DE3717841A1 - Funkpeileinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Funkpeileinrichtung.

Eine übliche Art einer Funkpeileinrichtung, die zur Bestim­ mung des Richtungswinkels eines Funksenders verwendet wird, hat eine Anordnung von drei oder mehr nicht-kolinearen An­ tennen. Die Hochfrequenzsignale (RF-Signale) an den Antennen werden an Niederfrequenzen (Audiofrequenzen) moduliert und dann kombiniert und mit einem einzigen AM-oder FM-Empfänger (Amplitudenmodulationsempfänger oder Frequenzmodulations­ empfänger) verarbeitet. Die Auswahl des Empfängers hängt von der Verknüpfungsmethode ab. Nach einer Detektorstufe des Empfängers werden die demodulierten Hochfrequenzsignale durch phasenempfindliche Detektionsmethoden unter Verwendung der Modulationswellenformen als Bezugssignale separiert und dann durch einen Tiefpaßfilter geleitet und derart verarbeitet, daß man Phasendifferenzwerte erhält, die Informationen über den Richtungswinkel der empfangenen Peilsignale liefern. Die Hochfrequenzsignale vor der Demodulation können zusammen mit einem Bezugssignal verarbeitet werden, das von einer Bezugs­ antenne der Anordnung abgeleitet wird, um die Wirkung irgend­ einer Eigenfrequenzmodulation oder einer Frequenzabweichung beim empfangenen Peilsignal auszuschalten.

Bei dieser üblichen Auslegung ist infolge der Erweiterung der empfangenen Signalbandbreite aufgrund der Modulationstechnik der Frequenzbereich der Informationsträgersignale vor der Detektionsstufe des Empfängers relativ groß. Um sicherzustellen, daß diese Signale nicht abgewiesen werden, muß daher der Empfänger eine relativ große Bandbreite, beispielsweise in der Größenordnung von KHz haben. Da die Demodulatoren nicht­ lineare Einrichtungen sind, werden Störgeräusche in die breiten Empfängerbandbreiten in die Peilprozessorbandbreite eingemischt. Da dies eine effektive Rauscheliminierung behindert, müssen die dem Empfänger zugeführten Antennensignale einen großen Stör­ abstand haben und daher werden in der Praxis Antennen beträcht­ licher Größe verwendet. Beispielsweise kann die Antennenan­ ordnung Antennen haben, die aus Halbwellendipolen bestehen. Diese sind hinsichtlich des Leistungsvermögens vergleichbar mit üblichen Funkantennen und die Antennenanordnung läßt sich schwierig oder unzweckmäßig herstellen und installieren. Fer­ ner führt es zu einem unangemessenen Windwiderstand. Auch ist es schwierig, Beeinflussungen hierdurch zu verhindern und Or­ tungsfehler können infolge von zu starken Gegenkopplungen auf­ treten.

Die Erfindung zielt darauf ab, eine Funkpeileinrichtung bereit­ zustellen, die eine verbesserte Empfindlichkeit und Selektivi­ tät bzw. Trennschärfe hat und die keine großen und sperrigen Antennenanordnungen benötigt.

Nach der Erfindung wird hierzu eine Funkpeileinrichtung bereit­ gestellt, die eine Anordnung von Funkpeilantennen und eine Peilempfangseinrichtung aufweist, die derart eingerichtet ist, daß sie von den jeweiligen Funkpeilantennen empfangenen Signale verarbeitet, um eine Peilinformation aus den Phasendifferen­ zen zwischen diesen Signalen zu erzeugen. Diese Funkpeilein­ richtung zeichnet sich dadurch aus, daß auch eine Bezugsein­ richtung vorgesehen ist, die derart eingerichtet ist, daß sie ein Bezugssignal liefert, das eine Frequenz hat, das der tat­ sächlichen Frequenz der durch die Antennen empfangenen Signale zugeordnet ist, die aber einen größeren Störabstand als diese Signale hat, und daß die Peileinrichtung derart beschaffen und ausgelegt ist, daß sie die Peil- bzw. Richtinformation unter Ableitung von den Phasendifferenzen zwischen dem Bezugssignal und den zugeordneten Empfangssignalen liefert.

Da bei dieser Auslegung die empfangenen Signale unter Bezug­ nahme auf ein Bezugssignal verarbeitet werden, das eine feste Frequenzzuordnung zu den empfangenen Signalen (z.B. dieselbe Frequenz) hat, ist es möglich, daß ein Phasendifferenzausgang erzeugt wird, der eine schmale Bandbreite hat, die auf der Bezugssignalfrequenz zentriert ist. Daher läßt sich ein Rau­ schen wirksam beim Phasendifferenzausgang unter Verwendung ei­ nes schmalen Bandfilters unterdrücken. Ferner kann die Peil­ einrichtung mit hoher Empfindlichkeit und Trennschärfe selbst bei relativ kleinen Antennen der Antennenanordnung arbeiten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Empfindlichkeit weit­ gehend durch das Bezugssignal anstelle der Peilantennen be­ stimmt werden kann. In der Praxis können die Teile in der An­ ordnung der Peilantennen verminderte Abmessungen im Vergleich zu der Größe der Anordnung haben, die notwendig wäre, um eine gleiche Empfindlichkeit bei einer üblichen Funkpeileinrichtung zu erzielen. Alternativ kann eine gleichgroße Antennenanordnung verwendet werden und man erhält eine verbesserte Empfindlich­ keit.

Das Bezugssignal kann man von einer Bezugsantenne erhalten, die eine größere Empfindlichkeit als die anderen Antennen der Peilanordnung hat. Somit kann die Bezugsantenne beträchtlich größere Abmessungen als die anderen Antennen haben. Bei einer an einem Fahrzeug angebrachten Funkpeileinrichtung beispiels­ weise kann die Bezugsantenne eine lange Peitschenantenne (z.B. von der Art, die üblicherweise für Autoradioantennen verwen­ det wird) sein und die anderen Antennen können beispielsweise mehr als 20 dB weniger empfindlich und daher wesentlich kürzer sein.

Gegebenenfalls kann jede beliebige Antennenanordnung ver­ wendet werden. Bei einem System, das für eine 360° Reichweite ausgelegt ist, können drei oder mehr einfache Peildipole oder Peitschenantennen verwendet werden, die für alle im Betrieb geeignet sind und die ein genau definiertes Phasen­ zentrum mit einer einfachen mechanischen Anordnung haben. Die Bezugsantenne, wenn sie vorgesehen ist, ist an eine ge­ sonderte Antenne, die von einer wesentlich längeren Peitschen­ antenne oder einer Antenne mit einem anderen Aufbau gebil­ det werden kann. Andere Auslegungsformen sind möglich. Wenn beispielsweise die Peilantennen abgestimmte Dipole sind, kann die Bezugsantenne eine vertikale kolineare Halbwellenauslegungsform haben und kann koaxial zu den Peilantennen angeordnet sein oder sie kann eine Richtverstärkungsantenne, wie eine Yagi- Antenne sein, die in einem entsprechend geeigneten Abstand von den Peilantennen angebracht ist. Auch ist es möglich, die Bezugsantenne als eine der Peilantennen zu nutzen. In diesem Fall ist eine Phasenkorrektur erforderlich, um eine Kompensa­ tion für die anomale Phasenverschiebung der empfindlicheren Bezugsantenne relativ zu den anderen zu erreichen. Dies kann in zweckmäßiger Weise mit Hilfe von Software unter Verwendung eines Signals mit bekannter Richtung als ein Testsignal er­ reicht werden.

Vorzugsweise weist die Funkeinrichtung, die die Signale von den verschiedenen Antennen erhält, einen Empfänger auf, der der Bezugsantenne zugeordnet ist und ferner weitere gesonderte Empfänger, beispielsweise einen für jede Antenne in der Peil­ antennenanordnung, wobei alle den gleichen lokalen Oszillator nutzen. Jeder Empfänger verstärkt und verarbeitet das ent­ sprechende Antennensignal linear ohne Modulation. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß der Ausgangsrauschabstand sich weitgehend jenem des Bezugssignals annähert.

Alternativ können die Peilantennen sukzessiv in einem einzigen Empfänger kommutiert bzw. umgetastet werden (d.h. sie sind mit Umtastschaltungen sukzessiv gemäß einer vorbestimmten Folge­ frequenz mit dem einzigen Empfänger verbunden) und ein zweiter Empfänger kann der Bezugsantenne zugeordnet sein. Vorzugs­ weise haben die beiden Empfänger denselben lokalen Oszilla­ tor. Dies ist aber nicht wesentlich. Auch bei dieser Ausle­ gungsform kann erreicht werden, daß der Ausgangsrauschab­ stand sich weitgehend jenem des Bezugssignals annähert.

Bei gesonderten Empfängern ergibt sich die Problematik hin­ sichtlich der Sicherstellung, daß die Phasenkennlinien alle gleich sind. Da sich dies in der Praxis schwer erzielen läßt, kann ein Selbsteichverfahren verwendet werden, bei dem in periodischen Intervallen die Antennen abgekoppelt werden und ein Signal mit identischer Phase und Amplitude an die Eingänge aller Empfänger angelegt wird. Die Phasendifferenzen zwischen den Empfängern kann dann ermittelt werden und es kann eine entsprechende Kompensation vorgenommen werden. Dies kann un­ ter Mikroprozessorsteuerung erfolgen, wodurch keine speziel­ len Stabilitätserfordernisse bei den Empfängern notwendig sind.

Die Bestimmung der Phasendifferenzen für die entsprechenden Peilantennen kann unter Verwendung von synchronisierten Ver­ stärkern bzw. Einfangverstärkern oder in äquivalenter Weise mit Hilfe von Software erfolgen. Das Bezugssignal wird als Steuerfrequenz für jeden Einfangverstärker verwendet und die­ ses Signal wird mit dem zugeordneten Antennensignal ver­ mischt, um einen Gleichstromausgang zu erhalten, der die Phasendifferenz wiedergibt. Der Ausgang kann mit einem schma­ len Tiefpaßfilter zur Rauschausfilterung gefiltert werden und die unterschiedlichen Gleichstromausgänge von den unter­ schiedlichen Peilantennen werden paarweise verarbeitet, um Richtungsinformationen zu erhalten, und zwar nach Maßgabe üblicher Interferometerprinzipien. Die Breite des Durchlaß­ bereiches des Filters kann sehr klein gewählt werden, da das Bezugssignal und das Peilsignal dieselbe Frequenz haben. In der Praxis kann sich die Breite bis auf einige Hz belaufen. Der Grenzfaktor ist die Ansprechzeit. Die Ansprechzeit nimmt bei abnehmender Bandbreite zu. Für die meisten praktischen Anwendungsfälle sind niedrige Bandbreiten von etwa 1 Hz zweckmäßig.

Wenn die Peilantennen wie vorstehend genannt umgetastet bzw. kommutiert werden und wenn ungleiche lokale Oszillatoren ver­ wendet werden, liefert das Paar von Einfangsverstärkern der vorstehend beschriebenen Art kein Gleichstromsignal, son­ dern eine Differenzfrequenz, die gleich der kleinen Diffe­ renz zwischen den lokalen Oszillatoren in den beiden Empfän­ gern ist. In diesem Fall können die gewünschten Phasendiffe­ renzen durch Autokorrelationsmethoden gemessen werden, bei de­ nen die Echtzeitsignale von den Einfangsverstärkern mit ähnli­ chen Signalen multipliziert werden, die um eine genau defi­ nierte Umtastverweilperiode (typischerweise 5 ms) verzögert und für die gleiche Periode gemittelt sind. Die Gleichstrom­ ausgänge von der Autokorrelationsverarbeitungseinrichtung kön­ nen dann mit schmalen Tiefpaßfiltern gefiltert werden, um das Rauschen zu eliminieren und die unterschiedlichen Gleich­ stromsignale entsprechend der jeweiligen Umtastperiode wer­ den dann unter Verwendung üblicher Interferometerprinzipien verarbeitet, um den Richtungswinkel zu erhalten. Bandbreiten­ verminderungen von etwa 1 Hz sind auch hier wieder möglich. In diesem Fall sollte ein zusätzlicher Phasen"fehler" bei der interferometrischen Bestimmung zugelassen sein. Sein Wert hängt von der präzisen Zuordnung zwischen der "Differenzfre­ quenz" und dem Zeitverzögerungswert ab. Der Phasenfehler wird zweckmäßigerweise mit Hilfe einer ähnlichen Autokorrelations­ methode unter Verwendung einer Zeitverzögerung gemessen, die genau der Hälfte der vorangehend angegebenen Verzögerung ent­ spricht. Die gesamte vorstehend genannte Verarbeitung kann man entweder mit Hilfe von Hardware oder mit Hilfe von Soft­ ware oder auch unter Verwendung einer Kombination aus diesen beiden durchführen.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer Auslegungsform einer Funkpeileinrichtung nach der Er­ findung.

Hierbei sind drei gleiche, kleinbemessene wenig empfindliche Peilantennen 1 vorgesehen, die in Form einer nicht-kolinearen Anordnung bekannter Geometrie angeordnet sind und es ist eine größere Bezugsantenne 2 (z.B. eine Peitschenantenne) mit größerer Empfindlichkeit vorgesehen. Die Antennen sind auf einer Metallerdungsfläche 3 (z.B. einer Fahrzeugoberfläche) angebracht. Die vier Antennen sind mit vier Empfängern 4 bis 7 mit Zwischenfrequenzausgängen verbunden, die von gesonderten Bauteilen gebildet werden. Diese haben aber im wesentlichen identische Charakteristika (oder phasengeeichte Charakteristi­ ka). Die Antennen 1, 2 sind über vier abgestimmte Koaxialkabel 8 bis 11 mit den Empfängern 4 bis 7 verbunden.

Die Empfänger 4 bis 7 weisen Verstärker auf, die ein lineares Verhalten für kleine Signale haben und sie können derart ein­ gerichtet sein, daß sie ein gewünschtes niederfrequentes Zwi­ schensignal von den Antennensignalen unter Verwendung einer lokalen Überlagerungsfrequenz von einem gemeinsamen lokalen Oszillator 12 ableiten.

Der Ausgang des Zwischenfrequenz-Bezugsempfängers 7 wird mit Hilfe eines Mehrfach-Phasenschiebers 13 in zwei Kanäle aufge­ teilt, die eine Phasenverschiebung von 90° haben und die bei­ den um 90° phasenverschobenen Signale werden verwendet, um den Zwischenfrequenzausgang jedes Peilempfängers 4 bis 6 un­ ter Verwendung von Einfangverstärkern (vier Quadranten analoge Multipliziereinheit) 14 bis 21 zu multiplizieren. Das Ergeb­ nis sind zwei Gleichspannungen (oder äquivalente Darstellungen in der Software) für jeden Peilempfänger und diese Spannungen gehen dann durch einen Tiefpaßfilter, wozu identisch Tief­ paßfilter 22 bis 29 verwendet werden. Jedes Paar kann dann verarbeitet werden (indem man ARCTAN y/x nimmt), um die Pha­ sendifferenz zwischen der Bezugsantenne 2 und der jeweiligen Peilantenne 1 zu erhalten. Anschließend können durch Sub­ traktion entsprechender Winkelpaare die Phasendifferenzen zwi­ schen den Paaren von Peilantennen abgeleitet werden. Diese werden dann zur Ermittlung des Richtungswinkels genutzt. Die Verarbeitung erfolgt mit einem entsprechend programmierten Mikroprozessor 30 und ein Mehrkanal-Analog/Digital-Wandler 31 ist vorgesehen, um die Filterausgänge mit dem Mikroprozessor 30 zu verknüpfen.

Bei der vorstehend genannten Ausbildungsform ist es möglich, eine gute Empfindlichkeit zu erreichen, ohne daß man große und hinderliche Peilantennen benötigt. Auch brauchen die Peil­ antennen nicht mit dem Empfänger resonanz-abgestimmt oder lei­ stungs-abgestimmt zu sein. Sie können somit eine größere Band­ breite haben und es sind daher weniger Wechselwirkungen mit dem Hochfrequenzfeld und miteinander zu befürchten, so daß Fehler reduziert werden, die ihre Ursache in wechselseitigen Beeinflussungen haben.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Einzelhei­ ten der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausbildungsform beschränkt. Beispielsweise können vier Peilantennen in einer Rechteckanordnung oder in Form von zwei gesonderten Paaren verwendet werden. Ferner kann die Bezugsantenne auch als eine der Peilantennen genutzt werden. Auch ist es anstelle der Ver­ wendung von Empfängern mit einem gemeinsamen lokalen Oszilla­ tor möglich, ungleiche lokale Oszillatoren zu verwenden. An­ stelle der Verwendung von gesonderten Empfängern für die Peil­ antennen kann auch eine Umtastanordnung verwendet werden, bei der die Peilantennen sukzessiv mit einem gemeinsamen Empfänger nach Maßgabe einer vorbestimmt gesteuerten Wiederholung­ frequenz verbunden werden, wobei eine übliche Umtasteinrich­ tung zur Steuerung dieses Arbeitsablaufes vorgesehen sein kann.

Claims (7)

1. Funkpeileinrichtung mit einer Anordnung von Peilan­ tennen (1) mit einer Funkempfangseinrichtung (4 bis 6), die derart eingerichtet ist, daß sie die von den jeweiligen Peil­ antennen (1) empfangenen Signale verarbeitet, um eine Rich­ tungsinformation aus den Phasendifferenzen zwischen diesen Signalen zu ermitteln, dadurch gekennzeich­ net, daß auch eine Bezugseinrichtung (2) vorgesehen ist, die derart eingerichtet ist, daß sie ein Bezugssignal liefert, das eine Frequenz hat, die der tatsächlichen Frequenz der Signale zugeordnet ist, die mit den Antennen (1) empfangen wer­ den, welche aber einen größeren Rauschabstand als die empfan­ genen Signale hat, und daß die Funkeinrichtung (4 bis 6) der­ art ausgelegt ist, daß sie eine Richtungsinformation, abge­ leitet von den Phasendifferenzen, liefert, die zwischen dem Bezugssignal und den jeweiligen Empfangssignalen ermittelt wird.

2. Funkpeileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man das Bezugssignal von einer Bezugsantenne (2) erhält, die eine größere Empfindlichkeit als die ande­ ren Antennen (1) der Peilantennenanordnung hat.

3. Funkpeileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bezugsantenne (2) beträchtlich größere Ab­ messungen als die anderen Antennen (1) hat.

4. Funkpeileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie auf einem Fahrzeug angebracht ist, und daß die Bezugsantenne (2) eine lange Peitschenantenne ist.

5. Funkpeileinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung (1) drei oder mehr an Wellenempfangsdipole oder Peitschenantennen aufweist und die Bezugsantenne (2) hierzu gesondert vorgesehen ist.

6. Funkpeileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkempfangseinrichtung (4 bis 6) einen gesonderten Empfänger für jede Antenne (1, 2) aufweist, der das jeweilige Antennensignal empfängt, verstärkt und ohne Modulation verarbeitet.

7. Funkpeileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Einfangverstärker verwendet wer­ den, um die Phasendifferenzen für die entsprechenden Peilan­ tennen (1) zu bestimmen, daß das Bezugssignal als Steuerfre­ quenz für jeden Einfangverstärker genutzt wird, und daß dieses Signal mit dem entsprechenden Antennensignal vermischt wird, um einen Gleichspannungsausgang zu erhalten, der die Phasen­ differenz darstellt.