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Funkpeiler
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Die Erfindung betrifft einen Funkpeiler laut Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Funkpeiler dieser Art, bei denen bereits auf der Hochfrequenzseite
also unmittelbar im Antennensystem eine dem EinfallswirLkel entsprechende sencharakteristik
durch eine Drehfelderregung erzeugt wird, sind bekannt (Peiler der Firma Anaren,
Defens Electronics Review, August 1979, S. 33 - 36 bzw. Peiler der Firma Argosystems).
Peiler dieser Art besitzen den Vorteil, daß mit Ihnen auch die Einfallsrichtung
von Signalen bestimmt werden kann, die nur in Form. von Einzelimpulsen im Mikrosekundenbereich
vorliegen, sie besitzen jedoch eine Reihe von anderen Nachteilen. So ist beispielsweise
die erreichbare Peilgenauigkeit nicht sehr hoch. Bei dem bekannten Peiler der Firma
Argos wird die hochfrequente Phasenauswertung einer Drehfeld-Antennencharakteristik
gegenüber einer Einzelantennencharakteristik mit Rundstrahldiagramm ausgewertet,
der Gleichlauf zwischen einer Drehfeld-Antennencharakteristik und einer Rundstrahlk3Lte
m encharakteristik ist in der Praxis schwer erreichbar. Mit dem bekannten Peiler
kann außerdem nur eine digitale Auswertung und Anzeige durchgeführt werden, es ist
keine einfache Analogdarstellung des Peilergebnisses über einer 3600-Kreisskala
möglich, Entsprechendes gilt für den Peiler der Firma Anaren. Dort werden zwar zwei
gegenläufige Drehfeld-Antennencharakteristiken
ausgewertet, jedoch
mit dem doppelten Einfallswinkel.
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Eine solche Phasenauswertung mit dem doppelten gegenläufigen Einfallswinkel
ist mehrdeutig und bei dem bekannten Peiler wird daher noch eine Grobpeilnng durchgeführt
und zwar durch eine dritte Drehfeld-Antennencharakteristik, die dem einfachen Einfallswinkel
entspricht und die mit der in gleicher Richtung erzeugten Drehfeld-Antennencharakteristik
des doppelten EXnfallswinkels in Beziehung gesetzt wirde Dieses bekannte System
ist relativ aufwendig, es muß ein relativ aufwendiges Antennensystem verwendet werden,
um die gewünschten drei unterschiedlichen Drehfeld-Antennencharakteristiken zu erzeugen.
Vor allem ist auch hiermit keine einfache und eindeutige Analogdarstellung des Peilergebnisses
möglich.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Monopuls-Funkpeiler zu schaffen,
der mit relativ geringem Aufwand gleichzeitig eine einfache und eindeutige analoge
und digitale Peilwinkelauswertung und Anzeige ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Funkpeiler laut Oberbegriff
des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Mit einem erfindungsgemäßen Funkpeiler kann das Peilergebnis einerseits
sehr genau digital ausgewertet und angezeigt werden, gleichzeitig ist es aber auch
möglich, den Peilwinkel unmittelbar als Analogwert eindeutig auf dem Schirmbild
einer Kathodenstrahlröhre anzuseigen.
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Damit ermöglicht ein erfindungsgemäßer Funkpeiler eine Nonopuls-Peilung
mit dem gleichen KOmfOr'¢9 wie dies bisher nur mit sogenannten UmlaufpeilernS beispielsweise
nach dem Dopplerprinzip, möglich ist9 also mit Funkpeilern, bei denen über eine
Antennenabtastung auf der
Niederfrequenzseite eine beispielsweise
gegenläufige Rotation einer Antennencharakteristik simuliert wird (beispielsweise
nach DP 30 00 561). Solche Umlaufpeiler haben einen Entwicklungsstand erreicht,
der es erlaubt, das Peilergebnis einerseits sehr einfach und genau auf digitalem
Wege zu ermitteln, bei denen gleichzeitig ohne großen Zusatzaufwand jedoch auch
eine übersichtliche Analogdarstellung möglich ist, die eine Beusteilung.der Peilgüte
erlaubt. Durch die Analogdarstellung können beispielsweise Feldverzerrungen durch
Reflektoren oder durch Interferenzen zweier Sender sichtbar gemacht werden, die
Strichlänge der Analogdarstellung ist ein Mmß für den Elevationswinkel, also den
Winkel, unter welchem das Peilsignal gegenüber der eigentlichen Peilebene, in welchem
die Antennen kranzförmig angeordnet sind, schräg geneigt einfällt. Ein Nachteil
dieser bekannten Umlaufpeiler ist allerdings, daß für eine Peilung mindestens die
Zeit eines Antennenumlaufes benötigt wird.
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Nach der Erfindung wird also erstmals ein Funkpeiler geschaffen, der
die Vorteile eines Monopuls-Peilers der zuerst erwahnten Art mit den Vorteilen eines
Umlaufpeilers der oben geschilderten Art in sic vereinigt. Bin erfindungsgemäßer
Funkpeiler entspricht in seinem Aufbau weitgehend.einem bekannten Umlaufpeiler,
es ist lediglich nötig, anstelle der bei solchen Umlaufpeilern vorgesehenen Antennenabtasteinrichtung
ein entsprechendes lTetzwark unmittelbar am Fußpunkt der Antennen vorzusehen, mit
dem bereits hochfrequenzmäßig die erfindungsgemäßen Drehfeld-Antennencharakteristiken
erzeugt werden, wobei das bei solchen bekannten Umlaufpeilern vorgesehene Referenzaignal,das
beim Umlaufpeiler von der Antenneabtasteinrichtung @mlaufsynchron erzeugt wird,
durch das
von der gesonderten Rundstrahlantenne erzeugte oder ebenfalls
unmittelbar über das Netzwerk aus den Drehfeld-Antennencharakteristiken rückgewonnene
azimutunabhängigen Referenzsignal ersetzt wird Die distale bzw. analoge Peilwinkelauswertung
kann dann in gleicher Weise durchgeführt werden, wie dies bei den bekannten Umlaufpeilern
beispielsweise nach DP 30 00 561 oder nach Patentanmeldung P 31 47 816 für einen
Umlaufpeiler beschrieben ist.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Nonopuls-Funkpeilers
und zwar im Zusammenhang mit einem Antennensystem, das aus mehreren vorzugsweise
kranzförmig längs eines Kreises angeordneten Einzelantennen 1 bis N besteht. Die
Ausgänge dieser Einzelantennen 1 bis N sind über ein Koppelnetzwerk 10 so miteinander
verknapft, daß sich an den Ausgängen P1 und P2 jeweils gegenläufige Drehfeld-Antennencharakteristiken
ergeben, bei denen die hochfrequente Phase des Ausgangssignals exakt dem Einfallsinkel
α bzw. -α der einfallenden und zu peilenden Welle entspricht (laufzeitbedingte
konstante Phasenfehler seien bei dieser Betrachtung der Einfachheit halber weggolassen).
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Die hierbei angewandte Drehfelderregung ist bekannt, siehe beispielsweise
Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Meinke-Grundlach, 1956, S. 448-450. Die so
erzeugten von einer gegenläufigen Drehfeld-Antennencharakteristik abgeleiteten Peilsignale
der Ausgänge Pl und P2 werden über entsprechende Hochfrequenz-Empfänger 11 und 12
verstärkt und dann entweder einer Analoganzeigevorrrichtung 1 8 und/oder einer geeigneten
digital arbeitenden Auswert- und Anzeigeeinrichtung 19
zugeführt.
Gleichzeitig wird im Koppelnetzwerk 10 durch gleichphasige Gummierung der Ausgangssignale
der Einzelstrahler 1 bis N am Ausgang R ein Referenzsignal erzeugt, dessen Phase
unabhängig vom Einfallswinkel 0t der Welle konstant bleibt, das also azimutunabhängig
ist. Dieses Referenzsignal dient in den Einrichtungen 13 und 14 zur Bestimmung der
Eindeutigkeit des Einfallswinkels oC. Auch dieses Referenzsignal wird über einen
Empfängerzug 13 verstärkt.
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Die Peilwinkelauswertung und Anzeige auf analogem Wege in der Einrichtung
18 erfolgt beispielsweise genauso wie bei dem Umlaufpeiler nach DP 30 00 561, aus
den beiden Peilsignalen 91 und 92 wird über eine Stzmiersçhaltung 15 einerseits
das Summensignal und über eine Differenzschaltung 16 andererseits das Differenzsignal
gebildet, das Summensignal oder das Differenzsignal wird dann über einen Phasenschieber
um + oder - in der Phase verschoben. Das Differenzsignal wird dem X-Ablenksystem
einer Kathodenstrahlröhre zugeführt während das Summensignal dem Y-Ablenksystem
zugeführt wird. Aus der Ableitung nach Fig. 1 ergibt sich damit unmittelbar der
Peilwinkel ob, als Strich auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre. Hierbei werden
die vollen 3600 des Bildschirmkreises ausgenutzt und die Anzeige ist daher zunächst
zweideutig. EindeutigteSt wird durch das zusätzlich noch zugeführte Referenzsignal
F erreicht, das in richtiger Phase, beispielsweise über einen zusätzlichen Phasenschieber
14 dem Z-Kanal der Kathodenstrahlröhre zugeführt wird und die falsche Peilrichtung
durch Dunkelsteuerung des Kathodenstrahles ausblendet, so daß schließlich nur noch
der etwas dicker gezeichnete Strich mit eindeutiger Peilrichtungsanzeige ck auf
dem Schirmbild angezeigt wird.
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Diese Analogdarstellung ermöglicht die eingangs erwähnte Beurteilung
der Peilgüte. Die Erzeugung des Referenz-
signales durch gleichphasige
Erregung im netzwerk 10 erfolgt wiederum in bekannter Weise, beispielsweise nach
Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Heinke-Grundlach, S. 446-447.
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Die genaue digitale Auswertung in der Einrichtung 19 kann ebenfalls
in jeder beliebigen bekannten Ärt durch geführt werden. Es könnten beispielsweise
jeweils im gleichen Zeitpunkt aus den beiden Peilsignalen 1 und Abtastwerte als
Spannungswerte gebildet werden, wobei der Zeitpunkt der Abtastung durch das Bezugssignal
bestimmt wird. Die durch die Abtastung gelieferten beiden Spannungswerte können
digitalisiert werden und der Peilwert kann dann nach der in Fig. 1 beschriebenen
Funktion einfach digital berechnet werden9 wobei über das Bezugssignal wiederum
die richtige Phasenlage festgelegt ist und damit auch wiederum die Eindeutigkeit
des ermittelten Peilwertes. Auch eine digitale Auswertung durch eine Zähischaltung,
wie sie beispielsweise in der Patentanmeldung P 31 47 816 beschrieben ist, ist für
den erfindungsgemäßen Zweck geeignetes wobei nur wieder als Bezugssignal das Signal
mit der azimarunabhängigen Phase benutzt werden muß.
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Bei dem erfindungsgemäßen Funkpeiler genügt für eine Peilanzeige die
Zeit einer Hochfrequenz- bzt Zwischenfrequenz-Periode, es handelt sich also um ein
echtes Monopuls-Peilverfahren. Trotzdem kann unmitteZbar eine analoge oder digitale
Auswertung und Anzeige durchgeführt werden. In den Empfangszweigen 11 und 12 der
beiden Peilkanäle ist ein präziser Phasengleichlauf notwendig, während die Phase
im Referenzkanal 13 nur innerhalb + oder -90° eingehalten werden muß. Da nach der
Erfindung nur die Phase ausgewertet wird sind keine besonderen Forderungen an einen
Amplitudengleichlauf bzw.
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an eine Amplitudenlinearität der drei Empfangskanäle 11, 12 und 13
gestellt. Es können also auch Empfänger mit begrenzender oder auch logarithmischer
Verstärkung eingesetzt werden, wodurch ein solcher Funkpeiler sehr einfach und schnell
arbeitend ausgebildet werden kann.
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Die Drehfeld-Antennencharakteristik kann in bekannter Weise mit den
verschiedenartigsten Antennensystemen realisiert werden. Anstelle des in Fig. 1
dargestellten Kreisgruppen-Antennensystems könnte im einfachsten Fall auch eine
Drehfeldantenne verwendet werden, die aus zwei rechtwinklig gekreuzten vertikalen
Rahmenantennen oder zwei entsprechend gekreuzten horizontalen Dipolantennen besteht.
Die Ausgänge dieser beiden gekreuzten Antennen 20 und 21 werden im Sinne der Fig.
2 mit gegenseitiger 900-Phasenverschiebung summiert, beispielsweise durch einen
90°-Koppler 22. Auf diese Weise werden an den beiden Ausgängen dieses 90°-Kopplers
die gewünschten beiden gegenläufigen Drehfeld-Antennencharakteristiken 1 und + 2
erzeugt. Für die Rundempfangscharakteristik zur Erzeugung des Referenzsignals wird
in diesem Ausiührungsbeispiel eine eigene Antenne 23 benutzt, beispielsweise ein
vertikaler Dipol bzw. ein horizontaler Rahmen, das so erzeugte Referenzsignal ist
damit azimutunabhängig. In gleicher Weise könnte nach Fig. 2 auch eine Drehfeldantenne
aus einer bekannten Adcock-Antenne abgewandelt werden.
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Fig. 3 zeigt schließlich eine Realisierungsmöglichkeit für eine schon
in Fig. 1 angedeutete Drehfeld-Ereisgruppenantenne aufgebaut aus einzelnen Rundstrahl-Einzelantennen
1, 2 ...N Ij N. Die Einzelstrahler werden jeweils mit einer gegenseitigen Phasenverschiebun4Enach
der bekannten Drehfeldspeisung im Sinne einer umlaufenden Welle erregt, die so bemessen
ist, daß nach einem vollen Kreis-
umlauf die Ausgangsphase wieder
erreicht wird. Für die gewünschte gegenläufige Drehfeld-Antennencharakteristik gilt
die in Fig. 3 angegebene iasenbeziehung, es ist lediglich nötig, die Einzelantennen
einerseits über nach diesem System bemessene Phasendrehglieder im Sinne der Fig.
3 in entsprechenden Summierschaltungen 24 und 25 zusammenzufassen. Da zwischen benachbarten
Einzelantennen jeweils gleichartige Phasendrehglieder vorhanden sind, können diese
sehr exakt realisiert werden und es kann daher auch sehr genau der geiorderte Gleichlauf
zwischen den beiden Drehfeld-Ante=nencharakteristiken hergestellt werden. Das Referenzsignal
könnte zwar auch bei einer solchen Kreisgruppenantenne durch eine gesonderte Nittelantenne
gewonnen werden in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird jedoch auch dieses Referenzsignal
wieder unmittelbar durch glelchphasige Summierung der Ausgangssignale der Einzelantennen
gewonnen, wie dies durch das Summierglied 26 in Fig. 3 dargestellt ist. Anstelle
von einzelnen undstrahI-antennen könnten gegebenenfalls auch entsprechende einzelne
Richtantennen 1 bis N benutzt werden wenn diese in passender räumlicher Verteilung
auf einem Kreis oder um einen Mast herum angeordneJe sidO Die Schärfe der Bündelung
dieser Richtantennen muß mit wachsender Zahl der Einzelstrahler zunehmen.
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Bei einer Kreisgruppenantenne muß nicht der volle Kreis mit entsprechenden
Einzelantennen bestückt sein. Zur Erhöhung des Antennengewinnes könnte für bestimmte
Peilaufgaben auch nur ein sogenannter Sektorpeiler ausrelchen, bei dem in den Sektorbereichen
Einzelantennen entfallen können, in denen keine Peilung nötig ist.
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Es muß nur darauf geachtet werden, daß im eigentlichen Peilsektor
die Symmetrie nicht gestört ist.