DE68926021T2

DE68926021T2 - Gerät zur Hochfrequenz-Richtungsbestimmung

Info

Publication number: DE68926021T2
Application number: DE1989626021
Authority: DE
Inventors: Carlton J Thorpe
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1989-10-25
Publication date: 1996-08-22
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: EP0367487A2; JPH02170075A; DE68926021D1; EP0367487B1; JP2634259B2; EP0367487A3

Description

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme zum Bestimmen der Richtung eintreffender elektromagnetischer HF-Energie, die sich von einer entfernten HF-Quelle aus durch den Raum ausbreitet und besonders auf ein System zur HF-Richtungsbestimmung, das einen einzelnen HF-Empfänger verwendet.

Hintergrund

Bekannte Systeme zur Bestimmung von Richtung oder Eintreffwinkel sind Meß- und Anzeigevorrichtungen, die sowohl in militärischen als auch in kommerziellen Betätigungen zum Ausmachen entfernter HF-Quellen Anwendung finden. Elektronische Geräte dieser Art überwachen das HF-Spektrum, das den Mikrowellen-Frequenzbereich enthält, hinsichtlich HF- Signalen und bestimmen die Richtung der Quelle dieses Signals: In militärischen Anwendungen können diese Signale von einem feindlichen Radarsender stammen und in kommerziellen Anwendungen können die HF-Signale von einer Richtungsmarkierung oder einem Bakensignalsender ausgehen. Einzelheiten über diese Anwendungen sind Fachleuten für den Stand der Technik bekannt und müssen in dieser Anmeldung nicht weiter ausgeführt werden. Jedes System erfordert eine genaue Messung der Phasendifferenz zwischen der Phase von Signalen, die an zwei oder mehreren Empfangsantennen empfangen werden, die physikalisch mit Abstand voneinander angeordnet sind. Sind zwei Wechselstromsignale mit Sinusform und derselben Frequenz gegeben, folgen die Amplituden der Signale dem mathematischen Ausdruck Al=KsinΩt, wobei K den absoluten Betrag der Signalamplitude, Ω die Frequenz und t die Zeit repräsentieren. Falls die Amplitude des zweiten Signals durch A2=Ksin(Ωwt+Θ) bestimmt wird, repräsentiert der Faktor Θ die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen. Wenn somit Θ gleich 0 ist, werden die beiden Signale als "in Phase" bezeichnet. Abhängig von der Ausbreitungsrichtung des eingehenden HF-Signals relativ zu den räumlichen Positionen der Antennen kommt das Signal an den beiden Antennen zeitlich leicht verschoben an. Folglich kann das bei einer Antenne empfangene Signal der elektrischen Phase nach relativ zur Phase desselben Signals, wie es an der zweiten Antenne im System erscheint, noch so leicht verschoben sein. Da das Signal von einer einzelnen Quelle ausgeht, verkörpert diese Phasendifferenz somit einen Winkel, unter dem sich das eingehende Signal zu der die Ausrüstung zur Richtungsbestimmung enthaltenden Empfangsstation bewegt hat. Bei militärischen Anwendungen wird diese Richtungsinformation zusammen mit von anderer elektronischer Ausrüstung, die nicht für die vorliegende Erfindung relevant ist, bereitgestellten anderen Arten von Information dazu verwendet, dem die Ausrüstung zur Richtungsbestimmung betreibenden Personal zu ermöglichen, den Ort der feindlichen Radarquelle zu bestimmen.
Typische Systeme zur Messung von Phasen bei Anwendungen zur Richtungsbestimmung enthalten zwei komplette HF-Empfänger, die phasenangepaßt und/oder kalibriert sind, um die nötigen Bezugs- und Winkelsignale bereitzustellen, die für genaue Phasenmessungen nötig sind. Die HF-Empfänger sind komplexe und teure elektronische Geräte. Sie müssen von Zeit zu Zeit durch erfahrene Techniker überprüft und kalibriert werden, um sicherzustellen, daß die Empfänger richtig "angepaßt" sind, so daß genaue Messungen erhalten werden. Eine derartige Verdopplung wesentlicher Systemelemente wie der HF- Empfänger ist teuer.
Ein Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist, die Kosten für die Herstellung und Wartung von Geräten zur HF-Richtungsbestimmung zu verringern. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, in Geräten zur HF-Richtungsbestimmung den Bedarf nach einem zweiten HF-Empfänger zu beseitigen. Es ist ein zusätzliches Ziel der Erfindung, ein Gerät zur Richtungsbestimmung bereitzustellen, das vorhandene Komponenten und Technologie verwendet und aufgrund der Beseitigung von komplexen Elementen, die für vorhandene Systeme zur Richtungsbestimmung typisch sind, eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist. Es ist noch ein weiteres Ziel, ein vereinfachtes Verfahren zum Bestimmen des Eintreffwinkels eines HF-Impulssignals bereitzustellen.
DE-B-1273014 beschreibt ein System zur Richtungsbestimmung, bei dem Signale von zwei Antennen mit einem Umschalter verbunden sind, der jede Antenne abwechselnd mit einem einzelnen Empfänger verbindet. Das Signal vom Empfänger wird mit einem Bezugssignal gemischt, verstärkt und in einen Phasendiskriminator geführt, der Spannungen erzeugt, welche die relativen Phasen der Signale von den beiden Antennen repräsentieren. Ein zweiter Umschalter, der im Takt mit dem ersten Umschalter arbeitet, leitet Signale über jeweilige Integratoren in einen Differenzverstärker, der eine Spannung erzeugt, welche die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen repräsentiert.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Gerät zur Bestimmung des Eintreffwinkels eines von einem entfernten Sender emittierten HF-Signals bereit, das folgendes umfaßt:
eine Empfangseinrichtung, die auf den Empfang des HF-Signals an zwei Orten mit Abstand voneinander reagiert, zum Bilden eines Signalgemisches, welches eine das an einem Ort empfangene HF-Signal verkörpernde Signalabtastung der Reihe nach abwechselnd mit einer das RF-Signal vom anderen Ort verkörpernden Signalabtastung enthält; und
eine Phasen-Angabeeinrichtung zum Bereitstellen einer Darstellung der elektrischen Phasendifferenz zwischen den an den Orten empfangenen Signalen; wodurch der Eintreffwinkel des HF-Signals erhalten wird;
gekennzeichnet durch eine Signalübertragungseinrichtung, die auf das Signalgemisch reagiert, zum Ausgeben des Signalgemisches an ersten und zweiten Ausgängen; wobei die Signalübertragungseinrichtung eine Verzögerungseinrichtung zum Verzögern der Signalgemischausgabe am ersten Ausgang enthält, um zu bewirken, daß eine am einen Ort empfangene und im Signalgemisch enthaltene Signalabtastung mit einer am anderen Ort empfangenen und im Signalgemisch enthaltenen Signalabtastung zeitlich überlappt, wobei die Phasen-Angabeeinrichtung auf die Ausgaben von der Signalübertragungseinrichtung reagiert.
Das Gerät kann wenigstens zwei physikalisch mit Abstand angeordnete Antennen zum Liefern des HF-Signals, einen HF- Tuner zum Aufnehmen von HF an einem Eingang und zum Umwandeln derartiger HF in eine Zwischenfrequenz und einen Phasendetektor einschließlich Anzeigegerät wie eine Oszillograph-CRT-Anzeige zum Bereitstellen einer Messung und/oder Anzeige der Phasendifferenz zwischen an den beiden Eingängen des Phasendetektors angelegten Signalen enthalten. Eine elektronische Umschalteinrichtung kann bereitgestellt werden, um automatisch abwechselnd periodisch die Ausgänge von den beiden Empfangsantennen an den Eingang des HF-Tuners zu schalten. Der Ausgang des Tuners kann wiederum an einen Leistungsteiler gekoppelt werden, dessen Ausgabe verzweigt wird, wobei ein Ausgang über einen ersten ZF-Verstärker an einen der beiden Eingänge des Phasendetektors gekoppelt wird und der zweite Ausgang über eine Schaltung, die in Reihe geschaltet eine Verzögerungsleitung und einen ZF-Verstärker enthält, an den zweiten Eingang des Phasendetektors gekoppelt wird.
Der Phasendetektor kann zu Kalibrierzwecken eine visuelle Darstellung des Signals im ersten Zweig oder Bezugssignals anzeigen. Wenn der Eingang des Empfängers zwischen den beiden Antennen mit einer Rate hinundhergeschaltet wird, die höher als die von der Verzögerungsschaltung im zweiten Zweig der Schaltung gelieferte Verzögerungsdauer ist, stammen die beiden zu einem Zeitpunkt gleichzeitig in den Phasendetektor eingegebenen Signale von den unterschiedlichen Antennen und überlappen somit zeitlich. Verursacht durch eine derartige Überlappung zwischen dem verzögerten ersten Signal von der zweiten Antenne und dem Bezugssignal von der ersten Antenne wird ein Ausgangspegel geliefert, der die Phasendifferenz der an den Empfangsantennen des Systems vorliegenden Signale repräsentiert. Folglich wird mit nur einem einzelnen Empfänger eine Messung der relativen Phasendifferenz erhalten, was die vorher beschriebenen vorteilhaften Ergebnisse mit sich bringt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß vorhandene Ausrüstung modifiziert werden kann, um die neue Schaltung durch Hinzufügen einer kleinen Anzahl von Bauelementen einzubauen, was den zweiten Empfänger derartiger Systeme, der theoretisch überflüssig wird, zur Reserve oder zum Ersatzteil macht.
Die Erfindung stellt auch das Verfahren zur Bestimmung des Eintreffwinkels eines sich im Raum ausbreitenden HF-Signals mit den folgenden Schritten bereit:
Abtasten des Signals, wie es an jeder von zwei mit Abstand angeordneten Orten empfangen wird, um einen seriellen Signalstrom bereitzustellen, der zeitlich verschoben abwechselnde Abtastungen des HF-Signals enthält;
gekennzeichnet durch:
Verzweigen des Stroms in zwei Kanäle, einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal;
Verzögern des Durchgangs des Stroms von HF-Signalen durch den ersten Kanal, um das Eintreffen der Signale um ein vorherbestimmtes Intervall zu verzögern; und
Vergleichen der Ausgaben der beiden Kanäle und Bestimmen der Phasendifferenz zwischen den Signalen aus den beiden Kanälen.
Die vorangehenden und zusätzlichen Ziele und Vorteile der Erfindung zusammen mit den Eigenschaften des Aufbaus, die im vorangehenden nur kurz zusammengefaßt wurden, werden Fachleuten für den Stand der Technik beim Lesen der in dieser Beschreibung folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform zusammen mit ihrer in den beigefügten Zeichnungen enthaltener Darstellung ersichtlich.
Die Zeichnungen:
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in Form eines Blockdiagramms;
Figur 2a bis 2e zeigen Signale, die Signale repräsentieren, die beim Betrieb der Ausführungsform von Figur 1 zu verschiedenen Zeitpunkten auftreten;
Figur 3a, 3b, 3c und 3d zeigen weiter den Zeitablauf und die Verarbeitung der verschiedenen Signale;
Figur 4 ist eine Darstellung von Signalen, die auf einer Anzeigevorrichtung in einer die Erfindung enthaltenden praktischen Ausführungsform auftreten; und
Fig. 5 zeigt ein System zur HF-Richtungsbestimmung nach dem Stand der Technik in Form eines Blockdiagramms.

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

In den Ausführungsformen von Figur 1 ist ein Paar Antennen 1 und 3, die räumlich an physikalisch voneinander entfernten Punkten, typischerweise in der Größenordnung von weniger als einer Wellenlänge bei der HF-Frequenz, angeordnet sind, mit den beiden jeweiligen Eingängen eines Umschalters verbunden, der in der Figur als Blockdiagramm dargestellt ist. Der Ausgang des Umschalters ist an den Eingang des HF- Tuners 7 gekoppelt, der geeigneterweise vom Typ Superheterodyn ist. Der Umschalter 5, der Antennenumschalter ist ein einpoliger Mehrfachumschalter und genauer ein elektronischer Umschalter, dessen Einzelheiten im folgenden ausführlicher beschrieben werden. Der Tuner 7 besitzt einen herkömmlichen Superheterodyn-Tuneraufbau und arbeitet in Verbindung mit einer bekannten Art von lokalem Oszillator oder Frequenzsynthesizer 9, um ein entsprechendes Signal bei einer niedrigeren Frequenz, der "ZF-" bzw. Zwischenfrequenz, zu erzeugen. Die Ausgabe des Synthesizers, bezeichnet als Zwischenfrequenzsignal des lokalen Oszillators oder einfach ZF OSC-Signal, wird wie gezeigt an den lokalen Oszillatoreingang des Tuners angelegt. Die ZF-Signalausgabe des Tuners wird mit einem Eingang eines Leistungsteilers 11 verbunden. Eine ZF-Verstärkerschaltung 13 ist zwischen den Ausgang des Leistungsteilers 11 und einen Eingang des Phasendetektors 15, die alle herkömmliche und bekannte Aufbauten aus elektronischen Bauteilen sind, geschaltet.
Ein zweiter Ausgang des Leistungsteilers 11 ist mit einer Verzögerungsleitung 17 und einen ZF-Verstärker 19 in Reihe geschaltet. Der Ausgang des letzteren Verstärkers ist an den zweiten Eingang des Phasendetektors 15 gekoppelt. Der Ausgang des Phasendetektors ist mit einer Anzeigeeinrichtung 21, wie beispielsweise einem Oszillograph oder Oszilloskop verbunden, einem herkömmlichen Instrument, das in elektronischen Geräten zur Messung der Phase angelegter Signale und in vielen anderen Anwendungen zum Betrachten von Signalen verwendet wird.
Der Antennenumschalter 5 ist ein herkömmlicher HF-Umschalter, der zum Koppeln von HF-Signalen ohne Erzeugung bedeutender Signalverluste geeignet ist. Er wird von herkömmlichen, als gestrichelte Linien 6 dargestellten Zeitablaufschaltungen gesteuert, die bewirken, daß der Umschalter abwechselnd periodisch mit den Antennen verbunden wird und von dem das System betreibenden Personal "angeschaltet" werden. Der Umschalter verbindet die erste Antenne für ein vorherbestimmtes Schließintervall mit dem Tuner, schaltet dann die Übertragungsschaltung auf die zweite Antenne, was zu einem inhärenten sehr kurzen Umschaltintervall führt, in dem keine von beiden Antennen verbunden ist, und verbindet dann während eines zweiten Schließintervalls, das geeigneterweise dieselbe Länge wie das Schließintervall hat, währenddessen die erste Antenne mit dem Tuner verbunden wurde, die zweite Antenne mit dem HF-Tuner. Danach verbindet der Umschalter wieder die erste Antenne mit dem HF-Tuner. Der Umschaltprozeß wiederholt sich periodisch unter der Steue rung der Zeitablaufschaltungen 6.
Im Betrieb fällt ein von einer nicht dargestellten entfernten Quelle ausgehendes HF-Signal auf beide Antennen, die Bezugsantenne 1 und die Antenne 3, die Vergleichs- oder "Winkelantenne", ein. Wie in Figur 2a und 2b grafisch dargestellt, sind die Signale von begrenzter Dauer oder ein Impuls mit einer Breite T1. Es wird angemerkt, daß die Dauer von Signalen wie in Figur 2a und 2b dargestellt, dieselbe ist. Sie beginnen und enden wirklich gleichzeitig. Wie Fachleute für den Stand der Technik erkennen, liegen die Signale tatsächlich an beiden Antennen vor, haben dieselbe durchschnittliche Amplitude und unterscheiden sich im wesentlichen nur durch ihre elektrische Phase. Falls die entfernte HF-Quelle zum Beispiel gleich weit von den beiden Antennen entfernt ist, dann kommen die HF-Signale, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, gleichzeitig bei den beiden Antennen an. Folglich besteht unter diesen Umständen keine Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen.
In anderen Fällen gibt es eine Phasendifferenz. Da die Antennen nur um einen kurzen physikalischen Abstand in der Größenordnung von Fuß und nicht Meilen oder Hunderten von Meilen und gewöhnlich weniger als eine Wellenlänge auseinander liegen, werden die Signale im Makrozustand tatsächlich gleichzeitig an den Antennen empfangen und unterscheiden sich nur durch die augenblickliche Amplitude des HF- Signals, das zu diesem Zeitpunkt vorliegt. Dieser Unterschied in der augenblicklichen Amplitude repräsentiert die elektrische Phase.
Der HF-Tuner 7 detektiert die Signale mit einem herkömmlichen Superheterodyn-Detektionsprozeß. Das ankommende Signal wird "überlagert" oder gemischt mit dem vom Frequenzsynthesizer 9 gelieferten Hochfrequenzsignal, um bei einer anderen Frequenz, die der Differenz zwischen den beiden Frequenzen entspricht, bezeichnet als Zwischenfrequenz oder ZF, ein entsprechendes Signal zu erzeugen. Obwohl eine derartige Superheterodyn- "Frequenzherunterwandlung" für die Erfindung theoretisch nicht kritisch ist, wird eine derartige Herunterwandlung im praktischen Sinne immer verwendet. Die erhaltenen niedrigeren Frequenzen sind leichter zu handhaben und die Bauteile sind weniger teuer, wie Fachleute für den Stand der Technik wissen und erkennen. Das abgeleitete ZF-Signal wird vom Ausgang des Tuners in den Eingang des Leistungsteilers 11 eingespeist, der dieses Signal zwischen den beiden Ausgangszweigen des Leistungs teilers aufteilt.
Der erste Teil des Signals wird von einem Zweig an den ZF- Verstärker 13 ausgegeben und von diesem Verstärker wird das verstärkte ZF-Signal an einen Eingang des Phasendetektors 15 angelegt. Der zweite Teil des vom zweiten Zweig des Leistungsteilers ausgegebenen Signals wird an die Verzögerungsleitung 17 angelegt, in der das Signal verzögert oder effektiv für ein Intervall gespeichert wird. Nach einem Verzögerungsintervall wird das Signal dann im ZF-Verstärker 19 verstärkt und an den zweiten Eingang des Phasendetektors angelegt. Die beiden ZF-Verstärker sind im wesentlichen identisch und liefern dieselbe Verstärkung für die angelegten Signale, so daß die Signale in jedem Pfad abgesehen von leichten Verlusten in der Verzögerungsschaltung im wesentlichen gleich gehalten werden.
Figur 2c zeigt die Amplitude der Signalausgabe des Umschalters 5. Der Ausgang liefert während eines vorherbestimmten "Schließintervalls" das Bezugssignal von der Antenne 1. Dann liefert der Ausgang nach einem kurzen Umschaltzeitintervall während eines bestimmten Schließintervalls, das geeigneterweise der Dauer nach identisch mit dem ersten Intervall ist, die Ausgabe der Antenne 3. Nach einem weiteren kurzen Umschaltintervall liefert der Antennenumschalter für ein weiteres Schließintervall wieder das Bezugssignal von der Antenne 1 an den Tuner. Dieser Prozeß wiederholt sich, wenn sich der Zeitmultiplexprozeß, der aus dem automatischen periodischen Umschalten des Antennenumschalters 5 resultiert, wiederholt.
Das Schließintervall ist typischerweise nicht größer als eine Hälfte der Dauer des Eingangsimpulses. In einem bestimmten Beispiel hat das gepulste HF-Signal eine Dauer von fünfhundert Nanosekunden, das erste Schließintervall eine Dauer von zweihundert Nanosekunden und das Umschaltintervall eine Dauer von zweihundert Nanosekunden.
Figur 2d zeigt die am Ausgang des ZF-Verstärkers 19 erscheinenden Signale. Diese Signale sind wie dargestellt verglichen mit oder bezogen auf die in Verbindung mit der vorhergehenden Figur 2c beschriebenen, am Ausgang des ZF Verstärkers 13 erscheinenden Signale, zeitlich verzögert. Die resultierende Ausgabe des Phasendetektors 15 ist in Figur 2e so dargestellt, wie sie auf einem Oszillographen oder Oszilloskop sichtbar ist. Die gelieferte Videoinformation repräsentiert die Systemkalibrierung, die Phasendiffe renz zwischen der zweiten Antenne, Antenne 3, und der Bezugsantenne, Antenne 1, die Phasendifferenz zwischen der Bezugsantenne und der zweiten Antenne und die Systemkalibrierung.
Figur 3a zeigt die Bezugs- und Phasensignale, wie sie an die Empfänger, das heißt den Tunereingang angelegt werden, wobei die schraffierten Linien die von der Antenne 1 gelieferte Eingabe angeben, die freien Teile die von der Antenne 3 gelieferte.
Wie in Figur 3b und 3c gezeigt, muß das von der Verzögerungsleitung 17 gelieferte Verzögerungsintervall so beschaffen sein, daß die "Phaseneingabe", dargestellt durch den freien Block, die Bezugseingabe, dargestellt durch die schraffierten Linien, in den Phasendetektor überlappt. Diese Zeitverzögerung beträgt eine Zeiteinheit. Diese Zeitverzögerung muß auch die halbe Umschaltzeit sein.
Die Verzögerungsleitung kann jeden geeigneten Aufbau haben, der eine richtige Verzögerung liefert und ist idealerweise im interessierenden Frequenzbereich, nämlich bei der Zwischenfrequenz, im wesentlichen frequenzunabhängig.
In einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wurde ein von der Firma TRW hergestellter Demonstrationsempfänger verwendet, der HF-Umschalter war von der Firma Konwave, die ZF-Verstärker waren vom Typ SL 2521 EXP, geliefert von der Firma Plessy, und der Phasendetektor war ein Modell PC 120 von der Firma Olektron. Das in Figur 4 gezeigte Oszilloskopbild bietet eine grafische Darstellung der in der beschriebenen praktischen Ausführungsform erhaltenen Ergebnisse. Es zeigt zwei Wellenformen, die erste, a, stellt den Sinus der Winkel dar und die zweite, b, stellt den Kosinus dieser Winkel dar. Der Phasendetektor wandelt die Phasendifferenz zwischen den an den Eingängen des Phasendetektors vorliegenden Signalen in Sinus- und Kosinus-Ausgangssignale, die häufig als "I & Q"-Signale bezeichnet werden. Die Ausgaben sind sinusartige Spannungen und folgen einem Sinus/Kosinusverhältnis auf der Grundlage der Phasendifferenz des Eingangssignals.
Um eine zu einer einzelnen Eingabe gehörende Zweideutigkeit aufzulösen, sind sowohl das Sinus- als auch das Kosinus- Ausgangssignal erforderlich; d.h. der Sinus von 45 Grad und der von 135 Grad haben denselben Wert. Der Kosinus von 45 Grad und der von 135 Grad sind jedoch nicht gleich und das Kosinussignal kann deshalb dazu verwendet werden, die vom Sinus-Ausgangssignal gelieferte Zweideutigkeit des Winkelwerts aufzulösen. Wie in dieser Figur dargestellt, sind die Wellenformen nicht ganz vollkommen, sondern enthalten einen Anteil an "Schwingungen", der aus dem Umschalten in der Schaltung und den natürlichen Resonanzen der elektrischen Schaltung resultiert.
In Figur 5 ist ein System nach dem Stand der Technik in Form eines Blockdiagramms dargestellt. Das System nach dem Stand der Technik enthält dieselben zwei Antennen 1' und 3', ein Paar von Tunern 7' und 17', einen Frequenzsynthesizer 9', der mit jedem der Tuner gekoppelt ist, einen ersten ZF-Verstärker 17' , dessen Eingang mit dem Tuner 7' verbunden ist und dessen Ausgang mit einem Eingang eines Phasendetektors 15' verbunden ist. Ein zweiter ZF-Verstärker 13' besitzt einen mit dem Ausgang des zweiten Tuners 8' verbundenen Eingang und einen mit dem zweiten Eingang des Phasendetektors 15' verbundenen Ausgang. Der Ausgang des Phasendetektors 15' ist wie bei dem im früher beschriebenen besonderen Beispiel verwendeten Aufbau mit einer Anzeigevor richtung wie beispielsweise einem Oszilloskop 21' verbunden.
In einem tatsächlichen System und als alternative Ausführungsform der Erfindung wird die bei dem früher beschriebenen grundlegenden Demonstrationssystem verwendete Anzeigevorrichtung durch eine automatisierte Meßvorrichtung ersetzt, geeigneterweise ein analog zu digital, A-D-Wandler mit herkömmlichem Aufbau, der nicht dargestellt ist. Der analog zu digital Wandler wandelt die Spannungsausgaben vom Phasendetektor in die Form digitaler Information, digitalisierter Phasenwinkelinformation. Die digitalisierte Phasenwinkelinformation wird wiederum mit herkömmlichen digitalen Verfahren verarbeitet und für jede Anwendung verwendet, die eine Kenntnis des Richtungswinkels zwischen einem Empfangssystem oder einer Empfangsstation und einer Radiosignalquelle erfordert.
Das "umschaltende" Phasenmeßsystem nützt eine Verzögerungsleitung, die sich in der Zwischenfrequenzschaltung des Empfängers befindet, um eine Abtastung des Bezugssignals von der ersten oder Bezugsantenne während der Zeit zu speichern, wenn der HF-Empfänger auf das von der zweiten Antenne ausgegebene Signal umgeschaltet wird. Das gespeicherte Bezugssignal wird dann in Phase mit dem nicht verzögerten Signal verglichen. Wie offensichtlich ist, erfordert das System nur ein Minimum an Kalibrierung und/oder Phasenanpassung der Systembestandteile. Dies ist so, da im wesentlichen alle zwischen dem Antenneneingangsumschalter und dem Phasendetektor befindlichen Schaltungselemente beiden Signaischaltungen, dem Bezugssignal und dem Winkelsignal gemeinsam sind, und folglich Änderungen der elektrischen Eigenschaften der Schaltungen die relative Phase der beiden Signale nicht unterschiedlich beeinflussen können. Beide Signale werden durch jede Änderung eines Bestandteils der Schaltung im selben Maß verändert, während die Differenz, die der wichtige Gesichtspunkt ist, konstant bleibt.
Es gibt eine Ausnahme: die beiden ZF-Verstärker sind beiden Schaltungen nicht gemeinsam und diese Verstärker könnten sich, obwohl von gleichem Aufbau, in ihren elektrischen Eigenschaften unterscheiden, wie sie sich mit den Umgebungsbedingungen wie der Temperatur ändern könnten.
Der Unterschied zwischen den beiden ZF-Verstärkern erscheint als der Kalibrierungsphasenfehler "CAL" in Figur 2e. Der Phasenwinkel CAL wird mathematisch vom gemessenen Winkel abgezogen, um die wahre Differenz des Phasenwinkels zwischen den beiden Eingangssignalen zu bestimmen. Das System wird im wesentlichen von Messung zu Messung kalibriert. Beim beschriebenen Demonstrationssystem erfolgt die Kalibrierung während der 500 Nanosekunden dauernden Meßperiode zweimal.
Es wird angenommen, daß die vorangehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausführlich genug ist, um einen Fachmann für den Stand der Technik zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden. Es versteht sich jedoch ausdrücklich, daß die Einzelheiten der Elemente, die zum vorhergehenden Zweck der Ermöglichung dargestellt werden, nicht dazu gedacht ist, den Bereich der Erfindung zu beschränken, soweit Äquivalente zu diesen Elementen und andere Modifikationen an diesen, die alle in den Bereich der Erfindung reichen, Fachleuten für den Stand der Technik beim Lesen dieser Beschreibung ersichtlich werden. Die Erfindung ist somit im ganzen Bereich der beigefügten Patentansprüche weit auszulegen.

Claims

1. Ein Gerät zum Bestimmen des Eintreffwinkels eines von einem entfernten Sender emittierten HF-Signals, das folgendes umfaßt:

eine Empfangseinrichtung (5, 7), die auf den Empfang des HF-Signals an zwei Orten im Abstand voneinander reagiert, zum Bilden eines Signalgemisches, welches eine das an einem Ort empfangene HF-Signal verkörpernde Signalabtastung der Reihe nach abwechselnd mit einer das HF-Signal vom anderen Ort verkörpernden Signalabtastung enthält; und

eine Phasen-Angabeeinrichtung (15) zum Bereitstellen einer Darstellung der elektrischen Phasendifferenz zwischen den an den Orten empfangenen Signalen; wodurch der Eintreffwinkel des HF-Signals erhalten wird;

gekennzeichnet durch eine Signalübertragungseinrichtung (11, 13, 17, 19), die auf das Signalgemisch reagiert, zum Ausgeben des Signalgemisches an ersten und zweiten Ausgängen; wobei die Signalübertragungseinrichtung eine Verzögerungseinrichtung (17) zum Verzögern der Signalgemischausgabe am ersten Ausgang enthält, um zu bewirken, daß eine am einen Ort empfangene und im Signalgemisch enthaltene Signalabtastung mit einer am anderen Ort empfangenen und im

Signalgemisch enthaltenen Signalabtastung zeitlich überlappt, wobei die Phasen-Angabeeinrichtung auf die Ausgaben von der Signalübertragungseinrichtung reagiert.

2. Gerät wie in Anspruch 1, bei dem die Phasen-Angabeeinrichtung weiter folgendes umfaßt: eine Phasendetektoreinrichtung (15), wobei die Phasendetektoreinrichtung an die Ausgaben der ersten und zweiten Signalübertragungskanäle gekoppelt ist und zwei Ausgaben liefert; und eine an die Phasendetektoreinrichtung (15) gekoppelte Oszilloskopeinrichtung (21) zum Anzeigen der von der Phasendetektoreinrichtung ausgegebenen relativen elektrischen Phasenangaben.

3. Gerät wie in Anspruch 1 oder 2, das weiter wenigstens zwei in physikalischem Abstand voneinander angeordnete Antennen (1, 3) zum Empfangen eines sich ausbreitenden HF- Impulssignals umfaßt, womit der Eintreffwinkel durch den Unterschied in der elektrischen Phase des an den unterschiedlichen Antennen empfangenen HF-Signals verkörpert wird, wobei die Empfangseinrichtung eine Umschalteinrichtung (5) zum periodischen abwechselnden Koppeln der Empfangseinrichtung an jede der Antennen, um das Signalgemisch zu definieren, und zum Anlegen des Signalgemisches an jeden von ersten und zweiten Signalübertragungskanäle der Signalübertragungseinrichtung enthält, wobei der erste Übertragungskanal die Verzögerungseinrichtung (17) zum Verzögern eines eingegebenen Signals um eine vorherbestimmtes Inter vall enthält; wodurch das vom zweiten Signalübertragungskanal ausgegebene Signal gegenüber demselben vom ersten Signalübertragungskanal ausgegebenen Signal zeitlich verschoben wird.

4. Gerät wie in Anspruch 3, bei dem die Umschalteinrichtung (5) so angeordnet ist, daß sie die Empfangseinrichtung (5, 7) während eines vorherbestimmten Schließintervalls an die Antennen (1, 3) koppelt, und bei dem die Umschalteinrichtung (5) ein Übergangsintervall zwischen den Schließintervallen besitzt, in dem die Umschalteinrichtung keine von beiden Antennen koppelt, wobei das Übergangsintervall wesentlich kleiner als die Schließintervalle ist.

5. Gerät wie in Anspruch 3 oder 4, bei dem die Umschalteinrichtung (5) so angeordnet ist, daß sie die Empfangseinrichtung (5, 7) während eines vorherbestimmten Schließwinkels an die Antennen (1, 3) koppelt, und das vorherbestimmte Verzögerungsintervall der Verzögerungseinrichtung gleich der Summe aus dem Schließintervall der Umschalteinrichtung (5) und einer Hälfte der Umschaltzeit der Umschalteinrichtung ist.

6. Gerät wie in Anspruch 4 oder 5, bei dem das HF-Impulssignal innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs von Impulsdauern liegt; worin das Schließintervall nicht größer als die Impulsdauer ist; und worin das von der Verzögerungseinrichtung (17) bereitgestellte vorherbestimmte Intervall gleich der Summe aus einer Hälfte der Dauer des HF- Impulses und der Übergangs-Umschaltzeit der Umschalteinrichtung (5) ist.

7. Gerät wie in jedem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem der erste Übertragungskanal eine ZF-Verstärkereinrichtung (19) enthält; und bei dem der zweite Übertragungskanal eine ZF- Verstärkereinrichtung (13) enthält.

8. Gerät wie in jedem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem die Umschalteinrichtung (5) eine HF-Umschalteinrichtung mit zwei Eingängen und einem Ausgang umfaßt; wobei die Empfangseinrichtung weiter eine HF-Tunereinrichtung (7) zum Ableiten eines ZF-Signals aus den eingegebenen HF-Signalen umfaßt; wobei der Ausgang der Umschalteinrichtung (5) zum Einspeisen von HF-Signalen in die HF-Tunereinrichtung (7) an diese gekoppelt ist; und die Signalübertragungseinrichtung eine Leistungsteilereinrichtung (11) mit einem Eingang und zwei Ausgängen zum Aufteilen von an einen Eingang angelegten Signalen auf die beiden Ausgänge enthält; wobei der Eingang der Leistungsteilereinrichtung an die HF-Tunereinrichtung gekoppelt ist und die beiden Ausgänge der Leistungsteilereinrichtung jeweils an erste (17, 19) und zweite (13) Signalübertragungskanäle gekoppelt sind.

9. Gerät wie in jedem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem der zweite Übertragungskanal (13) abgesehen von der Verzögerungseinrichtung in jeder Hinsicht im wesentlichen identisch mit dem ersten Übertragungskanal (17, 19) ist.

10. Ein Verfahren zur Bestimmung des Eintreffwinkels eines sich im Raum ausbreitenden HF-Signals, mit den Schritten:

Abtasten des Signals, wie es an jedem von zwei Orten mit Abstand voneinander empfangen wird, um einen seriellen Strom von Signalen bereitzustellen, der zeitlich verschoben abwechselnde Abtastungen des HF-Signals enthält;

gekennzeichnet durch:

Verzweigen des Stroms in zwei Kanäle, einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal;

Verzögern des Durchgangs des Stroms von HF-Signalen durch den ersten Kanal, um das Eintreffen der Signale um ein vorherbestimmtes Intervall zu verzögern; und

Vergleichen der Ausgaben der beiden Kanäle und Bestimmen der Phasendifferenz zwischen den Signalen aus den beiden Kanälen.