DE3706865C2

DE3706865C2 - Verfahren zur digitalen Ermittlung eines Peilwinkels

Info

Publication number: DE3706865C2
Application number: DE19873706865
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr Jondral
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1987-03-04
Filing date: 1987-03-04
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2007-03-05
Also published as: DE3706865A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Ermittlung eines Peilwinkels nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein solches Verfahren ist bereits aus der DE 25 00 698 A1 bekannt.

Es ist an sich seit langem bekannt, aus den Antennenspannungen zweier gekreuzter Peilantennen oder aus einer solchen Anordnung entsprechenden Peilspannungen, z. B. einer Nord-Süd-Spannung und einer Ost-West-Spannung, den Azimutwinkel einer einfallenden Welle zu ermitteln. Neben der analogen Darstellung des Peilergebnisses auf einem Sichtpeilgerät sind auch Peilempfänger mit digitalen oder auf einer Zwischenfrequenzebene digitalisierten Empfangszügen be kannt, bei denen die Bestimmung des Peilwinkels anhand der digita lisierten Peilspannungen in digitalen Rechenschaltungen erfolgt (GB 21 01 440 A). Eine der analogen Peilauswertung entsprechende Ver knüpfung der digitalen Signal führt dabei aber zu zeit- oder bau teilaufwendigen Verfahren, was vor allem bei Vielkanalempfängern und bei automatischen Peilern mit zeitlich schnell aufeinanderfol genden Meßprobennahmen von Nachteil ist.

In der eingangs genannten DE 25 00 698 A1 ist eine Anordnung zum automatischen Gewinnen von Peilwinkelwerten und auch ein Verfahren zur digitalen Ermittlung eines Peilwinkels aus zwei dem Empfang über gekreuzte Peilantennen entsprechenden Peilspannungen (AB, CD) beschrieben, bei dem aus den Peilspannungen in einer Einrichtung mit Analog/Digitalwandler Realteil und Imaginärteil gewonnen werden und der Peilwinkel bestimmt und ausgegeben wird.

Aus der DE 23 32 537 A1 ist ferner eine Anordnung zur Verarbeitung, Speicherung, Fernübertragung und Darstellung von Peilwinkeln und Peilbildern von von Watson-Watt-Drei-Kanalpeilempfängern gelieferten Peilsignalen bekannt, bei der zur Ermittlung des Anzeigewinkels q des Peilbildes (Winkellage der Achsen der Schirmbildellipse) die beiden Peilspannungen U_AB bzw. U_CD zwischen sich gegenüberliegenden Antennenelementen A, B bzw. C, D zunächst jeweils in einen Real- und Imaginärteil (A, C bzw. B, D) zerlegt werden, aus denen anschließend q gemäß der Beziehung

bestimmt wird.

Vor der rechnerischen Verarbeitung werden die Komponenten der Peil spannungen zur Verbesserung des Signaal/Rausch-Verhältnisses mit der Spannung der Hilfsantenne im Zentrum des Antennenarrays kreuzkorreliert.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur digitalen Ermittlung eines Peilwinkels der eingangs genannten Art anzugeben, das mit möglichst geringem Rechen-, und damit verbunden, möglichst ge ringem Zeit- und/oder Bauteileaufwand auskommt.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Abbildung, in der in Blockschaltbildweise das erfindungsgemäße Verfahren skizziert ist, noch eingehend erläutert.

Die am Ausgang eines mit einem Kleinbasis-Peilantennensystem ver bundenen Dreikanalpeilers mit einem Ost-West(OW)-Kanal und einem Nord-Süd(NS)-Kanal als Peilkanälen und einem Rundum(R)-Kanal zum Zeitpunkt t_n=n·Δt anliegenden digitalen Basisband-Signale lassen sich beschreiben als

S_OW = A(t_n) · sin α · e^j ^Θ
S_NS = A(t_n) · cos α · e^j ^Θ
S_R = A(t_n) · e^j ^Θ (1)

mit A als momentane Signalamplitude und α als Einfallsazimut einer Welle.

Dabei ist vorausgesetzt, daß die Signale auf ihren Wegen durch die Antennen und Empfangszüge in den verschiedenen Peilkanälen identisch verstärkt und phasenbeeinflußt werden. Die auf Grund der phasenstarren Mischung der Signale in allen drei Kanälen gleiche Phasenlage Θ bezüglich eines empfängerinternen Referenzsignals, z. B. des Abtasttaktes bei der Analog/Digital-Umsetzung ist a priori nicht bekannt. Um den Einfluß dieser Phasenlage Θ zu eliminieren, werden zu jedem der Signale Realteil R und Imaginärteil J gewonnen. Die Beschreibung der Signale in Gleichungen (1) ist äquivalent zu

S_OW = A · sin α (cos Θ) + j sin Θ) = R_OW + j J_OW
S_NS = A · cos α (cos Θ) + j sin Θ) = R_NS + j J_NS
S_R = A · (cos Θ + j sin Θ) = R_R + j J_R (2)

Die in digitaler Form am Ausgang der Empfangskanäle vorliegenden Real- und Imaginärteile

R_OW = A · sin α cos Θ,
R_NS = A · cos α cos Θ,
R_R = A · cos Θ,
J_OW = A · sin α sin Θ,
J_NS = A · cos α sin Θ,
J_R = A · sin Θ (3)

beschreiben die Signale S_OW, S_NS und S_R gemäß Gleichungen (1) und (2) damit vollständig.

Für den Peilwinkel α gilt die allgemein bekannte Beziehung

Gemäß der Erfindung werden zur Ermittlung des Peilwinkels α zum einen die Realteile R_OW, R_NS und zum andern die Imaginärteile J_OW, J_NS der beiden Peilspannungen miteinander multipliziert. Die so entstehenden Produktsignale

P₁ = R_OW · R_NS, P₂ = J_OW · J_NS (5)

werden zu einem Summensignal M = P1+P2 zusammengefaßt.

Außerdem wird aus Realteil und Imaginärteil der NS-Peilspannung das Betragsquadrat dieser Peilspannung

S_NS² = R_NS · R_NS + J_NS · J_NS (6)

gebildet. Durch Division des Summensignals durch dieses Betragsquadrat ergibt sich ein Quotient

Es läßt sich zeigen, daß dieser Quotient den Tangenswert des Peilwinkels α darstellt, so daß sich aus diesem Quotienten auf an sich bekannte Weise der Peilwinkel α nach

α = arc tan Q (8)

ermitteln läßt.

Für die Ermittlung des Peilwinkels α sind demnach

4 Multiplikationen
2 Additionen
1 Division
1 arc tan-Bestimmung

erforderlich.

Dies ist gegenüberzustellen einer digitalen Peilwinkelbestimmung, die durch der analogen Peilung entsprechendes Vorgehen die Real- und Imaginärteile z. B. nach der Vorschrift

verknüpft. Bei einer solchen Vorgehensweise wären

6 Multiplikationen
4 Additionen
1 Division
1 arc tan-Bestimmung
2 Shifts

notwendig, wovon vor allem die beiden zusätzlichen Multiplikationen von Bedeutung sind, da hierzu entweder zwei weitere Multiplizierer oder bei zeitlich gestaffelter Verarbeitung (Zeitmultiplex) zwei weitere zeitaufwendige Multiplikationsschritte erforderlich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Peilwinkels verringert somit bei zeitgleicher Durchführung der Multiplikationen den Bauteileaufwand oder verkürzt bei der bevorzugten Multiplex-Verarbeitung der Signale wesentlich die Verarbeitungszeit für die Ermittlung eines Peilwinkelwerts. Die Erfindung ist daher besonders geeignet für Peiler, bei denen in kurzer Zeit viele Peilwinkelwerte zu ermitteln sind, wie z. B. automatische Peiler mit in kurzen Zeitabständen genommenen Meßproben oder vor allem für Viel(frequenz)kanalpeiler, deren Empfangszüge nach dem FFT-Prinzip arbeitende Digitalfilterbänke darstellen. Die Ausgabe der Ausgangssignale zu den verschiedenen Frequenzkanälen erfolgt vorzugsweise im Zeitmultiplex.

Wie bei bekannten Peilverfahren kann auch bei der Erfindung die verbleibende Zweideutigkeit des Peilergebnisses mit Hilfe des Signals aus dem Rundumkanal aufgehoben werden, wobei die Phasenlagen der Peilspannungen bezüglich der Rundumspannung ausgewertet werden. Die Seitenkennung ergibt sich aus der Festlegung, daß die Phasenlagen von S_OW und S_R sowie von S_NS und S_R dann gleich sein sollen, wenn der Peilwinkel im ersten Quadranten des OW-NS-Koordinatensystems liegt. Ein Maß ist das Vorzeichen des Quotienten S_OW/S_R bzw. S_NS/S_R, wobei sich die folgende Zuordnung ergibt

Zur richtigen Quadrantenauswahl muß nicht dividiert werden, wenn als Hilfsgrößen die Produktsummen

H₁ = R_OW · R_R + J_OW J_R

und

H₂ = R_NS · R_R + J_NS · J_R

gebildet und deren Vorzeichen ausgewertet werden.

Es läßt sich zeigen, daß die obige Zuordnung (10) äquivalent ist der Zuordnung

Claims

1. Verfahren zur digitalen Ermittlung eines Peilwinkels aus zwei dem Empfang über gekreuzte Peilantennen entsprechenden Peilspannungen (S_NS, S_OW), wobei aus den Peilspannungen in Analog/Digital-Wandlern Realteil (R_NS bzw. R_OW) und Imaginärteil (I_NS bzw. I_OW) gewonnen werden und der Peilwinkel bestimmt und ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß

- die beiden Realteile und die beiden Imaginärteile jeweils miteinander multipliziert werden und durch Addition der beiden Produkte ein Summensignal gebildet wird,
- Realteil und Imaginärteil einer Peilspannung jeweils quadriert und anschließend die Quarate summiert werden, wobei die Summe der Quadrate gleich dem Betragsquadrat dieser Peilspannung ist,
- aus Summensignal und Betragsquadrat ein Quotient (Q) gebildet wird, wobei das Summensignal im Nenner und das Betragsquadrat im Zähler steht,
- der Peilwinkel als Arcustangens des Quotienten bestimmt und ausgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mit Hilfe eines zusätzlichen azimutunabhängigen Rundumsignals eine Seitenkennung durchführbar ist, wobei

- aus dem Rundumsignal gleichfalls Realteil und Imaginärteil abgebildet werden,
- für beide Peilspannungen der Realteil mit dem Realteil der Rundum spannung und der Imaginärteil mit dem Imaginärteil der Rundumspannung multipliziert wird und die beiden Produkte addiert werden,
- die Vorzeichen der beiden so gebildeten weiteren Summensignale ermittelt und zur Seitenkennung herangezogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Verknüpfungen der digitalen Signale im Zeitmultiplex durchgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Vielkanalpeiler für alle Kanäle gleichzeitig Meßproben gewonnen, zwischengespeichert und für die einzelnen Kanäle zeitlich nacheinander ausgewertet werden.