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Verfahren zur schmalbandigen Übertragung des Signalinhaltes von Radar-Panorama-Schirmbildern
Bekanntlich werden für die Luftraumüberwachung und Zielortung sowie Eigenorientierung
heweglicher Objekte (z. P. Flugzeuge, Schiffe usw.) Radargeräte verwendet. Die Zieloljekte
reflektieren die hochfrequenten Radarimpulse und liefern somit Signale. die ihre
Darstellung auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre ermöglichen.
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Im Betriebseinsatz ist es häufig erforderlich, derartige Schirmbilder,
speziell solche von Panoramageräten, unverfälscht zu übertragen. Normalerweise sind
hierfür breithandige Übertragungskanäle notwendig, die jedoch in nur begrenztem
Umfange zur Verfügung stehen. Es werden daher Verfahren benötigt, die eine entsprechende
Erniedrigung der Übertragungshandbreite ermöglichen.
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Bei einem bekannten Verfahren, dem sogenannten Speicherverfahren,
wird die Aufzeichnung der Panorama-Sellirml) ilder durch Zusammenfassung von mchreren
benachbarten Schreibspuren innerhalb des -Äntennciiöffnungswinkels vereinfacht.
Es ist jedoch ungünstig, zu viele Sternschreibspuren. zusammenzufassen. da sonst
eine azimutale Anzeigeverbreiterung der Signalzeicherl eintreten kann. Die Anwendung
einer derartigen Bildvereinfachung setzt folglich mit zunehmender Bandlreitenerniedrigung
die Bildqualität herab. Außerdem ermöglicht das Speicherverfahren eine nur begrenzte
Randbreiteneingsparung, da äußerstenfalls nur alle Sternschreibspruen innerhalb
des Antennenöffnungswinkels zusammengefaßt werden können.
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Es wurde auch bereits ein anderes bekanntes Verfahren zur Verringerung
der Übertragungsbandbreite, nämlich das sogenannte Durchmusterungsverfahre, für
die Übertragung von Radar-Schirmbildern ausgenutzt. Hierbei ergibt sich jedoch der
Mangel, daß Signale von der Übertragung ausgeschlossen werden können. Es muß bei
diesem Verfahren ferner berücksichtigt werden, daß die Intensivität der von reflektierenden
Objekten zurückgestrahlten Impulse starken Schwankungen unterworfen ist. Auch hierdurch
können heim Durchmusterungsverfahren zusätzlich Zeichen von der Übertragung ausgeschlossen
werden, die im Augenblick der Abtastung infoige von Schwankungen unter den Rauschpegel
abgesunken sind. Das Durchmusterungsverfahren ist daher beispielsweise zur Luftraumüberwachung
mit hoch auflösenden Radargeräten unlrauchbar.
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In vielen Fällen stehen Übertragungskanäle mit einer Bandbreite von
wenigen kHz zur Verfügung (z. B. Fernsprechkanäle), so daß die Durchführung weiterer
Bildvereinfachungen erforderich ist. Diese Vereinfachungen werden durch Vergrößerung
des radialen Darstellungsbereiches der Signale erzielt,
wodurch weitere Anzeigequalitätsverschlechterungen
in Erscheiniung treten.
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Bei dem Verfahren zur schmalbandigen Übertragung des Signalinhaltes
von Radar-Panorama-Schirml) ildern nach der Erfindung werden diese Mängel dadurch
iiberwunden, daß die den Signalpunkten auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre
entsprechenden Ablenkspannungswerte über Toreshalter, die an die Ablenkspannungskreise
angeschlossen und von den Empfangssignalen gesteuert sind, als Impulse einer Speichereinrichtung
zugeführt und in Form von Impulsen konstanter zeitlicher Folge. die entsprechend
der Zahl der maximal zu übertragenden Signalpunkte gewählt ist, übertragen werden
und daß empfangsseitig die Impulse zur Auslenkung des Anzeigestrahles einer oder
mehrerer Kathodenstrahlröhren im Sinne einer lagegetreuen Wiedergabe der ursprünglichen
Signalpunkte herangezogen werden.
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Hierdurch wird gegenüber dem Stand der Technik insofern ein technischer
Fortschritt erzielt, als alle Nutzsignale vollständig übertragen werden, eine voll
ständig lagegetreue Bildwiedergabe erfolgt und für anzeigefreie Bildstellen kein
Nachrichteninhalt übertragen wird.
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Das zu übertragende Rada. r-Panorama-Schirmbild kann dahei schon
vorher vereinfacht worden sein, z. 13. in bekannter Weise durch Zusammenfassung
der benachbarten Schreibspuren innerhalb des Antennenöffnungswinkels. Die Ahlenkspannungen
der primären Kathodenstrahlröhre gelangen an je einen vorzugsweise elektronischen
Schalter, wobei die Schalter im Augenblick der Aufzeichnung eines Echoimpulses
schalten
und fiir jede Ablenloriclltung eine Folge von Ablenkimpulsen liefern. Es ist dabei
zweckmäßig, die den Sendeimpulsen entsprechenden Nullimpulse durch Austastung ganz
oder teilweise von der Übertragung auszuschließen und an ihrer Stelle Synehronisationsimpulse,
deren Amplitudenwerte die empfangsseitige Bestimmung des Nullpotentials ermöglichen,
mit der Bildfolgefrequenz oder einer Subharmonischen selben zu übertragen. Die Ablenkimpulse
werden mit Hilfe von optischen, magnetischen, elektrischen oder elektronischen Speicheranordnungeíl
ohne Veränderung ihrer Amplitudenwerte in je eine Impulsfolge mit konstantem Impulsabstand
für jede Ablenkrichtung verwandelt. Zur Erzeugung der schmalbandig iibertragbaren
Spannungsverläufe werden diese Impulsfolgen über je einen Tiefpaß geleitet. deren
Grenzfrequenz vorzugsweise der halben Frequenz der Impulsfolgen entspricht. Die
empfangsseitig angeordnete Kathodenstrahlröhre wird von einem Pulsgenerator periodisch
hellgetastet. Die Synchronisation des Pulsgenerators erfolgt vorteilhaft mit Hilfe
der mit übertragenen Synchronisationssignale.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels,
welches sich mit an sich bekannten Mitteln weitgehend abändern läßt, erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt die Zusammenstellung der einzelnen Baugruppen in Form
eines Blockschemas. Die Ausgangsimpulse des Radar-Empfängers gelangen von dem Punkt
a an den Wehneltzylinder 1 der Kathodenstrahl röhre 2. Die erforderlichen Ablenkspannungen
werden von den Punkten bx und by an die Ablenkplatten 3 und 4 gelegt. Die in Punkt
a befindlichen Signalimpulse gelangen ferner an die Baugruppe 4.
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Diese hat die Aufgabe, jeweils im Augenblick des Eintreffens eines
Signalimpulses ein Impulszeichen von festgelegter Impulsform, Amplitude und Breite
zu erzeugen. Die Ausgangs impulse der Baugruppe werden von dem Punkt c an die beiden
elektronischen Schalter und By gelegt.
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Fig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild der Baugruppe 4. Die eingehenden
Signalimpulse werden über das RC-Glied 5 differenziert und mit Hilfe der Röhre 6
derart verstärkt, daß die Impulsspitzen am Ausgang des Ühertragers 7 einen Spannungswert
von etwa 100 Volt aufweisen. Gleichzeitig wirkt die Röhre 6 als Begrenzer, so daß
die Amplitudenwerte der dem übertrager 7 entnommenen Impulse weitgehend unabhängig
von den Amplitudenwerten der angelegten Signalimpulse sind. Die darauffolgende Röhre
8 arbeitet in einer Sperrschwingerschaltung.
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Ihr Bremsgitter 9 liegt über der Sekundärwicklung 10 des Ubertragers
7 an einem negativen Spannungspotential i 11. Die negative Bremsgittervorspannung
verhindert die Funktion des Sperrschwingers. sofern sie nicht mit Hilfe eines von
der Röhre 6 gelieferten positiven Spannungsimpulses kurzzeitig aufgehoben wird.
In diesem Falle tritt der Sperrschwinger für die Dauer der Auftastung in Funktion
und liefert einen Impuls von festgelegter Form, Amplitude und Breite an den Punkt
c.
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Die Baugruppen Bx und By (Fig. 1) erhalten die Ablenkspannungen der
Röhre 2 zugeführt. Sie sind als elektronische Schalter ausgebildet, die mit Hilfe
der Ausgangsimpulse der Baugruppe d kurzzeitig geöffnet werden können und somit
die gleichzeitige Entnahme von Impulsen an den Punkten dx und dy ermöglichen, deren
Amplitudenwerte den momentanen x- und y-Ablenkspannungswerten der Kathoden-
strahlröhre
2 entsprechen. Diese Impulse gelangen von den Punkten dz und dy an die Speideranordnungen
Cx und Cy.
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In Fig. 3 ist das Schaltschema des symmetrisch arbeitenden elektronischen
Schalters Bx bzw, By abgebildet, Die am Punkt c befindlichen Tastimpulse steuern
über die symmetrische Sekundärwicklung 12 des Übertragers 13 die Duodiode 14. Somit
wird die an bx bzw. by liegende Ablenkspannung für die Dauer der Tastimpulse an
den Widerstand 15 übertragen.
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Während der Impulspausen sperrt die an den Kondensatoren 16 und 17
auftretende Ladespannung die Diodenstrecken. Über den Kathodenwiderstand 18 der
Röhre 19 werden somit die den Signalzeichen zugeordneten Ablenkspannungen in Form
von Impulsen mit entsprechenden Amplitudenwerten an den Punkt dx bzw. dy gegeben.
Die Anordnung der Röhre 19 bildet für die ausgehenden Impulsspannungen einen geringen
Innenwiderstand.
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Fig. 4 zeigt die Spannungsverläufe an den Punkten a, bx, by, c, dx
und dy. Die Speicher Cx und Cy (Fig. 1) haben die Aufgabe, die Ausgangsimpulse der
elektronischen Schalter Bx und By ohne Beeinflussung ihrer Amplitudenwerte derart
zu verschieben, daß ihre zeitlichen Abstände zueinander einen konstanten Wert (in
vorliegendem Beispiel t/rooo Sekunde) betragen. Hierfür werden zwei elektronische
Speicherröhren (z. B. Metrechonröhren) verwendet.
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In Fig. 5 ist die prinzipielle Anordnung einer derartigen Speicherstufe
abgebildet. Dem Schreibsystem 20 werden die von dem elektronischen Schalter Bx (bzw.
By) gelieferten Ausgangs impulse zugeführt.
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Diese steuern über die Elektrode 21 die Aufzeichnungsintensität des
Schreibstrahles. Seine Ablenkung erfolgt in Form einer Zeile mit Hilfe einer Treppenspannung,
die deiu Ablenkspannungsgenerator E im Punkt c entnommen wird. Der Verlauf dieser
Treppenspannung ist in Fig. 4 dargestellt. Die Hohe der einzelnen Spannungsstufen
ist konstant, während ihre jeweilige Länge durch den zeitlichen Abstand der einzelnen
Signalimpulse gegeben ist. Gleichzeitig liefert die Baugruppe E im Punkt f eine
Rechteckspannung (Fig. 7), welche die wechselseitige Aufzeichnung von zwei getrennten,
zueinander parallel verlaufenden Zeilen auf dem gleichen Speicherschirm veranlaßt.
Mit jeder Radarbildfolge wird ein Zeilenwechsel durchgeführt. Innerhalb der Zeilen
sind die einzelnen Ablenkimpulse mit gleichen Abständen zueinander aufgetragen,
wohei die Ladungsintensität eines Speieberpunktes dem Amplitudenwert des darin gespeicherten
Impulses proportional ist. Nach Beendigung einer Zeilenaufzeichnung wechselt der
Schreibstrahl, wie vorgehend beschrieben, auf die andere parallel verlaufende Schreibspur.
Die Speicher abtastung erfolgt stets in dem voll beaufschlagten Speicherabschnitt.
Der Abtaststrahl des Systems 22 überstreicht die gespeicherten Ladungen in einheitlichen
Zeitintervallen und ermöglicht somit die Bildung eines amplitudenmodulierten Pulses
mit konstanten Impulsabständen. Die Steuerung des Abtaststrahles geschieht mit Hilfe
einer Kippspannung (Fig. 7g), die dem Ablenkspannungsgenerator E im Punkt g entnommen
wird. Das Speichersystem 22 liefert den amplitudenmodulierten x- (bzw. y-) Puls
über den Verstärker 23 an die Anordnung 24 zur Einblendung des Bildsynchronisationspulses.
Im Punkt h dieser Anordnung befindet sich ein Puls (Fig. 7), dessen Impulsfolgefrequenz
der Radar-Schirmbildfolgefrequenz entspricht. Er ist einem festen Bezugspunkt des
Radarbildes zugeordnet. Sein Amplitudenwert
wird so groß gewählt,
daß er auf der Empfangsseite leicht herausgelöst werden kann.
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Die in den Punkten ix und iy liegenden amplitudenmodulierten Pulse
gelangen in die Modulatorbaugruppen Dx und Ds.
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Fig. 6 zeigt die Prinzipanordnung der Baugruppe Dx (bzw. Dy). Diese
ist als Tiefpaß ausgebildet. dessen Aufgabe in der Reduzierung der Übertragungshandl)reite
besteht. Im Punkten, (bzw. my) befindet sich somit ein niederfrequenter Spannungsverlauf.
dessen Amplitudenwerte in den festgelegten Intervallen den Amplituden der ihnen
zugeordneten Impulse entsprechen.
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Fig. 8 veranschaulicht die Spannungsdiagramme in den Punkten ix,
iy, mx und my.
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In Fig. 9 ist das Prinzipschaltbild der Baugruppe E dargestellt.
Die Anordnung 25 erzeugt die Treppenspannung e. Die Ausgangsimpulse der Baugruppe
A gelangen von dem Punkt c an das Steuergitter 26 der Pentode 27. Die negative Gittervorspannung
dieser Röhre ist so bemessen, daß gerade kein Anodenstrom fließt. Ihre Anode liegt
an dem Kondensator 28, der über die Röhre 29 stets nach Abschluß einer Radar-Schinnlildaufzeichnung
mit Hilfe der in Punkt Ji befindlichen Bil dsynchrnni sationsimpulse aufgeladen
wird. Die positiven Impulse am Steuergitter der Röhre 27 öffnen diese kurzzeitig
und sorgen damit für die teilweise Entladung des Kondensators 28. Da Breite und
Amplitude der im Punkt c liegenden Impulse einheitlich sind, fällt bei jeder derartigne
Entladung das Spannungspotential am Kondensator 28 um den gleichen Betrag. Folglich
befindet sich am Kondensatorpunkt c eine Treppenspannung, deren Spannungsstufen
konstante Werte aufweisen, während die Stufenlängen den Abständen der jeweils aufeinanderfolgenden
Impulszeichen im Punkt c entsprechen, Die Austastung der unerwünschten Nullimpulse
erfolgt durch kurzzeitige Funktionsunterdrückung der Röhre 27 mit Hilfe der im Punkt
k befindlichen negativen Impulse, die zeitlich mit den auszutastenden Nullimpulsen
zusammenfallen.
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Die Anordnung 30 erzeugt für den Zeilenwechsel in den Speicherbaugruppen
Cx und Cy benötigte Rechteckspannung. Die Röhren 31 und 32 arbeiten in einer Multivibratorschaltung.
Im Punkt f befindet sich die synchronisierte Rechteckspannung. Die Erzeugung der
Abtastkippspannung wird in der Anordnullg 33 durchgeführt. Diese Anordnung besteht
aus den leiden Röhren 34 und 35. Der Kondensator 36 wird durch deii Anodenstrom
der Röhre 34 langsam entladen. Die Entladungsdauer kann mit Hilfe des Kathodenwiderstandes
37 festgelegt werden. Die Aufladung des Kondensators 36 erfolgt über die Röhre 35
jeweils nach Beendigung einer Radar-Bildaufzeichung, Hierfür werden die am Punkt
h befindlichen Bildsynchronisatonismpulse verwendet. Somit liegt im Punkt g an Ausgang
dieser Anordnung eine Sägezahnspannung, wie sie für die Steuerung des Speichersystems
22 der Baugruppe Cx bzw. C. henötigt wird.
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Die niederfrequenten Al) enkspannungen werden von den Ausgangspunkten
mx und my auf die Tochterstation übertragen, Der Eingangsteil der Tochterstation
enthält zwei gleiche Baugruppen Fx und Fy. did die eingehenden nicderfrequenten
Ablenkspannungen verstärken und das Nullpotential mit Hilfe der Synchronisationssignale
festlegen.
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Fig. 10 zeigt das Prinzipschaltbild der Baugruppe Fx (bzw. Fy). Die
eingehende niederfrequent Ablenkspannun g gelangt über den Transformator 38 an
die
Verstärkerröhre 39. Im Punkt o befindet sich die verstärkte niederfrequente Eingangsspannung.
Die richtige Dimensionierung des Spannungsteilers, bestehend aus den Widerständen
40 und 41, ermöglicht in Verbindung mit der Diode 42 die einmalige Einstelimig des
Nullpotentials und damit die lagerichtige Darstellung der Bildsignale auf dem Schirmbild
des Tochtergerätes.
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Die verstärkten niederfrequenten Ablenkspanzungen am Ausgang der
Baugruppen Fx und Fy gelangen von den Punkten nx und ny an die x- und v-Ablenkplatten
einer kathodenstrahlröhre. Sie lenken den Elektronenstrahl dieser Röhre derart ab,
daß er sich in bestimmten Zeitmomenten mit dem festgelegten Zeitintervall (im vorliegenden
Beispiel 1/iooo Sekunde) jeweils an den Bildschirmpunkten befindet, auf denen ein
Signal angezeigt werden soll.
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In diesen Augenblicken wird die Intensität des Elektronenstrahles
hochgetastet, so daß die entsprechenden Bildpunkte aufleuchten. Die Baugruppe G
erzeugt den hierfür notwendigen Tastpuls.
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In Fig. 11 ist das Prinzipschaltbild der Baugruppe G dargestellt.
Die verstärkte niederfrequente Ablenkspannung gelangt von dem Punkt o der Baugruppe
Fx an das Steuergitter der Röhre 43. Die negative Gittervorspannung ist so hoch
gewählt, daß nur noch die positiven Spitzen der Synchronisationssignale übertragen
werden. Der Ausgangsübertrager 44 differenziert das ihm zugeführte Spannungsbild
und gibt ein Signal nach Fig. 12q ab. Der Fußpunkt der Sekundärwicklung des Übertragers
44 liegt an einem positiven Spannungspotential, so daß der Richtleiter 45 im Ruhestand
gesperrt ist. Gelangt ein Signal nach Fig. 12q an den Richtleiter 45, so öffnet
er im Augenblick des Spannungswechsels vom positiven zum negativen Potential. Damit
wird die Röhre 46 über den Riickkopplungsübertrager 47 regenerativ abgeschaltet
(Multiarschaltung). Die Anordnung kippt selbständig entsprechend der Zeitkonstante
des Übertrager 47 zurück. Das impulsartige Abschalten der Röhre 46 erzeugt über
den differenzierenden Übertrager 48 Spannungsimpulse nach Fig. 12r. Der positive
Puls wird für die Synchronisation verwendet.
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Die Röhre 49 arbeitet als frei schwingendes Multiar. Der Übertrager
50 ist in Verbindung mit dem Kondensator 51 auf die festgelegte Impulsfolgefrequenz
(in vorliegendem Beispiel 1000 Hz) abgestimmt. Parallel zu seiner dritten Wicklung
liegt die Impedanzröhre 52. An dem Widerstand 57 entsteht eine Rechteckspannung
nach Fig. 12s. Diese Rechteckspannung wird von dem positiven Puls r über den elektronischen
Schalter 54 abgetastet. Als Folge wird der Kondensator 55 aufgeladen und liefert
somit eine Regelspannung, die über die Impedanzröhre 52 den Generator nachregelt.
Das positive Impulszeichen des Spannungsdiagramms r trifft stets mit einer Flanke
der Rechteckspannung s zusammen.
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Der Übertrager 56 differenziert und liefert aus dem Rechteckstrom
der Röhre 49 an den Punkt t ein Impulsbild nach Fig. 12t. Die positiven Impulse
bilden den Auftastpuls für die Bildröhre.