DE2007049C3 - Peilsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Peilsystem zur frequenzselektiven Peilung elektromagnetischer Hochfrequenzschwingungen hinsichtlich des Azimuts und der Elevation mit einer Vielzahl von Antennen mit nachgeschalteten Empfängern, deren Ausgangssignale ausgewertet werden.

Ein gravierender Nachteil der konventionellen Kurzwellenpeilsysteme ist ihr Versagen bei Interferenzfeldern. Baut sich ein Interferenzfeld aus azimutal stark divergierenden Strahlen auf — dieser Fall ist durch den steilen Strahleneinfall bei Peilungen im Nahbereich (50 — 300 km) meist gegeben — so ist es nur selten möglich, eine zuverlässige Kurzzeitpeilung zu erhalten.

Aus der US-PS 30 38 122 ist es bereits bekannt, zur Richtungs- und/oder Frequenzbestimmung einfallender Radar-Pulse mittels einer Anzahl parallelgeschalleter brcitbandiger Radar-Pulsemp^ranger mit Richtantennen, deren Kichtkeulen so gegeneinander versetzt sind, daß sie einen vorgegebenen größeren Winkelbereich lückenlos abdecken, eine Grobpeilung durch Ermittlung des Empfängers mit der größten Pulsamplitiide durchzuführen und außerdem mittels einer Anzahl un eine Antenne mit Rundumcharakteristik angeschlossener schmalbandiger Empfänger, deren Frequenzkanäle so gesüffelt sind, daß sie einen vorgegebenen breiten Frequenzbereich lückenlos abdecken, eine grobe Frequenzmessung vorzunehmen. Mit dieser bekannten Einrichtung ist es zumindest mit tragbarem Aufwand nicht möglich, bei Mehrwelleneinfall — d. h. bei Vorliegen eines Interfe renzfeldes — eine genaue, frequenzselektive Peilung hinsichtlich des Azimuts und der Elevation durchzuführen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein Peilsysiem anzugeben, das auch unter den erwähnten ungünstigen Bedingungen die physikalisch möglichen Informationen liefert, also jede einzelne einfallende Welle nach Feldstärke, Azimut und Elevation bestimmt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Netz von automalischen Feldstärkesensoren (Feldsonden), mittels welcher die komplexe Feldstärke abgetastet wird, regelmäßig oder statistisch über eine Bodenfläche mit der Ausdehnung A > λ (A = größte zu empfangende Wellenlänge) ausgelegt ist und daß die von den Feldsonden aufgenommenen Hochfrequenzsignale unter Berücksichtigung der jeweiligen Lage der einzelnen Feldsonden nach Betrag und Phase in einem zentralen Rechengerät ausgewertet werden.

Hiermit wird die komplexe Feldstärke des Interferenzfeldes am Boden abgetastet. Man erhält zwar bei endlicher Sondenzahl keine örtlich kontinuierliche Registrierung der Feldstärke, doch ist dies auch gar nicht nötig, denn zur vollständigen Erfassung der in der Feldstärkeverteilung erhaltenen Informationen genügt

es, in Abständen von d < -, Proben zu entnehmen. Sind

die Sonden statistisch über die Bodenflächc verteilt, so dürfen die mittleren Abstände beliebig groß sein. Eic Eindeutigkeit der Peilung leidet darunter praktisch nicht, wenn die Gesamtzahl der Sonden ausreichend hoch ist (ca. 100).

Aus der so erfaßten örtlichen Feldstärkeverteilung wird die gesuchte Information über die Einfallsrichtung der einzelnen Strahlen durch zweidimensionale Fouriertransformation berechnet. Im Sondernfall der statistisch verteilten Proben ist vor der eigentlichen Fouriertransformation eine Interpolation des irregulären Meßpunkterasters (Sondenverteilung) auf ein äquidistantes Rechenraster zweckmäßig. Es sei noch angemerkt, daß die Fouriertransformation nicht der einzige mögliche Weg zur Berechnung der einfallenden Strahlen ist.

Da die Apertur des Feldsondcnsystcms und die Meßgenauigkeit der Sonden endlich ist, können die einfallenden Strahlen durch rechnerische Auswertung der Feldstärkeverteilung nicht beliebig scharf rekonstruiert werden. Vielmehr ergibt sich ein Resultat, das einem Antennendiagramm ähnelt, mit je einer scharfen Keule pro einfallendem Strahl. Die Kculenbreite Atx ist mit der Apertur A in der bekannten Weise

l\

,1

verknüpft. Zwei diskrete benachbarte Strahlen im Abstand von Atx lassen sich gerade noch getrennt auflösen. Ist der Abstand jedoch groß gegen Atx, so kann natürlich jeder einzelne Strahl wesentlich genauer als

auf ± , lokalisiert werden, indem die Miilel der Keule ausgewertet wird.

Die Fouriertransformation zwischen komplexer örtlicher Feidstärkeverteilung (x, y) und komplexer Strahlverteilung (»Winkelspektrum«) F(ö,£) wird beschrieben durch

ff

= ff

/(-V,3'lcxp[-2.7./sin//(.vL-osi

wobei y - ft die Elevation und ζ das Azimut bedeutet.

F(ö, ξ) ist eine Peilung in erweitertem Sinne, denn sie enthält zusätzlich die Elevation, woraus man beispielsweise auf die Entfernung des Senders schließen kann.

Eine praktische Ausführungsform des Feldsondenpeilsystems nach der Erfindung wird im folgenden beschrieben.

Die Feldsonden sind kompakte miniaturisierte KW-Empfänger für den Bereich 1,5—7,5 MHz. Sie enthalten außerdem einen einfachen VHF-Telemetriesender und -Kommandoempfänger zur Verbindung mit der mobilen Peilzentrale (Lastwagen) inmitten des Sondenfeldes. Die Sonden werden in einem Areal der Ausdehnung ca. 1 km aufgestellt oder aus der Luft abgeworfen. Die Kurzwellenempfangsoszillatoren aller Sonden werden von der Zentrale phasensynchronisiert, um eine Messung der Feldstärkephase zu ermöglichen. Die Laufzeit der Kommandos und der Synchronsignale zu den Sonden und zurück werden bei der Auswertung durch den Rechner (Fourierintegrator) in der Zentrale berücksichtigt. Dazu ist vor Beginn des Peilbetriebes eine Eichpeilung (Einmessen) — etwa mit Hilfe eines Flugzeuges — nötig, woraus der Rechner durch Umkehrung des Problems die zunächst noch unbekannten Sondenkoo^rdinaten und entsprechenden Laufzeiten aus den hier bekannten Peilwerten ermittelt.

Die Peilauswertung erfolgt sofort nach Eingang der Sondendaten. Unter der Voraussetzung eines genügend schnellen Spezialrechners liegt die Rechenzeit für ein

υ vollständiges #-f-Diagramm in der Größenordnung von 1 see. Eine Möglichkeit, die Fouriertransformation für alle #-J-Punkte simultan analog auszuführen, bietet ein Projektionsgerät unter Verwendung kohärenten Lichtes, das die Fouriertransformation als optischen Prozeß ausführt.

Mit dem Peilsystem nach der Erfindung kann infolge seiner durch die große Apertur großen räumlichen Auflösung und Empfindlichkeit die Bodenwelle auch dann noch gepeilt werden, wenn sie erheblich

r, schwächer als die Raumwelle ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Peilsystem zur frequenzselektiven Peilung elektromagnetischer Hochfrequenzschwingungen i hinsichtlich des Azimuts und der Elevation mit einer Vielzahl von Antennen mit nachgeschalteten Empfängern, deren Ausgangssignale ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Netz von automatischen Feldstärkesensoren (Feldsonden), mittels welcher die komplexe Feldstärke abgetastet wird, regelmäßig oder statistisch über eine Bodenfläche mit der Ausdehnung A > λ (A= größte zu empfangende Wellenlänge) ausgelegt ist und daß die von den Feldsonden aufgenommenen β Hochfrequenzsignale unter Berücksichtigung der jeweiligen Lage der einzelnen Feldsonden nach Betrag und Phase in einem zentralen Rechengerät ausgewertet werden.

2. Peilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei statistischer Verteilung der Sonden über den Erdboden der Abstand benachbarter

Sonden größer als ^ sein darf.

3. Peilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn- >ί zeichnet, daß die Feldsonden Empfänger nach dem Überlage^rungsprinzip sind und daß deren Überlagerer-Oszillatoren gemeinsam von einer zentralen Stelle fernabgestimmt und phasensynchronisiert werden. jo

4. Peilsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldsonden Kommandoempfänger und Teleinetriesender beinhalten, mit Hilfe derer die Feldsonden abgestimmt und die von den Feldsonden aufgenom- j> menen Feldstärkesignale an das zentrale Rechengerät abgesetzt werden.

5. Peilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesuchte Peiiinformation aus der von den Feldsonden erfaßten örtlichen Feldstärkeverteilung über eine zweidimensionale Fouriertransformation im automatischen Rechner ermittelt wird.