DE69509429T2 - Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen, schmalbandigen Peilung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur simultanen Schmalband-Radiogoniometrie.
• Sie findet insbesondere auf die Funküberwachung von Häfen und Flughäfen Anwendung, wo eine begrenzte Anzahl von Frequenzen zu überwachen ist und wo die Verwendung von Radiogoniometern herkömmliche Mittel zur Navigationsunterstützung wie etwa Radare und verschiedene Landeunterstützungssysteme ergänzt. Eine solche Radiogoniometrie-Vorrichtung ist beispielsweise in dem Patent US 5 255 000 beschrieben.
• Der große Umfang des funkelektrischen Verkehrs in den Häfen und Flughäfen und die Nähe von Radiogoniometern zu Hangars, Antennen und verschiedenen Gebäuden erzeugen funkelektrische Störungen und Echo-Phänomene, die die Radiogoniometer zunehmend unwirksam machen.
• Darum läßt die geringe Selektivität dieser Radiogoniometer oftmals nicht zu, Flugzeuge, die sich am Ende der Landebahn eines Flughafens befinden und verhältnismäßig starke Signale aussenden, von Flugzeugen zu unterscheiden, die sich an der Empfindlichkeitsgrenze der Radiogoniometer befinden, wenn sie sich aus Abständen von einigen 100 km annähern.
• Um dieses Problem zu lösen, müssen Radiogoniometer vorgesehen werden, die Messungen auf mehreren Empfangskanälen parallel ausführen können und zwischen benachbarten Kanälen einen sehr großen Schutz in der Größenordnung von 80 bis 90 dB aufweisen.
• Das Ziel der Erfindung ist die Lösung dieses Problems.
• Hierzu hat die Erfindung ein Verfahren zur simultanen Schmalband-Radiogoniometrie zum Gegenstand, das darin besteht, differentielle Phasenmessungen von Signalen auszuführen, die am Ausgang verschiedener Antennenpaare erhalten werden, die aus einer Gruppe aus N Antennen gebildet sind, dadurch gekenn zeichnet, daß es darin besteht, nacheinander die Signale A und B, die von jedem Antennenpaar stammen, zu wählen,
• (a) - für jedes Paar von Signalen A und B die Größen
• A&sub1;² = (A + B)²
• A&sub2;² = (A - B)²
• A&sub3;² = (A - JB)²
• A&sub4;² = (B - JA)²
• zu berechnen,
• (b) - die Phasendifferenz zwischen jedem Paar von Signalen A und B gemäß der folgenden Beziehung
• zu berechnen und
• (c) - den Auftreffwinkel θ der entsprechenden funkelektrischen Welle zu bestimmen, die auf die Gruppe auftrifft, indem das Minimum der Summe aus N zum Quadrat erhobenen Abständen zwischen jeder Phasendifferenz (φij) zweier zu jedem Paar (i, j) gehörenden Dipole und einer entsprechenden Kalibrierungsphase (φijcal), die in einer Kalibrierungstabelle gelesen wird, die für jedes Paar die Werte φijcal in Abhängigkeit vom Auftreffwinkel θ der Welle auf der Gruppe angibt, gesucht wird.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich mit Hilfe der folgenden Beschreibung, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt, worin:
• - Fig. 1 eine Veranschaulichung des Radiogoniometer-Verfahrens gemäß der Erfindung in Form eines Ablaufplans ist;
• - Fig. 2 ein Graph ist, der das Verfahren der Minimierung der kleinsten Quadrate zeigt, das von der Erfindung verwendet wird;
• - Fig. 3 eine Ausführung der Erfassungsschaltung von Fig. 3 ist;
• - Fig. 4 eine Ausführung der Erfassungsschaltung von Fig. 3 ist.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, in der durch die Schritte 1, 2, 3 und 4 in Fig. 1 dargestellten Weise Messungen differentieller Phasen von Signalen auszuführen, die von jedem Antennenpaar einer Gruppenantenne geliefert werden. Es besteht in einem ersten Schritt 1 darin, die Signale A und B zu wählen, die von zwei Antennen der Gruppe aus N Antennen stammen.
• Ausgehend davon, daß die Signale A und B die Form
• A = a(t) · ejωt
• B = b(t) · ej(ωt + φ)
• besitzen, bestehen die folgenden Schritte 2 und 3 darin, die Berechnungen der folgenden Größen auszuführen:
• (A - JB)² = A&sub3;², (B - JA)² = A&sub4;²,
• (A + B)² = A&sub1;², (B - A)² = A&sub2;² und
• φ = Argtg[(A&sub4;² - A&sub3;²)/(A&sub1;² - A&sub2;²)] mit J² = -1
• Die Schritte 1, 2 und 3 werden anschließend so oft wiederholt, wie differentielle Phasen zu berechnen sind. Für eine Gruppe aus N = 5 Antennen, die durch Dipole gebildet sind, die sich an den Ecken eines Fünfecks befinden, sind die Berechnungen somit fünfmal zu wiederholen. Wenn mit φ&sub1;, φ&sub2;, φ&sub3;, φ&sub4; und φ&sub5; die Phasen der Signale bezeichnet werden, die am Ausgang jedes Dipols vorhanden sind, werden nacheinander die folgenden differentiellen Phasen berechnet:
• φ&sub1;&sub3;= φ&sub3; - φ&sub1;
• φ&sub2;&sub4; = φ&sub4; - φ&sub2;
• φ&sub3;&sub5; = φ&sub5; - φ&sub3;
• φ&sub4;&sub1; = φ&sub1; - φ&sub4;
• φ&sub5;&sub2; = φ&sub2; - φ&sub5;
• Dann wird durch das Verfahren der kleinsten Quadrate eine Bestimmung ausgeführt, die durch Vergleich mit Winkel- und Frequenz-Kalibrierungsphasen der Gruppenantenne ermöglicht, im Schritt 4 den Auftreffwinkel θ der von der Gruppe empfangenen funkelektrischen Welle zu bestimmen. Diese Bestimmung erfolgt in der in Fig. 2 gezeigten Weise, indem die folgende Beziehung minimiert wird:
• Hierzu wird für die diskreten Frequenzwerte der zu überwachenden Frequenzebene eine Tabelle von kalibrierten differentiellen Phasen φijcal in Abhängigkeit vom Auftreffazimut θ der funkelektrischen Welle auf der Gruppenantenne erstellt.
• Die Azimutwerte θ können beispielsweise mit einem Inkrementierungsschritt von 4º erstellt werden.
• Die geforderte Genauigkeit wird durch lineare Interpolation für die Frequenzen und durch parabolische Interpolation des Winkels für die gemessenen Frequenzen, welche zwischen zwei diskreten Frequenzen liegen, erhalten.
• Eine Vorrichtung für die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. Sie enthält eine Gruppenantenne 5, die aus N Dipolen 6 gebildet ist, die an den Ecken eines regelmäßigen Fünfecks angeordnet sind. Jeder der Dipole 6 ist mit einem Kommutator 7 verbunden, der die jeweilige Wahl zweier Antennen aus N Antennen ermöglicht. Die Ausgänge des Kommutators 7 sind an einen Prozessor angeschlossen, der innerhalb einer gestrichelten Linie 8 dargestellt ist und der beispielsweise im Fall einer Konfiguration mit N = 5 Dipolen die Transformation der Phase in die Informationen der zum Quadrat erhobenen Amplituden A&sub3;², A&sub4;², A&sub1;² und A&sub2;² wie oben beschrieben ausführt. Hierzu ermöglichen zwei Hybridschaltungen 9 und 10 in bekannter Weise die Berechnung der Beziehungen A - JB, B - JA, A + B und B - A. Verzweigungsschaltungen 11 und 12, die zwischen die Ausgänge des Kommutators 7 und die Hybridschaltungen 9 und 10 eingefügt sind, ermöglichen die Verteilung der Signale A und B auf jede Hybridschaltung. Ein am Ausgang der Hybridschaltungen 9 und 10 angeordneter Multiplexer 13 sendet die Amplitudeninformationen durch einen Multikoppler 14 an eine Gesamtheit aus n Empfängern 15.
• Die Ausgänge der n Empfänger sind jeweils an entsprechende Erfassungsschaltungen angeschlossen, die mit 161 bis 16n bezeichnet sind. Jede Erfassungsschaltung 16i enthält in der in Fig. 4 gezeigten Weise einen Verstärker 17, eine Autokorrelationsschaltung 18, einen Frequenzmischer 19, ein Tiefpaßfilter 20, einen Integrator 21 und einen Analog/Digital- Umsetzer 22, wobei alle diese Elemente in dieser Reihenfolge in Serie verbunden sind. In dieser Ausführung wird das von jedem Empfänger gelieferte Zwischenfrequenzsignal FI nach Verstärkung durch den Verstärker 17 an den Eingang der Autokorrelationsschaltung 18 angelegt, der die Amplitude Aij des Signals extrahiert. Der Integrator 21 liefert die mittlere Energie des Signals, die an den Eingang des Analog/Digital-Umsetzers 22 angelegt wird.
• Wie wiederum in Fig. 3 gezeigt ist, liefert jede Erfassungsschaltung 16i die digitale Information bezüglich der Amplitude des am Ausgang des Umsetzers 22 erhaltenen Signals an einen Prozessor 23, der geeignet programmiert ist, um den Auftreffazimut θ des Signals gemäß den Schritten 2 und 3 des obenbeschriebenen Verfahrens zu berechnen. Eine Schaltlogik 24 stellt die Steuerung des Kommutators 7 und des Multiplexers 13 sicher.

Claims (5)

1. Verfahren zur simultanen Schmalband-Radiogoniometrie, das darin besteht, differentielle Phasenmessungen von Signalen auszuführen, die am Ausgang verschiedener Antennenpaare erhalten werden, die aus einer Gruppe aus N Antennen gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, nacheinander die Signale A und B, die von jedem Antennenpaar stammen, zu wählen (1),

(a) - für jedes Paar von Signalen A und B die Größen

A&sub1;² = (A + B)²

A&sub2;² = (A - B)²

A&sub3;² = (A - JB)²

A&sub4;² = (B - JA)²

zu berechnen (2),

(b) - die Phasendifferenz Pij zwischen jedem Paar von Signalen A und B gemäß der folgenden Beziehung

zu berechnen (3) und

(c) - den Auftreffwinkel A der entsprechenden funkelektrischen Welle zu bestimmen (4), die auf die Gruppe auftrifft, indem das Minimum der Summe aus N zum Quadrat erhobenen Abständen zwischen jeder Phasendifferenz (φij) zweier zu jedem Paar (i, j) gehörenden Dipole und einer entsprechenden Kalibrierungsphase (φijcal), die in einer Kalibrierungstabelle gelesen wird, die für jedes Paar die Werte φijcal in Abhängigkeit vom Auftreffwinkel θ der Welle auf der Gruppe angibt, gesucht wird.

2. Vorrichtung zur simultanen Schmalband-Radiogoniometrie, mit einer aus N Dipolen (6) gebildeten Gruppenantenne (5), wobei jeder Dipol mit einem Kommutator (7) für die Wahl der Antennenpaare verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ersten Prozessor (8), der anhand der für jedes Antennenpaar gelieferten Signale A und B Amplitudensignale A&sub1; = A + B, A&sub2; = A - B, A&sub3; = A - JB und A&sub4; = B - JA berechnet, sowie einen zweiten Prozessor (23) enthält, der über Erfassungsschaltungen (16) mit dem ersten Prozessor (8) verbunden ist, um die mittlere Energie der Signale mit Amplituden A&sub1;, A&sub2;, A&sub3; und A&sub4; zu berechnen, wobei der zweite Prozessor den Auftreffazimut θ der funkelektrischen Welle, die auf die die Signale A und B erzeugende Gruppenantenne (5) auftrifft, bestimmt, indem er die Schritte b und c des Verfahrens nach Anspruch 1 ausführt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsschaltung eine Autokorrelationsschaltung (18) enthält, die über einen Integrator (21) mit einem Analog/Digital-Umsetzer (22) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppenantenne aus N = 5 Dipolen gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipole an den Ecken eines regelmäßigen Fünfecks angeordnet sind.