DE3632114A1

DE3632114A1 - Method for error-free determination of direction-finding angles in accordance with the Watson-Watt principle, by means of circular arrays of directional antennas

Info

Publication number: DE3632114A1
Application number: DE19863632114
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Denker; Joachim Dr Ing Wiebe
Original assignee: C Plath GmbH Nautisch Elektronische Technik
Current assignee: C Plath GmbH Nautisch Elektronische Technik
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1988-03-31

Abstract

The error-free determination of direction-finding angles in accordance with the Watson-Watt principle by means of circular arrays of directional antennas is dependent on the directional antenna polar diagrams precisely satisfying specific conditions. However, corresponding measures on the directional antennas in practice always lead to the creation of side lobes which corrupt the direction-finding result. Methods are specified according to the invention which render ineffective interfering receptions by side lobes of the polar diagrams for direction-finding indication. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fehlerfreien Ermittlung von Peilwinkeln nach dem Watson-Watt-Prinzip mittels Kreisgruppen von Richtantennen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for the error-free determination of DF angles according to the Watson-Watt principle using circular groups of Directional antennas according to the preamble of claim 1.

Eine Anordnung zur Gewinnung einer Sichtanzeige des Peilwinkels auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre unter Benutzung von Richtantennen- Kreisgruppen und einer Reduzierschaltung ist aus der Deutschen Patentschrift 12 71 784 bekannt. Die winkeltreue Abbildung wird gemäß dieser Erfindung dadurch erreicht, daß die Richtdiagramme der in untereinander gleichen Winkelabständen angeordneten Richtantennen eine bestimmte geometrische Form besitzen und daß die Richtdiagramme benachbarter Antennen einander in einem vorgegebenen Ausmaß überlappen.An arrangement for obtaining a visual indication of the bearing angle on the Screen of a cathode ray tube using directional antenna Circle groups and a reducing circuit is from the German Patent 12 71 784 known. The true-to-angle illustration is according to This invention achieved in that the directional diagrams of the in directional antennas arranged at the same angular distances from one another have certain geometric shape and that the directional diagrams neighboring antennas overlap each other to a predetermined extent.

Die mit einer solchen Einrichtung ermittelten Peilwinkel sind natürlich nur unter der Voraussetzung fehlerfrei, daß die benutzten Richtantennen diagramme die vorgenannten Bedingungen exakt erfüllen. Die praktische Verwirklichung solcher Charakteristiken stößt aber auf große Schwierig keiten, weil alle hierfür in Betracht kommenden Maßnahmen zur Entstehung von Nebenzipfeln des Richtdiagrammes führen; jede Richtantenne empfängt mithin auch Signale aus Richtungen, die von ihrem Hauptempfangswinkel bereich erheblich abweichen, oder soagr aus der Gegenrichtung zu demselben. Derartige parasitäre Signale gelangen über die Reduzier schaltung an die Eingänge des Watson-Watt-Peilers und bewirken entsprechende Fehler sowohl in der Peilwinkelanzeige, als auch in der elliptischen Aufspaltung des Peilbildes. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vermeidung dieser Fehler ohne anderweitige Beein trächtigung der Peilergebnisse anzugeben. The bearing angles determined with such a device are natural error-free only on condition that the directional antennas used diagrams exactly meet the above conditions. The practical one However, realizing such characteristics is very difficult because all the possible measures for the creation lead from side peaks of the directional diagram; every directional antenna receives hence signals from directions from their main reception angle range deviate considerably, or soagr from the opposite direction the same. Such parasitic signals come through the reducer circuit to the inputs of the Watson Watt direction finder and effect corresponding errors both in the bearing angle display and in the elliptical splitting of the DF image. The object of the invention is a method of avoiding these errors without any disagreement of the bearing results.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Kennzeichen des 1. Anspruches angegebene Merkmal gelöst, nämlich daß der durch Nebenzipfel der außerhalb der Einfallsrichtung der elektromagnetischen Welle verlaufenden Richtcharakteristiken zustandekommende parasitäre Empfang für die Peilanzeige unwirksam gemacht wird.According to the invention, this object is achieved by the Claim specified feature solved, namely that of by side lobes the outside of the direction of incidence of the electromagnetic wave directional characteristics resulting parasitic reception for the bearing indication is rendered ineffective.

Eine hierzu geeignete Maßnahme besteht darin, daß von den vorhandenen n Richtantennen diejenigen (n-m) Richtantennen (m < n, z. B. n = 2 oder 3), deren Richtdiagramm-Hauptkeulen außerhalb der Einfallsrichtung der elektromagnetischen Welle verlaufen, von der Reduzierschaltung elektrisch abgetrennt werden. Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß von vornherein ein Peilergebnis von ausreichender Qualität vorliegt, welches durch den Abtrennvorgang nur noch in begrenztem Ausmaße korrigiert wird.A suitable measure for this is that of the existing n directional antennas, those (n - m) directional antennas (m < n , for example n = 2 or 3 ) whose directional diagram main lobes run outside the direction of incidence of the electromagnetic wave from the Reduction circuit can be disconnected electrically. The prerequisite for this, however, is that a direction finding result of sufficient quality is available from the outset, which is only corrected to a limited extent by the separation process.

Der durch die Diagrammnebenzipfel bedingte parasitäre Empfang kann bei ungünstigen Ausbreitungsbedingungen und/oder Einflüssen des umgebenden Geländes, wie zum Beispiel Reflexionen mit abweichendem Einfallswinkel, zu einer starken Beeinträchtigung der Peilqualität und zu beträchtlichen Peilfehlern führen. Um auch in solchen Fällen zu genauen Ergebnissen zu kommen, wird in einer Weiterbildung der Erfindung in der Weise vorgegangen, daß diejenigen Paare einander benachbarter Richtantennen aufgesucht werden, welche beim Abtrennen der übrigen (n-m) Richtantennen von der Reduzierschaltung eine in bezug auf Amplitudenniveau und Peilqualität optimale Peilanzeige hervorbringen.The parasitic reception caused by the sub-diagrams of the diagram can lead to severe impairment of the bearing quality and to considerable bearing errors in the case of unfavorable propagation conditions and / or influences from the surrounding terrain, such as reflections with a different angle of incidence. In order to achieve precise results even in such cases, a further development of the invention proceeds in such a way that those pairs of adjacent directional antennas are sought which, when the other (n - m) directional antennas are disconnected from the reducing circuit, have one with respect to the amplitude level and bearing quality produce optimal bearing display.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine selbsttätig arbeitende elektronische Einrichtung benutzt, welche in einer zyklischen Folge von Schaltzuständen die gegeneinander um l/n des vollen Winkels versetzten geschlossenen Gruppen von je (n-m) Richtantennen von der Reduzierschaltung abtrennt, in jedem dieser Schaltzustände die Amplituden und die Phasenlagen der von dem m nicht abgetrennten Richtantennen gelieferten Signale erfaßt und speichert und nach einem oder mehreren derartiger Schaltzyklen durch vergleichende Bewertung der gespeicherten Signaldaten diejenigen Paare einander benachbarter Richtantennen ermittelt, welche eine in bezug auf Amplitudenniveau und Peilqualität optimale Peilanzeige hervorbringen.In a further embodiment of the invention, an automatically operating electronic device is used which, in a cyclic sequence of switching states, separates the closed groups of (n - m) directional antennas offset from one another by l / n of the full angle from the reducing circuit, in each of these switching states the amplitudes and the phase angles of the non-separated from the m directional antennas signals supplied detects and stores and to one or more of such cycles by comparative evaluation of the stored signal data those couples determined mutually adjacent directional antennas, which produce an optimum with respect to amplitude level and DF quality bearing display.

Um zu vermeiden, daß sich durch das Abtrennen von (n-m) Richtantennen die elektrischen Eigenschaften der Reduzierschaltung in unzulässiger Weise verändern, werden in einer Weiterbildung der Erfindung die abgetrennten Antennen durch äquivalente Belastungsimpedanzen ersetzt.In order to prevent the electrical properties of the reducing circuit from changing in an impermissible manner as a result of the separation of (n - m) directional antennas, in a further development of the invention the separated antennas are replaced by equivalent load impedances.

Falls gleichzeitiger Empfang von Peilsignalen aus mehreren Richtungen nicht in Betracht kommt, kann in einer anderen Alternative der Erfindung die Reduzierschaltung so ausgelegt werden, daß sich beim gleichzeitigen Anschluß lediglich eines einzigen Paares einander benachbarter Richtantennen beliebiger Winkellage eine fehlerfreie Peilanzeige ergibt.If simultaneous reception of direction finding signals from several directions can not be considered in another alternative of the invention the reducing circuit can be designed so that at the same time Connection of only a single pair of adjacent ones Directional antennas of any angle result in an error-free direction indicator.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Verwendung von Richtantennen mit nebenzipfelfreiem Richtdiagramm.Another embodiment of the invention is the use of Directional antennas with a non-lobe-free directional diagram.

Da die Beseitigung der Nebenzipfel eine wesentlich veränderte Form des Richtdiagrammes gegenüber dem für fehlerfreie Peilanzeigen erforderlichen Verlauf zur Folge hat, werden in einer anderen Ausbildung der Erfindung die entstehenden Peilfehler durch eine nach einem entsprechenden Programm arbeitende elektronische Recheneinrichtung selbsttätig korrigiert.Since the elimination of the side lobes is a significantly changed form of Directional diagram compared to that required for error-free DF displays The result is to be in another embodiment of the invention the bearing errors caused by a corresponding program working electronic computing device automatically corrected.

Ein Beispiel einer für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Peileinrichtung ist in den Zeichnungen dargestellt (mit m = 2) und wird im folgenden näher erläutert. An example of a DF device suitable for the application of the method according to the invention is shown in the drawings (with m = 2 ) and is explained in more detail below.

Auf einem Kreis sind acht Richtantennen A 1 bis A 8 mit nebenzipfelfreier Richtcharakteristik in gleichmäßiger Verteilung angeordnet (Fig. 1), deren Ausgänge an die Umschaltvorrichtung 9 führen. Diese verbindet in schrittweisem Zyklus entsprechend der Pfeilrichtung die Ausgänge der Antennenpaare A 1/A 2, A 2/A 3, A 3/A 4 usw. mit den Eingangsanschlußpaaren R 1/R 2, R 2/R 3, R 3 /R 4 usw. der Reduzierschaltung 10, deren symmetrische Ausgänge AB, bzw. CD mit den Eingängen der beiden Empfangskanäle 11 und 12 verbunden sind. Die Ausgangsspannungen derselben werden über ein Korrekturglied 13 dem Sichtgerät 14 zur Erzeugung der Peilanzeige zugeführt.Eight directional antennas A 1 to A 8 with directional characteristics free of side lobes are arranged on a circle in a uniform distribution ( FIG. 1), the outputs of which lead to the switching device 9 . This connects the outputs of the antenna pairs A 1 / A 2 , A 2 / A 3 , A 3 / A 4 etc. with the input connection pairs R 1 / R 2 , R 2 / R 3 , R 3 / R in a step-by-step cycle according to the direction of the arrow 4 etc. of the reducing circuit 10 , the symmetrical outputs AB and CD are connected to the inputs of the two receiving channels 11 and 12 . The output voltages of the same are fed via a correction element 13 to the display device 14 for generating the direction indicator.

Die Umschaltvorrichtung 9 wird von einer mittels des Befehlsgerätes 15 in Funktion gesetzten elektronischen Einrichtung 16 gesteuert, welche der Reihe nach in jeder der 8 möglichen Schaltstellungen die Amplituden und die Phasenlagen der von den beiden Antennen des jeweils mit der Reduzierschaltung verbundenen Richtantennenpaares gelieferten Signale erfaßt und speichert. Nach einem oder mehreren derartigen Schaltzyklen werden diese gespeicherten Signaldaten vergleichend bewertet und daraus dasjenige Antennenpaar ermittelt, welches eine in bezug auf Amplitudenniveau und Peilqualität optimale Peilanzeige hervorbringt. Die Umschaltvorrichtung 9 wird dann in die zu diesem Antennenpaar gehörende Schaltstellung gebracht und verbleibt in derselben, solange kein neuer Peilvorgang mittels des Befehlsgebers 15 ausgelöst wird.The switching device 9 is controlled by an electronic device 16 which is activated by means of the command device 15 and which detects and stores the amplitudes and the phase positions of the signals supplied by the two antennas of the pair of directional antennas connected to the reducing circuit in turn in each of the 8 possible switching positions . After one or more switching cycles of this type, these stored signal data are evaluated in a comparative manner and the pair of antennas which produces an optimum direction indicator with respect to the amplitude level and the bearing quality are determined. The switching device 9 is then brought into the switch position belonging to this pair of antennas and remains in the same position as long as no new direction finding process is triggered by the command transmitter 15 .

Das Korrekturglied 13 ist eine elektronische Recheneinheit, welche die Aufgabe erfüllt, Fehler in der Peilanzeige zu beseitigen, die durch eine von der theoretisch erforderlichen Form abweichende, durch die Freiheit von Nebenzipfeln bedingte Gestalt der Richtcharakteristik zustandekommen. The correction element 13 is an electronic arithmetic unit, which fulfills the task of eliminating errors in the direction finding indicator, which are caused by a shape of the directional characteristic which deviates from the theoretically required shape and which is due to the freedom from secondary peaks.

Fig. 2 zeigt eine typische Form der einander überlappenden nebenzipfelfreien Richtdiagramme ("Ist-Diagramm") zweier einander benachbarter Richtantennen. Der für die fehlerfreie Peilanzeige notwendige Verlauf ("Soll-Diagramm") ist gestrichelt gezeichnet. Ein aus einer beliebigen Richtung zwischen den Symmetrielinien beider Diagrammkeulen ankommendes Signal erzeugt Antennenausgangsamplituden, die zueinander im selben Verhältnis wie die Strecken 0 a und 0 b stehen. Für eine korrekte Peilanzeige müßte das Amplitudenverhältnis jedoch 0 a′ zu 0 b′ betragen; das tatsächlich ermittelte Amplitudenverhältnis muß also umgerechnet werden, und dies geschieht im Korrekturglied 13 unter Benutzung eines Rechenprogrammes, welches aus den unterschiedlichen Formen von Soll- und Ist-Diagramm abgeleitet wird. FIG. 2 shows a typical form of the overlapping directional diagrams ("actual diagram") of two adjacent antennas that are adjacent to one another. The course necessary for the error-free direction indicator ("target diagram") is drawn in dashed lines. A signal arriving from any direction between the lines of symmetry of both diagram lobes generates antenna output amplitudes which are in the same relationship to one another as the distances 0 a and 0 b . For a correct bearing indication, however, the amplitude ratio would have to be 0 a ′ to 0 b ′ ; the actually determined amplitude ratio must therefore be converted, and this is done in the correction element 13 using a computer program which is derived from the different forms of the target and actual diagram.

Claims

1.Procedure for the error-free determination of bearing angles according to the Watson-Watt principle by means of circular groups of directional antennas with a specific course of the directional characteristic and using reducing circuits for generating the sine or the cosine of the inputs to the Watson-Watt direction finder Increase the angle of incidence of the incoming electromagnetic wave proportional signal, characterized in that the parasitic reception due to secondary lobes of the directional characteristics extending outside the direction of incidence of the electromagnetic wave is rendered ineffective for the direction finding indicator.

2. The method according to claim 1, characterized in that from the n directional antennas of the circle group those (n - m) Richtan, whose directional diagram main lobes run outside the direction of incidence of the electromagnetic wave, are electrically separated from the reducing circuit.

3. The method according to claim 2, characterized in that those pairs of mutually adjacent directional antennas are sought, which produce an optimum in terms of amplitude level and direction finding direction indicator when separating the other (n - m) directional antennas from the reducing circuit.

4. The method according to claim 2, characterized by the use of an automatically operating electronic device which, in a cyclical sequence of switching states, separates the closed groups of (n - m) directional antennas offset from one another by l / n of the full angle from the reducing circuit, which furthermore, in each of these switching states, the amplitudes and the phase positions of the signals supplied by the pairs of the non-separated directional antennas are recorded and stored, and which, after one or more switching cycles with n switching states by comparing evaluation of the stored signal data, determines those pairs of adjacent directional antennas which one produce optimum direction finder with regard to amplitude level and direction finding quality.

5. The method according to any one of claims 2, 3 or 4, characterized characterized in that instead of from the inputs of the Reduction circuit separated directional antennas equivalent load impedances can be connected to these inputs.

6. The method according to claim 1, characterized in that the reducing circuit for the simultaneous connection of only one any single pair of adjacent directional antennas is.

7. The method according to claim 6, characterized in that that the pair of adjacent directional antennas is sought, which when connected to the reducing circuit one with respect to Amplitude level and DF quality produces optimal DF display.

8. The method according to claim 1, characterized by the Use of directional antennas with a nebula-free directional diagram.

9. The method according to claim 8, characterized in that the by the deviation of the shape of the nebulae-free direction Diagram of the course required for an error-free direction indicator bearing errors caused by a corresponding program working electronic computing device are corrected automatically.