DE4441015A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Richtungsbestimmung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Richtung zu einer Signalquelle in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Richtung zu einer Signalquelle, in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruches 4.

Auf dem Gebiet der Überwachung ist es wichtig, gemachte Beobachtungen schnell zu entdecken und zu klassifizieren. Signalüberwachung ist dafür ein Beispiel mit sowohl ziviler als auch militärischer Anwendung. Diese Anwendung ist das Entdecken neuer Signalquellen. In diesem Zusammenhang sollen Signalquellen Hochfrequenzsender wie sendende Radarstationen, Rundfunksender verschiedener Art, Störsender, usw. umfassen.

Die Signalquelle kann sich bezüglich der Erfassungsvorrichtung geographisch überall befinden. Dies verhindert, daß die Antenne der Erfassungsvorrichtung irgend eine spezielle Ausrichtung hat. Oft werden Antennen mit lateralen Strahlenbreiten von 90° oder mehr verwendet. Auch sind die vertikalen Strahlenbreiten groß, oft mehrere 10. Die Antennenverstärkung und damit auch die Empfindlichkeit der Vorrichtung wird niedriger als für eine Vorrichtung mit einer Antenne mit größerer Ausrichtung. In den meisten Fällen bedeutet dies, daß Signalquellen nur erfaßt werden, wenn ihre Signale auf die Erfassungsvorrichtung gerichtet sind. Da die Signalquellen auch Signale innerhalb eines sehr großen Frequenzbandes abgeben, ist es notwendig, daß die Erfassungsvorrichtungen sehr große Bandbreiten haben. Die eingeschränkte Winkelauflösung und eingeschränkte Empfindlichkeit zusammen mit der großen Bandbreite lassen Erfassungsvorrichtungen dieser Art eher als Warneinrichtungen erscheinen - sie können angeben, daß eine Signalquelle existiert, aber nicht, wo sie liegt oder in welcher Richtung.

Passive, nicht sendende Radarstationen sind verwendet worden zur Signalerfassung innerhalb des Frequenzbereichs, der von Radar verwendet wird. Der schmale Strahl der Antenne in einem Radargerät, welcher benutzt werden kann zur genauen Richtungsbestimmung führt auch dazu, daß die Antennenverstärkung groß genug ist, so daß sogar Signalquellen in großer Entfernung erfaßt werden können und dies sogar, wenn der Strahl der Antenne der Signalquelle (Hauptstrahl) nicht auf die Erfassungsvorrichtung gerichtet ist.

Die Schwierigkeit bei der Verwendung eines Radars mit einem schmalen Antennenstrahl ist, daß die Antenne, um einen großen Winkelbereich abdecken zu können, einen ausführlichen und daher zeitraubenden Suchvorgang ausführen muß, insbesondere in den Fällen, wo nichts bekannt ist über die Richtung oder ob es überhaupt eine Signalquelle gibt.

Es ist ebenfalls bekannt, Erfassungsvorrichtungen des Warntyps und Radarstationen zu kombinieren zur genaueren Erfassung der Signalquelle. Diese Lösungen des Problems haben eine eingeschränkte Verwendbarkeit aufgrund von Mängeln in der zeitlichen Übereinstimmung der Messungen. Der Radar ist in diesen Fällen nicht in der Lage festzustellen, ob eine erfaßte Signalquelle jene von der Warneinrichtung vorgesehene ist. Die Wahrscheinlichkeit, daß der Hauptstrahl der Signalquelle auf die Warneinrichtung gerichtet ist zur gleichen Zeit wie die Radarstation auf die Signalquelle gerichtet ist, ist sehr klein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Richtung einer Signalquelle durch Zusammenarbeit zwischen Erfassungseinrichtungen des Warntyps und einer Richtungsbestimmungseinrichtung wie z. B. bei einem passiven Radar, derart, daß die oben erwähnten Mängel früherer verwendeter Methode, z. B. bei der zeitlichen Übereinstimmung der Messung einer Signalquelle, ausgeschlossen werden.

Die Aufgabe wird gelöst mittels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, von der die kennzeichnenden Merkmale offenbar werden aus dem angehängten Anspruch 1.

Diese Aufgabe wird ebenfalls gelöst mittels einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, von der die kennzeichnenden Merkmale offensichtlich werden aus dem angehängten Anspruch 4.

Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen zusammen mit der Zeichnung, in welcher

Fig. 1 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Die Erfindung verwendet eine einzigartige Zusammenarbeit zwischen einer Erfassungsvorrichtung des Warntyps und einer Richtungsbestimmungserfassungsvorrichtung, welche z. B. eine Radarstation sein kann.

Die Warnvorrichtung liefert unterschiedliche Arten von Information über die Signalquelle. Da die Antenne der Vorwarnvorrichtung keine ausgesprochene Ausrichtung hat, kann z. B. angenommen werden, daß ihr lateraler Fußabdruck vier 90° Antennenstrahlen enthält, welches der Antenne eine 360° Abdeckung verleiht. Vertikal kann der Strahlungswinkel der Antenne sehr groß sein, von einigen 10° bis 80-90°, je nach Anwendung. Deshalb kann die Warneinrichtung die Richtung der Signalquelle nur mit einer sehr niedrigen Winkelgenauigkeit angeben, d. h. sie kann nur einen Winkelbereich angeben, in welchem sich die Signalquelle befindet. Die Warnanlage kann ebenfalls das Signal von der Signalquelle analysieren zur Feststellung der Kategorie der Signalquelle durch Bestimmung der Frequenz, der Pulsdaten wie der Pulsfrequenz, Pulslänge und Pulswiederholrate, der Abtastmuster und anderer typischer Merkmale des Signals.

Die Richtungsbestimmungserfassungseinrichtung, im folgenden als der Radar bezeichnet, kann andererseits aufgrund seines kleinen Antennenstrahls mit einer hohen Winkelgenauigkeit die Richtung zu einer Signalquelle bestimmen. Sie kann auch, ähnlich wie die Warneinrichtung, die Kategorie der Signalquelle bestimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun ausführlicher beschrieben unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 1.

In einem ersten Schritt (1) wird ein Signal von einer Signalquelle in der Warneinrichtung angezeigt. Aufgrund der relativ niedrigen Empfindlichkeit der Warneinrichtung wird die Signalquelle nur für eine kurze Zeit angezeigt, wenn die Signalquelle auf die Warneinrichtung gerichtet ist. Durch Feststellung, von welchem Antennenstrahl die Anzeige empfangen wurde, entscheidet die Warneinrichtung über die ungefähre Richtung der Signalquelle. Wie bereits beschrieben, bestimmt die Warneinrichtung die Kategorie der Signalquelle durch Messung verschiedener Charakteristika. Diese auf diese Art erhaltene Information wird dann dem Radar übertragen.

Die von der Warneinrichtung empfangene Information wird als Ausgangspunkt verwendet für die Radarantenne, um im Schritt (2) ein Winkelsuchprogramm in dem gegebenen Winkelbereich zu starten. Aufgrund hauptsächlich seiner wesentlich höheren Antennenverstärkung hat der Radar eine höhere Empfindlichkeit verglichen mit der Warneinrichtung. Dies bedeutet, daß der Radar die Fähigkeit hat, Signalquellen zu erfassen, obwohl diese nicht in Richtung der Radar/Warnvorrichtung senden. Die Wahrscheinlichkeit, daß der Radar aufgrund dieser Tatsache eine Signalquelle der gleichen Kategorie, wie von der Warneinrichtung angezeigt, "finden" wird, ist somit hoch. Wenn dies auftritt, hält der Radar sein Suchprogramm in Schritt (3) an und hält seinen Antennenstrahl ausgerichtet in Richtung der Signalquelle.

Danach setzt der Schritt (4) fort mit einem Vergleich zwischen der von dem Radar erfaßten Signalquelle und der von der Warneinrichtung erfaßten Signalquelle. Zusätzlich zu der vorher beschriebenen Überwachung der Kategorie wird eine Zeitkorrelation der empfangenen Signale von den Signalquellen durchgeführt. Dies wird getan zur Prüfung, ob z. B. identische Pulssequenzen zur gleichen Zeit auftreten, ob Frequenzänderungen dem gleichen Muster gehorchen, usw. Wenn die Signalstärke der Signalquelle sich mit der Zeit ändert, was der Fall sein kann, wenn die Signalquelle ein Aktivüberwachungsradar ist, können die Signalstärkeänderungen ebenfalls korreliert werden zur Feststellung, ob sie dem gleichen zeitlichen Muster gehorchen. Mit Hilfe dieser Korrelation kann festgestellt werden, ob der Radar auf die Signalquelle, welche von der Warneinrichtung angezeigt wird, gerichtet ist oder nicht. Wenn die Ergebnisse der Korrelation positiv sind, d. h. daß der Radar und die Warneinrichtung die gleiche Signalquelle erfassen, dann wird über die Richtung zur Signalquelle in Schritt (6) entschieden mit Hilfe der Ausrichtung der Antenne des Radars. Danach kann der Radar sein Suchprogramm fortsetzen zur Suche nach weiteren Signalquellen. Dies ist in der Fig. 1 angedeutet durch die gestrichelte Linie zum Block (7).

Wenn es sich herausstellt, daß die Signale, welche von der Warneinrichtung und dem Radar erfaßt werden, nicht übereinstimmen, dann setzt die Radarantenne ihr Suchprogramm in Schritt (7) fort, bis eine neue Signalquelle der gleichen Kategorie wie jener von der Warneinrichtung eingegebenen festgestellt wird, wobei der Radar wieder sein Suchprogramm anhält und die Schritte (3) bis (5) wiederholt, bis eine Korrelation zwischen der von dem Radar erfaßten Signalquelle und der von der Warneinrichtung erfaßten erzielt wird.

Eine Vorrichtung, in welcher das beschriebene Verfahren ausgeführt wird, umfaßt eine Warneinrichtung und eine Radarstation und eine Steuereinheit. Die Warneinrichtung umfaßt alle Vorrichtungen, die notwendig sind zur Durchführung der beschriebenen Bestimmungen der Kategorien der Signalquellen. Entsprechend sind Vorrichtungen zur Frequenzbestimmung, Messung von Pulslängen, Zeiten, Signalstärken, usw. enthalten. Da diese Vorrichtungen von einem Fachmann ohne Schwierigkeiten und mit Hilfe bekannter Technologie angeordnet werden können, werden sie nicht ausführlicher beschrieben.

In entsprechender Weise umfaßt die Radarstation Vorrichtungen, die notwendig sind zur Ausrichtung der Antenne und zur Klassifikation des Signals von der Signalquelle gemäß dem bereits Beschriebenen. Diese Vorrichtungen stellen den Fachmann auch nicht vor Probleme.

Die Steuereinheit steuert die Zusammenarbeit zwischen der Warneinrichtung und dem Radar. Sie umfaßt daher Vorrichtungen zur Zeitkorrelation der Signale von der Signalquelle, welche jeweils von dem Radar und der Warneinrichtung erfaßt werden, und entscheidet geleitet von dem Ergebnis der Korrelation, ob es sich um die gleiche Signalquelle handelt oder nicht, die erfaßt wird. In dem Fall, daß es nicht die gleiche Signalquelle ist, die erfaßt wird, steuert die Steuereinheit den Radar zur Fortsetzung mit seinem Suchprogramm.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die beschriebenen Ausführungen, sondern kann frei verändert werden innerhalb des Umfanges der angehängten Ansprüche.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung der Richtung einer Signalquelle mittels einer Zusammenarbeit zwischen einer ersten Vorrichtung, welche die Richtung zu einer Signalquelle mit einer niedrigen Winkelgenauigkeit bestimmt und einer zweiten Vorrichtung, welche die Richtung zu der Signalquelle mit einer hohen Winkelgenauigkeit bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß

• - in einem ersten Schritt (1), und unter Verwendung der ersten Vorrichtung, die Richtung zu der Signalquelle bestimmt wird innerhalb eines gewissen Winkelbereiches zu liegen und die Kategorie der Signalquelle bestimmt wird mittels des von der Signalquelle gesendeten und von der ersten Vorrichtung erfaßten Signals;
• - in einem folgenden zweiten Schritt (2) eine Suche nach einer Signalquelle der Kategorie ausgeführt wird lateral innerhalb des Winkelbereichs unter Verwendung der zweiten Vorrichtung und die Suche unterbrochen wird, wenn ein Signal von einer Signalquelle der Kategorie erfaßt wird;
• - in einem folgenden dritten Schritt (3) das von der ersten Vorrichtung erfaßte Signal zeitlich korreliert wird mit dem von der zweiten Vorrichtung erfaßten Signal, und wenn eine Korrelation besteht, die Richtung zu der Signalquelle bestimmt wird mittels der Bestimmung der Richtung, in welcher die zweite Vorrichtung die Signalquelle erfaßt, und wenn keine Korrelation besteht, die Suche fortgesetzt wird, bis eine neue Signalquelle der Kategorie erfaßt wird, worauf die Suche erneut abgebrochen wird, wonach der dritte Schritt wiederholt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kategorie der Signalquelle bestimmt wird mittels einer Analyse des von der Signalquelle übertragenen Signals im Hinblick auf Frequenzdaten und/oder Pulsdaten.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Korrelation zwischen dem von der ersten Vorrichtung erfaßten Signal und dem von der zweiten Vorrichtung erfaßten Signal ausgeführt wird mittels der Bestätigung, ob identische Pulsmuster zur gleichen Zeit auftreten und/oder mittels der Korrelation der Signalstärkeänderungen der erfaßten Signale.

4. Vorrichtung zur Bestimmung der Richtung zu einer Signalquelle mittels der Zusammenarbeit zwischen einer ersten Vorrichtung, welche die Richtung zu der Signalquelle mit einer niedrigen Winkelgenauigkeit bestimmt und einer zweiten Vorrichtung, welche die Richtung zu der Signalquelle mit einer hohen Winkelgenauigkeit bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die erste Vorrichtung angeordnet ist zur Feststellung der Richtung zu der Signalquelle innerhalb eines gewissen Winkelbereiches und zur Feststellung der Kategorie der Signalquelle mittels der Analyse des von der Signalquelle übertragenen und von der ersten Vorrichtung erfaßten Signals;
• - eine zweite Vorrichtung angeordnet ist zur Suche nach einer Signalquelle der Kategorie innerhalb des Winkelbereichs und zur Unterbrechung der Suche, wenn ein Signal von einer Signalquelle der Kategorie erfaßt wird;
• - die Vorrichtung ebenfalls weitere Vorrichtungen umfaßt, die angeordnet sind zur zeitlichen Korrelation des von der ersten Vorrichtung erfaßten Signals mit dem von der zweiten Vorrichtung erfaßten Signal und, wenn Korrelation besteht, zur Feststellung der Richtung zu der Signalquelle mittels der Bestimmung der Richtung, in welcher die zweite Vorrichtung die Signalquelle erfaßt, und, wenn keine Korrelation besteht, die zweite Vorrichtung zu steuern, die Suche fortzusetzen, bis eine neue Signalquelle der Kategorie erfaßt wird, zu welchem Zeitpunkt die Suche erneut abgebrochen wird, wonach die zeitliche Korrelation wiederholt wird.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorrichtung so angeordnet ist, daß zur Bestimmung der Kategorie der Signalquelle eine Analyse des von der Signalquelle übertragenen Signals im Hinblick auf Frequenzdaten und/oder Pulsdaten ausgeführt wird.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorrichtung einen Radar mit einem schmalen Antennenstrahl und einer hohen Winkelgenauigkeit umfaßt.

7. Vorrichtung gemäß einer der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Vorrichtungen bei der zeitlichen Korrelation angeordnet sind zur Bestätigung, ob identische Pulsmuster zur gleichen Zeit auftreten und/oder ob eine Korrelation besteht zwischen den Signalstärkeänderungen der erfaßten Signale.