-
Peiler für impulsförmige Signale
Dic Erfindung betrifft einen Peiler
zur Bestimmung der Einfallsrichtung impulsförmiger Signale unter Verwendung eines-Anteniiensystems
bestellend aus p, vorzugsweise in gleichem Abstand zueinander auf einem Kreis oder
Kreisl)ogen angeordneten Antennen, wobei die Einzelantennen jeweils einseitig gerichtete
Diagramme aufweisen und derart aufgestellt sind, dail sich die Richtdiagramme benachbarter
Antennen teilweise überlappen oder berühren.
-
Die bisher bekannten Peiler, beruhend auf dem Goniometer- oder Watson-Watt-Prinzip,
lassen sich aus verschiedenen Gründen zur Peilung von kurzfristigen Signalen hoher
Frequenzen nicht mehr lieranziehen, wcnn man verlangt, daß der Peiler in einem relativ
breiten Frequenzbereich verwendl)ar sein soll. Die Kurzzeitigkeit der Signale verlangt
einr Peillereitscbaft auf allen Frequenzen des vorgegebenen Bereichs zu jedem beliebigen
Zeitpunkt.
-
Eine Abstimmuiig des Peilers auf eine bestimmte Signalfrequenz ist
nicht mehr möglich, da sie eine relativ lange Zeit beanspruchen würdc und danach
das Signal eventuell nicht mehr vorhanden wäre.
-
Weiterhin verlangen beide obengenannten Peilprinzipien ein Richtdiagramm,
das dem Sinus und dem Cosinus des Einfallsaziinuts entsprechende Größen liefert.
Ein derartiges Richtdiagramm läßt sich über einen Frequenzbereich bei den In oben
Frequenzen der Radarimpulsträger kaum mehr realisieren, da sich in Abhängigkeit
von der Frequenz die Richtdiagramme der verwendeten Antennen ändern und somit die
Sinus- und Cosinus-Charakteristik verlorengeht. Ein Antennen system, wie es bei
der Erfindung verwendet werden soll, ist bereits vorgeschlagen worden. Auch dort
sind mehrere Richtantennen auf einem Kreis angeordnet. Allerdings
wird
dort eine ganz spezielle Empfangscharakteristik verlangt, die zur Lösung der vorliegenden
Aufgabe nicht notwendig ist. Bei der vorgeschlagenen Anordnung sind alle Antennen
mit einem die Wirkung eines Koordinatenwandlers aufweisenden Glied verbunden. Am
Ausgang dieses Gliedes kann man dann dem Sinus bzw. Cosinus des Einfallswinkels
entsprechende Spannungen entnehmen. Dieses vorgeschlagene Antennensystem wird zusammen
mit einem Peiler üblicher Bauart, d. h. einem Peiler mit selektiven Empfängern,
benutzt. Somit treffen hier die gleichen, bereits obenerwähnten Nachteile zu.
-
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, einen Peiler zu schaffen,
der jederzeit auf allen Frequenzen des vorgegebenen Frequenzbereiches zu peilen
vermag. Obwohl also hierbei von einem selektiven Peiler abgegangen wird, soll gemäß
einer Ausbildung der Erfindung neben jeder Peilanzeige eines einfallenden Signals
auch eine Frequenzanzeige entnehmbar sein, da die Anzeige des Azimuts in den meisten
Fällen nicht ausreicht.
-
Der erfindungsgemäße Peiler benutzt, wie bereits erwähnt, ebenfalls
ein Antennensystem, das aus p-Antennen mit jeweils einseitigem Richtdiagramm besteht,
die auf einem Kreis oder Kreisbogen derart angeordnet sind, daß sich die Richtdiagramme
benachbarter Antennen teilweise überlappen oder berühren.
-
Gemäß der Erfindung ist nunmehr zur Peilung von impulsförmigen Signalen
mit gegenüber dem Rauschen eines vorgegebenen Bandes, welches im Bereich sehr hoher
elektromagnetischer Schwingungen liegt, unterscheidbarer Amplitude an jede Antenne
ein Gleichrichter, gegebenenfalls ein Verstärker und ein Impulsformer angeschaltet,
welcher aus dem demodulierten, impulsförmigen Signal einen Auslöseimpuls erzeugt.
An diesen Impulsformer ist eine Einrichtung angeschaltet, die durch den Auslöseimpuls
gesteuert wird und zwei kurzzeitig erscheinende, von der Stärke des Empfangssignals
unabhängige elektrische Spannungen erzeugt, deren Amplitude dem Sinus bzw. Cosinus
der Azimutrichtung der zugehörigen Antenne entsprechen; die Ausgänge aller Einrichtungen
sind über Trennstufen an die Horizontal- bzw. Vertikalablenkplatten einer Kathodenstrahlröhre
angeschaltet.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Peiler kommt somit keine kontinuierliche
Azimutanzeige mehr zustande.
-
Würde man einen entsprechenden Sender um das Peilantennensystem herumbewegen,
so würde die Anzeige der Richtung sich sprunghaft ändern. Die Größe der Sprünge
ist einmal durch die Antennenzahl gegeben. Bei sich berührenden Richtdiagrammen
benachbarter Antennen ist der Winkel a, um den die Anzeige jeweils springt, gegeben
durch die Formel a = 3600/p, brenn unter p die Antennen zahl verstanden wird.
-
Bei dem erfindungsgemäßeiiFeilsystem muß keine Übereinstimmung der
an den einzelnen Antennen angeschalteten Glieder bezüglich der Amplituden-und Phasenbeeinflussung
bestehen, da der Einfallswinkel durch Voreinstellung von Gliedern gegeben ist. Die
verwendeten Schaltglieder können daher relativ billig sein, wodurch der Aufwand
trotz der vielen verwendeten Schaltglieder in Grenzen gehalten werden kann. Als
Konsequenz folgt hieraus, daß die Antennenzahl aus Aufwandsgründen nicht klein gehalten
werden muß. Mit steigender Antennenzahl vergrößert sich jedoch die Peilgenauigkeit.
-
Wie bereits angedeutet, kann man die Richtdiagramme benachbarter
Antennen sich gegenseitig auch überlappen lassen. In diesem Fall wird ebenfalls
die Peilgenauigkeit erhöht, und zwar um den Faktor 2, da ja bei Einfall eines Signals
in einem bestimmten Bereich zwischen den Maxima zweier benachbarter Antennendiagramme
beide Antennen beaufschlagt werden. Man erhält dann bei Verwendung einer Koinzidenzschaltung,
die die Vektorsumme wieder auf den nominierten Wert reduziert, eine Anzeige, die
richtungsmäßig in der Mitte zwischen den beiden Richtdiagrammen der beaufschlagten
Antennen liegt.
-
Schließlich kann man, um eine Fehlanzeige bei gleichzeitigem Einfall
von mehreren Signalen verschiedener Feldstärke zu verhindern, eine Schaltung vorsehen,
die die Eingangssignale aller Antennen in ihrer Amplitude vergleicht und die Verstärker
oder sonstigen nach den Antennen eingeschalteten Glieder, die gerade ein kleineres
Signal liefern, sperrt. Man wird zu diesem Zweck von dem mit dem größten Signal
beaufschlagten Verstärker eine Regelspannung oder einen Regelspannungsimpuls ableiten,
die den einzelnen Verstärkerstufen der restlichen p-I-Azimutkanäle zugeführt wird
und diese herunterregelt oder sperrt. Die zeitlichen Verzögerungen werden entsprechend
gewählt.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird auf dem gleichen Anzeigebild
noch zusätzlich zum Einfallswinkel die Trägerfrequenz des einfallenden Signals mit
angezeigt. Dies geschieht dadurch, daß man eine Hilfsantenne verwendet, deren Empfangsdiagramm
den gesamten Diagrammbereich aller Richtantennen umfaßt. Hieran ist ein Glied zur
Messung der Trägerfrequenz der Signale und zur Erzeugung einer von der gemessenen
Frequenz abhängigen Größe angeschaltet. Zwischen die Einrichtungen zur Erzeugung
der dem Sinus und Cosinus der Einfallsrichtung entsprechenden Spannungen und der
Kathodenstrahlröhre sind Modulationsglieder eingeschaltet, denen die das Frequenzmeßergebnis
cnthaltende Größe zugeführt wird und in denen die entsprechend verzögert zugeführten
Impulse von den Einrichtungen zur Erzeugung der dem Sinus und Cosinus entsprechenden
Spannungen gemäß der von der Frequenzmessung abhängigen Größe amplitudenmoduliert
werden.
-
Die Anzeigendes erfindungsgemäßen Peilers mit zusätzlicher Frequenzanzeige
besteht bei steilen Flanken der die Richtung kennzeichnenden Impulse aus einem Funkt.
Die Verbindung des Mittelptinktes der Anzeigeröhre mit diesem Punkt ergibt in bekannter
Weise ungefähr die Einfallsrichtung des empfangenen Signals. Die Entfernung des
Punktes
vom Mittelpunkt ist aber gleichzeitig ein Maß für die Frequenz
des einfallenden Signals. Die hierbei entstehende Peil- und Frequenzanzeige ist
bereits aus der deutschen Patentschrift 1 051 920 bekannt.
-
Dort kommt sie jedoch durch Umlauf einer Richtantenne sowie durch
schnelles Durchstimmen des Oszillators des Überlagerungsempfängers über den gewünschten
Frequenzbereich zustande. Der in der genannten Patentschrift beschriebene Feiler
kann somit zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht herangezogen
werden, da er weder hinsichtlich der Einfallsrichtung der Signale noch hinsichtlich
verschiedener Trägerfrequenzen der Signale in jedem Augenblick peilbereit ist.
-
Um ein übersichtliches Anzeigebild zu haben, wird man natürlich nur
eine Anzeigeröhre benutzen und somit alle Antennen mit dieser einen Anzeigeröhre
verbinden. Es genügt daher, auch die Modulationsglieder für die die Richtung kennzeichnenden
Sinus- und Cosinus-Werte nur je einmal vorzusehen und alle Glieder zur Erzeugung
dieser Werte zur Kennzeichnung der Einfallsrichtung an diese Modulationsstufen anzuschalten.
Selbstverständlich lassen sich auch an jedem Glied angeschaltete Modulationsglieder
verwenden.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zusätzlicher
Frequenzanzeige schematisch dargestellt. Die Fig. 1 zeigt das Antennensystem des
erfindungsgemäßen Peilers. Es sind zwölf Antennen I mit polaren Richtdiagrammen
2 auf einem Kreis angeordnet. Die nur teilweise dargestellten Richtdiagramme sind
hierbei derart gewählt, daß sich benachbarte Richtdiagramme berühren. Als Antennen
können z. B. Hornstrahler verwendet werden. In der Mitte des Antennensystems ist
die Hilfsantenne 3 mit einem allseitigen Diagramm 4 vorgesehen, die hier jedoch
nicht, wie bei bekannten Pfeilern, der Seitenkennung dient.
-
In der Fig. 2 ist eine der zwölf Antennen der Fig. I mit ihrem Richtdiagramm
2 herausgezeichnet. Diese Antenne soll die mit 1 a bezeichneten Signale aufnehmen.
Sie ist mit einem gleichrichtenden Glied 5 verbunden, an dessen Ausgang sich der
mit 5 a bezeichnete Signalverlauf ergibt. Hieran ist ein Breitbandverstärker 6 angeschaltet,
der die Iplpulse 5 a verstärkt. An den Verstärker 6 ist eine Impuls- und Impedanzwandlerstufe,
z. B. eine Triggerschaltung 7, angeschaltet. Diese gibt die mit 7 a bezeichneten
Impulse konstanter Amplitude auf Grund der ankommenden Signale ah. Die Form und
die Größe der Empfangssignale dürfen keinen Einfluß auf die Art der Anzeige ausüben.
Durch die Impulse 7a werden jeweils die Einrichtungen sa und 8b angestoßen. Diese
sind z. B. als monostabile Multivibratoren ausgebildet. Sie geben jeweils voreingestellte
Spannungen ab, und zwar ist das Verhältnis der Ausgangsspannungen der beiden Einrichtungen
8 und 8 b und entsprechend der den anderen Antennen zugeordneten Einrichtungen derart
bemessen, daß die Richtung der Hauptkeule der Antenne gekennzeichnet ist, d. h.,
die Spannungswerte entsprechen dem Sinus bzw. Cosinus des Winkels der Hauptkeule.
Die beiden Spannungen können auch einem Multivibrator entnommen werden. Entspricht
z. B. das vertikal dargestellte Richtdiagramm der Fig. I (Antenne 1') der vertikalen
Ablenkrichtung der Anzeigeröhre, so gibt eine der Vorrichtungen 8 a und 8 b, und
zwar das mit den Horizontalablenkplatten verbundene, keine Spannung ab, d. h., es
braucht überhaupt nicht vorgesehen werden. Entsprechendes gilt für die anderen gegenüber
dieser Antenne um go bzw. I800 versetzten Antennen. Bei einem Zwischenwert des Einfallswinkels
weisen jedoch die beiden Vorrichtungen 8 a und 8 sb, wie durch die Verläufe 8c und
8 d angedeutet, Ausgangsspannungen auf, die hier verschieden groß sind. Beide Spannungen
werden dann in den Modulationsgliedernga und gb amplitudenmoduliert, d. h., die
Impulse 8 c und 8 d werden in ihrer Amplitude gemäß der gemessenen Frequenz des
Eingangssignals geändert, und zwar derart, daß ihr Amplitudenverhältnis vor und
hinter der Modulationsstufe das gleiche ist (g c und g d). Die modulierende Spannung,
die ein Maß der Frequenz sein soll, wird wie folgt gewonnen: Über die Antenne 3
mit Runddiagramm 4 wird das gleiche Signal wie über eine der Antennen I empfangen.
Die Trägerfrequenz dieser Signale muß nun gemessen werden.
-
Hierzu wird nach Verstärkung im Verstärker 10 das Signal einer Frequenzmeßeinrichtung
II zugeführt. Die Frequenzmeßeinrichtung kann z. B. eine frequenzabhängige Verzögerungsleitung
einschließen. Aus der verschiedenen Verzögerung läßt sich dann ein frequenzabhängiger
Spannungswert erzeugen, der zur Modulation benutzt wird. Es ist klar, daß die Verzögerungszeit
in den Gliedern 5 bis 8 so groß sein soll bzw. künstlich so groß gemacht werden
muß wie die Verzögerung in den Gliedern lo und 11. Dies ist notwendig, damit eine
Zuordnung von Richtung und Frequenz eines einfallenden Signals gewährleistet ist.
Die Impulse und gd werden schließlich auf die Ablenksysteme der Anzeigeröhre 12
gegeben. Auf ihrem Schirm kommen somit Punkte I3 zur Anzeige. Die gestrichelt eingezeichnete
Verbindung zwischen dem Mittelpunkt und diesem Leuchtpunkt ergibt in bekannter Weise
jeweils die Einfallsrichtung. Der AI,-stand r des Leuchtpunktes vom Mittelpunkt
stellt dagegen ein Maß der Frequenz dar.
-
Aus den obigen Ausführungen ergibt sich, daß die mehrfach verwendeten
Schaltelemente relativ einfach sein können, da kein Wert auf gleiche Amplituden-
und Phasenbeeinflussung der Eingangssignale durch die einzelnen, verschiedenen Antennen
zugeordneten Schaltglieder gelegt werden muß.