Störungen, z.B. eine zu stark aufgespaltete
Peilellipse vor, so kann ein Meldesignal gebildet werden, durch das die Peilgerade
periodisch blinkend oder dauerhaft von der Anzeige ausgeblendet wird.
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Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Peilellipse
mit der Peilgeraden, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltung für die Ablenksignale
zur Erzeugung des elektronischen Lineals auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre
und
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Schaltkreises zur Ermittlung
des Scheitelpunktes einer Peilellipse.
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Die in Figur 1 in einem x-y-Koordinatensystem dargestellte Peilellipse
1 weist einen Scheitelpunkt 2 auf. Durch diesen sowie durch den Koordinaten-Nullpunkt
wird die Peilgerade 3 festgelegt. Die Koordinaten des Scheitelpunktes 2 sind x0
und yO und als Peilwinkel wird, wie bei der Funkortung üblich, der Winkel zwischen
der positiven Richtung der y-Achse und der Peilgeraden 3 definiert.
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Die in Figur 2 dargestellte Vorrichtung zum Erzeugen des elektronischen
Lineals auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre 4 weist einen digitalen Winkelgeber
5 auf, der in Form eines voreinstellbaren Adresszählers, insbesondere eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers
ausgebildet ist, der über eine manuelle Tastenbedienung in Vorwärtsrichtung (VZ)
oder in Rückwärtsrichtung (RZ) fortgeschaltet werden kann. Zu diesem Zweck ist ein
Taktgenerator 7 mit nachgeschaltetem Gatter 8 vorgesehen. Der Winkelgeber 5 kann
wahlweise auch durch Voreinstellwerte 9 auf einen bestimmten Winkelwert eingestellt
werden.
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Die digitalen (z.B. binären) Ausgangssignale des Winkelgebers 5 werden
einerseits über einen Binär/BCD-Umkodierer 10 einer numerischen Winkelanzeige 11
und andererseits einem Sinuswandler 12x und einem Cosinuswandler 12y zugeführt,
die beispielsweise als Festwertspeicher (ROM) ausgebildet sind.
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Bei Anlegen eines bestimmten digitalen Winkelwertes erzeugen diese
Festwertspeicher am Ausgang nach Digital-Analog-Umsetzung analoge Ausgangssignale,
die dem Sinus bzw. dem Cosinus des Winkelwertes entsprechen. Diese analogen Ausgangssignale
werden je einem Multiplizierer 14x bzw. 14y zugeführt, der den Sinus- bzw. den Cosinuswert
mit einem in einem Sägezahngenerator 13 erzeugten Sägezahnsignal multipliziert.
Die Ausgangssignale der Multiplizierer 14x bzw. 14y werden über einen
Multiplexer
26 den Ablenkverstärkern 15x bzw. 15y für die Horizontal- bzw. Vertikal-Ablenkplatten
der Kathodenstrahlröhre 4 zugeführt.
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Wird nun beispielsweise der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 5 durch entsprechende
Bedienung der Tastatur 6 in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung fortgeschaltet,
so dreht sich die auf der Kathodenstrahlröhre 4 dargestellte Peilgerade 3 im Uhrzeiger
bzw. im Gegenuhrzeigersinn. Entsprechend kann durch bestimmte Voreinstellwerte 9
die Peilgerade 3 in eine bestimmte Position gebracht werden.
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Zur Überlagerung der Peilellipse 1 und der Peilgeraden 3 auf der Kathodenstrahlröhre
4 werden die entsprechenden Signale in rascher Folge abwechselnd über den Multiplexer
26 den beiden Ablenkverstärkern 15x und 15y zugeführt, um eine scheinbar gleichzeitige
Darstellung der beiden geometrischen Figuren (Ellipse und Gerade) zu erhalten; die
Ablenkverstärker können in diesem Fall von den Ellipsensignalen x1, y1 und den Peilgeradensignalen
x3, y3 alternierend oder "gechoppt" angesteuert werden. Bei Verwendung einer 2-Strahl-Kathodenstrahlröhre
ist kein Multiplexer erforderlich, und die beiden Figuren werden echt zeitgleich
dargestellt.
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Die positive Richtung der Geraden 3 kann man durch eine entsprechend
eingeblendete Markierung an der Geraden anzeigen, beispielsweise durch einen Pfeil
oder durch eine unterbrochene Linie auf der negativen Seite der Geraden.
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Im Betrieb wird nun durch Betätigen der Tastatur 6 die Peilgerade
3 solange verdreht, bis sie mit der großen Achse der Peilellipse zusammenfällt,
wobei die positive Richtung der Peilgeraden 3 mit der beispielsweise durch die vorstehend
erläuterte Dunkelsteuerung der Peilellipse ermittelte positive Richtung der Peilellipse
zusammenfallen muß, um den richtigen Winkelwert an der numerischen Anzeigeeinheit
11 abzulesen.
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Mit der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung kann der Scheitelpunkt
2 der Peilellipse 1 selbsttätig berechnet werden.
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Zu diesem Zweck werden die Signale x1 und y1 der Horizontalkomponente
bzw. der Vertikalkomponente der Peilellipse 1 jeweils den beiden Eingängen eines
Multiplizierers 16x bzw.
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16y zugeführt, deren Ausgangssignale (x12 bzw. y1 2> einer Addierstufe
17 zugeführt werden. Das Ausgangssignal dieser Addierstufe 17 gibt die Summe der
beiden Komponentenquadra-(x2 2 te 1 + y21) 11 mit einer Gleichstromkomponente k
wieder, die durch einen Trennkodensator 18 eliminiert wird. Durch Vergleich der
verbliebenen Summe der Komponentenquadrate gegenüber 0 V in einem Komparator 19
erhält man ein Rechtecksignal, aus dem man über eine Verzögerungsstufe 20 und gegebenenfalls
ein nicht dargestelltes Differenzierglied einen Scheitelpunktimpuls 21 erzeugen
kann, der den Zeitpunkt des Scheitelpunktdurchgangs angibt.Aus den beiden Scheitelpunktimpulsen
wird unter Berücksichtigung des Seitenmeßergebnisses durch einen elektronischen
Schalter 25 derjenige ausgewählt, der der Ein fallsi chtung des Senders entspricht.
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Dieser Scheitelpunktimpuls kann nun zur Darstellung des Scheitelpunktes
2 verwendet werden, etwa durch entsprechende Markierung der Peilellipse 1 über den
Wehneltzylinder oder die Fokusierung der Kathodenstrahlröhre, wie dies durch in
Figur 2 angedeutet ist. Durch diese Markierung des Scheitelpunktes der Peilellipse
wird die Einstellung der Peilgeraden 3 auf die Hauptachse der Peilellipse wesentlich
erleichtert und die Meßgenauigkeit für den Peilwinkel verbessert.
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Eine automatische Ermittlung des Peilwinkels kann man dadurch erhalten,
daß man den Polarwinkel oxides Scheitelpunktes 2 bestimmt. Zu diesem Zweck können
die Horizontal- und die Vertikalkomponente x1 bzw. y1 der Peilellipse 1 einem Komponenten-Winkel-Wandler
22 zugeführt werden, der aus den beiden Eingangswerten x und y den Wert "arc tg
(x/y)" etwa in analoger Form errechnet. Das dem Peilwinkel entsprechende Ausc
gangssignal
des Wandlers 22 wird einem Abtast- und Haltekreis (Sample-and-Hold-Schaltkreis)
23 zugeführt, der durch den Scheitelpunktimpuls O ausgelöst wird. Das Ausgangssignal
des Abtast- und Haltekreises 23 wird einem Analog-Digital-Wandler 24 zugeführt,
dessen Ausgangssignale als Voreinstellwerte 9 für den Winkelgeber 5 dienen.
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Auch in diesem Fall kann zur Kontrolle noch die Peilgerade 3 gemäß
den Erläuterungen zu Figur 2 mit der Peilellipse 1 und dem Scheitelpunkt 2 auf der
Kathodenstrahlröhre 4 dargestellt werden. Allerdings ist diese Analogdarstellung
nicht mehr in jedem Fall erforderlich.