DE1244881B - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erzielung einer bestimmten Durchschnittsfrequenz statistisch verteilter gleichfoermiger Impulse in einer Radaranlage - Google Patents

Description

DEUTSCHES WTWW^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 21 a4-48/61

Nummer: 1244 881

Aktenzeichen: B 61149IX d/21 a4

1244 881 Anmeldetag: 6. Februar 1961

Auslegetag: 20. Juli 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung einer bestimmten Durchschnittsfrequenz statistisch verteilter, durch Echo- und Störsignale des Empfängerteils einer Radaranlage ausgelöster, gleichförmiger Impulse zur weiteren Auswertung mit Hilfe einer Datenverarbeitungsanlage, bei welchem nur die eine Bezugsspannung übersteigenden Signale zur Auslösung der Impulse herangezogen werden.

Bei Radarsystemen zur Erfassung sehr weit entfernter Objekte ist wegen der erforderlichen größeren Verstärkungsfaktoren der Störpegel wesentlich höher als bei solchen Radaranlagen, bei welchen die vom Empfänger gelieferten Impulse unmittelbar als Videoimpulse Anwendung finden können. Die relative Vergrößerung des Störpegels umfaßt im allgemeinen mehrere Größenordnungen, so daß vor der Sichtbarmachung des abgetasteten Bildes die Impulse nach Störimpulsen und Echoimpulsen getrennt werden müssen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, Datenverarbeitungsanlagen dazu zu verwenden, aus dem Videosignalgemisch die echten Echosignale durch Vergleich mit den ausgesendeten Impulsen herauszufinden. Die verwendeten Rechenanlagen können aber nicht Impulse derjenigen Form verarbeiten, wie sie die Ausgangsseite eines normalen Radarempfängers liefert. Bei den hier in Frage stehenden Anlagen wird jedem Signal, sei es nun ein Echosignal oder ein Störsignal, ein gleichförmiger Impuls zugeordnet, der allein durch seine Lage auf der Zeitachse alle erforderlichen Eigenschaften hat, die die Datenverarbeitungsanlage zur Weiterverarbeitung benötigt.

Es hat sich aber gezeigt, daß selbst die modernsten Datenverarbeitungsanlagen nur eine bestimmte Anzahl statistisch verteilter Impulse pro Zeiteinheit aufnehmen und korrekt verarbeiten können. Man kann z. B. von der Annahme ausgehen, daß etwa 100 Impulse pro Sekunde noch verarbeitet werden können, während bei beispielsweise 200 Impulsen pro Sekunde die Datenverarbeitungsanlage keine korrekten Ausgangswerte mehr gibt; die Anlage »kommt nicht mehr mit«. Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, dieses Problem zu lösen. Dabei geht die Erfindung von dem Gedanken aus, daß die Verringerung der durchschnittlichen Signalfrequenz durch beispielsweise einen Frequenzteiler oder eine ähnliche Einrichtung nicht möglich ist, da die Datenverarbeitungsanlage die Diskriminierung der einlaufenden Stör- und Echosignale auf Grund ihrer Lage auf der Zeitachse vornimmt, d. h., daß jeder getriggerte Impuls in zeitlicher Hinsicht mit den Ausgangsimpulsen der Radaranlage verglichen wird. Damit steht die Erfindung vor dem Problem, Verfahren und Schaltungsanordnung zur
Erzielung einer bestimmten
Durchschnittsfrequenz statistisch verteilter
gleichförmiger Impulse in einer Radaranlage

Anmelder:

The Bendix Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. K.-A. Brose, Patentanwalt,
München-Pullach, Wiener Str. 2

Als Erfinder benannt:
John W. Martin, Timonium;
John F. Hultquist, Towson;
Donald W. McGlashan,
Timonium, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. März 1960 (12 296)

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Frequenzen statistisch verteilter Impulse zu vermindern.

Dies wird nach der Erfindung bei dem eingangs definierten Verfahren dadurch erreicht, daß die Durchschnittsfrequenz der getriggerten Impulse mit einer für die höchste zulässige Durchschnittsfrequenz charakteristischen Bezugsfrequenz verglichen, eine der Frequenzdifferenz proportionale Gleichspannung erzeugt und diese Gleichspannung in an sich bekannter Weise zur Einstellung der Bezugsspannung verwendet wird. Das Einzelmerkmal der selbsttätigen Regelung ist zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses eines Radarempfängers bekannt. Bei dem bekannten Empfänger wird die negative Vorspannung der zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses vorgesehenen Diode zwangläufig in Abhängigkeit von der Amplitude der Rauschspannungen geregelt. Im Gegensatz dazu dient das Verfahren nach der Erfindung praktisch der Verhinderung einer Ubersteuerung einer Datenverarbeitungsanlage unter Berücksichtigung der Tatsache, daß mit

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einer einfachen Frequenzteilung das Ziel der Erfindung nicht erreicht werden kann.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bezugsfrequenz durch Ansteuerung des entsprechenden Generators einstellbar ist. Auf diese Weise kann man die Anzahl der durchgelassenen Impulse auf die maximale Anzahl pro Zeiteinheit verarbeitbarer Impulse der Datenverarbeitungsanlage einstellen. In einer Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zum Vergleichen der getriggerten Durchschnittsfrequenz mit der Bezugsfrequenz ein Flip-Flop vorgesehen, an dessen einen Eingang die getriggerten Impulse und an dessen anderen Eingang die Bezugsfrequenz gelegt ist; dabei wird die Ausgangsgröße des Flip-Flops einem Integrator zugeführt, dessen Ausgang der zeitlich gemittelten Spannung am Flip-Flop-Ausgang entspricht und das Gleichspannungssteuersignal für die Bezugsspannung darstellt. Zur Eliminierung des Einflusses naheliegender Objekte auf die Bezugsspannung kann dabei ein mit der Folgefrequenz des Radarsenders synchronisierter Austastkreis vorgesehen sein.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild,

F i g. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 3 ein Blockschaltbild der gesamten Anlage mit Radarsender und Empfänger.

Zunächst soll unter Hinweis auf F i g. 1 das Prinzip der Erfindung erläutert werden. 11 sei dabei der Empfänger eines Radargerätes zur Überwachung auf sehr große Entfernung. Wegen des erforderlichen großen Verstärkungsfaktor ist — wie in der Einleitung auseinandergesetzt wurde — der Verstärkungsfaktor dieses Empfängers so groß, daß in der ebenfalls in der Einleitung erläuterten Weise eine Trennung der Echosignale von den Rauschsignalen mit einer Daten verarbeitenden Anlage vorgenommen wird. Der Ausgang des als Signalgenerator anzusprechenden Empfängers 11 ist also im wesentlichen ein verstärktes Rauschen mit (zunächst unkenntlichen) Echokomponenten. Dieses Ausgangssignal ist also praktisch das Videosignal des Empfängers. Mit 12 ist ein Impulsgenerator mit zwei Eingängen bezeichnet, welcher gespeist vom Videoeingang für jeden einen eingestellten Schwellwert überschreitenden Teil des Videosignals einen Impuls gleicher Gestalt, Größe und Dauer abgibt. Diese Schwelle hat die Form einer Bezugsspannung, die durch eine über den Steuereingang 14 in den Generator 12 eingespeiste Gleichspannung eingestellt wird. Der Ausgang des Generators 12 besteht also nun aus in unregelmäßigen Abständen erscheinenden Impulsen, die im wesentlichen den über dem Schwellwert liegenden RausctlsignaIspitzen entsprechen, wobei einige wenige dieser Ausgangssignale des Generators 12 den gesuchten Echosignalen entsprechen. Der Informationsgehalt der über den Ausgang 15 in die Datenverarbeitungsanlage 13 abgegebenen Impulse besteht aus ihrer Lage auf der Zeitachse. Bei der soweit beschriebenen Anlage tritt nun das in der Einleitung erläuterte Problem auf, daß der Datenverarbeiter 13 pro Zeiteinheit nicht mehr als eine bestimmte Anzahl der statistisch einlaufenden Ausgangsimpulse des Generators 12 verarbeiten, d. h. auf ihren Informationsgehalt hin

untersuchen kann. Im folgenden soll unter »Durch schnittsfrequenz« die Anzahl der vom Generator 12 (der auch als Quantisierstufe bezeichnet wird) pro Zeiteinheit gelieferten Impulse gleichförmiger Gestalt, Größe und Dauer bezeichnet werden, obwohl diese Impulse nicht mit regelmäßigen Zeitabständen aufeinanderfolgen. Man kann also sagen, daß der Datenverarbeiter 13 nur eine bestimmte maximale Durchschnittsfrequenz verarbeiten kann.

ίο Die Maßnahmen nach der Erfindung dienen dazu, die vom Generator 12 gelieferte Durchschnittsfrequenz zu verkleinern, ohne daß dabei der in der zeitlichen Stellung eines jeden einzelnen Impulses begründete Informationsgehalt der verbleibenden Impulse geändert wird. Zu diesem Zweck wird über den Steuereingang 14 dem Generator 12 eine Gleichspannung zugeführt, die zur Einstellung derjenigen Bezugsspannung dient, welche dem Schwellwert entspricht. Die über 14 abgegebene Gleichspannung wird von einem Vergleicher 17 geliefert, welcher ein Gleichspannungssignal erzeugt, das seinerseits proportional der Differenz der Durchschnittsfrequenz und einer von einem Generator 18 gelieferten Bezugsfrequenz ist. Die vom Generator 18 gelieferte Bezugsfrequenz ist — wie schematisch bei 21 dargestellt ist — einstellbar. Damit kann man also durch Verstellung des Regelorgans 21 die Durchschnittsfrequenz einstellen, die vom Generator 12 an den Datenverarbeiter 13 geliefert wird. Mit 22 ist schematisch ein Generator für Austastimpulse vorgesehen, der mit dem Radarsender synchronisiert ist. Dieser Generator 22 verhindert, daß Echos von relativ nahen Objekten, die sich als eine Steigerung der Durchschnittsfrequenz zu Beginn eines Abtastintervalls äußern, eine Änderung des Schwellwertes im Generator 12 erzeugen. Wenn eine Radaranlage Anwendung findet, bei welcher innerhalb eines gleichbleibenden Intervalls eine Reihe von Empfangssignalen untersucht wird, dann ist der Generator 22 so ausgebildet, daß er die Vergleicherschaltung 17 nur zwischen solchen Intervallen die Bezugsfrequenz ändern läßt.

In F i g. 2 ist ein schematisches Schaltbild einer besonderen Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in dem Signale in der Art von Videosignalen und Störungen (Störgeräusche) einer Eingangsklemme 24 zugeführt werden. Die Signale von der Klemme 24 werden einem Basislinien-Begrenzungskreis 25 zugeführt, der eine Paralleldiode 26 und eine Seriendiode 27 enthält, die bezüglich einer mit der Leitung 28 zugeführten Gleichstrom-Schwellwertspannung betrieben werden. Der Basislinien-Begrenzungskreis 25 führt diejenigen Signale, die den von der Leitung 28 festgelegten Schwellwert übersteigen, einer Einrichtung 29 zu, die diese in Binärwerten festlegt. Die Signale aus dem Kreis 25 werden in diesem Umformer 29 durch einen Verstärker 31 und eine monostabile Einrichtung 32 geformt, so daß an der AusgangsleitunglS »digitale« Signale binärer Art entstehen. Die Signale der Ausgangsleitung 15 werden durch einen .RC-Kreis 33 geleitet, der die Wellenform differenziert und die positiven Teile der differenzierten Wellenform über eine Diode 34 an die Basis eines Transistors 35 ankoppelt. Der Transistor 35 ist mit einem Transistor 36 zu einem bistabilen Multivibrator oder Flip-Flop kreuzweise gekoppelt. Der Basis des Transistors 36 wird ein positives Impulssignal zugeführt, das dadurch entsteht, daß der

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Ausgang des Bezugsoszillators 18 im .RC-Kreis 37 differenziert wird und die differenzierte Wellenform über die Diode 38 angekoppelt wird. Der Zustand des Flip-Flops 35, 36 wird durch das zuletzt an den Basiselektroden der entsprechenden Transistoren 35, 36 empfangene Signal bestimmt, wobei der Transistor leitend ist, der an seiner Basis zuletzt ein positives Signal empfangen hat. Der mit den Transistoren 35, 36 verbundene Flip-Flop-Kreis arbeitet in bezug auf eine isolierte, mit 41 bezeichnete Masse, die sich bezüglich der Erdungsstelle 42 der Stromversorgung auf einem Potential befindet, das durch die Einstellung des Kontaktes 43 an dem Spannungsteilerwiderstand 44 festgelegt ist. Die Einstellung des Kontaktes 43 verändert die ruhende Gleichspannung des Leiters 28, um die die von dem Flip-Flop 35, 36 erzeugte Rechteckwelle veränderlich ist. Das Potential am Kollektor des Transistors 36 wird über einen integrierenden Kreis 45 dem Leiter 28 zugeführt und ändert somit das Potential des Leiters 28 entsprechend der Differenz in den Leitfähigkeitsintervallen der zwei Transistoren 35 und 36. Um die Schaltzeit des Flip-Flops zu verkleinern, sind die Kollektoren der Transistoren 35 und 36 über Dioden 46 bzw. 47 mit einer negativen Spannung verbunden, die von der Batterie 48 herrührt. Die Wirkungsweise des Kreises der Fig. 2 liefert somit einen entsprechend dem Durchschnittswert der am Kollektor des Transistors 36 erscheinenden Rechteckwelle automatisch sich einstellenden Schwellwert auf der Leitung 28, und diese Veränderung des Gleichstrompotentials der Leitung 28 ändert den Schwellwert des Basislinien-Begrenzerkreises 25. Der Sinn der Einstellung besteht darin, daß »Falschalarmsignale« zur Ausgangsleitung 15 mit einem im wesentlichen konstanten Maß durchgelassen werden, wie es durch die anfängliche Einstellung des Bezugsoszillators 18 und der Steuerung 43 festgelegt war. In Fig. 3 ist ein Radarsystem dargestellt. Das Radargerät 51 arbeitet nach dem Impulssystem, wobei der Azimut mit Suchimpulsen mit relativ hoher Leistung, kurzer Dauer und vorbestimmter Wiederholfrequenz abgetastet wird, um Videoausgangssignale zu erzeugen, die Zielechos mit vorbestimmten Entfernungszeiten bezüglich der ausgesendeten Impulse enthalten. Diese Signale des Videotyps werden dem Umformer 12 zugeführt, dessen Ausgangssignal in dem Flip-Flop 17' mit der Frequenz des Bezugsoszillators 18 verglichen wird. Um die Störungszeichen auszuschalten, kann zwischen dem Flip-Flop 17' und dem Integrator 53 ein Austastkreis 52 angeordnet werden, der ein Austastsignal nach jedem gesendeten Impuls liefert. Auf diese Weise wird der Ausgang des Integrators 53 durch einen Vergleich des Flip-Flops 17' festgelegt, ohne daß er durch die Störeinflüsse von nahe liegenden Störzielen geändert wird. Der Ausgang des Quantisierers 12 kann einem Logikkreis 54 zugeführt werden, der so eingestellt ist, daß er gemäß einem vorbestimmten Gesetz mit dem in binäre Form umgewandelten Signal arbeitet. Wenn beispielsweise als Kriterium festgelegt wird, daß ein Ziel an einer vorbestimmten Anzahl rückkehrender Echoimpulse je Strahlbreite der Abtastung erkannt wird, so z. B. die Auffindung von rückkehrenden Echosignalen, die die Hälfte der Impulse innerhalb einer abgetasteten Strahlbreite ausmachen, dann kann der Logikkreis 54 so ausgelegt werden, daß er die Anzahl der Impulse in der Strahlbreite einer Abtastung prüft und immer dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Hälfte dieser Impulsintervalle rückkehrende Echosignale enthält. Die Wirkung eines Logikkreises 54, der in der eben beschriebenen Weise arbeitet, besteht weiterhin darin, daß er den Betrag von Fehlmeldungen (»Falschalarm«) um einen großen Faktor senkt, da ein Ausgangssignal von dem Logikkreis nur dann erhalten ίο wird, wenn das geplante Kriterium von dem vom Umwandler 12 kommenden Signal erfüllt wird. Der Ausgang des Logikkreises 54 geht zu der digitalen Datenvorrichtung 13'. Die digitale Datenvorrichtung 13' kann beispielsweise zur Fernübertragung der ig Daten zu einer Steuerzentrale dienen. Der in digitale Werte umgewandelte Ausgang des Digitalumwandlers 12 wird auch einem nach dem Analogsystem arbeitenden »Integrator« 55 zugeführt, in dem die aufeinanderfolgenden Impulse von wirkliehen Zielen aufsummiert werden und der Ausgang einem Rundsichtanzeigegerät (»PPI«) 56 zugeführt wird. Das Anzeigegerät 56 liefert somit eindeutige Zielanzeigen, da nur die Integration von wirklichen und wahren Zielechos den Signalausgang des Integrators 55 liefert und eine Anzeige im Gerät 56 hervorruft. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzielung einer bestimmten Durchschnittsfrequenz statistisch verteilter, durch Echo- und Störsignale des Empfängerteiles einer Radaranlage ausgelöster, gleichförmiger Impulse zur weiteren Auswertung mit Hilfe einer Datenverarbeitungsanlage, bei welchem nur die eine Bezugsspannung übersteigenden Signale zur Auslösung der Impulse herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschnittsfrequenz der getriggerten Impulse mit einer für die höchste zulässige Durchschnittsfrequenz charakteristischen Bezugsfrequenz verglichen, eine der Frequenzdifferenz proportionale Gleichspannung erzeugt und diese Gleichspannung in an sich bekannter Weise zur Einstellung der Bezugsspannung verwendet wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfrequenz durch Ansteuerung (21) des entsprechenden Generators (18) einstellbar ist.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich der getriggerten Durchschnittsfrequenz mit der Bezugsfrequenz eine Flip-Flop-Schaltung (35, 36) vorgesehen ist, an deren einen Eingang die getriggerten Impulse und an deren anderen Eingang die Bezugsfrequenz gelegt ist, und daß die Ausgangsgröße

So der Flip-Flop-Schaltung einem Integrator (45) zugeführt ist, dessen Ausgangsspannung der zeitlich gemittelten Spannung am Flip-Flop-Ausgang entspricht und das Gleichspannungssteuersignal für die Bezugsspannung darstellt.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung des Einflusses naheliegender Objekte auf die Bezugsspannung