DE3149957A1

DE3149957A1 - Direction-finding arrangement

Info

Publication number: DE3149957A1
Application number: DE19813149957
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 7900 Ulm Bodemann; Ralf Dipl.-Ing. 7901 Dornstadt Esprester; Herbert Dipl.-Ing. Reisinger (FH), 8900 Augsburg; Manfred 7900 Ulm Uhlmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1981-12-17
Publication date: 1983-06-30
Also published as: DE3149957C2

Abstract

From the antenna voltages of two receiving antennas of an interferometer direction-finding arrangement, a sum voltage and a difference voltage are obtained by means of a sum-difference section and the difference voltage is phase-shifted by 90 DEG . The two voltages are then modulated in two modulators at the rate of a low-frequency oscillation with 90 DEG phase difference. The two modulated voltages, together with the antenna voltage of a reference antenna, are combined to form a radio-frequency oscillation amplitude-modulated with reference frequency. The fundamental wave of the envelope is filtered out of this radio-frequency oscillation. The phase difference between the fundamental wave and the reference oscillation provides the direction-finding angle.

Description

PeilanordnungBearing arrangement

Die Erfindung betrifft eine Peilanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a direction finding arrangement in the preamble of claim 1 specified Art.

Bei Peilanordnungen nach dem Interferometerprinzip wird die beim Empfang einer Welle mit zwei räumlich getrennten Empfangsantennen auftretende Phasendifferenz zwischen den beiden Antennenspannungen ausgewertet. Diese Phasendifferenz läßt sich mit Hilfe der bekannten Parameter Abstand der beiden Antennen und Wellenlänge der empfangenen Strahlung umrechnen in einen Einfallswinkel, bezogen z. B. auf die Richtung der Antennenbasis. Neben der Methode der Ermittlung einer relativen Phasenlage zwischen den hochfrequenten oder zwischenfrequenten Antennenspannung ist es auch bekannt, die Phasen information der beiden Interferometer-Antennenspannungen in eine Amplitudeninformation umzuwandeln. Hierzu werden in einem Summen-Differenz-Glied aus den Antennen spannungen eine Summen spannung und eine Differenzspannung gewonnen. Nach Phasendrehung einer dieser beiden Spannungen stehen zwei gleichphasige hochfrequente Spannungen zur Verfügung, aus deren Amplitudenve-rhältnis der Einfallswinkel ermittelt werden kann.With direction finding arrangements based on the interferometer principle, the phase difference occurring in a wave with two spatially separated receiving antennas evaluated between the two antenna voltages. This phase difference can with the help of the known parameters distance of the two antennas and wavelength of the Convert received radiation into an angle of incidence, related z. B. on the direction the antenna base. In addition to the method of determining a relative phase position between The high-frequency or intermediate-frequency antenna voltage, it is also known the phase information of the two interferometer antenna voltages into amplitude information to convert. For this purpose, voltages are generated from the antennae in a sum-difference element a total voltage and a Differential voltage gained. After phase rotation One of these two voltages has two in-phase high-frequency voltages are available, from whose amplitude ratio the angle of incidence can be determined can.

Nachteilig an der bekannten Anordnung ist, daß für die Summen- und Differenzspannung jeweils ein getrennter Empfangskanal vorgesehen werden muß, die beide auf exakten Verstärkungsgleichlauf eingestellt werden müssen. Bereits geringe Unterschiede in den Verstärkungsgraden können beträchtliche Peilfehler bewirken.The disadvantage of the known arrangement is that for the sum and Differential voltage must be provided in each case a separate receiving channel, the both must be set for exact gain synchronization. Already minor Differences in gain levels can cause significant bearing errors.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Peilanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art den insbesondere durch die getrennten Empfangskanäle benötigten Aufwand zu vermindern.The object of the present invention is, in a bearing arrangement the type specified in the preamble of claim 1 by the particular to reduce the effort required for the separate reception channels.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The inventive solution to this problem is in claim 1 described. The subclaims contain advantageous configurations and developments the invention.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist nur noch ein Empfangskanal erforderlich zur Verstärkung des amplitudenmodulierten Hochfrequenzsignals am Ausgang des Summierglieds. Störungen durch Gleichlauffehler der Kanäle sind daher nicht mehr gegeben. Zudem wird die Peilwinkelbestimmung durch Ermittlung einer relativen Phase im Niederfrequenzbereich vereinfacht.In the arrangement according to the invention, there is only one receiving channel required to amplify the amplitude-modulated high-frequency signal at the output of the summing element. There are therefore no disturbances due to synchronism errors in the channels given more. In addition, the bearing angle is determined by determining a relative Phase simplified in the low frequency range.

Eine Anordnung mit zwei Modulatoren, welche zwei hochfrequente Peilspannungen im Takt einer Niederfrequenz Bezugsschwingung modulieren und mit einem Summierglied, in welchem die modulierten Spannungen zu der Antennenspannung eine Hilfsantenne addiert werden, ist auch bereits bekannt aus der DE-AS 24 27 212. Die hochfrequenten Peilspannungen sind dabei die Antennenspannungen eines gekreuzten Richtantennensystems, beispielsweise eines Kreuzrahmenpeilers mit der am gleichen Ort befindlichen Hilfsantenne,und durch die Modulation und Überlagerung wird die Rotation eines Goniometers simuliert. Bei dieser bekannten Anordnung ist keine Zusammenfassung der hochfrequenten Spannungen in einem Summe-Differenz-Glied vorgesehen. Die Peilspannungen haben keine Phasendifferenz, da auch die gekreuzten Richtantennen nicht räumlich entfernt aufgestellt sind. Dadurch bietet diese bekannte Anordnung auch nicht die durch eine große Basis bei Interferometer-Peilanlagen mögliche hohe Peilgenauigkeit.An arrangement with two modulators, which have two high-frequency DF voltages modulate reference oscillation in time with a low frequency and with a summing element, in which the modulated voltages add to the antenna voltage an auxiliary antenna are added is already known from DE-AS 24 27 212. The high-frequency Bearing voltages are the antenna voltages of a crossed Directional antenna system, for example a cross frame direction finder with the same Local auxiliary antenna, and through the modulation and superposition, the Simulated rotation of a goniometer. There is no summary in this known arrangement the high-frequency voltages are provided in a sum-difference element. The bearing voltages have no phase difference, since the crossed directional antennas are also not spatially are placed at a distance. As a result, this known arrangement does not offer the high DF accuracy possible thanks to a large base in interferometer DF systems.

Die Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend erläutert und veranschaulicht.The invention is described below with reference to the figures explained and illustrated in detail.

Von den Abbildungen zeigt FIG. 1 eine Prinzipanordnung des erfindungsgemäßen einkanaligen Interferometers, FIG. 2 eine gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehene Kreisgruppenantenne und FIG. 3 einen Ausschnitt aus einer derartigen Kreisgruppenantenne, deren einzelne Antennenelemente Richtantennen sind.Of the figures, FIG. 1 shows a basic arrangement of the invention single-channel interferometer, FIG. 2 according to an advantageous further development provided circular group antenna and FIG. 3 shows a section of one of these Circular group antenna, the individual antenna elements of which are directional antennas.

Die unter einem Winkel a gegen eine vorgegebene Bezugsrichtung Z einfallende Welle induziert in den Antennen Al, A2, A3 der erfindungsgemäßen Anordnung drei Antennenspannungen, deren gegenseitige Phasenlage von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung, der räumlichen Anordnung der Antennen und dem Einfallswinkel a abhängt. Da zwei dieser Größen, nämlich räumliche Anordnung und Wellenlänge bekannt sind, kann der Einfallswinkel a durch Bestimmung der Phasenlage ermittelt werden.The incident at an angle a against a predetermined reference direction Z. Wave induced in the antennas A1, A2, A3 of the arrangement according to the invention three Antenna voltages whose mutual phase position depends on the wavelength of the incident Radiation, the spatial arrangement of the antennas and the angle of incidence a depends. Since two of these quantities, namely spatial arrangement and wavelength, are known, the angle of incidence a can be determined by determining the phase position.

Die Antennen A1 und A3 sind an ein Summe und Differenz bildendes Glied 4 angeschlossen. An den Ausgängen dieses Gliedes 4 kann zum einen die Summe der beiden Antennenspannungen als Summenspannung S und die Differenz als Differenzspannung D abgenommen werden. Die Differenzspannung wird in einem Phasenschieber 5 um 900 in der Phase verschoben. Den Modulatoren ist eine in einem Generator 8 erzeugte niederfrequente Bezugsschwingung von beispielsweise 130 Hz zugeführt, wobei dem einen Modulator die Schwingung direkt und dem anderen nach 90" Phasenverschiebung durch den Phasenschieber 9 zugeführt wird. Die Modulatoren modulieren die Summen- und Differenzspannungen S und D im Takte dieser niederfrequenten Bezugsschwingung mit 90" Phasenunterschied. Die Modulatoren arbeiten z. B.The antennas A1 and A3 are a sum and difference forming member 4 connected. At the outputs of this element 4, on the one hand, the sum of the two antenna voltages as the sum voltage S and the difference as the difference voltage D can be removed. The differential voltage becomes 900 in a phase shifter 5 postponed in phase. The modulators are generated in a generator 8 low-frequency reference oscillation of, for example, 130 Hz supplied, with the one modulator the oscillation directly and the other after 90 "phase shift is fed through the phase shifter 9. The modulators modulate the sum and differential voltages S and D in time with this low-frequency reference oscillation with 90 "phase difference. The modulators work, for example

nach der Art von als Ringmodulatoren ausgeführten Polwendern.on the type of pole reversers designed as ring modulators.

Die derart modulierten Summen- und Differenzspannungen S' und D' sowie die in ihrer hochfrequenten Phase an diese beiden Spannungen angeglichene Antennenspannung R' der Referenzantenne A2 werden in einem Summierglied zusammengefaßt. Am Ausgang dieses Summiergliedes erscheint eine im Takt der niederfrequenten 130 Hz Schwingung in der Amplitude (und im allgemeinsten Fall auch in der Phase) modulierte Hochfrequenzschwingung. Die Phasenangleichung der Referenz-Antennenspannung an die Summen- und Differenzspannungen S' und D' erfolgt über ein Phasenstellglied 11, das bevorzugterweise als eine einfache Verzögerungsleitung ausgeführt ist. Mit diesem Verzögerungsglied kann auch die sogenannte "Kalibrierfunktion" beeinflußt werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht im Zuge der Referenz-Antennenspannung einen Verstärker 10 vor. Mit diesem kann der Amplitudenmodulationsgrad der amplitudenmodulierten Hochfrequenzschwingung A am Ausgang des Summierglieds beeinflußt werden. Das amplitudenmodulierte Signal A wird vor der weiteren Auswertung in bekannter Weise in einem Einkanal-Überlagerungsempfänger selektiv verstärkt. In einem Amplitudengleichrichter (Einhül lenden-Detektor) wird das Signal gleichgerichtet und die 130 Hz Grundwelle der Einhüllenden durch einen Bandpass ausgefiltert. Eine Phasenvergleichsschaltung ermittelt die Phasendifferenz zwischen der 130 Hz Bezugsschwingung des Generators 8 und der am Ausgang des 130 Hz Bandpasses anliegenden Grundwelle der Einhüllenden des Signals A. In einer Zuordnungseinrichtung 14 wird der derart bestimmten Phasendifferenz ein Peilwinkel a zugeordnet. Der Zusammenhang ergibt sich aus der sogenannten Kalibrierfunktion (a). Die Zuordnung berücksichtigt die Wellenlänge X der einfallenden Strahlung und den Abstand d der Interferometerantennen A1 und A3. Im allgemeinen ist noch die Berücksichtigung eines Korrekturfaktors erforderlich, was ebenfalls in dieser Zuordnungseinrichtung enthalten sei.The sum and difference voltages S 'and D' as well as modulated in this way the antenna voltage matched to these two voltages in its high-frequency phase R 'of the reference antenna A2 are combined in a summing element. At the exit this summing element appears in the cycle of the low-frequency 130 Hz oscillation High-frequency oscillation modulated in amplitude (and in the most general case also in phase). The phase adjustment of the reference antenna voltage to the sum and difference voltages S 'and D' takes place via a phase control element 11, which is preferably a simple one Delay line is executed. With this delay element, the so-called "Calibration function" can be influenced. An advantageous embodiment is in In the course of the reference antenna voltage, an amplifier 10 is provided. With this the Degree of amplitude modulation of the amplitude-modulated high-frequency oscillation A am Output of the summing element can be influenced. The amplitude modulated signal A becomes before further evaluation in a known manner in a single-channel heterodyne receiver selectively reinforced. In an amplitude rectifier (Einhül lenden detector) is the signal is rectified and the 130 Hz fundamental wave of the envelope by a Bandpass filtered out. A phase comparison circuit determines the phase difference between the 130 Hz reference oscillation of the generator 8 and that at the output of the 130 Hz band pass applied fundamental wave of the envelope of the signal A. In an allocation device 14, the phase difference determined in this way is assigned a bearing angle α. The relationship results from the so-called calibration function (a). The assignment is taken into account the wavelength X of the incident radiation and the distance d between the interferometer antennas A1 and A3. In general, a correction factor must also be taken into account, which is also contained in this allocation device.

Es ist bekannt, daß Interferometer mehrdeutig in a sein können, wenn der Abstand der beiden Antennen größer wird als h/2. Für den Fall solcher Mehrdeutigkeiten ist der Sektor, innerhalb welcher eindeutig gepeilt werden kann, durch andere Maßnahmen festzulegen. Dies kann z. B. bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mit einer Kreisgruppen-Antennenanordnung, wie sie in FIG. 2 dargestellt ist, erfolgen. Die auf einem Kreis angeordneten Antennen der Gruppe Al, A2 ... A12 können beispielsweise in der Art eines Umlaufpeilers nacheinander über einen Antennenschalter 15 an die Empfangseinrichtungen angeschlossen werden. Daraus kann grob die Einfallsrichtung der zu peilenden Wellen bestimmt werden und nach Maßgabe dieser Grobpeilung werden drei Antennen zur Interferometerpeilung ausgewählt.It is known that interferometers can be ambiguous in a if the distance between the two antennas is greater than h / 2. In case of such ambiguities is the sector within which clear bearings can be taken through other measures to be determined. This can e.g. B. in a particularly advantageous development of the Invention with a circular group antenna arrangement as shown in FIG. 2 shown is done. The antennas of group A1, A2 ... A12 arranged in a circle can, for example, in the manner of an orbiting direction finder one after the other via an antenna switch 15 can be connected to the receiving devices. From this the direction of incidence can be roughly determined of the waves to be bearing can be determined and are based on this rough bearing three antennas selected for interferometer bearing.

FIG. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Anordnung der Art nach FIG. 2, wobei die Einzelantennen der Kreisgruppe als Richtantennen ausgeführt sind. Der Winkelversatz zwischen den Antennen A1 und A3 sowie deren Richtdiagramme sind dabei so aufeinander abzustimmen, daß sich die beiden Richtdiagramme in dem gesamten den drei Antennen zugeordneten Peilsektor noch überlappen, so daß für jede aus diesem Peilsektor einfallende Welle eine ausreichende Antennenempfindlichkeit gegeben ist. Bei dem gezeigten Beispiel mit zwölf regelmäßig auf einen Kreis verteilten Antennen ist z. B. zweckmäßig die Wahl eines Peilsektors von + 30° bezüglich der Hauptstrahlrichtung der Referenzantenne A2. Die drei nach Maßgabe der Grobpeilung ausgewählten Antennen der Kreisgruppe werden dann in der vorstehend ausführlich beschriebenen Art, wie sie auch in der FIG. 3 noch angedeutet ist, zu der Interferometer-Peilanordnung zusammengeschaltet. Diese Antennenauswahl erfolgt vorteilhafterweise automatisch.FIG. 3 shows a section from an arrangement of the type according to FIG. 2, whereby the individual antennas of the circle group are designed as directional antennas. Of the Angular offset between antennas A1 and A3 and their directional diagrams are included to be coordinated in such a way that the two directional diagrams are in the entire den three antennas assigned bearing sector still overlap, so that for each from this Bearing sector incident wave is given sufficient antenna sensitivity. In the example shown with twelve antennas regularly distributed in a circle is z. B. expediently the choice of a bearing sector of + 30 ° with respect to the main beam direction the reference antenna A2. The three antennas selected according to the rough bearing the circle group are then in the manner described in detail above, such as they also in FIG. 3 is still indicated, to the interferometer bearing arrangement interconnected. This antenna selection is advantageously carried out automatically.

Claims

Claims X direction finding arrangement based on the interferometer principle which two spatially separated receiving antennas (A1, A3) to a sum and difference the antenna voltage forming element (4) are connected and from the sum voltage (S) and the differential voltage (D) after phase shifting one of these voltages at 90 "(5) the information about the angle of incidence is obtained by two modulators (6, 7), which the sum voltage (S) and the difference voltage (D) in time with the low-frequency reference oscillation of an LF generator (8) with 90 " Modulate the phase difference (9), using a reference antenna (A2), whose antenna voltage (R) by means of a phase control element (11) in the phase to the modulated sum and differential voltages are adjusted, by a summing element (12), which is the sum voltage (S '), the difference voltage (D') and the voltage of the reference antenna (R ') to an amplitude-modulated with the low-frequency oscillation High frequency signal (A) summarized by means (13) for determining the relative Phase position between the low frequency fundamental wave of the amplitude modulation and the low-frequency reference oscillation and by means (14) for assigning a Bearing angle to the phase position determined in this way.

2. DF arrangement according to claim 1, characterized in that in the course the antenna voltage (R) of the reference antenna (A2) an amplifier (10) is arranged is.

3. DF arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the phase control element (11) is a delay line.

4. DF arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the means (13) for determining the phase position an envelope detector, a Have bandpass and a phase comparator.

5. DF arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the assignment function of certain phases position (0) and bearing angle (a! in is stored in an electronic memory.

6. DF arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the antennas are directional antennas with overlapping directional diagrams.

7. DF arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the antennas are individual antennas of an antenna circle group, which are used for direction finding is provided according to a principle other than the interferometric principle.

8. DF arrangement according to claim 7, characterized in that the Selection of three antennas for interferometric bearing from the circle group after According to the roughly determined by the bearing with the entire antenna circle group Azimuth sector from which the wave to be tracked is incident occurs automatically.