DE2810799B2

DE2810799B2 - Verfahren und Radiointerferometer zur Bestimmung der Einfallsrichtung einer ebenen WeUe

Info

Publication number: DE2810799B2
Application number: DE2810799A
Authority: DE
Inventors: David Adrian Lucas; Redhill Surrey Salfords (Ver. Koenigreich); Richard Paul Vincent
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-03-25
Filing date: 1978-03-13
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE2810799A1; US4160252A; FR2385105A1; JPS53119698A; GB1536996A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Radiointerfero

meter zur Durchführung dieses Verfahren.

Verfahren dieser Art werden beispielsweise bei Funknavigationsanordnungen für Flugzeuge benutzt. Die Technik der Verwendung von Radiointerferometerpaaren für die Bestimmung der Richtung eines Funkstrahlers ist bekannt; beispielsweise beschreibt die DE-OS 20 11 147 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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Verfahrensschritte gelöst. Ein Radiointerferometer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch die im Anspruch 3 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Die Interferometermessungen können auf verschiedene Weisen 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 Einzelantennc gebildet werden, die durch eine oder mehrere andere Einzelantennen davon getrennt ist.

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

F i g. 1 eine Anzahl von Einzelantennen,

F i g. 2 ein Phasendiagramm,

F i g. 3 weitere Phasendiagramme,

Fig. 4 ein Verfahren für die Bestimmung eines Nulldurchgangs in einem Phasendiagramm,

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

Fig. 6 in einem Blockschaltbild eine Ausführungsform des Radiointerferometersystems nach der Erfindung,

Fig. 7 eine Anzahl von Einzelantcnnen und zugeordneter Diskriminatoren,

Fig.8 in einem Blockschaltbild eine Anordnung von Antennen, Diskriminatoren und Phasenbewertungsstufen,

F i g. 9 eine Phasenkorrekturslufc,

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

Fig. 11, 12 und 13 weitere Anordnungen von Einzelantennen und zugeordneter Diskriminatoren,

Fig. 14 eine logische Schaltung für die Bestimmung von Nulldurchgänge und

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

Fig. 1 zeigt eine Anzahl von N Einzelantennen, die im gleichen Abstand auf dem Umfang eines Kreises mit einem Radius R liegen, sowie eine zentrale Antenne Cin 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 Cgeht und senkrecht auf einer Achse durch die 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 einer Messung einer jeden auf dem Umfang liegender Einzelantennen in bezug auf die zentrale Antenne ist. Für den mit der p. Einzelantenne gemessenen Phasenunterschied kann geschrieben werden:

'/>„ = (2.-T R₁IX) sin {(-) + 2.-7 p/N),

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.

Es wird ein Diagramm angefertigt, in dem die von jedem der interferometerpaare gemessenen Phasenunterschiede 'P₁...Φ,, gegen den Winkel aufgetragen werden, den das betreffende Paar mit der Bezugsachse χ bildet, d. h. gegen die laufende Nummer der am Umfang liegenden Einzelantennen. Ohne Fortpflanzungsfehler liegen die gemessenen Phasenunterschiede Φι... Φ ν auf der Sinuskurve, die gemäß F i g. 2 durch vorgenannten Ausdruck (i) definiert ist. Der Einfallswinkel kann aus der Position eines oder beider Nulldurchgänge dieser Sinuskurve hergeleitet werden.

Nachstehend werden die Ergebnisse der unterschiedlichen Phasenmessungen näher betrachtet. Für den reellen Phasenunterschied an der p. Einzelantenne in der Reihe kann geschrieben werden:

wobei F₁, ein Bruchteil zwischen 0 und 1 und /,, eine ganze Zahl ist.

Es ist vorteilhaft, an diesem Punkt zwei Reihengrößen zu unterscheiden, insbesondere eine Reihe, bei der die Phasenunterschiede alle in einem Bereich von 2.τ liegen, beispielsweise 0 bis 2-τ oder -,τ bis +.τ, und eine größere Reihe, bei der die auftretenden Phasenunlerschieclc größer sind.

Bekanntlich ist es möglich, unzweideutige Phasenunterschiede zu messen, die in einem Bereich von weniger als 2.τ liegen, und eine dazu geeignete Anordnung ist in der GB-PS 12 95 010 (US-PS 37 68 007) beschrieben, und es wird klar sein, daß, wenn in vorgenanntem Ausdruck (i) R kleiner als λ ist, derartige unzweideutige Unterschiede ohne weitere Bearbeitung /um Anfertigen des oben an Hand der Fig. 2 beschriebenen Diagramms benutzt werden können. In der Praxis empfiehlt es sich, im Hinblick auf Instrumentfehler und Fortpflanzungseffekte, wie beispielsweise Reflektionen, eine bestimmte Sicherheitstoleranz einzuhalten, und in der Praxis hat es sich herausgestellt, daß außer unter sehr ungewöhnlichen Umständen eine Toleranz von 50% durchaus ausreicht, so daß im allgemeinen angenommen werden kann, daß ein Kreis mit einem Durchmesser A eint Serie unzweideutiger Phasenunterschiede ergeben kann. Unter diesen Bedingungen ist /,, im Ausdruck (ii) gleich Null.

Wenn jedoch der Radius R des Kreises, ausgedrückt in der Wellenlänge λ, so groß ist, daß die Phasenunterschiede 2 π überschreiten können, so daß /,, nicht gleich Null ist, ist es notwendig, weitere Bearbeitungen durchzuführen.

Das Interferometerpaar kann nur 2.τ F₁, messen, so daß für p=1, d.h. bei der ersten der Messungen, der Wert von /i nicht bekannt ist. Das Verfahren zum Aufsuchen des reellen Wnrts von /ι wird nachstehend beschrieben.

Wenn angenommen sei, daß Λ =0, kann ein primäres Phasen/Winkeldiagramm wie in F i g. 3 bei /"dargestellt gezeichnet werden. Wenn jedoch in der Wirklichkeit I /ι I nicht gleich Null ist, ist jeder gemessene W^rt von > Φ je nach den Umständen um | /ι | größer oder kleiner ais der reelle Wert von Φ. Es ist daher notwendig, /i zu bestimmen, wonach die horizontale Achse verschoben werden kann, um diese bisher ungekannte Größe zu berücksichtigen.

id Nunmehr wird die Summe aller reellen Werte von Φ,, herangezogen, d. h.

(Φι + Φ 2 + ...Φ ν)

wird bewertet. Mit Hilfe obengenannten Ausdrucks (i) ii kann geschrieben werden:

$ Φ_ρ ■ d JV = O

und dieser Ausdruck ergibt für die Anordnung nach 2» F i g. 1 die Differenzgleichung

Σ'1'ρ = 0 (iv)

Jetzt werden alle gemessenen Werte Φ'_ρ summiert

Unter Berücksichtigung, daß jeder Fehler in /, kumulativ ist, el. h. er wird bei jeder Einzelantenne, an jo der gemessen wird, wiederholt, läßt sich schreiben:

Σ'" η = t"'p + Nl₁

An Hand der Fig. 3 ist ersichtlich, daß faktisch das betreffende Diagramm nicht symmetrisch um die horizontale Achse ist, und dies bedeutet in diesem Sonderfall, daß

negativ und infolgedessen /ι positiv ist. Durch die Substitution der Gleichung (iv) in die Gleichung (v) kann jetzt geschrieben werden

I/JV.

(vi)

was einfach bedeutet, daß die ganze Kurve nach oben hin um einen Betrag gleich I₁ (siehe F i g. 3) verschoben werden muß, wodurch eine auf geeignete Weise ausgerichtete horizontale Achse erhalten wird und sich das entsprechende oder »sekundäre« Phasendiagramm Sbildct.

Nachdem das sekundäre Phasendiagramm erhalten worden ist, besteht der folgende Schritt aus dem Auffinden der Stelle mindestens eines Nulldurchgangs.

Weil in der Praxis die theoretische Sinuskurve durch mehrere einzelne Punkte dargestellt wird, in denen je Fehler auftreten können, muß ein Annäherungsverfahren durchgeführt werden.

Die einfachste Näherung ist die mit einer Geraden unter Verwendung der zwei am nächsten liegenden Punkte, wie bei Ei in F i g. 4, was als Bewertung für den ι" 'iilldurchgang folgendes ergibt:

E\ = ρ

(vii)

Unter Vcrwendunti anderer benachbarter Punkte

wird als Bewertung erhallen:
El = ρ - I + 3Φ_ρ_,/('/>. ,

und die Bewertung

£3 = ρ - 2 + 5Φ_ρ-₂/(Φ_ρ-₂

- Φ_ρ+ί)

(viii)

(ix)

Die inkrementell Phasenverschiebung όΦ zwischen den Messungen, die zwischen einer jeden zweier benachbarter Ein/elanlcnnen und der zentralen Antenne durchgeführt werden, wird durch

gegeben. Durch Differenzierung des Ausdrucks (i) wird erhalten:

usw.. aus denen eine mittlere Bewertung hergeleitet werden kann

£„,. = (£1 + E2 + £3 + ■ · ■ ES) ■ (\/Q),

(xü)

wobei (5Θ der Winkel im Bogenmaß ist, den die zwei Einzelantennen in der Mitte des Kreises miteinander einschließen. Für eine unzweideutige Lösung darl 6Φ 2 η niclu überschreiten, so daß geschrieben werden kann:

= 2.7 {λ/2.7 R) = λΙR

wobei (pdie Anzahl der Bewertungen ist.

Ein anderes Verfahren für die Bestimmung eines Nulldurchgangs ist in Fig. 5 dargestellt, in der dtr Einfachheit halber vier gemessene Phasen dargestellt sind, die auf einer Geraden liegen, die die Nullachse 20 oder, weil ΛΘ = 2n/N ist: schneidet. Die Figur ergibt jetzt, daß

(xiii)

(xiv)

X/Y = a/dund x/y = b/c

X + Y = 3 Einheiten und ν + y = 1 Einheit.

aus dem folgt, daß

-Y = 3a/(a + d) ν = b/(b + c)

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

\;nd auf gleichartige Weise, daß

a = X - 1 = (2a + b - d)/(a + b + c + d).

Wenn jetzt angenommen sei, daß die p. Einzelantenne die Antenne ist, die dem Nulldurchgang XP direkt vorangeht, kann als die Stelle dieses Durchgangs, ausgedrückt als eine »Aufzählung« von Einzelantennen von der Bezugsachse an, geschrieben werden

.YP = ρ + (2</>„_, + Φ_ρ- Φ_ρ_₂).V"φ (χι)

L *> ] J

weil in Fig. 5a = Φ,,-i.b = Φ ,,usw.

Es sei bemerkt, daß die Werte aller (in diesem Fall vier) Punkte im Meßbereich berücksichtigt werden.

Nach Bedarf kann die Position der beiden Nulldurchgänge der Sinuskurve mit Hilfe einer der beschriebenen Annäherungstechniken bestimmt werden, und die zwei Werte können dabei zum Erhalten des Einfallswinkels ausgemittelt werden, weil der Einfallswinkel theoretisch auf der Hälfte zwischen den zwei Nulldurchgängen liegt. Wenn beispielsweise bei N = 20 die Stellen der Nulldurchgänge die Werte 3,25 und 13,75 ergeben, ist der mittlere Peilwinkel

'/2(3,25 + 13,75) = 8'/2

Einheiten, d. h. 8'/2 (360/20) = 153° gegen die Bezugsachse. Im Prinzip erfolgt das Ablesen selbstverständlich in Digitalform, kann aber im Prinzip in jede geeignete erforderliche Form geändert werden, beispielsweise in Grad durch Vervielfachung mit 360/N) oder auch beispielsweise durch eine Winkelverdrehung einer Radialbahn an einem Kathodenstrahlröhrenbildschirm in eine Position, die den Einfallswinkel darstellt

Erwartungsgemäß ist für eine unzweideutige Bestimmung der' Signalrichtung eine Mindestanzahl von Einzelantennen oder mit anderen Worten ein maximaler Winkel zwischen zwei benachbarten Einzelantennen erforderlich.

Wenn ein Fehler von 50% berücksichtigt wird, das heißt ein Phasenunterschied von π für Instrumentfehler und Fortpflanzungseffekte, wodurch ein Grenzwert von π für δΦ erhalten wird, folgt daraus:

55

f₁₁₁.,, = 4.7«/'/..

(XV)

Selbstverständlich wird es klar sein, daß 6Φ positiv oder auch negativ sein kann.

Nach der Erläuterung der Prinzipien, die der Erfindung zugrunde liegen, wird jetzt eine Ausrührungsform an Hand der Schaltbilder in den Fig. 6 bis IC beschrieben. In diesem Zusammenhang sei für eir besseres Verständnis der Wirkung dieser Anordnung auf die GB-PS 13 37 099 (US-PS 38 89 267) verwiesen, ir der auch mit weiteren Einzelheiten das beschriebene Prinzip erläutert wird, bei dem die Phase als Bruchtei und als eine ganze Zahl ausgedrückt wird.

F i g. 6 zeigt die N Einzelantennen und die gemeinsame zentrale Einzelantenne Cnach Fig. 1, die zu einer Batterie von Funkempfängern R (einer für jede Einzelantenne) führen. Wenn das System in einerr bestimmten Frequenzband arbeiten muß, ist es vorteil haft, Superhetempfänger zu verwenden und die Phasendiskriminierung bei einer niedrigeren fester Zwischenfrequenz durchzuführen. Weil bei der Zwi schenfrequenz die Phasenunterschiede zwischen der Signalen der Einzelantennen aufrechterhalten werder müssen, werden alle Empfänger phasengleich mit einen· örtlichen Oszillator LO gespeist Die Signale /Fgeher aus den Empfängern R zu einer Batterie voi Phasendiskriminatoren U, die gemäß obiger Beschrei bung mehrere Signale erzeugen, die je in digitaler Forn den Bruchteil F des Phasenunterschieds angeben, dei vom betreffenden Diskriminator zwischen der zentraler Einzelantenne C und einer der auf dem Umfanj liegenden Einzelantennen gemessen wird.

Diese Bruchteile sind derart zu bearbeiten, daß dii Ordinaten aus dem primären Phasendiagramm J hergeleitet werden (Fig.3), und in vorliegende; Ausführungsform erfolgt dies dadurch, daß von de

Einzelantenne 1 an, 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(F ig. 8) und eine Batterie von Addierern PA, bei der an den Ausgängen dieser Addierer immer noch in digitaler Form die WErte von Φ' auftreten, die die Ordinaten des primären Phasendiagramms darstellen und die Initialbewertung der Phasenschwankung über die in einem Kreis angeordneten Einzeiantennen erzeugen. Diese zwei Stufen, die die Mittel für die Erzeugung der Initialphasenbewertung bilden, sind in F i g. 6 gemeinsam mit PEbezeichnet.

Es ist jetzt notwendig, alle diese Werte von Φ',, zu summieren und das Ergebnis durch Λ/zu teilen [siehe die Ausdrücke (iii) bis (vi)], und dies erfolgt in einer Phasenkorrekturstufe PC, deren Ausgangssignale, noch immer in Digitalform, die korrigierten Phasen Φ angeben, die die Ordinaten des sekundären Phasendiagramms Snach F i g. 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.

Fig. 7 z?igi N in gleichen Abständen liegende richtungsunempfindliche Einzelantennen 1,2,... N. die mit einer zentralen Einzelantenne zusammenarbeiten. Die Phase zwischen jeder einzelnen auf dem Umfang liegenden Einzelantenne und der zentralen Einzelantenne wird von einem gesonderten Phasendiskriminator LJ gemessen.

Fig. 8 zeigt in einer Blockschaltung die Schaltungen der Stufen R. U und PE nach F i g. 6. Wie in F i g. 8 ersichtlich, speist eine jede auf dem Umfang liegende Einzelantenne einen gesonderten Empfänger R (in Fig.6 nicht dargestellt), dessen Ausgangssignal einem betreffenden Phasendiskriminator iizugeführt wird, der auch mit einer gemeinsamen Leitung verbunden ist, die zum Ausgang eines gemeinsamen Empfängers gehört, den die zentrale Einzelantenne C speist. Weiter ist eine Phasenmodulatorstufe PM vorhanden, mit deren Hilfe eine Phasenwobbeltechnik zur Vergrößerung der Genauigkeit der Phasenmessungen benutzt werden kann, wenn das digitale Inkrement der Phasendiskriminatoren groß ist. Diese Technik, die nur beispielsweise erwähnt wird, ist in der GB-PS 13 33 546 (US-PS 38 89 267) beschrieben. Das Signal aus einem örtlichen Oszillator (nicht dargestellt) wird allen Empfängern einschließlich des mit der zentralen Einzelantenne zusammenarbeitenden Empfängers phasengleich zugeführt so daß die Phaseninformation in den Signalen der Einzelantennen im zwischenfrequenten Ausgangssignal eines jeden der Empfänger R aufrecht erhalten wird.

An den Ausgängen der Phaiendiskriminatoren U treten so Signale auf, die je den Bruchteil F des Phasenunterschieds angeben, den der betreffende Diskriminator zwischen der zentralen Einzelantenne und einer der auf dem Umfang liegenden Einzelantenne 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 13 37 099 und 13 33 546 beschrieben.

In der jetzt beschriebenen Ausführungsform werden -> die digitalen Ausgangssignale der Diskriminatoren, die die Bruchteile der gemessenen Phasen darstellen, so bearbeitet, daß sie eine Reihe digitaler Inkremente 6Φ\ bis όΦ/vbilden, die anschließend addiert werden, um eine Phasenbewertungsreihe Φ Ί bis Φ ν zu erzeugen. Gemäß

in Fig. 8 werden die digitalen Ausgangssignale der Diskriminatoren U zur Lösung von Zweideutigkeiten einer Reihe logischer Schaltungen AR zugeführt, die vom gleichen Typ wie die an Hand der Fig. 12 der erwähnten GB-PS 13 37 099 beschriebene Schaltung

r, sind, um so aus dem Ausgangssignai jeder logischen Schaltung auf eine in dieser Patentschrift beschriebene Weise ein Ausgangssignai zu erhalten, das ein digitales Inkrement 6Φ darstellt.

Wie in der GB-PS 13 37 099 beschrieben, werden diese digitalen Phaseninkremente όΦι bis όΦ/ν in einer Batterie von Addierern addiert, um die Phasenunterschiede Φ\ bis Φ'/v zu erzeugen, die das erwähnte primäre Phasendiagramm bestimmen. Zum Aufrechterhalten der Symmetrie wird in digitaler Form der

2j Teilwinkel Fn der unteren Schaltung der Batterie logischer Schaltungen AR zugeführt. Auf gleichartige Weise wird ein digitales Signal entsprechend Φο = 0 dem unteren Addierer der Batterie von Addierern zugeführt. Die Ausgangssignale ΦΊ bis Φ Ή der Anordnung nach

ίο F i g. 8 werden jetzt einer Phasenkorrekturschaltung gemäß F i g. 9 zugeführt. Diese Schaltung führt die nach dem erwähnten Ausdruck (vi) erforderlichen Funktionen aus und enthält einen Addierer, in dem alle primären Phasenbewertungen addiert werden, eine daran ange-

3> schlossene Teilstufe, die diese Summe durch einen Faktor N teilt, um den Wert I\ zu liefern, und eine Batterie von Addierern zum Addieren von I₁ zu jedem der digitalen Signale Φ'. Auf diese Weise tritt am Ausgang der Anordnung nach F i g. 9 eine Folge digitaler Zahlen auf, die die korrigierten Phasen Φ\ bis Φν 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 Ausgangssignale Fi bis Fn der Diskriminatoren werden immer positiv sein, aber die Phaseninkremente δΦ können entweder negativ oder positiv sein. Die Ausgangssignale der logischen Stufen AR enthalten deshalb eine zusätzliche Digitalposition, um anzugeben, ob das digitale Inkrement positiv oder negativ ist; diese Technik ist in der erwähnten GB-PS 13 37 009 beschrieben.

Die korrigierten Phasenausgangssignale Φι bis Φ_Ν nach F i g. 9 werden schließlich der logischen Schaltung zur Bestimmung eines Nulldurchgangs zugeführt (siehe

bo Fig. 6), die in F i g. 10 detailliert dargestellt ist In dieser Ausführungsform arbeitet die logische Schaltung zur Bestimmung eines Nulldurchgangs nach dem in F i g. 5 dargestellten und mit dem Ausdruck (xi) bezeichneten Verfahren. Die sekundäre Phaseninformation gelangt

es (parallel zu 4 Datenauswahlschaltungen OSl bis DS 4. Jede Datenauswahlschaltung ist so eingerichtet daß sie nacheinander ein jedes der N Eingangssignale nach einem Ausgang unter der Steuerung eines 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 74151, die so eingerichtet sind, daß, wenn beispielsweise DS 4 auf das Eingangssignal Φν geschaltet wird, DS3 auf das Eingangssignal Φν- ι, DS2 auf das Eingangssignal Φν > und DSX auf das Eingangssignal Φν- ) geschaltet wird. Dieses Schaltsystem ist schematisch in Fig. 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 F i g. 5 beschriebene Zustand erreicht ist, in dem zwei der gemessenen Phasenunterschiede negativ und die beiden anderen positiv sind. Dies ist der vom Ausdruck (xi) definierte Zustand, und deshalb sind in Fig. 10 die entsprechenden Phasen angegeben. Wie in Fig. 10 dargestellt, werden Φ,,+ ι und Φ,,+ 2 addiert, ebenso Φ,, und Φ_Ρ-\. Diese zwei Summen werden anschließend addiert und ergeben den Suminierungsterm, das heißt den Nennerterm im Ausdruck (xi), der auch in Fig. 10 angegeben ist. Auch wird Φ,,_ι mit 2 vervielfacht und danach zu Φ,, addiert, und von dieser Summe wird Φ,, + j abgezogen, um, noch immer in Digitalform, den Zählerterm

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 /V/4 addiert wird, um als Ausgangssignal den Einfallswinkel BRG zu erhalten.

Die Anordnung enthält weiter Mittel zum Stoppen des Taktgebers, wenn der in F i g. 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 Φ,, und Φ,,η darstellt. Das positive Vorzeichenbit PS von DS3 wird einem Eingang eines UND-Gatters und das negative Vorzeichenbit NS von Φ,, über eine Umkehrstufe NEG dem anderen Eingang des UND-Gatters zugeführt. Das Ausgangssignal dieses Gatters gelangt anschließend entweder an den Zähler CO oder, wie in F i g. 10 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 F i g. 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 geändert werden können.

Die Möglichkeit kann an Hand der F i g. 11,12 und 13 erörtert werden, die drei andere Anordnungen darstellen, von denen keine eine zentrale Antenne enthält

In F i g. 11 werden nicht die Phasen einer jeden auf dem Umfang liegenden Einzelantenne 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 (50 in dieser Ausführungsform gleich der in oben beschriebener Ausführungsform ist, aber jetzt beträgt der Abstand ^r> zwischen den Einzelantennen in jedem Interferometerpaar 2R statt R; es folgt daraus [siehe den Ausdruck (xiii)], daß in dieser Anordnung

ΟΘ,,,η = A/2/?

Hi und unter Berücksichtigung eines Fehlers von 50% nach obiger Beschreibung

ΟΘ,,,η = A/4R

Γ) Gleichartige Erwägungen gelten für die Anordnung nach Fig. 12, bei der die Interferometerpaare durch je zwei benachbarte Einzelantennen gebildet werden. Hier ist wiederum der Winkel öQ gleich dem in F i g. 7 und 11 und wie in Fig. 7 und 11 hat das Phasendiagramm die

2» Form einer Sinuskurve.

Fig. 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

2") getrennte Einzelantenne gebildet werden. Fig. 11 kann selbstverständlich als eine Sonderausführung der Fig. 13 betrachtet werden. Auch die Anordnung nach Fig. 13 ergibt mehrere Ordinaten einer Sinuskurve wie in den Anordnungen nach F i g. 7, 11 und 12, so daß die

«ι Bearbeitung in jeder Hinsicht gleich der der bereits an Hand der F i g. 1 bis 10 beschriebenen Bearbeitung ist.

Die Bedingung einer unzweideutigen Lösung ist im allgemeinen:

ΛΘ,,,_η = λ/D,

wobei D der Abstand zwischen den Einzelantennen eines Interferometerpaars ist (siehe beispielsweise Fig. 12 und 13), wodurch unter Berücksichtigung eines Fehlers von 50% in der Praxis ein Wert von

⁴⁽¹ <5θ,,,.,, = XI2D

erreicht wird.

Wie oben bereits erwähnt, können nach Bedarf die Stellen beider Nulldurchgänge der Sinuskurve bestimmt 4^r> 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 Fig. 10. Der größte Unterschied ist dabei, daß

(p-l)...(p+2)

durch (p-\+i/2N)...(p+2 + UiN)

substituiert werden würde.

Fig. 14 zeigt in einer Blockschaltung eine derartige Anordnung, die der Anordnung nach F i g. 10 vergleichbar ist. In Fig. 14 werden die korrigierten Phasen zwei logischen Schaltungen für die Bestimmung eines Nulldurchgangs zugeführt, und zwar einer Schaltung XPLP für die Bestimmung eines ersten Nulldurchgangs

bo gleich der an Hand der Fig. 10 beschriebenen Schaltung und einer Schaltung XPLN für die Bestimmung des anderen Nulldurchgangs, die sich auf oben beschriebene Weise von XPLP 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 F i g. 14 der Einfachheit halber angenommen wurde, daß

die Durchgänge einander mehr oder weniger diametral gegenüberliegen, das heißt zwischen ρ und (p+ 1) bzw. zwischen {p+N/2) und (p+\+N/2), solches in der Praxis nicht unbedingt immer der Fall zu sein braucht. Weil jedoch jede logisch 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 auf die Verwendung bei der Sonderausführung einer logischen Schaltung beschränkt, die dazu notwendig ist, den Ausdruck (xi) zu erfüllen und in Fig. 10 dargestellt ist, sondern auch benutzt werden kann, wenn die Stellen der Nulldurchgänge durch andere Mittel erhalten worden sind, wie beispielsweise in Fig. 15, in der eine logische Schaltung entsprechend dem Ausdruck (x) benutzt wird.

Fig. 15 stellt einen Teil einer logischen Schaltung zur Bestimmung eines Nulldurchgangs und eines Einfallwinkels in Digitalform dar, die auf dem an Hand der F i g. 4 beschriebenen Verfahren basiert und durch den erwähnten Ausdruck (x) dargestellt ist. Bei dieser Anordnung werden der Einfachheit halber nur zwei Bewertungen El und £'2ausgemittell.

Die vier Phasen 'P₁, ι bis 'P₁,, > werden aus einer Anzahl nicht dargestellter Datenauswahlschaltungen erhalten und stufenweise unter der Steuerung eines Taktgebers CL und eines Zählers CO eingestellt, wie bereits an Hand der Fig. 10 beschrieben wurde. Die Mittel zum Stoppen des Taktgebers in der geeigneten Position sind wieder gleich denen in Fig. 10.

Wenn zunächst die Bestimmung von E2 herangezogen wird, die durch den Ausdruck (viii) dargestellt wird, werden 'P₁, ι und Φ,,, _> voneinander abgezogen, um

zu erhalten, welcher Wert durch 'P₁, ι geteilt und mit 3 vervielfacht wird, wonach (p- 1) hinzugezählt wird, um E 2 in Digitalform zu erhalten.

Auf gleichartige Weise wird 'P₁,, \ von 'P₁, abgezogen und der Unterschied wird auf Φ,, geteilt, wonach ρ hinzugezählt wird, um E1 in Digitalform zu erhalten.

E1 und E2 werden anschließend addiert und durch 2 geteilt, um an der Ausgangsklemme XP in Digitiilform die Stelle des Nulldurchgangs darzustellen, die durch den erwähnten Ausdruck (x) definiert wird.

Bei einer in der Praxis verwirklichten Ausluhrungsform des erfindungsgemäßen Systems wurden 64 in einem Kreis mit einem Strahl von 25 cm angeordnete Einzelantennen und eine zentrale Einzelantenne benutzt, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Wellenlänge λ betrug 6 cm und alle Einzelantennen waren einfache Monopolantennen.

Durch die Rotationssymmetrie, die bei den in einem Kreis angeordneten Antennenelementen erhalten wird, ist das erfindungsgemäße System für Reflektionsfehier unempfindlich. Derartige Fehler können als Störsignale angesehen werden. Es gibt immer zwei Interferometerpaare, in denen diese Signale nahezu gleiche, jedoch entgegengesetzte Fehler veranlassen (siehe Fig. 7, 12 und 13). Durch das benutzte Verfahren zur Lösung von Zweideutigkeit gleichen diese Fehler sich aus.

Hierzu '»Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur interferometrischen Bestimmung der Einfallsrichtung einer ebenen Welle aus Messungen der Phasenunterschiede der von benachbarten Antennenpaaren aus einer Gruppe in gleichen Abständen auf dem Umfang eines Kreises angeordneter Einzelantennen empfangenen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß der sich als sinusförmige Kurve ergebende Verlauf der Phasenunterschiede der aufeinanderfolgenden Antennenpaare dahingehend ausgewertet wird, daß mindestens ein Nulldurchgang der sinusförmigen Kurve bestimmt wird und daraus eine Stelle auf dem Kreis r> hergeleitet wird, die die Einfallsrichtung der ebenen Welle gegen eine Bezugsrichtung angibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die digital dargestellten Phasenunterschiede zur Bestimmung eines mittleren Phasen- >o Unterschiedes summiert werden und daß dieser mittlere Phasenunterschied von jedem digitalen Phasenunterschied für die Lieferung mehrerer korrigierter Phasenunterschiede abgezogen wird, deren aufeinanderfolgende Größen eine Sinuskurve >·> mit einem mittleren Wert gleich Null bestimmen.

3. Radiointerferometer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit mehreren nahezu richtungsunempfindlichen Einzelantennen, die in gleichen Abständen voneinander auf dem Umfang eines Kreises liegen, und mit einer Reihe von Phasendiskriminatoren, die mit je einem Einzelantennenpaar derart gekoppelt sind, daß sie eine Anzahl von Interferometerpaaren bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendiskrimina- r> toren eine erste Folge von Digitalzahlcn erzeugen, die die Ordinaten einer ersten sinusförmigen Kurve darstellen, daß eine Phasenkorrekturschaltung aus der ersten Folge von Digitalzahlen eine zweite Folge von Digitalzahlen erzeugt, di.e die Ordinaten einer zweiten sinusförmigen Kurve mit einem mittleren Wert gleich Null darstellen, und daß eine logische Schaltung mindestens einen Nulldurchgang der zweiten Kurve bestimmt.

4. Radiointerferometer nach Anspruch 3 für eine <r> Welle mit einer Wellenlänge λ, dadurch gekennzeichnet, daß eine nahezu richtungsunempfindliche Einzelantenne in der Mitte des Kreises vorgesehen ist und diese zentrale Einzelantenne und eine jede der auf dem Umfang liegenden Einzelantennen eine w Anzahl von Interferometerpaaren bilden, wobei der Winkel, den zwei benachbarte Einzelantennen bezogen auf die Kreismitte miteinander bilden, nicht größer als λ/Λ mit R gleich Kreisradius ist.

5. Radiointerferometer nach Anspruch 3, dadurch γ, gekennzeichnet, daß die Interferometerpaare durch je eine bestimmte Einzelantenne und die diametral gegenüberliegende Einzelantenne gebildet werden, wobei der spitze Winkel, den zwei benachbarte Einzelantennen bezogen auf die Kreismitie mitein- mi ander bilden, nicht größer als X/2R mit R gleich Kreisradius ist.