DE3428726C2

DE3428726C2 -

Info

Publication number: DE3428726C2
Application number: DE19843428726
Authority: DE
Inventors: Franz 2000 Hamburg De Wolf
Original assignee: C Plath Nautisch-Elektronische Technik 2000 Hamburg De GmbH
Current assignee: PLATH GMBH, 20097 HAMBURG, DE
Priority date: 1984-08-03
Filing date: 1984-08-03
Publication date: 1990-12-06
Also published as: DE3428726A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 9. Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art geht aus der DE-PS 12 48 754 hervor.

Die klassische Peiltechnik im Kurzwellenbereich arbeitet mit analogen Meßverfahren. Bei Verwendung eines Rahmens oder Kreuzrahmens als Peilantenne wird die von der Einfallsrichtung abhängende Änderung der Amplitude der Ausgangsspannung zur Peilung ausgenutzt. Da diese Verfahren bei anormalen Polarisationszuständen der ankommenden Welle zur Wanderung der Peilung führen, wurden später senkrechte Monopol-Antennen benutzt, die nur die Vertikalkomponente des elektrischen Feldes aufnehmen und damit auf die Änderungen des Polarisationszustandes der Welle peiltechnisch nur geringfügig reagieren. Da diese Antennen allein keine Richtwirkung aufweisen, müssen mehrere, räumlich getrennte Antennen benutzt werden, wobei die ungleichen Phasenlagen oder Phasenwinkeldifferenzen der Fußpunktspannungen jeweils eines Antennenpaares durch geeignete Schaltmaßnahmen zur Gewinnung einer richtungsabhängigen Spannung benutzt werden.

Diese sogenannten Adcockantennen, die meistens in gekreuzter Ausführung als Mehrfach-Adcockantennen verwendet werden, liefern in Verbindung mit mehrkanaligen Sichtfunkpeilern, insbesondere Watson-Watt-Peilern, außer der Angabe des Azimuts durch die Form der Peilfigur auch in anschaulicher Weise ein Kriterium für die Qualität der Peilung. Andere Verfahren basieren auf Phasenmessungen, beispielsweise Interferometerverfahren.

Problematisch ist bei den genannten Verfahren die Bestimmung des Azimuts bei Wellen, deren Ausbreitung über Reflexion an Ionosphärenschichten stattfindet, die nicht eben verlaufen.

Derartige "Ionosphärenfehler" resultieren aus Welleninterferenzen, aus langreichweitigen Ionisationsgradienten, die durch kurz- und langzeitige solare Veränderungen hervorgerufen werden, und aus sich ausbreitenden Ionosphärenstörungen. Die Größe des Ionosphärenfehlers hängt vom geographischen Ort, von der Azimutalrichtung der Signalausbreitung und der Entfernung vom Sender ab. Einige dieser Fehler sind systematisch, andere treten statistisch auf. In allen Fällen kommt es aufgrund der Verzerrung der Phasenflächen am Empfangsort bei Isophasenpeilern zu Fehlpeilungen.

Zur Lösung der vorstehenden Problematik bei der kohärenten Mehrwellenpeilung wurden verschiedene Ansätze vorgeschlagen, beispielsweise Integration der Signale über sehr lange Zeiten oder kurzzeitige statistische Verfahren, die jedoch praktisch nicht anwendbar sind.

Ein weiterer Ansatz ist die Methode der Wellenanalyse, die direkt die spezielle Problematik der Peiltechnik anspricht. Die Wellenanalyse ist eine Rechenmethode, die die vollständige Beschreibung des Interferenzfeldes ermöglicht, indem Amplitude, Phase, Azimut und Elevation jeder einzelnen Welle berechnet werden. Meßtechnisch läßt sich pro Sonde eine komplexe Spannung erfassen; bei m Sonden erhält man somit 2m reelle Gleichungen. Bei zwei einfallenden Wellen sind somit vier Sonden erforderlich. Bei der sogenannten Raumbasis- Methode werden gleichzeitig an 2n Sonden die Fußpunktspannungen nach Betrag und Phase gemessen. Mit Hilfe verschiedener Algorithmen können aus diesen Daten von n Wellen theoretisch alle vier genannten Parameter bestimmt werden.

Eine Vorrichtung und ein Verfahren, das nach der Wellenanalysenmethode arbeitet, ist aus de DE-PS 12 48 754 bekannt. Darin wird vorgeschlagen, einen Zweikanal-Empfänger einzusetzen, an dessen Eingang nacheinander die Antennenpaare von mindestens zwei N beliebig aufgestellten Antennen angeschaltet werden. Dabei werden die Amplitudenverhältnisse und Phasendifferenzen zwischen den einzelnen Antennen und einer Bezugsantenne ermittelt. Durch Einsetzen der Amplitudenverhältnisse und Phasendifferenzen in ein Gleichungssystem soll sich u. a. der Einfallswinkel und der Elevationswinkel ermitteln lassen. Diese bekannte Vorrichtung und das Verfahren haben den Nachteil, daß bereits für eine Wellenanalyse am Beispiel eines Zweiwellen- Einfalls sechs unbekannte Größen mit Hilfe von sechs Gleichungen zu ermitteln sind. Ferner sind Gleichungssysteme bisher nur für den Zweiwellen- und Dreiwellenempfang bekannt, so daß Interferenzfelder mit mehr als drei Wellen nicht mehr berechnet werden können.

Aus der Firmenschrift "Neues von Rhode und Schwarz", Winter 1983/84, Seiten 4 bis 6, ist ein Peiler bekannt, der nach dem Doppler-Prinzip arbeitet. Dabei besteht das Antennensystem im Prinzip aus einer rotierenden Einzelantenne. Der Doppler-Effekt bewirkt eine scheinbare Erhöhung der Empfangsfrequenz, wenn sich die umlaufende Antenne auf den Sender zubewegt, und umgekehrt ein entsprechendes Absinken, wenn sich diese Antenne auf der gegenüberliegenden Seite des Antennenkreises wieder vom Sender wegbewegt. Die Phasenlage der dabei entstehenden Modulationsschwingung zu einem synchronen Bezugssignal hängt direkt von der Einfallsrichtung der Welle ab und wird zur Azimutbestimmung ausgewertet. Zum Kompensieren der bei derartigen Dopplerpeilern auftretenden, laufzeitbedingten Peilfehler wird bei dem hierin beschriebenen Dopplerpeiler PA055 eine Simultan-gegenläufige Antennenabtastung vorgenommen. Die beiden demodulierten Peilsignale für die beiden Drehrichtungen werden unmittelbar zur Auswertung und zur Anzeige gebracht. Im idealen Fall, also bei ungestörter Wellenfront ist die Peilanzeige ein gerader Strich, dessen Winkel gegenüber der senkrechten wie beim Sichtfunkpeiler dem Einfallswinkel entspricht. Wenn die Peilung dagegen gestört ist, entstehen auf der Anzeige zum Teil recht abstrakte Teilfiguren. In diesem Aufsatz wird ferner vorgeschlagen, daß zur Beurteilung der Peilgüte ein Bildkatalog für den Peilfunker zur Verfügung steht.

Erfolgreiche Peilmethoden, die direkt mit dem physikalischen Mechanismus der Ionosphärenänderungen arbeiten, sind wegen teilweise noch immer nicht erforschter Phänomene bisher nicht bekanntgeworden. Das Problem der peiltechnischen Erfassung von Sendern, deren Wellen an inhomogenen Ionosphärenschichten (mehrfach) reflektiert werden, so daß am Empfangsort mehrere Strahlen eintreffen, die wegen der unterschiedlichen, im allgemeinen komplexen Reflexionsfaktoren der Ionosphärenschichten Amplituden- und Laufzeitunterschieden unterworfen sind, ist deshalb noch nicht befriedigend gelöst.

Bei Verwendung einer einzigen Peilanlage ist in der Regel nur die Bestimmung des Azimutes des Fremdsenders möglich. Bei Benutzung von zwei oder mehreren Anlagen kann auch der Standort des Fremdsenders bestimmt werden. Erlaubt die Peilanlage aber außer Messungen des Azimutes auch die Bestimmung der Elevation, besteht bei über Reflexion an der Ionosphäre zustande kommenden Übertragungen unter Umständen aber auch die Möglichkeit der Bestimmung des Standortes des Fremdsenders mit Hilfe einer einzigen Anlage (single site location), sofern die Höhe der reflektierenden Schicht aus anderen Messungen bekannt ist.

Bei normalem Welleneinfall, bei dem die reflektierende Ionosphärenschicht parallel zur Erdoberfläche verläuft und daher nur ein Strahlenbündel reflektiert wird, werden die vorstehenden Peilaufgaben - mit Ausnahme der Elevationsmessung - vom Adcock-Peiler gut erfüllt. Beim Mehrwellen-Einfall entstehen jedoch auch beim Adcock-Peiler die vorstehend geschilderten Probleme.

Bei Peilungen mit Rahmen- oder Adcock-Antennen und Watson- Watt-Peilern im Kurzwellenbereich stößt man besonders im mittleren und kürzeren Übertragungsbereich auf große Schwierigkeiten. Die Peilanzeige ist unruhig, dreht über mehrere Quadranten durch und spaltet auf. Die Ursache dafür ist ebenfalls die Mehrwegausbreitung. Falls die einfallenden Wellen verschiedene Frequenzen haben - inkohärenter Empfang - lassen sie sich z. B. durch bessere Selektion oder durch die Wahl eines besseren Peilverfahrens trennen. Besonders geeignet für inkohärenten Empfang ist der Watson-Watt-Peiler, der ohne besondere Maßnahmen zuverlässig die Azimute von zwei oder mehreren Sendern dicht benachbarter Frequenz liefert.

Durch Überlagerung mehrerer Raumwellen oder einer Raumwelle mit einer Bodenwelle entstehen beim kohärenten Empfang am Empfangsort Laufzeit- und Pegelfehler. Beim normalen Funkempfang kommt es dadurch zu Schwunderscheinungen; wesentlich schwieriger jedoch ist die peiltechnische Erfassung des Senders, von dem die Wellen ausgehen.

Im Kurzwellenbereich arbeitet die Sendeseite häufig mit Richtsystemen, teilweise in Verbindung mit Maßnahmen zur Unterdrückung der Bodenwelle, wie Schrägstellung der Antenne, damit die Funkverbindung ausschließlich über Reflexion an der Ionosphäre zustande kommt. Aufgrund der vorstehend erläuterten Inhomogenitäten der Ionosphäre und deren Bewegungen treffen am Empfangsort in kürzerer und mittlerer Entfernung mehrere Strahlen mit großer Elevation ein, die zwar untereinander meist einen relativ kleinen Winkel einschließen, jedoch wegen der unterschiedlichen, im allgemeinen komplexen Reflexionsfaktoren - wie vorstehend erläutert - Phasen- und Laufzeitunterschieden unterworfen sind. Eine ursprünglich linear polarisierte Welle erscheint dadurch am Empfangsort elliptisch polarisiert.

Die herkömmlichen Adcock-Peiler mit Vertikal-Stabantennen verarbeiten auch bei großen Elevationswinkeln nur die Vertikalkomponente des elektrischen Feldes, sie messen also in der horizontalen x-y-Ebene. Die Peilrichtung ist die Normale zu der momentanen Isophase oder Phasenfläche. Der räumliche Winkel zwischen mehreren, an der Ionosphäre reflektierten Strahlen kann als Projektion in die Horizontale beachtliche Werte annehmen, was durch verschiedene Neigungen der reflektierenden Ionosphärenschichten senkrecht zur Ausbreitungsrichtung verursacht wird.

Da sich Amplitude und Phase der einzelnen Wellen im allgemeinen mit der Zeit laufend ändern, entstehen die beim Watson- Watt-Peiler bekannten Effekte, wie schwankender Azimut und rotierende Peilfiguren durch sich ändernde Phasenwinkeldifferenzen zwischen verschiedenen kohärenten Partialwellen, aus denen sich die einfallenden Wellen zusammensetzen. Es wird deshalb ein falscher Azimut als Peilergebnis ermittelt. Aufgrund der ansonsten hervorragenden Eigenschaften von Adcock-Antennenanlagen ist es jedoch lohnend, ein Verfahren zur Funkpeilung bei kohärentem Mehrwellenempfang zu entwickeln, das die bei inhomogenen Ionosphärenschichten auftretenden Probleme beseitigt und mit einer insbesondere nach dem Watson-Watt-Prinzip arbeitenden Adcock-Antennenanlage durchführbar ist.

Es sind auch VHF-UHF-Dopplerpeiler bekannt, deren Antennensystem im Prinzip aus einer rotierenden Einzelantenne besteht. Der Peiler ermittelt als Einfallsrichtung die Senkrechte auf der Front der einfallenden Welle, gemittelt über die Antennenbasis. Zur Kompensation der frequenzmodulierten Empfangssignale werden ein Nachrichtenempfänger und ein einkanaliger Dopplerpeiler verwendet, die unterschiedlich gestaltet sind und die gleiche Zwischenfrequenz liefern, um in einem nachgeschalteten Demodulator das Peilsignal von störender Frequenzmodulation zu befreien.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen, insbesondere bei größeren Elevationswinkeln der einfallenden Welle und Inhomogenitäten der reflektierenden Ionosphärenschichten, die Ausbeute an richtigen Peilungen im Kurzwellenbereich erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 9 gelöst.

Die Unteransprüche geben besondere Ausführungsformen der Erfindung an.

Da die Mehrwellenerscheinungen zeitlich ständig variieren, geht die Erfindung dabei von dem Grundgedanken aus, die Peilergebnisse nur dann zu übernehmen, wenn die Isophasen der ankommenden Wellenfront linear oder annähernd linear sind. Es hat sich herausgestellt, daß bei Sendern mit bekanntem Standort in Entfernungen von etwa 200 bis 600 km, deren Signale über Reflexionen an der Ionosphäre ankommen und infolge von Interferenzerscheinungen am Empfangsort peiltechnisch sehr schwierig zu erfassen sind, die Peilung trotz der Interferenzen jeweils zu gewissen Zeiten richtig ist. Offenbar kommt es zu diesen Zeitpunkten zur "momentanen Beruhigung" der Ionosphäre, d. h., die reflektierenden Ionosphärenschichten verlaufen in Ebenen, die parallel zur Erdoberfläche ausgerichtet sind. Bei diesen auswertbaren Fällen wurde erfindungsgemäß mittels einer anderen Messung mit Amplituden- und Phasenvergleichen direkt an jeweils zwei der insgesamt 16 Elemente einer Adcock-Antenne festgestellt, daß im Augenblick der richtigen Peilung die Amplituden- und Phasenverteilung ähnlich aussieht, wie beim Einfall einer einzigen Welle. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zielen nunmehr darauf ab, diese Messungen automatisch durchzuführen und jeweils die "richtigen" Peilungen zu übernehmen.

Die Vorrichtung weist eine im Kreis angeordnete Gruppenantenne, vorzugsweise Elemente einer Adcock-Antenne auf. Ein Element, vorzugsweise eine in der Mitte des Kreises stehende Hilfsantenne, ist an einem Kanal eines Doppelkanalempfängers, wie Doppelkanalpeilers mit zwei identischen Empfangskanälen angeschlossen, und die restlichen Elemente werden nacheinander mit Hilfe eines Umtasters oder Umschalters an den anderen Kanal geschaltet. Dabei wird jeweils die Phase und/oder die Amplitude der empfangenen Signale gemessen und die Werte einer Auswerteeinheit, wei einem Vergleicher, zugeführt, sofern die Empfangsverhältnisse während der Zeit der Umtastung konstant bleiben. Die Auswerteeinheit vergleicht die ermittelten Werte mit den für den Einfall einer ebenen Welle ermittelten Werten und erzeugt vorzugsweise ein die Peilauswertung einer gleichzeitig vorgenommenen Peilung freigebendes Signal, wenn die ermittelten Werte innerhalb bestimmter Toleranzbereiche mit den für den Einfall einer ebenen Welle gespeicherten Werten übereinstimmen.

Beim Einwelleneinfall verlaufen die Linien konstanter Phase durch die Antenne geradlinig. Trägt man in diesem Fall die für die einzelnen Antennen gemessenen Phasenwinkel in einem Koordinatensystem auf der y-Achse (etwa von 0° bis 360°) und entsprechend auf der x-Achse bei gleichmäßiger Verteilung die äquidistanten Entfernungen auf dem Kreis auf, so entsteht bei Verbindung aller Punkte dieser sogenannten "Phasenfunktion" eine Sinus-Funktion. Wird die gleiche Messung beim Zwei- oder Mehrwelleneinfall durchgeführt, weicht die Form der Phasenfunktion von der Sinusform ab. Die Verzerrungen der Phasenfunktion deuten auf Mehrwelleneinfall hin, und es kann aufgrund der Größe dieser Verzerrungen oder Abweichungen entschieden werden, ob die Peilung als "richtig" bewertet und übernommen werden kann. Je kleiner die Abweichungen sind, um so größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß die Peilung tatsächlich den korrekten Peilwert wiedergibt.

Als Hilfsmittel für die Bestimmung der Verzerrung wird vorzugsweise die Größe der Fourier-Koeffizienten der Phasenfunktion herangezogen. Dabei kann versuchsweise das Interferenzfeld simuliert, die Phase am Ort jeder Antenne berechnet und mit Hilfe einer trigonometrischen Nährung, beispielsweise der Methode nach Runge, die Phasenfunktion synthetisch bestimmt werden. Dabei können auch die entsprechenden Fourier-Koeffizienten bestimmt werden, die ein Maß für die Verzerrung der Phasenfunktion darstellen.

Wenn die Abweichungen bestimmte Toleranzwerte nicht übersteigen, kann ein Befehl zur Übernahme der gleichzeitig vorgenommenen Peilung erzeugt werden. Die Toleranzwerte oder -bereiche können dabei entweder vor Beginn der Messung vorgegeben sein oder sie können im Lauf der Messungen aufgrund der Abweichungen bei den vorhergehenden Messungen bestimmt werden, beispielsweise kann aus einer Reihe von Messungen jeweils diejenige Messung mit der geringsten Abweichung herausgesucht und die während dieser Messung ermittelte Peilung als "richtig" bewertet werden.

Es ist auch möglich, aus den Phasenmessungen, die zur Bestimmung der Phasenfunktion herangezogen werden, das Azimut und die Elevation der Peilung rechnerisch zu betimmen.

Da die Interferenzerscheinungen zeitlich rasch variieren können, sollte, um eine kurzzeitige Stabilität der Ionosphärenschichten und damit der Peilung optimal auszunutzen, die Abtastfrequenz der Antennen mindestens zweimal so groß sein wie die maximale Schwundfrequenz, wobei unter Abtastfrequenz - insbesondere bei zyklischer Abtastung der einzelnen Antennenelemente - diejenige Frequenz zu verstehen ist, mit der alle Elemente jeweils einmal angesteuert werden.

Die benutzten Peilantennen sind vorzugsweise Mehrfach-Adcock- Antennen. Der Watson-Watt-Peiler verarbeitet nur drei Komponenten: in jedem Kanal die Amplitude und mit Hilfe beider Kanäle die Phase, wenn der Seitenkanal und die Hilfsantenne nicht berücksichtigt werden. Eine 16fach-Adcock-Antenne liefert beispielsweise mit ihren 16 Antennensonden 16 komplexe Spannungen an 16 Orten, einschließlich der Hilfsantenne 17 komplexe Spannungen an 17 Orten. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese große Menge an Information besser ausgenutzt als bei analogen, zweikanaligen Messungen. Außerdem kann erfindungsgemäß im Gegensatz zu anderen Verfahren, die zur Realisierung sehr komplizierte Vorrichtungen erfordern würden, die Verbesserung der Peilung oder Ortung eines unbekannten Senders mit relativ einfachen Mitteln erzielt werden, die auf den Einzelelementen einer Adcock-Antennenanlage aufbauen.

Weitere Rückschlüsse auf die Wellenfront können gewonnen werden, wenn zusätzlich zur Auswertung der Phasenlagen der einzelnen Antennen auch die Bewertung des Amplitudenverlaufes jeder Antenne herangezogen wird, da es, ähnlich wie bei der Phasenflächen-Verzerrung, auch zu einer Verzerrung des Amplitudenprofils kommt. Dies erfordert lediglich eine weitere Ausgestaltung des Auswerteverfahrens, da die erforderlichen Meßwerte durch die Art der Signalverarbeitung, nämlich durch die Aufspaltung des Signals in eine Real- und eine Imaginärkomponente, zur Verfügung stehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Ausschnitt aus dem in der x-y-Ebene liegenden Isophasenfeld beim kohärenten Zweistrahleneinfall,

Fig. 2 den Verlauf der Flächen konstanter Phasenwinkel in der Antennenebene,

Fig. 3(a) bis 3(c) Beispiele der Phasenfunktion für verschiedene Lagen der (simuliert) bewegten Antenne und

Fig. 4 die Peilvorrichtung eines Ausführungsbeispiels mit 8fach-Adcock- Antenne.

Fig. 1 stellt die Analyse eines Zweistrahleneinfalls dar und zeigt einen Ausschnitt aus dem in der x-y-Ebene liegenden Isophasenfeld, wobei die Wellenlänge der einfallenden Strahlen λ=45 m beträgt. Die vertikal polarisierten Strahlen 1 und 2 sollen im Ursprung des Koordinatensystems zusammentreffen und sollen der Einfachheit halber so einfallen, daß sie den Winkel +α bzw. -α mit der x-Achse einschließen. Die gestrichelt gezeichneten Kreise stellen drei verschiedene Lagen I, II und III einer 16fach-Adcock-Antenne mit einem Durchmesser von 40 m dar. Die schräg nach unten durch den Ursprung verlaufenden Linien m und n sind die Isophasen beim Einstrahleinfall der Strahlen 1 bzw. 2. Das Amplitudenverhältnis der Strahlen 1 und 2 soll allgemein komplex sein:

Das Interferenzfeld der beiden Strahlen wird dann beschrieben durch:

E=A₁e^{-jk (x cos} ^α ^{-y sin} ^α ⁾ + R · A₁ · e^{-jk (x cos} ^α ^{+y sin} ^α ⁾ (2)

=A₁e^{-jk (x cos} ^α ^{-y sin} ^α ⁾ · [1+Re^{-j2ky sin} ^α] = A₁e^{-jk (x cos} ^α ^{-y sin} ^a ⁾ · Me^+j ^ρ ^(y) ,

wobei k=2π/λ und λ die Wellenlänge der beiden Strahlen ist. Der Zeitfaktor e^j ^l ^t wurde der Einfachheit halber weggelassen.

Für R=0 erhält man das System der ebenen Phasenfläche bzw. Isophase m des Strahls 1. Die gleiche Phase in der x-y-Ebene ist gegeben durch die Gerade

x · cos α - y sin α = const

y = c + co tg α · x . (3)

Bei wachsendem R verlaufen die Phasenflächen nicht mehr geradlinig, sondern sie schwanken periodisch um die geradlinigen Isophasen des Einwelleneinfalls. Das Zustandekommen dieser Schwankungen erklärt sich mathematisch durch die periodischen Schwankungen der Phase und Amplitude des Faktors M in Gleichung (2). Setzt man

1 + Re^{j2ky sin} ^α = Me^j ^ρ ^(y) , (4)

so ergibt sich die Gleichung der Phasenfläche als

In Fig. 1 zeigt die Linie p den Fall für eine reelles R=0,9; bei komplexem R mit dem gleichen Betrag ändert sich nur die Lage der Periodenschwankung. Steigt der Wert von R weiter an, so bekommen die Phasenflächen bei R=1 einen treppenartigen Verlauf, und die zuvor unveränderte makroskopische Orientierung der Phasenflächen ändert sich bei R<1 aufgrund des nunmehr überwiegenden Anteils des Strahls 2 sprunghaft in diejenige des Strahls 2. Die gestrichelt eingezeichnete Linie r zeigt die Isophase für R=1,1. Der Parameter ϕ ist der Phasendifferenzwinkel der jeweiligen Isophase.

Die Richtungen der Normalen zu den Isophasen sind ortsabhängig; bei relativer Bewegung der Adcock-Antenne gegenüber dem Feld kann eine Vielzahl von Winkeln und Figuren angezeigt werden, wie sich unmittelbar aus den Fig. 1 eingezeichneten Lagen I, II und III der Adcock-Antenne ergibt. Wird, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Adcock-Antenne verwendet, deren Basis D=40 m etwa der Wellenlänge λ=45 m der einfallenden Wellen entspricht, so werden außerdem die Einzelantennen mit örtlich unterschiedlicher Feldstärke angesteuert, so daß es zu einer zusätzlichen Verzerrung der Azimutanzeige und der Peilfigur kommt. Werden für die Verhältnisse gemäß Fig. 1 Watson-Watt-Peilfiguren für verschiedene Amplitudenverhältnisse beim Zweiwelleneinfall mittels eines Rechners simuliert, während gleichzeitig das Interferenzfeld durch simuliertes Verschieben der Adcock-Antenne in y-Richtung abgetastet wird, so drehen die Peilfiguren praktisch um 360°, während gleichzeitig die Qualität der Peilung sehr stark variiert. Ähnliche Probleme entstehen auch beim Peilen der Elevationswinkel, z. B. nach Interferometrie-Verfahren. Beim automatischen Erfassen von Peildaten, wo die verstandesmäßige Bewertung der Daten entfällt, kann es auf diese Weise zu großen Peilfehlern oder völlig unbrauchbaren Ergebnissen kommen.

Fig. 2 zeigt den Verlauf der Flächen konstanter Phasenwinkel in der Apertur der Antenne, wenn sich die Antenne in Lage II gemäß Fig. 1 befindet.

Trägt man nunmehr für die drei Lagen I, II und III der Antenne gemäß Fig. 1 auf der x-Achse eines Koordinatensystems die (äqudistanten) Entfernungen der einzelnen Antennen auf dem Kreis und auf der y-Achse die für die jeweiligen Antennen gemessenen Phasenwinkel ϕ auf, so ergeben sich die Phasenfiguren gemäß Fig. 3(a), 3(b) und 3(c). Wenn sich die Antenne in Lage I befindet, zeigt die Phasenfunktion gemäß Fig. 3(a) Sinusform entsprechend dem Einwelleneinfall. Die gleichzeitig vorgenommene Peilung ist somit korrekt und kann übernommen werden. Die Phasenfunktionen gemäß den Fig. 3(b) und 3(c) für die Lagen II und III der Antenne gemäß Fig. 1 weichen stark von der Sinusform ab; das Ergebnis ist also "nicht peilbar". Dabei sieht man mit fortschreitender (simulierter) Verschiebung der Antenne von Lage I bis Lage III einen deutlichen Anstieg der Abweichung von der reinen Sinusform.

Auf diesen Versuchen baut die Erfindung auf. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die vorzugsweise in zyklischer Folge für die einzelnen Antennen ermittelten Phasenwinkel gegenüber einer durch das Signal des mittleren Antennenelements gegebenen Bezugsphase mit den beim Empfang einer ebenen Welle auftretenden Phasenwinkeln, die beispielsweise einer reinen Sinusform entsprechen, verglichen. Wenn die durch die einzelnen Phasenwinkel gegebene Phasenfunktion innerhalb bestimmter Toleranzen mit der für Einwelleneinfall ermittelten Phasenfunktion übereinstimmt, wird die gleichzeitig vorgenommene Peilung als korrekt bewertet. Als Maß für die Verzerrung der Phasenfunktion werden vorzugsweise die Fourier-Koeffizienten der Phasenfunktion herangezogen. Die Toleranzbereiche, innerhalb denen die Peilung als korrekt bewertet wird, können entweder vorgegeben sein oder im Laufe einer Meßserie aufgrund der vorangegangenen Messungen jeweils neu bewertet und eingestellt werden. Da sich die Interferenzen der Wellen zeitlich dauernd ändern können, wird die Abtastfrequenz der einzelnen Antennen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Messungen mindestens zweimal so groß gewählt wie die maximale Schwundfrequenz.

Fig. 4 zeigt eine Skizze des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Adcock-Antenne 10 weist acht auf einem Kreis angeordnete Antennenelemente 12₁ bis 12₈ und eine im Zentrum des Kreises angeordnete Rundempfangsantenne 14 auf. Der erste Eingang 20 eines Doppelkanalempfängers 18 mit zwei identischen Empfangskanälen ist fest an die zentrale Rundempfangsantenne 14 angeschlossen, während der zweite Eingang 22 des Doppelkanalempfängers 18 mittels eines Umschalters oder Umtasters 16 in gleichmäßiger zyklischer Folge mit den einzelnen Elementen 12₁ bis 12₈ der Kreisgruppenantenne 10 verbunden wird. Die beiden Ausgänge 24 und 26 des Doppelkanalempfängers 18 sind mit einer Einrichtung 28 zur Messung normierter Signalamplitudenwerte und/oder von Phasenwinkeln verbunden, und an die Einrichtung 28 ist eine Auswertevorrichtung 30 wie ein Vergleicher angeschlossen. Im Vergleicher werden die normierten Signalamplitudenwerte und/oder Phasenwinkel mit den jeweils für den Einfall einer ebenen Welle ermittelten und gespeicherten Daten verglichen. Falls zur Bewertung der Peilungsqualität, wie vorstehend erläutert, die Phasenfunktion herangezogen wird, gibt die Auswerteeinheit 30 an ihrem Ausgang 32 dann ein Signal zur Übernahme der Peilung ab, wenn die Fourier-Koeffizienten der Phasenfunktion innerhalb vorgegebener Toleranzen mit denjenigen einer Sinusfunktion übereinstimmen. In diesem Fall wird dann die gleichzeitig durchgeführte Peilung als korrekt bewertet und übernommen. Die Auswertevorrichtung 30 kann auch zur Steuerung des Umtasters 16 der Kreisgruppenantenne 10 verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung der Funkpeilung bei kohärentem Mehrwellenempfang mittels einer mehrere Elemente aufweisenden Antenne, wobei die momentanen Amplituden- und/oder Phasenwerte am Empfangsort an den Elementen der Antenne gegenüber einem Element der Antenne bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
die momentanen Amplituden- und/oder Phasenwerte mit für den Einfall einer ebenen Welle zuvor ermittelten Amplituden- und/oder Phasenwerten verglichen werden und
das Ergebnis einer gleichzeitig vorgenommenen Peilung automatisch übernommen wird, wenn die Übereinstimmung der miteinander verglichenen Amplituden- und/oder Phasenwerte innerhalb bestimmter Toleranzbereiche liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antenne eine Kreisgruppenantenne eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der ermittelten Phasenwerte von einer Sinusfunktion als Peilungskriterium herangezogen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Phasenwerte mittels der Fourier-Koeffizienten der Phasenfunktion ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Azimut und die Elevation der übernommenen Peilung aus den ermittelten Phasenwerten bestimmt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenwerte und/oder Phasenwerte in zyklischer Folge ermittelt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elemente der Antenne mit einer Abtastfrequenz abgetastet werden, die mindestens zweimal so groß ist wie die maximale Schwundfrequenz.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Amplitudenwerte und/oder der Phasenwerte ein Doppelkanalempfänger eingesetzt wird.

9. Vorrichtung zur Verbesserung der Funkpeilung bei kohärentem Mehrwellenempfang mit einer mehrere Elemente aufweisenden Antenne (10),
einem Doppelkanalempfänger (18), dessen erster Eingang (20) an ein Element der Antenne (10) oder an eine Rundempfangsantenne (14) fest angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang (22) mittels eines Umschalters (16) mit den einzelnen Elementen (12₁-12₈) der Antenne (10) verbindbar ist und dessen beide Ausgänge (24, 26) mit einer Einrichtung (28) zum Ermitteln von Amplitudenwerten der einzelnen Elemente der Antenne (10) und/oder deren Phasenwerten gegenüber denen eines Elements der Antenne verbunden sind und
mit einer Auswertevorrichtung (30),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswertevorrichtung (30) einen Vergleicher aufweist, der die Amplitudenwerte und/oder die Phasenwerte mit gespeicherten, für den Einfall einer ebenen Welle ermittelten Amplitudenwerten und/oder Phasenwerten vergleicht und bei Übereinstimmung innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches ein Signal zur Übernahme der Peilung erzeugt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne eine Kreisgruppenantenne (10) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (10) aus mehreren, auf einem Kreis in gleichen gegenseitigen Abständen angeordneten Adcock-Antennenelementen besteht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundempfangsantenne (14) im Zentrum der Antenne (10) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (16) den Doppelkanalempfänger (18) in gleichermäßiger zyklischer Folge mit den einzelnen Elementen (12₁-12₈) der Antenne (10) verbindet.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelkanalempfänger (18) Teil eines nach dem Watson-Watt-Prinzip arbeitenden Sichtfunkpeilers ist.