DE4318548A1

DE4318548A1 - Interferometer direction finder

Info

Publication number: DE4318548A1
Application number: DE19934318548
Authority: DE
Inventors: Hans-C Dipl Ing Dr Hoering
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 1994-12-08

Abstract

In the case of an interferometer direction finder having more than three receiving antennas, two of which are in each case assigned to a reference antenna such that at least two triangles of different size are formed, the antennas are not arranged on two mutually crossing antenna rows but at the corners of triangles which are oriented as desired and are of different size and of which in each case one corner is common.

Description

Die Erfindung betrifft einen Interferometerpeiler laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to an interferometer direction finder Preamble of the main claim.

Um mit einem Funkpeiler mit ebener Anordnung der Antennen Azimut und Elevation eindeutig bestimmten zu können, müssen mindestens drei Antennen vorhanden sein, die nicht kolinear aufgestellt sind. Beim Interferometerpeiler werden die Phasendifferenzen zwischen den Signalen der Antennen ausgewertet. Wenn nur drei Antennen vorhanden sind, muß der Abstand der zur Phasenmessung herangezogenen Antennen kleiner als eine halbe Wellenlänge bleiben. Größere Genauigkeit der Peilung bei Vorhandensein von kohärenten oder inkohärenten Störungen läßt sich errei chen, wenn der Antennenabstand größer als eine halbe Wellenlänge ist. Ein solcher größerer Abstand kann aber zu mehrdeutigen Ergebnissen führen, da der Meßwert für eine Phasendifferenz dΦ auf den Bereich -180°≦dΦ≦+180° begrenzt ist, die Phasendifferenz zwischen mehr als eine halbe Wellenlänge auseinanderliegenden Antennen diesen Bereich aber überschreiten kann. Um die Mehrdeutigkeiten solcher Großbasisinterferometer (GB) aufzulösen, verendet man zusätzliche Kleinbasisinterferometer (KB). Mit dem ungenauen aber eindeutigen Meßwert für die Einfalls richtung, der mit einem KB-Interferometer erhalten wird, wird das GB-Interferometer auf den richtigen von mehreren möglichen aber genaueren Einfallsrichtungsmeßwerten eingewiesen. Dieses Vorgehen kann durch Fortschreiten zu Interferometern mit immer größer werdender Basis fortgesetzt werden.To use a direction finder with a level arrangement of the antennas To be able to clearly determine azimuth and elevation, there must be at least three antennas that are not are colinear. At the interferometer direction finder the phase differences between the signals of the Antennas evaluated. If there are only three antennas the distance between the phase measurements Antennas remain less than half a wavelength. Greater accuracy of bearing in the presence of coherent or incoherent disturbances can be achieved if the antenna spacing is greater than half Wavelength is. Such a larger distance can lead to ambiguous results because the measured value for a phase difference dΦ in the range -180 ° ≦ dΦ ≦ + 180 ° is limited, the phase difference between more than one half wavelength apart antennas But can exceed the range. The ambiguity to dissolve such a large base interferometer (GB) additional small base interferometers (KB). With the imprecise but unambiguous measured value for the idea direction obtained with a KB interferometer the GB interferometer will be on the right one of several possible but more accurate directions of incidence instructed. This can be done by progress to interferometers with an ever increasing base to be continued.

Eine naheliegende und häufig beschriebene Methode zur Realisierung eines GB-Interferometers ist die Anordnung von Antennen auf zwei sich kreuzenden Linearzeilen, wobei sich die Referenzantenne im Kreuzungspunkt der beiden Antennenzeilen befindet (E. Jacobs, E. Ralston: Ambiguity Resolution in Interferometry, IEEE Tr. AES-17,6, Nov. 1981; N. Burtnyk et al: Performance of an interferometer df for the hf band. Proc. IEE, Vol. 112, 11, Nov. 1965; N. Burtnyk et al: Interferometer df for the hf band. Proc. IEE, Vol. 110, 7, July 1963; G. Multedo: Les techniques d′interf´rom´trie dans les radiogoniomètres á Thomson-CSF. Revue Technique Thomson-CSF, Vol. 19, 2, Juin 1987; Grabau/Pfaff: Funkpeiltechnik, S. 173-192; EP-PS 0 165 460, DE-PS 34 19 341, DE-OS 34 19 342).An obvious and frequently described method for The arrangement is the realization of a GB interferometer of antennas on two crossing linear lines, whereby the reference antenna is at the intersection of the two Antenna lines located (E. Jacobs, E. Ralston: Ambiguity Resolution in Interferometry, IEEE Tr. AES-17.6, Nov. 1981; N. Burtnyk et al: Performance of an interferometer df for the hf band. Proc. IEE, Vol. 112, 11, Nov. 1965; N. Burtnyk et al: Interferometer df for the hf band. Proc. IEE, vol. 110, 7, July 1963; G. Multedo: Les techniques d'interf´rom´trie dans les radiogoniomètres á Thomson-CSF. Revue Technique Thomson-CSF, Vol. 19, 2, Juin 1987; Grabau / Pfaff: Funkpeiltechnik, pp. 173-192; EP-PS 0 165 460, DE-PS 34 19 341, DE-OS 34 19 342).

Referenzantenne ist dabei diejenige Antenne, auf deren Signalphase sich die Phasen der Signalspannungen der anderen Antennen beziehen. Bei einem Interferometer mit k unterschiedlich großen Interferometerbasen werden so 2k+1 Antennen benötigt, bei drei Interferometerbasen beispielsweise sieben.The reference antenna is the antenna on whose Signal phases the phases of the signal voltages of the other antennas. With an interferometer with k Interferometer bases of different sizes are thus 2k + 1 antennas required with three interferometer bases for example seven.

Bei herkömmlichen GB-Interferometern werden die Antennen vorzugsweise auf sich unter 90° schneidende Linearzeilen angeordnet. Dann sind alle Dreiecke, die sich mit der Referenzantenne bilden lassen, rechtwinklig. Rechtwinklige Dreiecke sind jedoch auch bei Gleichschenkligkeit nicht völlig symmetrisch, daher hängt der Einfluß von Fehlern durch kohärente oder inkohärente Störungen auf den Azimutmeßwert vom Einfallsazimut der zu vermessenden Welle gegenüber der Peilanordnung ab. Andererseits hat die Rechtwinkligkeit den Vorteil, daß mit einer einfachen Rechenvorschrift ausgewertet werden kann, was vor allem für das kleinste Dreieck von Vorteil ist, wenn hiermit Übersichtspeilungen mit Hilfe der Fast Fourier Trans formation (FFT) für viele Frequenzkanäle gleichzeitig durchgeführt werden sollen. Für andere Peilaufgaben kann diese Rechtwinkligkeit der Dreiecke jedoch nachteilig sein.In conventional GB interferometers, the antennas preferably on linear lines intersecting at 90 ° arranged. Then all the triangles that align with the Let the reference antenna form, at right angles. Right Angle However, triangles are not even with isosceles completely symmetrical, therefore the influence of errors depends by coherent or incoherent disturbances on the Azimuth measurement value of the incidence azimuth of the to be measured Shaft opposite the direction finder. On the other hand the squareness the advantage that with a simple Arithmetic rule, what can be evaluated above all is advantageous for the smallest triangle if with this Overview bearing using the Fast Fourier Trans formation (FFT) for many frequency channels simultaneously should be carried out. For other DF tasks this rectangularity of the triangles is disadvantageous his.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Interferometer peiler der eingangs erwähnten Art zu schaffen, dessen Antennenanordnung an die jeweiligen Peilaufgaben optimal anpaßbar ist.It is therefore an object of the invention to provide an interferometer to create direction finders of the type mentioned, whose Antenna arrangement optimal for the respective DF tasks is customizable.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Interferometer peiler laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbil dungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is based on an interferometer direction finder according to the preamble of the main claim characteristic features solved. Advantageous training endings result from the subclaims.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Antennen ermöglicht eine optimale Anpassung an die jeweilige Peilaufgabe, so kann beispielsweise das kleinste Dreieck rechtwinklig ausgebildet sein, so daß hiermit eine schnelle Über sichtspeilung beispielsweise mit Hilfe der FFT für viele Frequenzkanäle gleichzeitig durchgeführt werden kann. Die größeren Dreiecke können dagegen beispielsweise gleichseitig ausgebildet sein, was für eine gleichmaßige Rundum-Peilgenauigkeit vorteilhaft ist, da gleichseitige Dreiecke vollständig symmetrisch sind. Wenn mit dem Dreieck der größten Interferometerbasis auf die azimutale Gleichmäßigkeit der Peilgenauigkeit verzichtet werden kann, die größte Peilgenauigkeit also für bestimmte Vorzugsrichtungen erzielt werden soll, läßt sich außerdem noch eine Antenne (mit dem zugehörigen Kabel und bei einem Vielkanalempfänger einem Empfangskanal) einsparen.The arrangement of the antennas according to the invention enables an optimal adaptation to the respective bearing task, for example, the smallest triangle can be rectangular be trained so that a quick over sighting for many people with the help of the FFT Frequency channels can be performed simultaneously. The larger triangles, for example, can be equilateral, what a uniform All-round DF accuracy is advantageous because it is equilateral Triangles are completely symmetrical. If with that Triangle of the largest interferometer base on the azimuthal Uniformity of bearing accuracy can be dispensed with can, the greatest DF accuracy for certain Preferred directions should also be achieved another antenna (with the associated cable and at a multi-channel receiver can save one receiving channel).

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be described more schematically Drawings explained in more detail.

Fig. 1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße GB-Inter ferometer-Anordnung mit 3 unterschiedlich großen Basen. Die mit A bis G beschrifteten Punkte kennzeichnen Antennenpositionen in der Horizontalebene. Das kleinste Dreieck ABC ist im Beispiel gleichschenklig rechtwinklig mit einer Kathetenlänger kleiner als eine halbe Wellen länge gewählt, um die Rechenvorschrift zur Bestimmung des Peilergebnisses möglichst einfach zu halten. Dies ist wie erwähnt günstig, wenn mit diesem kleinsten Interferometerdreieck eine eindeutige Bestimmung der Einfallsrichtung mit Hilfe der schnellen Fouriertrans formation bei vielen Frequenzen gleichzeitig ohne größere Anforderungen an die Genauigkeit bei Vorhandensein von Störungen vorgenommen werden soll. Die Peilergebnisse des kleinsten Dreiecks ABC dienen der Einweisung für das nächst größere Dreieck ADE zur Auflösung von Mehr deutigkeiten. ADE ist in Fig. 1 als gleichseitiges Dreieck ausgeführt mit einer Seitenlänge, die größer als eine halbe Wellenlänge ist. Die Gleichseitigkeit des Dreiecks ADE hat zur Folge, daß es besonders gut für eine Peilung im ganzen Azimutbereich (0 bis 360°) geeignet ist. Die Auswirkung kohärenter Störungen (z. B. verursacht durch Reflexionen) oder inkohärenter Störungen (z. B. Empfänger rauschen) auf den Peilfehler hängt dann nicht vom Ein fallsazimut der zu vermessenden Welle ab. Um Fehlein weisungen zu vermeiden, wählt man im Kurzwellenbereich das Basisverhältnis des GB-Dreiecks ADE zum KB-Dreieck ABC nicht größer als v=3. Wird eine weiter verbesserte Genauigkeit angestrebt, kann eine nochmals vergrößerte Basis AFG hinzugefügt werden. Soll sich auch hierbei im ganzen Azimutbereich der Einfluß von Fehlern in gleicher Weise auswirken, wird man für das Dreieck AFG wieder Gleichseitigkeit wie beispielsweise in Fig. 4 wählen. Fig. 1 zeigt im Gegensatz hierzu ein langge strecktes Dreieck AFG, mit dem die Auswirkung von Störungen besonders dann kleingehalten wird, wenn die zu vermessende Welle quer zur großen Ausdehnung dieses Dreiecke einfällt. Eine solche Anordnung ist also beson ders günstig, wenn vorzugsweise Sender in der in Fig. 1 eingetragenen Nord/Südrichtung gepeilt werden sollen. Fig. 1 shows an example of a GB-Inter ferometer arrangement according to the invention with 3 bases of different sizes. The points labeled A to G indicate antenna positions in the horizontal plane. The smallest triangle ABC is selected in the example isosceles right-angled with a catheter length less than half a wave length in order to keep the calculation rule for determining the bearing result as simple as possible. As mentioned, this is favorable if, with this smallest interferometer triangle, a clear determination of the direction of incidence with the aid of the fast Fourier transformation is to be carried out at many frequencies at the same time without major demands on the accuracy in the presence of interference. The DF results of the smallest triangle ABC are used to instruct the next larger triangle ADE to resolve ambiguities. ADE is designed in FIG. 1 as an equilateral triangle with a side length that is greater than half a wavelength. The equilibrium of the triangle ADE has the consequence that it is particularly well suited for bearing in the entire azimuth range (0 to 360 °). The effect of coherent interference (e.g. caused by reflections) or incoherent interference (e.g. receiver noise) on the bearing error does not then depend on the incident azimuth of the wave to be measured. To avoid incorrect instructions, the base ratio of the GB triangle ADE to the KB triangle ABC should not be greater than v = 3 in the shortwave range. If a further improvement in accuracy is desired, a further enlarged base AFG can be added. If the influence of errors is to have the same effect in the entire azimuth range, then equilateralism is again selected for the triangle AFG, for example in FIG. 4. Fig. 1 shows, in contrast, a long triangle AFG, with which the effect of interference is particularly small when the wave to be measured is incident transverse to the large extent of this triangle. Such an arrangement is therefore particularly favorable if transmitters should preferably be aimed in the north / south direction shown in FIG. 1.

Der Anschaulichkeit halber und weil sich dann aus Symmetriegründen gewisse Vereinfachung im Peilalgorithmus ergibt, werden in allen Zeichnungen Fig. 1, 3 bis 5 gleichschenklige Dreiecke dargestellt. Gleichschenkligkeit ist aber nicht unbedingt erforderlich, sondern alle Dreiecke können auch allgemeine Dreiecke sein. Außer den in den Zeichnungen dargestellten Beispielen mit 3 Interferometerdreiecken sind natürlich auch solche mit nur 2 oder mit mehr als 3 Basen der Erfindung entsprechend konstruierbar.For the sake of clarity and because then there is a certain simplification in the direction finding algorithm for reasons of symmetry, all drawings Fig. 1, 3 to 5 isosceles triangles are shown. However, isoscelesity is not absolutely necessary; all triangles can also be general triangles. In addition to the examples with 3 interferometer triangles shown in the drawings, those with only 2 or with more than 3 bases can of course also be constructed in accordance with the invention.

In Fig. 1 ist auch das Auswerteschema mit angegeben: im kleinsten Dreieck ABC ist die Referenzantenne für die Phasendifferenzmessung die Antenne C, im mittleren Dreieck ADE ist D die Referenzantenne und im größten G. Die allen Dreiecken gemeinsame Ecke A ist somit in Fig. 1 in keinem der Dreiecke gleichzeitig Referenzantenne für die Phasenmessung, sondern die Referenzantenne wechselt von Dreieck zu Dreieck. . 1 in the smallest triangle ABC is the reference antenna for the phase difference measurement the antenna C, in the middle triangle ADE D is the reference antenna and all triangles common in the largest G. corner A is thus in Fig: in Figure 1 and the evaluation scheme is specified. in none of the triangles is the reference antenna for phase measurement at the same time, but the reference antenna changes from triangle to triangle.

Fig. 2 gibt schematisch die Zusammenschaltung der Antennen, der Kabel K, des Antennenwahlschalters S und der Peilempfängers P wieder. Fig. 2 shows schematically the interconnection of the antennas, the cable K, the antenna selector switch S and the direction finder P again.

Für die Weiterverarbeitung der Antennenspannungen eignen sich verschiedene Peilempfänger P. Im einfachsten Fall wird ein Zweikanalempfänger benutzt, dessen beide Kanäle nacheinander je an ein Antennenpaar derart angeschaltet werden, daß jeweils die Phasendifferenz zwischen einer Antenne und der zum jeweiligen Dreieck gehörigen Refe renzantenne gemessen wird, also für eine Kleinbasispeilung beispielsweise mit dem Dreieck ABC von Fig. 1 zunächst das Antennenpaar C, B und dann das Antennenpaar C, A. Diese Antennenumschaltung ermöglicht allerdings keine sogenannte Monopulspeilung, also die Peilung von Signalen, die nur kurzzeitig vorhanden sind. Für solche Zwecke ist ein n-Kanal-Peilempfänger, beispielsweise ein 7-Kanal-Empfänger, besser geeignet, so daß für jede der Peilantennen A bis G jeweils ein eigener Empfangskanal zur Verfügung steht.For the further processing of the antenna voltages, different DF receivers are suitable. In the simplest case, a two-channel receiver is used, the two channels of which are successively connected to an antenna pair in such a way that the phase difference between an antenna and the reference triangle belonging to the respective triangle is measured, that is for a small base bearing, for example with the triangle ABC of FIG. 1, first the antenna pair C, B and then the antenna pair C, A. However, this antenna switchover does not enable a so-called monopulse bearing, ie the bearing of signals that are only available for a short time. An n-channel directional receiver, for example a 7-channel receiver, is more suitable for such purposes, so that a separate reception channel is available for each of the direction-finding antennas A to G.

Als Kompromiß zwischen Auswertezeit und Systemaufwand kann auch ein üblicher Dreikanalempfänger eingesetzt werden, von dem ein Kanal dauernd an die allen Dreiecken gemeinsame Antenne A angeschaltet ist und durch Umschalten des Antennenwahlschalters S die anderen beiden Kanäle nacheinander an die jeweils restlichen zwei Antennen aller Dreiecke angeschaltet werden. Das Auswerteschema in Fig. 1, 3-5 ist für einen Dreikanalempfänger gleichzeitig das Schema für die Anschaltung der drei Kanäle an die Antennen. Mit dem dauernd an die Antenne A angeschlossenen Kanal des Dreikanalempfängers ist ein unterbrechungsfreier Empfang möglich.As a compromise between evaluation time and system effort, a conventional three-channel receiver can also be used, of which one channel is permanently connected to the antenna A common to all triangles and by switching the antenna selector switch S the other two channels are successively connected to the remaining two antennas of all triangles. The evaluation scheme in Fig. 1, 3-5 is also the scheme for connecting the three channels to the antennas for a three-channel receiver. With the channel of the three-channel receiver permanently connected to antenna A, uninterrupted reception is possible.

Wenn - wie in der Praxis üblich - durch Abgleich oder Eichung zwei Kanäle des Dreikanalempfänges dem dritten (dem Referenzkanal) angeglichen werden, ist es vorteilhaft für die Peilgenauigkeit, diesen dritten Referenzkanal über den Antennenwahlschalter S stets der (in Fig. 1 von Dreieck zu Dreieck wechselnden) Referenzantenne zuzuordnen.If - as is customary in practice - two channels of the three-channel receiver are adjusted to the third (the reference channel) by means of adjustment or calibration, it is advantageous for the DF accuracy to always use this antenna to select this third reference channel using the antenna selector switch S (from triangle to triangle in Fig. 1) assigning changing) reference antenna.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung mit vergleichbaren Eigen schaften wie Fig. 1. Wie dem Auswerteschema von Fig. 3 zu entnehmen ist, ist bei dieser Anordnung für alle Interferometerdreiecke die gemeinsame Antenne an der Ecke A auch Referenzantenne. Dies bringt bei einem Zweikanalempfänger den Vorteil, daß ein Kanal dauernd an die Antenne A angeschaltet sein kann, so daß hiermit unterbrechungsfreier Empfang möglich ist, während nur der andere Kanal nacheinander an alle anderen Antennen geschaltet wird. Fig. 3 shows an arrangement with properties comparable to Fig. 1. As can be seen from the evaluation diagram of Fig. 3, in this arrangement for all interferometer triangles, the common antenna at corner A is also a reference antenna. In the case of a two-channel receiver, this has the advantage that one channel can be permanently connected to antenna A, so that uninterrupted reception is hereby possible, while only the other channel is switched in succession to all other antennas.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der das mittlere und das größte Dreieck gleichseitig sind um azimutal unab hängige Peilgenauigkeit zu erreichen und bei dem das kleinste Dreieck rechtwinklig-gleichschenklig ist, um mit einer möglichst einfachen Rechenvorschrift in mög lichst kurzer Zeit die Peilwinkelbestimmung durchführen zu können. Referenzantenne ist hier in jedem Dreieck die gemeinsame Antenne A. Fig. 4 shows an arrangement in which the middle and the largest triangle are equilateral in order to achieve azimuthally independent DF accuracy and in which the smallest triangle is right-angled isosceles in order to carry out the bearing angle determination with the simplest possible calculation in as short a time as possible can. The reference antenna is the common antenna A in each triangle.

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung ähnlich der von Fig. 1, bei der jedoch dadurch eine Antenne, das zugehörige Kabel und bei einem Vielkanalempfänger der zugehörige Empfangskanal eingespart werden, daß das größte Dreieck AEF zwei Punkte A, E mit dem nächst kleineren gemeinsam hat. Bei großer Seitenlänge EF, AF wird das größte Dreieck relativ langgestreckt und ermöglicht genaue Peilungen vorzugsweise quer zu seiner größten Ausdehnung, in Fig. 5 also in Nord/Südrichtung. Fig. 5 shows an arrangement according to the invention similar to that of Fig. 1, but in which an antenna, the associated cable and, in the case of a multi-channel receiver, the associated receiving channel are saved in that the largest triangle AEF has two points A, E in common with the next smaller one . In the case of a large side length EF, AF, the largest triangle is relatively elongated and enables precise bearings, preferably transverse to its greatest extent, that is to say in FIG. 5 in the north / south direction.

Claims

1. Interferometer direction finder with more than three receive antennas, two of which are each assigned to a reference antenna so that at least two triangles of different sizes are formed, and with a device for determining the wave incidence direction of a high-frequency source, in each of which the phase differences between the high-frequency signals the respective reference antenna and the two antennas assigned to it are determined and the direction of incidence of the waves emanating from the radio-frequency source is determined from the phase differences thus determined for triangles of different sizes, characterized in that the antennas are oriented on the corner points rather than on two intersecting antenna lines triangles of different sizes are arranged, each of which has a corner in common.

2. Interferometer direction finder according to claim 1, characterized characterized that the different large triangles at the reference antenna corners have different angles.

3. Interferometer direction finder according to claim 1 or 2, characterized characterized that the different large triangles each have an antenna other than Reference antenna is used.

4. Interferometer direction finder according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the antenna that arranged in the corner common to all triangles is used as a reference antenna for all triangles.

5. Interferometer direction finder according to one of the preceding Claims, characterized, that the largest triangle is two corners with the next smaller triangle in common.

6. Interferometer direction finder according to one of the preceding Claims, characterized, that at least one of the different sizes Triangles isosceles and the reference antenna is arranged at the top.

7. Interferometer direction finder according to one of the preceding Claims, characterized, that at least one of the different sizes Triangles isosceles-right-angled.

8. Interferometer direction finder according to one of the preceding Claims, characterized, that at least one of the different sizes Triangles is equilateral.