DE2007048B2 - Peilsystem zur Peilung elektrischer Hochfrequenzschwingungen - Google Patents

Description

a) jeweils Mnal, den Kreisring umschreitend, aus jeweils zwei Antennen des Kreisringes und der Mittenantenne, wobei die zwei Antennen des Kreisringes mit der Mittenantenne jeweils ein rechtwinkliges Dreieck bilden und die Mittenantenne als Vergleichsantenne dient;

b) jeweils Mnal, den Kreisring umschreitend, jeweils aus drei Antennen des Kreisringes, die jeweils zusammen ein fechtwinkliges Dreieck bilden und wobei die mittlere der drei Antennen als Vergleichsantenne dient;

c) jeweils^ mal aus vier Antennen des Kreisringes,

N
die zusammen ein Quadrat bilden, aWe-τ möglichen Quadrate ausnutzend, wobei dann k ■■
5...gewählt ist;

und daß der Peilwinkel jeweils über alle, mit den unter a), b) und c) angegebenen Maßnahmen erzielbaren Ergebnisse gemittelt wird.

2. Peilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Peilwerte und die Mittelung der ermittelten Peilwerte von einem automatischen Rechner vorgenommen wird.

3. Peilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Peilempfänger ein an sich bekannter Zweikanalpeilempfänger verwendet wird und daß bei der Peilwertbestimmung mit jeweils drei Antennen dessen einer Kanal eingangsseitig jeweils mit der die jeweiligen Vergleichsspannung liefernden Antenne verbunden ist und an den Eingang des anderen Kanals jeweils abwechselnd die beiden anderen Antennen angeschaltet werden, und daß bei der Peilwertermittlung mit jeweils vier Antennen dessen Eingänge abwechselnd mit jeweils sich diametral im Quadrat gegenüberstehenden Antennen verbunden werden.

4. Peilsystem nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Phasendifferenzen unmittelbar in den Rechner eingegeben werden.

Die Erfindung betrifft ein Peilsystem zur Peilung elektrischer Hochfrequenzschwingungen, bei dem der Peilwinkel aus dem Arcus Tangens des Quotienten zweier Phasendifferenzen gewonnen wird, die entweder

s zwischen den Antennenspannungen dreier Antennen, die in den Eckpunkten eines gleichschenkliger, rechtwinkligen Dreiecks stehen, ermittelt werden, wobei die im Schnittpunkt der Katheten stehende Antenne jeweils die Bezugsspannung liefert, oder die zwischen den

ίο Antennenspannungen sich jeweils diametral in den vier Eckpunkten eines Quadrats gegenüberstehender Antennen ermittelt werden, unter Verwendung eines Kreisgruppenantennensystems mit Mittenantenne.
Aus den Theorien der verschiedenen Peilverfahren war lange vor der Einführung der modernen Analog- und Digitaltechnik zu erkennen bzw. abzuleiten, daß der Peilwert, insbesondere bei kohärenten Störungen, viel genauer und u.U. weit schneller und einfacher durch Berechnung als durch direkte Messung gewonnen

werden kann.

Die praktische Nutzung dieser Erkenntnis war bis etwa 1950 jedoch nur in sehr geringem Maße möglich. Sie beschränkte sich im wesentlichen auf die Fälle, bei denen die Rechnung durch einfache vektorielle Addition nachbildbar war; denn nur für solche mathematischen Operationen standen brauchbare analoge Mittel, wie z. B. Kathodenstrahlröhren, zur Verfügung. Somit konnte vor 1950 an sich gar keine automatische Peilwertberechnung durchgeführt werden. Es war also nur möglich, die wirkliche Berechnung unter Anwendung verfahrenstechnischer Kunstgriffe nachzubilden. Die entsprechenden Peiler waren also noch gar keine Rechenpeiler.
Erst nach der Einführung der modernen Analog- und Digitaltechnik war es möglich, Peilwertberechnungen automatisch durchzuführen. Wie beispielsweise aus den Veröffentlichungen von Th. Heiligtag (»Über die Gründe der Meßweisungen beim Richtungsempfang«, Jahrb. draht). Telegr., 21, 1921, S. 77 bis 100) und von

H. W. Breuninger (»Brauchbarkeitsgrenzen des n-Mast-Adcock-Peilers«, Hochfrequenztechnik und Elektroakustik, Bd. 59, 1942, S. 50-70) zu erkennen bzw. abzuleiten ist, können zur Peilwertberechnung als Grundinformationen vorteilhaft die Amplituden und Phasen der Empfangssignale von mindestens drei ungerichteten Antennen, deren Anordnung bekannt ist, verwendet werden.

Dies erklärt, warum bei den gegenwärtig bekannten wirklichen und gegenüber kohärenten Störungen relativ immunen Rechenpeilern zur Peilwertberechnung als Grundinformationen nicht nur die Phasen, sondern zusätzlich auch die Amplituden der Empfangssignale verwendet werden. Wegen der zusätzlichen Verwendung der Amplitudeninformation ist bei solchen Rechenpeilern jedoch nicht nur die erzielbare Peilgenauigkeit, sondern auch der apparative, meßtechnische und rechentechnische Aufwand groß. Vor allem wegen des apparativen und somit die Kosten bestimmenden Aufwandes isi der Einsatz dieser Rechenpeiler eingeschränkt. Für viele einfache Anwendungszwecke, bei denen die Kosten eine maßgebliche Rolle spielen, ist eine wesentliche Reduzierung dieses Aufwandes verständlicherweise sehr erwünscht und vor allem dann, wenn trotz der Aufwandsreduzierung ein genügend großer Grad von Immunität gegenüber kohärenten Störungen erhalten bleibt.

Eine Möglichkeit zu einer solchen Aufwandsverminderung ist an sich durch denjenigen sog. Phasenpeiler

gegeben, den Hans Schellhoss in seinem Vortrage »Die Funkortung im Heer« anläßlich der Arbeitstagung »Navigation« am 23. und 24.3.1944 im Ferdinand-Braun-Institut in Landsberg/Lech beschrieb. Offensichtlich ist dieser Peiler wegen des geheimen Charakters dieser Arbeitstagung bisher relativ unbekannt geblieben.

Bei dem genannten Phasenpeiler sind drei Antennen an den Eckpunkten eines rechtwinkligen und gleichschenkligen Dreiecks angeordnet und es werden die Phasendifferenzen der Empfangsspannungen der an den Enden der Hypotenuse des Dreiecks stehenden Antenne zur Spannung der im Kathetenschnittpunkt stehenden Antenne gemessen. Der Quotient aus diesen beiden Phasendifferenzen ist dann eine Information über den Tangens des Azimuts. Ein solcher Phasenpeiler benutzt also lediglich drei Antennen, verwendet nur die Phase, nicht aber zusätzlich auch die Amplitude als Information, mißt nur zwei Phasendiherenzen und gestattet an sich eine einfache rechnerische Besiimmung des Peilwertes aus den beiden Phasendifferenzen. Letztere wurde bisher jedoch noch nie angewandt, sondern durch verfahrenstechnische Kunstgriffe nachgebildet Somit wurde dieser Phasenpeiler bisher auch nicht als wirklicher Rechenpeiler verwendet.

In gleicher Weise läßt sich der Peilwinkel unter Verwendung von vier Antennen bestimmen, die in den Eckpunkten eines Quadrats stehen. Diese Möglichkeit, von der im Gegenstand einer Patentanmeldung, die als OS 14 66 518 bereits veröffentlicht wurde, in anderer Weise Gebrauch gemacht wird, sieht vor, die Phasendifferenzen der Empfangssignale jeweils sich diametral gegenüberstehender Antennen zu ermitteln und den Peiiwinkel aus den beiden Phasendifferenzen in der gleichen, vorher beschriebenen Weise zu ermitteln.

Es zeigt sich und läßt sich durch mathematische Überlegungen beweisen, daß der durch kohärente Störungen hervorgerufene Peilfehler bei den beschriebenen Phasenpeilern u. a. von der Winkelstellung der Antennenanordnung relativ zur Einfallsrichtung von 4« Peil- und Störsignal, oder anders ausgedrückt, von der Bezugsrichtung der Antennenanordnung abhängig ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich der Peilfehler wesentlich reduziert, wenn mit verschiedenen Bezugsrichtungen die Peilwerte bestimmt und 4> das arithmetische Mittel aus diesen Peilwerten als wirklichen Peilwert verwendet.

Damit ist auch die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe angegeben, nämlich unter Verwendung der genannten Phasenpeilverfahren ein Peilsystem zu schaffen, bei dem mit geringem Aufwand eine Verbesserung des Peilergebnisses bei kohärenten Störungen erreicht wird und das den Einsaiz moderner Auswertemittel, wie automatische Rechner, gestattet.

Unter Anwendung der obengenannten bekannten Phasenpeilverfahren und Verwendung eines Kreisgruppenantennensystems mit Mittenantenne wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das Kreisgruppenantennensystem aus N = 2^k gleichmäßig auf einem Kreisring verteilten ungerichteten Einzelantennen E₀ t>o bis E_N-\ (mit it = 2, 3,4 ...) besteht und der Peilwinkel jeweils mehrfach vermittels folgender Antennenkombinationen gewonnen wird:

a) jeweils Λ/mal, den Kreisring umschreitend, aus

jeweils zwei Antennen des Kreisringes und der

Mittenantenne, wobei die zwei Antennen des

Kreisringes mit der Mittenantenne jeweils ein

rechtwinkliges Dreieck bilden und die Mittenantenne als Vergleichsantenne dient;

b) jeweils Mnal, den Kreisring umschreitend, jeweils aus drei Antennen des KLreisringes, die jeweils zusammen ein rechtwinkliges Dreieck bilden und wobei die mittlere der drei Antennen als Vergleichsantenne dient;

c) jeweils^mal aus vier Antennen des Kreisringes, die

JV
zusammen ein Quadrat bilden, alle -τ möglichen

Quadrate ausnutzend, wobei dann Jt
gewählt ist;

3,4,5

und daß der Peiiwinkel jeweils über alle, mit den unter a), b] und c) angegebenen Maßnahmen erzielbaren Ergebnisse gemittelt wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Peilwerte von einem automatischen Rechner ermittelt und die Mittelung der Werte ebenfalls von diesem vorgenommen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, als Peilempfänger einen an sich bekannten Zweikanalempfänger zu verwenden, wobei bei der Peilwertbestimmung mit jeweils drei Antennen dessen einer Kanal eingangsseitig jeweils mit der die jeweilige Vergleichsspannung liefernden Antenne verbunden ist und an den Eingang des anderen Kanals jeweils abwechselnd die beiden anderen Antennen angeschaltet werden bzw. daß bei der Peilwertermittlung mit jeweils vier Antennen dessen Eingänge abwechselnd mit jeweils diametral sich im Quadrat gegenüberstehenden Antennen verbunden werden. Die so ermittelten Phasendifferenzen werden gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung unmittelbar in den Rechner eingegeben und in ihm verarbeitet.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung eines Kreisgruppenantennensystems wiedergegeben, das vier Antennen JSo bis £3, die auf einem Kreisring gleichmäßig verteilt angeordnet sind, und eine Mittenantenne Em verwendet. An diesem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher beschrieben werden.

Gemäß a) des Vorschlages wird viermal der Peilwinkel unter Ausnutzung der Antennenspannung der Mittenantenne bestimmt, und zwar in der Weise, daß zunächst die Spannungen von E₀ und E\, dann von Ei und £2, dann von Ei und und S und schließlich von ß und Eo jeweils mit der Mittenantennenspannung verglichen werden. Gemäß b) des Vorschlages wird viermal der Peilwinkel ausschließlich unter Verwendung der Antennen des Kreisgruppenantennensystems bestimmt, und zwar zunächst mit den Antennen E₀, £1, E₂, wobei £1 als Vergleichsantenne dient, dann mit Ei, £2, Ej, wobei E₂ als Vergleichsantenne dient, dann mit E₂, E3, £0. wobei £3 als Vergleichsantenne dient und schließlich mit Ej, Eq, E₁, wobei E₀ als Vergleichsantenne dient. Schließlich ist der Peilwinkel auch noch unter Verwendung der vier Antennen des Kreisgruppenantennensystems bestimmbar, indem die Phasendifferenzen zum einen zwischen £0 und £₂ und zum anderen zwischen Ei und Ej ermittelt werden und aus diesen über di? genannte Funktion der Peilwert errechnet wird. Eine Mittelwertbildung wird hier jedoch nicht vorgenommen, sie kommt erst bei der Verwendung von acht Einzelantennen zum Einsatz.

Eine weitere Verbesserung der Peilgenauigkeit wird erreicht, wenn die Anzahl der Antennen auf dem

Kreisring vergrößert wird. Durch das angewandte Peilverfahren, bei dem die verwendeten Antennen stets in den Eckpunkten eines gleichschenkligen und rechtwinkligen Dreiecks oder eines Quadrats stehen, kommen dafür die Antennenzahlen 8, 16, 32 ... in Betracht. Die Verbesserung von 8 Antennen bietet einen günstigen Kompromiß zwischen erzielbarer Peilgenauigkeit und benötigtem Aufwand. Bei der Verwendung von 8 Antennen werden entsprechend der Geometrie, wie in Fig.2 dargestellt, bei einer Ermittlung des Peilwertes nach Maßnahme a) die Antennenkombinationen E₀ mit E\\ E* mit Ey, E^ mit £₂ usw. jeweils zusammen mit der Mittenantenne Em verwendet. Entsprechendes gilt für maßnahme b). Hier kommen die Kombinationen Ea mit E\ und Ei, Ea mit £5 und E₆, E\ mit E₂ und E₃ usw. zur Anwendung. Für Maßnahme c) ergeben sich die Kombinationen Eo, Ei mit E₁, £3 und £,,£<> mit E₅, E₇.

Die Erfindung zeigt, wie mit einer verhältnismäßig geringen Zahl von Antennen eine große Zahl von Peilergebnissen mit einem Minimum an Geräteaufwand gewonnen werden kann, und wie über die Vielzahl der Ergebnisse eine Verbesserung des Gesamtpeilergebnisses möglich ist. Dies ist dadurch bedingt, daß sämtliche Möglichkeiten des Antennensystems unter Anwendung des bekannten Phasenpeilverfahrens ausgenutzt werden.

Ein zusätzlicher Vorteil des Peilsystems nach der Erfindung sei noch erwähnt. Bedingt durch das ausgewählte Peilprinzip ist es möglich, in dem Rechner einfachste Rechenprogramme zur Anwendung kommen zu lassen. Da der Peilwinkel Θ aus der Beziehung

r ff¹)

' gewonnen wird 0=arctg — wobei φι und g>2 die

Phasendifferenzen sind, die, wie beschrieben, zwischen den verschiedenen Antennen ermittelt werden, ist es möglich, den Peilwinkel Θ im Rechner durch eine einfache tabellarische Zuordnung jedes im Rechner

stehenden Quotienten —zu bestimmen. Auch die in der

Erfindung vorgeschlagene Mittebng der Peilwinkel Θ zu einem Gesamtergebnis ©_ges stellt an das Rechnerprogramm keine besonderen Anforderungen. Mit der Simplizität des Rechnerprogramms wird auch der Aufbau des Rechners sehr einfach und daher billig. Es ist also mit dem Peilsystem nach der Erfindung möglich, unter Verwendung an sich bekannter und ggf.

sogar vorhandener geeigneter Kreisgruppenantennensysteme und handelsüblicher Zweikanalpeilempfänger unter Einschluß eines einfachen Rechners ein ganz neuartiges Peilsystem zu erstellen, das, wie sich durch Berechnungen zeigen läßt, gegenüber einem Adcock-Peiler vergleichbaren Aufwands, ein wesentlich günstigeres Verhalten beim Auftreten kohärenter Störungen hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Peilsystem zur Peilung elektrischer Hochfrequenzschwingungen, bei dem der Peilwinkel aus dem Arcus Tangens des Quotienten zweier Phasendifferenzen gewonnen wird, die entweder zwischen den Antennenspannungen dreier Antennen, die in den Eckpunkten eines gleichschenkligen rechtwinkligen Dreiecks stehen, ermittelt werden, wobei die im Schnittpunkt der Katheten stehende Antenne jeweils die Bezugsspannung liefert, oder die zwischen den Antennenspannungen sich jeweils diametral in den vier Eckpunkten eines Quadrats gegenüberstehender Antennen ermittelt werden, unter Verwendung eines Kreisgruppenantennensystems mit Mittenantenne, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreisgruppenantennensystem aus N = 2^k gleichmäßig auf einem Kreisring verteilten ungerichteten Einzelantennen E₀ bis £/v_1 (mit Ar = 2,3,4...) besteht und der Peilwinkel jeweils mehrfach vermittels folgender Antennenkornbinationen gewonnen wird: