DE2231403A1 - Peilgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Peilgeräte und insbesondere solche Peilgeräte, die in der Lage sind, die azimuthale Lage einer Energiequelle für elektromagnetische Wellen durch Messung der Phasen- und Amplitudenverhältnisse der von dieser Quelle empfangenen Signale zu bestimmen. Obwohl das erfindungsgemäße Peilgerät auch für die Lokalisierung anderer elektromagnetischer Energiequellen anwendbar ist, beispielsweise für Blitzschläge, bietet das erfindungsgemäße Peilgorät besonders große Vorteile bei der Anwendung auf die Lokalisierung von nuklearen Ereignissen durch Erfassung der elektromagnetischen Impulse, welche mit diesen Ereignissen

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BAO ORiOINAt

cinhergehen, und durch die Ableitung azimuthaler Messungen von erfaßten Impulseigenschaften.

Die Violionform, die Frequenz und andere Eigenschaften des elektromagnetischen Impulses, welcher in Begleitung einer nuklearen Explosion auftritt, wurde bereits eingehend in der Literatur besprochen, beispielsweise in einer Arbeit von Johler und Morgenstern mit dem Titel "Propagation of the Ground Wave Electromagnetic Signal, Wi «-th Particular Reference to a Pulse of Nuclear Origin", veröffentlicht im Dezember 19Ö5, IEEE Proceedings, Band 53, Nr'. 12, Seiten 2043 bis 2053. Aus der Beschreibung des elektromagnetischen Grundwellensignals anhand dieser und anderer Betrachtungen ist ersichtlich, daß die Verwendung dieses Signalsfür die Lokalisierung der Quelle aus verschiedenen Gründen bei Verwendung konventioneller Hochfrequenz-Peilgeräte schwierig zu erreichen ist. Zu diesen Gründen gehören hauptsächlich die sehr kurze Impulsdauer, welche viel zu gering ist, um irgendeine Einstellung der Orientierung der Empfangsantenne durch den Bedienenden während der Empfangszeit des Impulses zu gestatten. Eine solche Einstellung wird jedoch bei vielen konventionellen Hochfrequenz-Peilgeräten benötigt. Außerdem macht es der äußerst ausgedehnte dynamische Bereich des Impulses, sehr schwierig, sinnvolle Meßwerte der Impulsamplitudeη und der Charakteristik der Wellenformen zu erhalten, wie sie für azimuthale Wirvkelbestimmungen benötigt werden.

Obwohl die gegenwärtig meist verwendeten Hochfrequenz-Peilgeräte eine Verstellung von Schleifenantennen oder anderen Wellenmeßfühlern mit Richtungseffekt erfordern, sind bereits eine Anzahl von Peilsystemen angegeben worden, die ohne eine solche Antennenverstellung in der Lage sind, azimuthale Win^kelmessungen vorzunehmen. Für solche bekannte Systeme dieses Typs sind beispielsweise die in den US-Patenten 3 344 430 und 3 490 024 beschriebenen Systeme typisch. Ein anderes System dieser Art verwendet gekreuzte Schleifenantennen, wobei jede Schleife die Ansteuerung der Ablenkung einer Kathodenstrahl-Anzeigröhre in einer von zwei

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orthogonalen Koordinaten steuert. In einigen Systemen dieser Art sind Vorkehrungen getroffen, um die Vieldeutigkeit zweier um l8O° auseinanderliegender Einstellungen aufzulösen, die sonst vorhanden ist. Hierzu wird eine Intensitätsmodulation' der Kathodenstrahlröhre gemäß dem Signal vorgenommen, welches von einer zugeordneten Allrichtungsantenne empfangen wird.

Bei dem Versuch der Anwendung auf das Problem der Lokalisierung einer Quelle für ein Detektorsystem für nukleare Ereignisse sind aufgrund der vorerwähnten Probleme ernsthafte Schwierigkeiten aufgetreten bei der Anwendung von Peilgeräten mit gekreuzten Schleifenantennen dieses allgemeinen Typs. Dies gilt besonders für die Auflösung der Vieldeutigkeit von zwei um l8O° unterschiedlichen azimuthalen Richtungen, und zwar sogar mit Hilfe eines Eingangssignals von einem Allrichtungsmeßfühler, und ebenso für die Verarbeitung des äußerst großen dynamischen Bereichs der empfangenen Signale. Die verschiedenen bekannten Lösungswege für dieses letztere Problem haben sich dabei nicht als völlig zufriedenstellend erwiesen. Beispielsweise erfordern die in der üblichen Weise angewendeten Aufzeichnungsverfahren (logging) eine genaue Anpassung von Dioden aufeinander und eine präzise Temperaturregelung. Da weiterhin die konventionellen Verfahren zur Signalnormalisierung eine gewisse Anlaufzeit erfordern, bevor die Normalisierung wirksam werden kann, benötigen sie Verzögerungselemente und einen komplizierteren Schaltungsaufbau, um diese Zeitverzögerung einzuführen und sie mit der Steuerung von Signalverarbeitungsschritten zu kombinieren.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Peilgeräte der vorstehend beschriebenen allgemeinen Klasse und hat als Hauptaufgabe die Schaffung solcher Peilgeräte, welche beträchtliche Vorteile bezüglich ihres BetriebsVerhaltens zeigen, besonders bei der Anwendung auf Nuklear-Detektoreinrichtungen zur Bestimmung der azimuthalen Lage eines nuklearen Ereignisses. Wie noch im einzelnen in der Beschreibung ausgeführt, ermöglicht das Peilgerät

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solche erwünschten Eigenschaften, wie die Bestimmung der azi-ITiUt haie η La^e einer Impuls quelle, die nur einen Impuls mit extrem kurzer Impulsdauer abgibt, die Fähigkeit zur Verarbeitung eines äußerst großen dynamischen Bereiches der Impulsamplituden und die Fähigkeit zur Erzielung einer praktisch sofortigen Ausgabe des Wertes des azimuthalen Winkels frei von Vieldeutigkeiten und mit einem Genauigkeitsgrad, der ohne unzulässige Kompliziertheit des Schaltungsaufbaus des Systems relativ hohe ,Werte erreichen kann. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Schaltung des Systems in digitaler Form ausgeführt und fördert dadurch die Erzielung einer relativ hohen Auflösung des azimuthalen Winkels durch zusätzliche Parallelschaltung gewisser Komponenten,die bezüglich ihres Sehaltungsaufbaus relativ einfach sind und relativ geringe Kosten verursachen.

Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein Peilsystem zu schaffen, das in der Lage ist, eine praktisch sofortige Anzeige der azimuthalen Lage einer Energiequelle für elektromagnetische Wellen zu liefern, wobei keine Verstellung oder andere Eingangsdaten durch den Bedienenden notwendig sind, um eine von Vieldeutigkeiten freife Anzeige des azimuthalen Winkels der Quelle zu liefern. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein solches Peilgerät zu schaffen, das in der Lage ist, die Bestimmung des azimuthalen Winkels bei einem elektromagnetischen Energieimpuls äußerst kurzer Dauer und mit äußerst großem dynamischem Bereich zu erhalten und dadurch das Peilgerät für die Anwendung auf die Lokalisierung eines nuklearen Ereignisses einzurichten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Peilgerät dieser Art zu.schaffen, das in digital_er Arbeitsweise ausgeführt ist und dadurch eine direkte Ausgabe des gemessenen azimuthalen Winkels in digitaler Form und die Erreichung eines gewünschten Genauigkeitsgrades der Messung des azimuthalen Winkels ermöglicht ohneH&ulässige Kompliziertheit oder zu hohe Kost.cn der für den Aufbau erforderlichen Schaltung.

BAD ORIGINAL

In seiner bevorzugten Ausfuhrungsform verwendet das erfindungsgemäße Peilgerät ein Paar von Richtungsempfängern, die bequemerweise die Form von Schleifenantennen besitzen können, welche in zwei orthogonal aufeinander stehenden Orientierungen angeordnet sind, so daß ihre Empfangsrichtungen mit größter Empfindlichkeit längs untereinander senkrechter Achsen verlaufen, welche bequemerweise als X-Achse und Y-Achse bezeichnet werden sollen. Vorzugsweise ist ein dritter Empfänger mit Allrichtungsempfang vorgesehen, wie er beispielsweise durch einen einfachen Dipol, oder eine Peitschenantenne gegeben ist. Dieser dritte Empfänger liefert ein nicht-richtungsbehaftetes Amplitudensignal, das .für Schwellwer!stellung und Signalnormalisierung und außerdem nötigenfalls zur Auflösung einer Vieldeutigkeit bezüglich l8O° für die Richtungsanzeige verwendet wird. Jedes der beiden Signale für den X-Kanal und den Y-Kanal wird durch ein Normalisierungsteil gekoppelt, das beide Signale in identischer Weise in zwei oder mehr diskreten Schritten dämpft. Dieser Dämpfungsvorgang wird durch einen Steuereingang für die Normalisierung gesteuert mit Hilfe eines von dem nicht-richtungsbeßafteten Amplitudensignal abgeleiteten Signals. Auf diese Weise werden die Signale für den X-Kanal und den Y-Kanal auf handhabbaren und identisch aufeinander angepaßten Dämpfungspegeln in ihren jeweiligen Signalverarbeitungsteilen gehalten.

Nach der Normalisierung der Signale für den X-Kanal und den Y-Kanal wird die Polarität jedes dieser Signale erfaßt und diese Polaritäten werden an eine Wahleinrichtung weitergegeben, die daraus den Quadranten ermittelt, in dem die Quelle liegt. Die Signale für den X-Kanal und den Y-Kanal werden noch Schaltungen zur Bildung der Absolutwerte oder -betrage zugeführt, so daß beide Signale die gleichen Polaritäten besitzen. Dann wird ein Amplitudenvergleich des /x/-Signals und des /Yr-Signals vorgenommen und das Ergebnis wird an die Wahleinrichtung weitergeleitet. Diese bestimmt anhand dieses Eingangssignals, in welchem der beiden Oktanten in dem zuvor ausgewählten Quadranten die Quelle liegt. Schließlich wird ein Verhältniswert der beiden Signale,

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des Jxf-Signals und des ίΐ^-Signals gebildet, um ein Maß für die Winkellage der Quelle in dem auf diese Weise ausgewählten Oktanten abzuleiten. Dieser letztere Schritt wird vorzugsweise .durch Digitalzählereinrichtungen vorgenommen, die'durch den Oktantenwähler auf eine Zählzahl -entsprechend dem ermittelten Oktanten eingestellt werden und dann von dieser voreingestellten Zählzahl gemäß dem Verhältnis der beiden Signale abwärts oder aufwärts zählen. " *

Wenn der Zähler diesen Arbeitsschritt beendet hat, enthält er eine gespeicherte Zahl; die repräsentativ ist für den azimuthalen Winkel zum Ursprungspunkt der erfaßten elektromagnetischen Welle. Diese Information kann nach Wahl in einen Dauerspeicher geschoben oder auf einer geeigneten Anzeigeeinrichtung angezeigt werden.

Ein besseres Verständnis der verschiedenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergibt sich durch die Schilderung beispielhafter Ausführungsformen im Zusammenhang mit denJAbbildungen.

Fig. 1 zeigt eine Kurve der Amplitude des zeitlichen Verlaufs der elektromagnetischen Welle für ein nukleares Ereignis mit beispielhafter Amplitude und Entfernung vom Meßpunkt.

Fig. 2 veranschaulicht das Bezugssystem für die Auswahl des Oktanten durch das Peilgerät nach Fig. 3.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines Peilsystems gemäß der Erfindung.

Fig. k zeigt eine schematiache Schaltzeichnung bestimmter Teilsysteme des Peilsystems nach Fig. 3.

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Fig. 5 enthält ein schematisches Schaltbild bestimmter anderer Teilsysteme des Peilgerätes nach Fig. 3·

Fig. 6 enthält eine Wahrheitstabelle zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des Oktantenwählers bei der Voreinstellung der Zählzahl der Zähler für Aufwärts- oder Abwärtszählung in Fig. 5.

Fig. 1 zeigt eine typische Wellenform eines elektromagnetischen Impulses injeinem Abstand von etwa 80 km von dem Detonationspunkt der nuklearen Einrichtung, durch welche die Strahlung erzeugt wird und beruht auf typischen Meßdaten für die Grundwelle des elektromagnetischen Impulses, wie sie beispielsweise in der oben angeführten Arbeit von Johler-Morgenstern enthalten sind. Wie gezeigt, verläuft die Wellenform zunächst steil in negativer Richtung, kehrt dann die Polarität um, wird positiv und verläuft mit relativ geringer Neigung zu einem zweiten Kreuzungspunkt mit der Nullachse. Die gesamte Wellenform zwischen den beiden Nulldurchgängen benötigt nur eine Zeit von weniger als 100 Mikrosekunc,den gemäß den beispielhaften Angaben in der Arbeit von Johler und Morgenstern in diesem angenäherten Abstand von etwa 80 km vom Ursprungspunkt.

Die Zeitdauer der Welle ist abhängig von der Entfernung von dem Ursprung bis zu dem Beobadatungspunkt. In den hier interessierenden Entfernungsbereichen wird jedoch die Zeitdauer des Impulses stets zu klein sein, um die Verwendung einer konventionellen Einschleifen-Peilausrüstung zu ermöglichen, welche eine Betätigung durch den Bedienenden erfordert. Erfindungsgemäß wird die Peilung bewerkstelligt ohne Verstellung durch den Bedienenden oder irgendeine andere Einstellung von Meßfühlerelementen und wird beendet innerhalb^ der relativ kurzen Zeitdauer einer typischen Wallenform des elektromagnetischen Impulses bei einem Nuklearereignis.

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Um dies zu erreichen, umfaßt das erfindungsgemäße Peilsystem ein Paar identischer Schleifenantennen 11 und 13 gemäß Fig. 3> wobei die beiden Schleifen orthogonal aufeinanderliegende Polarisationsrichtungen oder Richtdiagramme besitzen, welche in X-Richtung bzw. Y-Richtung orientiert sind, wobei in der bestimmten hier beschriebenen Ausfuhrungsform die Y-Richtung als Nord-Süd-Richtung und die X-Richtung als Ost-West-Richtung definiert ist. Es kann leicht gezeigt werden, daß die Y-Schleifenantenne ein Ausgangssignal abgeben wird, das proportional dem 'Kosinus des azimuthalen Winkels zu einer Quelle für elektromagnetische Strahlung ist, welche auf die beiden Schleifen auftrifft, und zwar nach der Beziehung:

^EY = ^EMax^{cos θ} *

Da die X-Schleife im rechten Winkel zur Bezugsrichtung für 0° orientiert ist, liefert sie ein Ausgangssignal, das proportional ist dem Sinus des azimuthalen Winkels, d.h.

^EX ^{= E}Max^{sin θ}

Daher wird ein empfangenes Signal in seine X-Komponente und Y-Komponente aufgelöst und ergibt eine ausreichende Information zur Bestimmung des azimuthalen Winkels des erhaltenen Signals. Die Verwendung der Signalamplituden allein ist jedoch nicht ausreichend, um den azimuthalen Winkel ohne Vieldeutigkeit zu bestimmen. Die Polaritäten oder relativen Phasenlagen der Signalspannungen müssen auch als Paktor für die Winkelbestimmung berücksichtigt werden, um die sonst vorhandenen Vieldeutigkeiten aufzulösen.

Dies wird am leichtesten verständlich aus der Windrose nach Pig. 2. Fig. 2 zeigt, daß in jedem Oktanten der Windrose eine einzigartige Kombination der Polaritäten für das X-Signal und das Y-Signal und der relativen Amplituden der absoluten Werte

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für diese beiden Signale besteht. Beispielsweise sind im ersten Oletanten von O⁰ bis k5 ° das X-Signal und das Y-Signal beide positiv und der absolute Betrag des Y-Signals ist größer als der Betrag des X-Signals. Im zweiten Oktanten von 45° bis sind wiederum beide Signalpolaritäten positiv, der absolute Betrag des X-Signals ist jedoch jetzt größer als der absolute Betrag des Y-Signals. Da weiterhin das Verhältnis dieser Absolutwerte der Signale sich beim Durchgang durch jeden Oktanten ändert, gestattet die Messung des SignalVerhältnisses eine Peinmessung der Winkellage der Quelle in dem Oktanten. Beispielsweise variiert im ersten Oktanten das Verhältnis des Absolutwertes des Y-Signals zum Absolutwert des X-Signals von 0 bei einem Azimuth von 0° bis 1,0 bei einem Azimuth von 45°- Die Lage der Quelle ist daher in diesem Oktanten festgelegt als derjenige Winkel, dessen Tangens gleich dem Wert dieses Verhältnisses ist.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß der azimuthale Winkel dadurch bestimmt werden könnte, daß zunächst durch die Erfassung der Polaritäten der Signale der beiden Schleifenantennen der Quadrant identifiziert wird, in dem die Quelle liegt und dann die Festlegung des azimuthalen Winkels im Innern des Quadranten durch Verhältnisbildung der Absolutwerte von beiden Schlei-· fen vorgenommen wird. Ein solches Verfahren kann jedoch nur schwierig ausgeführt werden. Welches der beiden Signale auch durch das andere Signal zur- Erzielung des Verhältnisses geteilt wird, es wird an einer Randläge des Quadranten sich dem Wert nähern und daher wird selbstverständlich das Verhältnis sich dem Wert Unendlich annähern. Die Weiterverarbeitung solcher schlecht definierter Verhältnisgrößen ist kompliziert und schwierig, besonders bei digitalen Ausfuhrungsformen.

Ura dies zu vermeiden, wird in dem Peilgerät gemäß der Erfindung eino Kombination der Feststellung der Polarität und des Amplitudenvergleiches vorgenommen, um den Oktanten zu identifizieren, in dem die Quelle liegt. Dann wird der Winkel in diesem Oktanten

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bestimme durch die Verhältnisbildung der Ausgangssignale der beiden Schleifen. Da die Verhältnisbildung nur über einen Winke!bereich von 45° für diesen vorgewählten Oktanten durchgeführt werden muß, ist es möglich, durch richtige Steuerung der Einrichtung zur Bildung des Signalverhältnisses zu gewährleisten, daß das kleinere der beiden Signale stets in dem Zähler steht und dadurch wird gewährleistet, daß ihr Quotient stets im Bereich zwischen 0 und 1 liegt. Verhältniswerte in diesem Bereich können-in der notwendigen Weise leicht weiter verarbeitet werden zur Bestimmung des azimuthalen Winkels in dem vorgewählten Oktanten.

Die Empfänger oder Antennenschlexfen besitzen vorzugsweise kleine Abmessungen, verglichen mit den Wellenlängen der elektromagnetischen Impulssignale, welche ein relativ breites Frequenzband überstreichen entsprechend einem Frequenzband von etwa 10 Hz bis etwa 150 kHz mit einem Spitzenwert bei etwa 12 kHz. Die Amplitude des Stroms in der Antennenschleife wird dann proportional der Amplitude des erfaßten Signals sein und der effektiven, von der Schleife eingeschlossenen Fläche, d.h. der eingeschlossenen Fläche als Projektion auf die Ebene senkrecht zur Richtung für die Signalabstrahlung.

Wenn im vorliegenden Falle der Anwendung auf die Erfassung eines nuklearen Ereignisses bekannt ist, welche Polarität die erste Halbperiode der beobachteten Wellenform besitzen wird, dann können die Polaritäten der Signale für die X-Schleife und .die Y-Schleife ohne Mehrdeutigkeit bestimmt werden, ohne daß hierzu ein zusätzlicher Richtungssinneingang erforderlich ist. Wenn jedoch die beobachtete Wellenform am Anfang jede Polarität aufweisen kann, wird eine Mehrdeutigkeit vorhanden sein und zur Auflösung einer solchen Mehrdeutigkeit kann ein dritter Empfänger mit Allrichtungsverhalten, wie bei 15 angezeigt, vorgesehen sein. Sogar bei Fehlen der Notwendigkeit für einen solchen nicht richtungsbehafteten Eingang zwecks Auflösung einer Vieldeutigkeit, wird vorzugsweise eine Allrichtantenne vorge-

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sehen, da sie noch weiteren, nachstehend erläuterten Zwecken dient.

Hierzu gehört beispielsweise die Steuerung der Taktgabe für die Polaritätsfeststellungäen Amplitudenvergleich und den Arbeitsschritt der Verhältnisbildung. Eine solche Steuerung wird bewirkt über ein Element 17 für den Anfangsschwellenwert und Verzögerungselemente 19,21 und 23, welche jeweils den Zeitpunkt bestimmter Arbeitsschritte des· Systems festlegen. Das Element 17 für den Anfangsschwellenwert wird vorzugsweise so eingestellt, daß es am.,Ausgang sein Startsignal dann abgibt, wenn das von der Allrichtungsantenne 15 erfaßte Eingangssignal beträchtlich über dem Rauschen liegt. Typischerweise wird dieser Schwellwert innerhalb weniger Mikrosekunden nach dem Beginn einer Wellenform des elektromagnetischen Impulses erreicht. Das Startsignal wird nach Verzögerung um einige Mikrosekunden bei 19 zum Zeitoder zum Taktimpuls Nr. 1 und triggert ein "Befähigungselement" 25, welches die in den Signalverarbeitungskanälen X bzw. Y enthaltenen Einrichtungen 27 bzw. 29 für die Peststellung der Polarität betätigt. Die auf diese Weise erhaltenen Polaritätssignale X und Y werden einem Oktantenwähler 31 zugeführt und außerdem den Verstärkern 33 und 35 für die Bildung des Absolutwertes für X bzw. Y.

Das eingangsseitige X-Signal und Y-Signal zu diesen Absolutwertverstärkern wird über Normalisierungsteile 37 bzw. 39 im X-Kanal bzw. Y-Kanal geführt. Diese Normalisierungsteile 37j39 arbeiten unter Steuerung durch ein Normalisierungssignal, welches von dem Normalisierungsdetektor 41 von dem nicht-richtungsbehafteten Amplitudensignal abgeleitet wird, das von der Allrichtungsantenne 15 erfaßt wird. Sie dienen, als Paar von aufeinander angepaßten variablen Dämpfungsgliedern, welche gleichzeitig durch das Normalisierungssignal eingestellt werden, um das X-Signal und das Y- Signal in identischer Weise zu dämpfen oder abzuschwächen. Insbesondere können die.Normalisierungsteile 37 und 39 ein identisches Paar von Widerstandsnetzwerken

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enthalten, wobei Schaltereinrichtungen eine geraeinsame Steuerung beider Netzwerke durch das Normalisierungssignal ergeben, so daß am Ausgang normalisierte X-Signale und Y-Signale abgegeben werden, die jeweils einen identischen Bruchteil des Eingangssignals darstellen und einen Wert aufweisen, bei dem das größere der beiden Signale innerhalb vorgegebener Grenzwerte für den dynamischen Bereich liegt. Das Ausgangssignal von jeder der Normalisierungseinrichtungen 37 bzw. 39 wird in dem entsprechenden Absolutwertverstärker 33 bzw. 35 verstärkt und einem Amplitudenkomparator 43 zugeführt, der feststellt, ob das X-Signal oder das Y-Signal die größere Amplitude besitzt, und ein entsprechendes Ausgangssignal an eine "Halte"-Schaltung 44 (hold-circuit) abgibt. Wenn diese Schaltung durch den Taktimpuls Nr. 2 betriebsfähig gemacht wird, welcher ihr durch eine Befähigungsschaltung 45 nach dem Eintreffen des bei 21 um etwa 10 Mikrosekunden verzögerten Startsignals zugeführt wird, erfaßt die Schaltung 44 das Ausgangssignal des Amplitudenkomparators 43 und hält es während der Dauer des Betriebszyklus. Das auf diese Weise gehaltene Signal wird als ein logisches Signal X>Y oder X^-^-Y dem Oktantenwähler 31 zugeführt und bewirkt zusammen mit dessen anderen EingangsSignalen, daß der Wähler ausgangsseitig Steuersignale für "Oktant-Voreinstellung" und "Zählung aufwärts-abwärts" an den Zähler 47 abgibt.

Die Identifizierung des Oktanten und die Entscheidung über Aufwärtszählung oder. Abwärts zählung wird von dem Oktantenwähler durchgeführt durch eine Untersuchung der Ausgangssignale der beiden Polaritätdetektoren und des Amplitudenkomparators. Wenn das Eingangssignal beispielsweise bei einem azimuthalen Winkel zwischen 0° und 45 ° empfangen wurde, dann besitzen das X-Signal und das Y-Signal beide eine normale positive Polarität und der Absolutwert von Y ist größer als der Absolutwert von X. Für diese eingangsseitigen Verhältnisse wird der BCD-Aufwärts-Abwärts-Zähler 47 auf die Zählzahl 0 voreingestellt und so programmiert, daß er von dieser Zählzahl 0 aus aufwärts zählt. Wenn am Eingang beispielswiese ein Winkel zwischen 45° und 90° vorliegt, dann besitzen die Signale für X und Y weiterhin eine positive Polarität: der Absolutwert von X ist jedoch hier

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größer als der Absolutwert für Y. Der BCD-Aufwärts-Abwärts-Zähler wird dann auf eine Zählzahl 90 voreingestellt und zur Abwärtszählung von diesem Wert aus programmiert, d.h. er zählt abwärts von 90 ° in Richtung 45°. Diese Arbeitsweise des Zählers wird noch im einzelnen erörtert im Zusammenhang mit der Wahrheitstabelle der Pig. 6, welche die Programmierung des Zählers veranschaulicht.

Der Schaltertreiber 49 und der Umpolschalter 51 werden betätigt durch das Signal für die Beziehung X > Y oder X^Y vom Amplitudenkomparator 43 und verbinden jeweils das größere der beiden Signale für die Absolutwerte von X und Y mit einem der beiden Eingänge zu einem digitalen Komparator 53 und verbinden das kleinere der beiden Signale für X und Y stets mit dem anderen der beiden Komparatoreingänge. Diesejsignale für den X-Kanal und den Y-Kanal werden auch noch einem Detektor 55 für den positiven Pegel zugeführt, welcher jeweils dann getriggert wird, wenn der mittlere Wert des größeren und kleineren Eingangs zum digitalen Komparator einen vorgewählten oder Schwellwert übersteigt, und dieser Detektor 55 schaltet dann eine Befähigungsschaltung 57 zu. Diese schaltet ihrerseits einen'Taktgeber 59 zu, derjdie Auslesung der Ergebnisse des digitalen Vergleichs bei 53 in den BCD-Aufwärts-Abwärts-Zähler auslöst und diesem Zähler auch ein Steuersignal für die Betriebsart als Vorbereitung der Aaslesung zuführt. Wenn die Signale für X und Y, die dem Detektor 55 für den positiven Pegel zugeführt werden, diesen Schwellwert nicht erreichen, dann wird der Detektor, trotzdem getriggert, um eine Auslesung des digitalen Komparators in dem Zähler durch den Taktimpuls Nr. 3 auszulösen, der dem Detektor 55 nach der Verzögerung 21 und 23 am Eingang zugeführt wird, nachdem er um eine Zeitdauer von mehr als einer Halbperiode der Wellenform des Signals verzögert wurde.

Bei Beendigung des Zählvorgangs kann die dann stehende Zählzahl als Ausgang auf irgendeine Einrichtung zur Aufzeichnung oder Anzeige gegeben werden und stellt den azimuthalen Winkel der

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Quelle des Signals dar, welcher den Schwellwert für den Start und den sich daran anschließenden Peilvorgang ausgelöst hat. Es ist zu beachten, daß alle für die Ermittlung der Richtung der Quelle notwendigen Messungen innerhalb einer Periode der Wellenform des Signals beendet sind und dadurch sogar bei extrem kurzen Impulsen gemäß der Darstellung in Pig.l eine Beendigung des Peilvorganges möglich ist. Ebenso ist aus der Figur ersichtlich, daß das System auf folgende Weise arbeitet: Es werden die Daten für den Oktanten ermittelt, d.h. es werden die Signalpolaritäten erfaßt und es wird bestimmt, welches der beiden Signale X und Y die größere Amplitude besitzt, und zwar während der ersten oder negativen Halbperiode der Wellenform. Dann wird während der zweiten Halbperiode das Verhältnis der Amplituden der beiden Signale gemessen. Dies gestattet eine Beendigung der Normalisierung der Signale vor der Durchführung irgendwelcher Messungen der Signalamplitude und es steht dabei eine ausreichende Zeit zur Verfügung zum Abklingen von Einschwingvorgängen oder vorübergehenden Vorgängen von der Ermittlung des SignalVerhältnisses sur Messung der Winkelgrade. Weiterhin wird durch diese Taktsequenz; vermieden, daß Messungen in der Nähe des Nulldurchgangspunktes vorgenommen werden, wo eine genaue Messung der Signalamplituden schwierig ist und wo die ermittelten Signalverhältnisse unbestimmt werden können. Die verschiedenen Meßschritte für das Signal werden auf weiter in der Wellenform fortgeschrittene Punkte verlegt, an denen sie am wirksamsten durchgeführt werden können.

Fig. 4 zeigt die Verarbeitungsschaltung für das Signal des X-Kanals einschließlich der Signalnormalisierungs-Einrichtung 37, des Detektors 27 für die Polarität des X-Signals und den Absolutwertverstärker 33 zusammen mit gewissen für die Kanäle gemeinsamen Bauteilen einschließlich des Normalisierungsdetektors 41, des Amplitudenkoinparators 43, des Schaltertreibers 49 und des Umpolschalters 51· Die Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung für den Y-Kanal ist identisch mit der Anordnung des X-Kanals, so daß zwecks Vereinfachung die Schaltungsanordnung für den Y-Kanal durch den Kasten o) rrat gestrichelter Umrandung dargestellt ist und cie gleichen Bauteile enthält.wie vorstehend

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j im Zusammenhang mit der Verarbeitungsschaltung für den X-Kanal beschrieben. -

Die Antennenschleife für den X-Kanal ist an ihren entgegengesetzten Enden mit Abschlußgliedern 61 und 63 verbunden, welche Widerstands-elemente und Kapazitätselemente mit solchen Werten enthalten, daß die Antenne.in richtiger Weise belastet wird und man die erwünschte Resonanzfrequenz und Bandbreite erhält, und diese bilden einen Teil der Schaltung 27 für die Peststellung der Polarität bzw. der. Schaltung 37 für die Normalisierung. Die Verbindungen dieser Schaltungen mit der Antennenschleife sind so gewählt, daß für die erste Halbperiode von Signalen des Quadranten 1 das positive Ende der Schleife mit der Normalisierungsschaltung 37 verbunden ist, und das negative Ende der Schleife, dessen Signal aus Bequemlichkeitsgründen als "invertiertes" Signal bezeichnet wird, ist dann mit der Polaritätsdetektorschaltung 27 verbunden.

Im Polaritätsdetektor 27 wird das invertierte X-Signal durch einen nicht umkehrenden Verstärker 67 verstärkt, welcher bequemerweise die Form eines doppelseitigen Operatorverstärkers besitzen kann, der durch einen Spannungsteiler in einer negativen Rückkopplungsschleife liegt, welche zu seinem negativen Eingang einen Teil der Ausgangsspannung zurückkoppelt und dadurch den Verstärkungsgrad des Verstärkers steuert. Das verstärkte Ausgangssignal wird über Kondensatorkopplung dem negativen Eingang eines zweiten Operatorverstärkers 69 dieser Art zugeführt, dessen positiver Eingang mit Masse verbunden ist. Dieser Verstärker 69 besitzt daher ein Ausgangssignal, das niedrig bleibt, wenn das invertierte X-Signal positiv ist und hoch sein wird, wenn das invertierte X-Signal negativ ist. Der Verstärkerausgang ist mit dem "Einstell"-Eingang (set) eines Flip-Flops 71 verbunden, der als Eingang an seinem Taktanschluß den Taktimpuls Nr. 1 erhält, der einige MikroSekunden nach dem Startsignal auftritt.

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Wenn das Eingangssignal vom Verstärker 69 hoch ist, dann wird
bein Eintreffen des Taktimpulses Nr. 1 der Anschluß "1" des
Flip-Flops einen hohen VJert einnehmen und der Anschluß "0" einen niedrigen Wert. Dies bedeutet, daß das invertierte X-Signal
negativ ist und führt zu einem ausgangsseitigen Signal für die logische Größe X auf der Leitung 72. Wenn das X-Signal positiv ist, dann ist der Anschluß "0" hoch und dies führt zu einem
ausgangsseitigen logischen Signal X auf der Leitung 73· Die
Signale auf diesen Leitungen bilden daher eine Anzeige für die Polarität und werden dem Oktantenwähler der Fig. 5 zugeführt,
um dort in der nachstehend beschriebenen Weise verwendet zu werden.

Das X -Signal wird auch der Absolutwert-Verstärkerschaltung 33 zugeführt, in der es über eine Diode auf die Basis eines Transistors 74 gekoppelt ist. Wenm'das invertierte X-Signal während seiner ersten Halbperiode negativ ist,dann wird der resultierende Eingang X zur Basiselektrode des Transistors den Transistor' und seinen Kollektor sperren und das Gatter eines damit verbundenen Analogschalters 75 (FET, Feldeffekttransistor) wird auf
eine negative Spannung gehen, und zwar praktisch auf die negative Versorgungsspannung (-V). Eine solche negative Gatterspannung wird den Schalter 75 sperren und damit die Leitung 77 von der sonst durch diesen Schalter hergestellten Masseverbindung trennen. Wenn das invertierte X-Signal negativ ist, wird am Transistor 73 eingangsseitig kein Eingangssignal X vorliegen und der Transistor und der Analogschalter 75 (FET) werden
einschaltet bleiben und effektiv die Leitung 77 über den
Schalter nach Masse kurzschließen.

Die Erdung der Leitung 77 steuert die Polarität des Ausgangs
eines doppelseitigen Operatorverstärkers 79. Dieser ist so angeordnet, daß er während der ersten Halbperiode des X-Signals
d.h. während der Halbperiode vor dem Nulldurchgang, ein positives Ausgangssignal und während der zweiten Halbperiode ein negatives Ausgangssignal liefert. Um dies zu erreichen, ist der
Verstärkereingang über den Kondensator 8l mit einem der beiden

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Verstärkereingänge über zwei in Reihe verbundene Widerstände 83 und 85 verbunden, die beide etwa den gleichen Widerstandswert besitzen, der so gewählt ist, daß er relativ groß ist im Vergleich zum Inneriwiderstand des Analogschalters 75 in Form eines Feldeffekttransistors. Wenn der Transistor Strom durchläßt und durch ihn die Leitung 77 geerdet ist, dann ist der Eingangsanschluß des Verstärkers 79 praktisch geerdet, mit dem diese Widerstände verbunden sind. Unter diesen Verhältnissen bewirken der Eingang über den Widerstand 87 zum anderen Eingangsanschluß des Verstärkers 79 und die Spannungsrückkopplung über den Widerstand 89, daß der Verstärker als Inverterverstärker arbeitet und bei einem negativen Signal am Eingang ein positives Signal am Ausgang liefert. Wenn die Leitung 77 von Erde durch den Schalter 75 isoliert ist, dann sind beide Eingangsanschlüsse des Verstärkers 79 praktisch auf das gleiche Potential gelegt, da die Eingangsimpedanz des Verstärkers bedeutend größer ist als die Impedanz des Widerstandes 83 und 87, und der Verstärker arbeitet dann als Spannungsfolgeverstärker und liefert am Ausgang die gleiche Polarität wie am Eingang zugeführt.

Das Eingangssignal zum Operatorverstärker 79 ist das Signal des X-Kanals, welches am positiven Ende der Antennenschleife für den X-Kanal entnommen wurde und über ein Phasensteuerungs-Netzwerk 65 gekoppelt ist, das aus der E_aralleIsehaltung von Widerstands- und Kapazitätselementen besteht, zur Erzielung einer Phasenverschiebung (Nacheilung) von etwa 2 Mikrosekunden für Signale höherer Frequenz. Dies hat den Zweck, ein Ansprechen auf die Signalkomponenten dieser höheren Frequenz zu ermöglichen unabhängig von der mehrere Mikrosekunden betragenden Verzögerung, welche bei der Erfassung der Polarität und der Amplitude des Signals eingeführt wird. Auf das Filternetzwerk 65 folgt ein Normalisierungsteil einschließlich zweier Dämpfungsglieder 91 und 93, die jeweils ein Paar von Widerständen in Spannungsteilerschaltung umfassen, wobei diese Teilerschaltung nach Masse vervollständigt wird durch einen von zwei Schaltern 95 und 97 in Form eines Feldeffekttransistors. Die Arbeitsweise

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dieser Schalter wird gesteuert durch die Normalisierungssignale, welche aus der Signalamplitude der Allbereich.santenne für Zwekke der Begrenzung des Dynamikbereiches gewonnen werden. Die Widerstandswerte im Spannungsteiler__netzwerk 91 sind so gewählt, daß sie das Signal beispielsweise in einem ersten Verhältnis von 5 zu 1 teilen, wenn der Transistorschalter 95 eingeschaltet ist. Die Widerstandswerte im Teilernetzwerk 93 sind so gewählt, daß sie ein zweites höheres Dämpfungsverhältnis, beispielsweise 25 zu 1 ,ergeben, wenn der Transistorschalter 97 ebenfalls eingeschaltet ist.

Ein Operatorverstärker 99 koppelt das Signal des X-Kanals nach der Amplitudensteuerung durch die Dämpfungsglieder 91 und 93 auf den Absolutwertverstärker am Punkt 79. Der Verstärker 99 ist ein nicht umkehrender Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz und besitzt eine Möglichkeit zur Verstärkungssteuerung zur Einstellung des Gegenkopplungsverhältnisses zwecks gegenseitiger Anpassung der Verstärkungsgrade der Verstärker zwischen dem X-Kanal und dem Y-Kanal.

Es folgt nachstehend eine Beschreibung der Normalisierungsdetektorschaltung 41, welche die Steuersignale für die Bereichsumschaltung an die Schalter 95 und 97 liefert, in Form eines Feldeffekttransistors. Der Eingang der Allbereichsantenne bei 101 ist an die Basis eines Transistorverstärkers 103 gekoppelt und an eine Zehner-Diode 105, die so geschaltet ist, daß sie die Signalamplitude an der Transistorbasis auf einen Wert begrenzt, der genügend groß ist zur Steuerung der Schaltungsanordnung für die Bereichsumschaltung, ab ei* nicht groß genug ist, um eine Beschädigung der Schaltungskomponenten infolge übermäßig hoher Stromstärken zu gestatten. Das Ausgangssignal am Kollektor des Transistors wird über einen Widerstand 107 mit einer Diode im Nebenschluß und den Kondensator 109 auf ein Paar Widerstände 111 bzw. 113 gekoppelt, die über Tunneldioden 115 bzw. 117 mit Masse verbunden sind, und über Widerstände 119 und 121 zu den Basiselektroden der Transistoren 123 und 125. Der

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— ^y —

.Wert des Widerstandselementes 113 sollte beispielsweise für den 5 zu 1 Unterschied der Eingangsspannungen, an denen die Schalter 95 bzw.97 für den niedrigen bzw. hohen Bereich in Tätigkeit gebracht werden sollen, etwa das 5-fache des Widerstandselementes 111 betragen. Beispielsweise sind Widerstandswerte von 3300 Ohm für den Widerstand 113 und 750 Ohm für den Widerstand 111 geeignet. Die Widerstände 119 und 121 sind vorgesehen, um eine Vorspannung für die Transistoren 123 bzw. 125 zu erhalten und können einen gleichen Wert typischerweise in der Größenordnung von 1000 Ohm besitzen·.

Bei Abwesenheit eines Eingangssignales am Anschluß 101 werden beide Tunneldioden 115 und 117 gesperrt sein und die Transistoren 123 und 125 werden auch durch Vorspannung in ihrem Sperrzustand sein. Wenn das Signal am Anschluß 101 empfangen wird, wird der Kollektor des Transistors 103 einen negativen Spannungswert einnehmen und in Abhängigkeit von der Amplitude des empfangenen Signals wird eine der beiden Tunneldioden 115 und 117 oder beide einschalten. Hierdurch wird ein Stromfluß durch die Tunneldiode, den zugeordneten Widerstand 111 oder 113> den Kondensator 109, die Diode 108 und den Transistor.103 herbeigeführt. Die Spannung über der Tunneldiode 115 wird sich von dem relativ geringen Wert, der im Ruhestand vornandenjist, auf einen Wert erhöhen, der genügend groß ist, um den Transistor 123 in Durchlaßrichtung vorzuspannen, ihn einzuschalten und auch den zugeordneten Feldeffekttransistorschalter 95 einzuschalten. Wenn sich die Amplitude des Eingangssignals weiter erhöht, wird als nächstes die Tunneldiode 117 einschalten und in ähnlicher Weise eine Einschaltung des Transistors 125 und eine Zuschaltung des zweiten Bereichsschalters 97 bewirken. Die Zenerdiode 105 beschränkt die maximale Veränderung der Kollektorspannung des Transistors 103 und begrenzt damit den Maximalstem durch die Tunneldioden 115 und 117, um eine mögliche Beschädigung derselben zu verhindern.

Die Signale im X-Kanal -und Y-Kanal werden nach Normalisierung und Verstärkung in ihren jeweiligen Absolutwertverstärkern den Eingängen eines doppelseitigen Operatorverstärkers 127 zugeführt,

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welcher den Hauptbestandteil des Amplitudenkomparators 43 bildet. Wenn der Absolutwert des X-Signals (das Signal JX| in Pig. 4) positiver ist als das(Yi -Signal, dann ist der Ausgang am Verstärker 127 hoch und im umgekehrten Falle wird bei größerem |Y| -Signal der Verstärkerausgang niedrig sein. Der Komparat'orausgang wird erfaßt durch einen Haltekreis, welcher einen Flip-Flop l6l umfaßt. Wenn dieser durch den Taktimpuls Nr. 2 an seinem Takteingang befähigt ist, wird er ein Signal entweder für die logische Größe X>Y oder X >Y am Ausgang abgeben in Abhängigkeit davon, ob· der Ausgang vom Verstärker 127 dann hoch oder niedrig ist. Dieses logische Signal wird während des ganzen verbleibenden Betriebszyklus gehalten, unabhängig von einer späteren Änderung im Ausgang des Verstärkers 127.

Die *auf diese Weise erhaltenen Signale für den logischen Wert X;>Y und XjFY werden über Leitungen 129 und 130 dem Oktantenwähler nach Fig. 5 zugeführt und dort gemäß der späteren Beschreibung weiter verarbeitet. Das Signal X>Y wird auch noch der Basiselektrode eines Transistors 131 zugeführt, der einen Teil der Treiberschaltung 49 für den Umkehrschalter bildet. Wenn das Signal X >Y hoch ist, sperrt es den Transistor 131 und bewirkt, daß die Spannung an seinem Kollektor nach negativen Werten geht. Dadurch wird ein zweiter Transistor abgeschaltet, auf dessen Basiselektrode dieses Kollektorsigaal vom Transistor 131 gekoppelt ist. Die Kollektorspannung am Transistor 133 steigt dann bis zum Wert der positiven Versorgungsspannung an.

Die Kollektorspannung des Transistors 131 wird über die Dioden 135 und 136 zu den Gatterelektroden eines Paars von Feldeffekttransistorschaltern 138 und 139 geführt und die Kollektorspannung des Transistors 133 wird auf ähnliche Weise über Dioden 1.41 bzw. 142 an die Gatterelektroden von Feldeffekttransistorschaltern 144 bzw. 145 geführt. Diese Anordnung ist so geschaltet, daß bei einem hohen Wert des Signals für die lo-

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gische Größe X>Y der Transistor 131 abgeschaltet und die Peldeffekttransistorschalter 138 und 139 geöffnet hält, so daß über den Schalter 138 bzw. über den Schalter 139 kein Sighalweg für das Y-Signal bzw. das X-Signal geschlossen ist. Wenn der Transistor 131 abschaltet, folgt der Transistor 133. Seine positiv werdende Kollektorspannung wird den Gatterelektroden jedes der Transistorschalter 144 und 145 zugeführt und bewirkt, daß diese Schalter schließen. Dadurch wird das Signal des X-Kanals zur Ausgangsleitung 147 und das Signal des Y-Kanals zur Aus-149 gekoppelt.

Wenn umgekehrt das Signal für die logische Größe X^Y niedrig ist, werden die Transistoren 131 und 133 eingeschaltet sein. Die Kollektorspannung des Transistors 131 wird relativ positiver und die Kollektorspannung des Transistors 133 relativ negativer sein, so daß jetzt die Schalter 138 und 139 geschlossen sind und die Schalter 144 und 145 geöffnet sind. Unter diesen Verhältnissen wird das Signal /Yf der Ausgangsleitung 147 zugeführt und das Signal (Xi wird auf der Leitung 149 erscheinen. Auf diese Weise dienen diese Elemente als Umpolschalter, der betätigt wird durch den Vergleich der relativen Amplituden der Signale im X-Kanal und Y-Kanal und das größere dieser beiden Signale mit der Leitung 147 und das andere Signal mit der Leitung 149 verbindet. Diese invariante Beziehung der relativen Amplituden der Signale j X| und (Y| und ihre- Zuordnung zu den Leitungen 147 und 149 fördert die Arbeitsweise der Schaltung zur Bildung des Verhältniswertes X/Y gemäß Fig. 5. Fig. 5 zeigt den Oktantenwähler 31, den BCD-Aufwärts-Abwärts-Zähler 47, den XY-Verhältnis-Detektor und den A/D-Konverter 53» sowie den positiven Pegelwertdetektor 55. Die Reihenfolge der Arbeitsschritte zur Einstellung der Zähler auf den erwünschten azimuthalen Winkel beinhaltet zunächst eine Quadrantenwahl auf der Basis der relativen Polaritäten der Signale für den X- bzw. Y-Kanal, als nächstes eine Oktantenwahl auf der Basis der relativen Amplituden der Signale für ]X| und fY| und schließlich eine Bestimmung der Winkelgrade in dem Oktanten auf der Basis einer Verhältnisbildung der relativen Amplituden der Signale |X/ und (y/.

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f - 22 -

Die Schritte zur Auswahl des Quadranten und des Oktanten werden erreicht durch die Schaltung des Blocks 31, des Oktantenwählers, der als Eingang die Signale X, Y, X und Ϋ von den Polaritätsr· detektoren für den X-Kanäl und den Y-Kanal sowie die Signale für die logischen Größen'X >Y und X ^>Y erhält, welche von dem Amplitudenkomparator 43 geliefert werden. Diese Signale für die Polarität und die relative Amplitude für X und Y werden einem logischen Netzwerk zugeführt, das allgemein durch die Bezugsziffer 151 bezeichnet ist. Es enthält eine Vielzahl von logischen UND-Elementen, die in der dargestellten Weise geschaltet sind und einen Eingang für die Voreinstellung des Oktanten zu den Zählerelementen 153 bzw. 155 für die Einheiten bzw. für die Zehner an dem BCD-Aufwärts-Abwärts-Zähler 47 liefern gemäß der in Fig. 6 wiedergegeben und nachstehend erläuterten Wahrheitstab-jslle. Die Eingangssignale für die Größen X ^> Y und X y Y werden ebenfalls dem logischen Netzwerk 151 in der dargestellten Anordnung zugeführt und geben einen Eingang für die Voreinstellung des Oktanten für die Zähler 153 und 155 ebenfalls gemäß der Wahrheitstabelle nach Fig. 6. Wie weiterhin in der Wahrheitstabelle angegeben, dient das logische Netzwerk 151 auch dazu, eine Richtung der Zählung der Zähler 153 und 155 vorzugeben,, und zwar nach dem Eingang von Seriendaten auf der Leitung 157 von dem Detektor 153 für das Verhältnis X/Y, d.h. Informationen über die Gradzahlen, mit denen der Winkel in dem vorgewählten Oktanten in die Zähler eingegeben wird. Das Auslesen der vorgegebenen Signale wird gesteuert durch einen Eingang "parallele Last" (parallel load) auf der Leitung 159, dessen Ableitung noch später erläutert wird.

Die Verhältnisbildung der Amplituden der Signale |X| und JY/wird erreicht durch den Detektor 53, dem die Absolutwerte der Signale X und Y auf den Leitungen 147 und 149 von dem Umpolschalter der Fig. 4 zugeführt werden. Wie bereits erläutert, wird das größere der beiden Signale |x| und |Y/stets auf der Leitung 147 und das kleinere stets auf der Leitung 149 vorhanden sein. Das

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kleinere Signal auf der Leitung 1^9 wird unmittelbar einem der beiden Eingänge jedes Verstärkers eines Satzes von 9 doppelseitigen Operatorverstärkern 171 bis 179 zugeführt. Das größere Signal auf der Leitung 147 wird an den anderen Eingängen jedes dieser Verstärker 171 bis 179 zugeführt über ein zugeordnetes Widerstandsteilernetzwerk, dessen Widerstandvswerte jeweils so abgestuft sind, daß sie jedem der Verstärker 171 bis 179 einen anderen Bruchteil der Eingangsspannung zuführen, und zwar in einem Bereich von etwa 1/9 der Eingangsspannung bis nahezu ihrem vollen Wert.

Jeder der Verstärker 171 bis 179 wird am Ausgang ein hohes Signal abgeben, wenn der Eingang über das zugeordnete Teilernetzwerk gleich oder größer ist als die Amplitude des an seinem anderen Eingang unmittelbar zugeführten Signals. Daher dienen diese Verstärker als Schwellwertdetektoren mit progressiv abgestuften Schwellwerten, bei denen sie einschalten, und die Anzahl der Detektoren, welche bei irgendeinem gegebenen Paar am Eingang vorhandener XY-Signale einschalten, bildet ein direktes Maß für den numerischen Wert des Verhältnisses dieser Signale. Dieses Verhältnis seinerseits bildet ein direktes Maß für den Tangens des azimuthalen Winkels der Signalquelle in diesem Oktanten. Der Tangenswert, welcher über den Oktanten zwischen den Wert von 0 bis 1 variiert, wird als Ausgang auf ein neunstufiges Schieberegister 191 gegeben zur Umwandlung in Seriendatenform für die anschließende Zuführung zu den Aufwärts-Abwärts-Zählern.

Bei einem Satz von 9 Spannungsteilern und Operatorverstärkern gemäß der Abbildung wird der Bereich von 45 Winkelgraden jedes Oktanten in 9 Stufen von jeweils 5 Winkelgraden unterteilt, so daß man eine Auflösung der Winkelauslesung von 5° erhält. Die anschließende Weiterverarbeitung dieser Winkelgrade kann vereinfacht werden, indem die Verhältniswerte entsprechend den Winkeln 0° und 45° vermieden werden und statt dessen als unter-

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ster oder oberster Wert 2,5 und 42,5 mit Zwischenschritten von 5° vorgesehen sind. Daher wird das Verhältnis der beiden Widerstände des Spannungsteilernetzwerkes, über welches das Eingangssignal zum Verstärker geführt wird, zahlenmäßig gleich dem Tangens des Winkels 2,5° fürten Verstärker 171 gemacht, gleich dem Tangens des Winkels 7,5° für den Verstärker 172 usw. in Schritten von 5° bis zum Tangens des Winkels für 42,5° für den Verstärker 179.

Selbstverständlich kann die Auflösung von 5°, welche der gezeigte neunstufige Verhaltnisdektektor liefert, gewünschtenfalls einfach dadurch verbessert werden, daß die Zahl der Verstärkerund Schieberegisterstufen erhöht wird und damit der{Winkelbereich des Oktanten von 45° weiter unterteilt wird, um die erforderliche feine Auflösung zu erhalten. Man erkennt auch, daß gewünschtenfalls die einzelnen Widerstandsteilernetzwerke l8l bis 189 durch einen einzigen Spannungsteiler ersetzt werden können mit Abgriffen, welche den erwünschten Bruchteilen der Eingangsspannung entsprechen. In der Praxis wird jedoch oft die größere Flexibilität bevorzugt werden, welche durch die Anordnung mit Einzelteilen gemäß der Darstellung ermöglicht wird. Der Zeitpunkt und der zeitliche Ablauf der Arbeitsschritte des Digitalkomparators und der Zähler wird gesteuert durch den Positiv-Pegeldetektor 55,der als Eingänge die Signale für X und Y auf den Leitungen 147 und 149 erhält. Diese Signale werden über Summierungswiderstände 193 und 195 zugeführt, so daß an einem der beiden Eingänge eines doppelseitigen Operatorverstärkers ihr Mittelwert zugeführt wird und dieser Verstärker an seinem anderen Ausgang eine Bezugsspannung mit einem festen Wert erhält, welcher dem Schwellwert des Signals entspricht, an dem der Beginn der Arbeitsweise des Verhältnisdetektors erwünscht ist. Wenn dieser Schwellwert überschritten wird, wird der Verstärker einschalten und sein Ausgang wird auf einen niedrigen Wert gehen und dieser Ausgang wird einem der Eingänge eines invertierenden ODER-Gatters 201 zugeführt.

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Einer der beiden anderen Eingänge dieses ODER-Gatters 201 ist der Taktimpuls Nr. 3. Dieser Taktimpuls dient zur Auslösung der Arbeitsschritte der Verhältniswertfeststellung und der Auslesung in dem Fall, wo der Schwellwert des positiven Pegeldetektors aus irgendeinem Grunde bei Ablauf dieser Zeitperiode· nicht erreicht worden ist. Dadurch wird irgendeine Stockung im Betrieb des Systems vermieden, die sich sonst ergeben könnte, und die Beendigung der Auslesung wird stets dann gewährleistet, wenn ein Betriebszyklus einmal begonnen worden ist. Der Taktimpuls Nr. 3 'wird vorzugsweise so eingestellt, daß er bei oder in der Nähe des Spitzenwertes der zweiten Halbperiode auftritt. Es kann jedoch erwünscht sein, ihn so einzustellen, daß er zu irgendeinem anderen Zeitpunkt während der zweiten Halbperiode auftritt, an dem die Signale in den beiden Kanälen oberhalb des Rauschpegels liegen. .

201

Der dritte Eingang zum ODER-Gatter_vwird geliefert von dem Anschluß "Q" eines Flip-Flops 203, der anf3einem"Rückstell"*-Anschluß ("reset") ein Signal "klar" ("clear") als niedrigen Eingang besitzt. Dieses Eingangssignal "klar" geht koinzident mit dem Taktimpuls Nr. 2 auf einen hohen Wert und zu diesem Zeitpunkt wird der Flip-Flop 203 veranlaßt, 3ein Ausgangssignal auf der Leitung 205 auf einen logischen Wert "1" zu schalten und seinen Ausgang auf der Leitung 207 auf eine "0". Der Flip-Flop bleibt dann in diesem Zustand bis nach der Zuführung eines Signals an seinen "Einstell"-Eingang ("set")» Man wird erkennen, daß zunächst bei niedrigem Eingangssignal "klar" der Flip-Flop 203 auf der Leitung 205 am Ausgang eine "0" an das Gatter 201 geben kann und daß dies zu einem Ausgang durch das Gatter führen kann. Dieser Ausgang wird jedoch an das UND-Gatter 209 gegeben, dessen anderer Eingang das Signal "klar" ist. Daher erfolgt erst dann ein Ausgangssignal von dem zweiten Gatter 209, wenn das Signal "klar" auf einen hohen Wert geht.

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Wenn der Ausgang des Schwellwert^-Detektorverstärkers 197 auf einen riiedrigen Wert geht, oder wenn vorher der Taktimpuls Nr. e_mpfangen wird, dann wird ein solcher Eingang zum invertierenden ODER-Gatter 201 zum UND-Gatter 209 weitergegeben und da am anderen Eingang des UND-Gatters 209 jetzt das Signal "klar" mit einem hohen Wert vorhanden ist, wird das Gatter auf der Leitung 201 ein Ausgangs signal abgeben,das deirr Schieberegister 191 als Betriebsartsteuersignal zugeführt wird und' den Zählern 153 und 155 als Signal "parallele Last".Gleichzeitig wird dieses Signal dem Einstelleingang des Flip-Flops 203 zugeführt, der dann am Ausgang eine "1" auf seiner Leitung 207 abgibt, um den Taktgeber 59 zu befähigen. Dieser liefert einen Takteingang an das Schieberegister 191 und an ein UND-Gatter 213, durch welches die ausgangsseitigen Seriendaten des Schieberegisters über den Oktantenwähler zu den Aufwärts-Abwärts-Z--ählern weitergegeben werden. Der Flip-Flop 203 gibt am AusgaRgV'O" auf der Leitung 205 zum ODER-Gatter 201, um einen kontinuierlichen Ausgang durch.dieses Gatter zu bewirken, welcher über das UND-Gatter 209 zu dem Einstelleingang desJFlip-Flops zugeführt wird und diesen in diesem Schaltzustand bis zur Beendigung des Auslesevorgangs verriegelt, welcher durch das Beenden des Impulses "klar"-angezeigt wird.

Wenn daher der/Vorgang für die Verhältniswerterfassung und die Auslesung entweder durch den Schwellwert-Detektorverstärker 197 oder den Taktimpuls N^r. 3 ausgelöst wird, dann wird^das Betriebsartsteuersignal auf der Leitung 211 zum Schieberegister 191^eermöglichen, daß dort die Daten für den Tangens desjwinkels eingegeben werden können, welche von dem XY-Verhältniswertdetektor erzeugt werden. Gleichzeitig wird dieses Signal den BCD-Aufwärts-Abwärts-Zählern 153 und 155 zugeführt und wird es ermöglichen, daß dort parallel die Quadranten- und Oktantendaten zugeführt werden, welche von dem Oktantenselektor 31 aus seinen Eingangssignalen X, Y, X, Ϋ, X> Y und X > Y abgeleitet sind. Auf diese Weise werden die Zähler zu Zählzahlen voreingestellt gemäß dem vorgewählten Winkel des Oktanten und dex» Wahrheits-

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tabelle nach Pig. 6. Dieses Signal auf der Leitung 211 schaltet auch den Flip-Flop 203 durch und das resultierende Signal "1" auf der Leitung 207 löst den Taktgeber 59 aus zur Verschiebung der Winkeltangensdaten aus dem Schieberegister 191 und durch das UND-Gatter 213 zum Oktantenwähler 31.Wenn der Flip-Flop 203 seinen· Schaltzustand umkehrt, dann wird am invertierenden UND-Gatter 201 eine "0" zugeführt und liefert einen kontinuierlichen Ausgang auf der Leitung 211 während der Dauer des eingangsseitigen Impulses "klar" und gestattet damit eine ausreichende Zeit zur Beendigung des Auslesens.

Die ausgangsseitigen Seriendaten vom Schieberegister 191 werden dem Zählereingang für Aufwärtszählung oder Abwärtszählung der Zähler gemäß der Zählrichtung zugeführt, welche durch die Wahrheitstabelle der Fig. 6 und die Eingänge X, Y, X, Ϋ, X > Y und X 7Ύ zum Oktantenwähler 31 angezeigt sind. Bei der Aufwärtszählung des Einheitenzählers 153 wird jede zu übertragende Zählzahl dem Zähler'155 für die Zehner zugeführt und bei der Abwärtszählung wird jede zu borgende Zählzahl dem Zähler 153 für die Einheiten in konventioneller Weise zugeführt.

Es folgt nachstehend ein Beispiel für die Arbeitsweise der Voreinstellung der. Zähler. Es sei angenommen, daß die Variable X, Y und X >Y alle einer logischen "1" entsprechen entsprechend einem azimuthalen Winkel der Quelle von ^5° bis 90°. Das logische Netzwerk 151 sei dabei so aufgebaut, daß es eine logische "1" an den Eingängen A¹¹ der Zähler für die Zehner und den Eingängen D¹ der Zähler für die Einer zuführt und eine logische "0" an allen anderen Eingängen. Der Zähler ist damit voreingestellt auf eine BCD-Darsteilung von 90°. Das Gatter 221 ist ein UND-Gatter und da seine Eingänge X und X^Y eine logische "1" sind,wird es an die Eingänge D' des Einheitenzählers 153 eine "1" abgeben. Das Gatter 223 ist ein invertierendes ODER-Gatter und aufgrund seines Eingangs X^>Y in Form einer logischen "0" wird es am Ausgang eine logische "1" auf den Eingang A¹¹ des Zehnerzählers 155 geben.

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Wie durch die Wahrheitstabelle angedeutet, ist die Richtung der . '

Zählung für einen azimuthalen Winkel im Oktanten zwischen ^5 ■

und 90° die Abwärtsrichtung. Dabei beginnt die Abwärtszählung y von dem voreingestellen Wert für 90°. Da in diesem Beispiel ; \

X ->0, Y > O und X > Yj sind diese Eingänge alle eine logische ]

"1" und die UND-Funktion der vier Gatter 225 bis 228 vor dem ]

Gatter 229 ist nicht erfüllt, so daß sein Ausgang eine logische )

"0" sein wird» Dieses Signal ist am Eingang zum Gatter 231 1

invertiert und befähigt dieses Gatter. Es werden dann Takt- ■ impulse durch das Gatter zu dem Eingang für die Abwärts zählung · 1

des Einheitenzählers 153 geführt. Da der Ausgang des Gatters 229 ■'

niedrig ist und die UND-Funktion des Gatters 233 gehemmt ist, >

werden keine Taktimpulse dem Eingang für Aufwärtszählung am |

Zähler zugeführt. \

Die anderen 7 möglichen Einstellungen des BCD-Aufwärts-Abwärts- \

Zählers können wie im folgenden Beispiel durch Verwendung der j Wahrheitstabelle durch das logische Netzwerk 15I hindurch ver- ; folgt werden. Die Aufwärts-Abwärts-Zähler bilden in ihrer Funktion j eine arithmetische Einheit und die üblichen Mechanismen zur Durchführung einer Addition und Subtraktion sind enthalten. Die auszuführende arithmetische Operation ist gesteuert durch den Eingang für Aufwärtszählung und Abwärtszählung und die Verbindungen für Borgen und übertragen zwisehern dem Einheitenzähler und dem Zehnerzähler sind in üblicher Weise vorgesehen. Die Daten des Zählers können als Ausgang in irgendeine angemessene Einrichtung zur Aufzeichnung oder Anzeige abgegeben werden und zeigen unmittelbar den azimuthalen Winkel der Quelle der Eingangssignale des Systems an.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die von Vieldeutigkeiten freie I.'osdung des azimuthalen Winkels, wie sie duroh das ©rfinaunßSßomiitfO Peilsyntem geliefert wird, durch entsprechende Wahl der Zahl der Stufen im Verhältniswertdetektor und der zugeordneten SignalVerarbeitungsschaltung es ermöglicht, einen erwünschten Grad der Auflösung zu erhalten und trotzdem

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ein von Vieldeutigkeiten freies Resultat am Ausgang aufrechtzuerhalten, Man erkennt, daß die erfindungsgemäße Anordnung, wenn dies gewünscht wird, vollständig in analoger Form ausgeführt werden kann und daß neben der bestimmten gezeigten Ausführungsform wahlweise die verschiedensten Formen sowohl analoger als auch digitaler Ausführungen verwendbar sind»

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BAD ORIGINAL

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1J Peilgerät zur Ermittlung der azinuthalen Lage einer Quelle von auf dem Peilgerät auftreffender Wellenenergie, dadurch gekennzeichnet , daß es umfaßt:■

   a) eine erste Meßfühlereinrichtung (11) für Wellenenergie mit einer Empfangsrichtcharakteristik, die längs einer ersten

   Achse (X) ausgerichtet ist, und ein erstes richtungsbehaftetes Signal mit einer Amplitude proportional zum Kosinus des Winkels zwischen dem Azimuth der Energiequelle und der ersten Achse liefert,

   b) eine zweite Meßfühlereinrichtung (13) für Wellenenergie mit einer Empfangsrichtcharakteristik, die längs einer zweiten Achse (Y) ausgerichtet ist, welche orthogonal zur ersten Achse ist, zur Erzeugung eines zweiten richtungsbehafteten Signals mit einer Amplitude proportional zum Sinus des Winkels zwischen dem Azimuth der Energiequelle und der ersten Achse,

   c) eine Einrichtung (27,29) zur gleichzeitigen Peststellung der Polaritäten der beiden ersten und zweiten richtungsbehafteten Signale und zur Ableitung einer Anzeige des Quadranten, in dem die Wellenenergiequelle lokalisiert ist, aus ihren Polaritäten,

   d) eine Komparatoreinrichtung (^3) zum Vergleich der Amplituden des ersten und zweiten richtungsbehafteten Signals zur Bestimmung des Signals mit dem größeren Absolutwert der Amplitude und zur Ableitung einer Anzeige des Oktanten in dem Quadranten, in welchem die Wellenenergiequelle lokalisiert ist, aus den relativen Werten der Signale^

   e) eine Einrichtung (¹J7) zur Bildung des Verhältnisses der Amplituden des ersten und zweiten richtungsbehafteten Signals und zur Ableitung einer Anzeige des Tangenswertea des Winkels in dem Oktanten, an dem die Energiequelle

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   lokalisiert ist und

   f) eine Einrichtung zur Kombination der auf diese Weise aus den Polaritäten und den relativen Amplituden und dem Verhältnis ihrer Amplituden für das erste und zweite richtungsbehaftete Signal abgeleiteten Anzeigegrößen zur Ermittlung eines Maßes für den azimuthalen Winkel der Wellenenergiequelle.

   "2. Peilgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine dritte Meßfühlereinrichtung (15) für Wellenenergie besitzt mit Allrichtungs-Empfangscharakteristik und eine Einrichtung (17, 19» 21,23) zur Verarbeitung des von diesem Meßfühler gelieferten nicht-richtungsbehafteten Signals und zur Steuerung der Sequenz und Taktgabe und des Betriebs der Polaritätsdetektoreinrichtung, der Amplitudenkomparatoreinrichtung und der Einrichtung zur Bildung des Amplitudenverhältnisses für das erste und zweite richtungsbehaftete Signal.

   3. Peilgerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet , daß die Steuereinrichtung (17, 19, 21, 23) auf das nicht-richtungsbehaftete Signal anspricht, wenn dieses eine Polarität und einen Wert oberhalb eines· ersten Schwellwertes besitzt zur Auslösung der Erfassung der Polarität und des Amplitudenvergleichs in Sequenz und weiterhin eine Einrichtung enthält, welche auf Signale entgegengesetzter Polarität und mit einer Amplitude oberhalb eines zweiten Schwell-. wertes anspricht zur Auslösung der Verhältniswertbildung für die Amplituden, wodurch die Erfassung der Polarität und der Amplitudenvergleich während einer Halbperiode des nichtrichtungsbehafteten Signals und die Bildung des Amplitudenverhältnisses während der anschließenden Halbperiode ausgeführt sind.

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   h. Peilgerat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es eine dritte Meßfühlereinrichtung (15) für Wellenenergie mit einer Allrichtungs-Empfangscharakteristik besitzt und eine Einrichtung, welche auf das hierdurch gelieferte nicht-richtungsbehaftete Signal anspricht zur gleichzeitigen und gleichartigen Normalisierung des ersten und zweiten richtungsbehafteten Signals.

   5. Peilgerät nach Anspruch ¹I, dadurch gekennzeichn et , daß die Normalisierungseinrichtung ein Paar schaltbarer DämpiVungsglieder (91, 93) besitzt, die jeweils die Amplitude eines der beiden ersten und zweiten richtungsbehafteten Signale steuern und eine elektronische Schaltereinrichtung (95, 97)»welche auf die Amplitude des nicht-richtungsbehafteten Signals anspricht zu einer derartigen Steuerung der beiden Dämpfungsglieder (91>93)> daß das auf diese Weise normalisierte erste und zweite richtungsbehaftete Signal jeweils einen identischen Bruchteil des entsprechenden Signals vor der Normalisierung darstellt und das größere der auf diese Weise normalisierten ersten und zweiten richtungsbehafteten Signale innerhalb vorgegebener Grenzen des Dynamikbereiches bleibt.

   6. Peilgerät nach' Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Kombination der abgeleiteten Anzeigegrößen der Signalpolarität, der relativen Amplituden und des Amplitudenverhältnisses eine digitale Zählereinrichtung (59) umfaßt sowie eine Einrichtung, die auf die Anzeigewerte von Polarität und relativer Amplitude anspricht und zur Vorgabe digitaler Werte auf die Zählereinrichtung, welche den Quadranten und den Oktanten repräsentieren, indem die Wellenenergiequelle lokalisiert ist und zur Bestimmung der Zähl-—richtung von dies__en vorgegebenen Vierten zum azimuthalen Winkel der Quelle sowie eine Einrichtung, die auf den Anzeigewert für das Amplittäenverhältnis

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   P" ' ^!- ■" "■ ■

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   anspricht und die Zählereinrichtung veranlaßt, in der auf diese V/eise bestimmten Richtung zu zählen und durch eine Zählzahl durchzuzählen, welches dem azimuthalen Winkel der Wellenenergiequelle in dem auf diese Weise voreingestellten Oktanten entspricht.

   Peilgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es eine Umpolschaltereinrichtung (5i) besitzt, über die das erste und zweite richtungsbehaftete Signal an die Einrichtung zur Bildung des Verhältnis/wertes der Amplituden geführt ist und eine Treibereinrichtung (49) für diese Schaltereinrichtung, welche unter Steuerung durch die erste Signalamplituden-Komparatoreinrichtung die richtungsbehafteten Signale der Einrichtung zur Vferhältniswertbildung in einer solchen Weise zuführt, daß das Verhältnis des Signals mit kleinerer Amplitude zun|signal mit größerer Amplitude gebildet wird.

   Peilgerät zur Bestimmung des azimuthalen Winkels einer Quelle für auf dem Pei^gerät empfangene Wellenenergie, d a d u r ch gekennzeichnet , daß es umfaßt:

   a) eine erste und zweite Meßfühlereinrichtung (11, 13) für Wellenenergie mit jeweils senkrecht aufeinanderstellenden Richtungen (X, Y) der Empfangscharakteristik, die jeweils ein richtungsbehaftetes Signal liefern^ das zusammen mit dem anderen Signal bestimmend für die Lage des Azimuthes der Energiequelle ist, bezogen auf die entsprechenden Richtungen der Empfangscharakteristik,

   b) eine dritte Meßfühlereinrichtung (15) für Wellenenergie mit Allrichtungs-Empfangscharakteristik zur Lieferung eines nicht-richtungsbehafteten Signals,

   c)üino Einrichtung (17, 19, 21, 23), die auf das nicht-richtungsbehaf.te.x-te Signal zur Erzeugung einer Folge von Taktsignalen in zeitlicher Sequenz anspricht,

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   d) eine Einrichtung (27,29), die durch ein erstes dieser Taktsignale befähigt wird, zur gleichzeitigen Peststellung der Polaritäten jedes der richtungsbehafteten Signale und zur Ableitung eines Anzeigewertes für den Quadranten, in dem die Wellenenergiequelle lokalisiert ist, aus ihren relativen Polaritäten, ■

   e) eine durch ein zweites dieser Taktsignale befähigte Einrichtung (43) zum Vergleich der Amplituden der richtungsbehafteten Signale und zur Festste llung desjSignals mit dem größeren Absolutwert der Amplitude und zur Auswahl des Oktanten innerhalb des Quadranten, in dem die Wellenenergiequelle liegt,

   f) eine durch ein drittes dieser Taktsignale befähigte Einrichtung (53) zur Bildung des Verhältniswertes deijAmplituden der richtungsbehafteten Signale und zur Ableitung eines Anzeigewertes für den Winkel zwischen dem Azimuth, auf dem die Energiequelle lokalisiert ist und einem der beiden Azimuthe, welche zusammen den ausgewählten Oktanten definieren, und

   g)eine Einrichtung (47) zur Kombination der auf diese Weise abgeleiteten Anzeigewerte für die relativen Polaritäten und Amplituden der richtungsbehafteten Signale zur Identifizierung dieser azimuthalen Lage und dei|Richtung des Azimuths der Energiequelle bezüglich dieser Lage und zur Addition des Winkels hierzu, welcher durch die Einrichtung zur Verhältniswertbildung angegeben ist, zur Erzeugung eines Meßwertes für den azimuthalen Winkel zu der Wellenenergiequelle.

   9. Peilgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß es eine Einrichtung (37,39) enthält, die auf das nicht-richtungsbehaftete Signal anspricht, um beide richtungsbehaftete Signale gleichzeitig und in gleicher Weise zu normalisieren.

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   10.. Peilgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Sequenz der Taktsignale so eingerichtet ist_s dafijdie Erfassung der Polarität und der Amplitudenvergleich während einer Halpperiode des .nicht-richtungsbehafteten Signals erzielt wird und die Verhältniswertbildung für die Amplituden während der folgenden Halbperiode.

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