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Verfahren zur Störminderung
Bei Telegraphiesystemen, die mit Frequenzmodulation arbeiten, werden die empfangenen Telegraphiesignale, gegebenenfalls nach Verstärkung und Amplitudenbegrenzung, einem Diskriminatornetzwerk zugeführt, das an zwei Ausgängen zwei komplementäre Wechselstromzeichen abgibt. Diese Wechselstromzeichen werden nach ihrer Gleichrichtung einem weiteren Netzwerk zugeführt, das durch Differenzbildung zwischen den beiden Einfachstromzeichen Doppelstromzeichen erzeugt.
Bei Telegraphiezeichen kann das Umschwingen von der einen Frequenz auf die andere zeitlos geschehen. Im Übertragungsweg, vor allem im Empfänger sind jedoch Filter vorhanden, die die Flanken der einzelnen Zeichen mehr oder weniger abflachen. Nach der Gleichrichtung zeigt sich dies, indemder Umschlag einen mehr oder weniger flachen Übergang zeigt. Sind die Frequenzen der Signale nach der Begrenzung von statistischen Störungen betroffen, so ist der Zeitpunkt des ungestörten Umschlages nicht mehr feststellbar.
Gleiche Probleme treten auch bei einer weiteren Anwendung dieser Zweitonfrequenzmodulation auf, nämlich bei der Infrarot-Ortung bewegter Ziele in Verbindung mit der Raumfilterung. Dabei wird der geortete Strahler auf eine Scheibe projiziert und dessen Lage durch rotierende Abtastscheiben in den gewünschten Koordinaten angegeben. Der Abtastfigur wird ein Speichenmuster aus abwechselnd hellen und dunklen Streifen überlagert. Ein Punktstrahler ruft dabei eine Impulsfolge hervor, während Flächenstrahler je nach Form und Ausdehnung ein mehr oder weniger konstantes Gleichstromsignal ergeben.
Durch geeignete Wahl der Abtastfigur kann aus Impulsverhältnissen direkt auf karthesische Koordinaten geschlossen werden. Derartige Speichenmuster geben am Ausgang des Bildzerhackers Impulszüge ab, die, analog zur iwéitontelegraphie, in Form von frequenzmodulierten Signalen auskoppelbar sind.
Die Auswertung dieses Signals kann ebenfalls entsprechend der in der Zweitontelegraphie üblichen Technik erfolgen. Die einzelnen Koordinaten ergeben sich beispielsweise aus dem Verhältnis der Impulslänge zur Impulslücke. Nachteilig wirken sich dabei die statistischen Störungen aus, die sich als ein den Signalen überlagertes Rauschen zeigen. Damit der Ort des Strahlers genau vermessbar ist, muss der Frequenzumschlag zeitlich genau feststellbar sein, der Umschlag muss daher mit einer möglichst steilen Flanke erfolgen.
Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Bandpassfilter für die zwei Frequenzen genügend schnell einund ausschwingen können und deshalb genügend breitbandig sind. Mit Rücksicht auf eine gleichmässige Raumfilterung soll das Verhältnis der beiden Frequenzen nicht zu gross sein (kleiner als zwei). Ein guter Kompromiss zwischen der relativen Bandbreite, der Bandpassfilter und dem Frequenzverhältnis für die
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5.reichen.. Ein grösserer Frequenzhub bei gleichbleibenden Bandbreiten ergäbe eine Verbesserung des Si- gnal-zu Rauschverhältnisses. Aus diesem Grunde wurde bei bekannten Geräten auf die günstigste Raumfilterung verzichtet und ein Frequenzverhältnis von 1 : 4 gewählt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Störminderung nach der Detektion von zweitonfrequenzmo- dulierten Signalen, deren Umschlagzeitpunkte angenähert durch Vergleich der Ausgangsspannungen zweier auf die beiden Modulationen abgestimmten Frequenzdiskriminatoren festgestellt werden. Die Lösung der gestellten Aufgabe wird ermöglicht, weil die Frequenzumschläge immer in einem ausgezeichneten Punkt der Schwingungen stattfinden. Beispielsweise trete bei der Frequenzmodulation ein plötzlicher Umschlag
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von der Frequenz 31 auf die Frequenz Q2 auf.
Die Ausgangsfunktion kann für den betrachteten speziellen Fall zusammengesetzt werden aus einer Dauerschwingung mit der Frequenz m, einer im Umschlagzeitpunkt plötzlich auftretenden Schwingung gleicher Frequenz und gleicher Amplitude, aber entgegenge- setzter Phase und der im gleichen Zeitpunkt plötzlich auftretenden Schwingung mit der Frequenz S. Somit verläuft die Signalspannung im Umschlag stetig.
Die Erfindung besteht darin, dass die Umschläge mit einem Nulldurchgang einer der beiden empfangenen Tonschwingungen zeitlich bestimmt werden.
An Hand der Zeichnung wird im folgenden die Erfindung näher erläutert. Fig. l zeigt ein Blocksche-
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2,rot-Vermessungsgeräte, die die Aufgabe haben, einen Infrarot-Strahler mit kartesischen Koordinaten zu vermessen. Das Speichenmuster der Raumfilter-Zerhackerfigur lässt sich derart bemessen, dass die Schwingungen beim Frequenzumschlag übergangslos aufeinander folgen.
Fig. 1 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung eines Diskriminators zur Gleichrichtung von zweitonfrequenzmodulierten Signalen. Vom Begrenzer 11 werden die Signale auf Bandpassfilter 12 und 13 und von dort auf Gleichrichter 14 und 15 geführt. Die gleichgerichteten Signale. werden addiert und über ein Tiefpassfilter 16 auf eine Impulsformstufe 17 geführt.
Die Wirkungsweise bei einem Umsälilag ist die folgende : Das Signal schwingt mit der Frequenz fl, die durch das Bandpassfilter 12 geleitet werden. Nach dem Gleichrichter 14 entsteht damit eine positive Gleichspannung. DieSpannung nach dem Gleichrichter 15 ist 0 Volt. Beim Umschlag auf die Schwingung mit der Frequenz f2 schwingt das Bandpassfilter 13 ein. Hinter dem Gleichrichter 15 baut sich eine negative Spannung auf. Das Bandpassfilter 12 schwingt aus und die positive Gleichspannung nach dem Gleichrichter 14 baut sich ab. Da die Gleichrichter 14 und 15 in Serie geschaltet sind, kann am Verbindungpunkt die Summenspannung abgenommen werden, die von einer positiven Spannung auf eine negative Spannung umschlägt. Das Tiefpassfilter 16 wirkt als Siebschaltung für den Gleichstrom.
Der Impulsformer 17 ist eine bistabile Schaltung, beispielsweise ein Schmitt-Trigger, der bei positiver Steuerspannung in der einen Stellung und bei negativer Steuerspannung in der andern Stellung verharrt. Beim Nulldurchgang der Summenspannung im Punkt A kippt der Schmitt-Trigger.
Bei dieser Anordnung zeigt es sich, dass bei statistischen Streuungen der Frequenzen die-Nulldurch- gänge des gleichgerichteten Signals viel stärker streuen als die Nulldurchgänge der Tonschwingungen.
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Schwingung und somit der Winkelgeschwindigkeit des Spannungsvektors. Nach der Begrenzung, äussert sich die statistische Unstetigkeit in kleinen spontanen Änderungen der Winkelgeschwindigkeit des gleichen Spannungsvektors. Das Verhältnis der von derUnstetigkeit herrührendenkleinen Änderungen zu der von der Modulation herrührenden grossen Änderung kann zwangsläufig nie kleiner sein als das Verhältnis der kleinen Änderung der Winkelgeschwindigkeit zur Winkelgeschwindigkeit selbst.
Diese Erkenntnis wird in der Anordnung gemäss Fig. 2 angewendet. Die Gleichrichtung des Signals erfolgt in der gleichen Weise wie in der Anordnung gemäss Fig. 1, mit dem Begrenzer 11 des bandpass tern 12 und 13, den Gleichrichtern 14 und 15 sowie dem Tiefpassfilter 16. Von den Bandpassfiltern 12 und 13 wird ausserdem je eine Spannung abgezweigt, die auf Verzögerungsleitungen 21 und 22 geführt werden. Alle dreispannungen werden aufNullindikatoren 23, 24 und 25 geführt. Die bistabilen Schaltungen 26 und 27 werden durch die Ausgangssignale der Nullindikatoren gesteuert. Die Ausgangssignale dieser bistabilen Schaltungen steuern eine weitere bistabile Schaltung 28.
Die Spannung im Punkt A wird dazu verwendet, denjenigen der Nulldurchgänge des ursprünglichen Signals auszuwählen, der als erster am Punkt B oder C nach dem Nulldurchgang im Punkt A erscheint.
Dieser, aus einer Impulsreihe ausgewählte Nulldurchgang bestimmt dann den Nulldurchgang des gleichgerichteten Signals. Wenn der Frequenzumschlag im Punkt A angezeigt wird, ist das Bandpassfilter für die zugehörige Frequenz im ausschwingenden Zustand und hat ein beträchtliches Mass seiner Signalenergie verloren. Damit ist die Unsicherheit der Nulldurchgänge der Impulsreihe grösser geworden als im eingeschwungenen Zustand des Bandpassfilters. Die Laufzeit der Verzögerungsleitungen 21 und 22 wird derart gewählt, dass die Nulldurchgänge, die zur Bestimmung des Frequenzumschlages verwendet werden, vom Frequenzumschlag nicht beeinträchtigt sind.
Die Wirkungsweise geschieht wie folgt : Auf die Verzögerungsleitungen 21 und 22 folgenNullindi- katoren. Dies sind Schaltungsanordnungen, die z. B. für den Nullindikator 23 bei jedem Nulldurchgang von der negativen zur positiven Halbwelle einen positiven kurzzeitigen Impuls und für den Nullindikator 25
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in jedem Nulldurchgang von der positiven zur negativen Halbwelle einen ebensolchen negativen Impuls abgeben. Der Nullindikator 24 gibt bei jedem Nulldurchgang abwechselnd an jedem Ausgang einen Impuls. Bei eingeschwungenem Zustand auf der Frequenz fl liefert der Nullindikator 23 angenähert periodisch Impulse. Die bistabile Schaltung 26 ist dadurch ständig in einem bestimmten Schaltungszustand, der hier zum besseren Verständnis beispielsweise mit geschlossen bezeichnet wird.
Beim Frequenzumschlag von fl nach f2 erhält die bistabile Schaltung 26 einen Impuls vom Nullindikator 24 und öffnet damit. Beim nächsten Impuls aus dem Nullindikator 23 kippt die bistabile Schaltung 26 wieder in den geschlossenen Zustand. Über ein nachfolgendes Differenzierglied und einen Gleichrichter wird nur der Impuls vom Schalten in den geschlossenen Zustand weitergeleitet. Die bistabile Schaltung 28 schaltet mit Impulsen aus der bistabilen Schaltung 26 in den geschlossenen Zustand.
Die bistabile Schaltung 27 arbeitet in der entsprechenden Weise wie die bistabile Schaltung 26 und liefert einenAusgangsimpuls bei jedem Frequenzumschlag von f2 nach fl. Ein solcher Impuls bewirkt das Öffnen der bistabilen Schaltung 28. Am Ausgang derselben kann somit eine Spannung ausgekoppelt werden, die derjenigen am Punkt A entspricht, deren Nulldurchgänge jedoch viel weniger den Streuungen unterworfen sind.
Die Anordnung in Fig. 3 entspricht genau derjenigen in Fig. 2, nur dass die Verzögerungsleitungen 21 und 22 wegfallen. Die Impulsreihen zur Festlegung des Frequenzumschlages werden dabei aus dem gerade eingeschwungenen Signal entnommen. Damit dies möglich ist, muss der Nulldurchgang im Punkt A genügend verzögert sein. Dies lässt sich aber ohne weiteres durch entsprechende Dimensionierung des Tiefpassfilters 16 erreichen.
Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin : Jedes Tiefpasstfilter wirkt als Verzögerungsleitung. Die Anordnung nach Fig. 2 braucht zwei Verzögerungsleitungen 21 und 22, um die verzögernde Wirkung des Tiefpassfilters 16 sowie die Einschwingvorgänge der Bandpassfilter 12 und 13 zu überbrücken. Diese Verzöge- g rungsleitungen müssen zudem bedeutend breitbandiger gebaut sein als das Tiefpassfilter und sind dementsprechend aufwendig.
Die Anordnung gemäss Fig. 4 eignet sich besonders, wenn man vom eintreffenden Signal weiss, dass es nach einem Frequenzumschlag eine gewisse minimale Zeit im neuen. Frequenzzustand verharrt, die wesentlich länger dauert, als die Ein- bzw. Ausschwingzeit der Bandpassfilter 12 und 13. Die beiden weiteren Bandpassfilter 41 und 42 werden dann derart dimensioniert, dass sie während der Zeit des dauernden Signals beispielsweise auf mindestens 90o eingeschwungen sind. Damit können die Bandpassfilter 41 und 42 wesentlich schmäler gebaut werden als die Bandpassfilter 12 und 13. Die Verbesserung des SignalRauschverhältnisses, über die gesamte Schaltungsanordnung gesehen, ist umgekehrt proportional zum Verhältnis der Bandbreiten der Bandpassfilter 41 zu 12 bzw. 42 zu 13. Für vernünftige Filtercharakteristiken (z. B.
Butterworth) wird die Gruppenverzögerung der Bandpassfilter 41 bzw. 42 gerade so gross gewählt, dass die Signale in den Punkten Bund C dann genügend eingeschwungen sind, wenn in Punkt A frühestens wieder ein Frequenzumschlag angezeigt werden kann.
Die hier aufgeführten Nullindikatoren und die bistabilen Schaltungen sind allgemein bekannt. Als Nullindikatoren könnten "Multiar"-Schaltungen oder "Schmitt-Trigger" verwendet werden. Die Mul-
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beschrieben. Eine verwendbare bistabile Schaltung kann beispielsweise ein gewöhnlicher bistabiler Multivibrator sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Störminderung bei zweitonfrequenzmodulierten Signalen, deren Umschlagszeitpunkte angenähert durch Vergleich der Ausgangsspannungen zweier auf die beiden Modulationen abgestimmter Frequenzdiskriminatoren festgestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschläge mit einem Nulldurchgang einer der beiden empfangenen Tonschwingungen (fl, f2) zeitlich bestimmt werden.