DE3703781A1

DE3703781A1 - Peilvorrichtung

Info

Publication number: DE3703781A1
Application number: DE19873703781
Authority: DE
Inventors: Kenzo Mori; Mikio Ozawa
Original assignee: Taiyo Musen Co Ltd
Current assignee: Taiyo Musen Co Ltd
Priority date: 1986-02-12
Filing date: 1987-02-07
Publication date: 1987-08-20
Also published as: JPS62185180A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Peilvorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Herkömmliche Einrichtungen zur Feststellung der Ankunftsrichtung von elektromagnetischer Strahlung haben entweder eine mechanisch bewegliche Komponente, wie beispielsweise ein Goniometer, oder eine große Komponente, die schwierig zu handhaben ist, beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre benötigt. Die herkömmlichen Vorrichtungen sind daher relativ komplex und aufwendig.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Peilvorrichtung anzugeben, die eine sehr geringe Größe aufweist, indem ein elektronischer Schaltkreis vorgesehen ist, die in der Lage ist, in einem weiten Frequenzbereich zu arbeiten, hörbare Signale mit geringer Störung erzeugen kann und die frei von den Schwierigkeiten ist, die bei bekannten Vorrichtungen angetroffen wurden. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Peilvorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfindung näher beschrieben, wobei

Fig. 1 eine Draufsicht auf Antennen darstellt, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden können;

Fig. 2 eine Draufsicht auf andere Antennen darstellt, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden können;

Fig. 3 ein Signaldiagramm der modulierten Wellen darstellt, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt werden; und

Fig. 4 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt.

Gemäß Fig. 1 sind zwei Schleifenantennen 1 und 2 dargestellt, die so angeordnet sind, daß ihre Richtungen mit dem höchsten Antennengewinn senkrecht zueinander stehen.

Gemäß Fig. 2 sind zwei Wanderwellenantennen 3 und 4 dargestellt, die jeweils einen horizontal angeordneten Streifenleiter aufweisen, dessen Antwortcharakteristik durch ein Herzmuster vorgegeben ist. Die Antennen 3 und 4 sind in der Form eines Kreuzes angeordnet, wobei sie sich nicht in Kontakt miteinander befinden.

Die Erfindung macht demgemäß von zwei gerichteten Antennen Gebrauch, deren Richtungen mit dem höchsten Antennengewinn senkrecht zueinander stehen. Falls erforderlich, kann eine nichtgerichtete vertikale Stabantenne zu dem System hinzugefügt werden.

Beispielsweise werden die Schleifenantennen 1 und 2 gemäß Fig. 1 bei der vorliegenden Erfindung benutzt. Die durch diese Antennen empfangenen Signale werden durch zwei Rechteckwellen a und b mit niedriger Frequenz moduliert, die zueinander um 180° in der Phase verschoben sind, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn E die Amplitude der Rechteckwellen darstellt, pt die Winkelgeschwindigkeit ist und m die Ordnung repräsentiert, so sind die Rechteckwellen durch folgende Fourierreihen gegeben:

Die zwei modulierten Wellen und das durch eine nichtgerichtete Sensorantenne aufgefangene Signal werden miteinander kombiniert, verstärkt und demoduliert. Unter der Annahme, daß die Ankunftsrichtung der elektromagnetischen Wellen durch R vorgegeben ist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Grundwelle des erhaltenen Ausgangssignales, wobei m = 1 gilt, folgendermaßen vorgegeben:

Somit wird das niederfrequente Ausgangssignal zu Null, indem Φ ₁ und Φ ₂ in einer solchen Weise eingestellt wird, daß gilt:

(Φ ₂ - Φ ₁)/ 2 = R (2)

Insbesondere werden die Signale, die durch die zwei gerichteten Antennen empfangen werden, wobei deren Empfangsrichtungen mit dem höchsten Antennengewinn zueinander senkrecht stehen, mit zwei niederfrequenten Signalen a und b moduliert, die die gleiche Frequenz aufweisen, deren Größen jedoch beliebig eingestellt werden können. Sodann werden die beiden Signale miteinander kombiniert. Das sich ergebende Signal wird verstärkt und demoduliert. Die Werte von Φ ₁ und Φ ₂ werden so eingestellt, daß die Amplitude des demodulierten niederfrequenten Signales auf ein Minimum vermindert wird. Die Ankunftsrichtung der elektromagnetischen Strahlung R kann aus dem Verhältnis dieser beiden Werte zueinander bestimmt werden.

In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Schleifenantennen verwendet. Die Amplituden der Signale, die von den Antennen 1 und 2 geliefert werden, sind proportional zu cos R und sin R, vorausgesetzt, daß R die Ankunftsrichtung der elektromagnetischen Strahlung gemäß Fig. 1 anzeigt. Die Amplituden der Signale, die von den Wanderwellenantennen 3 und 4 gemäß Fig. 2 geliefert werden, sind proportional zu (1 ± cos R) und (1 ± sin R). Es liegt auf der Hand, daß die Erfindung mit beiden Antennen gemäß den Fig. 1 oder 2 verwirklicht werden kann.

Auf diese Weise benötigt das Peilgerät gemäß der Erfindung weder eine mechanische Einrichtung, wie beispielsweise ein Goniometer, oder eine großvolumige Komponente, die schwierig zu handhaben ist, wie beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre. Da die Peilvorrichtung lediglich aus einem elektronischen Schaltkreis aufgebaut werden kann, kann sie klein und leichtgewichtig ausgeführt werden. Wenn ferner eine Einstellung vorgenommen wird, so daß das demodulierte niederfrequente Signal ein Minimum wird, so können hörbare Signale, die in der ankommenden elektromagnetischen Strahlung enthalten sind, mit minimaler Störung demoduliert werden.

Gemäß Fig. 4 ist eine Peilvorrichtung dargestellt, in der das Konzept der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist. Diese Peilvorrichtung verwendet Schleifenantennen 1 und 2 gemäß Fig. 1 und sie besitzt abgeglichene Modulatoren 5, 6, eine nichtgerichtete Sensorantenne 7, einen 90°- Phasenschieber 8, ein Summiernetzwerk 9, einen Radiofrequenz-Verstärker 10, einen Demodulator 11, einen Taktimpulsgenerator 12, eine arithmetische Verarbeitungseinheit 13, ein Anzeigegerät 14, ein Schmalbandfilter 15, einen Amplitudendetektor 16 und einen Phasendetektor 17.

Die durch die Schleifenantennen 1 und 2 aufgenommenen Signale werden den abgeglichenen Modulatoren 5 und 6 entsprechend zugeführt. Das von der nichtgerichteten Sensorantenne 7 aufgenommene Signal wird dem 90°-Phasenschieber 8 zugeführt. Die Ausgangssignale der Modulatoren 5, 6 und das Ausgangssignal des Phasenschiebers 8 werden durch das Summiernetzwerk 9 miteinander kombiniert. Das Ausgangssignal des Summiernetzwerkes 9 wird durch den Verstärker 10 verstärkt und an den Demodulator 11 geliefert. Das Ausgangssignal 0 des Demodulators 11 kann beispielsweise einem Lautsprecher zugeführt werden. Auf diese Weise werden die dem Gehör zugänglichen Signale, die in der empfangenen elektromagnetischen Strahlung enthalten sind, hörbar gemacht.

Der Taktimpulsgenerator 12 erzeugt Impulse von beispielsweise 135 Hz, die der arithmetischen Verarbeitungseinheit 13 zugeführt werden, welche Rechteckwellensignale a und b (Fig. 3) von 135 Hz erzeugt, die an die Modulatoren 5 und 6 entsprechend geliefert werden. Die durch die Antennen 1 und 2 empfangenen Signale werden somit einer abgeglichenen Modulation unterworfen. Das Ausgangssignal des Demodulators 11 wird dem Schmalbandbilter 15 von 135 Hz zugeführt, um die Sinuswellen oder die Grundwellenkomponenten herauszufiltern, die in der durch den Demodulator 11 gelieferten niederfrequenten Komponente enthalten sind. Das den Filter 15 durchlaufende Signal wird dem Amplitudendetektor 16 zugeführt und ebenfalls dem Phasendetektor 17. Der Detektor 16 liefert Digitalsignale entsprechend der Amplitude seines Eingangssignales an die arithmetische Verarbeitungseinheit 13. Der Phasendetektor 17 speist die Verarbeitungseinheit 13 mit einem Signal, das anzeigt, ob die Polarität positiv oder negativ ist. Das Anzeigegerät 14 empfängt ein Signal von der arithmetischen Verarbeitungseinheit 13, so daß die Richtung der ankommenden elektromagnetischen Strahlung auf dem Anzeigegerät 14 angezeigt wird.

In der zuvor beschriebenen Vorrichtung extrahiert der Verstärker 10 Signale mit gewünschter Frequenz und verstärkt diese Signale. Der Demodulator 11 liefert die niederfrequente Komponente, welche die hörbaren Signale innerhalb der extrahierten Signale enthält. Die Summe der durch a und b (Fig. 3) modulierten Signale, wobei diese den Modulatoren 5 und 6 zugeführt werden, enthält somit die hörbaren Signale, die in der ankommenden elektromagnetischen Welle enthalten sind. Die Komponente von a und b wird durch den Filter 15 extrahiert. Nur die Grundkomponente des erhaltenen Signales wird den Detektoren 16 und 17 zugeführt. Daher liefert der Detektor 16 an die Verarbeitungseinheit 13 ein Signal entsprechend dem Absolutwert der zuvor angegebenen Formel (1). Der Detektor 17 liefert an die Verarbeitungseinheit ein binäres Signal, das die Polarität des Wertes, wie er durch die Formel (1) vorgegeben ist, anzeigt. Die arithmetische Verarbeitungseinheit 13 verändert Φ ₁ und Φ ₂ (Fig. 3) der Rechteckwellensignale a und b aufgrund dieser Eingangssignale und des von dem Impulsgenerator 12 gelieferten Taktimpulses mit 135 Hz, um das von dem Amplitudendetektor 16 gelieferte Signal entweder auf Null oder auf einen Minimalwert zu reduzieren. Insbesondere gilt unter dieser Bedingung die zuvor angegebene Formel (2). Es ist daher möglich, die Ankunftsrichtung R der elektromagnetischen Strahlung anzuzeigen, indem ein Signal entsprechend der Differenz zwischen Φ ₂ und Φ ₁ dem Anzeigegerät 14 zugeführt wird. Ferner ist die Komponente mit 135 Hz, die in dem Ausgangssignal 0 des Detektors 11 enthalten ist, auf einem Pegel von Null oder einem Minimalpegel. Demzufolge wird die Reproduktion eines hörbaren Signales unter Verwendung eines Lautsprechers oder anderer Einrichtungen nicht nachteilig beeinflußt.

Eine hörbare Nullmessung der Peilung kann wie folgt durchgeführt werden. Zunächst werden die durch die zwei Schleifenantennen aufgefangenen Signale einer abgeglichenen Modulation unterworfen, um grob die Peilung zu messen. Sodann wird die Komponente der Sensorantenne entfernt. Danach erfolgt eine Einstellung, um die niederfrequente Komponente auf ein Minimum zu bringen.

Wo Peilungsmessungen auf Schiffen durchgeführt werden, wird die Genauigkeit oftmals verbessert, wenn die Sensor-Antennenkomponente nicht hinzugefügt wird, so daß die Erfindung demgemäß ohne die Sensor-Antennenkomponente ausgeübt werden kann. Das durch einen Lautsprecher erzeugte hörbare Signal befindet sich ebenfalls auf einem Minimalpegel. Eine genauere Messung der Peilung kann durchgeführt werden, indem das durch die nichtgerichtete Antenne erhaltene Signal den Signalen zugeführt wird, die durch die Schleifenantennen aufgegriffen werden, die abgeglichen moduliert sind und indem die verbleibende Störungskomponente unterdrückt wird, um das hörbare Signal vollständig auszulöschen.

Claims

1. Peilvorrichtung, gekennzeichnet durch:
zwei Richtantennen (1, 2; 3, 4), die so angeordnet sind, daß die Richtungen mit dem höchsten Antennengewinn senkrecht zueinander stehen;
eine erste Einrichtung (5, 6, 9) zur Modulation der von den Antennen empfangenen radiofrequenten Signale mit niederfrequenten Signalen, welche niederfrequenten Signale gleiche Frequenz aufweisen, und zur Erzeugung eines Summensignales entsprechend der Summe der modulierten Signale;
eine zweite Einrichtung (10, 11) zur Verstärkung des Summensignales und zur Demodulation der niederfrequenten Komponente;
eine dritte Einrichtung (13) zur Steuerung des Größenverhältnisses eines der zwei niederfrequenten Signale im Verhältnis zu dem anderen Signal, um die Größe des demodulierten niederfrequenten Signales auf ein Minimum zu bringen; und
eine vierte Einrichtung (14) zur Anzeige der Einfallsrichtung der elektromagnetischen Strahlung entsprechend dem Verhältnis.

2. Peilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung zwei abgeglichene Modulatoren (5, 6) aufweist, die an die Richtungsantennen angeschlossen sind, und daß sie ferner ein Summiernetzwerk (9) aufweist, dem die Ausgangssignale der Modulatoren zugeführt werden.

3. Peilvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine nichtgerichtete Sensorantenne (7), die an das Summiernetzwerk (9) angeschlossen ist.

4. Peilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung aus einer arithmetischen Verarbeitungseinheit (13) besteht.

5. Peilvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die arithmetische Verarbeitungseinheit die zwei niederfrequenten Signale liefert, mit denen die radiofrequenten Signale moduliert werden.