Gleichlauffehler


Der Begriff Gleichlauffehler bezieht sich in der Funkortungstechnik auf einen Peilfehler der bei mehrzügigen Peilern auftreten kann. Ein Gleichlauffehler ensteht aufgrund von unterschiedlichen Amplituden- und Phasengängen der beteiligten Empfangszüge. Der enstehende Peilfehler ist:

    • umso größer, je niedriger die Frequenz bezogen auf die Antennenbasis wird sowie
    • abhänig von der Anzahl der verwendeten Antennenzüge und
    • vom Vorzeichen des Phasenfehlers (bei mehr als zwei Zügen) sowie
    • abhänig vom gewählten Peilverfahren.

Erfolgt vor der eigentlichen Messung der Antennenspannungen eine Kalibrierung der Empfangszüge kann der Gleichlauffehler ausgeglichen werden. Der unterschiedliche Phasen- und Amplitudengang der Züge zueinander kann enstehen wenn eine, oder mehrere, der folgenden Bedingungen bei der Messung der Sondenspannungen verletzt wird bzw. werden:

    • Amplituden und Phasengänge in den Empfangszügen müssen gleich sein,
    • Gleichlauf der Frequenzgänge der Filter (analog und digital) muss gegeben sein,
    • bei der digitalen Signalverarbeitung dürfen keine Versätze beim Sampling enstehen.

Bei Phasenpeilern welche die Lage der Phasenfronten im elektromagnetischen Feld messen und zueinander in Beziehung setzen wirkt sich ein Gleichlauffehler wie eine virtuelle Verschiebung der Feldsonden im Empfangsfeld aus. Hieraus resultiert, ähnlich wie bei der Problematik des Mehrwelleneinfalls auf Groß- und Kleinbasispeiler, ein von der Antennenapertur abhäniger Peilfehler.

Auswirkung des Gleichlauffehlers bei einem zweizügigen Peiler. Das Antennenelement das mit dem zweiten Zug gemessen wird (hier 2 und 3) werden virtuell in gleichem Maße verschoben. Bei einem dreizügigen System könnte der dritte Zug eine andersartige Verschiebung des Elementes 3 verursachen. Die Größe des Unschärfebereichs hängt vomPhasenfehler ab.
Auswirkung des Gleichlauffehlers auf einem zweizügigen Peiler. Das Antennenelement das mit dem zweiten Zug gemessen wird (hier 2 und 3) wird virtuell in gleichem Maße verschoben. Bei einem dreizügigen System könnte der dritte Zug eine andersartige Verschiebung des Elementes 3 verursachen. Die Größe des Verschiebebereichs hängt von der größe des Phasenfehlers ab.

Bei einer großen Antennenapertur (Verhältnis Durchmesser „d“ zu Betriebswellenlänge „λ“, kurz: d/λ ) ist der resultierende Peilfehler der durch die Phasenverschiebung der Empfangzüge zueinander ensteht klein. Ab einem Verhältnis von d/λ = 5 ist bei mehrzügigen Peilern ein Phasenfehler der Phasengänge der beteiligten Züge kaum nachweisbar, er resultiert in einem Peilfehler von < 1 Grad. Je kleiner die Apertur wird, desto größer wird die Auswirkung des Phasenversatzes und der resultierende Peilfehler.

Dieses Verhalten ähnelt der Problematik des Peilfehlers von Groß- und Kleinbasisverhalten bei Mehrwelleneinfall und ist daher ähnlich darstellbar:

Auswirkung der Aperturgröße auf den Peilfehler bei Gleichlaufstörung beim zweielementigen Interferometerpeiler.

Auswirkung der Aperturgröße auf den Peilfehler bei Gleichlaufstörung beim zweielementigen Interferometerpeiler.

Die Auswirkung der Anzahl der beteiligten Züge auf den Peilfehler läßt sich am Beispiel des Interferometer-Peilers anschaulich beschreiben. Bei diesem Peilverfahren werden die Phasendifferenzen der Antennen einer Antennengruppe zueinander berechnet.

Die Messung des Referenzelementes (zu dem der Bezug gebildet wird) erfolgt in jedem Abtastschritt über den Referenzug, die Messung des Bezugselementes über einen zweiten (bzw. n-ten) Zug der je nach Anzahl der beteiligten Antennenelemente in jedem Abtastschritt umgeschalten wird.

Verschaltung der Elemente einer sechzügigen Peilantenne mit einem zweizügigen Peiler für das Peilverfahren korrelatives Interferometer. Das Referenzelement (rot) wird in jedem Abtastschritt benötigt, die restlichen Elemente werden Schritt für Schritt mit dem Referenzelement verschaltet.

Verschaltung der Elemente einer sechzügigen Peilantenne mit einem zweizügigen Peiler.  Das Referenzelement (rot) wird in jedem Abtastschritt benötigt, die restlichen Elemente werden Schritt für Schritt mit dem Referenzelement über einen Messzug verschaltet.

Bei einer zweizügigen Ausführung oben genannten Verfahrens kommt es bei der Messung der Phasen (an den Sonden) zu einer virtuellen Verschiebung des Messelements, welche in einer Nullphasenverschiebung der Feldstärke resultiert.

Verlauf der Feldstärke an einer dreielementigen Interferometer-Peilantenne mit zweizügiger Peilauswertung . Durch Gleichlauffehler verändern sich die Nullphasenlagen der Antennenelementspannungen gleichmäßig. Je nach Apertur und Peilfunktion wird die Richtung der einfallenden Welle falsch geschätzt.
Verlauf der Feldstärke an einer dreielementigen Interferometer-Peilantenne mit zweizügiger Peilauswertung . Durch Gleichlauffehler verändern sich die Nullphasenlagen der Antennen-elementspannungen gleichmäßig. Je nach Apertur und Peilfunktion wird die Richtung der einfallenden Welle falsch geschätzt.

Sind drei Züge an der Messung beteiligt kommt es nicht nur zur Verschiebung von Referenzzug zu zweitem Zug, sondern außerdem zu einer Verschiebung von Referenzzug zu drittem Zug. Die beiden Verschiebungen zum können komplementär sein und somit einen doppelt so großen Einfluß auf die Peilfunktion nehmen wie ein zweizügier Peiler.

Einfluß des Gleichlauffehlers auf einen dreizügigen Peiler. Beide Messzüge haben zum Referenzzug einen unterschiedlichen Gleichlauffehler. Je nach Größe der beiden Fehler kommt es Peilfehlern aufgrund von abweichenden Nullphasenwinkeln.
Einfluß des Gleichlauffehlers auf einen dreizügigen Peiler. Beide Messzüge haben zum Referenzzug einen unterschiedlichen Gleichlauffehler. Je nach Größe der beiden Fehler kommt es Peilfehlern aufgrund von abweichenden Nullphasenwinkeln.

Einen weiteren wichtigen Aspekt spielen die Vorzeichen der Phasenfehler der beteiligten Züge. Bei einem neunzügigen Peiler kommt es bei gleicher Verteilung der Vorzeichen bei allen Messzügen zu einer Kompensierung der Phasenfehler untereinander kommen dies führt, auch bei kleiner Apertur, zu einen kaum relevanten Peilfehler. Sind die Vorzeichen der Phasenfehler mehrheitlich positiv bzw. negativ kommt es hingegegen zu großen Peilfehlern Fehlern bei kleiner Apertur.

Abhänigkeit des Peilfehlers von der Anzahl der beteiligten Empfangszüge bei einem Phasenfehler von 4° pro Zug (bezogen auf den Referenzzug).
Abhänigkeit des Peilfehlers von der Anzahl der beteiligten Empfangszüge bei einem Phasenfehler von 4° pro Zug (bezogen auf den Referenzzug).

Abhilfe gegen den Gleichlauffehler beim oben genannten Peilverfahren schafft eine relative Phasen- und Amplitudenkalibrierung der beteiligten Züge zum Referenzzug. Diese Kalibrierung ist umso wichtiger, je mehr Züge an der Messung der Phasen beteiligt sind.

Wird die Forderung der Längengleichheit (gleicher Amplituden- und Phasengang) der beteiligten Züge nicht eingehalten und erfolgt zudem keine, oder eine fehlerhafte, Kalibrierung der Züge ist eine Peilung nicht möglich. Peilverfahren zeigen unter den genannten Bedingungen Fehler bei der Peilwertberechnung die abhänig vom Einfallswinkel der Welle sind. Ein linearer Zusammenhang zwischen Einfallswinkel der Welle und gemessenem Peilwinkel ist ohne Kalibrerung nicht mehr gegeben.

Ein nicht kalibriertes Peilsystem führt zu nicht reproduzierbaren Peilergebnissen die von Messung zu Messung variieren.

Virtuelle Drehstandmessung eines dreizügigen Peilers mit fehlerhaft kalibrierten Empfangszügen. Der enstehende Gleichlauffehler resultiert in einem nicht linearen Zusammenhang zwischen gemessenen und eingestellten Peilwinkel.
Virtuelle Drehstandmessung eines dreizügigen Peilers mit fehlerhaft kalibrierten Empfangszügen. Der enstehende Gleichlauffehler resultiert in einem nicht linearen Zusammenhang zwischen gemessenen und eingestellten Peilwinkel (hier der Azimutwinkel). Der Fehler ist frequenz- und richtungsabhänig aber reproduzierbar (im Gegensatz zum Kalibrierfehler).
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