DIRECTION-FINDING EQUIPMENT

Abstract: 1. Direction-finding arrangement for the determination of the direction of incidence of an electromagnetic wave on a ship with - a visual direction-finding device (24) with direction-finding voltage inputs associated with two crossed deflecting systems, - a double frame aerial arrangement of two frame aerials (I, II), which are mounted in fixed location on the ship, are oriented each parallely to the other and lie each opposite the other at a present spacing, - equipments (5) for the combination of the aerial voltages of both the frame aerials into a sum voltage and a difference voltage, characterised thereby, that - both the frame aerials (I, II) are each oriented perpendicularly with respect to the longitudinal axis of the ships so that a zero position of each directional diagram, which is respectively associated with the sum voltage (S) and the difference voltage (D), of the double frame aerial arrangement lies permanently on the longitudinal axis of the ship, - an amplitude member (22) influencing the signal amplitude proportionally to frequency and a 90 degrees-phase member (23) are inserted into the signal path of the sum voltage (S) and - the sum voltage (S') influenced in amplitude and phase and the difference voltage (D) are each applied to a respective of the direction-finding voltage inputs of the visual direction-finding device.

Description: eeschreibung Peilanordnung Die Erfindung betrifft eine Peilanordnung zur Ermittlung der Einfallsrichtung einer elektromagnetischen Welle auf Schiffen. Die Peilung elektromagnetischer Wellen ist auf Schiffen besonders erschwert durch die in geringer Entfernung von den Peilantennen befindlichen metallischen Schiffsaufbauten und Masten. Gebräuchliche Peilanordnungen, wie z.B. gekreuzte Adcocks oder Kreuzrahmenantennen liefern auf Schiffen stark verfälschte Peilergebnisse. Die Peilfehler sind dabei stark abhängig von Frequenz und Einfallsrichtung der gepeilten Welle und besonders ausgeprägt für quer zur Schiffslängsachse einfallende Wellen, für welche die Peilergebnisse sogar mehrdeutig werden können. In "IRE Transactions on Antennas and Propagation", Nov. 1962, S. 686 bis 691, ist ein Peilantennensystem zur Verringerung der Peilfehler auf Schiffen beschrieben, welches zwei feststehende, unter 450 gekreuzte Doppelrahmenantennen aufweist. Für jeden Doppelrahmen wird aus den beiden Einzelrahmenantennen eine Summen-und eine Differenzspannung gewonnen. Durch Anlegen der beiden Differenzspannungen an die gekreuzten Ablenksysteme einer Kathodenstrahlröhre kann ein allerdings noch vierdeutiger Peilwinkel abgelesen werden. Die Eindeutigkeit der Peilung kann erzielt werden, indem für einen oder beide Doppelrahmen ein Vorzeichen-Vergleich zwischen der Summen- und der Differenzspannung durchgeführt wird. Hierzu werden die Summen- und die Differenzspannung eines Doppelrahmens einer weiteren Kathodenstrahlröhre zugeführt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Peilanordnung auf Schiffen anzugeben, welche eine Verringerung der Peilfehler ermöglicht. Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch veranschaulicht. Dabei zeigt FIG. 1 eine Störsituation auf einem Schiff FIG. 2 eine Doppelrahmenanordnung FIG. 3A und FIG. 3B die mit dieser Doppelrahmenanordnung erzielten Richtdiagramme FIG. 4 eine zweite Doppelrahmenanordnung FIG. 5A und FIG. 5B die zugehörigen Richtdiagramme FIG. 6 die Ausführung eines Kreuzrahmen peilers FIG. 7 eine erfindungsgemässe Peilanordnung mit einem Sichtgerät F G. 8 eine besonders vorteilhafe Aus führungsform eines solchen Aufbaus FIC. 9 einen Ausbau mit zwei gekreuzten Doppelrahmen. Die Längsachse des in IG. 1 skizzierten Schiffskörpers sei nach Norden ausgerichtet. Die Peilantenne P ist annähernd in Schiffsmitte angeordnet. In der Längsachse des Schiffes befinden sich noch eine weitere Antenne A und ein Mast M sowie symmetrisch zur Schiffsachse im Heck zwei weitere Antennen A. Die Antennen und der Mast stellen starke Rückstreuer dar, die eine Peilung einer in einem Sektor von z. B. z 300 Abweichung von der Schifrslängs- acnse enfallenden Welle immer mit einem gewissen, tragbaren Fehler beauzschlagen. Mit herkömmlichen Schiffs- peilern sind aber besonders Peilungen, die einen Azimut- winkel ausserhalb dieses Bereichs ergeben, mit einem starken Fehler behaftet, , da das rückgestreute Feld m allgemeinen zumindest eine der beiden für die Peilung herangezogenen Spannung OW oder NS stark verfälscht. In diesem Bereich bringt die vorliegende Erfindung eine erhebliche Verringerung des Peilfehlers. gemäss einem Merkmal In FIG.2 ist die Doppelrahmen-Antennenanordnungder Erfindung skizziert. Die beiden Einzeirahmen I, II weisen bereits jeder für sich ein Diagramm mit einer Nullstelle in Nord/Süd-Richtung (= Schiffslängsachse) auf. Eine Kombination der beiden Diagramme durch additive Überlagerung der Antennenspannungen der beiden Rahmen I und II zu einer Summenspannung SI, II ergibt damit wiederum ein Diagramm mit einer Nullstelle nach Norden und Süden. Die Form dieses Diagramms ist in FIG. 3B skizziert. Damit liegt bereits eine Peilspannung vor, die dem Empfang über ein Richtdiagramm mit einer Nullstelle in Richtung der störenden Rückstreuer entspricht. Gleichzeitig zu der Summenspannung S , II wird aus den Antennenspannungen der beiden Rahmen I und II auch die Differenzspannung D durch Subtraktion der beiden Antennenspannungen gebildet. Die Subtraktion der beiden Spannungen entspricht der Überlagerung der beiden Diagramme zu einem neuen Diagramm, wie es in FIG. 3A skizziert ist, das sowohl in Nord/Süd Richtung als auch in Ost/West-Richtung Nullstellen aufweist. Mit der Differenzspannung DI II liegt eine zweite Peilspannung vor, die dem Empfang über ein Diagramm entspricht, das in Richtung der störenden Rückstreuer eine Nullstelle aufweist und im übrigen Bereich von dem Verlauf des Diagramms nach FIG. 3B abweicht. Man erhält für die Antennenspannung eines Einzelrahmens U = h@@@ . sin &alpha; mit heft als effektiver Antennenhöhe und s als Einfallswinkel einer Welle. Berücksichtigt man die Phasenverschiebung gegenüber dem Zentrum der Gesamtantenne (im allgemeinen der Trägermast oder die Hilfsantenne), dann erhält man + ob UI = heff . sin &alpha; . e- jssb/2 @@@ UII = heff . sin &alpha; . e - jssb/2 cos Dabei ist b der Abstand der beiden Rahmenantennen und ss = #/c = 2#/# die Ausbreitungskonstante einer elektromagnetischen Welle. Bei Bildung von Summe und Differenz ergibt sich: SI, II = UI + UII = heff . sin &alpha; . 2 . cos (ssb/2 cos &alpha;) DI, II = UI - UII = heff . sin &alpha; . 2j sin (ssb/2 cos &alpha;) Bei elektrisch kleiner B@@i@ ss@b/@ @@ @@@ @@@@@ Bei elektrisch kleiner Basis #@ 2 905 gilt: cos (ssb/@) # 1 sin (ss b/@) # ss 2 und man erhält für die Summenspannung SI, II # 2 heff . sin &alpha; also das bekannte Doppelkreis-Diagramm, und für die Differenzspannung DI, II # j . heff . ss . b . sin &alpha; cos &alpha; das Kleeblatt-Diagramm. Die Differenzspannung unterscheidet sich von der Summenspannung wesentlich darin, dass sie den Faktor j ss enthält, also um 900 phasenverschoben und linear frequenzabhängig ist. Dieser Faktor wird nun der Summenspannung durch das frequenzabhängige Amplitudenglied 2 und das 90 -Phasen- glied 3 ebenfalls aufgeprägt und damit eine amplitudenund phasenbeeinflusste Spannung Sss erzeugt. Differenzspannung D und Summenspannung S' verhalten sich dann wie D S' = C cos &alpha;- Die Konstante C und damit das Spannungsver hältnis D/S' sind frequenzunabhängig und können somit vorteilhafterweise an die Peilspannungseingänge OW, NS eines gebräuchlichen Watson-Watt-Sichtpeilgeräts 24 angeschlossen werden. Zur Auswertung der Anzeige durch einen Beobachter ist es vorteilhaft, wenn das Sichtgerät eine zusätzliche Skala aufweist, die für die Peilung mit Summen- und Differenzspannung des Doppelrahmens proportional cos a geteilt ist. Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführung sind das frequenzproportionale Amplitudenglied und das 90 -Phasen- glied durch ein in FIG. 8 gezeigtes frequenzabhängiges Dämpfungsglied 25 realisiert. Die am Eingang des Dämpfungsglieds anliegende Summenspannung S wird durch einen Leistungsteiler 6 in zwei gleich grosse und gleichphasige Signalanteile UA und UB aufgespalten mit UA = UB = K1 S. In dem Signalweg der Spannung UA ist eine Verzögerungsleitung 7 angeordnet, deren Länge b dem Abstand der Rahmenantennen I, II entspricht. Die beiden Signalwege werden anschliessend in einem differenzbildenden Glied 8 wieder zusammengefasst, welches die Differenzspannung S' bildet. Diese ergibt sich zu S' = K2 (UA e jssb - UB) = K1. K2 . S (ejssb-1) = K1.K2.S.ejss# (ejss#-e-jss#) = K1.K2.S.ejss#.2.j.sin ss# Für eine kleine Antennenbasis ist wie bereits weiter vorne b angenommen ss . # klein gegen 90 . Dann Silt wieder sin # # # womit sich für die amplituden- und phasenbeeinflusste Summenspannung S' mit b S' = K1.K2.S.j.B.b.e e ein ebenso wie bei der Differenzspannung D frequenzproportionaler Verlauf ergibt. Die Konstanten Kl und K2 hängen von den Wellenwiderständen der einzelnen Leitungen ab und haben z. B. bei Verwendung einheitlicher Wellenwiderstände die Werte Ki = K2 = 1/ Nm2. Der Phasenunter schied ss . # von S' gegenüber D wird durch eine Umweglei- tung 9 im Signalwes der Differenzspannung D mit einer dem b halben Antennenabstand entsprechenden Länge 2 kompensiert. Daa differenzbildende Glied 8 ist vorteilhafterweise ein als Vektoraddierer geschalteter Leistungsteiler. Diese vorstehend beschriebene Anordnung lässt sich günstigerweise durch einen zweiten Doppelrahmen mit Rahmenantennen III, IV zu einer gekreuzten Peilantenne erweitern. Durch Zusammenschaltung der beiden Doppelrahmen zu einer gekreuzten Peilantenne lässt sich in dem Winkelbereich in der Nähe der Schiffslängsachse, wo die Peilung mit der vorstehend begchriebenen Auswertung der Summen-und Differenzspannungen des arsten Rahmens aufgrund der geringen Empfindlichkeit in diesem Bereich schwierig ist, eine Peilung in ublicher Weise tdurchführen. Für die Peilung in diesem Winkelbereich funktioniert die gekreuzte Antenne im Rahmen der durch die Störer bedingten physikalischen Grenzen erfahrungsgemäss recht gut. Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden auch die Antennenspannungen der Rahmenantennen III, IV des zweiten Doppelrahmens voneinander subtrahiert. Dies entspricht einer Überlagerung zweier Diagramme EMI8.1 EMI8.2 zu einem Diagramm, wie es in FIG. 5A skizziert ist, das wiederum eine Nullstelle in Nord/Süd Richtung aufweist und im übrigen von dem Diagramm des ersten Doppelrahmens nach FIG. 3B verschieden ist. Besonders vorteilhaft ergibt sich damit eine in FIG. 9 skizzierte Anordnung mit zwei gekreuzten Doppelrahmen. Der erste Doppelrahmen liefere in der vorstehend beschriebenen Weise eine frequenzproportionale Summen- und Differenzspannung. Bei dem zweiten, aus den Antennen III und IV aufgebauten Doppelrahmen wird in einem weiteren Summe-Differenz-Glied 10 gleichfalls eine Differenzspannung gebildet, die anstelle der Differenzspannung des ersten Doppelrahmens an den NS-Peilspannungseingang des Peilsichtgeräts angeschlossen werden kann. Über Schaltmittel 11 kann wahlweise eine der beiden Differenzspannungen an das Sichtgerät angeschlossen werden. Über weitere Schaltmittel 12 kann anstelle einer der Differenzspannungen der Summenausgang des Gliedes 10 direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung der Umwegleitung 9, mit dem NS-Eingang des Sicht geräts verbunden werden. Gleichzeitig wird über Schaltmittel 13, 14 das frequenzabhängige Dämpfungsglied 5 im Signalweg der Summenspannung des ersten Soppelrahmens überbrückt, so dass dieselbe Anordnung auch als gewöhnlicher Kreuzrahmenpeiler betrieben werden kann. Die Seitenkennung erfolgt in bekannter Weise über eine Hilfsantenne HA. FIG. 6 zeigt die Antennenanordnung in der besonders vorteilhaften Ausführungsform mit vier Rahmenantennen um einen Mast, die auch vom Watson-Watt-Prinzip her schon bekannt ist. Die Erfindung ermöglicht es also, mit einer besonders einfachen Antennenanordnung, die zudem auch noch für die Peilung nach dem gebräuchlichen Watson-Watt Prinzip erlaubt, eine wesentliche Verbesserung des Peilfehlers über einen weiten Winkelbereich zu erzielen. Die Bildung der Differenzspannung aus den Antennenspannungen der Rahmenantennen eines Doppelrahmens ist an sich bekannt und beispielsweise in der DE-PS 711 826 beschrieben. Besonders vorteilhaft für die Differenzbildung ist die Verwendung von Summe-Differenz-Gliedern, die in umgekehrter Signalrichtung als Leistungsteiler funktionieren, da hierbei Summen- und Differenzspannung auf einfache Weise gleichzeitig gebildet werden und die einzelnen Anschlusstore voneinander entkoppelt sind. Eine günstige Ausführungsform sieht vor, die Rahmenantennen über Transformatoren an die Summe-Differenz Glieder anzuschliessen. Dadurch ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, durch Aufwärts-Transformieren der Antennenspannungen die Empfindlichkeit der Rahmenantennen bei tiefen Frequenzen zu verbessern und die starke Frequenzabhängigkeit der Rahmenantennen durch das gegenläufige Frequenz verhalten der Transformatoren in gewissem Umfang auszugleichen.

Claims: Patentansprüche 1. Peilanordnung zur Ermittlung der Einfallsrichtung einer elektromagnetischen Welle auf einem Schiff, mit - einem Sichtpeilgerät mit zwei gekreuzten Ablenk systemen zugeordneten Peilspannungseingängen - einer Doppelrahmen-Antennenanordnung aus zwei Rahmen antennen (1, II), die parallel zueinander ausgerich tet sind und die sich in einem vorgegebenen Abstand gegnüberliegen - Einrichtungen (5) zur Zusammenfassung der Antennen spannungen der beiden Rahmenantennen zu einer Summen und einer Differenzspannung dadurch gekennzeichnet, dass - die beiden Rahmenantennen (I, II) feststehend mon tiert sind und jeweils senkrecht bezüglich der Schiffslängsachse ausgerichtet sind, so dass jeweils eine Nullstelle des der Summenspannung (S) und des der Differenzspannung (D) zugeordneten Richtdiagramms der Doppelrahmen-Antennenanordnung permanent auf der Schiffslängsachse liegt, - in den Signalweg der Summenspannung (S) ein die Signalamplitude frequenz proportional beeinflussendes Amplitudenglied (2) und ein 900 Phasenglied (3) eingefügt sind, - die amplituden- und phasenbeeinflusste Summenspan nung (S') und die Differenzspannung (D) an die Peil spannungseingänge des Sichtpeilgeräts angelegt sind. 2. Peilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Amplitudenglied (2) und das Phasenglied (3) ein frequenzabhängiges Dämpfungsglied (25) vorgesehen ist, welches einen Leistungsteiler (6), der die Summenspannung (S) in zwei gleiche Signalanteile auf zwei Signalwege aufteilt, eine dem Abstand (b) der beiden Rahmenantennen (I, II) entsprechende Verzögerungsleitung (7) in einem der Signalwege sowie ein Differenzglied (8), das die beiden Signalanteile wieder zusammenfasst und deren Differenz als amplitudenbeeinflusste und 900 phasenverschobene Summenspannung (5') abgibt, aufweist, und dass im Signalweg der Differenzspannung (D) eine Umwegleitung (9) mit einer dem halben Antennenabstand entsprechenden Länge (b/2) angeordnet ist. 3. Peilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeiter Doppelrahmen vorhanden ist, dessen beide Rahmenantennen (III, IV) senkrecht zu den Rahmenantennen (I, II) des ersten Doppelrahmens ausgerichtet sind, und dass die Antennenspannungen der beiden Rahmenantennen dieses zweiten Doppelrahmens gleichfalls zu einer weiteren Summenspannung und einer weiteren Differenzspannung zusammengefasst sind. 4. Peilanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Schaltmittel (11) zum wahlweisen Anschluss einer der beiden Differenzspannungen an das Sichtpeilgerät. 5. Peilanordnung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch weitere Schaltmittel (12, 13, 14) zum Umschalten auf normale Watson-Watt-Peilung mit den gekreuzten Doppelrahmen durch direkten Anschluss der Summenspannung (S des ersten Doppelrahmens und der aus den Antennenspannungen der Einzelantennen des zweiten Doppelrahmens gebildeten zweiten Summenspannung (SIII, IV) an die Peilspannungseingänge des Sichtpeilgeräts. 6. Peilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sichtgerät (24) eine zusätzliche, auf die Peilung mit Summen- und Differenzspannung des Doppelrahmens geeichte Skala aufweist. 7. Peilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur seiteneindeutigen Ermittlung des Peilwinkels eine Hilfsantennenspannung vorhanden ist.

Inventors: MONICH, GERHARD, DR., Mönich, Gerhard, Dr.
Applicants: LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH
Application year: 1983
Main classification: G01S3
IPC codes: G01S3, H01Q25