EP4334734A1 - Verfahren und system zur automatischen vermessung und/oder gewinnung von parametern von systemen und/oder antennen - Google Patents

Verfahren und system zur automatischen vermessung und/oder gewinnung von parametern von systemen und/oder antennen

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Publication number
EP4334734A1
EP4334734A1 EP22725901.7A EP22725901A EP4334734A1 EP 4334734 A1 EP4334734 A1 EP 4334734A1 EP 22725901 A EP22725901 A EP 22725901A EP 4334734 A1 EP4334734 A1 EP 4334734A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antennas
finding
systems
measured values
determining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22725901.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nico SCHARFE
Franz Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plath Corp GmbH
Original Assignee
Plath Corp GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plath Corp GmbH filed Critical Plath Corp GmbH
Publication of EP4334734A1 publication Critical patent/EP4334734A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/023—Monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems

Definitions

  • the present disclosure relates to methods and systems for automatically measuring and/or obtaining parameters from systems and/or antennas, in particular for determining the directions of incidence of electromagnetic waves, in particular direction finding systems and/or direction finding antennas, using a transmission device on an unmanned aircraft is arranged.
  • Direction-finding antennas for determining the direction of incidence of electromagnetic waves can have direction-finding errors due to environmental influences.
  • DF antennas for mobile platforms are required for very wide frequency ranges. Due to the compact design, frequency-dependent coupling of the direction-finding antenna with the platform can occur and thus influence the direction-finding accuracy. In the case of stationary DF antennas under real conditions, DF errors can also occur due to environmental inhomogeneities.
  • the DF antenna is measured perimetrically around 360° using conventional methods with a transmitter system, for practical reasons circular, equidistant target angles.
  • the error curve and the resulting correction curve can be obtained. These measurements can be carried out per azimuth for all frequencies with the aid of tunable transmission equipment. This set of measured values is part of the DF antenna and is used to correct the DF values during DF operation.
  • the transmission device is transported to the target angle locations.
  • the DF antenna can be attached to a rotating device, the antenna is rotated to the desired angle and the measurement can be carried out using a stationary transmitter.
  • This is usually the case with smaller, more compact DF antennas VHF frequency range and higher is possible and is used in particular for preliminary measurements before the antennas are installed on high masts or on mobile platforms.
  • the finally installed DF antennas are often difficult to measure on site due to poor accessibility, terrain problems, etc. or due to weight and dimension problems of the platform.
  • the measurement is then carried out by changing the location of the transmitting device in the real environment to the respective target angle.
  • These measurements are very time consuming and expensive. This often leads to unsuitable transmission locations combined with location-dependent propagation conditions due to the environmental and earth inhomogeneities and reflectors. This results in additional measurement errors, which are noticeable as further bearing errors and cannot be detected.
  • These effects are primarily caused by the possibility of mounting the transmitting antenna of the transmitting device at a relatively low height or only on the ground and thus by unwanted, location-dependent reflections of the real environment and by the different influence of the inhomogeneities mentioned when changing location on a different target angle of the transmitter.
  • US 2019/0331800 A1 relates to the testing of directional antennas, such as COTM ("Communication-On-The-Move") antennas.
  • COTM Common-On-The-Move
  • the central problem here is that the directional antenna must constantly be precisely aligned with the satellite in order not to lose communication.
  • the problem particularly affects directional antennas with mechanical drives. These drives ensure that the antenna is constantly rotated in the direction of the satellite beam as the platform moves. With aging and wear and tear of the drive mechanism, impermissible deviations from the target direction to the satellite beam occur, which can lead to the loss of communication.
  • the readjustment - especially on ship platforms and the like. - is associated with many problems and a lot of effort.
  • the drone simulates the satellite by sending useful or tracking signals and then the measurements specific to directional antennas are carried
  • the object of the present disclosure is to provide methods and systems, preferably methods for broadband and/or non-directional and/or time-variable direction finding systems and corresponding systems, which have an improved measurement system and thereby a reduction in measurement errors and the time required.
  • a method for automatically measuring and/or obtaining parameters from systems and/or antennas for determining directions of incidence of electromagnetic waves, in particular direction finding systems and/or direction finding antennas, using a transmission device on an unmanned aircraft comprising the steps of: a) positioning the transmitting device using the unmanned aerial vehicle at a predetermined location relative to the systems and/or the antennas, b) transmitting at least one signal by the transmitting device which is received from the systems and/or antennas, c) receiving the signal transmitted by the transmitting device with the systems and/or antennas for determining the directions of incidence of electromagnetic waves, d) determining actual measured values and/or obtaining actual parameters from the received signal signal in relation g to the specified location using a measuring device, and repeating steps a) to d) for at least one other specified location.
  • the direction-finding systems and/or direction-finding antennas are preferably multi-directional and/or open-time antennas, preferably Adcock antennas and/or interferometer antennas.
  • the method preferably has a step for determining the specified location, preferably an absolute or relative position of the transmission device, in particular a transmission antenna connected to the transmission device, so that at this location there are optimal radiation properties of the transmission device to the systems and/or antennas and/or optimal reception conditions are available for determining the directions of incidence of electromagnetic waves.
  • the absolute position is preferably given by location coordinates, in particular GPS data.
  • the relative position is preferably given by the direction and distance to the systems and/or antennas for determining directions of arrival of electromagnetic waves.
  • the actual measured values preferably have at least one of the following variables: an incidence direction, in particular azimuth and/or elevation and/or antenna sensitivity data, in particular a received field strength of the electromagnetic waves of the received signal.
  • the step for positioning the transmitter device preferably has the further steps: transmission of control data by a control device that is connected to the systems and/or the antennas to the unmanned aircraft, and moving the transmitter device by means of the unmanned aircraft using the control data to the predetermined location.
  • the method preferably has the following additional step: the measuring device provides the control data to the control device based on the actual measured values and/or actual parameters.
  • the method preferably has the following additional steps: comparing the actual measured values with target measured values and/or comparing the actual parameters with target parameters for the specified location of the transmitting device and the transmitted signal, and determining radio loading values, in particular correction values and Calibration curves, for correcting deviations of the actual measured values from the target measured values.
  • the transmitted signal preferably has a number of spectral lines, which preferably have a defined frequency spacing.
  • a system in particular for carrying out a method as described above, is provided.
  • the system has: an unmanned aircraft, preferably a flying drone, a transmitting device with at least one transmitting antenna, which is arranged on the unmanned aircraft, the transmitting device or the transmitting antenna using the unmanned aircraft at a predetermined location relative to systems and / or antennas for determining the directions of incidence of electromagnetic waves, in particular direction finding systems and/or direction finding antennas, a measuring device for determining actual measured values and/or obtaining actual parameters from the received signal in relation to the specified location and a computing device for Evaluation of the actual measured values and/or the actual parameters.
  • the system preferably has a direction finding system and/or a direction finding antenna for receiving the signal transmitted by the transmitting device for determining the directions of incidence of electromagnetic waves.
  • the computing device is preferably for comparing the actual measured values with target measured values and/or comparing the actual parameters with target parameters for the specified location of the transmitting device and the transmitted signal, and for determining radio loading values, in particular correction values and calibration curves, for correction of deviations of the actual measured values from the target measured values
  • the computing device is preferably also configured to determine direction-finding antenna data and to calculate direction-finding antenna parameters of the direction-finding systems and the direction-finding antennas.
  • the transmission device preferably has a frequency-tunable signal generator or preferably a calibration mark transmitter in connection with a broadband receiver or broadband direction-finding receiver.
  • Embodiments of the present disclosure relate to a method for automatically obtaining the parameters, in particular the correction values, Radio loading values, calibration curves and sensitivity values of DF antennas and antennas for determining the directions of incidence of electromagnetic waves by means of a transmission device, with this transmission device being able to transmit from locations that are optimal for DF technology in order to increase the procedural accuracy.
  • the parameters are determined using a measuring system consisting of a remote-controlled transmission device with a transmission antenna mounted on an unmanned aircraft, preferably a flying drone, and a measuring device consisting of a direction-finding receiver and a computing device for evaluating the direction-finding antenna data and obtaining the parameters and from a Remote control to operate the drone.
  • a measuring system consisting of a remote-controlled transmission device with a transmission antenna mounted on an unmanned aircraft, preferably a flying drone, and a measuring device consisting of a direction-finding receiver and a computing device for evaluating the direction-finding antenna data and obtaining the parameters and from a Remote control to operate the drone.
  • a flying platform preferably a flying drone
  • a flying drone is used as the carrier for the transmission device.
  • the current state of the art in drone development enables the drone to change location very quickly, to transmit to the measurement object from different, even long distances, to carry relatively high loads, to position it with centimeter precision using additional localization methods such as DGPS-GPS, GPS-RTK or similar methods. Due to the flexibility in height and distance, optimal transmission locations can be reached and the influence of the earth inhomogeneities can be excluded and the remaining reflectors can be minimized and the measurement accuracy can be increased.
  • the prior art e.g. US 2019/0331800 A1
  • US 2019/0331800 A1 does not describe a method for automatically measuring and/or obtaining parameters of direction finding systems and/or direction finding antennas for determining the directions of incidence of electromagnetic waves and the corresponding determination of radio loading values
  • direction finding antennas are multidirectional and frequency-wise very broadband antennas and react much more sensitively to the environment than directionally selective antennas. It is therefore necessary to generate a large number of correction tables with parameters such as azimuth and a very fine frequency step. For example, will When measuring a VHF/UHF interferometer direction finding antenna system for the frequency range 20-3000 MHz, hundreds of error curves were recorded at frequency steps of 10 MHz, with the entire circle of 360° being measured at each frequency with angular steps of 10°, for example. The error curves obtained are stored as correction values (radio transmission values) in the direction finding system.
  • the present disclosure relies on the use of drones for surveying direction finding antennas and preferably generating the error and correction curves.
  • the present disclosure thus preferably relates to direction-open and/or time-open direction finding antennas, e.g. Adcock antennas and/or interferometer antennas.
  • direction-finding antennas as multidirectional antennas with a very broadband frequency, react significantly more sensitively to the environment than directionally selective antennas.
  • the present method thus differs fundamentally from the method described in the prior art, e.g. in US 2019/0331800 A1.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a measurement system according to an embodiment of the disclosure
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a drone according to an embodiment of the disclosure
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a measurement system according to a further embodiment of the disclosure.
  • FIG. 4 shows a flowchart of a method according to another embodiment of the disclosure.
  • FIG. 1 shows the principle of the measuring system with the test object 20 (direct-finding antenna 20).
  • the system has a drone 10 .
  • the drone 10 has a transmitting device 11 with a transmitting antenna 12, which is shown in FIG. 1 also shows a measuring device 30 with a direction-finding receiver 31, a computing device 32 and a transmission device 33 for operating the drone, also referred to as remote control 33 below.
  • the computing device 32 carries out the following actions with appropriate subprograms: control of the transmitter 11 with the transmitter antenna 12 of the drone 10, administration of the locations of the drone 10 to be flown to and their output to the remote control SS of the drone 10, synchronous commanding of the frequency ranges of the transmitter 11 and the direction-finding receiver 31, storage of the bearing angles measured by the direction-finding receiver 31, comparison of the values of the measured bearing angles with the corresponding target angles, calculation of the radio coverage values and, as a result, determination of the correction tables of the direction-finding antenna 20.
  • the processing unit 32 is equipped with wireless interfaces for controlling the transmission device 11; the drone 10 is controlled via the associated remote control 33 which, however, is commanded by the computing device 32 .
  • the drone side is equipped with appropriate wireless interfaces.
  • the method enables a fully automatic measurement process.
  • the measurement sequence runs in principle as follows: Before the start of the measurement, the initial conditions of the measurement cycle are entered. In particular, the frequency ranges to be measured for commanding the transmitter device 11 and the direction-finding receiver 31 are specified and the locations of the drone 10 to which the drone 10 is to be flown are determined.
  • the measurement cycle is started with arithmetic unit 32 pre-programmed in this way, with the individual transmission locations, in particular target angles, being flown to, the transmission program initiated in each case and the actual bearing angle measured with the direction-finding receiver 31 on all frequencies.
  • the radio transmission values and correction values are calculated and are available in bearing mode for automatic correction of the bearing values.
  • An advantage of the method of the disclosure is the active utilization of the bearing quality values for the acceptance of the measurement values at a location immediately during the real-time measurement process.
  • the modern, multi-channel broadband direction finders also supply signal bearing quality values in the form of bearing angle variance, received signal amplitude, S/N ratios and the measure of signal reflection. If the maximum specified limits of the bearing quality values are exceeded, the associated bearing values are discarded and the transmission site is marked as unsuitable for a survey; meanwhile, a program routine is preferably activated, with which a search is preferably made immediately for transmission sites with permissible bearing value quality in the angle segment concerned, until a replacement transmission site with a valid measurement is found.
  • the initial conditions for this program routine for finding a backup transmitter site such as the angular segment size limits, the maximum allowable deviation from the specified flight path, the number and the size of the steps for flown transmitter sites in the angular segment are also preprogrammed.
  • a further advantage of the method of the disclosure is that the measurement process is not interrupted by this procedure and due to the high flexibility of movement of the transmitting device 11, lasts hardly any longer in terms of time, and the expected results are delivered. With the classic method, this measurement would be very tedious or not possible at all due to the transmission of the measurement signal from unfavorable locations, low heights or similar.
  • the trajectory of the drone 10 can be pre-programmed relatively easily.
  • a circular trajectory can be pre-programmed with the center at the location of the measurement object 20 (directory antenna 20) with measurement points with the same angular step.
  • optimal measuring points are found adaptively according to the procedural steps. In other words, optimal transmission locations with a specific elevation and azimuth are found.
  • the method is also suitable for a quick, inexpensive check of the state of the direction finding antenna system without extensive evaluations.
  • the measurement method according to the disclosure also allows the received amplitude values of the direction-finding antennas 20 to be registered during the measurement cycle, it is possible to determine the sensitivity values of the direction-finding antenna 20.
  • a field strength measuring device in the vicinity of the measurement object 20 (direction-finding antenna 20) is additionally used , which is also from the computing device 32 with the Transmission device 11 can be commanded and read synchronously in terms of frequency. Its field strength values are used with the measured amplitude to calculate the antenna sensitivity.
  • the direction-finding antenna 20 is measured using the transmitting antenna 12 of the transmitting device 11, preferably with the same polarization orientation as that of the direction-finding antenna 20, for example in FIGS. 1 and 5 with vertical polarization.
  • omnidirectional antennas in the form of vertical broadband monopoles, dipoles or broadband directional antennas such as logper antennas (logarithmic-periodic antennas) are used.
  • the advantage of an omnidirectional antenna is that the drone 10 does not necessarily have to be rotated in a defined manner relative to the measurement object 20 when changing location.
  • directional antennas when directional antennas are used, they are rotated with the drone 10 in a defined manner relative to the measurement object 20 into the radiation maximum (here around the vertical axis).
  • a transmitter that can be tuned in frequency is used as the transmitting device 11 .
  • a calibration mark generator e.g. based on the principle of a comb generator
  • the calibration mark generator can also be referred to as a comb generator or picket fence generator and is described, for example, at https://ddBah.de/eichmarkengeber/.
  • These generators produce a discrete broadband spectrum of signals with a defined frequency spacing. In this way, it is possible, for example, to cover the entire shortwave range without the transmitting device 11 having to be commanded.
  • the method for measuring direction-finding antennas 20 on ships is carried out in practically the same way as in the stationary systems described above (FIG. 3).
  • the measuring device 30 is installed on the ship and connected directly to the direction-finding antenna 20 .
  • the freely movable transmitting device installed on the drone 10 there is the possibility of a very precise radio feed due to the freely movable transmitting device installed on the drone 10, which is not possible with previously known methods.
  • FIG. 5 additionally shows an exemplary trajectory of drone 10 around the ship, which has direction-finding antenna 20 and measuring device SO. Furthermore, exemplary measurement points on the trajectory of the drone 10 are indicated schematically.
  • a system in particular for performing a method as described here.
  • the system has: a transmitting device 11 with at least one transmitting antenna 12, which is arranged on an unmanned aircraft 10, preferably on a flying drone 10, with the transmitting device 11 or the transmitting antenna 12 being at a predetermined location relative to systems and/or antennas 20 for determining directions of incidence of electromagnetic waves, in particular direction finding systems and/or direction finding antennas 20, a measuring device 30 for determining actual measured values and/or obtaining actual parameters from the received signal, in each case in relation to the specified location, and a computing device 32 for evaluating the actual measured values and/or the actual parameters.
  • computing device 32 is configured to compare the actual measured values with target measured values and/or to compare the actual parameters with target parameters for the specified location of transmitting device 11 and the transmitted signal, and in particular to determine DF antenna data and Calculation of DF antenna parameters of DF systems and DF antennas 20.
  • the transmission device 11 has a frequency-tunable signal generator or a calibration mark generator in connection with a broadband receiver or broadband direction-finding receiver.
  • Fig. 4 shows a flowchart of a method according to another embodiment of the disclosure.
  • Fig. 4 shows in particular a method for automatically measuring and/or obtaining parameters from systems and/or antennas 20 for determining the directions of incidence of electromagnetic waves, in particular direction finding systems and/or direction finding antennas 20, using a transmitting device 11 which is attached to an unmanned Aircraft 10 is arranged and transmits the signals.
  • the procedure has the following steps.
  • step S10 positioning the transmitter 11 using the unmanned aircraft 10 at a predetermined location relative to the systems and/or the antennas 20.
  • Transmission device 11 transmits at least one signal which can be received by the systems and/or antennas 20.
  • step SSO receiving the signal sent by the transmitting device 11 with the systems and/or antennas 20 for determining the directions of incidence of electromagnetic waves.
  • step S40 determining actual measured values and/or obtaining actual parameters from the received signal in relation to the specified location by means of a measuring device 30.
  • step S50 repeating steps S10 to S40 for at least one other predetermined location.
  • the method also has a step for determining the predetermined location, preferably an absolute or relative position of the transmission device 11, in particular a transmission antenna 12 connected to the transmission device 11, so that at this location optimal radiation properties of the transmission device 11 to the systems and/or or antennas 20 and/or optimal reception conditions for determining the directions of incidence of electromagnetic waves are present.
  • the absolute position is given by location coordinates, in particular GPS data.
  • the relative position is given by the direction and distance to the systems and/or antennas 20 for determining directions of arrival of electromagnetic waves.
  • the actual measured values have at least one of the following variables: an incidence direction, in particular azimuth and/or elevation and/or antenna sensitivity data, in particular a received field strength of the electromagnetic waves of the received signal.
  • step S10 for positioning the transmission device 11 has the further steps: transmission of control data by a control device 33, which is connected to the systems and/or the antennas 20, to the unmanned aircraft 10, and moving the transmission device 11 by means of the unmanned aircraft 10 based on the control data to the specified location.
  • the method has the following additional step: the measuring device 30 provides the control data to the control device 33 based on the actual measured values and/or actual parameters.
  • the method has the following additional steps: comparing the actual measured values with target measured values and/or comparing the actual parameters with target parameters for the specified location of the transmitting device 11 and the transmitted signal, and determining radio loading values, in particular correction values and calibration curves for correcting deviations of the actual measured values from the target measured values.
  • the transmitted signal has a number of spectral lines.
  • the spectral lines have a defined frequency spacing.
  • the disclosure also includes individual features in the figures, even if they are shown there in connection with other features and/or are not mentioned above.
  • a processor, device, component, circuit, structure, machine, entity, etc. may be configured to perform one or more functions described herein.
  • the term "configured for" as used herein in relation to a particular operation or function refers to a processor, device, component, circuit, structure, machine, an entity etc. that is physically constructed, programmed and/or arranged to perform the specified operation or function.
  • IC integrated circuit
  • DSP digital signal processor
  • ASIC application specific integrated circuit
  • FPGA field programmable gate array
  • the logical blocks, units, and circuits may also include antennas and/or transceivers to communicate with various components within the network or device.
  • a general purpose processor can be a microprocessor, but alternatively the processor can be any conventional processor, controller, or state machine.
  • a processor can also be implemented as a combination of computing units, e.g.
  • any method or algorithm disclosed herein may be implemented in software (e.g., a computer-implemented method) stored on a computer-readable medium.
  • Computer-readable media includes both computer storage media and communications media, including any media that enables the transmission of a computer program or code from one place to another.
  • a storage medium can be any available medium that can be accessed by a computer.
  • such computer-readable media may include RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM, or other optical disk storage, magnetic disk storage, or other magnetic storage device, or any other medium that can be used to store desired program code in the form of instructions or data structures and that a computer can access.
  • the term "device” as used herein refers to software, firmware, hardware, and any combination of these elements for performing the related functions described herein.
  • the various units are described as individual units; however, as will be apparent to those skilled in the art, two or more units may be combined to form a single unit that performs associated functions according to embodiments of the present disclosure.
  • memory or other storage media as well as communication components may be used in embodiments of the present disclosure.
  • embodiments of the present disclosure have been described with reference to various functional units and processors. However, it will be appreciated that any suitable distribution of functionality between different functional units, processing logic elements, or domains may be used without detracting from the present disclosure. For example, functions that are performed by separate processing logic elements or controllers in the map may be performed by the same processing logic element or controller. Therefore, references to specific functional units are only indicative of a suitable means of providing the functionality described and are not to be construed as an indication of any strict logical or physical structure or organization.

Abstract

Verfahren zur automatischen Vermessung und/oder Gewinnung von Parametern von Systemen und/oder Antennen für eine Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Peilsystemen und/oder Peilantennen unter Verwendung einer Sendeeinrichtung, die an einem unbemannten Luftfahrzeug angeordnet ist und die Signale sendet, mit den Schritten: a) Positionieren der Sendeeinrichtung unter Verwendung des unbemannten Luftfahrzeuges an einem vorgegebenen Ort relativ zu den Systemen und/oder den Antennen, b) Senden mindestens eines Signals durch die Sendeeinrichtung, das von den Systemen und/oder Antennen empfangbar ist, c) Empfangen des von der Sendeeinrichtung gesendeten Signals mit den Systemen und/oder Antennen für die Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen, d) Ermitteln von Ist-Messwerten und/oder Gewinnen von Ist-Parametern aus dem empfangenen Signal jeweils in Beziehung zu dem vorgegebenen Ort mittels einer Messeinrichtung, und Wiederholen der Schritte a) bis d) für mindestens einen weiteren vorgegebenen Ort.

Description

Verfahren und System zur automatischen Vermessung und/oder Gewinnung von Parametern von Systemen und/oder Antennen
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren und Systeme zur automatischen Vermessung und/oder Gewinnung von Parametern von Systemen und/oder Antennen, insbesondere für eine Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Peilsystemen und/oder Peilantennen, unter Verwendung einer Sendeeinrichtung, die an einem unbemannten Luftfahrzeug angeordnet ist.
Peilantennen zur Bestimmung der Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen können durch Einflüsse der Umgebung Peilfehler aufweisen. Beispielsweise werden Peilantennen für mobile Plattformen für sehr breite Frequenzbereiche benötigt. Aufgrund der kompakten Bauweise kann es frequenzabhängig zu Verkopplungen der Peilantenne mit der Plattform und somit zur Beeinflussung der Peilgenauigkeit kommen. Bei stationär aufgebauten Peilantennen unter realen Bedingungen kann es aufgrund von Umgebungsinhomogenitäten ebenfalls zur Beeinflussung zu Peilfehlern kommen.
Diese Abweichungen vom Sollwinkel müssen für das Erreichen von hoher Peilgenauigkeit möglichst festgestellt und korrigiert werden. Dies erfolgt durch die Funkbeschickung der Peilantenne. Hierzu wird die Peilantenne nach klassischen Verfahren mit einer Sendeanlage perimetrisch um 360° aus praktischen Gründen kreisförmig, äquidistant angeordneten Sollwinkeln vermessen.
Durch den Vergleich der gemessenen Azimute mit den Sollwinkeln kann die Fehlerkurve und die daraus resultierende Korrekturkurve gewonnen werden. Mit Hilfe abstimmbarer Sendeeinrichtung können diese Messungen pro Azimut für alle Frequenzen durchgeführt werden. Dieser Messwertesatz ist Bestandteil der Peilantenne und dient beim Peilbetrieb zur Korrektur der Peilwerte.
Bei räumlich ausgedehnten Peilantennen, z.B. Adcockantennen mit großer Antennenbasis im Kurzwellenbereich, wird die Sendeeinrichtung jeweils auf die Sollwinkelstandorte transportiert. Falls die Peilantenne auf eine Drehvorrichtung angebracht werden kann, wird die Antenne auf die Sollwinkel gedreht und die Vermessung kann mit Hilfe einer stationären Sendeeinrichtung erfolgen. Dies ist in der Regel bei kleineren, kompakteren Peilantennen im VHF - Frequenzbereich und höher möglich und dient insbesondere für Vorab - Messungen bevor die Antennen stationär auf hohe Masten oder auf mobile Plattformen angebracht werden. Die endgültig installierten Peilantennen lassen sich häufig vor Ort aufgrund schlechter Erreichbarkeit, Terrainprobleme o.ä. oder aufgrund von Gewichtsproblemen und Abmessungsproblemen der Plattform nur schwierig vermessen.
In diesen Fällen und insbesondere bei allen stationär aufgebauten Peilantennen wird die Vermessung dann durch den Ortswechsel der Sendeeinrichtung in der realen Umgebung auf die jeweiligen Sollwinkel erfolgen. Diese Messungen sind sehr zeitaufwendig und kostspielig. Dabei kommt es häufig zu ungeeigneten Sendestandorten verbunden mit standortabhängigen Ausbreitungsbedingungen aufgrund der Umgebungs- und Erdinhomogenitäten und Rückstrahler. Somit entstehen zusätzliche Messfehler, die sich als weitere Peilfehler bemerkbar machen, und nicht zu erfassen sind. Diese Effekte sind vorrangig durch die Anbringungsmöglichkeiten der Sendeantenne der Sendeeinrichtung in relativ geringer Höhe oder nur auf dem Boden und somit durch unerwünschte, ortsabhängige Reflexionen der realen Umgebung und durch den jeweils unterschiedlichen Einfluss der genannten Inhomogenitäten beim Standortwechsel auf einen anderen Sollwinkel des Senders verursacht.
Probleme bereitet auch die Vermessung der Peilanlagen, die auf Schiffen installiert werden. Idealerweise sollen Schiffe auf offener See, ohne die Rückstrahlwirkung der Uferanlagen vermessen werden. Ein Drehen des Schiffes auf die Sollwinkel oder das Herumfahren der Sendeanlage mit der Sendeantenne auf einem Boot um das Schiff lässt sich in der Praxis schwierig realisieren. Beim Senden vom Ufer können meist nur wenige Azimute vermessen werden; hierbei entstehen die obengenannten Probleme durch den Rückstrahler - Einfluss der Uferanlagen. Falls das Schiff auch nur in der Ufernähe positioniert werden kann, steigt der Messfehler erheblich.
Die US 2019/0331800 Al betrifft das Testen von Richtantennen, wie z.B. COTM- („Communication-On-The-Move") Antennen. Insbesondere wird ein Verfahren zum Vermessen und Testen der Genauigkeit einer automatischen Positionierung von Richtantennen für die Kommunikation über Satelliten auf mobilen Plattformen, insbesondere auf Schiffen, mittels einer unbemannten, fliegenden Plattform offenbart. Hierbei ist das zentrale Problem, dass die Richtantenne ständig exakt auf den Satelliten ausgerichtet sein muss, um nicht die Kommunikation zu verlieren. Die Problematik betrifft insbesondere Richtantennen mit mechanischen Antrieben. Diese Antriebe sorgen für das ständige Nachdrehen der Antenne in Richtung des Satellitenstrahls bei der Bewegung der Plattform. Bei der Alterung und bei Verschleißerscheinungen der Antriebsmechanik kommt es zu unzulässigen Abweichungen von der Sollrichtung zum Satellitenstrahl, das bis zum Verlust der Kommunikation führen kann. Das Nachjustieren - insbesondere auf Schiffsplattformen u.ä. - ist dabei mit vielen Problemen und hohem Aufwand verbunden. Die Drohne simuliert den Satelliten indem sie Nutz- bzw. Tracking- Signale sendet und es werden anschließend die für Richtantennen spezifischen Messungen durchgeführt.
Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Systeme, vorzugsweise Verfahren für breitbandige und/oder richtungsoffene und/oder zeitoffene Peilsysteme und entsprechende Systeme, bereitzustellen, die ein verbessertes Messsystem und dadurch eine Reduzierung der Messfehler und des Zeitaufwandes aufweisen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beziehen sich auf weitere Aspekte.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur automatischen Vermessung und/oder Gewinnung von Parametern von Systemen und/oder Antennen für eine Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Peilsystemen und/oder Peilantennen, unter Verwendung einer Sendeeinrichtung, die an einem unbemannten Luftfahrzeug angeordnet ist und die Signale sendet bereitgestellt, mit den Schritten: a) Positionieren der Sendeeinrichtung unter Verwendung des unbemannten Luftfahrzeuges an einem vorgegebenen Ort relativ zu den Systemen und/oder den Antennen, b) Senden mindestens eines Signals durch die Sendeeinrichtung, das von den Systemen und/oder Antennen empfangbar ist, c) Empfangen des von der Sendeeinrichtung gesendeten Signals mit den Systemen und/oder Antennen für die Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen, d) Ermitteln von Ist-Messwerten und/oder Gewinnen von Ist- Parametern aus dem empfangenen Signal jeweils in Beziehung zu dem vorgegebenen Ort mittels einer Messeinrichtung, und Wiederholen der Schritte a) bis d) für mindestens einen weiteren vorgegebenen Ort.
Verschiedene Ausführungsformen können vorzugsweise die folgenden Merkmale implementieren. Vorzugsweise handelt es sich bei den Peilsystemen und/oder Peilantennen um richtungs und/oder zeitoffene Antennen, vorzugsweise Adcockantennen und/oder Interferometerantennen.
Vorzugsweise weist das Verfahren einen Schritt zum Bestimmen des vorgegebenen Ortes, vorzugsweise einer absoluten oder relativen Position der Sendeeinrichtung auf, insbesondere einer mit der Sendeeinrichtung verbundenen Sendeantenne, sodass an diesem Ort optimale Abstrahleigenschaften der Sendeeinrichtung zu den Systemen und/oder Antennen und/oder optimale Empfangsbedingungen für die Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen vorhanden sind.
Die absolute Position wird vorzugsweise durch Ortskoordinaten, insbesondere GPS-Daten, angegeben.
Die relative Position wird vorzugsweise durch die Richtung und Entfernung zu den Systemen und/oder Antennen für die Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen angegeben.
Die Ist- Me ss werte weisen vorzugsweise mindestens eine der folgenden Größen auf: eine Einfallsrichtung, insbesondere Azimut und/oder Elevation und/oder Antennenempfindlichkeitsdaten, insbesondere eine Empfangsfeldstärke der elektromagnetischen Wellen des empfangenen Signals.
Der Schritt zum Positionieren der Sendeeinrichtung weist vorzugsweise die weiteren Schritte auf: Senden von Steuerdaten durch eine Steuereinrichtung, die mit den Systemen und/oder den Antennen verbunden ist, an das unbemannte Luftfahrzeug, und Bewegen der Sendeeinrichtung mittels des unbemannten Luftfahrzeuges anhand der Steuerdaten zu dem vorgegebenen Ort.
Vorzugsweise weist das Verfahren den folgenden weiteren Schritt auf: Bereitstellen der Steuerdaten durch die Messeinrichtung an die Steuereinrichtung basierend auf den Ist- Messwerten und/oder Ist-Parametern.
Vorzugsweise weist das Verfahren die folgenden weiteren Schritte auf: Vergleichen der Ist- Messwerte mit Soll-Messwerten und/oder Vergleichen der Ist-Parameter mit Soll-Parametern für den vorgegebenen Ort der Sendeeinrichtung und dem gesendeten Signal, und Bestimmen von Funkbeschickungswerten, insbesondere Korrekturwerten und Kalibrierungskurven, zum Korrigieren von Abweichungen der Ist-Messwerte von den Soll-Messwerten. Das gesendete Signal weist vorzugsweise eine Anzahl von Spektrallinien auf, die vorzugsweise einen definierten Frequenzabstand aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein System, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens wie vorstehend beschrieben, auf. Das System weist auf: ein unbemanntes Luftfahrtzeug, bevorzugt eine Flugdrohne, eine Sendeeinrichtung mit mindestens einer Sendeantenne, die an dem unbemannten Luftfahrtzeug angeordnet sind, wobei die Sendeeinrichtung bzw. die Sendeantenne unter Verwendung des unbemannten Luftfahrzeuges an einem vorgegebenen Ort relativ zu Systemen und/oder Antennen für eine Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Peilsystemen und/oder Peilantennen positionierbar ist, eine Messeinrichtung zum Ermitteln von Ist-Messwerten und/oder Gewinnen von Ist-Parametern aus dem empfangenen Signal jeweils in Beziehung zu dem vorgegebenen Ort und eine Recheneinrichtung zum Auswerten der Ist- Messwerte und/oder der Ist-Parameter.
Verschiedene Ausführungsformen können vorzugsweise die folgenden Merkmale implementieren.
Vorzugsweise weist das System ein Peilsystem und/oder eine Peilantenne zum Empfangen des von der Sendeeinrichtung gesendeten Signals für die Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen auf.
Die Recheneinrichtung ist vorzugsweise zum Vergleichen der Ist-Messwerte mit Soll- Messwerten und/oder Vergleichen der Ist-Parameter mit Soll-Parametern für den vorgegebenen Ort der Sendeeinrichtung und dem gesendeten Signal, und zum Bestimmen von Funkbeschickungswerten, insbesondere Korrekturwerten und Kalibrierungskurven, zum Korrigieren von Abweichungen der Ist-Messwerte von den Soll-Messwerten, konfiguriert
Vorzugsweise ist die Recheneinrichtung ferner zum Ermitteln von Peilantennendaten und zum Berechnen von Peilantennenparametern der Peilsysteme und der Peilantennen konfiguriert.
Die Sendeeinrichtung weist vorzugsweise einen in der Frequenz abstimmbaren Signalgenerator oder vorzugsweise einen Eichmarkengeber in Verbindung mit einem Breitbandempfänger bzw. Breitbandpeilempfänger auf.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen ein Verfahren zur automatischen Gewinnung der Parameter insbesondere der Korrekturwerte, Funkbeschickungswerte, Kalibrierungskurven und Empfindlichkeitswerte von Peilantennen und Antennen für Bestimmung von Einfallsrichtungen der elektromagnetischen Wellen mittels einer Sendeeinrichtung, wobei diese Sendeeinrichtung zur Steigerung der Verfahrensgenauigkeit von peiltechnisch optimalen Standorten senden kann.
In einer Ausführungsform, erfolgt die Bestimmung der Parameter mit einem Messsystem, bestehend aus einer ferngesteuerten Sendeeinrichtung mit Sendeantenne angebracht auf einem unbemannten Luftfahrzeug vorzugsweise einer Flugdrohne und aus einer Messeinrichtung bestehend aus einem Peilempfänger und einer Recheneinrichtung zur Auswertung der Peilantennendaten und Gewinnung der Parameter und aus einer Fernsteuerung zum Bedienen der Drohne.
In einer Ausführungsform wird als Träger der Sendeeinrichtung eine fliegende Plattform, vorzugsweise eine Flugdrohne, verwendet. Der heutige technische Stand der Drohnenentwicklung ermöglicht einen sehr schnellen Ortswechsel der Drohne, Senden aus verschiedenen, auch langen Distanzen, zum Messobjekt, das Tragen von relativ hohen Lasten, zentimetergenaue Positionierung mittels Zusatzortungsmethoden wie DGPS-GPS, GPS-RTK oder ähnlicher Verfahren. Durch die Höhen- und Entfernungsflexibilität können optimale Sendestandorte erreicht werden und es kann dadurch der Einfluss der Erd-Inhomogenitäten ausgeschlossen und der restlichen Rückstrahler minimiert werden und die Messgenauigkeit erhöht werden.
Dabei befindet sich die Drohnenentwicklung ständig im Fluss und bringt laufende Verbesserungen hinsichtlich der Flugdauer, maximaler Last und sonstiger Parameter.
Im Gegensatz zur vorliegenden Offenbarung wie vorstehend beschrieben, beschreibt der Stand der Technik, z.B. die US 2019/0331800 Al, kein Verfahren zur automatischen Vermessung und/oder Gewinnung von Parametern von Peilsystemen und/oder Peilantennen für eine Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen und die entsprechende Bestimmung von Funkbeschickungswerten·
Peilantennen sind, im Gegensatz zu den im Stand derTechnik, z.B. in der US 2019/0331800 Al, offenbarten Richtantennen, richtungsoffene und frequenzmäßig sehr breitbandige Antennen und reagieren wesentlich empfindlicher auf die Umgebung als richtungsselektive Antennen. Somit ist es erforderlich eine Vielzahl von Korrekturtabellen mit Parametern wie Azimut und recht feinem Frequenzschritt zu erzeugen. Beispielsweise werden bei der Vermessung eines VHF/UHF-Interferometer-Peilantennensystems für den Frequenzbereich 20-3000 MHz bei Frequenzschritten von 10 MHz hunderte von Fehlerkurven aufgenommen, wobei bei jeder Frequenz der gesamte Kreis von 360° mit Winkelschritten von beispielsweise 10° vermessen wird. Die gewonnenen Fehlerkurven werden als Korrekturwerte (Funkbeschickungswerte) in dem Peilsystem gespeichert.
Mit anderen Worten, die vorliegende Offenbarung beruht auf der Verwendung von Drohnen für die Vermessung von Peilantennen und vorzugsweise das Erzeugen der Fehler- und Korrekturkurven. Die vorliegende Offenbarung betrifft somit vorzugsweise richtungsoffene und/oder auch zeitoffenen Peilantennen, z.B. Adcockantennen und/oder Interferometerantennen. Wie vorstehend erläutert, reagieren Peilantennen als richtungsoffene und frequenzmäßig sehr breitbandige Antennen insbesondere wesentlich empfindlicher auf die Umgebung als richtungsselektive Antennen.
Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich somit grundlegend von dem im Stand der Technik, z.B. in der US 2019/0331800 Al, beschriebenen Verfahren.
Nachfolgend werden die vorstehend genannten Aspekte anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Messsystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung,
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Drohne gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung,
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Messsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung, und
Fig. 4 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung.
Fig. 1 zeigt prinzipiell das Messsystem mit dem Testobjekt 20 (Peilantenne 20). Das System weist eine Drohne 10 auf. Die Drohne 10 weist eine Sendeeinrichtung 11 mit Sendeantenne 12 auf, welche in Fig. 2 gezeigt sind. Fig. 1 zeigt ferner eine Messeinrichtung 30 mit einem Peilempfänger 31, einer Recheneinrichtung 32 und einer Sendeeinrichtung 33 für die Drohnenbedienung im Folgenden auch als Fernsteuerung 33 benannt. Die Recheneinrichtung 32 führt mit entsprechenden Teilprogrammen folgende Aktionen durch: Steuerung der Sendeeinrichtung 11 mit Sendeantenne 12 der Drohne 10, Verwaltung der anzufliegenden Standorte der Drohne 10 und deren Ausgabe auf die Fernsteuerung SS der Drohne 10, synchrones Kommandieren der Frequenzbereiche der Sendeeinrichtung 11 und des Peilempfängers 31, Speicherung der durch den Peilempfänger 31 gemessenen Peilwinkel, Vergleich der Werte der gemessenen Peilwinkel mit den entsprechenden Sollwinkeln, Berechnung der Funkbeschickungswerte und als Ergebnis Bestimmung der Korrekturtabellen der Peilantenne 20.
Die Recheneinheit 32 ist mit drahtlosen Interfaces für die Steuerung der Sendeeinrichtung 11 ausgestattet; die Steuerung der Drohne 10 erfolgt über die dazu gehörige Fernsteuerung 33, die jedoch von der Recheneinrichtung 32 kommandiert wird. Die Drohnenseite ist mit entsprechenden drahtlosen Schnittstellen ausgestattet.
Gemäß der Offenbarung ermöglicht das Verfahren einen vollautomatischen Messablauf.
In einer Ausführungsform läuft der Messablauf prinzipiell folgendermaßen ab: Vor dem Start der Messung werden die Anfangsbedingungen des Messzyklus eingegeben. Insbesondere werden die zu messenden Frequenzbereiche für das Kommandieren der Sendeeinrichtung 11 und des Peilempfängers 31 angegeben und es werden die anzufliegenden Standorte der Drohne 10 bestimmt.
Mit derart vorprogrammierter Recheneinheit 32 wird der Messzyklus gestartet, wobei die einzelnen Sendestandorte, insbesondere Sollwinkel angeflogen werden, jeweils das Sendeprogramm initiiert und mit dem Peilempfänger 31 auf allen Frequenzen die Ist - Peilwinkel gemessen.
Nach dem Messzyklusende werden die Funkbeschickungswerte, Korrekturwerte berechnet und sind im Peilbetrieb für eine automatische Korrektur der Peilwerte verfügbar.
Ein Vorteil des Verfahrens der Offenbarung ist die aktive Ausnutzung der Peilqualitätswerte für die Akzeptanz der Messwerte an einem Standort unmittelbar während des Echtzeit-Messprozesses. Die modernen, mehrkanaligen Breitbandpeiler liefern neben dem Peilwinkel auch Signal-Peilqualitätswerte in der Form von Peilwinkelvarianz, empfangener Signalamplitude, S/N-Verhältnisse und des Maßes für Signalreflexion. Beim Überschreiten der maximal festgelegten Grenzen der Peilqualitätswerte werden die dazugehörenden Peilwerte verworfen und der Sendestandort für eine Vermessung als ungeeignet gekennzeichnet; währenddessen wird vorzugsweise eine Programmroutine aktiviert, mit der in dem betroffenen Winkelsegment vorzugsweise sofort nach Sendestandorten mit zulässiger Peilwertqualität gesucht wird, bis ein Ersatz-Sendestandort mit gültiger Messung festgestellt wird.
Die Anfangsbedingungen für diese Programmroutine zum Auffinden eines Ersatz- Sendestandorts, wie die Grenzen der Winkelsegmentgröße, die maximal erlaubten Entfernungsabweichung von der vorgegebenen Flugbahn, die Anzahl und die Größe der Schritte für angeflogene Sendestandorte im Winkelsegment werden ebenfalls vorab programmiert.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Offenbarung ist, dass der Messablauf durch diese Vorgehensweise und aufgrund der hohen Bewegungsflexibilität der Sendeeinrichtung 11 nicht unterbrochen wird, zeitlich kaum länger dauert, und die erwarteten Ergebnisse geliefert werden. Mit klassischer Methode wäre diese Vermessung sehr langwierig bzw. aufgrund der Aussendung des Messsignals aus ungünstigen Standorten, geringer Höhe o.ä. gar nicht realisierbar.
Aufgrund dieser Verfahrenseigenschaften kann die Flugbahn der Drohne 10 relativ einfach vorab programmiert werden. Es kann eine kreisförmige Flugbahn mit dem Mittelpunkt am Ort des Messobjektes 20 (Peilantenne 20) mit Messpunkten mit gleichem Winkelschritt vorprogrammiert werden. Während des Messprozesses kommt es gemäß der Verfahrensschritte adaptiv zum Auffinden optimaler Messpunkte. Mit anderen Worten werden optimale Sendestandorte mit bestimmter Elevation und Azimut aufgefunden.
Das Verfahren ist aufgrund dieser Flexibilität auch für eine schnelle, kostengünstige Überprüfung der Peilantennenanlage - Zustandes ohne umfangreiche Auswertungen geeignet.
Aufgrund der Möglichkeit der Vermessung der Peilantenne mit der Sendeeinrichtung in verschiedenen Höhen oder auch während eines Überfluges besteht die Möglichkeit das Verhalten der Peilantenne bei verschiedenen Höhenwinkeln und Distanzen zu messen. Somit können weitere Datensätze in Abhängigkeit vom Höhenwinkel bzw. der Elevation erstellt werden.
Da das Messverfahren gemäß der Offenbarung während des Messzyklus auch die empfangenen Amplitudenwerte der Peilantennen 20 zu registrieren erlaubt, besteht die Möglichkeit der Bestimmung der Empfindlichkeitswerte der Peilantenne 20. Hierzu wird vorzugsweise lediglich ein in der Nähe des Messobjektes 20 (Peilantenne 20) stehendes Feldstärkemessgerät zusätzlich benutzt, das ebenfalls von der Recheneinrichtung 32 mit der Sendeeinrichtung 11 frequenzmäßig synchron kommandiert und ausgelesen werden kann. Dessen Feldstärkewerte dienen mit der gemessenen Amplitude zur Berechnung der Antennenempfindlichkeit.
Die Vermessung der Peilantenne 20 erfolgt mit der Sendeantenne 12 der Sendeeinrichtung 11 vorzugsweise mit gleicher Polarisationsausrichtung, die die Peilantenne 20 besitzt, beispielsweise in Fig. 1 und S mit Vertikalpolarisation.
Als Sendeantennen 12 werden je nach Eignung für die zu messenden Frequenzbereiche entweder Rundstrahlantennen in Form von senkrechten Breitbandmonopolen, Dipolen oder breitbandige Richtantennen wie bsp. logper-Antennen (logarithmisch-periodische Antennen) verwendet. Der Vorteil einer Rundstrahlantenne ist, dass die Drohne 10 beim Standortwechsel nicht unbedingt definiert zum Messobjekt 20 gedreht werden muss. Dagegen werden bei der Benutzung von Richtantennen diese mit der Drohne 10 definiert zum Messobjekt 20 ins Abstrahlmaximum gedreht (hier um die vertikale Achse herum).
Als Sendeeinrichtung 11 wird ein in der Frequenz abstimmbarer Sender benutzt. In einer weiteren Ausführungsform besteht die Möglichkeit anstelle der abstimmbaren Sendeeinrichtung 11 einen Eichmarkengeber, z.B. auf dem Prinzip eines Kammgenerators als Sender zu verwenden. Der Eichmarkengeber kann auch als Kammgenerator oder Lattenzaungenerator bezeichnet werden und ist beispielsweise unter https://ddBah.de/eichmarkengeber/ beschrieben. Diese Generatoren erzeugen breitbandig ein diskretes Spektrum von Signalen im definierten Frequenz-Abstand. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich den gesamten Kurzwellenbereich zu überstreichen, ohne dass die Sendeeinrichtung 11 kommandiert werden muss. Insbesondere in einer Kombination mit einem Breitbandpeiler in der Messeinrichtung 30 stehen alle Peilwerte auf allen gesendeten Spektrallinien gleichzeitigt bereit und können ausgelesen werden. Dieses vereinfachte Verfahren ist insbesondere für eine schnelle Überprüfung von Peilantennen 20 vorteilhaft. Durch das kleine Gewicht des Eichmarkengebers können Drohnen 10 für kleinere Traglasten verwendet werden.
In einer Ausführungsform wird das Verfahren zur Vermessung von Peilantennen 20 auf Schiffen praktisch in gleicher Weise, wie bei den vorstehend beschriebenen stationären Anlagen durchgeführt (Fig. 3). Wie in Fig. 3 gezeigt, ist hierbei die Messeinrichtung 30 auf dem Schiff installiert und direkt mit der Peilantenne 20 verbunden. Bei einer Vermessung der Peilanlage 20 von Schiffen besteht aufgrund der frei beweglichen, auf der Drohne 10 installierten Sendeeinrichtung die Möglichkeit einer sehr genauen Funkbeschickung, die mit bisher bekannten Methoden nicht möglich ist.
Fig. S zeigt zusätzlich eine beispielhafte Flugbahn der Drohne 10 um das Schiff, das die Peilantenne 20 und die Messeinrichtung SO aufweist. Ferner sind beispielhafte Messpunkte auf der Flugbahn der Drohne 10 schematisch angedeutet.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen, wird ein System bereitgestellt, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens wie hier beschrieben. Das System weist auf: eine Sendeeinrichtung 11 mit mindestens einer Sendeantenne 12, die an einem unbemannten Luftfahrtzeug 10, bevorzugt an einer Flugdrohne 10 angeordnet sind, wobei die Sendeeinrichtung 11 bzw. die Sendeantenne 12 an einem vorgegebenen Ort relativ zu Systemen und/oder Antennen 20 für eine Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Peilsystemen und/oder Peilantennen 20 positionierbar ist, eine Messeinrichtung 30 zum Ermitteln von Ist- Messwerten und/oder Gewinnen von Ist-Parametern aus dem empfangenen Signal jeweils in Beziehung zu dem vorgegebenen Ort und eine Recheneinrichtung 32 zum Auswerten der Ist-Messwerte und/oder der Ist-Parameter.
In einer Ausführungsform ist die Recheneinrichtung 32 zum Vergleichen der Ist-Messwerte mit Soll-Messwerten und/oder Vergleichen der Ist-Parameter mit Soll-Parametern für den vorgegebenen Ort der Sendeeinrichtung 11 und dem gesendeten Signal konfiguriert, und insbesondere zum Ermitteln von Peilantennendaten und zum Berechnen von Peilantennenparametern der Peilsysteme und der Peilantennen 20.
In einer Ausführungsform weist die Sendeeinrichtung 11 einen in der Frequenz abstimmbaren Signalgenerator oder einen Eichmarkengeber in Verbindung mit einem Breitbandempfänger bzw. Breitbandpeilempfänger auf.
Fig. 4 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung. Fig. 4 zeigt insbesondere ein Verfahren zur automatischen Vermessung und/oder Gewinnung von Parametern von Systemen und/oder Antennen 20 für eine Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Peilsystemen und/oder Peilantennen 20, unter Verwendung einer Sendeeinrichtung 11, die an einem unbemannten Luftfahrzeug 10 angeordnet ist und die Signale sendet. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf. In Schritt S10: Positionieren der Sendeeinrichtung 11 unter Verwendung des unbemannten Luftfahrzeuges 10 an einem vorgegebenen Ort relativ zu den Systemen und/oder den Antennen 20.
In Schritt S20: Senden mindestens eines Signals durch die Sendeeinrichtung 11, das von den Systemen und/oder Antennen 20 empfangbar ist.
In Schritt SSO: Empfangen des von der Sendeeinrichtung 11 gesendeten Signals mit den Systemen und/oder Antennen 20 für die Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen.
In Schritt S40: Ermitteln von Ist-Messwerten und/oder Gewinnen von Ist-Parametern aus dem empfangenen Signal jeweils in Beziehung zu dem vorgegebenen Ort mittels einer Messeinrichtung 30.
In Schritt S50: Wiederholen der Schritte S10 bis S40 für mindestens einen weiteren vorgegebenen Ort.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner einen Schritt zum Bestimmen des vorgegebenen Ortes, vorzugsweise einer absoluten oder relativen Position der Sendeeinrichtung 11 auf, insbesondere einer mit der Sendeeinrichtung 11 verbundenen Sendeantenne 12, sodass an diesem Ort optimale Abstrahleigenschaften der Sendeeinrichtung 11 zu den Systemen und/oder Antennen 20 und/oder optimale Empfangsbedingungen für die Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen vorhanden sind.
In einer Ausführungsform wird die absolute Position durch Ortskoordinaten, insbesondere GPS-Daten, angegeben.
In einer Ausführungsform wird die relative Position durch die Richtung und Entfernung zu den Systemen und/oder Antennen 20 für die Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen angegeben.
In einer Ausführungsform weisen die Ist-Messwerte mindestens eine der folgenden Größen auf: eine Einfallsrichtung, insbesondere Azimut und/oder Elevation und/oder Antennenempfindlichkeitsdaten, insbesondere eine Empfangsfeldstärke der elektromagnetischen Wellen des empfangenen Signals.
In einer Ausführungsform weist der Schritt S10 zum Positionieren der Sendeeinrichtung 11 die weiteren Schritte auf: Senden von Steuerdaten durch eine Steuereinrichtung 33, die mit den Systemen und/oder den Antennen 20 verbunden ist, an das unbemannte Luftfahrzeug 10, und Bewegen der Sendeeinrichtung 11 mittels des unbemannten Luftfahrzeuges 10 anhand der Steuerdaten zu dem vorgegebenen Ort.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren den folgenden weiteren Schritt auf: Bereitstellen der Steuerdaten durch die Messeinrichtung 30 an die Steuereinrichtung 33 basierend auf den Ist- Messwerten und/oder Ist-Parametern.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden weiteren Schritte auf: Vergleichen der Ist-Messwerte mit Soll-Messwerten und/oder Vergleichen der Ist-Parameter mit Soll-Parametern für den vorgegebenen Ort der Sendeeinrichtung 11 und dem gesendeten Signal, und Bestimmen von Funkbeschickungswerten, insbesondere Korrekturwerten und Kalibrierungskurven zum Korrigieren von Abweichungen der Ist-Messwerte von den Soll- Messwerten.
In einer Ausführungsform weist das gesendete Signal eine Anzahl von Spektrallinien auf.
In einer Ausführungsform weisen die Spektrallinien einen definierten Frequenzabstand auf.
Obwohl die Offenbarung mittels der Figuren und der zugehörigen Beschreibung dargestellt und detailliert beschrieben ist, sind diese Darstellung und diese detaillierte Beschreibung illustrativ und beispielhaft zu verstehen und nicht als die Offenbarung einschränkend. Es versteht sich, dass Fachleute Änderungen und Abwandlungen machen können, ohne den Umfang der folgenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere umfasst die Offenbarung ebenfalls Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen, die vorstehend zu verschiedenen Aspekten und/oder Ausführungsformen genannt oder gezeigt sind.
Die Offenbarung umfasst ebenfalls einzelne Merkmale in den Figuren auch wenn sie dort im Zusammenhang mit anderen Merkmalen gezeigt sind und/oder vorstehend nicht genannt sind.
Im Weiteren schließt der Ausdruck „umfassen" und Ableitungen davon andere Elemente oder Schritte nicht aus. Ebenfalls schließt der unbestimmte Artikel „ein" bzw. „eine" und Ableitungen davon eine Vielzahl nicht aus. Die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen aufgeführter Merkmale können durch eine Einheit erfüllt sein. Die Begriffe „im Wesentlichen", „etwa", „ungefähr" und dergleichen in Verbindung mit einer Eigenschaft beziehungsweise einem Wert definieren insbesondere auch genau die Eigenschaft beziehungsweise genau den Wert. Alle Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als den Umfang der Ansprüche einschränkend zu verstehen.
Darüber hinaus versteht eine Person, die über normale Fachkenntnisse verfügt, dass Informationen und Signale durch eine Vielzahl verschiedener Technologien und Techniken dargestellt werden können. So können beispielsweise Daten, Anweisungen, Befehle, Informationen, Signale, Bits und Symbole, auf die in der obigen Beschreibung Bezug genommen wird, durch Spannungen, Ströme, elektromagnetische Wellen, magnetische Felder oder Teilchen, optische Felder oder Teilchen oder eine beliebige Kombination davon dargestellt werden.
Ein Fachmann wird ferner verstehen, dass jeder der verschiedenen dargestellten logischen Blöcke, Einheiten, Prozessoren, Mittel, Schaltungen, Methoden und Funktionen, die in Verbindung mit den hierin offengelegten Aspekten beschrieben werden, durch elektronische Hardware (z. B. eine digitale Implementierung, eine analoge Implementierung oder eine Kombination der beiden), Firmware, verschiedene Formen von Programm- oder Designcode, der Anweisungen enthält (die hier der Einfachheit halber als "Software" oder eine "Softwareeinheit" bezeichnet werden können), oder eine beliebige Kombination dieser Techniken implementiert werden kann.
Um diese Austauschbarkeit von Hardware, Firmware und Software zu verdeutlichen, wurden oben verschiedene Komponenten, Blöcke, Einheiten, Schaltungen und Schritte allgemein im Hinblick auf ihre Funktionalität beschrieben. Ob eine solche Funktionalität als Hardware, Firmware oder Software oder als Kombination dieser Techniken implementiert wird, hängt von der jeweiligen Anwendung und den dem Gesamtsystem auferlegten Designvorgaben ab. Fachleute können die beschriebene Funktionalität auf verschiedene Weise für jede einzelne Anwendung implementieren, aber solche Implementierungsentscheidungen führen nicht zu einer Abweichung vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Prozessor, ein Gerät, eine Komponente, ein Schaltkreis, eine Struktur, eine Maschine, eine Einheit usw. so konfiguriert werden, dass er/sie eine oder mehrere der hier beschriebenen Funktionen ausführt. Der Begriff "konfiguriert für", wie er hier in Bezug auf eine bestimmte Operation oder Funktion verwendet wird, bezieht sich auf einen Prozessor, ein Gerät, eine Komponente, eine Schaltung, eine Struktur, eine Maschine, eine Einheit usw., der/die physisch so konstruiert, programmiert und/oder angeordnet ist, dass er/sie die bestimmte Operation oder Funktion ausführt.
Darüber hinaus versteht der Fachmann, dass verschiedene hier beschriebene logische Blöcke, Einheiten, Geräte, Komponenten und Schaltungen (wie z.B. die vorstehend genannte Recheneinrichtung) in einer integrierten Schaltung (IC) implementiert oder von dieser ausgeführt werden können, die einen Allzweckprozessor, einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA) oder ein anderes programmierbares Logikgerät oder eine beliebige Kombination davon umfassen kann. Die logischen Blöcke, Einheiten und Schaltungen können ferner Antennen und/oder Sende-/Empfangsgeräte enthalten, um mit verschiedenen Komponenten innerhalb des Netzes oder des Geräts zu kommunizieren. Ein Allzweckprozessor kann ein Mikroprozessor sein, alternativ kann der Prozessor aber auch ein beliebiger konventioneller Prozessor, Controller oder Zustandsautomat sein. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Recheneinheiten implementiert werden, z. B. eine Kombination aus einem DSP und einem Mikroprozessor, eine Vielzahl von Mikroprozessoren, ein oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder jede andere geeignete Konfiguration zur Ausführung der hier beschriebenen Funktionen. Wenn die Funktionen in Software implementiert sind, können sie als eine oder mehrere Anweisungen oder Codes auf einem computerlesbaren Medium gespeichert werden. So können die Schritte eines hierin offengelegten Verfahrens oder Algorithmus als Software implementiert werden (z.B. als computerimplementiertes Verfahren), die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist.
Zu den computerlesbaren Medien gehören sowohl Computerspeichermedien als auch Kommunikationsmedien, einschließlich aller Medien, die die Übertragung eines Computerprogramms oder Codes von einem Ort zum anderen ermöglichen. Ein Speichermedium kann jedes verfügbare Medium sein, auf das ein Computer zugreifen kann. Als Beispiel und ohne Einschränkung können solche computerlesbaren Medien RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM oder andere optische Plattenspeicher, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen oder jedes andere Medium umfassen, das zum Speichern von gewünschtem Programmcode in Form von Anweisungen oder Datenstrukturen verwendet werden kann und auf das ein Computer zugreifen kann. In diesem Dokument bezieht sich der Begriff "Einheit", wie er hier verwendet wird, auf Software, Firmware, Hardware und jede Kombination dieser Elemente zur Ausführung der hier beschriebenen zugehörigen Funktionen. Darüber hinaus werden die verschiedenen Einheiten zum Zweck der Diskussion als einzelne Einheiten beschrieben; wie jedoch für einen Fachmann offensichtlich ist, können zwei oder mehr Einheiten kombiniert werden, um eine einzige Einheit zu bilden, die die zugehörigen Funktionen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausführt.
Zusätzlich können Speicher oder andere Speichermedien sowie Kommunikationskomponenten in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden in der obigen Beschreibung Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf verschiedene Funktionseinheiten und Prozessoren beschrieben. Es wird jedoch deutlich, dass jede geeignete Verteilung der Funktionalität zwischen verschiedenen Funktionseinheiten, Verarbeitungslogikelementen oder Domänen verwendet werden kann, ohne dass die vorliegende Offenbarung dadurch beeinträchtigt wird. So können beispielsweise Funktionen, die in der Abbildung von separaten Verarbeitungslogikelementen oder Steuerungen ausgeführt werden, von demselben Verarbeitungslogikelement oder derselben Steuerung ausgeführt werden. Daher sind Verweise auf spezifische Funktionseinheiten nur Hinweise auf ein geeignetes Mittel zur Bereitstellung der beschriebenen Funktionalität und nicht als Hinweis auf eine strenge logische oder physische Struktur oder Organisation zu verstehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur automatischen Vermessung und/oder Gewinnung von Parametern von Peilsystemen und/oder Peilantennen (20) für eine Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen, unter Verwendung einer Sendeeinrichtung (11), die an einem unbemannten Luftfahrzeug (10) angeordnet ist und die Signale sendet, mit den Schritten: a) Positionieren der Sendeeinrichtung (11) unter Verwendung des unbemannten Luftfahrzeuges (10) an einem vorgegebenen Ort relativ zu den Peilsystemen und/oder Peilantennen (20), b) Senden mindestens eines Signals durch die Sendeeinrichtung (11), das von den Peilsystemen und/oder Peilantennen (20) empfangbar ist, c) Empfangen des von der Sendeeinrichtung (11) gesendeten Signals mit den Peilsystemen und/oder Peilantennen (20) für die Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen, d) Ermitteln von Ist-Messwerten und/oder Gewinnen von Ist-Parametern aus dem empfangenen Signal jeweils in Beziehung zu dem vorgegebenen Ort mittels einer Messeinrichtung (30), e) Wiederholen der Schritte a) bis d) für mindestens einen weiteren vorgegebenen
Ort, f) Vergleichen der Ist-Messwerte mit Soll-Messwerten und/oder Vergleichen der Ist- Parameter mit Soll-Parametern für den vorgegebenen Ort der Sendeeinrichtung (11) und dem gesendeten Signal, und g) Bestimmen von Funkbeschickungswerten, insbesondere Korrekturwerten und Kalibrierungskurven, zum Korrigieren von Abweichungen der Ist-Messwerte von den Soll- Messwerten
2. Verfahren nach Anspruch 1, mit einem Schritt zum Bestimmen des vorgegebenen Ortes, vorzugsweise einer absoluten oder relativen Position der Sendeeinrichtung (11), insbesondere einer mit der Sendeeinrichtung (11) verbundenen Sendeantenne (12), sodass an diesem Ort optimale Abstrahleigenschaften der Sendeeinrichtung (11) zu den Peilsystemen und/oder Peilantennen (20) und/oder optimale Empfangsbedingungen für die Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen vorhanden sind, wobei die absolute Position vorzugsweise durch Ortskoordinaten, insbesondere GPS- Daten, angegeben wird und die relative Position vorzugsweise durch die Richtung und Entfernung zu den Peilsystemen und/oder Peilantennen (20) für die Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen angegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ist-Messwerte mindestens eine der folgenden Größen aufweisen: eine Einfallsrichtung, insbesondere Azimut und/oder Elevation und/oder Antennenempfindlichkeitsdaten, insbesondere eine Empfangsfeldstärke der elektromagnetischen Wellen des empfangenen Signals.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt zum Positionieren der Sendeeinrichtung (11) die weiteren Schritte aufweist:
Senden von Steuerdaten durch eine Steuereinrichtung (33), die mit den Peilsystemen und/oder Peilantennen (20) verbunden ist, an das unbemannte Luftfahrzeug (10), und
Bewegen der Sendeeinrichtung (11) mittels des unbemannten Luftfahrzeuges (10) anhand der Steuerdaten zu dem vorgegebenen Ort.
5. Verfahren nach Anspruch 4, mit dem weiteren Schritt:
Bereitstellen der Steuerdaten durch die Messeinrichtung (30) an die Steuereinrichtung (33) basierend auf den Ist-Messwerten und/oder Ist-Parametern.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Peilsysteme und/oder Peilantennen Adcockantennen oder Interferometerantennen sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das gesendete Signal eine Anzahl von Spektrallinien aufweist, die vorzugsweise einen definierten Frequenzabstand aufweisen.
8. System, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System aufweist: ein unbemanntes Luftfahrtzeug (10), bevorzugt eine Flugdrohne (10), eine Sendeeinrichtung (11) mit mindestens einer Sendeantenne (12), die an dem unbemannten Luftfahrtzeug (10) angeordnet sind, wobei die Sendeeinrichtung (11) bzw. die Sendeantenne (12) unter Verwendung des unbemannten Luftfahrzeuges (10) an einem vorgegebenen Ort relativ zu Peilsystemen und/oder Peilantennen (20) für eine Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen positionierbar ist, ein Peilsystem und/oder eine Peilantenne (20) zum Empfangen des von der Sendeeinrichtung (11) gesendeten Signals für die Bestimmung von Einfallsrichtungen von elektromagnetischen Wellen, eine Messeinrichtung (30) zum Ermitteln von Ist-Messwerten und/oder Gewinnen von Ist-Parametern aus dem empfangenen Signal jeweils in Beziehung zu dem vorgegebenen Ort, und eine Recheneinrichtung (32) zum Auswerten der Ist-Messwerte und/oder der Ist- Parameter, wobei die Recheneinrichtung (32) konfiguriert ist zum Vergleichen der Ist- Messwerte mit Soll-Messwerten und/oder Vergleichen der Ist-Parameter mit Soll- Parametern für den vorgegebenen Ort der Sendeeinrichtung (11) und dem gesendeten Signal, und zum Bestimmen von Funkbeschickungswerten, insbesondere Korrekturwerten und Kalibrierungskurven, zum Korrigieren von Abweichungen der Ist-Messwerte von den Soll-Messwerten.
9. System nach Anspruch 8, wobei die Recheneinrichtung (32) konfiguriert ist zum Ermitteln von Peilantennendaten und zum Berechnen von Peilantennenparametern der Peilsysteme und der Peilantennen (20).
10. System nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Sendeeinrichtung (11) einen in der Frequenz abstimmbaren Signalgenerator oder vorzugsweise einen Eichmarkengeber in Verbindung mit einem Breitbandpeilempfänger aufweist.
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