DE2941525A1

DE2941525A1 - Funkpeilanlage

Info

Publication number: DE2941525A1
Application number: DE19792941525
Authority: DE
Inventors: Donald William Garston Watford Hertfordshire Anderson; Leonard James Chiswell Green St. Albans Hertfordshire Ogier
Original assignee: Marconi Co Ltd Chelmsford Essex; Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1978-10-13
Filing date: 1979-10-13
Publication date: 1982-08-19
Also published as: NL186877B; DE2941525C2; NL7907610A; GB2064257B; FR2476854A1; NL186877C; IT7968982A0; IT1119386B; FR2476854B1; GB2064257A

Description

THE MARCONI COMPANY LIMITED, Chelmsford, Essex, England

Funkpeilanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkpeilanlage.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einer Funkpeilanlage, bei der ein Wert für die Einfallsrichtung von Funksignalen, die auf zwei oder mehrere, voneinander beabstandete Antennenelemente treffen, aus den relativen Phasen der Funksignale an den beiden oder mehreren Antennenelementen abgeleitet wird.

So zeichnet sich eine Funkpeilanlage, bei der der Einfallswinkel von Funksignalen, die auf zwei oder mehrere,') voneinander beabstandete Antennenelemente der Anlage treffen, wenigstens teilweise aus der relativen Phase oder den relativen Phasen der Funksignale bestimmt wird, die auf die genannten zwei oder mehreren Antennenelemente treffen, nach der Erfindung dadurch aus, daß wenigstens drei Antennenelemente vorgesehen sind, von denen ein Antennenelement mit einem ersten Funkempfänger verbunden ist, während die übrigen Antennenelemente der Reihe nach mit einem zweiten Funkempfänger verbunden werden, und daß aufeinanderfolgende Werte der relativen Phase zwischen den Signalen, die von den beiden Empfängern empfangen werden, herangezogen werden, um einen Wert für die Einfallsrichtung des Funksignals in bezug auf die Antennenelemente abzuleiten.

Weiterhin zeichnet sich eine Funkpeilanlage, bei der Funksignale, die auf voneinander beabstandete Antennenelemente treffen, bezüglich der Phase miteinander verglichen werden und der Wert der Phasendifferenz herangezogen wird, um den Einfallswinkel der Funksignale in bezug auf die Antennenelemente zu bestimmen, nach der Erfindung dadurch aus, daß zwei Funkempfängeranordnungen sowie drei oder mehrere, voneinander beabstandete Antennenelemente vorgesehen sind, daß die eine Empfängeranordnung die Funksignale von nur einem Antennenelement der genannten drei oder mehreren Antennenelemente empfängt und die andere Empfängeranordnung wahlweise die Funksignale von irgendeinem Antennenelement der übrigen Antennenelemente empfängt, und daß der Einfallswinkel der Funksignale so ist, daß er aus den betreffenden Phasendifferenzen zwischen den Funksignalen bestimmt werden kann, die von dem einen Antennenelement und den jeweiligen anderen Antennenelementen empfangen werden.

Die Signale, die die Phasendifferenzen darstellen, werden vorzugsweise digital codiert und wenigstens zeitweise in einer digitalen Speichervorrichtung gespeichert. Die übrigen Antennenelemente werden zweckmäßigerweise der Reihe nach mit der anderen Empfängeranordnung verbunden, um eine Folge von Phasendifferenzsignalen vorzusehen, aus denen ein unzweideutiger Wert für den Einfallswinkel der Funksignale abgeleitet werden kann.

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Zusammenfassend wird somit nach der Erfindung eine Funkpeilanlage geschaffen, bei der der Einfallswinkel von Funksignalen, die auf eine Gruppe von Antennenelementen fallen, aus der relativen Phase oder den relativen Phasen der Funksignale bestimmt wird, die auf zwei oder mehrere der genannten Antennenelemente treffen. Ein Antennenelement der genannten Antennenelemente ist mit einem ersten Funkempfänger verbunden, wohingegen die übrigen Antennenelemente der Antennenelementegruppe der Reihe nach mit einem zweiten Funkempfänger verbunden werden. Aufeinanderfolgende Werte der relativen Phase zwischen den von den beiden Empfängern empfangenen Signale werden herangezogen, um für den Einfallswinkel eines Funksignals in bezug auf die Antennenelemente einen Wert abzuleiten.

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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung ausgebildeten Funkpeilanlage wird im folgenden an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

F i g . 1 die grundsätzliche Anordnung der Teile einer erfindungsgemäßen Funkpeilanlage in einem Flugzeug,

F i g . 2 eine schematische Darstellung einer Gruppe von Antennenelementen, die in der Anlage Verwendung finden,

F i g . 3 und 4 Darstellungen zur Veranschaulichung des Auftreffens der Funksignale auf den Antennenelementen der Antennengruppe und

F i g . 5 eine schematische Darstellung einer Empfängeranordnung der Funkpeilanlage.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Funkpeilanlage handelt es sich um eine an einem Flugzeug angebrachte oder ' Bordanlage, die auf einfallende Funksignale mit Frequenzen innerhalb eines Bereiches von beispielsweise 0,5 bis 18 GHz ansprechen muß, und zwar in jeder beliebigen Seiten- oder Azimutrichtung und in einem vorbestimmten Höhen- oder Elevati onsri chtungber ei eh. An einem in der Fig. 1 gezeigten Flugzeug 1 sind vier Antennengruppen angebracht. Die zugeordneten Empfangseinheiten befinden sich paarweise in hülsenartigen Behältern 2 an den Spitzen der Tragflächen. Dort sind die Empfangseinheiten so angeordnet, daß sie über den Bereich eines Bug- oder Vordersektors 3 bzw. eines Heckoder Hintersektors 4 von jeweils etwas mehr als 90° Funsignale empfangen können. Jede Antennengruppe und jede zugeordnete Empfangseinheit muß in der Lage sein, irgenswelche empfangenen Signale oder "Aktivitäten" innerhalb des oben angegebenen Frequenzbereiches im zugehörigen Sektor oder Quadranten handhaben zu können.

Wie es in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist, weist jede Antennengruppe eine Zeile oder Reihe aus fünf Antennen 5 bis 9, die jeweils für einen Erequenzbereich von 0,5 bis 2,0 GHz optimiert sind, eine Zeile oder Reihe aus sechs Antennen 10 bis 15 für einen Frequenzbereich von 2,0 bis 6,0 GHz und eine Zeile oder Reihe aus sechs Antennen 16 bis 21 für einen Frequenzbereich von 6,0 bis 18 GHz auf. Die Grundebene 22, in der diese Antennen liegen, verläuft unter einem Winkel von etwa 45° gegenüber der Längsachse oder Bug-Heck-Achse des hülsenförmigen Behälters 2.

Die Antennen 7, 14 und 20 sind mit zugeordneten "Referen"-Empfängern (in Fig. 2 nicht gezeigt) verbunden, wohingegen die übrigen Antennen jeder Antennenreihe so geschaltet sind, daß sie wahlweise der Reihe nach mit einem zugehörigen "Phasen"-Empfänger (in Fig. 2 nicht gezeigt) verbunden werden. Die Positionen der Referenzantennen 7, 14 und 20 sind in den zugehörigen Antennenreihen in bezug auf '> die Grundebene 22 so gewählt, daß man für diese besonderen Antennen möglichst symmetrische Strahlungsdiagramme erhält. Bei den Antennen kann es sich um Spiralantennen handeln, die jeweils vor einem Resonator angeordnet sind.

In der Fig. 5 sind schematisch die Referenz- und Phasenempfängeranordnungen eines Quadranten für das Band von 0,5 bis 2,0 GHz und das Band von 2,0 bis 6,0 GHz dargestellt. Die Antenne 7 ist mit einer zugehörigen Referenzempfängeranordnung verbunden, die ein abstimmbares Bandpaßfilter 23, einen Amplitudenbegrenzer 24 und einen Mischer 25 enthält. Zwischenfrequenz- oder ZF-Signale mit Frequenzen zwischen beispielsweise 43 und 77 MHz vom Mischer 25 werden verstärkt und über einen Bandwählschalter 26 dem einen Eingang eines Phasenvergleichers 27 zugeführt. Die Antennen 5» 6, 8 und 9 werden über einen Wahlschalter 28 selektiv mit der Phasenempfängeranordnung verbunden, die ein abstimmbares Bandpaßfilter 29, einen Amplitudenbegrenzer 30 und einen

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Mischer 31 enthält. Zwischenfrequenz- oder ZF-Signale vom Mischer 31 werden verstärkt und über einen Bandwählschalter 32 dem anderen Eingang des Phasenvergleichers 27 zugeführt. Die beiden Schalter 26 und 32 werden in aufeinander abgestimmten Schritten betrieben.

Die Referenzempfängeranordnungen für die beiden höheren Frequenzbänder sind in ähnlicher Weise ausgebildet wie die erläuterte Referenzempfängeranordnung, allerdings mit der Ausnahme, daß das abstimmbare Filter 23 durch drei feste Bandpaßfilter 33, 34 und 35 ersetzt ist. Diese Filter sind im Falle des Bandes von 2,0 bis 6,0 GHz über Schalter 37 und 38 zwischen die Antenne 14 und einen Begrenzer 36 geschaltet. In ähnlicher Weise ist in den Phasenempfängeranordnungen höherer Frequenz das abstimmbare Filter 29 durch feste Bandpaßfilter 39, 40 und 41 ersetzt. Im Falle des Bandes von 2,0 bis 6,0 GHz sind diese Filter über Schalter 44 und zwischen einen Antennenwahlschalter 42 und einen Begrenzer ' 43 geschaltet.

Die Ortsoszillator- oder Empfangsoszillatorsignale für die Mischer 25 und 31 sowie für die Mischer in den Empfängeranordnungen der höheren Frequenzbänder werden von einem Normalfrequenzgenerator mit Frequenzsynthese abgeleitet. Dieser Generator oder Synthesizer ist nicht dargestellt. In den Empfangsoszillatorsignalwegen, die zu den Phasenempfängern führen, sind Phasenschieberanordnungen 46 bzw. 47 vorgesehen, die es ermöglichen, daß die Signale der örtlichen Oszillatoren oder Empfangsoszillatoren in der Phase um 90 selektiv verschoben werden können.

In der Fig. 3 sind zwei mit A und B bezeichnete Antennen dargestellt, die Signale von entfernten Quellen (nicht gezeigt) empfangen. Die Signalweglängen dieser Signale von den entfernten Quollen unterscheiden sich für die beiden

Antennen um den Abstand AC bzw. AC'. Für empfangene Signale irgendeiner vorgegebenen Wellenlänge geben diese Signalwegunterschiede Anlaß zu Phasenunterschieden zwischen den Signalen, die an den Antennen A und B ankommen. Wenn der Abstand zwischen diesen beiden Antennen größer als die Wellenlänge des empfangenen Signals ist, gibt es mehr als einen möglichen Wegunterschied, der Anlaß zu einer besonderen Phasendifferenz gibt. Gleichermaßen gibt es besondere Empfangssignalfrequenzen, bei denen sich die Wegunterschiede AC und AC der Fig. 3 voneinander genau um eine Wellenlänge oder genau um ein Vielfaches einer Wellenlänge unterscheiden, so daß die Signale, die von den beiden eingezeichneten Richtungen ankommen, an den Antennen A und B dieselbe Phasendifferenz hervorrufen.

In der Fig. 4 sind beispielshalber die Richtungen gezeigt, in denen ein Signal mit einer Wellenlänge von 1/5 des Abstands zwischen den Antennen A und B an den beiden Antennen in Antiphase ankommen kann (ausgezogene Linien). Es gibt insgesamt zehn Richtungen, die symmetrisch um die Normale 48 zu der Grundebene 49 angeordnet sind, in der die Antennen A und B liegen. Weiterhin sind die Richtungen eingezeichnet, aus denen ein Signal derselben Wellenlänge, das auf zwei Antennen A und B mit einem Abstand von 3/5 des Abstands der Antennen A und B auftrifft, Anlaß zu einer ähnlichen Phasendifferenz gibt. Wie man sieht, gibt es lediglich zwei Einfallsrichtungen, nämlich 30° zu beiden Seiten der Normalen 48, aus denen ein Signal Anlaß zu den obigen Phasendifferenzen bei zwei Antennenpaaren geben könnte. Obgleich die gemessene Phasendifferenz bei Jedem dieser Antennenpaare Anlaß zu einer gewissen Zwei- oder Mehrdeutigkeit im Einfallswinkel des Signals geben kann, beseitigt die kombinierte Information von den beiden Antennenpaaren mit unterschiedlichen Abständen weitgehendst diese Zweioder Mehrdeutigkeit.

Ein Antennenpaar mit einem Abstand, der kleiner als die Wellenlänge der einfallenden Signale 1st, liefert einen eindeutigen Wert für den Einfallswinkel, und zwar mit einer Genauigkeit, die durch die Auflösung des Phasenvergleichers 27 begrenzt ist. Bei den oben beschriebenen, größeren Antennenabständen führt derselbe Auflösungsgrad des Phasenvergleichers 27 zu einer höheren Genauigkeit, was auf den kleineren Bereich der Einfallwinkel für einen gegebenen Bereich der Phasendifferenz zurückzuführen ist. Im allgemeinen werden einige Antennenpaare mit verschiedenen Abständen verwendet, um unzweideutige Werte für den Einfallswinkel mit annehmbarer Genauigkeit miteinander zu vereinigen.

Das in der Fig. 5 gezeigte System ist normalerweise so angeordnet, daß es ein einfallendes Signal analysiert, das bereits von einem Suchempfänger (nicht dargestellt) erfaßt worden ist, oder daß es vorher erhaltene Werte auf den neuesten Stand bringt. Dabei werden die Schalter 26 und 32 so betätigt, daß sie die jeweils erforderliche Referenz- und Phasenempfängeranordnung mit dem Phasenvergleicher 27 verbinden. Der örtliche Oszillator oder Empfangsoszillator ist so ausgebildet, daß er die erforderliche Frequenz in Abhängigkeit von gespeicherter Information erzeugt, die auf das relevante Einfall- oder Empfangssignal bezogen ist. Wenn das ankommende oder einfallende Signal im Band von 0,5 bis 2,0 GHz liegt, befinden sich die Schalter 26 und 32 in dem in der Zeichnung dargestellten Zustand. Der Schalter 28 wird so angesteuert, daß er schrittweise weitergeschaltet werden kann, um die Antennen 5, 6, 8 und 9 der Reihe nach mit dem Eingang des abstimmbaren Filters 29 zu verbinden, wobei allerdings notwendigerweise nicht die genannte Reihenfolge eingehalten werden muß. Die vier Werte für die Phasendifferenz, die man von den vier Antennenpanren erhält, werden in einem Digitalumsetzer 50 in ein digitales Format gebracht.

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Die digitalisierten Werte und die Frequenz des Empfangssignals werden an eine nicht dargestellte Verarbeiter- oder Prozessoreinheit weitergeleitet, die den Einfallswinkel des Empfangssignals bestimmt.

Die Phasenschieberanordnung 46 kann man verwenden, um unter Zwischensignalen in den beiden Seitenbändern zu unterscheiden, so daß man bestimmen kann, ob das Empfangssignal hinsichtlich seiner Frequenz oberhalb oder unterhalb des Signals vom örtlichen Oszillator oder Empfangsoszillator liegt.

Die dargestellte Anlage kann man auch dafür verwenden, um irgendeinen beonseren Frequenzbereich nach einer Aktivität abzusuchen, indem man den geeigneten Mischern eine Reihe von Empfangsoszillatorsignalen unterschiedlicher Frequenz zuführt, und zwar in einer solchen Weise, daß der Frequenzbereich nach Art einer Reihe von "Fenstern" abgedeckt wird.' Irgendeine Aktivität in irgendeinem oder in mehreren benachbarter Fenster könnte bei ihrer Erfassung oder im Anschluß an ihre Erfassung analysiert werden, um die Einfallsrichtung zu bestimmen und irgendwelche charakteristische Signalveränderungen oder SignalSchwankungen aufzuzeigen. So könnte man beispielsweise das Frequenzband von 0,5 bis 2,0 GHz mit einer Serie von 150 Fenstern abdecken, die jeweils 10 MHz breit sind. Dies würde durch Filter im Empfängerkanal definiert werden, wobei bei einer Suchzeit von 750 ms die Verweilzeit für jedes Fenster 5 ms wäre.

Falls es notwendig ist, könnte man besonderen beschränkten Frequenzbereichen einen Prioritätsgrad zuordnen, und zwar in einer solchen Weise, daß diese Frequenzbereiche in häufigeren Intervallen als andere Frequenzbereiche durchsucht werden.

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Der nicht dargestellte Frequenzsynthesizer könnte Testsignale erzeugen, die man mit Hilfe von Kopplern 51 den betreffenden Empfängereingängen zuführen könnte.

Die Weg- oder Bahnlängen von den Antennen 5, 6, 8 und 9 durch den Schalter 28 zum Ausgang dieses Schalters sollten alle gleich sein, da irgendwelche Ungleichmäßigkeiten direkt die Genauigkeit der Phasenmessung beeinträchtigen.

Bei dem Referenzempfänger kann es sich um einen relativ hochwertigen Empfänger handeln, der im wesentlichen nicht auf Stör- oder Nebenfrequenzen anspricht. Mit Hilfe eines solchen Empfängers kann man die verschiedenartigen Eigenschaften der empfangenen Signale genau feststellen. Der Phasenempfänger kann hingegen von einer einfachereren Konstruktion sein, da er lediglich zur Phasenmessung herangezogen wird. Die Verwendung von nur zwei Empfängern ver-

einfacht den Phasennachlauf, auf denjenigen der Antenne zu den Schaltwegen, während man das Verhalten der Anlage in ihrer Gesamtheit durch Hinzufügen oder Entfernen von Antennen sowie durch Ändern des Antennenschalters verändern kann.

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THE MARCONI COMPANY LIMITED, Chelmsford, Essex, England

Patentansprüche

Funkpeilanlage, bei der der Einfallswinkel von Funk-Signalen, die auf zwei oder mehrere, voneinander beabstandete Antennenelemente der Anlage treffen, wenigstens teilweise aus der relativen Phase oder den relativen Phasen der Funksignale bestimmt wird, die auf die genannten Antennenelemente treffen,

dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Antennenelemente (5, 6, 7, 8) vorgesehen sind, von denen ein Antennenelement (7) mit einem ersten Funkempfänger (23 bis 25) verbunden ist, während die übrigen Antennenelemente (5, 6, 8) der Reihe nach mit einem zweiten Funkempfänger (29 bis 31) verbunden werden, und daß aufein-' anderfolgende Werte der relativen Phase zwischen den von den beiden Empfängern empfangenen Signale herangezogen werden, um einen Wert für die Einfallsrichtung des Funksignals in bezug auf die genannten Antennenelemente abzuleiten.
2. Funkpeilanlage, bei der auf voneinander beabstandete Antennenelemente treffende Funksignale bezüglich der Phase miteinander verglichen werden und der Wert der Phasendifferenz herangezogen wird, um den Einfallswinkel der Funksignale bezüglich der Antennenelemente zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Funkempfängeranordnungen (23 bis 25; 29 bis 31) vorgesehen sind und drei oder mehrere, voneinander beabstandete Antennenelemente (5» 6, 7, 8) vorhanden sind, daß die eine Empfängeranordnung (23 bis 25) so angeordnet ist, daß sie die Funksignale von nur einem Antennenelement (7) von den drei

oder mehreren Antennenelementen empfängt, und die andere Empfängeranordnung (29 bis 31) so angeordnet ist, daß sie die Funksignale von irgendeinem Antennenelement der übrigen Antennenelemente (5, 6, 8) wahlweise empfängt, und daß der Einfallswinkel der Funksignale aus den betreffenden Phasendifferenzen zwischen den Funksignalen bestimmt wird, die von dem einen Antennenelement (7) und von den jeweils anderen Antennenelementen (5, 6, 8) empfangen werden.
3. Funkpeilanlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß Signale, die die Phasendifferenzen darstellen, digital codiert und in einer digitalen Speichereinrichtung gespeichert werden.
4. Funkpeilanlage nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die übrigen Antennenelemente (5, 6, 8) der Reihe nach mit der anderen Empfängeranordnung (29 bis 31) verbunden werden, um eine Folge von Phasendifferenzsignalen zu erzeugen, aus denen ein Wert für den Einfallswinkel der Funksignale ableitbar ist.
5. Funkpeilanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens fünf Antennenelemente (5 bis 9; 10 bis 15; 16 bis 21) vorgesehen sind.
6. Funkpeilanlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß örtliche Oszillatorsignale für die Funkempfängeranordnungen unter Verwendung eines Frequenzsynthesizers erzeugt werden.

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7. Funkpeilanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitalcodiertes Signal, das eine Phasendifferenz darstellt, und ein digitalcodiertes Signal, das die Frequenz des empfangenen Signals darstellt, einem Prozessor zugeführt werden, um den Einfallswinkel des empfangenen Signals zu bestimmen.
8. Funkpeilanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der beiden Empfängeranordnungen auch herangezogen wird, um andere Eigenschaften eines empfangenen Signals als den Signaleinfallswinkel festzustellen.

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