DE2810799A1 - Verfahren zur bestimmung der richtung eines strahlers und radiointerferometersystem - Google Patents

Description

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PHB 32571

Λ MESM/CB

T ·

12,2.1978

Verfahren zur Bestimmung der Richttuig eines Strahlers und Radio in t erf eroine telesystem.

Die Erfindung betrifft eil Verfahren zur

Bestimmung der Richtung ,eines Strahlers unter Verwendung mehrerex* in gleichem Abstand auf dem Umfang eines Kreises angeordneter Einzelantennen für die Bestimmung der Phasenunterschiede zwischen den vom Strahler herrührenden und von den aufeinanderfolgenden Einzelantennenpaaren erhaltenen Signalen, wobei aus den erwähnten Phasenunterschieden eine Stelle auf dem Kreis bestimmt wird, die einen Hinweis auf die Richtung des Strahlers ist. Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Radiοinterferometersystem für die Messung des Einfallswinkels der aus einein derartigen Strahler herrührenden Signale. Verfahren und Systeme dieser Art werden boispic.i.Hwoise bei Fu3ilmnvigatioji«anordnungen für Flugzeuge

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t. jit.

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Die Technik der Verwendung von

Radiointerferometerpaaren für die Bestimmung der Richtung eines Funkstrahlers ist bekannt und beispielsweise die DE-OS 20111^7 beschreibt eine solche Anlage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem auf einfache digitale Weise ein genauer und kaum von Störungen wie Bodenreflektionen, abhängiger Hinweis auf die zu bestimmende Richtung erhalten wird.

Erfindungsgemäss ist ein Verfahren für die Bestimmung der Richtung eines Strahlers dadurch gekennzeichnet, dass in digitaler Form mehrere Phasenunterschiede gemessen werden, wobei die Grosse der auftretenden Phasenunterschiede für aufeinanderfolgende Einzelantennenpaare einen sinusförmigen Verlauf haben, dass ,pder in digitaler Form ausgedrückter Phasenunterschied untersucht wird, um mindestens einen Punkt zu bestimmen, an dem die Sinuskurve die Nullachse kreuzt und dass aus diesem Nullpunkt eine Position am Kreis hergeleitet wii"d, die den Einfallswinkel der vom Strahler herrührenden Strahlen gegen eine Bezugsrichtung angibt.

Weiter ist ein Radiointerferometersystem

für die Messung des Einfallswinkels der von einem Strahler herrührenden Signale erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Ableiten einer Reihe in digitaler Form ausgedruckter Zahlen aus den AusgangsSignalen der Diskriminatoren

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vorgesehen sind, welche Zahlen die Ordinaten einer sinusförmigen Phasenlcurve darstellen, dass Mittel für die Untersuchung der Zahlenreihe vorgesehen sind, um mindestens einen Punkt zu bestimmen, andern die Phasenkurve einen Wert gleich Null hat, und dass Mittel zum Herleiten einer Stelle auf dem Kreis aus diesem Nullpunkt vorgesehen sind, die die Richtung des Strahlers gegen eine Bezugsrichtung angibt.

Die Interferometermessungen können auf verschiedene ¥eisen durchgeführt werden: zum Beispiel können mehrere Interferometerpaare durch eine Einzelantenne in der Mitte?eines Kreises und eine der Einzelantennen am Kreisumfang gebildet werden. Auch können die Paare durch auf dem Kreisumfang benachbarte Einzelantennen gebildet werden. Weiterhin können die Paare durch eine bestimmte Einzelantenne und eine solche Einzelantenne gebildet werden, die durch eine oder mehrere andere Einzelantennen davon getrennt ist.

Ein System zum Empfangen von Energie mit einer Wellenlänge Λ kann eine nahezu richtingsunempfindliehe Einzelantenne in der Mitte des Kreises enthalten, wobei diese zentrale Antenne und eine jede der auf dem Umfang befindlichen Einzelantennen mehrere Interferometerpaare bilden, die alle den gleichen gegenseitigen Abstand R haben, wobei R der Strahl des Kreises ist und wobei der Winkel, den in der Mitte des Kreises zwei benachbarte Einzelantennen mit-

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einander bilden, nicht grosser ist als /R Radianten.

Die Interferometerpaare können auch

durch jeweils zwei benachbarte Einzelantennen gebildet werden.

Bei einer anderen Ausführungsform werden die Interferometerpaare durch eine bestimmte Einzelantenne und eine andere Einzelantenne gebildet, die durch eine oder mehrere Einzelantennen davon getrennt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig» 1 eine Sammlung von Einze!antennen,

Fig. 2 ein Phasendiagramm,

Fig. 3 weitere Phasendiagramme, Fig. h ein Verfahren für die Bestimmung eines Nulldurchgangs in einem Phasendiagramm,

Fig. 5 ein anderes Verfahren für die Bestimmung eines Nulldurchgarigs ,

Fig. 6 in einem Blockschaltbild eine Ausfuhi-.un.gsform des Radiointerferometersystems nach der Erfindung,

Fig. 7 eine Sammlung von Einzelantennen und zugeordnete!" Diskriminatoreu, Fig. 8 in einem Blockschaltbild eine Anordnung von. Antennen, Diskriminatoren und Phaseiibewertungs

StUiVr₁, 809839/0774.

Flg. 9 eine Phosenkorrekturs Luf e,

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Fig. 10 eine logische Schaltung für die Bestimmung eines Nulldurchgangs,

Fig. 11, 12 und 13 weitere Anordnungen von Einzelantennen und zugeordneter Diskriminatoren, Fig. lh eine logische Schaltung für die Bestimmung von Nulldurchgänge, und

Fig. 15 eine weitere logische Schaltung für die Bestimmung von Nulldurchgänge.

Figur 1 zeigt eine Sammlungvon N Einzelantennen, die im gleichen Abstand auf dem Umfang eines Kreises mit einem Strahl R liegen, sowie eine zentrale Antenne C in der Mitte des Kreises. Es sei angenommen, dass alle diese Einzelantennen richtungsunempfindlich sind, d.h. sie haben in jeder Richtung die gleichen Empfangseigenschaften; die einfachste Form einer derartigen Antenne ist selbstverständlich eine Monopolantenne. Es wird eine Bezugsachse χ definiert, die durch die zentrale Antenne C geht und senkrecht auf einer Achse durch eine Einzelantenne N und die zentrale Antenne C steht. Zwischen der zentralen Antenne C und einer jeden der anderen N Einzelantennen werden Phasenmessungen durchgeführt und das Phasenvorzeichen ist derart, dass die Messung eine Messung einer jeden auf dem Umfang liegender Einzelantenηen in bezug auf die zentrale Antenne ist. Für den mit der p. Einzelantenne gemcssenenen Phasenunterschied kann geschrieben werden : 0 = (2TT E/ λ ) sin (θ + 2 TT ρ/Ν) — (i),

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wobei λ die Wellenlänge des Signals und θ der Einfallswinkel des Signals gegen die Bezugsachse χ ist« Es sei bemerkt, dass θ positiv oder negativ sein kann_o

Es wird ein Diagramm angefertigt;, in dem die von jedem der Interferometerpaare gemessenen Phasenunterschiede J^₁ »· ->0 gegen den Winkel aufgetragen werden, den das betreffende Paar mit der Bezugsachse χ bildet_s d.h. gegen die laufende Nummer der am Umfang liegenden Einzelantennen. Ohne Fortpflanzungsfehler Jiegen die gemessenen Phasenuiiterschiede J2L...0 auf der Sinuskurve, die gemäss Figur 2 durch vorgenannten Ausdruck (i) definiert ist» Der Einfallswinkel kann aus der Position eines oder beider Nulldurchgänge dieser Sinuskurve hergeleitet werden«

Nachstehend werden die Ergebenisse der unterschiedlichen Phasenmessungen näher betrachtet» Für den reellen Phasenunterschied an der p₀ Einzelantenne in der Reihe kann geschrieben werden :

0_p = (I_p + F_p) ο 2 -„ (ii),

wobei F ein Bruchteil zwischen 0 und P

1 und I eine gerade Zahl ist.

Es ist vorteilhaft, an diesem Punkt

zwei Reihengrössen zu unterscheiden, insbesondere eine Reihe, bei der die Phasenuriterschiede alle in einem Bereich von 2 Ti Radianten liegen, beispielsweise 0 bis 2 if oder - Tf bis + Tf > ηηά eine grossere Reihe, bei der die auftretenden PhasenunterRcliiede grosser sind.

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/IO

Bekanntlich, ist es möglich, unzweideutige

Phasenunterschiede zu messen, die in einem Bereich von weniger als 2 TT Radianten liegen, und eine dazu geeignete Anordnung ist in der GB-PS 1 295 010 (us-PS 3 768 007) beschrieben, -und' es wird klar sein, dass, wenn in vorgenanntem Ausdruck (i) R kleiner als ψ ist, derartige unzweideutige Untersdiede ohne weitere Bearbeitung zum Anfertigen des oben an Hand der Figur 2 beschriebenen Diagramms benutzt werden können. Ih der Praxis empfiehlt es sich, im Hinblick auf Instrumentfehler und Fortpflanzungseffekte, wie beispielsweise Reflektionen, eine bestimmte Sicherheitstolerans einzuhalten, und in der Praxis hat es sich herausgestellt, dass ausser unter selir ungewöhnlichen Umständen eine Toleranz von 50$ durchaus ausreicht, so dass im allgemeinen angenommen werden kann, dass eine Reihe mit einem Durchmesser Λ eine Serie unzweideutiger -Phasenunterschiede ergeben kann."Unter diesen Bedingungen ist I im Ausdruck (ii) gleich Null.

¥enn jedoch der Strahl R der Reihe, ausgedrückt in der Yellenlänge λ , so gross ist, dass die Phasenunterschiede 2 Tf überschreiten können, so dass I nicht gleich Null ist, ist es notwendig, weitere Bearbeitungen durchzuführen.

Das Interferometerpaar kann nur 2 yf Έ messen, so dass für ρ = 1, d.h. bei der ersten der Messungen, der ¥ert von I nicht bekannt ist. Das Verfahren zum Aufsuchen des rollen Werts von I- wird nachstehend beschrieben.

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r-

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Wenn angenommen sei, dass I₁ = O, kann

ein primäres Phasen/Winkeldiagramm wie in Figur 3 bei P dargestellt gezeichnet werden» Wenn jedoch in der Wirklichkeit [ I₁ } nicht gleich Null ist, ist jeder gemessene Wert von 0 je nach den Umständen um I₁ grosser oder kleiner als der reelle Wert von 0. Es ist daher notwendig_s I zu ' ■ bestimmen, wonach die horizontale Achse verschoben werden kann, um diese bisher unbekannte Grosse zu berücksichtigen.

Nunmehr wird die Summe aller reellen Werte von 0 herangezogen, d.h. (0₁ + 0₂ + ο < >°0_W) wird bewertet. Mit Hilfe obengenannten Ausdrucks (i) kann geschrieben werden :

φ 0 . dN = 0 ^ „ (iü)

und dieser Ausdruck ergibt für die Anordnung nach Figur 1 die Dif f er-enzgleichung

N
P= 1

Jetzt werden alle gemessenen Werte 0¹

summiert

0«
P

TJn ter Berücksichtigung, dass jeder Fehler in I kumulativ ist; d.h. or v.^rird bei jeder EiiiueLantcnne, an der gemessen w i i'd, w i e d c ■ rh ο 11, 1 ΐ\ b s t s i cli s ch r t ib en:

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^'ρ^{+ NI}i'" ^(v)g

An. Hand der Figur 3 ist ersichtlich, dass faktisch das betreffende Diagramm nicht symmetrisch um die horizontale Achse ist und solches bedeutet in diesem Sonderfall, dass

E'¹

negativ und infolgedessen I₁ poslti^r ist. Durch die Substitution der Gleichung (iv) in die Gleichung (v) kann jetzt geschrieben werden

. 1/N - - (vi),

vjas Ginfach bedeutet, dass die ganze Kurve nach oben hin um einen Betrag gleich I₁ (siehe FIg. 3) verschoben werden muss,

wodurch hiiio auf geeignete Weise ausgerichtete horizontale Acli.se erhalten wird und sich das entsprechende oder "sekundäre" Ph us. c-)ul iagraiiim S bildet.

Nachdem das sekundäre Phasendiagranun

orha.i 1 f-n v; ->rclen .lsi, bestell! der folgende Schritt aus das Auffinden Λ>_τ Stelle mindestens eines Nulldnrchgangs.

Iv'ej J in der Praxis die theoTetische

Kinuf-3;i■ v\ <■ (Jnrc.'i lü.-lu 01 s.· eiu.'eJin· punic ί c riaivjotii eilt v.ird. J Ji >lr"K<M Ji- J 1Ί1 1 cj :jnf < jo I ι.·ιι ];-öiti)f:ii , ιιιιι;;.·> c-in /ui frill ι ι 11 ' .'· ι . 11 ■ ■ ■ Π";· ■ : i · ι (j ··'

B 0 9 ß 3 9 / 0 7 7 4 ^- Q

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Die einfachste Näherung ist die mit

einer Geraden unter Verwendung der zwei nächst zueinander liegenden Punkte, wie bei E1 in Figur k, was als Bewertung für den Nulldur chgctng folgendes ergibt :

E1 = ρ + 0_p / (0_p - 0_p+1) - - (vii)

_p / (0_p 0_p+ Unter Verwendung anderer benachbarter Punkte wird als Bewertung erhalten:

E2 = _P - 1 ₊ 3 5W^p-1 - *p₊₂ - *p*₂)

- - (viii) uiad die Bewertung

E3 = P - 2 ₊ 50_p_₂/(0_p_₂-0_p+3) - - (ix)

usw., aus denen eine mittlere Bewertung hergeleitet werden kann

E_av = (E1 + E2 + E3 + ... ES) . (1/q) - - (x), wobei Q die Anzahl der* Bewertungen ist.

Ein anderes 'Verfahren für die Bestimmung

eines Nulldurchgangs ist in Figtir 5 dargestellt, in der der Einfachheit halber vier gemessene Phasen dargestellt sind, die auf einer Geraden liegen, die die Nullachse schneidet. Die Figur stellt jetzt heraus, dass

X = 1 + χ und Y = 1 + y Χ/Ύ = a/d und x/y = b/c

X + Y = 3 Einheiten und χ + y = 1 Einheit, au« dein folg!:, dass
X = 3a/(u+cl) χ = b/(b +c)

X = 1 -ι- χ = (3a + 2 b -ι c)/(a +b -ι- c -ι- d)

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und auf gleichartige ¥eise, dass

χ= X-1=(2a + b - d)/(a + b + c + d) .

Venn jetzt angenommen sei, dass die p. Einzelantenne die Antenne ist, die dem Nulldurchgang XP direkt vorangeht, ■5 kann als die Stelle dieses Durchgangs, ausgedrückt als eine "Aufzählung" von Einzelantennen von der Bezugsachse an, geschrieben werden

r / / ^p+2 Ί

XP = ρ ₊ [ (2 0_{p-1 +} W₂)/ ST~ H - - <^xl

■ "^ weil in Figur 5 & = 0 , b = 0 usw. p-1

•jO Es sei bemerkt, dass die Werte aller (in diesem Fall vier) Punkte im Messbereich berücksichtigt werden.

Nach Bedarf kann die Position der beiden

Nulldurcligänge der Sinuskurve mit Hilfe einer der beschriebenen Annäherungs te ciiniken bestimmt werden und die zwei Werte können dabei Zum Erhalten des Einfallswinkels ausgemittelt werden, weil der Einfallswinkel theoretisch halbwegs zwischen den zwei Nulldurchgängen liegt. Wenn beispielsweise bei N £ die Stellen der Nulldurchgänge die Werte 3,2.5 und 13,75 ergeben, ist der mittlere Peilwinkel γ (3,25 + 13,75) = 8^- Einheiten, d.h. 8-g- (36Ο/2Ο) = 153° g&gen die Bezugsachse. Im Prinzip erfolgt das Ablesen seLbstverständlich in Dig.italform, kann aber im Prinzip in jede geeignete erforderliche Form geändert werden, beispielsweise in Grad durch Verfä.elfachung mit 3tiO/]"l) oder auch beispielsweise durch eine Vinkeiver-

■;.v drehung einer Radialbahn an einem Kn thodcns tralilröiii-enbli d- :::. h i..ι·;.·! in oiuo Ρο.-ΐϋο!ί. die clc-j· Ki:i L'a.1.1 .sv.liike.L iLar.s i. eil !. ■ ,

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Erwai'tungsgemäss ist für eine unzweideutige Bestimmung der Signalrichtung eine Mindestanzahl von Einzelanteniien oder mit anderen Worten ein maximaler ¥inkel zwischen zwei benachbarten Einzelantennen erforderlich« Die inkrementelle Phasenverschiebung £> zwischen den Messungen, die zwischen einer jeden zweier benachbarter Einzelantennen und der zentralen Antenne durch, geführt werden, wird durch Q 0p = 0 - 0 _₁ gegeben« Durch Diffearenziex-mig des Ausdrucks (i) wird erhalten:

h 0 _max = (2 TT R/ A ) . h ^Q - - (*ü) wobei O. θ der Winkel in Radianten ist_s den die zwei Einzelantennen in der Mitte des Kreises miteinander einschliessen. Für eine unzweideutige Lösung darf Q 0 2 Tf nicht überschreiten,, so dass geschrieben werden kann:

' έ 0 _max - 2 Tf ( λ /2 π .R) = λ /R - - (xiii)

oder, weil βθ = 2 Tf /N ist:

N . =2 IT" R/λ - ~ (xiv) .

\ienn ein Fehler vnn 50$> berücksichtigt

wird j das heisst ein Phasenunterschied von Tr* für .Tnstruinentfehler und Foi-tpflanKimgseffekle , wodurch ein Grenzwert von ']{ Tür 0 0 erhalten wird, folgt daraus :

*·" l'ltlA fr

N . ---- 'Ί IY h/M- - (>v)

nun ''J

ß Π 9 B 3 9 / D 7 7 4 BAD ORIGINAL

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Selbstverständlich wird es klar sein, dass £ 0 positiv oder auch negativ sein kann.

Nach der Erläuterung der Prinzipien, die

der Erfindung zugrunde liegen, wird jetzt ane Ausführungsform an Hand der Schemen in den Figuren 6 bis 10 beschrieben. In diesem Zusammenhang sei für ein besseres Verständnis der Wirkung dieser Anordnung auf die GB-PS 1 337 O99 (US-PS 3 889

.· verwiesen, in der auch mit weiteren Einzelheiten das beschriebene Px'inzip erläutert wird, bei dem die Phase als Bruchteil und als eine gerade Zahl ausgedrückt wird.

Figur 6 zeigt die N Einzelantennen und die

gemeinsame zentrale Einzelantenne C nach Figur 1, die nach einer Batterie von Funkempfängern R (einer für jede Einzelantenne führen. Wenn das System in einem bestimmten Frequenzband arbeiten muss, ist es vorteilhaft, Superhetempfänger zu verwenden und die Phasendiskriminierung bei einer niedrigeren festen Zwischenfrequenz durchzuführen. Veil bei der Zwischenfrequenz die Phasenunterschiede zwischen den Signalen der Einzelantennen aufrechterhalten werden müssen, werden alle Empfänger phasengleich mit der Energie eines örtlichen Oszillators LO aus einer nicht dargestellten Quelle gespeist. Die Signale IF gehen aus den Empfängern R nach einer Batterie von Phasendiskriminatoren U, die gemäss obiger Beschreibung mehrere Signale erzeugen, die je in digitaler Form den Bruchteil F des Phasemmterschieds angeben, der vom betreffenden Diskriminator zwischen der zentralen

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Einzelantenne C und einer der auf dem Umfang liegenden Einzelantennen gemessen wird.

Diese Bruchteile sind derart zu bearbeiten, dass die Ordinaten aus dem primären Phasendiagramm P hergeleitet werden (Figur 3) und in vorliegender Ausführungsform erfolgt dies dadui-ch, dass ab der Einzelantenne 1, bei der angenommen sei, dass I₁ =0, die digitalen Phaseninkremente zwischen Messungen benachbarter Einzelantennen bestimmt, gleichzeitig eine der wahrscheinlicheren Zweideutigkeiten gelöst und anschliessend eine Reihe von Phasenbewertungen durch das aufeinanderfolgende Addieren von Phaseninkrementen erzeugt werden.

So bilden die nächsten zwei Stufen des

Systems eine Batterie von Stufen zur Lösung von Zweideutigkeiten AR (Figur 8) und eine Batterie von Addierern PA, bei der· an den Ausgängen dieser* Addierer immer noch in digitaler Form die Werte von 0¹ auftreten, die die Ordinaten des primären Phasendiagramms darstellen und die Initialbewertung der PhasenSchwankung über die in einem Kreis angeordneten Einzelantennen erzeugen. Diese zwei Stufen, die die Mittel für die Erzeugung der Initialphasenbewertung bilden, sind in Figur 6 gemeinsam mit PE bezeichnet.

Es ist jetzt notwendig, alle diese Werte

von 0¹ zu summieren und das Ergebnis duz'ch N zu teilen (siehe die Ausdrücke (iii) bis (vi)) , lind solches erfolgt in einer Phasenkorrekturstufe PC₉ deren Ausgangssignale,

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noch, immer in Digitalform, die korrigierten Phasen 0 angeben, die die Ordinaten des sekundären Phasendiagramms S nach Figur 3 darstellen.

Schliesslich ist es notwendig, die Stelle des Nulldurchgangs (siehe Fig. 4 und 5) in der logischen Schaltung XPL zu bestimmen, an deren Ausgang in digitaler· Form die Winkelposition des Nulldurchgangs, oder mit anderen Worten der Einfallswinkel des erhaltenen Signals, erhalten wird.

Figur 7 zeigt N in gleichen Abständen liegende richtungsunempfindliche Einzelantennen 1, 2,...N, die mit einer zentralen Einzelantenne zusammenarbeiten. Die Phase zwischen jeder gesondert auf dem Umfang liegenden Einzelantenne und der zentralen Einzelantenne wird von einem gesonderten Phasendiskriminator U gemessen.

Figur 8 zeigt in einer Blockschaltung die Schaltungen der Stufen R, U und PE nach Figur 6. Wie in Figur 8 ersichtlich, speist eine jede auf dem Umfang liegende Einzelantenne einen gesonderten Empfänger R (in Figur 6 nicht dargestellt), dessen Ausgangssignal einem betreffenden Phasendiskriminator U hinzugeführt wird, der auch mit einer gemeinsamen Leitung verbunden ist, die zum Ausgang eines identischen Empfängers, gehört, den die zentrale Einzelantenne C speist. Weiter ist eine Eh.asenniodulatorst.ufe PM vorhanden, mit deren Hilfe eine

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Phasenwobbeltechnik zu Vergrösserung der Genauigkeit der Phasenmessungen benutzt werden kann, wenn das digitale Inkrement der Pliasendiskriminatoren gross ist. Diese Technik die nur beispielsweise erwähnt wird, ist in der GB-PS 1.333.5^6 (us-PS 3 889 267) beschrieben.

Energie aus einer örtlichen Oszillatorquelle (nicht dargestellt) wird allen Empfängern einschliesslich des mit der zentralen Einzelantenne zusammenarbeitenden Empfängers phasengleich zugeführt, so dass die Phaseninformatinn in den Signalen der Einzelantennen im zwischenfrequenten Ausgangssignal eines jeden der Empfänger R aufrecht erhalten wird.

An den Ausgängen der Pliasendiskriminatoren U treten so Signale auf, die je den Bruchteil F des Phasenuntex-schieds angeben, den der betreffende Diskriminator zwischen der zentralen Einzelantenne und einer der auf dem Umfang liegenden Einzelantennen misst. Vorzugsweise erzeugen die Diskriminatoren ein Ausgangssignal in binärer Digitalform und sind alle Stufen, die den Diskriminatoren folgen, zur digitalen Datenverarbeitung eingerichtet. Verfahren zum Ableiten einer digitalen Phasenanzeige sind bekannt und in den GB-PS 1 337 099 und 1 333 5U6 beschrieben: siehe weiter die GB-PS 1 295 010 (US-PS 3 768 OO7 ) .

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In der Jetzt beschriebenen Ausführungsform werden die digitalen Ausgangssignale der Dislcriminatoren, die die Bruchteile der gemessenen Phasen darstellen, so bearbeitet, dass sie eine Reihe digitaler Inkremente O 0 _Λ bis <y 0 bilden, die anschliessend addiert werden, um eine Phasenbewertungsreihe 0* « bis 0'-^ ^zu erzeugen. Geraäss Figur 8 werden die digitalen Ausgangssignale der Diskriminatoren U einer Reihe logischer Schaltungen zur Lösung von Zweideutigkeiten AR zugeführt, welche logische Schaltungen vom gleichen Typ wie die an Hand der Figur 12 der erwähnten GB-PS 1 337 ®99 beschriebene Schaltung sind, um so aus dem Ausgangssignal jeder logischen Schaltung auf eine in dieser Patentschrift beschriebene Weise ein Ausgangssignal zu erhalten, das ein digitales Inkrement

έ 0. darstellt.

¥ie in der GB-PS 1 337 099 beschrieben,

werden diese digitalen Phaseninlcremente 0^₁ bis <j 0 in einer Batterie von Addierern addiert, um die Phasenunterschiede 0' bis 0^! _w zu erzeugen, die das erwähnte primäre Phasendiagramm bestimmen. Zum Aufrechterhalten der Symmeti'ie wird in digitaler Form der Teilwinkel F der unteren Schaltung der Batterie logischer Schaltungen AR zugeführt. Auf gleichartige Weise wii'd ein digitales Signal entsprechend 0 =0 dem unteren Addierer der Batterie von Addierern zugeführt. Die Ausgangssignale

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0* bis 0' der Anordnung nach Figur 8 werden jetzt einer Phasenkorrekturschaltung gemäss Figur 9 zugeführt. Diese Schaltung führt die nach dem erwähnten Ausdruck (vi) erforderlichen Funktionen aus und enthält einen Addiei-er, in dem alle primären Phasenbewertungen addiert werden, eine daran angeschlossene Teilstufe, die diese Summe durch einen Faktor N teilt, um den Wert I₁ zu liefern, und eine Batterie von Addierern zum Addieren von I₁ zu jedem der digitalen Signalen 0¹, Auf diese Weise tritt am Ausgang der Anordnung nach Figur 9 eine Folge digitaler Zahlen auf, die die korrigierten Phasen 0.. bis 0 angeben und das sekundäre Phasendiagramm darstellen.

Selbstverständlich wird es klar sein, dass, da die Phasenunterschiede zwischen den Signalen gemessen werden, die an den auf dem Umfang liegenden Einzelantennen ankommen, in bezug auf das an der zentralen Einzelantenne ankommende Signal einige dieser. Phasen positiv und andere negativ sein werden· Die Axis gangs signale F₁ bis F der Diskriminatoren werden immer positiv sein, aber die Phaseninkx-emeirb e q 0 können entweder negativ oder positiv sein.

Die Ausgangssignale der logischen Stufen AR enthalten deshalb eine zxisätzliche Digitalposition, um anzugeben, ob das digitale Inkreinenl. positiv oder negativ ist: diese Technik ist in der erwähnten GB-1^JS 1 337 009 beschrieben.

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Die korrigierten Phasenausgangssignale

0* bis 0 nach Figur 9 werden schliesslich der logischen Schaltung zur Bestimmung eines Nulldurchgangs zugeführt (siehe Figur 6), die in Figur 10 detailliert dargestellt ist. In dieser Ausführungsform arbeitet die logische Schaltung zur Bestimmung eines Nulldurchgangs nach dem in Figur 5 dargestellten und mit dem Ausdruck (xi) bezeichneten Verfahren. Die sekundäre Ph&seninformation gelangt parallel zu k Datenauswahlschaltungen DS1 bis DS4. Jede Datenauswahlschaltung ist so eingerichtet, dass sie nacheinander ein jedes der N Eingangssignale nach einem Ausgang unter der Steuerung eine; Zählers CO schaltet, der selbst wieder von einem Taktgeber CL gespeist wird. Jede Datenauswahlschaltung enthält eine geeignete Anzahl von Multiplexern oder von Parallel/ Serien-Umsetzern, beispielsweise vom Typ 7^-151» die so eingerichtet sind, dass, wenn beispielsweise DS4 auf das Eingangssignal 0^ geschaltet wird, DS3 auf das Eingangssignal 0 , DS2 auf das Eingangssignal 0 und DS1 auf das Eingangssignal 0 geschaltet wird. Dieses Schaltsystem ist schematisch in Figur 10 dargestellt, in dem eine jede der Auswahlschaltungen Impulse aus dem betreffenden Ausgang des Zählers CO erhält.

Es sei jetzt angenommen, dass der an Hand der Figur 5 beschriebene Zustand erreicht ist, in dem zwei der gemessenen Phasenunterschiede negativ und die beiden

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anderen positiv sind. Dies ist der vom Ausdruck (xi) definierte Zustand und deshalb sind in Figur 10 die entsprechenden Phasen angegeben. Wie in Figur 10 dargestellt,

werden 0 und 0 addiert, wie auch 0 und 0 , Diese ρ + Ί _; P±.ä ρ ρ— ι

und 0 addiert, wie auch 0 und 0 ρ + Ί _; P±.ä ρ ρ

zwei Summen werden anschliessend addiert und ergeben den Suramierungsterra, das heisst den Nennerterm im Ausdruck (xi), der auch in Figur 10 angegeben ist. Auch wird 0 . mit 2

ρ- ι

vervielfacht und danach bei 0 addiert und von dieser Summe wird 0 _? abgezogen, um, noch immer in Digitalform

den Zählerterm (20 ₁ + 0 - 0 „) wiederum entsprechend dem Ausdruck (xi) zu erhalten. Der Nenner- und der Zählerterm werden anschliessend in einer Teilerstufe geteilt und zu ρ addiert, um den Nulldurchgang XP darzustellen, wobei die Zahl N/4 addiert wird, um als Ausgangssignal den Einfalls-³ winkel BRG zu erhalten.

Die Anordnung enthält weiter Mittel zum

Stoppen des Taktgebers, wenn der in Figur 5 veranschaulichte und vom Ausdruck (xi) dargestellte Zustand erreicht ist; an DS2 und DS3 wird ein weiteres Ausgangssignal abgegriffen, das nur das Vorzeichen der Phasen 0 und 0 darstellt. Das positive Vorzeichenbit PS von DS3 wird einem Eingang eins?; UND-Gatters und das negative Vorzeichenbit NS von über eine Umkehrstufe NEG dem anderen Eingang des UND-Gattera zugeführt. Das Ausgangssignal dieses Gatters gelangt anschliessend entweder an den Zähler CO oder, wie in Figur

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dargestellt, an den Taktgeber CL zum Stoppen der Zählung. Auf diese Weise wird die Stelle eines Nulldurchgangs an der Ausgangsklemme XP festgehalten und kann durch geeignete Mittel sichtbar gemacht werden. In der vorangehenden Beschreibung der an Hand der Fig. 1 bis 10 dargestellten Ausführungsform ist beispielsweise ein System mit einer zentralen Antenne C und mehreren auf dem Umfang liegenden Einzelantennen gewählt. Es wird jedoch klar sein, dass die allgemeinen Grundsätze, die insbesondere an Hand der Pig. 2 bis 5 und 9 und 10 beschrieben sind, ebenfalls bei einer Anordnung verwendet werden können, bei der keine zentrale Antenne vorhanden ist, während auch die Anordnungen nach Fig. 6 und 8 hinsichtlich des benutzten Systems auf auf der Hand liegende Weise geän-

■t te ^

dert werden können.~

Die Möglichkeit kann an Hand der Fig. 11,

12 und 13 erörtert werden, die dx°ei andere Anordnungen darstellen, von denen keine eine zentrale Antenne enthält.

In Figur 11 werden nicht die Phasen einer jeden auf dem Umfang liegenden Einzclantenne und der zentralen Antenne, sondern die der diametral einander gegenüberliegenden Einzelantennen miteinander verglichen. Unter Berücksichtigung der oben dargelegten Grundsätze ist es klar", dass der Winkel Q θ in diesel· Ausfüliruiigsform gleich der in oben beschriebener Ausführungsform ist, aber jetzt

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IS

beträgt der Abstand zwischen den Einzelantennen in jedem Interferometerpaar 2R statt R; es foü^ daraus,(siehe den Ausdruck (xiii)), dass in dieser Anordnung 0θ „ = λ /2R

ΠΙΟ. Χ

und dass unter Berücksichtigung eines Fehlez-s von 50$ nach obiger Beschreibung φ θ = A/4r.

max

Gleichartige Erwägungen gelten für die

Anordnung nach Figur 12, bei der die Interferometerpaare durch je zwei benachbarte Einzelantennen gebildet werden. Hier ist wiederum der Winkel U θ gleich dem in Fig. 7 und 11 und, wie in Fig. 7 und 11, hat das Phasendiagramm die Form einer Sinuskurve.

Figur 13 kann als allgemeines Beispiel

betrachtet werden, bei dem die Interferometerpaare durch je eine bestimmte Einzelantenne und durch eine andere von einer oder mehreren zwischenliegenden Einzelantennen getx^ennte Einzelantenne gebildet werden. Figur 11 kann selbstverständlich als eine Sonderausführung der Figur 13 betrachtet werden Auch die Anordnung nach Figur 13 ergibt mehrere Ordinaten einer Sinuskurve, wie in den Anordnungen nach Fig. 7> 11 und 12, so dass die Bearbeitung in jeder Hinsicht gleich der der bereits an Hand der Fig. 1 bis 10 beschriebenen Bearbeitung ist-.

Die Bedingung einer unzweideutigen Lösung

ist im allgemeinen : QQ - ^Λ/Ί), wobei D der Abstand zwi~

ITlSlX

sehen den ISinzelantennen eines Interferometerpaars ist

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(siehe beispielsweise Fig. 12 und 13)» wodurch unter Berücksichtigung eines Fehlers von 5Of° in der Praxis ein

Wert von ο θ = A/2D erreicht wird. ^w max '

Wie oben bereits erwähnt, können nach Bedarf die Stellen beider Nulldurchgänge der Sinuskurve bestinrnt und ausgemittelt werden, um den Einfallswinkel zu bewerten. Die Anordnung für die Bestimmung des anderen Nulldurchgangs als desjenigen, der bereits früher bestimmt wurde, ähnelt stark dem nach Figur 10. Der grösste Unterschied ist dabei, dass (p-1)...(p+2) durch. (ρ-1+γΝ) . . . (p+2+-|-n) substituiert werden würde.

Figur 14 zeigt in einer Blockschaltung

eine derartige Anordnung, die der Anordnung nach Figur vergleichbar ist. In Figur l4 werden die korrigierten Phasen zwei logischen Schaltungen für die Bestimmung eines Nulldurchgangs zugeführt, und zwar einer Schaltung XPLP fur die Bestimmung eines ersten Nulldurchgangs gleich der an Hand der Figur 10 beschriebenen Schaltung, und einer Schaltung XPLN für die Bestimmung des anderen Ntilldurchgangs, die sich auf oben beschriebene Weise von XPLE unterscheidet. Die zwei Ausgangssignale XPP und XPN dieser Schaltungen werden danach ausgemittelt, um ein digitales Ausgangssignal BRG zu erhalten, das den Einfallswinkel angibt. Es wird selbstverständlich klar sein, dass, obgleich in Figur ik der Einfachheit halber angenommen wurde, dass die Durchgänge einander mehr oder weniger diametral gegenüberliegen,

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das heisst zwischen ρ und (p+i) bzw. zwischen (p+N/2) und (p+i+N/2), solches in der Praxis nicht unbedingt immer der Fall zu sein braucht. Veil jedoch jede logische Schaltung die Stelle eines Nulldurchgangs unabhängig bestimmt, wird hierdurch die gute Wirkung der ganzen logischen Schaltung nicht beeinflusst. Weiter wird es klar sein, dass sich diese Technik des Ausmitteins der Stellen der Nulldurchgänge nicht au die Verwendung bei der Sonderausführung einer logischen Schaltung beschränkt, die dazu notwendig ist, den Ausdruck (xi) zu erfüllen und in Figur 10 dargestellt ist, sondern auch benutzt werden kann, wenn die Stellen der Nulldurchgänge durch andere Mittel erhalten worden sind., wie beispielsweise in Figur 15» in der eine logische Schaltung entsprechend dem Ausdruck (x) benutzt wird.

Figur*15 stellt einen Teil einer logischen

Schaltung zur Bestimmung eines Nulldurchgangs und eines Einfallswinkels in Digitalform dar, die sich auf dem an Hand der Fig. h beschriebenen Verfahren basiert und durch den erwähnten Ausdruck (x) dargestellt ist. Bei dieser Anordnung werden der Einfachheit halber nur zwei Bewertungen E1 und ES ausgemittelt„

Die vier Phasen 0 ₁ bis 0 werden aus e.ii.'or Anzahl nicht dargestellter Datenauswahlschaltungen erhalten und stufenweise unter der Steuerung eines Takt-{'.obers CL und eines Zählers CO eingestellt, wie box^eits an

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Hand der Figur 10 beschrieben wurde. Die Mittel zum Stoppen des Taktgebers in der geeigneten Position sind wieder gleich denen in Figur 10.

¥enn zunächst die Bestimmung von E2 lierangezogen wird, die durch den Ausdruck (viii) dargestellt wird, werden 0 und 0 voneinander abgezogen, um (0 ~ 0 o) ^zu erhalten, welcher ¥ert auf 0 geteilt

p— I p + <c p~ I

und mit 3 vervielfacht wird, wonach (p-1) hinzugezählt wird, um E2 in Digitalform zu erhalten.
Auf gleichartige Weise wird 0 ₁ von abgezogen und d?r Unterschied wird auf 0 geteilt, wonach ρ hinzugezählt wird um E1 in Digitalform zu erhalten.

E1 und E2 werden anschliessend addiert

und du3"ch 2 geteilt, um an der Ausgangsklernme XP in Digitalform die Stelle des Nulldurchgangs darzustellen, die durch den erwähnten Auedruck (x) definiert wird.

Bei einer in der Praxis verwirklichten

Ausführungsform des erfindungsgemässen Systems wurden 64 in einem Kreis mit einem Strahl von 25 cm angeordnete EinzelaiH emien und eine zentrale Einzel an tenne benutzt, wie in Figur 1 dargestellt. Die Wellenlänge λ betrug 6 cm und alln lZiirs.cl antennen waren einfache Monopolaniennen.

Durch die Rotationssymmetrie, die bei

den :üj ij j M- -hi Krcj ;- riMgooi'dJiol en Ani.onn.oncleincn ton erhalten 2') wird, isi da.s ori'indinig&p.oiansse System für lieflolctiojisfehler

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unempfindlich. Derartige Fehler können als Störsignale angesehen werden. Es gibt immer zwei Intcrferometerpaare, in denen diese Signale nahezu gleiche, jedoch entgegengesetzte Fehler veranlassen (siehe Fig. 7j 12 und 13)· Durch das benutzte Verfahren zur Lösung von Zweidautigkeit gleichen diese Fehler sich aus«

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Leerseite

Claims (2)

1. PUB 3^571 12.2.1978

   PATENTATSiSPRUECHE :
   M. . ' Verfahren zur Bestimmung' deir Richtung

   eines Strahlers unter Verwendung mehrerer in gleichen Abständen auf dem Umfang eines Kreises angeordneter Einzelantennen für die Bestimmung der Phasenunterschiede zwischen den vom Strahler herrührenden und durch aufeinanderfolgende Einzelantennenpaare aufgefangenen Signalen, wobei aus den erwähnten Phasenunterschieden eine Stelle auf dem Kreis bestimmt wird, die einen Hinweis auf die Richtung des Strahlers gibt, dadurch gekennzeichnet, dass in Digitalform mehrere Phasenunterschiede gemessen werden, wobei die Grosse der auftretenden Phasenunterschiede für aufeinanderfolgend Einzelautennenpaare einen sinusförmigen Verlauf aufweisen, dass ein jeder in Digitalform ausgedrückter Phasenunter" schied untersucht wird, um mindestens einen Punkt zu bestimmen, an dem die Sinuskurve die Nullachse kreuzt, und dass aus diesem Nullpunkt eine Stelle auf dem Kreis hergeleitet wird, die den Einfallswinkel der aus dem Strahler herrührenden Strahlen gegen eine Bezugsrichtung angibt«
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch

   gdennzeiclinet, dass di-e in Digitalform ausgedrückten Phasenunterschiede summiert werden und dass dieser mittlere Phasen-Ui lter e chi ed von jedem in Digitalform aus ge drücket en Phasenunterschied i'irr die Lieferung laehrerer korrigierter Phasen-

   2:3 miterscbipcle abgezügin wird« deren aufoinancleriOJ-gende Grossen eine Siuuskurvo mit einem mittleren Wert gleich Null bes. 11mmcij *

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   PUB 32571 12.2.1978

   3· Radiointerf erometer'system für die

   Messung des Einfallswinkels der aus einem Strahlei* herrührenden Signale, mit mehreren nahezu richtungsunempfindlichen Einzelantennen, die in gleichen Abständen voneinander auf dem Umfang eines Kreises liegen, und mit einer Reihe von Phasendiskrimina.toreii, die mit je einem Einzelantennenpaar derart gekoppelt sind, dass sie eine Anzahl von Interferometerpaaren bilden, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Ableiten einer Folge in digitaler Form ausgedrückter Zahlen aus den AusgangsSignalen der Diskriminatoren vorgesehen sind, welche Zahlen die Ordinaten einer sinusförmigen Phasenkurve darstellen, dass Mittel für die Untersuchung der Zahlenfolge vorgesehen sind, um mindestens einen Punkt zu bestimmen, an dem die Phasen™ kurve einen Wert gleich Null hat, und dass Mittel zum Ableiten einer Stelle auf dem Kreis aus diesem Nullpunkt vorgesehen sind, welche Stelle die Richtung des Strahlers geg-en eine Bezugsrichttmg angibt. h. Radiointex-feroiJietersystem nach Anspruch

   3> mit dem Energie mit einer Wellenlänge )\ erhalten v/erden kann, dtidurch gekennzeichnet, dass es eine nahezu richtungsunempfindliche Einzelanteime in der Mitte des Kreises enthält, wobei die^e zentrale Einzelantenne und eine jede der auf dem Umfang liegenden Einzelanteiuien eine Anzahl von InterferoMotex'pr.areii bilden, die alle in gleichem

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   PlIB 32571 12.2.1978

   Abstand R voneinander liegen, wobei R der Strahl des Kreises ist und der Winkel, den in der Mitte des Kreises zwei benachbarte Einzelantennen miteinander bilden, nicht grosser als Λ/R Radianten ist. 5· System nach Anspruch 3? dadurch

   gekemiaelch.net, dass die Interf erometerpaare durch je eine bestimmte Einzelantenne und die diametral gegenüberliegende Einzelantenne gebildet weisen, wobei der Winlcel, den in dex" Mitte des Kreises zwei benachbarte Einzelantennon miteinander bilden, nicht grosser als A /2R-Radianten ist <

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