DE4128191A1 - Short-baseline interferometer for direction-finding by correlation - Google Patents
Short-baseline interferometer for direction-finding by correlationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kleinbasis-Interferome ter mit einem aus mehreren Antennenelementen bestehenden Array, bei welchem das Peilergebnis mittels eines Korrela tionsverfahren bestimmt wird, nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1.The invention relates to a small base interferome ter with one consisting of several antenna elements Array in which the bearing result is determined using a correla tion process is determined according to the preamble of Pa claim 1.
Herkömmliche Kleinbasis-Interferometer weisen Abstände DE zwischen benachbarten Antennenelementen auf, die übli cherweise 0,5 λ oder kleiner sind (λ = Signalwellenlänge), um die Forderung nach Eindeutigkeit des Peilergebnisses zu erfüllen. Die im Vergleich zu entsprechenden Großbasis-In terferometern räumlich sehr kompakte Anordnung der An tennenelemente bei diesen Interferometern führt zu einer höheren gegenseitigen Strahlungsverkopplung der einzelnen Antennenelemente und letztlich zu einer größeren Ungenau igkeit des Peilergebnisses, das heißt, zu einer Ver schlechterung der Peilqualität.Conventional small-base interferometers have distances D E between adjacent antenna elements, which are usually 0.5 λ or smaller (λ = signal wavelength) in order to meet the requirement for uniqueness of the direction finding result. The spatially very compact arrangement of the antenna elements in these interferometers compared to corresponding large base interferometers leads to a higher mutual radiation coupling of the individual antenna elements and ultimately to a greater inaccuracy of the direction finding result, that is to say a deterioration in the direction finding quality.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kleinbasis- Interferometer der eingangs genannten Art zu schaffen, das größere Abstände DE zwischen benachbarten Antennenelemen ten zuläßt und damit eine verbesserte Peilqualität ermög licht, ohne daß dabei die Eindeutigkeit der Peilergebnisse merklich beeinflußt wird.The object of the invention is to provide a small base interferometer of the type mentioned, the larger distances D E between adjacent antennas th permits and thus an improved DF quality light without the uniqueness of the DF results is noticeably affected.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in Patentan spruch 1 beschrieben. Die übrigen Ansprüche enthalten vor teilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.The inventive solution to the problem is in Patentan saying 1 described. The remaining claims contain partial training and development of the invention.
Das eingangs genannte Kleinbasis-Interferometer mit einem aus mehreren Antennenelementen bestehenden Array, bei dem das Peilergebnis mittels eines Korrelationsverfahren be stimmt wird, wird nach der Erfindung dahingehend verbes sert, daß für die vorgegebene Arraystruktur für die vorge sehene Betriebsfrequenz für ein nach einem vorgegebenen Kriterium abgestuftes Azimutwinkel- und Elevationswinkel- Raster aus theoretisch und/oder meßtechnisch ermittelten Phasenwert-Datensätzen für jedes Antennenelement Referenz muster gebildet werden, daß die während des Betriebs bei der Betriebsfrequenz gemessenen Phasenwerte mittels des Korrelationsverfahrens mit den Referenzmustern verglichen werden und daß anschließend der Musterbereich mit maxima ler Korrelation als Peilergebnis bestimmt wird. The small base interferometer mentioned at the beginning with one Array consisting of several antenna elements, in which the bearing result using a correlation method is true, according to the invention verbes to that effect sert that for the given array structure for the pre seen operating frequency for a given Graduated azimuth and elevation angle criteria Grid from theoretically and / or metrologically determined Phase value records for each antenna element reference patterns that are formed during operation at the operating frequency measured phase values using the Correlation method compared with the reference patterns and that the pattern area with maxima correlation is determined as the bearing result.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß im sogenannten "Kleinbasis"-Betriebsmodus - der unter an derem für die Sicherstellung der Eindeutigkeitsbedingungen benutzt wird - vergrößerte Abstände DE zwischen benachbar ten Antennenelementen zugelassen werden können, was zu ei ner Reduzierung der nachteiligen Einflüsse von gegenseiti ger Element-Strahlungsverkopplung und letztlich zu einer Erhöhung der Peilgenauigkeit, das heißt zu einer Verbesse rung der Peilqualität des Interferometers führt.A major advantage of the invention is that in the so-called "small base" mode of operation - which is used, among other things, to ensure the uniqueness conditions - increased distances D E between adjacent antenna elements can be permitted, which leads to a reduction of the adverse influences of mutual coupling of element radiation and ultimately to an increase in direction finding accuracy, that is to say an improvement in the direction finding quality of the interferometer.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Referenzmuster für verschiedene Be triebsfrequenzen gebildet und abgespeichert werden. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß das Interferometer schneller auf eine neue Betriebsfrequenz eingestellt wer den kann.In an advantageous development of the invention provided that the reference pattern for different Be drive frequencies are formed and stored. With this measure is achieved that the interferometer set to a new operating frequency faster that can.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Azimutwinkel- und/oder Elevations winkel-Raster für den Azimutwinkel- und/oder für den Ele vationswinkel-Bereich gleichmäßig abgestuft ist mit kon stanten Winkelstufen Δα = 2π/n (Azimut) bzw. Δε = π/m (Ele vation) mit n, m = natürliche Zahlen und vorzugsweise n = 2m.In a further advantageous embodiment of the invention it is contemplated that the azimuth and / or elevations angle grid for the azimuth and / or for the ele vation angle range is evenly graded with con constant angle steps Δα = 2π / n (azimuth) or Δε = π / m (Ele vation) with n, m = natural numbers and preferably n = 2m.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the figures explained. Show it:
Fig. 1 eine 120°-Stern-Kleinbasis-Interferometeranordnung mit N = 3 Antennenelementen; Fig. 1 is a 120 ° -Stern small base interferometer with N = 3 antenna elements;
Fig. 2-8 Korrelationsverläufe Fig. 2-8 Correlation curves
in Abhängigkeit von Azimutwinkel α und verschiedenen Elevationswinkeln ε für verschiedene Signaleinfallswinkel α₀ für eine Interferometeranordnung gemäß Fig. 1 mit einem Array-Radius R=0,7 λ; im einzelnen wird gezeigt:as a function of azimuth angle α and different elevation angles ε for different signal incidence angles α₀ for an interferometer arrangement according to FIG. 1 with an array radius R = 0.7 λ; it is shown in detail:
- - Korrelationsverlauf für α₀=0° und α₀=45° bei ε=0° (Fig. 2);- Correlation curve for α₀ = 0 ° and α₀ = 45 ° at ε = 0 ° ( Fig. 2);
- - Korrelationsverlauf für ε=15° und ε=30° bei α₀=0° (Fig. 3);- Correlation curve for ε = 15 ° and ε = 30 ° at α₀ = 0 ° ( Fig. 3);
- - Korrelationsverlauf für ε=15° und ε=30° bei α₀=135° (Fig. 4);- Correlation curve for ε = 15 ° and ε = 30 ° at α₀ = 135 ° ( Fig. 4);
- - Korrelationsverlauf (mit Amplitudenkorrelation) für ε=15° und ε=30° bei α₀=0° (Amplituden- Faktor: 20) (Fig. 5);- Correlation curve (with amplitude correlation) for ε = 15 ° and ε = 30 ° at α₀ = 0 ° (amplitude factor: 20) ( Fig. 5);
- - Korrelationsverlauf (mit Amplitudenkorrelation) für ε=45° und ε=50° bei α₀=0° (Amplituden- Faktor: 20) (Fig. 6);- Correlation curve (with amplitude correlation) for ε = 45 ° and ε = 50 ° at α₀ = 0 ° (amplitude factor: 20) ( Fig. 6);
- - Korrelationsverlauf (mit Phasen-/Amplitudenkorrelation) für ε=0° und ε=30° bei α₀=0°, εref=40° (Fig. 7);- Correlation curve (with phase / amplitude correlation) for ε = 0 ° and ε = 30 ° at α₀ = 0 °, ε ref = 40 ° ( Fig. 7);
- - Korrelationsverlauf (mit Phasen-/Amplitudenkorrelation) für ε=60° und ε=75° bei α₀=0°, εref=40° (Fig. 8);- Correlation curve (with phase / amplitude correlation) for ε = 60 ° and ε = 75 ° at α₀ = 0 °, ε ref = 40 ° ( Fig. 8);
Fig. 9 die Minimumtiefe der Korrelationsverläufe als Funktion des Elevationswinkel ε. Fig. 9 ε the minimum depth of the correlation curves as a function of elevation angle.
In Fig. 1 ist beispielhaft eine 120°-Stern-Kleinbasis-In terferometeranordnung dargestellt. Um einen Zentralmast herum sind drei Antennenelemente 1-3 auf einem Kreis mit dem Radius R angeordnet. Der Winkel benachbarter Verbin dungslinien zwischen Antennenelement und Mast beträgt 120°. Das zu peilende Signal fällt unter einem Winkel α0 ein. Die theoretischen Element-Phasenwerte für das Refe renzmuster ermitteln sich hierbei zu:In Fig. 1, a 120 ° star small base interferometer arrangement is shown as an example. Around a central mast, three antenna elements 1 - 3 are arranged on a circle with the radius R. The angle of adjacent connecting lines between the antenna element and mast is 120 °. The signal to be taken is incident at an angle α 0 . The theoretical element phase values for the reference pattern are determined as follows:
(mit α=Azimutwinkel, ε=Elevationswinkel, λ= Signallänge und R=Radius des Antennenarray- Kreises)(with α = azimuth angle, ε = elevation angle, λ = Signal length and R = radius of the antenna array Circle)
In Fig. 2 ist der resultierende KorrelationsverlaufIn FIG. 2, the resulting correlation curve
für eine 120°-Stern-Anordnung mit Radius R = 0,7n bei einem Signaleinfallswinkel von α0 = 0°, bzw. α0 = 135° bei ε = 0° dargestellt. Es zeigt sich erwartungsgemäß, daß der Kurvenzug für α = 0° bzw. 135° die Null-Linie tangiert, jedoch sind auch bei anderen Azimut-Werten deutliche Annä herungen an die Grundlinie zu erkennen. Die Annäherung dieser "Neben-Minima" an die Null-Linie verstärkt sich so gar, falls der Korrelationsverlauf für Elevationswinkel von 30° (siehe auch Fig. 3 und 4) oder sogar noch höher ermittelt wird. Im Beispiel für α = 135° und ε = 30° zeigt sich (Fig. 4), daß das "Neben-Minimum" bei α0 = 290° tie fer wird als das erwartete Minimum bei α0 = 135°. Defini tionsgemäß würde in diesem Fall die Position des Neben-Mi nimums als Peilergebnis interpretiert werden und somit eine deutliche Fehlpeilung verursacht werden.for a 120 ° star arrangement with radius R = 0.7n with a signal incidence angle of α 0 = 0 °, or α 0 = 135 ° with ε = 0 °. As expected, it can be seen that the curve for α = 0 ° or 135 ° affects the zero line, but clear approximations to the baseline can also be seen with other azimuth values. The approximation of these "secondary minima" to the zero line is even increased if the correlation curve for elevation angles of 30 ° (see also FIGS. 3 and 4) or even higher is determined. In the example for α = 135 ° and ε = 30 ° it can be seen ( FIG. 4) that the "minor minimum" at α 0 = 290 ° becomes deeper than the expected minimum at α 0 = 135 °. According to the definition, the position of the secondary minimum would be interpreted as a bearing result in this case, thus causing a clear bearing.
Eine Verbesserung dieser Gegebenheiten läßt sich errei chen, falls neben der reinen Phasenkorrelation auch noch eine Amplitudenkorrelation durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren werden die unterschiedlich ausgerichteten Strah lungsdiagramme als Referenzmuster ausgenützt.This situation can be improved if, in addition to the pure phase correlation, also an amplitude correlation is carried out. With this Process the differently oriented beam used as a reference pattern.
Die in Fig. 5 und 6 dargestellten Kurven zeigen, daß mit der kombinierten Phasen-/Amplituden-Korrelationsauswertung ein deutlich größerer Elevationsbereich fehlerfrei abge deckt werden kann. Im demonstrierten Rechenbeispiel mit α0 = 0° (Fig. 6) läßt sich erkennen, daß theoretisch bis zu einem Elevationswinkel von ε = 45° fehlerfreie Peil ergebnisse zu erwarten sind, für ε = 50° ist jedoch be reits eine Mißweisung durch das Absinken der benachbarten "Neben-Minima" zu registrieren.The curves shown in FIGS. 5 and 6 show that the combined phase / amplitude correlation evaluation can cover a significantly larger elevation range without errors. In the demonstrated calculation example with α 0 = 0 ° ( Fig. 6) it can be seen that in theory up to an elevation angle of ε = 45 ° error-free bearing results can be expected, but for ε = 50 ° there is already a rejection due to the drop the neighboring "minor minima".
Aus den gezeigten Korrelationskurven ist ersichtlich, daß das Kurvenminimum im erwarteten Azimutbereich sich mit steigendem Elevationswinkel erhöht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Interferometers wird dies für eine Grobbestimmung des Elevationswinkels des Si gnaleinfalls ausgewertet. In Fig. 9 ist die Abhängigkeit zwischen Kurven-Minimum und Elevationswinkel ε in graphi scher Form für das o. a. Rechenbeispiel zusammengestellt. It can be seen from the correlation curves shown that the curve minimum in the expected azimuth range increases with increasing elevation angle. In a preferred embodiment of the interferometer according to the invention, this is evaluated for a rough determination of the elevation angle of the signal incident. In Fig. 9, the dependency between curve minimum and elevation angle ε is shown in graphical form for the above calculation example.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Interferometers ist vorgesehen, daß nach er folgter Grobbestimmung des Elevationswinkel für ε-Werte oberhalb einer bestimmten Schwelle - z. B. für ε < 40° ein erneuter Mustervergleich mit einem geänderten Refe renz-Datensatz durchgeführt wird. Dieser Referenz-Daten satz stützt sich nun auf theoretische Phasen-Sollwerte un ter Berücksichtigung eines höheren Elevationswinkels - z. B. für εref = 40° - gemäß den Gleichungen nach (1), (2) und (3).In a further preferred embodiment of the interferometer according to the invention it is provided that after he roughly determined the elevation angle for ε values above a certain threshold - e.g. B. for ε <40 °, a new pattern comparison is carried out with a changed reference data set. This reference data set is now based on theoretical phase setpoints, taking into account a higher elevation angle - e.g. B. for ε ref = 40 ° - according to the equations according to (1), (2) and (3).
In Fig. 7 und 8 ist demonstriert, daß mit dieser Maßnahme der Gültigkeitsbereich der beschriebenen Peilauswertung bis auf Elevationswinkel von ca. 70° erweitert werden kann.In Fig. 7 and 8, demonstrates that the bearings are evaluated described can be extended up to the elevation angle of about 70 ° with this measure of the validity range.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das näher erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern ganz allgemein in Interferometeranordnungen verwendet wer den kann.It is understood that the invention is not limited to this illustrated embodiment is limited, but generally used in interferometer arrangements that can.
So kann beispielsweise die Zahl der Antennenelemente bzw. deren räumlich-geometrische Anordnung abgeändert werden, insbesondere können andere Abstände zwischen benachbarten Antennenelementen gewählt werden. Auch sind unterschiedli che Stufungen für Azimut einerseits umd Elevation anderer seits denkbar. Schließlich könnten im Bereich des erwarte ten Signaleinfalls kleinere Winkelstufen gewählt werden als in den übrigen Bereichen, um so die Bestimmung der Korrelationsminima genauer durchführen zu können.For example, the number of antenna elements or their spatial-geometric arrangement are changed, in particular, other distances between adjacent ones Antenna elements can be selected. Are also different gradations for azimuth on the one hand and elevation of others conceivable on the part. Finally, could be expected in the area lower angle steps can be selected than in the other areas, so as to determine the To be able to carry out correlation minima more precisely.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914128191 DE4128191A1 (en) | 1991-08-24 | 1991-08-24 | Short-baseline interferometer for direction-finding by correlation |
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DE19914128191 DE4128191A1 (en) | 1991-08-24 | 1991-08-24 | Short-baseline interferometer for direction-finding by correlation |
Publications (1)
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