DE3326254C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Peilempfänger der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Derartige Peilempfänger sind vor allem als zweikanalige Geräte zur Peilung nach dem Watson-Watt-Prinzip, erforderlichenfalls noch ergänzt durch einen Hilfskanal zur seitenrichtigen Peilung in Gebrauch. Erhebliche Schwierigkeiten bei derartigen Peilempfängern bereitet dabei der für die Zuverlässigkeit des Peilergebnisses wesentliche exakte Gleichlauf der Selektionsfilter im Nord-Süd- und im Ost-West-Kanal. Zur Gewährleistung dieses Gleichlaufs werden jeweils durch Messen der Filtereigenschaften paarweise Filter mit möglichst gleichem Verhalten ausgewählt. Der angestrebte exakte Gleichlauf in den Peilkanälen eines Zweikanalpeilers und erst recht eines Vielkanalpeilers ist mit dieser Vorgehensweise jedoch nur unter hohem Aufwand und auch nur angenähert zu erreichen.

Ein Peilempfänger nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist aus der Schrift "SOME NEW APPROACHES IN THE FIELD OF DIRECTION FINDING", 1974, C. Plath GmbH, Seiten 7-18, bekannt. Bei der daraus bekannten Anordnung wird der Gleichlauf von mehreren Kanälen (Converter Channel) durch Umsetzer und analoge ZF-Teile bestimmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Peilempfänger der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art anzugeben, bei dem der exakte Gleichlauf von Selektionsfiltern in den mehreren Peilkanälen mit vertretbarem Aufwand reproduzierbar gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennz. des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die analogen Vorfilter (z. B. Quarzfilter) vor den A/D-Wandlern filtern aus dem zwischenfrequenten Signal ein relativ breites Frequenzband aus, dessen Mittenfrequenz bei einer festen Zwischenfrequenz liegt. Die Ausfilterung des eigentlichen Nutzsignals durch Auswahl eines engen Frequenzbandes erfolgt in den nachgeschalteten Selektionsfiltern, die als digitale Filter ausgeführt sind. Der Aufbau digitaler Filter in rekursiver oder nicht rekursiver Form und die Bestimmung der Filterkoeffizienten zu einer gewünschten Filtercharakteristik sind Stand der Technik und in vielfältigen Ausführungen in Druckschriften beschrieben. Die Verwendung digitaler Filter als Selektionsfilter ermöglicht durch gleiche Filterkoeffizienten in allen Peilkanälen die exakt gleiche Filterung der zuvor in den A/D-Wandlern digitalisierten Signale. Zudem ist ein Wechsel der Filtercharakteristiken z. B. zur Änderung der Durchlaßbandbreite auf einfache Weise durch Vorgabe anderer Filterkoeffizienten zu erreichen.

Wesentlich ist auch die synchrone Taktsteuerung der A/D-Wandler und der Selektionsfilter zur Abtastung bzw. Filterung der Signale, da bei der Ermittlung des Peilwertes die Signale aus den verschiedenen Peilkanälen miteinander verglichen bzw. verknüpft werden und hierzu ein fester Zeitbezug zwischen den Signalen der verschiedenen Kanäle bestehen muß.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die digitalisierten Signale vor den schmalbandigen Selektionsfiltern durch komplexe digitale Mischung ins Basisband frequenztransponiert. Die hierbei entstehenden unerwünschten Frequenzanteile werden vorteilhafterweise nach Merkmalen einer anderen Ausführungsart durch ein digitales Transversalfilter abgetrennt. Das Frequenzspektrum des so umgesetzten und tiefpaßgefilterten Signals ermöglicht eine Verminderung der Datenrate am Ausgang des Tiefpaßfilters. Dies wirkt sich besonders günstig auf eine Verringerung der Zahl der Rechenoperationen bei der folgenden Filterung in den Selektionsfiltern aus. Eine vergleichbare Ausführungsform eines Empfangskanals ist zur Demodulation eines UKW-Rundfunksignals in EP 00 80 014 A2 beschrieben.

Besonders günstig ist, nach einer weiteren Ausführungsart, die Verwendung je eines Mikroprozessors pro Peilkanal zur Durchführung der digitalen Filterung und gegebenenfalls der digitalen komplexen Mischung. Die vorstehend bereits beschriebene Verringerung der Datenrate begünstigt den Einsatz von Mikroprozessoren. Bevorzugterweise ist nach einer Ausgestaltung zur Steuerung der Mikroprozessoren in den einzelnen Peilkanälen sowie zur Synchronisation der Abtastung in den A/D-Wandlern ein weiterer Mikroprozessor vorgesehen.

Einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Peilempfängers sind Einrichtungen zum Abgleich des Übertragungsverhaltens der in den Peilkanälen vor der Digitalisierung verbleibenden analogen Bauelemente entnehmbar. Diese Einrichtungen enthalten einen Eichsignalgenerator, mittels dessen für den Eichvorgang an die Eingänge aller Peilkanäle ein Eichsignal, z. B. ein hochfrequentes Sinus-Signal, dessen Frequenz sich aus der Empfängereinstellung bestimmt, gelegt werden kann. Der Vergleich der Signale in den verschiedenen Peilkanälen sowie die Korrektur von eventuell festgelegten Abweichungen sind durch das Vorliegen der Signale in digitaler Form besonders einfach und exakt. Einer der Peilkanäle wird hierzu als Referenzkanal herangezogen, und die anderen Peilkanäle werden an diesen Referenzkanal angeglichen, indem die komplexen Signale in nachfolgenden Einrichtungen mit aus dem Vergleich abgeleiteten Korrekturfaktoren multipliziert werden. Die Ableitung von Korrekturfaktoren sowie die Korrektur selbst ergeben sich auf einfache Weise beim Einsatz der komplexen Zahlenrechnung und entsprechen bei der Zeigerdarstellung in der komplexen Ebene einer Drehung und Stauchung oder Dehnung eines Signalzeigers bis zur Deckung mit einem Referenzzeiger. Bevorzugterweise ist zusätzlich zu den Peilkanälen noch ein Rundumkanal vorgesehen, der als Referenzkanal herangezogen wird und an den alle Peilkanäle angeglichen werden.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Regelkreis zur Regelung der Amplituden der Eingangssignale der A/D-Wandler vorgesehen. Während bei herkömmlichen Peilern die Stellinformation für die Regelglieder hinter den Selektionsfiltern abgegriffen wird, wodurch sich die Regelung ausschließlich auf das Nutzsignal bezieht, werden hier die vergleichsweise breitbandigen Eingangssignale der A/D-Wandler ausgesteuert, d. h. die Regelung erfolgt aus der Summe von Nutzsignal und eventuell in den Durchlaßbereich der analogen Vorfilter fallendem Störsignal. Die Amplitudenregelung der Eingangssignale der A/D-Wandler hat aber den bedeutenden Vorteil, daß der Gesamtdynamikbereich vergrößert und das Auflösungsvermögen der A/D-Wandler optimal ausgenutzt wird. Das Vorliegen digitaler Signale nach den A/D-Wandlern ermöglicht auf einfache Weise, wie Merkmalen einer anderen Ausführungsart entnommen werden kann, den Vergleich der Amplituden der Signale mit einem gespeicherten, ebenfalls digital vorliegenden Schwellwert in einem Komparator. Aus dem Vergleich wird eine Stellgröße abgeleitet, aus der in einem Stellglied ein Einstellsignal für die Regelglieder gebildet wird. Die digitalen Signale für den Amplitudenvergleich im Komparator müssen mit der gleichen Bandbreite wie die Eingangssignale der A/D-Wandler vor einer Bandeinengung, also vor den Selektionsfiltern abgegriffen werden.

Für die A/D-Wandlung und die Filterung ist im Interesse des maximal erreichbaren Nutzsignal/Störsignal-Verhältnisses und einer guten Selektion eine hohe Auflösung der Werte, also eine große Wortlänge wünschenswert, während für die weitere Ermittlung des Peilwinkels eine bestimmte Genauigkeit (von beispielsweise 0,5 Grad) ausreicht und eine höhere Genauigkeit keine sinnvolle Verbesserung mehr erbringt. Es kann von Vorteil sein, nach der Filterung in den schmalbandigen Selektionsfiltern die Wortlänge der digitalen Werte zu verringern, wobei der betragsmäßig größte Wert aus den verschiedenen Peilkanälen die signifikanten Bitstellen festgelegt.

Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 den prinzipellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Peilempfängers mit zwei Peilkanälen und einem Rundumkanal,

Fig. 2 eine Anordnung zur Amplitudenregelung in zwei Peilkanälen,

Fig. 3 einen Peilempfänger wie in Fig. 1 unter Verwendung von Mikroprozessoren.

An den Ausgängen der in der Fig. 1 nicht mit eingezeichneten Hochfrequenz-Teile liegen in den beiden Peilkanälen OW und NS sowie im Rundumkanal HA analoge Signale eines gekreuzten Peilantennensystems sowie einer ungerichteten Hilfsantenne in Zwischenfrequenzlage von beispielsweise 200 kHz vor. Aus diesen Signalen wird durch die analogen Bandpaßfilter 1 (z. B. Quarzfilter) das Nutzfrequenzband ausgefiltert. Die so vorgefilterten Signale werden in den nachfolgenden Analog/Digital-Wandlern 2 abgetastet und digitalisiert. Bei einer Auflösung der A/D-Wandler von 12 bit genügt es, die Abtastrate so zu wählen, daß bei der Abtastung nur Überfaltungseffekte für Frequenzbereiche auftreten, die durch die Quarzfilter 2 um mehr als 72 dB gedämpft werden.

Die Abtasttakte der A/D-Wandler in den zwei Peilkanälen und dem Rundkanal werden durch einen zentralen Taktgeber 4 synchronisiert, so daß zwischen den Abtastwerten ein konstanter Zeitbezug gewährleistet ist. Aus den digitalisierten Abtastwerten wird dann in den im Vergleich zu den analogen Bandpaßfiltern 1 schmalbandigen digitalen Filtern 3 das Nutzsignal ausgefiltert. Da die eigentliche Selektion des Nutzsignals in den schmalbandigeren digitalen Filtern 3 stattfindet, sind die Toleranzanforderungen an den Gleichlauf der breitbandigeren analogen Vorfilter nicht übermäßig hoch und relativ leicht zu erfüllen. Zum anderen ist der bei der schmalbandigen Hauptselektion wichtige Filtergleichlauf dadurch sichergestellt, daß die Filter 3 digital ausgeführt und gleich aufgebaut sind und in den beiden Peilkanälen und im Rundumkanal die selben Filterkoeffizienten aufweisen. Die Filterkoeffizienten sind für verschiedene Filtercharakteristiken in einem für alle Kanäle gemeinsamen Filterkoeffizientenspeicher 5 abgelegt. Auch die Filtertakte der digitalen Filter sind durch den zentralen Taktgeber synchronisiert, so daß für die Filterausgangswerte eine gleichbleibende gegenseitige Zuordnung entsprechend der Abtastung in den A/D-Wandlern gegeben ist.

Die Ausgangswerte der digitalen Filter oder Selektionsfilter 3 werden in einer digitalen Auswerteeinrichtung 6 zur Ermittlung des Peilergebnisses in bekannter Weise verknüpft. Parallel zu dieser digitalen Auswertung werden die Signale mittels Digital/Analog-Wandlern 7 mit Hilfe einer Zwischenfrequenz ZF in analoge Signale in Zwischenfrequenzlage umgesetzt und stehen somit auch für eine analoge Weiterverarbeitung, beispielsweise zur Bildschirmanzeige, zur Verfügung.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Anordnung liegen in den beiden Peilkanälen vor den A/D-Wandlern 2 einstellbare Amplitudenglieder oder analoge Regelglieder 12, mittels derer die Signalamplitude der Eingangssignale der A/D-Wandler geregelt werden kann.

Die digitalisierten Abtastwerte werden durch komplexe Mischung in Realteil und Imaginärteil aufgespalten. Die Vergleichsgröße für die Amplitudenregelung der beiden Peilkanäle muß unabhängig vom Azimut der einfallenden Welle sein. Es wird daher eine azimutunabhängige Vergleichsgröße V _P aus den Signalamplituden S _OW und S _NS in den beiden Peilkanälen definiert zu

Da die Bestimmung von Schwellwertüberschreitungen nur ein Vergleich mit vorgegebenen Größen ist, kann das aufwendige Wurzelziehen unterbleiben, so daß zum Vergleich mit einem gespeicherten Wert die Größe V _P ², die sich bei komplexen Signalen zu

V _P ² = R _OW ²+J _OW ²+R _NS ²+J _OW ²

ergibt, genommen wird. Hierzu werden die komplexen Signalwerte quadriert und in einem Summierglied 9 addiert. Der Summenwert wird im Komparator 10 mit einem gespeicherten Wert verglichen. Aus dem Vergleich wird über das Stellglied 11 ein Einstellsignal für die Einstellung der Amplitudenregelglieder 12, beispielsweise einstellbare Dämpfungsglieder, abgeleitet. Der Rundumkanal kann getrennt von den Peilkanälen geregelt werden. Falls auch die Berechnung des Elevationswinkels der einfallenden Welle vorgesehen ist, müssen die Verstärkungsfaktoren im Rundumkanal und in den Peilkanälen bekannt sein.

Den A/D-Wandlern nachgeschaltet sind digitale Transversalfilter 8, in denen die in Form digitalisierter Abtastwerte vorliegenden Signale durch komplexe Mischung ins Basisband frequenztransponiert und tiefpaßgefiltert werden. Am Ausgang der Transversalfilter ist dann unter Beachtung des Abtasttheorems eine Reduktion der Datenrate möglich, wodurch für nachfolgende Bearbeitungsschritte die Zahl der Rechenoperationen erheblich gesenkt wird. Dazu zählt neben der Filterung in den Selektionsfiltern 3 und der Amplitudenregelung vor allem die Angleichung aller Peilkanäle an einen Referenzkanal, bevorzugt den Rundumkanal, durch Applikation eines Eichsignals an die Eingänge aller Kanäle, Vergleich der komplexen Signale der verschiedenen Kanäle und Korrektur der Signale nach Maßgabe des Vergleichsergebnisses. Der Vergleich und die Korrektur der Signale erfolgt hinter dem Transversalfilter, weil an dieser Stelle die Datenrate bereits reduziert ist und die komplexe Mischung am Eingang des Transversalfilters durch die Eichung nicht beeinflußt wird. Durch den Eichvorgang werden die Peilkanäle dem Rundumkanal angeglichen. Die Eichfaktoren für die Peilkanäle werden so bestimmt, daß durch die Multiplikation des komplexen Eichsignals im jeweiligen Peilkanal mit einem gleichfalls komplexen Eichfaktor dieses bei Zeigerdarstellung in der komplexen Ebene auf das Eichsignal im Referenzkanal hingedreht und durch Stauchung oder Streckung zur Deckung gebracht wird.

Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung nach Fig. 3, wo in jedem Peilkanal und im Rundumkanal jeweils ein Mikroprozessor 13 zur Durchführung der Mischung, der Eichkorrektur und der Filterung angeordnet ist. Die Ausgänge der Mikroprozessoren sind an eine Datenleitung (BUS) angeschlossen. Gleichfalls mit dieser Datenleitung verbunden ist ein weiterer Mikroprozessor 14, der neben der Steuerung des Datenverkehrs auf der Datenleitung als zentraler Taktgeber die Synchronisierung der Mikroprozessoren 13 übernimmt.

Während der Eichphase führt der weitere Prozessor 14 den Vergleich der Signale aus den verschiedenen Peilkanälen mit dem Rundumkanal und die Berechnung der Eichfaktoren durch. Während der Peilphase fällt dem weiteren Prozessor 14 die Regelung der Verstärkungsfaktoren zu, wobei die Einstellgröße in Registern 18 abgelegt werden und somit als Einzelsignale für die Regelung zur Verfügung stehen. Über einen Digital/Analog-Wandler 15 wird das demodulierte Signal an einen NF-Verstärker übergeben.

Über einen Eingang 16 können Angaben über Bandbreite zur Auswahl der Filterkoeffizienten, über Betriebsart und anders eingegeben werden. Die der eingegebenen Bandbreite entsprechenden Filterkoeffizienten für die Selektionsfilter 3 werden aus einem Lesespeicher 17 abgerufen. Der verteilte Einsatz je eines Mikroprozessors in den mehreren Peilkanälen und dem Rundumkanal zur Mischung, Eichkorrektur und Filterung und die Bewältigung übergeordneter Aufgaben wie Synchronisierung, kanalübergreifende Operationen und Ablaufsteuerung durch einen weiteren Prozessor ermöglicht vorteilhafterweise die Verwendung gebräuchlicher Bausteine, was sich besonders günstig auf die Kosten des Peilempfängers auswirkt.

Claims (10)

1. Peilempfänger mit mehreren Peilkanälen, die jeweils Einrichtungen zum Umsetzen der Empfangssignale in eine Zwischenfrequenzlage, Vorfilter zum Ausfiltern eines Frequenzbandes sowie nachfolgende schmalbandigere Selektionsfilter mit hinter den Vorfiltern angeordnetem Analog/Digitalwandler und darauffolgendem digitalem Filter aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Peilkanal ein Analog/Digital-Wandler (2) und ein digitales Filter (3) mit in allen Peilkanälen gleichen Filterkoeffizienten angeordnet ist und daß ein zentraler Taktgeber (4) die Abtasttakte der A/D-Wandler (2) und die Filtertakte in den mehreren Peilkanälen synchron steuert.

2. Peilempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkoeffizienten einstellbar sind und daß mehrere verschiedene Filtercharakteristiken wählbar vorgegeben sind.

3. Peilempfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalisierten Signale durch komplexe Mischung in ein Basisband frequenztransponiert sind.

4. Peilempfänger nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Transversalfilter (8) zur komplexen Mischung und Tiefpaßfilterung für die Unterdrückung der bei der komplexen Mischung entstehenden Spiegelfrequenzen und zur Reduzierung der Datenrate am Ausgang.

5. Peilempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Peilkanal ein Mikroprozessor (13) zur Durchführung der digitalen Filterung und gegebenenfalls der Mischung angeordnet ist.

6. Peilempfänger nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen weiteren Mikroprozessor (14) zur synchronen Steuerung der A/D-Wandler (2) und der Mikroprozessoren (13) in den Peilkanälen.

7. Peilempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Eichsignalgenerator, durch den die Eingänge aller Peilkanäle zur Eichung mit einem analogen Eichsignal beaufschlagt werden können, durch Einrichtungen zum Vergleich der digitalisierten Signale eines als Referenzkanal dienenden Peilkanals mit den Signalen aller anderen Kanäle und zur Ableitung von Korrekturwerten sowie durch nachfolgende Speicher- und Korrektureinrichtungen in diesen anderen Kanälen.

8. Peilempfänger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rundumkanal (HA) vorhanden ist und als Referenzkanal dient.

9. Peilempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Regelkreis, der über analoge Regelglieder (12) die Eingangssignale der A/D-Wandler (2) auf konstante Amplitude regelt.

10. Peilempfänger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis einen Komparator (10) zum Vergleich der Amplitude der digitalisierten Signale mit einem gespeicherten Wert und ein Stellglied (11) zur Erzeugung eines Einstellsignals für die analogen Regelglieder (12) aufweist.