DE3046517C2 - Doppler-Funkpeiler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppler-Funkpeiler laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Dopplerpeiler, bei denen das von einer, ggfs. simuliert, rotierenden Antenne aufgrund des Dopplereffektes frequenzmodulierte Hochfrequenzsignal demoduliert und in seiner Phase mit einer rotationsfrequenten Bezugsschwingung verglichen wird, besitzen die Fähigkeit, auch dann noch ein nahezu fehlerfreies Peilcrgebnis anzuzeigen, wenn neben einem zu peilenden Hochfrequenzsignal noch ein schwächeres Störsignal empfangen wird, das mit dem zu peilenden Hochfrequenzsignal kohärent ist und beispielsweise durch Reflexionen entstanden ist oder das auch inkohärent sein kann, d. h. von einem anderen Sender stammt jedoch frequenzmäßig im Durchlaßbereich des Peilempfängers liegt. Diese Fähigkeit des Dopplerpeiler beruht auf dem hierbei angewandten Frequenzmodulationsverfahren und ist vergleichbar mit dem bei der Nachrichtenübertragung mit Frequenzmodulation bekannten sogenannten Capture-Effekt. Dieser Capture-Effekt ist um so ausgeprägter, je größer der Frequenzhub isL Beim Dopplerpeiler bedeutet dies eine abnehmende Störbeeinflussung mit zunehmendem Antennenkreisdurchmesser.

Diese Fähigkeit des Dopplerpeiler, Störsignale zu unterdrücken und ein nahezu fehlerfreies Peilergebnis anzuzeigen, gilt jedoch nur, solange das gepeilte stärkere Hochfrequenzsignal das schwächere um mehr

H als etwa 6 dB übersteigt Liegen die Amplituden von zwei inkohärenten Hochfrequenzsignalen in der gleichen Größenordnung, so wird auch beim Dopplerpeiler ein falsches Peilergebnis angezeigt, nämlich ein Azimutwert, der zwischen den wahren Einfallsrichtungen der beiden Hochfrequenzsignale liegt Der Dopplerpeiler zeigt je nach Amplitudenverhältnis der beiden Signale in die Einfallsrichtung des einen oder des anderen Signals oder in eine dazwischenliegende Richtung. Bei azimutal nah benachbarten Einfallsrich-

r> tungen unterscheiden sich alle Möglichkeiten der vom Peiler angezeigten Richtungen nur wenig. Wenn jedoch eine große Azimutdifferenz der Einfallsrichtungen vorliegt, ist die Anzeige eines irgendwo zwischen beiden Einfallsrichtungen liegenden Azimutwertes im allgemeinen unbrauchbar.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Dopplerpeiler zu schäften, mit dem feststellbar ist, ob ein Peilergebnis nahezu fehlerfrei ist oder ob mit einem großen Peilfehler infolge des gleichzeitigen Empfangs von kohärenten oder inkohärenten Hochfrequenzsignalen gerechnet werden muß.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Dopplerpeiler laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unterinsprüchen.

Die Erfindung macht sich folgende in Fig. 1 schematisch dargestellte Erkenntnis zunutze:
Wird aus der Signalspannung Up der rotierenden Peilantenne eines Dopplerpeiler und einer gleichzeitig mit einer Referenzantenne gewonnenen Signalspannung Ur die vektorielle Summe 5 und D gebildet, dann stehen die Pendelzeiger 5und Oder Summenspannung und Differenzspannung unabhängig von Modulationen und von der Anlennenrotation aufeinander senkrecht, wenn nur eine einzige Hochfrequenzwelle einfällt und die Amplitude der Ausgangsspannung des Peilempfangskanals und des Referenzempfangskanals gleich groß sind. Ist dagegen eine inkohärente Störwelle vorhanden, die bezogen auf die Amplitude der Hauptwelle eine Störamplitude s besitzt, so ändert sich sowohl die Signalspannung i/«der Referenzantenne als auch die Signalspannung t/pder rotierenden Peilantenne und zwar im Takte der Differenzfrequenz der beiden einfallenden Wellen. Damit wird deren Amplitude entsprechend geändert und auch die Orthogonalität von Summen- und Differenzspannung S Und D wird entsprechend gestört. Wenn eine kohärente Störwelle vorliegt, bleibt zwar die Amplitude der Signalspannung Ur der Referenzantenne konstant und wird nur durch den Störanteil verändert, die rotierende Peilantenne durchläuft aber bei ihrem Umlauf durch das gestörte Feld Orte großer und Orte kleiner Amplitude, so daß

sich die Amplitude der Signalspannung Up der Peilantenne mit der Umlauffreqzenz ändert und wiederum die Orthogonalität von Summen- und Differenzspannung S und D im Takte der Umlauffrequenz gestört wird. Wird im Sinne der Erfindung durch "> eine geeignete Auswertschaltung festgestellt, daß die Summen- und Differenzspannungen S und D eine gegenseitige Phasenverschiebung von 90° besitzen, ist dies ein Zeichen dafür, daß keine Störung vorliegt, also das angezeigte Peilergebnis nahezu fehlerfrei ist. Wird in jedoch festgekeilt, daß die Phasenverschiebung zwischen S und D von 90° abweicht, ist dies ein Zeichen dafür, daß eine Störung vorliegt, das gewonnene Peilergebnis also möglicherweise nicht richtig ist. Wird dies entsprechend angezeigt oder bei automatischen Dopplerpeilern dieser Art bei der Ausgabe dieses Peilergebnisses entsprechend mitausgegeben, kann vermieden werden, daß das Peüergebnis irrtümlich als richtig ausgewertet wird.

Die erfindungsgemäße Maßnahme kann auf sehr einfache Weise bei den bisher üblichen Dopplerpeilern angewendet werden, da hier aus anderen Gründen meist schon eine entsprechende Referenzantenne mit zugehörigem gesonderten Empfangskanal vorgesehen ist. Zur Verbesserung der Peilempfindlichkeit bei Dopplerpei- 2ί lern ist es beispielsweise bekannt, neben der eigentlichen Peilantenne mit zugehörigem Empfangskanal eine zusätzliche Referenzantenne mit einem zugehörigen gesonderten Empfangskanal vorzusehen (DP 12 98 162). Das erfindungsgemäße Prinzip kann auch angewendet 3« werden, wenn in bekannter Weise gleichzeitig oder nacheinander jeweils Peilsignale aus einer simulierten Rechtsrotation und Linksrotation der Antenne gewonnen werden (DP 12 04 288 bzw. 26 13 055), wenn beispielsweise jeweils die Summen- und Differenzspannungen S und D aus der Signalspannung der Referenzantenne und der Signalspannung eines der beiden Umlaufrichtungen gewonnen wird. Wenn die beiden Abtastvorgänge für Rechts- und Linksrotation gleichzeitig durchgeführt und ausgewertet werden, (beispielsweise nach DP 26 13 055 bzw. älterer Patentanmeldung P 3 00 05 561), so kann eine zusätzliche Referenzantenne entfallen, denn die für das erfindungsgemäße Prinzip nötige Bildung der Summen- und Differenzspannung kann in diesem Fall von den Signalspannungen gewonnen werden, die von der Rechtsrotation und der Linksrotatiop stammen.

Die Feststellung, ob die Phasenverschiebung von Summe- und Differenzspannung 90° beträgt oder nicht, kann mit jeder bekannten hierfür geeigneten Einrichtung durchgeführt werden, beispielsweise auch mit einem geeigneten Phasenmesser. Als besonders vorteilhaft hat es sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung jedoch erwiesen, hierfür einen einfachen Multiplikator zu verwenden, der nach Art eines phasenempfindlichen Gleichrichters wirkt und unabhängig vom Vorzeichen der gegenseitigen Phasenverschiebung arbeitet. Ist die Phasenverschiebung ±90°, so liefert ein solcher Multiplikator unabhängig vom Vorzeichen der Phasenverschiebung die \usgangsspannung Null. 1st die Phasenverschiebung zwischen 5und D nicht mehr 90°, liegt also ein Störsignal vor, so entsteht am Ausgang des Multiplikators eine Spannung, die in ihrer Zeitabhängigkeit von der Umlauffrequenz der Peilantenne und der Differenzfrequenz der beiden empfangenen Hochfrequenzsignale bestimmt ist und deren Amplitude dsm Produkt der Amplituden der beiden empfangenen Hochfrequenzsignale proportional ist, also ein Maß fur die Güte des Peilergebnisses darstellt. Mit dieser Ausgangsspannung kann deshalb unmittelbar angezeigt und ausgewertet werden, ob ein gewonnenes Peüergebnis nahezu fehlerfrei ist oder ob bei ihm mit einem großen Fehler gerechnet werden muß.

Mit einfachen Zusatzmaßnahmen nach den Unteransprüchen kann die Empfindlichkeit gesteigert und auch noch festgestellt werden, ob die Störung auf den Empfang von kohärenten oder inkohärenten Signalen zurückzuführen ist

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert

Fig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild eines üblichen Dopplerpeiler mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Feststellen der Peilgüte. Der eigentliche Dopplerpeiler besteht aus einer Peilantenne 1 mit mehreren auf einem Kreis angeoroneten Einzelantennen, die über eine Umlauf-Abtasteinrichtung 2 zur Simulierung einer rotierenden Antenne nacheinander abgetastet werden. Das so aufgrur? des Dopplereffektes frequenzmoduiierte Ausgangssignai jer Peilantenne 1 wird in einem ersten Empfangskanal 3 verstärkt und in eine Zwischenfrequenz umgesetzt. Zusätzlich zur eigentlichen Peilantenne 1 ist in bekannter Weise noch eine zusätzliche Referenzantenne 4 vorgesehen, deren Hochfrequenzsignale in einem zweiten Empfangskanal 5 wiederum verstärkt und in eine Zwischenfrequenz umgesetzt werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Frequenzumsetzung in den beiden Empfangskanälen 3 und 5 über einen gemeinsamen Überlagerungsoszillator 6, es könnten jedoch genauso gut für beide Kanäle 3 und 5 jeweils gesonderte Überlagerungsoszillatoren vorgesehen sein. Mit den in eine Zwischenfrequenzlage umgesetzten Ausgangssignalen der beiden Empfangskanäle 3 und 5 wird dann nach dem bekannten Kompensationsmischverfahren in einem Kompensationsmischer 7 und gegebenenfalls in einem nachgeschalteten Kammfilter 8 das Ptilsignal weiter ausgewertet und schließlich im Demodulator 9 demoduliert. Das so mit der Frequenz der Antennenabtastung gewonnene niederfrequente Peilsignal wird dann in der eigentlichen Auswerteinrichtung 10 in der Phase mit einem von der Abtasteinrichtung 2 abgeleiteten umlauffrequenten Bezugssigna! verglichen und daraus das Peüergebnis abgeleitet und angezeigt.

Die beiden Empfangskanäle 3 und 5 sind so dimensioniert oder durch eine zusätzliche Regelschaltung so ausgebildet, daß ihre zwischenfrequenten Ausgangsspannungen Up bzw. Ur gleiche Amplitude besitzen. Diese Ausgangssignale werden nach der Erfindung einem Summenbildner 11 und einem Differenzbildner 12 zugeführt und daraus die in F i g. 1 darg-.siellte Summenspannung 5 und Differenzspannung D gebildet, die einem Multiplikator 13 zugeführt werden, in welchem also die Summen- und Differenzspannungen S und D miteinander multipliziert werden. Besitzen die Spannungen 5 und D eine gegenseitige 90°-Phasenverschiebung, so liefert der Multiplikator 13 die Ausgangsspannung 0 als Kriterium für ein fehlerfreies Peüergebnis, da in diesem Fall kein kohärentes oder inkohärentes Störsigna) nennenswerter Amplitude vorhanden ist. Weicht die Phasenver Schiebung jedoch von 90° ab, so tritt am Ausgang des Multiplikators 13 eine Spannung auf, die in ihrer Zeitabhängigkeit von der Umlauffrequenz der Abtasteinrichtung 2 und der Differenzfrequenz der beiden

gleichzeitig empfangenen Hochfrequenzsignale bestimmt ist und deren Amplitude dem Produkt aus den beiden Hochfrequenzsignalen proportional ist Die Ausgangsspannung des Multiplikators ist also ein MaB für die zu erwartende Peilgüte.

Das Ausgangssignal des Multiplikators 13 wird nach Durchlaufen eines Filters 14 in einem Gleichrichter 15 gleichgerichtet und die so entstehende Gleichspannung ka'in beispielsweise als Peilgütcsignal an einer Anzeigeeinrichtung 16 zusätzlich zum Peilergebnis angezeigt werden. Das Filter 14 ist im einfachsten Fall ein Tiefpaß. der die Trägerfrequenz und ihre Harmonischen iiuifiltert. Der ils phasenempfindlicher Gleichrichter wirkende Multiplikator 13 hat die vorteilhafte F.igenschnfi. unabhängig vom Vorzeichen der Phasenverschiebung zu arbeiten. Fir hat außerdem den Vorteil, daß seine Ausgangsspannung unmittelbar der Störamplitude proportional ist. Kleine Störsignale ergeben kleine Ausgangsspannungen am Gleichrichter 15 und werden damit auch als solche unmittelbar angezeigt.

Mit dem Ausgangssignal des Gleichrichters 15 können neben der Pcilgüteanzeige Tuch noch weitere Steuervorgänge im Peiler ausgelöst werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Spannungskomparator 17 vorgesehen, der das Ausgangssignal des Gleichrichters 15 mit einer Schwellwertspannung V .ergleicht. Überschreitet die Ausgangsgleichspannung es Gleichrichters 15 diesen Schwellwert V" wird also festgestellt, daß zwei kohärente oder inkohärente Hochfrequenzsignale empfangen und ausgewertet werden, deren Amplituden etwa in der gleichen Größenordnung liegen, so wird über den Komparator ein entsprechender Alarm ausgelöst oder über eine geeignete Verknüpfung mit der eigentlichen Peilergebnis-Anzeigeeinrichtunp 11 die Anzeige des zugehörigen Peilcrgebnisses unterdrückt oder das bei einem automatischen Peiler ausgegebene Peilergebnis entsprechend als möglicherweise fehlerhaft gekennzeichnet.

Bei sehr kleinen Hochfrequenzsignalen können Probleme durch Rauschen entstehen, die Schwelle V muß dann im Kompromiß zwischen Entdeckungswahrscheinlichkeit und Fehlalarmrate eingestellt werden. Kine beträchtliche Empfindlichkeitssteigerung gegenüber Rauschen ist erreichbar, wenn das Filter 14 nicht als einfacher Tiefpaß ausgebildet wird, sondern als Filterbank mit vielen benachbarten schmalbandigen Bandpaß-Durchlaßbereichen, deren Ausgangsspannungen jeweils einzeln gleichgerichtet werden. In moderner Technologie ist dies mit einem F'ourier-Prozessor möglich, der das Ausgangssignal des Multiplikators 13 in Fichtzeit analysiert beispielsweise nach Weber. Wengcrt: »Erfahrungen im Umgang mit einem 512-Slufen-CZT-Spektrumanalysator«. Nachrichten-Elektronik 5 — 1979). Am Ausgang eines solchen Fourier-Prozessors entsteht eine Folge von Impulsen, welche die Bedeutung von Fourier-Koeffizienten haben und deren Größe ein Maß für die Störung ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Filter 14 als Kammfilter auszubilden. Auf diese Weise ist es möglich, zwischen kohärenten Störsignalen und inkohärenten Störsignalen zu unterscheiden. Die in der Ausgangswechselspannung des Multiplikators 13 enthaltenen Frequenzkomponenten besitzen im Falle kohärenter Hochfrequenzsignale nur umlauffrequente Frequenzkomponenten und deren Harmonische. Die Frequenzlage dieser Wechselspannungskomponenten hängt dagegen beim Empfang von inkohärenten, d. h. also von unterschiedlichen Sendern stammenden Hochtrequenzsignaien von der Difrerenzfrequenz dieser beiden Hochfrequenzsignale ab. Durch Bewertung der Ausgangswechselspannung des Multiplikators 13 mit einem mit der Umlauffrequenz synchronisierten Kammfilter kann also festgestellt werden, ob das fehlerhafte Peilergebnis von kohärenten oder inkohärenten Signalen herrührt. Wird beispielsweise als Filter 14 ein mit dem Antennenumlauf synchronisiertes Kammfilter zwischengeschaltet, so werden nur kohärente hochfrequenzsignale ausgewertet. Gleichzeitig wird wieder durch die schmalen Durchlaßbereiche des Kammfilters eine wesentliche Empfindlichkeitssteigerung gegenüber Rauschen erreicht. Werden in der Ausgangswechselspannung des Multiplikators 13 die umlauffrequenten Frequenzkomponenten und ihre Harmonischen durch ein entsprechend dimensioniertes Kamm-Sperrfilter unterdrückt, so werden ausschließlich inkohärente Frequenzsignale ausgewertet. Solche Kammdurchlaßfilter bzw. Kammsperrfilter sind bekannt und lassen sich beispielsweise als N-Pfad-Filter (Smith »Analysis of Commutated Networks« Trans. IRE, PGAE-10, December 1953, S. 21-26) oder auch als Digitalfilter realisieren. Unter Verwendung von Mikroprozessoren läßt sich bei digitaler Realisierung softwarenmäßig zwischen Kammdurchlaßfilter- und Kammsperrfilterbetrieb umschalten. Kammsperrfilter sind in der Radartechnik auch als Bewegtzielfilter bekannt (Skolnik »Radar-Handbook«, Chapter 17) und können digital oder auch analog realisiert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Doppler-Funkpeiler mit einem das frequenzmodulierte Hochfrequenzsignal der Peilantennenanordnur.g auswertenden ersten Empfangskanal und einem das Hochfrequenzsigna! einer weiteren Antenne auswertenden zweiten Empfangskanal, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspar.nungen (Up, Ur) beider Empfangskanäle (3,5) auf gleiche Amplitude geregelt sind, aus diesen Ausgangsspannungen jeweils deren Summe (S) und Differenz. (D) gebildet wird und mittels einer Auswertschaltung (13, 14, 15) festgestellt wird, ob zwischen der Summen- und der Differenzspannung eine Phasenverschiebung von 90° besteht oder nicht

2. Peiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertschaltung einen die Summen- und Differenzspannungen (S. D) multiplizierenden Multiplikator (13) umfaßt.

3. Peiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß rttm Multiplikator (13) ein Filter (14) mit darauffolgendem Gleichrichter (15) nachgeschaitet ist.

4. Peiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (14) als Tiefpaßfilter ausgebildet ist.

5. Peiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (14) mehrere frequenzmäßig benachbarte Bandpaßfilter umfaßt.

6. Peiler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (14) durch einen Fourier-Prozessorgebilde' ^:si.

7. Peiler nach Ansnruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (14) ein Kamm-Durchlaßfilter und/oder ein Kamm-Sperrfilter ist, das mit der Umlauffrequenz der rotiert,iden Aniennencharakteristik synchronisiert ist.

8. Peiler nach Ansprüchen 2 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der gleichgerichteten Ausgangsspannung des Gleichrichters (15) mit dem Peilergebnis durch eine Anzeigeeinrichtung (16) angezeigt wird.

9. Peiler nach Ansprüchen 2 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes (V) der Amplitude der gleichgerichteten Ausgangsspannung des Gleichrichters (15) ein Alarmsigna! ausgelöst wird und damit die Ausgabe eines Peilergebnisses unterdrückt und/oder die Anzeige des zugehörigen Peilergebnisses zusätzlich gekenny.cichnet wird.