METHOD AND APPARATUS FOR THE DIRECTION-FINDING OF FREQUENCY HOPPING TRANSMITTERS

Abstract: In this method, an intermediate-frequency signal which is used for the direction finding is generated by mixing the instantaneous frequency of the received signal with a comb frequency spectrum consisting of individual frequencies staggered in accordance with an arithmetic series. The device exhibits an antenna (10), a comb spectrum generator (20), a mixer (30) for mixing the received signal with the comb frequency spectrum, a filter (40) and a direction finder (50). The invention makes it possible to find the direction of frequency-hopping transmitters in a simple and reliable manner. <IMAGE>

Description: Verfahren und Vorrichtung zum Empfang und zur Peilung von nach dem Frequenzsprungverfahren -arbeitenden Sendern Dië Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Empfang von Signalen und/oder zur Peilung von Signalquellen, die nach dem Frequenzsprungverfahren arbeiten und bei denen die Frequenz zwischen verschiedenen, teilweise willkürlichen Werten eines einen vorgegebenen Gesamtfrequenzbereich ausfüllenden Frequenzrasters sprunghaft geändert wird. Es werden in zunehmendem Masse Nachrichtensender eingesetzt, die nach dem Frequenzsprungverfahren oder "frequency hopping" arbeiten, um eine bessere Ausnutzung vorhandener Kanäle und eine höhere Störsicherheit zu erzielen. Derartige Sender ändern ihre Signalfrequenz zeitlich in periodischer oder pseudozufälliger Weise. Um von autorisierten Empfängern empfangen und entschlüsselt werden zu können, gehören die Sprungfrequenzen einem bestimmten Raster an. Meist weist der Sender ein Kammfrequenzspektrum auf, bei dem die einzelnen Frequenzen in einer arithmetischen Reihe gestaffelt sind und ihre Frequenzdifferenz konstant ist. m derartige Sender empfangen zu können, ist auf der autorisierten Empfängerseite eine Synchronisationseinrichtung vorgesehen, die dafür sorgt, dass die augenblicklich gesendete requenz vom Empfänger erfasst werden kann. Mit einem üblichen - remdempfänger, beispielsweise einem Peilempfänger, der der Nachrichtenverbindung nicht angehört und nicht autorisiert ist, ist der Empfang derartiger frequenzagiler Sender nicht möglich, da diesem die Synchronisation der meist pseudo zufälligen Folge der angesprungenen Frequenzen fehlt. Dies gilt auch dann, wenn das feste Raster der einzelnen Sprung Frequenzen an sich bekannt ist. sm den Empfang derartiger Sender dennoch zu ermöglichen, wurden sehr aufwendige Empfänger konzipiert, die meist eine r-requenznachsteuerung anstreben. Derartige Empfänger sind aber schwer zu realisieren und weisen keine befriedigenden ergebnisse auf. Aus der DE-OS 32 22 993 ist ein Funk-Synchronisations system für die Synchronisierung eines Empfängers mit einem nach dem Frequenzsprungverfahren arbeitenden Sender bekannt. Der Betrieb des Empfängers soll bei diesem System durch Synchronisierschaltkreise und Uber mittlung von Zeitinformationen derart mit dem Sender synchronisiert werden, dass der Empfänger die Obertragungen auf den verschiedenen Sprungfrequenzen des Senders empfangen kann. Ein weiteres Problem tritt dann auf, wenn im vorgegebenen Gesamtfrequenzbereich des Frequenzrasters des Senders ein mit fester Frequenz arbeitender weiterer Sender oder Störsender arbeitet. In diesem Falle wird es vom Sender in aller Regel vermieden, dass eine seiner Sprungfrequenzen dieser Festfrequenz entspricht, weil dadurch den autorisierten Empfängern der Empfang erschwert wird; es lässt sich aber dennoch kaum vermeiden, dass ein derartiger Festsender innerhalb des gesamten Frequenzbereiches auftritt, der den Empfang des zu peilenden Senders zusätzlich erschwert. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen der Empfang von Signalen und/oder die Peilung von nach dem Frequenzscrung- verfahren arbeitenden Sendern in einfacher und zuverlässiger Weise möglich ist. Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Die Erfindung geht dabei von dem Grundgedan- en aus, sämtliche für den Empfang aller auftretenden Sprungfrecuenzen der Sionalauelle erforderlichen Oszillatorfrequen- zen gleichze .¯ a fr die Mischung mit dem Empfangssignal zur verfügung zu stellen. dadurch weist die Differenz aus der augenblicklichen Empfangs frequenz und einer entsprechenden Komponente des Oszillatorfrequenz-Gemisches bzw. das Misch- produkt aus diesen beiden Frequenzen stets die gleiche Zwi schenfrequenz auf. Dieses Peilverfahren ist einfacher und zuverlässiger zu realisieren als die Frequenznachsteuerung eines Uberlagerungs-Oszillators. Wenn die Sprungfrequenzen der Signalquelle einem festen Raster angehören, weisen auch die Bestandteile des verwendeten Oszillator-Frequenzgemisches eine entsprechende Rasterung auf. Dieses Oszillator-Frequenzgemisch weist deshalb die Charakteristik eines Kammfrequenz spektrums auf, bei dem die Differenz zwischen benachbarten Frequenzen jeweils gleich ist; die einzelnen Frequenzen sind nach einer arithmetischen Reihe gestaffelt. Im Rahmen der Erfindung können aber auch andere Frequenzraster zur Mi schwung mit dem Empfangssignal verwendet werden. Das durch die Mischung der augenblicklich empfangenen Frequenz mit dem Kammfrequenzspektrum erzeugte zwischenfrequente Sig nal wird vorzugsweise dem Eingang des Zwischenfrequenzteiles eines Peilempfängers zugeführt. Als Peilempfänger eignet sich insbesondere ein nacn dem Watson-Watt-Prnzip arbeitender Doppelkanalpeiler, bei dem die beiden den orthogonalen Rich zungen entsprechenden Peilspannungen den Plattenpaaren einer 3raunschen Röhre zugeführt werden, aa beim Watson-Wattteiler das Peilbild verzögerungsfrei erscheint. Ausserdem bestent die Möglichkeit, auch bei gleichzeitigem Einfall zweier oder mehrerer Frequenzsprungsignale durch Auswertung der Sichtanzeige, beispielsweise eines Parallelogrammes, die einzelnen Peilwinkel zu ermitteln. Wenn das der Signalquelle zur Verfügung stehende Frequenz rasten e.annt ist, wir die Differenz zwischen benachbarten Frequenzen des Kammfrequenzspektrums des Empfängers vorzugsweise derart gewählt, dass sie der Differenz zwischen benach harten Frequenzen des Frequenzrasters der Signalquelle entspricht. Dieser Fall ist besonders günstig, weil dann die zwischenfrequenzprodukte immer identisch sina, unabhängig da von, welche Frequenz des Sprungfrequenzspektr'ams von der Signalquelle augenblicklich benutzt wird. Die Frequenzen bekannter, nach dem Frequenzsprungverfahren arbeitenden Sender weisen häufig ein Raster bzw. einen Fre uenzabstand von etwa 25 kHz oder etwa 100 kHz auf. Beispielsweise ist aus der DE- A-33 22 325 ein Kammspektrumgenerator be kann, der vorzugsweise in einem Gesamtfrequenzbereich von 30 bis 90 MHz ein Kammspektrum erzeugt, bei dem die Abstände der Kanal frequenz jeweils 25 kHz betragen. Wenn die Rasterung der Frequenzen der Signalquelle 25 kHz beträgt, beträgt der Abstand der einzelnen Frequenzen des beim erfindungsgemässen Verfahren im Empfänger verwendeten Kammspektrums vorzugsweise ebenfalls 25 kHz. Falls die Rasterung der Signalquelle nicht bekannt ist, wird im Empfänger gegebenenfalls eine möglichst enge Rasterung vorgesehen. Wira beim erfindungsgemässen Verfahren der Mischstufe ein sehr breites Kammfrequenzspektrum als Oszillatorspannung zugeführt, die mit der augenblicklichen Frequenz des empfangenen Signales gemischt wird, so macht sich dies durch ein verstärktes Rauschen gegenüber dem Fall der Verwendung einer einzigen Oszillatorfrequenz bemerkbar. Um diesen Zuwachs an Rauschen zu begrenzen, kann das Kamnfreouenzspektrum in mehrere Teilspektren zerlegt werden, wobei sich die einzelnen Teilspektren überlappen oder unmittelbar aneinander anschliessen, um den Gesamt requenzbereich abzudecken. Um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass die augenblickliche Frequenz der Signalquelle in das jeweils aktivierte Teilspektrum fällt, werden die Teilspektren vorzugsweise in eier stochastischen, also cuasi-zufälligen und nichtperiodischen Foige abwechselnd an die Mischstufe gelegt. Die Frequenz, mit der zwischen den einzelnen Teilspektren umgeschaltet wird, sollte dabei vorzugsweise wesentlich grösser sein als diejenige Frequenz, mit der die Signalquelle beim Frequenzsprungverfahren zwischen den einzelnen Sendefrequenzen umschaltet. Um einwandfreie Peilungen von nach dem Frequenzsprungverfahren arbeitenden Sendern zu erhalten, müssen Festsender, die innerhalb des Gesamtfrequenzbereiches des nach dem Frequenzsprungverfahren arbeitenden Senders Signale aussenden, vom Empfang und damit von der Peilung ausgeschlossen werden. Andernfalls würden die Signale dieser mit konstanter Frequenz arbeitenden Störsender mit dem verwendeten Kammfrequenzspektrum ebenfalls Mischprodukte ausbilden, die sich den ge suchten Zwischenfreouenzprodukten überlagern und deren Ermittlung erschweren würden. Wenn ein derartiger Störsender ausgeblendet wird, ist es allerdings schwierig, den Sendeinhalt des gesuchten, nach dem Frequenzsprungverfahren arbeitenden Senders vollständig zu erfassen; in diesem Fall wird durch das erfindungsgemässe Verwahren insbesondere die Peilung des ge suchten Senders angestrebt. Wenn das Zwischenfrequenzsignal des Störsenders mit dem Kammfrequenzspektrum unterdrückt werden soll, wird die der Frecuenz ces Störsenders benachbarte KTJnfrequenz unterdrückt, und es entsteht um diese Kammfrequenz kein Mischprodukt mehr; es müssen also diejenigen Einzelfrequenzen des Kammfrequenzspektrums unterdrückt werden, die sich von den festen Frequen- zen eines oder mehrerer Störsender genau oder höchstens um die Zwischenfrequenz unterscheiden. Der beim erfindungsgemässen Verzehren zur Herstellung des Kammfrequenzspektrums verwendete Kammfrequenzgenerator sollte also vorzugsweise in der Lage sein, einzelne Frequenzen des Kammfrequenzspektrums aezielt auszublenden. Soweit die Festfrequenzen von im Gesamtfrequenzbereich des nach dem Frequenzsprungverfahren arbeitenden gesuchten Senders Signale aussendenden Störsendern bekannt sind, können die entsprechenden Einzelfrequenzen des Kammfrequenzspektrums gezielt unterdrückt werden. Weitere Festfrequenzen, die nicht in Verzeichnissen von Sendestationen auf geführt sind und bei enen auch damit gerechnet werden muss, dass sie nur zeitweilig ausgestrahlt werden, können durch einen als Panoramaempfänger ausgebildeten Abtastempfänger ermittelt werden, der den Gesamtfrequenzbereich überstreicht und die Festfrequenzsender ermittelt. Der Abtastempfänger bewirkt vorzugsweise unmittelbar über eine Steuerschaltung die Ausblendung der betref¯en- den Einzelfrequenzen des Kammfrequenzspektrums, die sich von den ermittelten Festfrequenzen etwa um die Zwischenfrequenz unterscheiden oder eine noch geringere Frequenzdifferenz aufweisen. Ein Kammspektrumgenerator, bei dem sich einzelne Frequenzen des Kammfrequenzspektrums ausblenden lassen, ist beispielsweise aus der DE-A-33 22 325 bekannt. Die erfindungsgemässe Vor-lchtung zum Empfang von Signalen und/ oder zur Peilung von Sendern, die nach dem Freauenzsprunaver- fahren arbeiten, ist gekennzeichnet durch einen Mischer, der das augenblicklich empfangene Signal mit dem von einem Kammspektrumgenerator erzeugten Kammfrequenzspektrum mischt. Das vom Mischer erzeugte zwischenfrequente Signal wird dann vorzugsweise über einen Bandfilter, dessen Durchlassband die Frequenz des zwischenfreguenten Signales umfasst, einem Peilgerät, vorzugsweise einem Watson-Watt-Peiler zugeführt, auf dem das Peilbild verzögerungsfrei erscheint. Als Kammspektrumgenerator kann jeder Generator verwendet werden, mit dem eine Folge von einzelnen, nach einer arithmetischen Reihe gestaffelten Frequenzen erzeugt werden kann. Besonaers vorteilhaft ist ein Kammfrequenzgenerator, bei dem einzelne Frequenzen des Kammfrequenzspektrums einfach ausgeblendet werden können. Vorzugsweise weist die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Adcock-Antenne zum empfang der Signale im vorgegebenen C-esamt- freauenzbereich auf. Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 schematisch einen Ausschnitt aus dem Gesamtfreauenz bereich des frequenzagilen Senders, und Figur 2 schematisch eine Ausführungsform der erfindungs gemässen Vorrichtung. Im Ausschnitt des Gesamtfrequenzbereiches des frequenzagilen Senders oder "Hoppers" sind die einzelnen Sprungfrequenzen des Hoppers gestrichelt eingezeichnet. Der Gesamtfrequenzbereich beträgt beispielsweise etwa 6 MHz. Die einzelnen Sprungfrequenzen des Hoppers weisen eine konstante Frequenzdifferenz d f auf; das gesamte Raster bildet eine arlthmetische Reihe. Wenn das Frequenzrastor des Hoppers bekannt ist, wird auch rur die einzelnen Bestandteile des Oszillatorfrequenzgemi eines, das jeweils mit cer augenblicklichen Frequenz des Hoppers gemischt wird, eine entsprechende Rasterung gewählt. Wenn die einzelnen Frequenzen des Hoppers nach einer arthmetischen Reihe gestaffelt sind, ist das Oszillator frequenzgemisch als Kamrnfrequenzspektrum ausgebildet, dessen einzelne Frequenzen ebenfalls einen Frequenzabstand 4f aufweisen. Ein derartiges Kammfrequenzspektrum ist in Figur 1 mit einfachen, durchgezogenen Linien eingezeichnet. Die Frequenzdifferenz zwischen der augenblicklichen Frequenz des Hoppers und der benachbarten Frequenz des Kammfrequenzspek turms entspricht dann immer einer konstanten Zwischenfrequenz ZF. Bei der Mischung der augenblicklichen Frequenz des Hoppers mit dem Kammfrequenzspektrum wird somit immer ein zwschenfrequentes Signal mit der Frequenz ZF erzeugt. Dieses zwischenfrequente Signal wird erfindungsgemäss zum empfang und zur Peilung des Hoppers herangezogen. Wenn das Frequenzraster des Hoppers nicht bekannt ist, wird ür das Kammfrequenzspektrum insbesondere ein Raster von 25 kHz angenommen. Es können auch versuchsweise nacheinander oder mit mehreren Kammfrequenzgeneratoren gleichzeitig verschiedene Rasterungen des Kammfrequenzspektrums mit dem augenblicklichen Signal des Hoppers gemischt werden, um daraus dessen Frequenzraster zu ermitteln. Regelmässig liegen innerhalb des Gesamtfrequenzbereiches des Hoppers die Festfrequenzen eines oder mehrerer Festsender, die den Empfang des zu peilenden Signales stören. Die Frequenz eines derartigen Störsenders ist in Figur 1 mit einer doppel- ten Linie eingezeichnet. Die Frequenzen der Störsender lassen sich teilweise aus einer Liste der bekannten Feststationen und/oder der aktuellen Belegung eigener Frequenzen entnehmen. Zusätzlich ist vorzugsweise ein Panoramaempfänger oder Scanner vorgesehen, der den in rrage ;commenaen Gesamtfreauenz- bereich fortlaufend auf 1-Ranal-Sender oder Festsender ab- tastet. Um eine einwandfreie Peilung des Hoppers zu erhalten, müssen die Festsender im Gesamtfrequenzbereich vom Empfang ausgeschlossen werden. Deshalb werden diejenigen Frequenzen des Kammfrequenzspektrums, die den Frequenzen der Festsender benachbart und zur Umsetzung der Frequenzen der Festsender auf die Zwischenfrequenz ZF geeignet sind, aus dem Kammfrequenzspektrum ausgeblendet und unterdrückt. Dies ist in Figur 1 schematisch dargestellt, in der das Kammfrequenzspektrum die dem eingezeicnneten Festsender urmitvelbar benachbarte Frequenz nicht entelt. Bei der in Figur 2 dargestellten einfachen Aus führungs form der erfindungsgemässen Vorrichtung empfängt eine Antenne 10 die Signale der Festsender und die augenblickliche Frequenz des zu peilenden Senders im Gesamtfreauenzbereich. Als Antenne 10 wird vorzugsweise eine Adcock-Antenne eingesetzt. Ein Kammspektrumgenerator 20 erzeugt ein Kammfrequenzspektrum, dessen Rasterung der bekannten oder zuvor ermittelten Rasterung des zu peilenden, nach dem Frequenzsprungverfahren arbeitenden Senders entspricht. Das Kammfreouenz- spektrum ist insoweit reduziert, als die den bekannten Frequenzen der Festsender benachbarten Frequenzen des Kammfrequenzspektrums unterdrückt werden, vorzugsweise mittels einer aus mehreren Schaltern und zugeordneten Bandpassfiltern bestehenden Schaltung ,wobei die einzelnen Schalter jeweils einern"Zacken" des Kammfrequenzspektrums zugeordnet sind und diesen "Zacken" wahlweise ein- oder ausschalten. Das reduzierte Kammfrequenzspektrum kann auch durch mehrere Kammfrequenzgeneratoren erzeugt werden, deren Frequenzbereich aneinander anschliesst und zwischen denen jeweils stochästisch oder quasi-zufällig umgeschaltet wird, oder es kann ebenfalls stochastisch zwischen mehreren Frequenzbereichen des Gesamtfrequenzbereiches eines Kammspektrumgenerators umgeschaltet werden. Durch diese Verwendung mehrerer engerer Teilspektren oder Frequenz gruppen kann gegebenenralls der eweilige Rauschabstand verbessert werden. Das in einem (nicht aargestellten) Filter gefilterte Empfangssignal der Antenne 10 und das reduzierte Kammfre quenzspektrum oder das reduzierte Teilspektrum des Kammspektrumgenerators 20 werden in einem Mischer 30 uberlagert. Als Mischer kann jede geeignete Mischstufe verwendet werden, an deren Ausgang die Differenzfrequenzen der beiden zugeführten Signale entnommen werden kennen. Der Mischer 30 erzeugt ein zwischenfrequentes Signal, das die Differenzfrequenz zwischen der Frequenz des Empfangssignals und der benachbarten Frequenz des Kammfrequenzspektrums enthält.Die- se Z-niscner.frequenz ZF ist immer konstant, wenn die Rasterung des ncwDers mit der Rasterung des Kamrnfrequenz- spektrums übereinstimmt. Auf aiese Weise werden alle Sprung- Frequenzen es frequenzagilen Senders auf eine einzige Zwischenfrequenz "aufsummiert",aie zur Detektion herangezoaen werden kann. Das zwischenfrequente Signal wird einem Filter 40 zugeführt. Das Filter 40 ist vorzugsweise als Tiefpass ausgebildet, dessen obere Grenzfrequenz etwas grösser ist als die halbe Differenz benachbarter Frequenzen des Kammfrequenzspektrums. Wenn die Frequenzdifferenz Af beispielsweise 100 kHz beträgt, beträgt die obere Grenzfrequenz des Tier.pass-Filters 40 beispielsweise etwa 51 kHz, da die lurch Mischung der augenblicklichen Frequenz des Hoppers mit dem Kammfrequenzspektrum erzeugte Zwischen ZF frequenz/hochstens halb so gross ist wie die Frequenz differenz a f, wenn die augenblickliche Frequenz des Hoppers genau zwischen zwei benachbarten Frequenzen des Kammfrequenzspektrums liegt; das Filter 40 filtert somit aus dem Frequenz spektrum am Ausgang des Mischers 30 die zwischenfrequenz ZF heraus. Vorzugsweise beträgt ZF etwa 0,3 t f. Das gefilterte zwischenfreauente Signal wird anschliessend einem Peiler 50 zugeführt. Als Peiler 50 wird vorzugsweise ein Watson-Watt-Peiler verwendet, bei dem das Peilbild ver zögerungsfrei erscheint. Wenn ein einzelner, nach dem Frequenzsprungverfahren arbeitender Sender oder Hopper empfangen wir, ist auf diese Weise eine einwandfreie Peilung und gegebenenfalls - falls nicht zu viele Störsender im Gesamt frequenzbereich liegen - auch eine Aufklärng des Sendeinhaltes möglich, Fallen gleichzeitig Signale von mehreren¯Hoppern im Gesamtfreouenzbereich ein, so ist durch die Auswertung der Sichtanzeige, beispielsweise eines Parallelogrammes des Watson-Watt-Peilers,eine Auflösung und Ermittlung der einzelnen Peilwinkel der verschiedenen Hopper möglich.

Claims: Method of finding signal sources with erratic changes in frequency between various values of a frequency raster extending over a given entire frequency range, characterized in that the received signal with a certain instantaneous frequency is mixed with a comb frequency spectrum thereby producing an intermediate frequency signal which is fed into the input of the intermediate frequency part of a direction finder and that in the comb frequency spectrum those single frequencies are suppressed which are suitable for the conversion of constant frequencies of signals simultaneously received from at least one fixed transmitter to the intermediate frequency. Method according to claim 1, characterized in that the difference between adjacent frequencies of the comb frequency spectrum is identical to the difference between the adjacent frequencies of the frequency raster available to the signal source. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the comb frequency spectrum is divided up into several subspectra. Method according to claim 3, characterized in that the subspectra are used at random for the mixing with the received signal. Method according to any of claims 1 to 4, characterized in that the constant frequencies of the fixed transmitters are detected by a scanning receiver extending over the given entire frequency range. An apparatus for finding signal sources with erratic changes in frequency between various values of a frequency raster extending over a given entire frequency range, in particular with a method according to any of claims 1 to 6, characterized by a mixer (30) which mixes the received signal with a comb frequency spectrum produced from a comb spectrum generator (20) and produces an intermediate frequency signal which is fed into the input of the intermediate frequency part of a direction finder and by a means to fade out those single frequencies from the comb frequency spectrum which are suitable for the conversion of constant frequencies of signals received simultaneously from at least one fixed transmitter to the intermediate frequency. Apparatus according to claim 6, characterized by a scanning receiver extending over the given entire frequency range which detects the constant receiving signal frequencies. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized by a band-pass filter (40) to which the intermediate signal is supplied and whose band-pass comprises the intermediate signal. Apparatus according to claim 6, 7 or 8, characterized by a visual direction finding radio receiver (50) which functions according to the Watson-Watt principle as a direction finder.

Inventors: MICHAEL, MANKOPF, PROF. DR.-ING.
Applicants: C. PLATH GMBH NAUTISCH-ELEKTRONISCHE TECHNIK
Application year: 1985
Main classification: G01S3
IPC codes: G01S3