DE2321229A1

DE2321229A1 - Empfangsstation eines dopplernavigationssystemes mit einer anlage zur berechnung von fouriertransformierten

Info

Publication number: DE2321229A1
Application number: DE2321229A
Authority: DE
Inventors: Jean-Marie Henri Colin
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1972-04-28
Filing date: 1973-04-26
Publication date: 1973-11-08
Also published as: JPS4948291A; FR2181553B1; AU471658B2; US3863055A; FR2181553A1; GB1421027A; AU5426373A; IT984126B

Description

Dipl.-Phys .Leo Thul 0Q0 1

Patentanwalt ' Io L \

7 Stuttgart-Feuerbach
Kurze Straße 8

J.M.H.Colin-12

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Empfangsstation eines Dopplernavigationssystemes mit einer Anlage zur Berechnung von Pouriertransformierten

Die Erfindung betrifft ein Dopplernavigationssystem, das aus einer Sendestation, die ein Referenzsignal mit der Frequenz f und ein Signal mit einer etwas größeren Frequenz f+f_Q von einer Antenne ausstrahlt, die aus einer linearen Anordnung einzelner Strahler besteht, die in zyklischer Reihenfolge mit einer Wiederholfrequenz F nacheinander angeschaltet werden, und einer entfernten Empfangsstation besteht, in der durch einen Mischer ein Schwebungssignal zwischen den beiden aus der Sendestation empfangenen Signalen gebildet wird.

Ein derartiges Dopplernavigationssystem ist aus dem Artikel von W.C.Earp, F.G.Overbury und P.Sothcott mit dem Titel "Doppler Scanning Guidance System", der in der Zeitschrift Communication, Volume 46, Number 4(1971) auf den Seiten 253 bis 270 veröffentlicht ist, bekannt.

In der Empfangsstation eines derartigen Dopplernavigationssystems wird ein Signal empfangen, das gegen das mit der Frequenz f+f₀ ausgesendete Signal auf Grund des Doppler-Effekts um die Frequenz f_D verschoben ist. Diese Dopplerfrequenzverschiebung f_D ist dem Sinus des Winkels θ zwischen der Normalen auf der Antennenzeile

Dr.Gb/Scho
25 April 1973

309845/0972 original inspected

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und der Empfangsstation proportional. Um den Winkel θ zu erhalten, muß man daher die Dopplerfrequenzverschiebunr f_D bestimmen. Dazu benötigt man das Frequenzspektrum des empfangenen Signals. Dieses Prequenzspektr-um besteht aus mehreren Linien, die um die Wiederholfrequenz F und Vielfachen davon auseinanderliegen. Die Einhüllende dieser Linien ist symmetrisch zu der Frequenz f+f_Q+f_D und hat dort ihr absolutes Maximum. Es muß bei der Frequenz f+f„+f~ aber nicht unbedingt eine Linie liegen. Um die Frequenz f+f_Q+-f_D und damit die Dopplerfrequenzverschiebung f_Q zu erhalten, muß man daher die Mitte der Einhüllenden des Linienspektrums bestimmen. Dazu benutzt man z.B. ein Gerät, das die Nulldurchgänge des Signals während einer bestimmten Anzahl von Antennenzyklen mit der Periode T=^ zählt. Da die Anzahl der Nulldurchgänge des Signals ganzzahlig ist, quantisiert man bei einer solchen Messung den Winkel θ auf diskrete Schritte, zum Beispiel auf 1°-Schritte. Man kann die Meßgenauigkeit nicht dadurch erhöhen, daß man die Meßzeit verlängert, da man zusätzlich nur Vielfache der Anzahl der Nulldurchgänge während eines Antennenzyklus erhält. Man kann zur Erhöhung der Meßgenauigkeit die Phase des ausgesendeten Signals nach jedem Antennenzyklus um einen kleinen Betrag verändern. Dann erhält man auch im empfangenen Signal nach jedem Antennenzyklus eine kleine Phasenverschiebung, Wenn der Zähler nun das Mittel bildet aus der Anzahl der Nulldurchgänge des Signals für eine große Anzahl von Antennenzyklen, wird die Schrittweite, auf die der Winkel θ quantisiert wird, verringert. Die Schrittweite ist abhängig von der Größe der Phasenverschiebung, die man dem ausgesendeten Signal nach jedem Anterrenzyklus gibt.

Eine derartige Einrichtung bedeutet eine erhebliche Komplikation der Sendestation.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Empfänger für ein Dopplernavigationssystem zu bauen, mit dem man den Winkel θ genau bestimmen kann, ohne daß man die Phase des ausgesendeten Signals

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nach jedem Antennenzyklus verschieben muß. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Empfangsstation sum bei senkrechter Aufstellung der Antenne die Elevation und bei waagerechter Aufstellung der Antenne den Azimut der Empfangsstation bezogen auf die Antenne bestimmen zu können, eine Zähleinrichtung 30, die während eines Zeitintervalls, das groß gegen eine Zyklusdauer T==, ist, die Nulldurchgänge der empfangenen Signale zählt und .damit eine Zahl k bestimmt, aus der sich die Frequenzen KP und (k+l)P, die die Dopplerfrequenzversehiebung, die das von den kommutierend geschalteten Strahlern empfangene Signal gegen das von ihnen mit der Frequenz f+f ausgesendete Signal erfahren hat, nach unten und nach oben begrenzen, ein Rechner, der die Fouriertransformierten X, und X_? des Schwebungssignals für Frequenzen, die sich aus den Frequenzen kF und (k+l)F ergeben, berechnet und Mittel vorgesehen sind, um aus den Fouriertrans formiert en X, und Xp den Azimut bzw. die Elevation der Empfangsstation bezogen auf die Sendestation zu bestimmen.

Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.

Es zeigen:

Fig.l die Sendeanordnung eines Doppler-Funkfeuers;

Fig.2 die Blockschaltung des Sendeteils des Doppler-

Funkfeuers nach Fig.l

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Pig.3a,c,e ' die Spektren der in einer entfernten Empfangsstation empfangenen Signale bei verschiedenen Azimutwerten;

Fig.2b,d,f die Phasenverschiebungen der in einer entfernten Empfangsstation empfangenen Signale gegen das Referenzsignal bei verschiedenen Azimutwerten;

Pig.U das Spektrum der in einer entfernten Empfangs

station empfangenen Signale unter Berücksichtigung der reflektierten Signale;

Fig.5 die Spektren der in einer entfernten Empfangs

station empfangenen direkten bzw. reflektierten Signale;

Fig.6 die Blockschaltung des Empfängers in einer ersten

Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 7 das Schaltbild eines Teils des Empfängers nach

Fig.6;

Fig.8 das Schaltbild eines Teils des Empfängers in einer

zweiten Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig.9 das Schaltbild eines Teils des Empfängers in

einer dritten Ausführungsform nach der Erfindung.

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Pig.l zeigt den Sendeteil eines Dopplerfunkfeuers. Es ist als Beispiel eine Antenne dargestellt, die senkrecht auf dem Boden 2 steht. Mit Hilfe der von einer solchen Antenne ausgestrahlten Signale kann man in einer entfernten Empfangsstation deren Elevation θ bestimmen. Die Antenne enthält N Strahler Sl bis SN, die längs der Vertikalen hintereinander angeordnet sind. Diese Strahler werden durch eine Sendeeinrichtung 1 kommutierend gespeist.

Fig.2 zeigt ein Blockschaltbild der Sendeeinrichtung 1, die folgende Geräte enthält:

einen Oszillator 10, der eine Frequenz f liefert, einen Oszillator 11, der eine Frequenz f_Q liefert, die sehr klein gegen f ist, einen Einseitenbandmischer 12, einen Kommutator 13 und einen Schalt· signalgenerator 14. Das Signal mit der Frequenz f wird als Referenzsignal benutzt und wird dauernd ausgesendet, z.B. von dem Strahler Sl. Das Signal mit der Frequenz f+f_Os ^d^s gegen das Referenzsignal eine feste Phasenverschiebung hat, wird durch den Kommutator 13 in zyklischer Reihenfolge auf die Strahler Sl...SN gegeben, die durch den Kommutator 13 mit einer Wiederholfrequenz F angesteuert werden. Die Schaltfrequenz von einem Strahler auf den benachbarten ist also f_r = N.F Während eines Zyklus ist die Antennenanordnung in einer entfernten Empfangsstation nicht von einer Antennenanordnung.zu unterscheiden, bei der ein.Strahler mit gleichförmiger Geschwindigkeit längs der Antennenzeile bewegt wird.

In der Empfangsstation wechselt die Phase der empfangenen Signale um d<j>, wenn der Kommutator 13 von einem Strahler auf den nächsten schaltet, weil die Signale zu der Empfangsstation verschieden lange Wege zurücklegen. Δφ ergibt sich zu:

_άφ _{s 2π} l^inJ (1)

Dabei ist d der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strahlern, λ die Wellenlänge des ausgesendeten Signals und 9 die EIe-

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vation, d.h. der Winkel zwischen der Antennennormalenund der entfernten Empfangsstation,

Wenn man annimmt, daß d = η.λ (n=ganzzahlig) ist, dann gilt d<f> = 2ir.n.sin8 (2)

Während eines Zyklus ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Phase ändert, gleich der Dopplerfrequenz f_D, die durch eine Strahlungsquelle hervorgerufen werden würde, die sich längs der Antennenzeile von Strahler Sl bis Strahler SN während des Zyklus mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt, f, ergibt sich zu:

f_D = f_r.n.sin0 (3)

Die Frequenz f^, d.h. die Frequenzverschiebung des empfangenen Signals, ist also ein Maß für die Elevation θ.

In der entfernten Empfangsstation tritt zwischen dem Ende eines Zyklus, bei dem die Phasenverschiebung zwischen dem von dem Strahler SN empfangenen Signal und dem Referenzsignal N.αφ ist und dem Start zu dem folgenden Zyklus, bei dem die Phasenverschiebung zwischen dem vom Strahler Sl empfangenen Signal und dem Referenzsignal 0 ist, (beide Signale werden von dem gleichen Strahler ausgesendet) ein Phasensprung Δφ auf:

Δφ = 2ir.n.N.sin9 - 2kir . .. (4) Dabei gilt 0 < Δφ < 2¹Tr, k ist eine positive ganze Zahl.

Wenn die Empfangsstation selbst sich bewegt, z.B. wenn es sich um ein Flugzeug handelt, erfahren die empfangenen Signale dadurch eine weitere Dopplerverschiebung. Wenn - wie es hier der Fall istdie Frequenz des Referenzsignals f und die Frequenz der Signale aus den einzelnen Strahlern f+f_Q sich nur um einen geringen Betrag unterscheiden, ist die Dopplerverschiebung für beide Signale nahezu.von gleicher Größe. Wenn man daher durch Mischung dieser beiden Signale im Empfänger die Differenzfrequenz bildet, kann man diese Dopplerverschiebung eliminieren.

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·— 1 —

Die Figuren 3a, c und e zeigen das Signalspektrum für verschiedene Azimutwerte, dessen Einhüllende symmetrisch zu f_Q+f_D liegt. Die Einhüllende des Signalspektrums kann durch die Punktion

beschrieben werden, die auf «jeder Seite der Frequenz f_n+f_n

!Nullstellen in Abständen von = hat. Dabei ist angenommen, daß alle Strahler mit gleicher Amplitude strahlen.

Die Figuren 3b, d und f zeigen die Phasenverschiebung φ des empfangenen Signals gegen das Referenzsignal als Funktion der Dauer T== eines Antennenzyklus für verschiedene Azimutwerte. Wenn die Signale über Zeiten T'=mT_D (m=ganzzahlig) empfangen werden, die groß sind gegen die Zyklusdauer T, läßt sich φ als Funktion der Zeit durch eine Summe aus einer Geraden mit der Steigung *=kF und einer sägezahnförmigen Funktion mit der Frequenz F und der Amplitude Δφ darstellen. Daher enthält das Spektrum eine Hauptlinie bei f_Q+kF und weitere Linien, die um die Frequenz F auseinander liegen. Aus Fig.3 kann man erkennen, daß bei der Frequenz f_Q+fß nicht notwendig eine Spektrallinie liegen muß.

Gewöhnlich werden, um die Nebenkeulen zu verringern, die Amplituden,mit denen die einzelnen Strahler strahler^ gewichtet, z.B. nach einer beschränkten Gaußfunktion. Daraus ergibt sich eine Verbreiterung der Hauptkeule und eine Verrringerung der Seitenkeulen.

Es ist notwendig - wie aus Fig.l ersichtlich -,die am Boden reflektierten Signale A¹ zu berücksichtigen. Für die entfernte Empfangsstation scheinen diese Signale von einem am Boden gespiegelten Bild der richtigen Antenne ausgesendet zu werden. Die direkten und die reflektierten Signale überlagern sich. Für die entfernte Empfangsstation ergibt sich daraus eine Veränderung der Referenzsignalamplitude und eine Überlagerung des Spektrums des direkten Signals, das symmetrisch zu f₀ ⁺f_D ist und sich um die Frequenzen wiederholt, die sich von fg+fjj um ein Vielfaches von f (z.B. um die Frequenzen f -f_r ⁺f_Ds ^fo^+fr⁺ⁱV ^{unteI>seheiden}>

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mit dem Spektrum des reflektierten Signals, das symmetrisch zu f_Q+f' ist und sich um die Frequenzen wiederholt, die sich von f_o+f^ um ein Vielfaches von f (z.B. um die Frequenzen ?_o-?_r ⁺£j)> f +f +f^) unterscheiden.

f^ ist gleich -f_d, wenn die Spiegelebene senkrecht auf der Antenne steht, da sich dann die Strahlungsquelle der gespiegelten Antenne in entgegengesetzter Richtung zu der Strahlungsquelle der wirklichen Antenne zu bewegen scheint.

Das darn erhaltene Spektrum ist in Fig. 4 wiedergegeben. Dabei wird angenommen, daß fo<-| ist. Durch einen Bandpass f ± -| kann man erreichen, daß nur der mittlere Teil des Spektrums durchgelassen wird.

Wenn der Boden, an dem die Signale reflektiert werden, einen Winkel α ungleich 90° mit der Antennennormale einschließt, ist die Einhüllende des dann erhaltenen Spektrums symmetrisch zu der Frequenz fQ+f', wobei f_ß=n.f .sin6^f ist, mit θ'=ττ-2α-θ. Dieses Spektrum kann störend sein, wenn es in der Nähe der Frequenz f₀ ^+fD liegt. Am störendsten wirkt sich aus, wenn 6<r-2ot und <x<-p, wie z.B. in Fig.5b. Dieser Fall kann sich bei einem großen Hindernis in der Umgebung der Antenne ergeben.

In Fig.5a ist das direkte Signalspektrum dargestellt. Es ist unmittelbar einzusehen, daß zu einer einwandfreien Messung von f_D zwischen f~ und f' ein minimaler Abstand liegen muß.

Die beschriebene Anordnung und ihre Schwierigkeiten sind bekannt. Aufgäbe ist es, die Frequenz f_D des direkten Signalspektrums zu messen, dessen Einhüllende symmetrisch zu f_ß ist, in dem aber bei f_D nicht unbedingt eine Spekträllinie liegt.

Nach der Erfindung wird die Mitte des. Spektrums dadurch bestimmt, daß man die Fouriertransformierten der beiden Vielfachen der Frequenz F, kF und (k+l)F, bestimmt, die die Frequenz fp nach unten

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und nach oben begrenzen. Im folgenden werden diese beiden Transformierten mit X- und X„ bezeichnet. Man kann dann den Winkel θ zwischen der Empfangsstation und der Antennennormalen erhalten, indem man aus der bekannten Kurvenform der Einhüllenden des Spektrums die Lage der Mittenfrequenz des Spektrums f₀ ⁺f_D mit Hilfe der Lage der Prequenzvielfachen von F,- kP und (k+l)F, bestimmt.

Fig.6 zeigt eine erste Ausführungsform des Empfängers nach der Erfindung. In diesem Empfänger wird die Fouriertransformation digital mit dem Signal auf der Schwebungsfrequenz durchgeführt, die von der Trägerfrequenz f_Q auf eine Trägerfrequenz f übersetzt wurde. Da f_D ^<ö^' angenommen wurde, kann man die Fouriertrans formiert en mit dem richtigen Vorzeichen für die Frequenzen f_r+k.F und f_r+(k+l)F aus den Beziehungen

m
X₁=E UCt₁) sin 2Tr(f_r+kP)t_i (5)

X₂=? (Ht₁) sin 2Tr(f_r+(k+l)F)t_i (6)

berechnen.

In den Gleichungen 5 und 6 ist U(t.) die getastete Amplitude des Signals zur Zeit t.. Die Abtastfrequenz, die mindestens 3f betragen sollte, wird aus Einfachheitsgründen gleich 4f_p gewählt und daher ergibt sich:

t_i=_I{i. und m=4f_rT«
r

Der Empfänger nach Fig.6 enthält einen Mischer 15, auf den ein Signal mit der Schwebungsfrequenz f₀ ^+i> _D und ein Signal mit der Frequenz f^-f gegeben wird, das ein Oszillator 16 liefert. Die Signale mit der Frequenz f+f_D werden durch die Abtasteinrichtung 17 abgetastet, auf die ein Taktgeber 29 die Taktsignale H₁ mit der Frequenz 4f gibt. Jeder abgetastete Wert wird dann durch eine Kodiereinrichtung in digitale Form gebracht, die Täktsigna-Ie -H₂ empfängt. Diese kodierten abgetasteten Signale werden dann auf 2 Kanäle gegeben, um X₁ bzw. X₂ zu berechnen. Es ist nicht notwendig, sie zu speichern, da die Berechnung direkt durchge-

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führt wird.

Die kodierten Signale werden auf zwei Multipliziereinheiten gegeben, die die Signale sin2iT(f +kP)t. bzw. sin2Tr(f +(k+l)P)t. von einem Koeffizientenrechner 25 empfangen und die die Multiplikationen in den Gleichungen 5 und 6 durchführen. Der Koeffizientenrechner 25 empfängt die Zahl k der Vielfachen von F, die fjj am nächsten liegt. Diese Zahl k wird dem Koeffizientenrechner 25 dureh eine bekannte Zähleinrichtung 30 zur Verfügung gestellt, die die Nullstellen des empfangenen Signals zählt.

In jedem Kanal .wird durch Addiereinrichtungen (21,22), auf die Register (23,24) folgen, die Summe aus den m aufeinanderfolgenden Produkten gebildet. Damit sind die Pourxertransformierten X, und Χ« berechnet worden. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel werden diese Werte auf die Schaltkreise 26 (Addierkreise) und 27 (Subtrahierkreise) gegeben, die die Summe X₁ ⁺X₂ und die Differenz X₁ ^-X₂ bilden. Ein Quotientenrechner 28 empSngt von den Schaltkreisen 26 und 2? die Signale und berechnet das Verhältnis =—~^ · Dieses Verhältnis wird dann auf den Empfänger

1 2
eines Gerätes zur bildliehen Darstellung des Winkels 9und/oder auf eine DME-Einrichtung gegeben.

Um f_ zu berechnen wurde die Einhüllende des Spektrums, die die Kurvenform -- hat, angenähert durch ein gleichschenkliges Dreieck, unter den hier gegebenen Bedingungen kann man leicht zeigen, daß proportional ist zu f_D-(k+0,5)P. Da man den zu ik+0,5)P gehörenden Winkel kennt, kann man das Verhältnis bei Benutzung einer passenden Skala direkt als Wert des Win-

^Ä1^+JL2
kels β darstellen.

Man kann auch einen festen Winkel vorgeben und die Differenz zwischen diesem Winkel und dem gemessenen Winkel θ darstellen. Diese Anordnung kann für ein Plugzeugleitsystern benutzt werden.

Fig.7 zeigt ein mögliches Blockschaltbild für den Sinus-Koeffi-

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zientenrechner 25. ϊη jedem Kanal enthält er Festwertspeicher bzw. 251, die durch den Wert k, der von der_ Zähleinrichtung 30 zur Verfügung gestellt wird, adressiert werden und ihrerseits den

v/ 2* (f_r+ kF) . 2Tr(f_r +(k+l)Fj Phasenzuwachs —V*; bzw. r-r

⁴¹r ¹T

ausüben. Dieser Phasenzuwachs wird zu den Argumenten der Sinwerte addiert im Takt der Taktsignale durch die gekoppelten Addiereinheiten 252 bzw. 253 und die Speicher 25^ bzw. 255, die die Phasenwerte 2ir(f_r+kF)t_i und 2ir(f_r+(k+l)F) t^ aisgeben, die nach jedem Taktsignal um den Phasenzuwachs.zunehmen. Diese Phasenwerte werden als Adresse für die beiden Festwertspeicher 256 bzw. 257 benutzt, die die zugehörigen Sinuswerte in jedem Kanal zur Verfügung stellen.

Fig.8 zeigt das Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform. Es wird nur der Rechenkanal für X₁ gezeigt, der Kanal für Xp ist identisch. Das Signal mit der Schwebungsfrequenz wird durch Vergleich mit einer Frequenz f~ auf eine andere Frequenz übersetzt. Man kann dann die Fouriertransformierte X, aus ihrem Realteil R, und ihrem Imaginärteil I.. nach folgender Beziehung erhalten:

ο ^m' ?

Xf = (Σ (U (t!)cos2*kFt! U (t 1 )sin2irkFti))

f = (Σ (U (t!).cos2*kFt! - U (t 1 ).sin2irkFti))

X pi C X XS-I. X

m'

= [Z (U (t!).cos2TTkFt'.+ U (t · . ).sir^kFt J ))* ( 7)

O 5 X XCX X

- R² + T²

-R₁₊I₁

In Gleichung 7 sind U (t!) und U (t!) die Werte des abgetasteten

O X O -L

übersetzten Signals zur Zeit t¹, in dem Cos- bzw. in dem Sin-Kanal. Die Abtastfrequenz wird gleich ϊ_γ gewählt (fj^^r ^ ^und

daher ist tj=| und m!=f T

Ersetzt man in Gleichung 7 die Zahl k durch k+1, erhält man eine Gleichung zur Berechnung von X».

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Das Signal mit der Schwebungsfrequenz fQ+fp wird auf zwei Mischer 31 bzw. 32 gegeben, die direkt bzw. über einen ^-Phasenschieber ein von dem Oszillator 34 geliefertes Referenzsignal mit der Frequenz f_Q empfangen. Die Mischer 31 bzw. 32 liefern für den Cos-, bzw. Sin-Kanal die Signale mit der.Frequenz f_D. Diese Signale werden auf die beiden Abtast-Kodier-Einrichtungen 35 bzw. 36 gegeben, die ihrerseits die Taktimpulse TS von einem Taktschaltkreis TC empfangen.

Die kodierten Abtastsignale werden auf die Multipliziereinheiten 37 und 40 für die Signale des Cos-Kanals und auf die Multipliziereinheiten 38 und 39 für die Signale des Sin-Kanals gegeben. Die Multipliziereinheiten 37 und 39 empfangen die Koeffizienten cos2irkFt! und die Multipliziereinheiten 38 und 40 empfangen die Koeffizienten sin2irkFtl. Diese Koeffizienten werden mit einem Koeffizientenrechner berechnet, der identisch ist mit dem nach Fig.7· Dieser Koeffizientenrechner enthält einen Festwertspeicher 51, der durch den Wert k adressiert wird, der wiederum von einer Zähleinrichtung 50 geliefert wird, und den Phasenwert —5— zur Verfügung stellt, eine mit einem Speicher 53 gekoppelte Addiereinrichtung 52 und einen Festwertspeicher 54.

Die Multipliziereinheiten 37 bis 40 bilden die Produkte in den Summen in Gleichung 7 und geben sie auf die zwei Rechenkanäle , in denen der Realteil R, bzw. der Imaginärteil I, der Fouriertrans formierten X, berechnet werden. Die Kanäle enthalten eine Addier- bzw. Subtrahiereinheit 4l bzw. 42, Summierschaltkreise, die gekoppelte Addiereinrichtungen 43 bzw. 44 und Speicher 45 bzw. 46 enthalten und Quadrierschaltkreise 47 bzw. 48, die die 2 2

Werte R, bzw. I., aus dem in einem Schaltkreis 55 die Quadratwurzel gezogen wird. Die Taktsignale TS werden auf die Multipliziereinrichtungen 37 bis 40, auf die Addiereinrichtungen 43 44 und 52 und auf die Schaltkreise 47 bis 49 und 55 gegeben.

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Die Sin- und Cos-Signale und der Wert k+1 werden auch auf den Rechenkanal für X_ (nicht da:
dem Rechenkanal für X, ist.

Rechenkanal für X_(nicht dargestellt) gegeben, der identisch mit

Die Werte X.. und X« können benutzt werden, um - wie nach Fig.6 r—Τγ"~ zu berechnen und daraus den Winkel θ zu bestimmen, indem X₁ +X₂

man die Kurvenform der Einhüllenden des Spektrums durch gleichschenklige Dreiecke annähert. In beiden Fällen ist es aber auch möglich, exaktere Berechnungen durchzuführen, indem man eine Schaltung nach Fig.9 benutzt. Dort werden aus X₁ und X₂ die Beträge der Werte

+ X₂

und

berechnet mit Hilfe der Addierschaltkreise 26 und der Dividierschaltkreise 60 und 6l. Diese Werte werden benutzt, um einen Festwertspeicher 62 zu adressieren, der direkt die Winkelabweichung ΔΘ angibt zwischen dem Winkel θ und dem Winkel, der sich z,B. aus der Frequenzverschiebung (k+0,5)F oder kF ergibt.

Bei beiden Berechnungsmethoden brauchen die Schaltkreise zur Berechnung des Koeffizienten nur sehr langsam zu arbeiten, nämlich nur mit der Geschwindigkeit, mit der dem System neue Informationen zugeführt werden. Die Schaltkreise können daher -sehr einfach ausgeführt sein.

Es ist auch möglich, daß der Wert k nicht durch eine Zähleinrichtung, sondern von einer Bedienungsperson aus einer ungefähren Schätzung des Winkels θ bestimmt und eingegeben wird.

Der beschriebene Empfänger arbeitet wie ein angepaßter Filter und hat daher die Vorteile dieser Art Empfänger. Außerdem hat der Empfänger die Vorteile der Digitaltechnik.

7 Patentansprüche 6 Bl.Zeichnungen

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Claims

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Patentansprüche

Dopplernavigationssystem, das. aus einer Sendestatioh, die ein Referenzsignal mit der Frequenz f und ein Signal mit einer etwas größeren Frequenz f+f_Q von einer Antenne ausstrahlt, die aus einer linearen Anordnung einzelner Strahler besteht, die in zyklischer Reihenfolge mit einer Wiederholfrequenz F nacheinander angeschaltet werden, und einer entfernten Empfangsstation besteht, in der durch einen Mischer ein Schwebungssignal zwischen den beiden aus der Sendestation empfangenen Signalen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Empfangsstation, um bei senkrechter Aufstellung der Antenne die Elevation und bei waagerechter Aufstellung der Antenne den Azimut der Empfangsstation bezogen auf die Antenne bestimmen zu können, eine Zähleinrichtung 30, die während eines Zeitintervalls, das groß gegen eine Zyklusdauer T = ψ ist, die Nulldurchgänge der empfangenen Signale zählt und damit eine Zahl k bestimmt, aus der sich die Frequenzen kF und(k+l)F, die die Dopplerfrequenzverschiebung, die das von den kommutierend geschalteten Strahlern empfangene Signal gegen das von ihnen mit der Frequenz f+f ausgesendete Signal erfahren hat, nach unten und nach oben begrenzen, ein Rechner, der die Fouriertrans formierten X₁ und X₂ des Schwebungssignals für Frequenzen, die sich aus den Frequenzen KF und (k+l)F ergeben, berechnet und Mittel vorgesehen sind, um aus den Fouriertransformierten X, und Xp den Azimut bzw. die Elevation der Empfangsstation bezogen auf die Sendestation zu bestimmen.

Dopplernavigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Berechnung des Azimuts bzw. der Elevation aus den Fouriertransformierten X, und X_ Addierschaltkreise 26, Subtrahierschaltkreise 27 und Dividierschaltkreise 28 enthalten, die da3 Verhältnis · bilden, aus dem direkt der Azimut bzw. die Elevation näherungsweise bestimmt werden kann, indem man die Einhüllende des Frequenzspektrums der empfangenen Signale durch gleich-

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seitige Dreiecke annähert.

Dopplernavigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Berechnung des Azimuts bzw. der Elevation aus den Pouriertransformierten X, und X₀ Addierschaltkreise 26

12 Xt

und Dividierschaltkreise 60 und 6]^ um die Verhältnisse =±—

X₂ . ^{λ d} ■

und _v—r—-η. zu berechnen, und einen Festwertspeicher 62 enthalten,

1 ? Xt Xp

der durch aie Verhältnisse _v—■ und =—7—„— adressiert wird

^Xl ^X2 ^Xl ^X2

und direkt den genauen Wert des Azimuts bzw. der Elevation ausgibt.

Dopplernavigationssystem nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Berechnung der Fouriertransformierten X^ und X einen Schaltkreis, der das Schwebungssignal auf eine andere Frequenz übersetzt, Schaltkreise zur Abtastung und Kodierung des übersetzten Schwebungssignales in digitale Form und zwei digitale Recheneinrichtungen enthalten die die Fouriertransformierten X₁ und X₀ aus den abgetasteten und kodierten Signalen bestimmen.

Dopplernavigationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden digitalen Recheneinrichtungen eine Einrichtung 25 zur Berechnung der Sinus-Koeffizienten in den Fouriertransformier ten X₁ und Xp, MuItiplikationsschaltkreise 19 bzw. 20, die die abgetasteten und kodierten Signale mit den zugehörigen in der Einrichtung 25 berechneten Sinuskoeffizienten multiplizieren und Addierschaltkreise 21 bzw. 22 enthalten, die mit Speichern 23 bzw. 24 gekoppelt sind, die die Summen aus den Multiplikationsergebnissen zur Bildung der Fouriertrans formierten X-. und X_ ausführen.

Dopplernavigationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis, der das Schwebungssignal auf eine andere Frequenz übersetzt, zwei Signale erzeugt, die gegeneinander um

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π/2 phasenverschoben auf zwei Kanäle gegeben werden, daß jede der beiden digitalen Recheneinrichtungen eine Einrichtung zur Bestimmung der Sinuskoeffizienten und eine zur Bestimmung der Kosinuskoeffizienten in den Fouriertransformierten, Multiplikationsschaltkreise, die jedes Paar der abgetasteten und kodierten Signale in den beiden Kanälen mit den zugehörigen Sinus bzw. Kosinuskoeffizienten multiplizieren, Additionsschaltkreise die durch Summation der Multiplikationsergebnisse in dem einen Kanal die Realteile und in dem anderen die Imaginärteile der Fouriertransformierten X, und Xp bilden, und Recheneinrichtungen enthält, um aus den Realteilen bzw. Imaginärteilen die Fouriertransformierten zu berechnen.

7. Dopplernavigationssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtungen zur Berechnung der Sinusbzw. Kosinuskoeffizienten Festwertspeicher (250,251) ₃ die durch die Zahl k» die die Zähleinrichtung 30 liefert, adressiert werden und den zugehörigen Phasenzuwachs ausgeben, mit Speichern (25¹J, 255) gekoppelte Additionsschaltkreise (252,253)_s die zu den Sinus- bzw. Kosinuskoeffizienten die Argumente ausgeben, und weitere Festwertspeicher (256,257) enthalten, die zu den Argumenten die zugehörigen Sinus- bzw. Kosinuskoeffizienten ausgebe;

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