Messung des Winkels


Die Positionsbestimmung durch Richtungsmessung zählt zu den ältesten, in der Praxis realisierten Funkortungsverfahren. Die Messung des Winkels (die Peilung) unter dem eine elektromagnetische Welle an der Empfangsantenne eintrifft geht auf die Erkenntnisse von Heinrich Hertz [1] zurück (1892). Unter der Annahme, dass sich eine, von einem Sender abgestrahlte, ebene elektromagnetische Welle (EM-Welle) im Luftraum geradlinig und ungestört ausbreitet kann unter Zuhilfenahme von gerichteten Empfangsantennen der Einfallswinkel mit Hilfe eines Peilempfängers bestimmt werden (Richtempfangsverfahren).

Ausbreitung der elektromagnetischen Welle im ungestörten Luftraum. Die Phasenfronten des E-Feldes sind senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle. Die Verbindungslinie zwischen Sender und Peiler wird als Standlinie bezeichnet.

Ausbreitung der elektromagnetischen Welle im ungestörten Luftraum. Die Phasenfronten des E-Feldes sind senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle. Die Verbindungslinie zwischen Sender und Peiler wird als Standlinie bezeichnet. Der Winkel zwischen Bezugsrichtung und Standlinie kann durch einen Peilempfänger bestimmt werden.

Zur Messung des Einfallswinkels einer von einem Sender abgestrahlten EM-Welle werden die Eigenschaften ihrer Feldkomponenten ausgenutzt. Die elektrischen und magnetischen Feldkomponenten der linear polarisierten EM-Welle sind zueinander senkrecht und gleichphasig. Sie stehen orthogonal auf der Ausbreitungsrichtung der Welle, die durch den Strahlungsdichtevektor S (Poynting-Vektor) festgelegt ist.

Formel1

Die Phasenverhältnisse im Fernfeld einer ebenen, ungestörten elektromagnetischen Welle vertikaler Ausbreitungsrichtung sind dadurch gekennzeichnet, das die Linien gleicher Phase des elektrischen Feldes (sogenannte Isophasen) parallele Geraden sind, die auf der Ausbreitungsrichtung senkrecht stehen. Der Strahlungsdichtevektor der Welle zeigt vom Sender weg.

Linear, vertikal polarisierte, ebene Welle. Der Poynting Vektor S zeigt in Ausbreitungsrichtung der Welle. E- und H-Feld stehen senkrecht auf der Ausbreitungsrichtung.

Die im vorangegangenen erläuterten Eigenschaften der Feldkomponenten einer elektromagnetischen Welle können durch zwei wesentliche Merkmale unterschieden werden:

Zu den ältesten Peilerverfahren [2] zählen Verfahren auf Basis des Transversalitätsprinzips  (z.B. der Drehrahmenpeiler).


geometrische Interpretation

Ein Funkpeiler misst den Winkel unter dem eine elektromagnetische Welle auf die Peilantenne einfällt. Die geometrische Repräsentation aller Punkte im Raum die zu einer Bezugsrichtung dieselbe Winkelweite (den selben Drehwinkel) haben ist eine auf der Horizontalebene senkrecht stehende Fläche die durch den Bezugspunkt geht. Die Schnittgerade zwischen Horizontalebene und Standfläche ist die Standlinie der Winkelmessung.

Prinzip der Winkelmessung (Peilung). Gemessen werden Azimut (rot) und Elevation (grün) der einfallenden Welle.

Diese Standlinie zeigt in Richtung der Quelle (dem Sender) der elektromagnetischen Wellen. Dabei ist es nicht möglich eine eindeutige Ortung (die genaue Positionsangabe) eines des Senders durchzuführen, da hierzu die bloße Richtungsinformation nicht ausreicht. Zur genauen Positionsbestimmung von Sendern mit Hilfe von Funkpeilern siehe: hier.


[1] Heinrich Rudolf Hertz, deutscher Physiker

[2] 1906, Patent von Scheller

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