DE3828652A1 - Transpondereinrichtung fuer die auswertung von funksignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Transpondereinrichtung für die Auswertung von Funksignalen auf einem Fahrzeug über den Radiohorizont hinaus.

Insbesondere für die Kommunikation zwischen Sende- und Empfangsstationen auf der Erde oder zu Wasser wirkt sich die Krümmung der Erde derart aus, daß bei Entfernungen, die größer sind als der Radiohorizont R, der sich näherungsweise für die Aufbauhöhe h der Sendeantenne aus der Beziehung

R/km = 113 · (h/km)^1/2

ergibt, keine Funkverbindung mit erträglichen Sendeleistungen möglich ist. Bei strahlenden Senderbojen, die im Wasser treiben und im allgemeinen im VHF-Bereich kurze Sendeantennen verwenden, ist die wirksame Höhe h so gering, daß eine Funkverbindung über mehrere Kilometer zu einem Schiff nicht möglich ist. Solche Bojen haben manchmal den Auftrag, akustische Signale im Wasser aufzunehmen und an Beobachter in Form von Funksignalen auszusenden. Auf diese Weise kann somit z. B. die Präsenz eines U-Boots vom Beobachter festgestellt werden. Zu diesem Zweck werden nur verhältnismäßig kleine Sendeleistungen der aussendenden Bojen verwendet. Eine Vergrößerung der Sendeleistungen der Bojen ist nicht nötig, da die Signale häufig mit Fluggeräten empfangen werden und damit die Funkfelddämpfung aufgrund der Flughöhe verhältnismäßig gering ist. Besteht die Aufgabe, das von einer Boje ausgestrahlte Signal von einem Schiff aus zu empfangen, so ist dies in größerer Entfernung nach dem Stande der Technik nur mit Hilfe des Umwegs über ein Flugzeug möglich, das diese Information wieder abstrahlt. Für ein auftauchendes U-Boot z. B. kann es wichtig sein, die Präsenz von Abhörbojen beim Auftauchen festzustellen und ggfs. die Position derartiger Bojen zu ermitteln, ohne daß die Präsenz des U-Boots von der Gegenseite erkennbar wird. Damit scheidet auch der Einsatz eines verbündeten Fluggeräts zur Aufklärung aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein System zum Empfang der Signale einer Boje über den Radiohorizont hinaus auf einem Schiff zu ermöglichen, wobei die anzuwendenden Mittel so gestaltet werden müssen, daß das Schiff durch diese Mittel nicht von einem Flugzeug erkannt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Transpondertransportsystem (5) vorhanden ist, das den Transponder (1) in einer im wesentlichen senkrecht zum Fahrzeug (9) in die Höhe weisende Bahnkurve transportiert und der Transponder (1) aus einem Empfangssystem für Funksignale (6) besteht und das Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) einem Signalprozessor (7) zugeführt ist, an dem das Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) geeignet umgesetzt wird und dessen Prozessorausgangssignal (11) im Sendesystem (8) in ein Sendesignal (3) umgewandelt und dort abgestrahlt wird und am Fahrzeug (9) eine Fahrzeugempfangseinrichtung (4) vorhanden ist, in dem die Funksignale ausgewertet werden und der Transponder (1) geometrisch so klein wie möglich gestaltet ist.

Einige Ausführungsformen der Erfindung werden in den folgenden Bildern erläutert. Es zeigt

Bild 1: Funkboje mit Funksignal (2) und Fahrzeug (9) mit Transponder (1), dessen Sendesignal (3) zum Fahrzeug (9) gesendet wird.

Bild 2: Blockschaltbild des Transponders (1), bestehend aus dem Empfangssystem für Funksignale (6), einem Signalprozessor (7) und einem Sendesystem (8) und Blockschaltbild des Systems auf dem Fahrzeug (9) mit einer Fahrzeugempfangseinrichtung (4) und dem Transpondertransportsystem (5).

Bild 3: U-Boot-Säulenführungsrohr (15), bestehend aus der Führungssäule für den ausfahrbaren Schnorchel eines U-Boots.

Bild 4: Transponder (1), bestehend aus einem Empfangssystem für Funksignale (6), einem Signalprozessor (7) und einem Sendesystem (8), wobei das Funksignal (2) in einem Empfängermischer (20) auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt wird und in einem Sendermischer (31) in ein Sendesignal (3) mit bestimmter Frequenz umgesetzt wird und über die Transponder-Sendeantenne (26) abgestrahlt wird.

Bild 5:
a) Transponder (1) mit einem Empfängerdemodulator (23) im Empfangssystem für Funksignale (6) und einem Sendermodulator (24) im Sendesystem (8), wobei das Ausgangssignal des Sendermodulators (24) einem abstimmbaren Senderoszillator (25) aufmoduliert ist und das Sendesignal (3) über die Transponder-Sendeantenne (26) abgestrahlt wird.
b) Transponder (1) mit einem Signalindikator (17) am Ausgang des Empfängerdemodulators (23) zur Steuerung des abstimmbaren Empfängeroszillators (21) in der Frequenz derart, daß das zu empfangende Funksignal (2) über eine bestimmte geeignete Zeit empfangen wird.

Bild 6: Transponder (1) mit einer Antenneneinrichtung (32) die sowohl als Transponder-Empfangsantenne (19) als auch als Transponder-Sendeantenne (26) benutzt wird.

Bild 7:
a) Transponder (1) in der Mitte einer als vertikalen Dipol ausgeführten Antenneneinrichtung (32).
b) Transponder (1), dessen Gehäuse als Gegengewicht einer als Monopol ausgeführten Antenneneinrichtung (32) wirkt.
c) Transponder (1) in der Mitte eines horizontalen Stabdipols, der das Gegengewicht einer vertikalen Monopolantenne in der Antenneneinrichtung (32) bildet.

Bild 8:
a) Transponder (1) mit einem Empfangssystem für Funksignale (6) mit einer vertikalen Transponder-Empfangsantenne (19), wobei der Transponder (1) ferner eine horizontale Dipolantenne als Transponder-Sendeantenne (26) besitzt und die Sendesignale (3) mit Hilfe des Sendesystems (8) horizontal polarisiert abgestrahlt werden und die Transponder-Sendeantenne (26) gleichzeitig das Gegengewicht der vertikalen Transponder-Empfangsantenne (19) bildet.
b) Fahrzeugempfangsantenne (18) auf einer Plattform am Fahrzeug, bestehend aus zwei gekreuzten Horizontaldipolen mit 90 Grad Phasenspeisung für den Empfang horizontal polarisierter Wellen beliebiger Polarisationsrichtung im Azimut.

Bild 9: Transponder (1) mit V-förmiger Dipolantenne mit beweglichen Schenkeln zur Abstrahlung im wesentlichen horizontal polarisierter Sendesignale (3) und zur Ausbildung des Gegengewichts für den vertikalen Monopol der Transponder-Empfangsantenne (19).

Bild 10: Transponder (1) mit einer vertikalen Dipolantenne als Transponder-Empfangsantenne (19) und einer vertikal angebrachten Ferritstabantenne als Transponder-Sendeantenne (26).

Bild 11: Transponder (1) mit einer vertikalen Dipolantenne als Transponder-Empfangsantenne (19) und einer horizontal angebrachten Ferritstabantenne als Transponder-Sendeantenne (26).

Bild 12: Transponder (1) mit Funksignal (2) und einer Transponder-Empfangsantenne (19) und einer Transponder-Sendeantenne (26), die voneinander strahlungsentkoppelt sind derart, daß die Ausstrahlung eines mit dem Funksignal (2) gleichfrequenten Sendesignal (3) möglich ist.

Bild 13: Gewünschte Kardioidencharakteristik im Azimut für die Transponder-Empfangsantenne (19), so daß z. B. bei Umlauf der Kardioidencharakteristik ein Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) in der rechts im Bild dargestellten Art entsteht und aus der zeitlichen Position der Einbrüche die geographische Einfallsrichtung des Funksignal (2) erkennbar wird und im Empfangssystem für Funksignale (6) festgestellt werden kann.

Bild 14: Transponder (1) mit einer Antenneneinrichtung (32) aus zwei gekreuzten horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteilen (33) mit an deren Enden angebrachten vertikalen Dipolteilen (34) nach Art eines gekreuzten U-Adcocks zur Erzeugung der Kardioidencharakteristik von Bild 13 unter Mitverwendung der vertikalen Transponder-Empfangsantenne (19), mit Steuereinheit zur Diagrammschwenkung (35) und Abstrahlung des Sendesignals (3) mit Hilfe der horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteile (33).

In Bild Transponder (1) ist die geographische Situation zur Vermeidung der hohen Funkfelddämpfung in Folge der Erdkrümmung mit Hilfe eines Transponders (1) beschrieben. Das Wesen der Erfindung besteht darin, einen vorzugsweise als Geschoß ausgebildeten Transponder (1) auf eine Bahnkurve senkrecht über das Fahrzeug (9) zu bringen. Die zu überbrückende Distanz zwischen der Boje und dem Fahrzeug (9) liegt in der Praxis bei bis zu zwanzig Seemeilen. Somit ist das Transpondersystem wirksam bei Höhen über ca. 100 Meter. Erfindungsgemäß wird mit Hilfe eines Transpondertransportsystems (5) entweder ein Ballon oder ein Geschoß (13) über eine Abschußeinrichtung (14) auf die Flugbahn gebracht. Hierbei ist es notwendig, im Falle eines Geschosses (13) den Abschuß derart zu gestalten, daß er auf an sich bekannte Weise mit kleiner Geräuschentwicklung erfolgen kann. Die zur Verfügung stehende Zeit zur Feststellung der Präsenz einer Aufklärungsboje liegt in der Flugzeit, in der der Transponder (1) sich in einer größeren Höhe als ca. 100 Meter befindet. Mit den derzeit verfügbaren Mitteln zur Auswertung von Empfangssignalen ist eine Zeit von einigen Sekunden ausreichend, um diese Feststellung treffsicher durchzuführen.

Die grundsätzliche Wirkungsweise der Erfindung geht aus dem Anspruch 1 hervor.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird ein Ballon mit dem Transponder (1) belastet und vom Fahrzeug (9) aus gestartet. Die damit verfügbare Zeit zur Auswertung der im Transponder (1) empfangenen Funksignale (2), die über das Sendesignal (3) zum Fahrzeug (9) gelangen und in der Fahrzeugempfangseinrichtung (4) zur Anzeige gebracht werden, ist verhältnismäßig groß. Zur Vermeidung der durch Windeinwirkung beeinflußten Flugbahn eines Ballons ist in einer vorteilhaften Weitergestaltung der Erfindung der Transponder (1) als ein Geschoß (13) ausgeführt und wird z. B. mit Hilfe eines Druckluftsystems oder mit Hilfe eines pyrotechnischen Systems auf seine Flugbahn gebracht. Hierfür eignet sich besonders im Falle eines U-Boots als Fahrzeug (9) die stets vorhandene Ausfahrvorrichtung des Schnorchels mit seinem 15. Das Innere des Rohres ist in der Regel nicht mit anderen Systemen belegt und kann als Beschleunigungsstrecke für das abzusetzende Geschoß dienen. Hierbei ist es zweckmäßig, den Transponder (1) mit seiner Transponder-Empfangsantenne (19) und Transponder-Sendeantenne (26) im Hinblick auf aerodynamische Gesichtspunkte günstig zu gestalten. Erfindungsgemäß ist es zur schlechteren Ortbarkeit der vom Transponder (1) ausgesendeten Sendesignale (3) sinnvoll, die Sendesignale (3) nicht abzustrahlen, bevor der Transponder (1) die notwendige Höhe erreicht hat.

In einer einfachen Ausführungsform der Erfindung wird, wie in Bild 4, das Funksignal (2) in einem Empfängermischer (20) auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt und das Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) ohne besondere Weiterverarbeitung in einem Signalprozessor (7) dem Sendermischer (31) zugeführt, in dem mit Hilfe des Überlagerungsprinzips und des abstimmbaren Senderoszillators (25) ein Sendesignal (3) auf einer neuen Frequenz entsteht und über eine Transponder-Sendeantenne (26) zum Fahrzeug (9) abgestrahlt wird.

In Bild 5a wird die Modulation des empfangenen Funksignals (2) mit Hilfe des Empfängerdemodulators (23) ausgewertet und mit Hilfe eines Signalprozessors (7) z. B. verschlüsselt und das so gewonnene Prozessorausgangssignal (11) dem Sendermodulator (24) zugeführt, der den abstimmbaren Senderoszillator (25) moduliert und die Information des empfangenen Funksignals (2) dem in der Trägerfrequenz unterschiedlichen Sendesignal (3) aufmoduliert. Häufig sind die in Frage kommenden Frequenzen der zu empfangenden Funksignale (2) auf der Empfangsseite bekannt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird deshalb das Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) im Empfangssystem für Funksignale (6) mit Hilfe eines Signalindikators (17) in Bild 5b auf Präsenz überprüft und die Frequenzen des abstimmbaren Empfängeroszillators (21) geeignet gesteuert. Mit Hilfe einer Liste von Frequenzen, die mit Hilfe des abstimmbarer Empfängeroszillator (21) eingestellt werden, wird die Empfangsdauer für ein Funksignal (2) bestimmter Frequenz mit Hilfe des Signalindikators (17) geeignet eingestellt, so daß bei Vorhandensein der betreffenden Frequenz des Funksignals (2) eine ausreichende Zeit zur Auswertung zur Verfügung steht.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Transponder-Empfangsantenne (19) und die Transponder-Sendeantenne (26) als einheitliche Antenneneinrichtung (32) ausgebildet, wie es in Bild Empfangssystem für Funksignale (6) dargestellt ist.

In Bild 7 sind einige vorteilhafte Ausführungsformen derartiger zusammengefaßter Antenneneinrichtungen (32) dargestellt. Die Sendebojen senden stets Funksignale (2) mit vertikaler Polarisation aus. Eine andere Abstrahlung ist auf Grund der leitenden Wasseroberfläche und der niedrigen Bauhöhe der Bojenantennen nicht möglich. Die einfachste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transponders (1) mit Transponder-Empfangsantenne (19) ist somit der vertikale Dipol in Bild 7a), in dessen geometrischem Zentrum sich der Transponder (1) befindet. In dieser einfachen Ausführungsform ist somit die Transponder-Sendeantenne (26) ebenfalls als vertikaler Dipol ausgebildet. In Folge der geringen örtlichen Distanz zwischen dem Transponder (1) und dem Fahrzeug (9) während des Flugs, ist bei empfindlichem Empfangssystem für Funksignale (6) ein Empfang auf dem Fahrzeug (9) dennoch möglich. In einer besonders windschlüpfrigen Ausbildungsform des Transponders (1) wird dessen Umhüllung als länglicher zylindrischer Körper ausgeführt, der als ein Teil des vertikalen Dipols dient, wie es in Bild 7b) dargestellt ist. In Bild 7c) ist ein horizontaler Dipol, der mit dem Transpondergehäuse leitend verbunden ist, als Gegengewicht zur vertikalen Monopolantenne dargestellt.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Transponder-Sendeantenne (26) als horizontale Dipolantenne, wie in Bild 8a) ausgeführt. Gleichzeitig dient sie als Gegengewicht zur vertikalen Monopolantenne, die als Transponder-Empfangsantenne (19) wirkt. Diese Anordnung hat den besonderen Vorteil, daß sie vertikal polarisierte Funksignale (2) mit Hilfe von Transponder-Empfangsantennen (19) empfängt und die Sendesignale (3) horizontal polarisiert zum Fahrzeug (9) abgestrahlt werden. Horizontal polarisierte Wellen sind über dem Wasser in der horizontalen Richtung kaum ausbreitungsfähig, so daß die Ausstrahlung der Sendesignale (3) mit den Funkempfangsgeräten entfernter Aufklärer, wie Schiffe oder Flugzeuge, nicht festgestellt werden kann. Die Fahrzeugempfangsantenne (18) wird demzufolge vorzugsweise als horizontal polarisierte Empfangsantenne ausgeführt. Um den Empfang von der Lage der horizontal polarisierten Transponder-Sendeantenne (26) unabhängig zu gestalten, ist es sinnvoll, die Fahrzeugempfangsantenne (18), wie in Bild 8b) als zwei gekreuzte horizontale Dipole auszuführen, die auf an sich bekannte Weise unter 90 Grad Phasenwinkel zueinander verschaltet sind derart, daß sich bezüglich der azimutalen Lage des horizontal polarisiert einfallenden Feldstärkevektors des Sendesignals (3) keine Änderung der Stärke des Signals im Fahrzeugempfangseinrichtung (4) ergibt.

In Bild Fahrzeug (9) ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der horizontale Dipol der Transponder-Sendeantenne (26) drehbar beweglich am Transponder (1) angebracht. Die Transponder-Empfangsantenne (19) ist aus dem vertikalen Monopol mit dem leitenden Gehäuse des Transponders (1) ausgeführt. Während der Startphase des Transponders (1) bis zum Erreichen der zum Senden notwendigen Flughöhe verbleiben die Dipolteile der Transponder-Sendeantenne (26) zur Verringerung des Luftwiderstandes an den Körper des Transponders (1) angelehnt und werden nach Erreichen der für die Operation nötigen Flughöhe ausgeklappt.

In Bild Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) ist die Transponder-Empfangsantenne (19) ebenfalls als vertikaler Dipol ausgeführt, die Transponder-Sendeantenne (26) jedoch als magnetische Antenne, wie z. B. als Ferritstabantenne ausgebildet. Die entsprechende Fahrzeugempfangsantenne (18) auf dem Fahrzeug (9) ist in diesem Fall ebenfalls vorzugsweise als Ferritstabantenne mit vertikaler Längsachse ausgeführt. Die Signalverbindung zwischen Transponder (1) und dem Fahrzeug (9) ist somit von der Drehung des Transponders (1) um seine vertikale Achse unabhängig. Zur besseren Signalübertragung wird in einer vorteilhaften Weitergestaltung der Erfindung die Transponder-Sendeantenne (26) als Ferritstabantenne mit horizontaler Längsachse ausgeführt. In diesem Fall ist die Ausbildung der Fahrzeugempfangsantenne (18) als zwei gekreuzte Ferritstabantennen mit horizontalen Längsachsen und 90 Grad Phasenschaltung vorteilhaft. Damit ist die Funkverbindung gegenüber der Drehung des Transponders (1) um die Längsachse unempfindlich.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Antenneneinrichtung (32) derart ausgestaltet, daß zwischen der Fahrzeugempfangsantenne (18) und der Transponder-Sendeantenne (26) eine möglichst große Strahlungsentkopplung besteht derart, daß das Sendesignal (3) frequenzgleich mit dem Funksignal (3) gewählt werden kann und während des Empfangs der Funksignale (2) die Sendesignale (3) ausgestrahlt werden können. Eine Einrichtung dieser Art ist in Bild 12 dargestellt. Die möglichen Sendefrequenzen der von den Bojen ausgestrahlten Sendesignale (3) sind bekannt. Die Einstellung der zu erwartenden Empfangsfrequenzen geschieht mit Hilfe einer Frequenzliste, die dem abstimmbaren Empfängeroszillator (21) in einer bestimmten Reihenfolge entsprechend eingegeben ist.

Vielfach ist es notwendig, die Einfallsrichtung der von den Bojen ausgestrahlten Funksignale (2) auf der Fahrzeugseite zu erkennen. Im Falle eines U-Boots ist es wünschenswert, Fahrtrichtungen zu vermeiden, die zu den Bojen führen. Es ist deshalb notwendig, den Transponder (1) als Ortungsanlage auszuführen. Dies kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch geschehen, daß die Transponder-Empfangsantenne (19) als Peilantenne ausgeführt ist. Es ist bekannt, daß sich z. B. mit einer U-Adcock-Antenne unter Überlagerung einer Rundcharakteristik ein Kardioidendiagramm darstellen läßt. Zwei, in räumlicher Richtung gegeneinander versetzte U-Adcock-Antennen lassen sich auf an sich bekannte Weise mit Hilfe eines elektronischen Goniometers in Verbindung mit dem Ausgangssignal einer vertikalen Stabantenne derart zusammenschalten, daß sich eine elektrisch steuerbare Kardioidencharakteristik im Azimut ergibt. Durch geeignete Ansteuerung des elektronischen Goniometers kann die azimutale Kardioidencharakteristik der Antenne mit einer vorgegebenen Umlaufzahl drehbar gestaltet werden. Ist das Empfangssystem für Funksignale (6) auf ein Funksignal (2) abgestimmt, so ergibt sich am Ausgang des Empfangssystems für Funksignale (6) ein Signal am Ausgang des Empfangssystems (10), wie es auf der rechten Seite des Bild 13 dargestellt ist, wenn die linke im Bild dargestellte azimutale Kardioidencharakteristik mit einer bestimmten Periodendauer umläuft. Weist die Nullstelle der Kardioide in die Einfallsrichtung des Funksignals (2), so ergibt sich im Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) ein Einbruch des Empfangspegels. Im Zeitverlauf des Signals am Ausgang des Empfangssystems (10) stellen sich somit periodische Einbrüche ein, deren zeitlicher Abstand der Periodendauer des Umlaufs der Kardioide entspricht. Ist die räumliche Position des Transponders (1) im Azimut bekannt und ist der Kardioidenumlauf zeitlich genau definiert, so kann aus der Lage dieser Einbrüche im Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) die Einfallsrichtung des Funksignals (2) festgestellt werden. In einem einfachsten Fall wird, wie in Bild 12, das Sendesignal (3) entsprechend dem Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) in die Amplitude moduliert, so daß in der Fahrzeugempfangseinrichtung (4) ein Signal mit dieser Hüllkurvenmodulation empfangen wird und somit im Fahrzeug (9) die Einfallsrichtung der Funksignale (2) bekannt ist.

In einer besonders einfachen Ausführungsform einer hierfür notwendigen Antenneneinrichtung (32), die aus einer Transponder-Empfangsantenne (19) und einer Transponder-Sendeantenne (26) gebildet ist, läßt sich eine Anordnung wie in Bild 14 realisieren. Hierbei bilden die horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteile (33) die Transponder-Sendeantenne (26) und die Steuereinheiten zur Diagrammschwenkung (35) wirken wie kapazitive Endlasten dieser Dipolteile. Die Transponder-Empfangsantenne (19) ist aus dem vertikalen Monopol in Verbindung mit den horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteilen (33) und Steuereinheiten zur Diagrammschwenkung (35) gebildet. Der gekreuzte U-Adcock besteht aus den Steuereinheiten zur Diagrammschwenkung (35) in Verbindung mit den horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteilen (33), die den vertikalen Stabteilen den für die Peilung notwendigen Abstand voneinander geben. Die Ausgangssignale der beiden gekreuzten U-Adcock-Antenne besitzen im Azimut Achtercharakteristiken, denen das Runddiagramm der vertikalen Monopolantenne zur Bildung der Kardioidencharakteristik überlagert ist. Die horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteile (33) und die vertikalen Leiterteile (34) bilden für den vertikalen Monopol das elektrische Gegengewicht. Die entsprechenden Steuereinheiten und das elektronische Goniometer sind im Transponder (1) untergebracht. Zur besseren Windschlüpfrigkeit des Transponders (1) mit Antenneneinrichtung (32), insbesondere während der Startphase, in der das Geschoß seine höchste Geschwindigkeit besitzt, ist es in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung zweckmäßig, die horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteile (33) mit Gelenken am Transponder (1) anzubringen und den mechanischen Verbindungspunkt zwischen den horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteilen (33) und den Steuereinheit zur Diagrammschwenkung (35) in Form von Gelenken drehbar zu gestalten. Damit kann das Geschoß mit in die Längsachse geklappten horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteilen (33) und Steuereinheiten zur Diagrammschwenkung (35) starten, wodurch, infolge der Pfeilform, eine hohe Stabilität des Flugs erreicht wird. Hat das Geschoß die notwendige Flughöhe erreicht, so klappen die Antennen in die in Bild 14 dargestellte Form aus.

Insbesondere bei Windeinwirkung ist damit zu rechnen, daß der Transponder (1) mit Antenneneinrichtung (32) seine azimutale Lage um die Längsachse ändert. Um die relative Position der Kardioide zur Einfallsrichtung des Funksignals (2) festzustellen, ist deshalb die räumliche azimutale Lage des Transponders (1) von Bedeutung. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird deshalb eine elektrische Richtungssonde in Form eines an sich bekannten magnetischen Kompasses im Transponder (1) vorgesehen. Das Ausgangssignal des Kompasses im Vergleich mit dem Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) läßt dann mit Hilfe einer geeigneten elektronischen Auswerteeinrichtung die Feststellung der Einfallsrichtung der Funksignale (2) zu. Diese Auswerteeinrichtung kann erfindungsgemäß im Signalprozessor (7) auf besonders einfache Weise untergebracht werden.

Für die Beförderung des Transponders (1) mit Antenneneinrichtung (32) läßt sich auch ein Raketenantrieb verwenden. Der Vorteil einer derartigen Einrichtung besteht in den niedrigen Kosten für die Abschußeinrichtung (14). Nachteilig muß jedoch hier die leichtere Erkennbarkeit eines Raketenantriebs durch Infrarotsensoren genannt werden.

Liste der Bezeichnungen mit Nummern

1 Transponder
2 Funksignal
3 Sendesignal
4 Fahrzeugempfangseinrichtung
5 Transpondertransportsystem
6 Empfangssystem für Funksignale
7 Signalprozessor
8 Sendesystem
9 Fahrzeug
10 Signal am Ausgang des Empfangssystems
11 Prozessorausgangssignal
12 Ballon
13 Geschoß
14 Abschußeinrichtung
15 U-Boot-Säulenführungsrohr des Schnorchels
16 Rohr
17 Signalindikator
18 Fahrzeugempfangsantenne
19 Transponder-Empfangsantenne
20 Empfängermischer
21 abstimmbarer Empfängeroszillator
22 ZF-Verstärker
23 Empfängerdemodulator
24 Sendermodulator
25 abstimmbarer Senderoszillator
26 Transponder-Sendeantenne
27 Coder
28 Sendermischer
29 Steuersignale
30 Einrichtung zur Auswertung der empfangenen Sendesignale
31 Sendermischer
32 Antenneneinrichtung
33 horizontale bzw. V-förmige Dipolteile
34 vertikale Leiterteile
35 Steuereinheit zur Diagrammschwenkung

Claims (29)

1. Transpondereinrichtung für die Auswertung von Funksignalen auf einem Fahrzeug (9) über den Radiohorizont hinaus, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transpondertransportsystem (5) vorhanden ist, das den Transponder (1) in einer im wesentlichen senkrecht zum Fahrzeug (9) in die Höhe weisende Bahnkurve transportiert und der Transponder (1) aus einem Empfangssystem für Funksignale (6) besteht und das Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) einem Signalprozessor (7) zugeführt ist, an dem das Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) geeignet umgesetzt wird und dessen Prozessorausgangssignal (11) im Sendesystem (8) in ein Sendesignal (3) umgewandelt und dort abgestrahlt wird und am Fahrzeug (9) eine Fahrzeugempfangseinrichtung (4) vorhanden ist, in dem die Funksignale ausgewertet werden und der Transponder (1) geometrisch so klein wie möglich gestaltet ist (Bild 1, Bild 2).

2. Transpondereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Transpondertransportsystem (5) einen Ballon (12) zum Transport des Transponders (1) benutzt und der Ballon (12) vom Fahrzeug (9) aus gestartet wird.

3. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder (1) als ein Geschoß (13) ausgeführt ist und auf dem Fahrzeug (9) eine Abschußeinrichtung (14) vorhanden ist und die Funksignale (2) während des Flugs des Geschosses (13) mit Hilfe des abgestrahlten Sendesignals (3) auf dem Fahrzeug (9) empfangen werden.

4. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschußeinrichtung (14) in das Innere des vertikalen U-Boot-Säulenführungsrohrs (15) eingebracht ist und daß das Geschoß (13) in einem Rohr (16) innerhalb des U-Boot-Säulenführungsrohrs (15) zum Abschuß auf die Flugbahn geführt ist.

5. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Transponder-Empfangsantenne (19) als auch die Transponder-Sendeantenne (26) auf an sich bekannte Weise nach aerodynamischen Gesichtspunkten im Hinblick auf einen geringen Windwiderstand in Flugrichtung gestaltet ist und das Sendesystem im Transponder (1) nicht sendet, bis der Transponder (1) eine gewisse, für den Empfang der Funksignale (2) notwendige, Höhe erreicht hat.

6. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder (1) ein Empfangssystem für Funksignale (6) enthält und im Empfangssystem für Funksignale (6) ein Empfängermischer (20) vorhanden ist, in dem das Signal des abstimmbaren Empfängeroszillators (21) überlagert ist und die Zwischenfrequenz im ZF-Verstärker (22) verstärkt wird und dem Sendermischer (31) zugeführt ist und dessen Ausgangssignal (3) der Antenneneinrichtung (32) zugeführt ist und dieses Signal über die Transponder-Sendeantenne (26) zum Fahrzeug (9) abgestrahlt wird und der Signalprozessor (7) als einfache Signalverbindung arbeitet, ohne das Signal zu verändern (Bild 4).

7. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfangssystem für Funksignale (6) ein Empfängermischer (20), ein abstimmbarer Empfängeroszillator (21), ein ZF-Verstärker (22) und ein Empfängerdemodulator (23) vorhanden ist und das demodulierte Signal dem Signalprozessor (7) zugeführt ist und im Signalprozessor (7) auf geeignete Weise umgesetzt wird und das Prozessorausgangssignal (11) einem Sendermodulator (24) zugeleitet ist, dessen Signal den abstimmbaren Senderoszillator (25) moduliert und dieses Signal über die Transponder-Sendeantenne (26) zum Fahrzeug (9) abgestrahlt wird (Bild 5a).

8. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der zu empfangenden Funksignale (2) bekannt sind und die Frequenz des abstimmbaren Empfängeroszillators (21) zum jeweiligen Zeitpunkt geeignet eingestellt ist, daß in zeitlicher Folge der Reihe nach die Funksignale (2) jeweils für eine bestimmte Zeit während des Flugs empfangen werden (Bild 4, Bild 5a).

9. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zu empfangenden Funksignale in ihrer Frequenz nicht bekannt sind und am Ausgang des Empfängerdemodulators (23) ein Signalindikator (17) vorhanden ist, dessen Ausgangssignal den Empfang eines Funksignals (2) anzeigt und dieses Signal den abstimmbaren Empfängeroszillator (21) in der Frequenz geeignet steuert derart, daß jedes zu empfangende Funksignal (2) über eine bestimmte geeignete Zeit empfangen wird und in der Fahrzeugempfangseinrichtung (4) ausgewertet wird (Bild 5b).

10. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antenneneinrichtung (32) als Einheit vorhanden ist, die sowohl die Transponder-Empfangsantenne (19) als auch die Transponder-Sendeantenne (26) enthält (Bild 6).

11. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung (32) eine Transponder-Empfangsantenne (19) enthält, die als vertikaler Empfangsdipol oder -monopol ausgeführt ist und auch die Transponder-Sendeantenne (26) als eine derartige Antenne ausgeführt ist und die Fahrzeugempfangsantenne (18) ebenfalls ein vertikaler Dipol oder Monopol ist (Bild 7).

12. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung (32) eine Transponder-Empfangsantenne (19) enthält, die als vertikaler Empfangsdipol oder -monopol ausgeführt ist und die Transponder-Sendeantenne (26) als eine horizontal polarisierte Dipolantenne ausgeführt ist und die Fahrzeugempfangsantenne (18) als zwei horizontale gekreuzte Dipole mit 90 Grad Phasenverschiebung zueinander ausgeführt ist (Bild 8).

13. Transpondereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Dipolantenne als eine nach unten sich öffnende V-Antenne am Transponder (1) ausgebildet ist, deren Schenkel beweglich am Transponder (1) befestigt sind und die Antenne sich nach Abschuß auf ihre Flugbahn V-förmig öffnet (Bild 9).

14. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Transponder-Empfangsantenne (19) als vertikaler Monopol ausgeführt ist und die Transponder-Sendeantenne (26) als vertikale Ferritstabantenne ausgebildet ist (Bild 10).

15. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeugempfangsantenne (18) aus einer vertikalen Ferritstabantenne mit azimutalem Runddiagramm besteht.

16. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedoch die Transponder-Sendeantenne (26) als horizontal orientierte Ferritstabantenne ausgeführt ist und die Fahrzeugempfangsantenne (18) aus einem Paar um 90 Grad gegeneinander gedrehter und unter 90 Grad in der Phase gespeister Ferritantennen zur Erzeugung eines von der azimutalen Polarisationsrichtung unabhängigen Empfangs (Bild 11).

17. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendesignal (3) in der gleichen Frequenz wie das Funksignal (2) vom Transponder (1) ausgesendet wird.

18. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der abstimmbare Senderoszillator (25) auf die gleiche Frequenz wie der abstimmbare Empfängeroszillator (21) abgestimmt ist und der abstimmbare Empfängeroszillator (21) und der abstimmbare Senderoszillator (25) mit Hilfe von Schalteinrichtungen derart gesteuert sind, daß zu den Zeiten, zu denen der abstimmbare Empfängeroszillator (21) ein Signal abgibt, der abstimmbare Senderoszillator (25) abgeschaltet ist und umgekehrt.

19. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13 und 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Transponder-Empfangsantenne (19) als vertikaler Dipol ausgeführt ist und die Transponder-Sendeantenne (26) aus einem horizontal polarisierten Dipol besteht und beide derart ausgeführt sind, daß sie möglichst voneinander elektrisch strahlungsentkoppelt sind und daß das Empfangssystem für Funksignale (6) als ein selektiver Verstärker ausgeführt ist, dessen Verstärkungsgrad kleiner ist als das Entkopplungsmaß der Transponder-Empfangsantenne (19) und der Transponder-Sendeantenne (26), so daß das Sendesignal (3) kohärent mit dem Funksignal (2) zum Fahrzeug (9) abgestrahlt wird (Bild 12).

20. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendesignal (3) nicht ein elektromagnetisches Signal ist nach Art des Funksignals (2), sondern ein davon physikalisch unterschiedlicher Signalträger für die gerichtete Strahlung zur Fahrzeugempfangseinrichtung (4), die dieses Sendesignal (3) empfängt.

21. Transpondereinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalträger aus einem in seiner Intensität modulierten Laserstrahl besteht und hierfür in dem Sendesystem (8) des Transponders (1) eine Laserdiode vorhanden ist, die auf das Fahrzeug (9) gerichtet ist und in der Fahrzeugempfangseinrichtung (4) eine entsprechende Einrichtung zum Empfang des Laserstrahls vorhanden ist.

22. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Transponder-Empfangsantenne (19) als Antenne mit einer Kardioidencharakteristik im Azimut ausgeführt ist und die Kardioide mit einer geeigneten Frequenz azimutal umläuft und aus dem Signal am Ausgang des Empfangssystems (10) das Sendesignal (3) zur Aussendung zum Fahrzeug (9) gebildet ist und in der Fahrzeugempfangseinrichtung (4) eine Einrichtung zur Auswertung der Signale (30) vorhanden ist zur Anzeige der Einfallsrichtung der Welle, die das Funksignal (2) trägt und die geometrische Position der Transponder-Empfangsantenne (19) sich während des Flugs in der Azimutrichtung nicht ändert (Bild 13).

23. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß im Transponder (1) eine Kompaßeinrichtung zur Ortung der Azimutlage der Transponder-Empfangsantenne (19) vorhanden ist und die Information über die azimutale Lage des Transponders (1) dem Signalprozessor (7) zugeführt ist und das Prozessorausgangssignal (11) geeignet gestaltet ist derart, daß die geographische Einfallsrichtung des Funksignals (2) im Prozessorausgangssignal (11) enthalten ist und die Einfallsrichtung des Funksignals (2) am Ausgang der Einrichtung zur Auswertung der Signale (30) zur Verfügung steht.

24. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Transponder-Empfangsantenne (19) einen vertikalen Dipol enthält, der mit Rundempfang das Funksignal (2) aufnimmt und zur Bildung einer Achtercharakteristik in der Transponder-Empfangsantenne (19) in der Antenneneinrichtung (32) ein System aus zwei gekreuzten, symmetrischen horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteilen (33), an deren Enden jeweils vertikale Leiterteile (34) angebracht sind, nach Art eines gekreuzten U-Adcocks vorhanden ist und die Ausgangsspannungen der beiden Dipole mit der Ausgangsspannung des vertikalen Dipols auf an sich bekannte Weise derart verschaltet sind, daß sich im Azimut eine Kardioidencharakteristik ergibt und eine Steuereinheit zur Diagrammschwenkung (35) vorhanden ist, die eine elektrische Schwenkung der Kardioidencharakteristik ermöglicht und diese Steuereinheit zur Diagrammschwenkung (35) so angesteuert wird, daß die Kardioide im Azimut umläuft (Bild 13, Bild 14).

25. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalprozessor (7) im Transponder (1) als Signalzwischenspeicher ausgeführt ist und daß das Sendesignal (3) in Empfangspausen der Fahrzeugempfangseinrichtung (4) über das Sendesystem (8) ausgestrahlt wird.

26. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteile (33) vor dem Abschuß in Fortsetzung des vertikalen Dipols der Transponder-Empfangsantenne (18) gefaltet ist und die vertikalen Leiterteile (34) vor dem Abschuß ebenfalls in Fortsetzung des vertikalen Dipols angeordnet sind und die horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteile (3) sich nach Verlassen des Abschußrohrs in geeigneter Höhe entsprechend entfalten, damit die gewünschte geometrische Form entsteht.

27. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Transponder-Empfangsantenne (19) als Monopol mit elektrischem Gegengewicht ausgebildet ist und die symmetrischen horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteile (33) und vertikalen Leiterteile (34) das Gegengewicht für diesen Monopol bilden (Bild 14).

28. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussendung des Sendesignals (3) mit Hilfe der horizontalen bzw. V-förmigen Dipolteile (33) erfolgt, an deren Enden vertikale Leiterteile (34) angebracht sind (Bild 14).

29. Transpondereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Transpondertransportsystem (5) als Raketensystem ausgebildet ist und der Transponder (1) von dem Fahrzeug (9) mit einer einfachen Abschußeinrichtung (14) auf seine Flugbahn gebracht wird.