DE3528127A1 - Verfahren zur ermittlung von peilkomponenten bei einer interferometeranordnung sowie empfaenger zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Peilkomponenten bei einer Interferometeranordnung sowie einen Empfänger zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Die Peilung elektromagnetischer Wellen nach dem Inter­ ferometerprinzip basiert auf der Messung der Phasendif­ ferenz der Antennenspannungen zweier räumlich getrennt aufgestellter Antennen. Die Verbindungslinie der beiden Antennen bildet die Meßbasis, auf welche der Winkel, der aus der gemessenen Phasendifferenz und der Frequenz der gepeilten Welle bestimmt wird, bezogen ist. Durch Mes­ sungen mit zwei Antennenpaaren mit unterschiedlich ausge­ richteten, i. a. orthogonalen Basislinien erhält man zwei Winkelwerte als Peilkomponenten, deren Kombination die Bestimmung des Peilwinkels ermöglicht. Die Meßbasen können dabei wesentlich größer sein als die Wellenlänge der gepeilten Wellen, wenn mittels Zusatzinformationen wie zum Beispiel Meßergebnisse von einer kürzeren Einweisungsbasis die Mehrdeutigkeit der Phasenmessung beseitigt werden kann. Ein derartiges Interferometer-Peilsystem ist bei­ spielsweise in Proc. IEE, Vol. 112 (1965), Seite 255-259 und den dort angeführten Referenzen beschrieben.

Die Ermittlung des Peilergebnisses aus den Peilkomponenten kann rechnerisch oder auf einem Sichtgerät erfolgen, wobei auch noch verschiedene statistische Auswertemethoden zur Eliminierung von Fehlern eingeschlossen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung von Peilkomponenten bei einer Interfero­ meterpeilanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie einen Empfänger zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben, womit bei geringem Aufwand möglichst vielseitige Auswertemöglichkeiten ge­ geben sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Patentanspruch 1, ein Empfänger zur Durchführung dieses Verfahrens im Pa­ tentanspruch 5 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens.

Der bei der Erfindung eingesetzte Peilempfänger ist inso­ weit als fest mit der Interferometer-Antennenanordnung verbunden vorgesehen, als er elektronische Speicher ent­ hält, in denen für diese Antennenanordnung spezifische Parameter wie Basislängen und Ausrichtung der Basislinien gespeichert sind. Bei Veränderung oder Wechsel der An­ tennenanordnung brauchen nur neue Anlagenparameter einge­ speichert werden. Für die Speicher werden deshalb vorteil­ hafterweise EPROM-Bausteine eingesetzt. Im folgenden wird aber ausgegangen von einer unveränderten Antennenanordnung und einem fest mit dieser verbundenen Empfänger.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist dabei darin zu sehen, daß nahezu beliebige Geräte zur Auswertung von Interferometerpeilungen an den Ausgang des Empfängers angeschlossen werden können, ohne daß zusätzliche Infor­ mationen bereitgestellt werden müssen. Insbesondere können neben der frequenzkommandierenden Station weitere Statio­ nen die Ergebnisse verwerten. Die an den Empfänger ange­ schlossenen Kommando- und/oder Auswertestationen können weitgehend beliebig ausgetauscht werden, ohne daß neu angeschlossene Geräte erst auf die spezielle Anlage einge­ stellt werden müssen und sofort betriebsbereit sind. Da die vom Empfänger ausgegebenen Ergebnisse frequenzunab­ hängig sind, braucht im auswertenden Gerät keine Frequenz­ umrechnung mehr stattfinden, so daß die Ergebnisse auch von anderen als der kommandierenden Station verwertet werden können. Darüber hinaus kann durch die Normierung auf einen maximal möglichen Phasendifferenzwert für jede eingestellte Frequenz die gleiche relative Genauigkeit der digital übertragenen Ergebnisse erreicht werden.

Besonders vorteilhaft ist die punktförmige Anzeige der Peilergebnisse auf einem Anzeigegerät mit einem recht­ winkligen Koordinatensystem. Die vom Empfänger ausgege­ benen Peilkomponenten können ohne Umrechnung oder durch Multiplikation mit einem konstanten Skalierungsfaktor als Achsenwerte des Koordinatensystems herangezogen werden. Die Winkelablage gegen eine der Koordinatenachsen, zum Beispiel die y-Achse gibt dann unmittelbar den Azimut, die Entfernung von Koordinatenursprung die Elevation der gepeilten Welle an. Da die vom Empfänger ausgegebenen Ergebnisse sowohl von der Antennenanordnung als auch von der Frequenz unabhängig sind, können Peilergebnisse von verschiedenen Empfängern und/oder zu verschiedenfrequenten Wellen gleichzeitig dargestellt werden.

Die Ermittlung von Peilkomponenten nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren verändert nicht die statistische Ver­ teilung der einzelnen Meßproben, so daß keine Informa­ tionsverluste bei der Ableitung statistischer Aussagen in angeschlossenen Auswerteeinrichtungen entstehen. Zur Reduzierung der Datenübertragungsrate kann jedoch auch bereits im Empfänger über eine durch Kommando vorgebbare Anzahl von Einzelmessungen integriert werden.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren noch veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Interferometer-Antennenanordnung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Empfängers.

Die in Fig. 1 skizzierte Antennenanordnung besteht aus fünf Einzelantennen, die auf zwei gleich aufgebauten, senkrecht aufeinander stehenden Antennenzeilen angeordnet sind. Die Antennenpaare A 0, A 1 und A 0, A 2 bilden als Kleinbasis­ system mit der Basislänge l ₁ die Einweisungsbasis für das durch die Antennenpaare A 0, A 3 und A 0, A 4 mit jeweils einer Basislänge l ₂ gegebene Großbasissystem. Die Phasendifferenzen der einzelnen Antennenpaare werden je nach Ausführung des Eingangsteils ET des Empfängers E gleichzeitig oder nacheinander in bekannter Weise ge­ messen.

Die Richtung R 1 der Basislinie der Meßbasis A 0, A 3 ist um einen Winkel β gegen die Nordrichtung gedreht, entsprech­ end ist die Richtung R 2 der Basislinie der Meßbasis um β + 90° gegen die Nordrichtung gedreht.

Im Empfänger (Fig. 2) wird auf ein von einer kommandieren­ den Station abgegebenes Peilkommando die Empfangsfrequenz des Eingangsteils ET auf die kommandierte Frequenz F eingestellt. Die gemessene Phasendifferenzwerte d m werden an ein Rechenwerk RW abgegeben. Die Meßwerte des Klein­ basissystems dienen nur zur Erzielung von eindeutigen Ergebnissen der an sich mehrdeutigen Großbasismessung. Im folgenden sind daher nur noch die Meßwerte der Meßbasis A 0, A 3 und der Meßbasis A 0, A 4 betrachtet.

In einem Speicher Sp sind anlagenspezifische Größen bzw. aus diesen abgeleitete Größen gespeichert. Für die vor­ liegende Erfindung von Bedeutung sind dabei die Winkel­ funktionswerte cos β und sin β sowie ein der Basislänge l ₂ proportionaler Wert L.

Der bei einer Messung mit der Meßbasis A 0, A 3 (oder A 0, A 4) bestimmte Phasendifferenzwert kann für ungestörte Wellenfelder maximal den Wert ϕ max = 2π · l ₂ · F/c an­ nehmen. Da bei absolut flach einfallenden, leicht ge­ störten Signalen auch geringfügig größere Werte auftreten können, wird für die Normierung der gemessenen Phasen­ differenzwerte auf einen maximalen Wert ein Wert zugrunde gelegt, der geringfügig (< 10%) über ϕ max liegt. Zur Normierung der Meßwerte auf einen maximalen Wert wird beim Eintreffen des Frequenzkommandos aus dem Frequenzwert F und dem anlagenspezifischen Wert L ein Faktor k gebildet und im Speicher abgelegt.

Die Ausrichtung der Antennenzeilen und damit der Winkel β ist eine konstante Anlageneigenschaft. Die Größen sin β und cos β werden daher bei der ersten Inbetriebnahme der Anlage berechnet und im Speicher als Festwerte abgelegt.

In dem Rechenwerk RW werden die aus den Messungen mit den Meßbasen A 0, A 3 und A 0, A 4 gewonnenen Werte ϕ m in nor­ mierte Phasendifferenzwerte ϕ 1 = k · ϕ m (A 0, A 3) und ϕ 2 = k · d m (A 0, A 4) und diese wiederum in nord-süd- bzw. ost-west-bezogene Phasenwerte

• d _NS = ϕ 1 · cos β - ϕ 2 · sin β
• d _OW = ϕ 2 · cos β + ϕ 1 · sin β

umgerechnet. Bei nicht rechtwinkliger Anordnung der Rich­ tungen R 1 und R 2 ergeben sich andere Umrechnungsvorschrif­ ten, die aber allgemein aus einfachen geometrischen Zu­ sammenhängen ableitbar sind.

Die so ermittelten Phasenwerte ϕ _NS und ϕ _OW bilden ein Meßergebnis und werden über eine Ausgabeeinheit AE als binäres Datentelegramm an eine oder mehrere anschließbare Stationen zur Auswertung und/oder Anzeige ausgegeben. Für das Rechenwerk und ein Steuerwerk zur Ablaufsteuerung im Empfänger werden vorteilhafterweise Mikroprozessoren eingesetzt.

Das Kommandosignal kann neben der Frequenz der zu peil­ enden Welle wie üblich noch weitere Angaben wie zum Bei­ spiel Bandbreite, Modulationsort, Peildauer oder Inte­ grationszeit enthalten.

Claims (6)

1. Verfahren zur Ermittlung von Peilkomponenten bei einer Interferometeranordnung mit zwei Meßbasen mit unter­ schiedlich ausgerichteten Basislinien und einem auf die Frequenz einer zu peilenden Welle kommandierbaren Emp­ fänger, welcher für jede Meßbasis eine dem Einfallswinkel der Welle bezüglich der Basislinie eindeutig zugeordneten Phasendifferenzwert bestimmt, wobei in einer Auswerteein­ heit aus der Kombination zweier zu einer Messung gehöriger Phasenwerte aus den beiden Meßbasen der Peilwinkel nach Azimut und Elevation bestimmbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß im Peilempfänger nach Maßgabe der kommandierten Frequenz für jede der Meßbasen der für diese Frequenz maximal mögliche Phasendifferenzwert ermittelt und der gemessene Wert auf den ermittelten maximalen Wert normiert wird, daß die normierten Werte unter Vorgabe der Ausrich­ tung der Meßbasen bezüglich zweier orthogonaler Vorzugs­ richtungen in zwei Phasenwerte umgerechnet werden, die auf diese Vorzugsrichtungen bezogen sind, und daß diese beiden Phasenwerte als ein Meßergebnis zur Ausgabe an Auswerte- und/oder Anzeigeeinrichtungen bereitgestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Phasendifferenzwerte auf Werte normiert werden, die geringfügig (< 10%) höher liegen als der ermittelte maximal mögliche Phasendifferenzwert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Phasenwerte im Empfänger über mehrere Mes­ sungen gemittelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Empfänger ausgegebenen Phasen­ werte in einem Anzeigegerät mit einem rechtwinkligen Koordinatendarstellung direkt als Koordinatenwerte zur punktförmigen Darstellung des Meßergebnisses herangezogen werden.

5. Empfänger zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, mit einem Kommandiereingang und mindestens einem Ergebnisausgang, gekennzeichnet durch einen Lesespeicher, der die geometrischen Daten der Antennenanordnung enthält, durch ein Rechenwerk, das nach Maßgabe der kommandierten Frequenz die gemessenen Phasendifferenzwerte mittels der gespeicherten geometrischen Daten auf die maximal mög­ lichen Phasendifferenzwerte normiert und die normierten Werte in zwei auf orthogonale Vorzugsrichtungen bezogene Phasenwerte umrechnet, und durch eine Ausgabeeinheit, die die auf die Vorzugsrichtung bezogenen Phasenwerte als digitales Ergebnistelegramm an eine oder mehrere Anzeige- und/oder Auswerteeinrichtungen abgibt.

6. Empfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenwerk einen oder mehrere Mikroprozessoren ent­ hält.