DE977793C

DE977793C - Verfahren zur Peilung impulsfoermiger Signale

Info

Publication number: DE977793C
Application number: DE1961T0020139
Authority: DE
Inventors: Otto Bucher
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1961-05-10
Filing date: 1961-05-10
Publication date: 1970-05-27
Also published as: GB1154501A; FR1573805A

Description

Verfahren zur Peilung impulsförmiger Signale Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Peilung impulsförmiger Signale mit gegenüber dem Rauschen eines vorgegebenen Bandes, welches im Bereich sehr hoher elektromagnetischer Schwingungen liegt, unterscheidbarer Amplitude unter Verwendung eines aus p, vorzugsweise in gleichem Abstand zueinander auf einem Kreis oder Kreisbogen angeordneten Einzelantennen bestehenden Antennensystems, wobei die Einzelantennen jeweils einseitig gerichtete Diagramme, deren Achsen radial bezüglich des Antennenkreises liegen oder um den gleichen Winkel gegenüber diesen Richtungen gedreht sind, aufweisen und derart aufgestellt sind, daß sich die Richtdiagramme benachbarter Antennen berühren oder teilweise übellappen, bei dem die iiber die einzelnen Antennen empfangenen impulsförmigen Signale getrennt gleichgerichtet und jeweils in einem Videoverstärker verstärkt werden.
Die bisher bekannten Peiler, beruhend auf dem Goniometer- oder Watson-Watt-Prinzip, lassen sich aus verschiedenen Gründen zur Peilung von impulsförmigen Signalen hoher Frequenzen, z. B.
Radarimpulsen, nicht mehr heranziehen, wenn man verlangt, daß der Peiler in einem relativ breiten Frequenzbereich verwendbar sein soll. Die Kurzzeitigkeit der Signale verlangt eine Peilbereitscliaft auf allen Frequenzen des vorgegebenen Frequenzbereichs zu jedem beliebigen Zeitpunkt. Eine Abstimmung des Peilempfängers auf eine bestimmte Signalfrequenz ist somit nicht mehr möglich, da sie eine relativ lange Zeit beanspruchen würde und danach das Signal eventuell nicht mehr vorhanden wäre. Weiterhin verlangen beide obengenannten Peilprinzipien ein Richtdiagramm, das dem Sinus und dem Cosinus des Einfallsazimuts entsprechende Größe liefert. Ein derartiges Richtdiagramm läßt sich über einen breiten Frequenzbereich bei den hohen Frequenzen, z. B. von Radarsignalen, kaum mehr realisieren, da sich in Abhängigkeit von der Frequenz die Richtdiagramme der verwendeten Antennen ändern und somit die Sinus- bzw. Cosinuscharakteristik verlorengeht.
Für die Peilung von kurzzeitigen Signalen ist bereits ein Peiler vorgeschlagen worden (deutsches Patent 52/65), der das oben angegebene Antennensystem benutzt. Von dem empfangenen Signal einer Antenne werden hier zwei Impulse ausgelöst, deren Verhältnis den Einfallswinkel des Signals kennzeichnen. Diese Impulse werden dann gegebenenfalls noch in ihrer Amplitude mit dem Ergebnis der Frequenzmessung der Trägerfrequenz des einfallenden Signals moduliert, und somit werden auf der Anzeigeröhre Punkte geschrieben, deren Verbindungslinie mit dem Mittelpunkt der Anzeigeröhre mit einer Bezugsgeraden einen Winkel bildet, der dem Einfallswinkel des Signals entspricht, und deren Abstand zum Mittelpunkt der Röhre ein Maß der Frequenz ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das oben aufgezeigte Problem zu lösen. Hierbei soll bei entsprechender Überlappung der Antennendiagramme der angezeigte Einfallswinkel sich bei Bewegung eines entsprechenden Senders um das Peilsystem kontinuierlich ändern.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Ausgangssignale der Videoverstärker über Richtkoppler jeweils einem Speicherglied zugeführt werden, daß jedem Speicher eine von dessen gespeichertem Signal angesteuerte Modulationsstufe zugeordnet wird, daß von einem Hilfsoszillator eine der Anzahl p der Antennen entsprechende Zahl von Spannungen der Frequenz fos jedoch mit verschiedener, sich um den Phasenwert 3600 oder einem Vielfachen davon p unterscheidender Phasenlage. abgeleitet wird, daß diese Spannungen den Modulationsstufen derart zugeführt werden, daß die benachbarten Antennen zugeordneten Modulationsstufen um 3600 in der p Phase gegeneinander verschobene Spannungen erhalten, daß die Modulationsstufen außerdem derart ausgelegt sind, daß síe nur bei Ansteuerung durch ein gespeichertes Signal die anliegende Spannung der Frequenz J, mit von der Größe dieses Signals und damit vom empfagenen Signal abhängiger Amplitude durchlassen, aß die Ausgangsspannungen aller Modulationsstufen danach einander überlagert werden und daß zur Anzeige der Einfallsrichtung die Phasendifferenz zwischen der durch die Überlagerung erhaltenen Spannung und einer aus dem Hilfsoszillator abgeleiteten Bezugs spannung in an sich bekannter Weise bestimmt wird.
Weisen die Antennen Diagramme auf, die sich stark, z. B. jeweils nahezu bis zur Hälfte, überlappen, so werden von einem einfallenden Signal meist zwei Antennen beaufschlagt. Von den beiden zugehörigen Modulationsstufen werden dann in der Amplitude von der Einfallsrichtung abhängige Spannungen mit gleicher Frequenz jedoch verschiedenen Phasenlage abgegeben. Die Summe dieser Spannungen ergibt eine Spannung, deren Phasenlage zwischen den den beiden Antennen zugeordneten Phasenwerten liegt. Bei entsprechender Bemessung der Antennendiagramme ist die Phasendifferenz zwischen der Phasenlage dieser Spannung der der Phasenlage der Bezugsspannung ein genaues Maß für den Einfallswinkel. Überlappen sich dagegen die Antennen weniger stark, oder aber die Antennendiagramme sind in anderer Weise bemessen,so wird die Genauigkeit der Peilung geringer. Die Form des Antennendiagramms kann durch die Funktion der Modulationsstufen kompensiert werden, wodurch eine optimale Peilgenauigkeit erzielbar ist.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die sich lediglich durch die Verschiedenheit der Anzeige des Einfallswinkels bzw. durch den Weg zur Erzielung dieser Anzeige unterscheiden. Aus diesem Grunde ist in dem Beispiel der Fig. 3 nur ein Teil des gesamten Peilers dargestellt.
In der Fig. I ist ein Antennensystem, bestehend aus acht symmetrisch auf einem Kreis angeordneten Einzelantennen I mit radialen Richtdiagrammen, eingezeichnet. Es sei angenommen, daß sich die Diagramme benachbarter Antennen teilweise überlappen. Zwei Antennen 1 a und I b dieser acht Antennen sind in der Fig. 2 herausgezeichnet. Die anderen Antennen sind in entsprechender Weise wie diese beiden Antennen mit Schaltgliedern verbunden. An die Antennen sind Gleichrichter 2 a und 2 b angeschaltet, die den Hochfrequenzimpuls in einen Gleichstromimpuls umformen. Hieran schließen sich Videoverstärker 3 a und 3 b an. Die Ausgangssignale dieser Verstärker werden über als Richtkoppler dienende Dioden 4a und 4 b auf Speichergliedersa und 5 b gegeben. Die Ausgangssignale dieser Speicherglieder steuern dann Modulationsstufen 6 a und 6 b. Diesen Modulationsstufen werden im Phasenschieber 8 aus dem Hilfsoszillator 7 gewonnene Spannungen der Frequenz f0 zugeführt, und zwar unterscheiden sich die acht am Phasenschieber 8 abnehmbaren Spannungen durch ihre 36& Phasenlage. Alle diese Spannungen sind um 3600 = - 8 - 450 gegenüber der Spannung der Nachbarklemme verschoben, und diese Spannungen werden derart auf die Modulationsstufen gegeben, daß die zu benachbarten Antennen gehörenden Modulationsstufen jeweils um 450 gegeneinander in der Phase verschobene Spannungen erhalten. Somit ist jeder Antenne eine Spannung bestimmter Phasenlage zugeordnet. Die Modulationsstufen. geben an den gemeinsamen Arbeitswiderstand g für alle Antennen nur dann eine Spannung ab, wenn im Speicherglied ein Steuersignal gespeichert ist, also wenn die entsprechende Antenne von einem Signal belauf schlagt wird. Das abgegebene Signal ist außerdem von der Größe des gespeicherten Signals abhängig.
Die Phasenlage der sich am gemeinsamen Arbeits widerstand g ausbildenden Spannung wird mit der Phasenlage einer Bezugsspannung aus dem Oszilla- tor 7 verglichen, und hieraus wird dann die Azimutanzeige gewonnen.
Dies geschieht beim Ausführungsbeispiel der Fig. I durch Aufspaltung der sich am Arbeitswiderstand g ausbildenden Spannung in zwei um go0 gegeneinanderphasenverschobene Spannungen (Gliedern IO und I I). Zwischen den Ablenksystemen der Anzeigeröhre 12 und diesen phasendrehenden Gliedern liegen noch Stufen I3 und I4, die den Momentanwert der Ausgangsspannungen der Glieder 10 und II bei Eintreffen eines Impulses aus dem Glied I6 abfragen und den abgefragten Wert für eine Zeit, die kürzer ist als die Periode der Frequenz fO, speichern und damit die Anzeige eines Punktes I7 bewirken. Die Verbindungslinie eines Punktes mit dem Mittelpunkt der Anzeigeröhre gibt gegenüber einer Bezugsrichtung den Einfallswinkel des empfangenen Impulses an, während der Abstand vom Mittelpunkt der Röhre von der Feldstärke des einfallenden Signals abhängt. Der Impuls zum Abfragen des Momentanwertes derAusgangsspannung der Glieder IO und II wird durch Begrenzung (Begrenzers5) der Bezugsspannung des Oszillators 7 und durch Herstellung eines Triggerimpulses in jeder Periode, z. B. beim positiven Nulldurchgang~der begrenzten Spannung im Glied I6, erzielt. Da bei verschiedenen Einfallsrichtungen von nacheinander einfallenden Signalen die Momentanwerte der Ausgangsspannungen der Glieder Io und II zum Zeitpunkt des Abfragens durch den Triggerimpuls aus dem Glied I6 verschieden sind, ändert sich auch die Anzeige entsprechend der Änderung des Einfallswinkels.
In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Anzeige in anderer Weise gewonnen wird. Dieses Ausführungsbeispiel ist dort vorteilhaft, wo gleichzeitig mit dem Azimut die Frequenz als Abstand des angezeigten Punktes vom Mittelpunkt angezeigt werden soll. Da bis zur Über lagerung aller gleichzeitig empfangenen Signale alle Glieder die gleichen bleiben wie in Fig. 2, sind hier nur die Modulationsstufen 6 a und 6b sowie der gemeinsame Arbeitswiderstand g dargestellt. Auch hier werden, wie in Fig. 2, den Modulationsstufen phasenversetzte Spannungen aus dem Phasenschieber 8 eingegeben. Somit ist auch hier die Phasenlage der sich am gemeinsamen Arbeitswiderstand g ausbildenden Spannung gegenüber dieser Bezugsphase ein Maß des Einfallswinkels. Diese Spannung wird beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 im Begrenzer I8 begrenzt, und in dem Glied 19 wird aus dieser Spannung ein Triggerimpuls, z. B. beim positiven Nulldurchgang der Spannung, gewonnen. Der Zeitpunkt des Auftretens dieses Triggerimpulses ist abhängig vom Einfallswinkel. Durch diesen Triggerimpuls werden die beiden Stufen 20 und 21 dazu veranlaßt, den Momentanwert der Ausgangsspannungen der Phasendrehglieder 22 und 23 abzufragen. Diese Phasendrehglieder 22 und 23 erzeugen aus der Bezugsspannung des Oszillators 7 zwei um go0 gegeneinander verschobene Spannungen. Die Glieder 20 und 2I speichern den abgefragten Momentanwert für eine Zeit kleiner als die Periode der Frequenz fO. Bei dieser Anzeigemethode werden auf der Anzeigeröhre I2 ebenfalls Punkte geschrieben, jedoch ist ihr Abstand vom Mittelpunkt der Röhre nunmehr immer gleich.
Man kann deshalb nunmehr die Bezugsspannung, z. B. in Abhängigkeit von der Frequenz des einfallenden Signals, in der Amplitude modulieren (24) und erhält dann das gewünschte Anzeigebild, bei dem der Abstand des angezeigten Punktes zum Mittelpunkt der Röhre ein Maß der Frequenz ist.
Eine Meßmethode für die Frequenz und ihre Darstellung als Impulsamplitude ist bereits vorgeschlagen worden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Peilung impulsförmiger Signale mit gegenüber dem Rauschen eines vorgegebenen Bandes, welches imBereich sehr hoher elektromagnetischer Schwingungen liegt, unterscheidbarer Amplitude unter Verwendung eines aus p, vorzugsweise in gleichem Abstand zueinander auf einem Kreis oder Kreisbogen angeordneten Einzelantennen bestehenden Antennensystems, wobei die Einzelantennen jeweils einseitig gerichtete Diagramme, deren Achsen radial bezüglich des Antennenkreises liegen oder um den gleichen Winkel gegenüber diesen Richtungen gedreht sind, aufweisen und derart aufgestellt sind, daß sich die Richtdiagramme benachbarter Antennen berühren oder teilweise überlappen, bei dem die über die einzelnen Antennen empfangenen impulsförmigen Signale getrennt gleichgerichtet und jeweils in einem Videoverstärker verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Videoverstärker (3 a, 3 b usw.) über Richtkoppler (4 a, 4 b usw.) jeweils einem Speicherglied (5 a, 5 b usw.) zugeführt werden, daß jedem Speicher (5 a, 5 b usw.) eine von dessen gespeichertem Signal angesteuerte Modulationsstufe (6a, 6 b usw.) zugeordnet wird, daß von einem Hilfsoszillator (7) eine der Anzahl p der Antennen entsprechende Zahl von Spannungen der Frequenz tO, jedoch mit ver-3600 schiedener, sich um den Phasenwert 3p oder einem Vielfachen davon unterscheidender Phasenlage abgeleitet wird, daß diese Spannungen den Modulationsstufen (6a, 6 b usw.) derart zugeführt werden, daß die benachbarten Antennen (1 a, 1 b usw.) zugeordneten Modulationsstufen 3600 (6 a, 6 b usw.) um - in der Phase gegeneinander verschobene Spannungen erhalten, daß die Modulationsstufen (6a, 6 b usw.) außerdem derart ausgelegt sind, daß sie nur bei Ansteuerung durch ein gespeichertes Signal die anliegende Spannung der Frequenz mit von der Größe dieses Signals und damit vom empfangenen Signal abhängiger Amplitude durchlassen, daß die Ausgangsspannungen aller Modulationsstufen (6a, 6b usw.) danach einander überlagert werden (g) und daß zur Anzeige der Einfallsrichtung die Phasendifferenz zwischen der durch die Überlagerung erhaltenen Spannung und einer aus dem Hilfsoszillator (7) abgeleiteten Bezugsspannung in an sich bekannter Weise bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung des Hilfsoszillators (7) begrenzt wird (15), daß innerhalb jeder Periode dieser Spannung ein Triggerimpuls, z. B. beim positiven Nulldurchgang, hergestellt wird (I6), daß die durch die Überlagerung erhaltene Spannung in zwei um go0 phasenverschobene Komponenten aufgeteilt wird (IO und II) und daß durch die Triggerimpulse die Momentanwerte dieser Komponenten abgefragt, für eine Zeit kleiner als die Periode der Frequenz fO gespeichert (13 und I4) und auf einer Anzveigeröhre (I<) angezeigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Überlagerung erhaltene Spannung begrenzt wird (I8) und jeweils im gleichen Phasenzustand der Schwingung innerhalb einer Periode, z. B. beim positiven Nulldurchgang, ein Triggerimpuls hergestellt wird (in), daß die Bezugsspannung aus dem Hilfsoszillator (7) in zwei um go0 gegeneinander phasenverschobene Komponenten aufgeteilt wird (22 und 23) und daß durch die Triggerimpulse die Momentanwerte dieser Komponenten abgefragt, für eine Zeit kleiner als die Periode der Frequenz f0 gespeichert (20, 2I) und auf einer mit ihren Ablenksystemen mit diesen Speichergliedern (20, 2I) verbundenen Anzeigeröhre (25) angezeigt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Anzeige der Frequenz des einfallenden Signals die Bezugsspannung mit dem Ergebnis der Frequenzmessung amplitudenmoduliert wird (24).

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 977785