Interferometerpeiler


Ein Peiler der sein Peilergebnis aus der Messung von Phasendifferenzen (bzw. dem Laufzeitunterschied) zwischen im Raum verteilten Sonden gewinnt wird als Interferometerpeiler (If.-Peiler) bezeichnet. Der If.-Peiler zählt in die Kategorie der Phasenpeiler und gewinnt sein Peilergebnis durch direkte Auswertung der gemessenen Phasendifferenzen indem er diese in den Winkelraum transformiert.

Blockschaltbild des einfachsten Interferometerpeilers.
Blockschaltbild des einfachsten Interferometers (dreizügiger Peiler).

Beim Interferometerpeiler handelt es sich um einen mehrzügigen Peiler der hauptsächlich für Peilungen im V/UHF aber auch HF-Bereich verwendet wird. Die Empfangseigenschaften des If.-Peilers leiten sich hauptsächlich aus folgenden Parametern ab:

    • der Apertur der Antennenanordnung und
    • der Anzahl der verwendeten Antennenelemente.

Für eine eindeutige Elevations– und Azimutbestimmung werden drei Feldsonden (Rundempfangselemente) benötigt die nicht kolinear aufgestellt sind. Diese müssen ein Kleinbasissystem (die Antennenbasis muß kleiner als eine halbe Wellenlänge sein) bilden, da es sonst zu Mehrdeutigkeiten bei der Ermittelung des Peilergebnisses kommen kann (die Phasendifferenz kann nur in Bereich von ± 180° eindeutig gemessen werden).

Antennenanordnungen für IF-Peiler (links: drei-elementiges Interferometer, rechts: vier elementiges Interferometer.
Antennenanordnungen für Kleinbasisinterferometer-Peiler (links: drei-elementiges Interferometer, rechts: vier- elementiges Interferometer. Die Antennenbasen der Länge d sind blau eingezeichnet.

Für die Minimalkonfiguration des If.-Peilers ergeben sich, folgende Ausgangsspannungen der Antennenelemente:

Formel40

wobei für die gemessene Phase des Antennenelementes gilt:

Formel42

hierbei steht ρ für die Koordinaten der Antenne in Polarform und d für die Basis, die den Abstand zwischen den Antennenelementen deren Phasendifferenz gemessen wird angibt. Werden nun die Phasendifferenzen der Antennen 2 und 3 bezogen auf die Referenzantenne 1 gebildet ergeben sich folgende Gleichungen wenn man den zeitlichen Faktor ignoriert und gleiche Antennencharakteristiken aller Elemente annimmt:

Formel41

hier ergeben sich, aufgrund der Anordnung der Antennenelemente in einem rechtwinkligen Dreieck, folgende Ausdrücke für die Phasendifferenzen:

Formel43

Die beiden Phasendifferenzen werden durch die Verwendung der Tangensfunktion in ein Azimutwinkel überführt. Die quadrantenrichtige Darstellung des Peilwinkels (der Arkustangens hat nur einen Wertebereich von -90° bis +90°) wird durch eine Bewertung des Vorzeichens der beteiligten Phasendifferenzen durchgeführt.

Formel44

Die angegebene Peilfunktion besitzt ihre Gültigkeit nur solange es sich bei der Antennenanordnung um ein Kleinbasissystem handelt. Für die effektive Basenlänge b gilt:

Formel45

Wird diese überschritten kommt es zu Peilfehlern aufgrund der Mehrdeutigkeit der Phasendifferenzen (siehe Abbildung weiter unten).

Stellt man die Phasendifferenzen in Abhängigkeit des Einfallswinkels der Welle grafisch dar erhält man folgendes Bild:

Transformation der Phasendifferenzen eines drei-elementigen Interferometers in den Azimutraum. Es gilt: d/lambda = 0,2.
Transformation der Phasendifferenzen eines drei-elementigen Interferometers in den Azimutraum. Es gilt: d/λ = 0,2.
Transformation der Phasendifferenzen eines drei-elementigen Interferometers in den Azimutraum. Es gilt: d/lambda > 0,5.
Transformation der Phasendifferenzen eines drei-elementigen Interferometers in den Azimutraum. Es gilt: d/lambda > 0,5. Wie man aus dem untersten Graphen entnehmen kann kommt es zu Peilfehlern aufgrund der mehrdeutigen Phasendifferenzen.

Bei Vorhandensein von kohärenten oder inkohärenten Störungen führt die Verwendung eines Kleinbasisinterferometers zu Peilfehlern die nur durch den Einsatz eines Großbasissystems kompensiert werden können. Um wiederrum die Mehrdeutigkeiten solcher Großbasisinterferometer aufzulösen, wird eine Kombination aus Groß- und  Kleinbasisinterferometer verwendet. Mit dem ungenauen aber eindeutigen Meßwert für die Einfallsrichtung, der mit einem Kleinbasisinterferometer erhalten wird, wird das Großbasisinterferometer auf den richtigen von mehreren möglichen aber genaueren Einfallsrichtungsmeßwerten eingewiesen.

verdünnte Linearzeile zur Auflösung der Mehrdeutigkeiten bei Großbasis und zur Verringerung des Peilfehlers bei Kleinbasis.
Verdünnte Linearzeile zur Auflösung der Mehrdeutigkeiten der Großbasis und zur Verringerung des Peilfehlers der Kleinbasis bei Mehrwelleneinfall. Rechts im Bild angedeutet ist die Verschaltung der Antennenspannungen bei einem dreizügigen Peiler.
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