Empfangswellenfeld


(siehe auch: Phasenfronten)

Unter dem Empfangswellenfeld versteht man in der Funkmesstechnik das aus einem spezifischen Empfangsszenario resultierende Wellenfeld. Die Transformation des Empfangswellenfeld in eine messbare Größe (hier: die Fußpunktspannung der Antenne) erfolgt durch eine, dem Empfangsszenario angepasst dimensionierte, Empfangsantenne. Eine anschauliche Darstellung des Empfangswellenfelds bietet das Interferenzfeld. Im Interferenzfeld werden die Feldvektoren (elektrische und magnetische Komponenten) der am Empfangsszenario beteiligten Signale in Form von Isophasen dargestellt.

Empfangsfeld zum Mehrwellenszenario.
Empfangsszenario: Mehrwellen-Empfangsfeld.

Ein Funkpeiler schätzt die Richtung aus der ein Emitter sendet durch Auswertung der Feldgrößen der elektromagnetischen Welle. Hierzu wird entweder das Transversalitäts- oder Orthogonalistätsprinzip genutzt. Ein für die Funkmesstechnik relevanter Parameter der Empfangsszenarien ist die Anzahl der im Empfangswellenfeld vorhandenen Signale. Man unterscheidet zwischen Ein- und Mehrwellenszenarien.

Beim Einwellenszenario ist im Empfangswellenfeld genau eine Welle (ein Signal) vorhanden. Die Phasenfronten sind ungestört und stehen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, die Feldvektoren orthogonal auf der Ausbreitungsrichtung der Welle. Ein solches Szenario ist in der Praxis nicht existent, da jedem Empfangsszenario zumindest eine rauschartige Störung überlagert ist. Daher definiert man das Einwellenszenario durch das Vorhandensein einer stark dominante Welle, die das Empfangswellenfeld bestimmt. Die störenden Einflüße sind in diesem Fall so klein sind das sie keine Auswirkung auf das Empfangswellenfeld haben und die Phasenfronten der dominanten Welle senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Signals stehen.

Verlauf des Interferenzfeldes der Phasen (schwarz) und Amplituden des elektrischen Feldes im fast ungestörten Luftraum. Welleneinfall von 60° Azimut. Weiß angedeutet sind die Positionen der Antennenelemente einer Kreisgruppe (Großbasis).
Verlauf des Interferenzfeldes beim Einwellenszenario. Die Phasenfronten (schwarz) stehen senkrecht auf der Ausbreitungsrichtung der Welle. Weiß angedeutet sind die Elemente einer Kreisgruppenantenne.

Beschreibt man die dem Wellenfeld entnommenen Proben zum einem Abtastzeitpunkt t in Form der Fußpunktspannung eines Antennenelementes (die proportional zur elektrischen Feldstärke die ist) folgt für das Einwellenszenario:

Formel80

wobei s(t) die zeiabhängige Amplitude und Phase des Signals in Form ihrer komplexen Einhüllenden beschreibt, a(α) die Richtungsinformation des Signals trägt und n(t) eine rauschartige Störung modelliert.

Da sich die Peilaufgabe bei einem Einwellenszenarien auf das Aufinden einer Richtung (die das Empfangswellenfeld dominant prägt) reduziert, kann sie von allen klassischen Peilverfahren gelöst werden.


Unter einem Mehrwellenszenario versteht man ein Empfangswellenfeld das durch mehrere vorhandene Signale ausgeprägt wird. Dies ist der Fall bei:

    • Aufklärung aus der Luft (Erweiterung des Funkhorizontes führt zu Mehrwelleneinfall,
    • Mehrwegeausbreitung (z.B. Mobilfunk),
    • der Peilung schwacher, spektral überlagerter Signale,
    • der Aufklärung von Funknetzen mit C/S-DMA basierten Zugriffsverfahren und
    • gegnerischen ECM-Maßnahmen

Beim Mehrwellenszenario entartet das Empfangswellenfeld entsprechend der Parameter der beteiligten Wellen. Je nachdem wie die Parameter der beteiligten Wellen zueinander im Verhältnis stehen, kommt es zu mehr oder weniger komplexen Ausprägungen des Empfangswellenfelds. Durch die Superposition der Feldvektoren der beteiligten Wellen kann es vorkommen, dass die Phasenfronten des gesuchten Nutzsignals nicht mehr senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Nutzsignals stehen.

Empfangswellenfeld (Interferenzfeld) bei Mehrwelleneinfall.
Empfangswellenfeld (Interferenzfeld) bei Mehrwelleneinfall. Schwarz eingezeichnet sind die Phasenfronten des E-Feldes die aus der Superposition aller beteiligten Wellen (hier: zwei Signale) enstehen.

Klassische Peilverfahren sind Einwellenpeilverfahren und versagen wenn mehrere Wellen zur gleichen Zeit im selben Peilkanal einfallen (Gleichkanalstörung) und das Nutzsignal nicht um einiges stärker als die Störsignale sind.

Mehrwellenszenarien lassen sich nur unter bestimmten Bedingungen durch alle Peilverfahren auflösen. Sind die beteiligten Signale zeitlich unkorreliert und spektral überlagert, (Sender 1 sendet nur wenn Sender 2 nicht sendet) kann durch die Bildung eines Peilwerthistogramms auf die Einfallsrichtung beider beteiligter Signale geschlossen werden. Eine zeitliche sowie spektrale Überlagerung beider Signale resultiert in einem Signalgemisch dessen Auflösung nur durch den Einsatz von hochauflösenden Peilverfahren möglich ist.

Überlagerung von zwei Signalen im selben Peilkanal (Gleichkanalstörung). Der resultierende Peilwert zweigt in Richtung eines real nicht existenten Emitters.
Überlagerung von zwei Signalen im selben Peilkanal (Gleichkanalstörung). Der resultierende Peilwert zweigt in Richtung eines real nicht existenten Emitters.

Bei klassischen Peilverfahren führt das Vorhandensein von mehreren Signalen im Empfangswellenfeld zu Peilfehlern die vom Verhältnis der Parameter der beteiligten Signale bestimmt werden. Eine ungünstigste Überlagerung der Signale führt zu einem Peilwert der auf einen real nicht existenten Emitter schliessen lässt.

Verlauf des Interferenzfeldes bei vorhandensein eines Störsingals aus Richtung 150° das halb so viel Leistung aufweist wie das zu peilende Signal (aus Richtung 60° Azimut)
Verlauf des Interferenzfeldes bei Vorhandensein eines Störsingals aus Richtung 120° das halb so viel Leistung aufweist wie das zu peilende Signal (aus Richtung 30° Azimut). Bei korrekter Dimensionierung der Antennenbasis kann dieses Szenario auch von klassischen Peilverfahren aufgelöst werden.

Mathematisch lässt sich das Mehrwellenszenario (mit zwei zeitlich überlagerten Signalen) wie folgt beschreiben:

Formel125

Das Mehrwellenszenario unterscheidet den:

Aus den vorangegangenen Betrachtungen folgt: für die Lösung der Peilaufgabe ist die Anzahl der im Empfangswellenfeld vorhandenen Signale von großer Bedeutung, da nicht alle Peilverfahren die Fähigkeit besitzen (oder nur bei bestimmten Verhältnissen der beteiligten Signale zueinander in der Lage sind) Mehrwellenfelder in ihre einzelnen Komponenten zu zerlegen und diese ihren Einfallsrichtungen zuzuweisen.

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