DE1283954B

DE1283954B - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Analyse zeitlich kurzer HF-Signale

Info

Publication number: DE1283954B
Application number: DER41743A
Authority: DE
Inventors: Freedman Nathan
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1964-10-13
Filing date: 1965-10-07
Publication date: 1968-11-28
Also published as: NL138911B; US3321759A; BE670366A; SE340825B; GB1077659A; CH452051A; NL6512778A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbes- geordnet ist. Der Schwingungsgenerator wählt eine serung der Analyse von Folgen zeitlich sehr kurz Harmonische der Frequenz der Impulsfolge aus und andauernder HF-Signale mit einem Spektralanalysa- leitet davon das obengenannte, zur Frequenzvertor, vorzugsweise einem Kohärenz-Speicherfilter, ins- Schiebung dienende Signal ab. besondere zur Analyse der Empfangssignale von 5 Die gegenwärtigen Kohärenz-Speicherfilter sind Radargeräten. zwar in der Lage, eine hohe Geschwindigkeitsauf-

Bei Radargeräten dient die Analyse der Empfangs- lösung zu liefern, jedoch haben sie nicht zugleich eine signale dazu, die in dem Frequenzspektrum des gute Entfernungsauflösung. Gewöhnlich wird eine Echoimpulses enthaltenen Informationen über die gute Entfernungsauflösung durch die Anwendung Geschwindigkeit des Zieles auszuwerten. Deshalb hat io kurzer Sendeimpulse erzielt oder in äquivalenter die Spektralanalyse für die Verarbeitung der Echo- Weise durch die Verwendung einer bekannten Imsignale von Radargeräten eine erhebliche Bedeutung. puls-Kompressionstechnik. Der Kohärenz-Speicher-Ein bei Radargeräten mit Vorteil einsetzbarer Spek- filter ist jedoch in seiner Fähigkeit, kurze Impulse tralanalysator ist der Kohärenz-Speicherfilter (coher- zu verarbeiten, durch die Bandbreite der verfügbaren ent memory filter), der auf ein beliebiges Eingangs- 15 Ultraschall-Verzögerungsleitungen begrenzt, da die signal ein Ausgangssignal liefert, dessen Frequenz- benötigte Bandbreite der Breite dieser Impulse oder, Spektrum dem Frequenzspektrum des Eingangs- was das gleiche bedeutet, dem Produkt aus der besignals sehr stark angenähert ist. Eine Beschreibung nötigten Entfernungsauflösung und der Geschwindigeines solchen Filters findet sich in einem Aufsatz keitsauflösung umgekehrt proportional ist. Infolgevon Jack Capon mit dem Titel »On the Properties 20 dessen würde eine wesentlich größere Bandbreite beof An Active Time-Variable Network: The Coherent nötigt, als sie die gegenwärtig verfügbaren Verzöge-Memory Filter«, welcher Aufsatz bei dem Sympo- rungsleitungen aufweisen.

sium über aktive Netzwerke und Rückkopplungs- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

systeme des Polytechnic Institute of Brooklyn, das Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es vom 19. bis 21. 4. 1960 stattfand, vorgelegt wurde. 25 ermöglichen, auch HF-Signale sehr kurzer Dauer, wie

Ein solches Kohärenz-Speicherfilter umfaßt kurz- sie bei Radargeräten für eine gute Entfernungsaufgesagt sowohl eine Umlauf-Triggerschleife als auch lösung benötigt werden, in einem Spektralanalysator eine Signalschleife. Die Signalschleife dient der Fre- zur Ermittlung ihres Frequenzspektrums und der quenzzerlegung, indem das Eingangssignal mehrfach darin enthaltenen Geschwindigkeitsinformationen zu durch eine geschlossene Schaltungsschleife hindurch- 30 verarbeiten.

geführt wird, die eine vektorielle Addierschaltung, Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch

eine Verzögerungsschaltung und eine frequenzver- gelöst, daß die Dauer der HF-Signale ohne Änderung schiebende Schaltung umfaßt. Die Verzögerungs- ihrer sonstigen Eigenschaften, insbesondere ihrer Freschaltung verzögert das zugeführte Signal bei jedem quenz und Phasenlage, verlängert wird und die Umlauf um einen festen Betrag. Die frequenzver- 35 Signale mit verlängerter Dauer dem Spektralanalysaschiebende Schaltung verschiebt die Frequenz des tor zugeführt werden.

zugeführten Signals bei jedem Umlauf um einen Die Erfindung macht es also möglich, auch sehr

festen Betrag nach oben oder unten. Die vektorielle kurz andauernde HF-Signale mit einem Spektral-Addierschaltung addiert ständig das Eingangssignal analysator und insbesondere mit einem Kohärenzzu dem Teil des Eingangssignals, das in der Schleife 40 Speicherfilter einwandfrei zu analysieren. Dadurch umläuft. Dementsprechend umfaßt das Ausgangs- wird eine bedeutende Verbesserung der Analyse von signal des Kohärenz-Speicherfilters diese vektoriell zeitlich sehr kurz andauernden HF-Signalen erzielt, addierten Signale. Wenn die Amplitude dieses Signals Die zur Analyse solcher kurzen HF-Signale ungein Abhängigkeit von der Zeit auf einem geeigneten nügende Bandbreite beispielsweise eines Kohärenz-Gerät dargestellt wird, hat es eine Form, bei dem in 45 Speicherfilters hat nämlich nicht zur Folge, daß die zeitlichem Abstand Amplitudenspitzen erscheinen, Analyse sehr kurzer Signale völlig unmöglich wird, die dem Frequenzgehalt des Eingangssignals ent- sondern es hat der Spektralanalysator infolge der sprechen. ungenügenden Bandbreite eine Filterwirkung, die die

Die Umlauf-Triggerschleife bringt periodisch die Spektralanalyse sehr kurzer Signale verfälscht. Durch Phase der zur Frequenzverschiebung dienenden 50 die Erfindung wird eine solche Verfälschung der Schwingungen auf einen beliebigen festen Wert, und Analyse vermieden, so daß die angestrebte Verbessezwar einmal während jeder durch die Umlaufzeit be- rung der Analyse erreicht wird, stimmten Periode. Die Umlauf-Triggerschleife führt Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine

Impulse durch eine geschlossene Schleife, die einen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs-Impulsgenerator, die Verzögerungsleitung der Signal- 55 gemäßen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, schleife und einen Triggerdetektor umfaßt. Der Im- daß sie einen Schwingkreis hoher Güte mit langer pulsgenerator liefert einen ersten Impuls, der durch Ausschwingzeit umfaßt, der von dem zu verlängerndie Verzögerungsleitung der Signalschleife geführt, den Signal angestoßen wird und danach mit der dann von dem Triggerdetektor festgestellt und dem Phase und der Amplitude des anstoßenden Signals Impulsgenerator zugeführt wird, um den Impuls- 60 weiterschwingt. Diese Vorrichtung ermöglicht es, den generator anzustoßen, so daß der Impulsgenerator Impuls eines Radargerätes fast auf die Dauer des voleinen zweiten Impuls erzeugt, der durch die Ver- len Impulsabstandes auszudehnen, so daß die Bandzögerungsleitung der Signalschleife hindurch umläuft. breite, welche die Verzögerungsleitung eines Kohä-Auf diese Weise wird eine Impulsfolge erzeugt, deren renz-Speicherfilters aufweisen muß, um dasselbe Ver-Impulsfolgefrequenz der Verzögerungszeit der Signal- 65 hältnis vermindert wird. Bei einer bevorzugten Ausschleife umgekehrt proportional ist. Ein Teil der Im- führungsform der Erfindung wird das zu dehnende pulsfolge wird einem Schwingungsgenerator züge- Signal einer Umlaufschleife zugeführt, die eine dämpführt, der außerhalb der Umlauf-Triggerschleife an- fungsfreie Verzögerungsleitung aufweist. Nach jeder

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durch einen Umlauf bestimmten Verzögerungszeit des Gatters 28, während F i g. 2 d diese gleichen Imöffnet ein Taktimpulsgenerator ein Gatter, um den pulse zeigt, nachdem sie mit Hilfe des Schwingkreises am Ausgang der Schleife vorhandenen Impuls einem 38 gestreckt worden sind. Der Torimpuls 46, der dem abgestimmten Kreis hoher Güte zuzuführen, um zu Gatter 10 von dem Generator 30 zugeführt wird, ist bewirken, daß dieser Kreis phasenstarr zum Ein- 5 in F i g. 2 e dargestellt, während F i g. 2 f den Torgangsimpuls zu Schwingungen angeregt wird. Kurz impuls 48 zeigt, der dem Gatter 28 zugeführt wird, vor Ankunft des nächsten Impulses der Impulsfolge In gleicher Weise ist in F i g. 2 g der Löschimpuls 50 führt der Taktimpulsgenerator ein Signal einer veranschaulicht, der von dem Generator 30 zum Be-Blockiervorrichtung zu, die in dem Schwingungskreis enden des Nachschwingens in der Schwingschaltung hoher Güte vorgesehen ist, um die darin vorhandenen io 38 erzeugt wird.

Schwingungen zu unterdrücken. Auf diese Weise Unmittelbar bevor der Zwischenfrequenzimpulszug wird jeder der aufeinanderfolgenden Impulse des Im- 44 der Eingangsleitung 14 zugeführt wird, gelangt pulszuges annähernd auf den vollen Impulsabstand von dem nicht dargestellten Radargerät ein Synchrogestreckt. nisationsimpuls auf die Eingangsleitung 32 des Takt-Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Er- 15 impulsgenerators 30. Hierdurch wird dem Taktfindung gehen aus der folgenden Beschreibung her- impulsgenerator 30 genügend Zeit gegeben, um den vor, in der ein in der Zeichnung dargestelltes bevor- ersten Torimpuls 48 zu bilden, so daß dieser Impuls zugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher be- 48 der Eingangsleitung 26 des Gatters 28 zur gleichen schrieben und erläutert wird. Es zeigt Zeit zugeführt wird, zu der der erste Zwischen-F i g. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung nach so frequenzimpuls auf die Eingangsleitung 24 gelangt, der Erfindung und Beim Zusammentreffen dieser beiden Impulse an den F i g. 2 die Formen von an verschiedenen Stellen Eingängen 24 und 26 öffnet das Gatter und ermögder Vorrichtung nach F i g. 1 erzeugten Signale. licht, daß der erste Impuls der Schwingschaltung 38

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung 8 umfaßt zugeführt wird.

eine dämpfungsfreie Verzögerungsleitung 12, bei- 25 Die Schwingschaltung 38 enthält einen abgestimmspielsweise eine Quarzultraschalleitung, an deren ten Schwingkreis hoher Güte, der bei der mittleren Eingangsleitung 20 ein Gatter 10 angeschlossen ist Zwischenfrequenz in Resonanz ist, und weiterhin eine und deren Ausgangsleitung 22 zur Erzeugung einer Blockierschaltung, die dazu dient, den abgestimmten Umlaufschleife mit der Eingangsleitung 16 des Gat- Schwingkreis in Abhängigkeit von dem Löschimpuls ters 10 verbunden ist. Außerdem steht die Ausgangs- 30 SO zu erden, der von dem Taktimpulsgenerator 30 leitung 22 mit der Eingangsleitung 24 eines weiteren über die Eingangsleitung 36 zugeführt wird. Wenn Gatters 28 in Verbindung. Es können beliebige Gat- der Impuls 1 dem Kreis 38 zugeführt wird, beginnt ter bekannter Art, beispielsweise Diodengatter, ver- er mit einer Phase, die zu der Phase des Eingangswendet werden. Die Eingangsleitungen 16 und 24 impulses kohärent ist, und mit der gleichen Amplisind außerdem mit einer Leitung 14 verbunden, über 35 tude zu schwingen, so daß lineare Verhältnisse vordie der Vorrichtung als Eingangssignale die Zwi- handen sind. Unmittelbar vor der Erzeugung des schenfrequenzimpulse eines nicht näher dargestellten zweiten Torimpulses 48 auf der Eingangsleitung Radargerätes zugeführt werden. An das Gatter 28 ist 26 führt der Taktimpulsgenerator 30 einen Löschein Schwingkreis 38 hoher Güte angeschlossen, also impuls 50 der Eingangsleitung 36 des Schwingkreises ein Kreis mit großer Ausschwingzeit, der von be- 4° 38 zu, was zur Folge hat, daß der erste gestreckte kannter Art ist und eine Löschvorrichtung aufweist, Ausgangsimpuls 1 beendet wird. Dieser Impuls ist in beispielsweise eine kurzgeschlossene Transformator- F i g. 2 d dargestellt.

wicklung, die dazu dient, das Nachschwingen des Der der Eingangsleitung 14 zugeführte Zwischen-Kreises 38 zu beenden. Ein Taktimpulsgenerator 30 frequenzimpulszug umfaßt bei dem dargestellten Ausspricht auf Synchronisationsimpulse an, die ihm über 45 führungsbeispiel vier aufeinanderfolgende Impulse, eine Eingangsleitung 32 von dem Radargerät züge- die jeweils eine Länge von w Sekunden haben. Es sei führt werden. Der Taktimpulsgenerator erzeugt auf angenommen, daß die gewünschten Ziele innerhalb den Eingangsleitungen 18 und 26 der Gatter 10 und eines Zeitbereiches T₀ liegen und daß die Gesamtzeit 28 Torimpulse und auf der zum Schwingkreis 38 bis zum ersten Empfang solcher Impulszüge T_m beführenden Leitung 36 Löschimpulse. Der Taktimpuls- 50 trägt. Die Anzahl von Impulsen innerhalb eines generator kann von jeder bekannten Art sein und Signals ist k; für diese Anzahl wurde zum Zwecke der beispielsweise eine Vielzahl von Multivibratoren ent- Erläuterung bei dem vorliegenden Ausführungsbeihalten, die so geschaltet sind, daß sie die gewünsch- spiel die Zahl 4 und für T₀ das Vierfache der Zeit w ten Signale erzeugen. gewählt. Es sei darauf hingewiesen, daß T₀ nicht Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vor- 55 ein ganzzahliges Vielfaches der Impulsdauer w zu richtung wird am besten an Hand F i g. 2 verstand- sein braucht.

lieh, in der die Formen von Signalen dargestellt sind, Die Verzögerungsleitung 12 verzögert jeden durch

die an verschiedenen Stellen der Schaltung nach das Gatter 10 ihrer Eingangsleitung 20 zugeführten

F i g. 1 auftreten. F i g. 2 a zeigt ein Eingangssignal Impuls um eine Zeitspanne, die T₀ gleich ist. Am

44, das aus vier Zwischenfrequenzimpulsen besteht, 60 Ende dieser Zeitspanne führt sie den Impuls erneut

die von dem nicht dargestellten Radargerät auf die der Eingangsleitung 16 des Gatters 10 und außerdem

Eingangsleitung 14 gegeben werden. Fig. 2b zeigt der Eingangsleitung 24 des Gatters 28 zu. Das Gatter

das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 12, d. h. 10 öffnet bei Koinzidenz von Signalen auf seinen

die in der Schleife umlaufende Zwischenfrequenz- beiden Eingangsleitungen 16 und 18 und überträgt

impulsfolge 44, die der Eingangsleitung 16 des Gat- 65 dann einen auf seiner Eingangsleitung 16 vorhande-

ters 10 und der Eingangsleitung 24 des Gatters 28 nen Impuls auf die Verzögerungsleitung 12. F i g. 2 d

zugeführt wird. Die Impulse nach F i g. 2 c sind die zeigt den wiederholt zurückgeführten Impulszug 44,

vier Zwischenfrequenzimpulse nach dem Durchlaufen der auf der Ausgangsleitung 22 der Verzögerungs-

leitung 12 erzeugt wird. Um diesen Impulszug zu erzeugen, beendet der Taktimpulsgenerator 30 den Impuls 46, der der Eingangsleitung 18 des Gatters 10 zugeführt wird, zu der aus F i g. 2 e ersichtlichen Zeit. Hierdurch wird verhindert, daß irgendwelche weiteren Zwischenfrequenzimpulse der Verzögerungsleitung zugeführt werden, so daß nur die bereits darin gespeicherten Impulse, die einen vollständigen Eingangsimpulszug bilden, danach auf der Ausgangsleitung 22 erzeugt werden. Danach ist die Verzögerungsleitung 12 bereit, einen weiteren Impulszug aufzunehmen.

Fig. 2f zeigt die Folge von Torimpulsen, die der Eingangsleitung 26 des Gatters 28 von dem Taktimpulsgenerator 30 zugeführt werden. Der Zeitabstand zwischen den Impulsen 48 dieser Folge entspricht der Zeit T₀ + w. Aus den Fig. 2b und 2f ist ersichtlich, daß zu der gleichen Zeit, zu der der zweite Taktimpuls 48 der Eingangsleitung 26 des Gatters 28 zugeführt wird, auch der zweite Impuls des Zwischenfrequenzimpulszuges erneut der Eingangsleitung 24 zugeführt wird. Beim Zusammentreffen dieser beiden Impulse auf den Eingangsleitungen 24 und 26 öffnet das Gatter 28 und ermöglicht, daß der Impuls 2 der Eingangsleitung 34 der Schwing- as schaltung 38 zugeführt wird. Ebenso wie bei dem Impuls 1 wird der Schwingkreis 38 von dem Impuls 2 zu Schwingungen angeregt, die später durch den zweiten Löschimpuls 50 nach F i g. 2 g unmittelbar vor der Erzeugung des dritten Torimpulses unterdrückt werden. Infolgedessen wird auf der Ausgangsleitung 40 der zweite Impuls im Impulszug nach F i g. 2 d erzeugt.

In gleicher Weise wird später, wenn der dritte Torimpuls 48 erneut dem Gatter 28 zugeführt wird, der Impuls 3 der Eingangsleitung 24 dieses Gatters zugeführt. Das Zusammenwirken dieser beiden Impulse bewirkt, daß das Gatter 28 öffnet und den Impuls 3 der Schwingungsschaltung 38 zugeführt wird, die den Impuls auf die aus F i g. 2 d ersichtliche Länge streckt. In gleicher Weise wird zu der Zeit, zu der der vierte Torimpuls 48 über die Leitung 26 dem Gatter 28 zugeführt wird, auch der Impuls 4 über die Leitung 24 diesem Gatter zugeführt. Die Koinzidenz dieser beiden Signale auf den Eingangsleitungen 24 und 26 bewirkt ein öffnen des Gatters 28, und es wird der Impuls 4 auf die Eingangsleitung 34 des Schwingkreises 38 gegeben. Unter der Wirkung dieses Signals erzeugt der Schwingkreis 38 den gestreckten Impuls 4, der in F i g. 2 d veranschaulicht ist.

Die auf der Leitung 40 erzeugten gedehnten Impulse werden einem Kohärenz-Speicherfilter 42 zugeführt, in dem sie in der oben erläuterten Weise weiterbehandelt werden. Durch die maximale Verlängerung der Eingangsimpulse kann jedoch die Bandbreite der nicht näher dargestellten Verzögerungsleitung des Kohärenz-Speicherfilters 42 vermindert werden, und es werden zugleich eine hohe Entfernungsauflösung und eine hohe Geschwindigkeitsauflösung erzielt.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So könnten beispielsweise andere Spektralanalysatoren wie Filter- G5 bänke oder abtastende Spektralanalysatoren an Stelle des Kohärenz-Speicherfilters benutzt werden. Weiterhin können bei abweichenden Ausführungsformen der Erfindung nur einzelne der Erfindungsmerkmale für sich oder mehrere in beliebiger Kombination Anwendung finden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Analyse von Folgen zeitlich sehr kurz andauernder HF-Signale mit einem Spektralanalysator, vorzugsweise einem Kohärenz-Speicherfilter, insbesondere zur Analyse der Empfangssignale von Radargeräten, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der HF-Signale ohne Änderung ihrer sonstigen Eigenschaften, insbesondere ihrer Frequenz und Phasenlage, verlängert wird und die erhaltenen Signale mit verlängerter Dauer dem Spektralanalysator zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Abstände der einzelnen HF-Signale der Signalfolge vergrößert werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gleiche Signalfolge mehrmals wiederholt und in gleichen Zeitabständen aus jeder der aufeinanderfolgenden gleichen Signalfolgen je ein anderes Signal abgezweigt wird, derart, daß alle Signale der Signalfolge übertragen werden, bevor eine andere Signalfolge empfangen wird, und daß die Dauer der abgezweigt und übertragenen Signale um einen großen Anteil des Zeitintervalls zwischen den einzelnen übertragenen Signalen erhöht wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Schwingkreis (38) hoher Güte mit langer Ausschwingzeit umfaßt, der von dem zu verlängernden Signal angestoßen wird und danach mit der Phase und der Amplitude des anstoßenden Signals weiterschwingt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Wiederholung der gleichen Signalfolge eine erste Anordnung (10,12), in der die Signalfolge mehrere Umläufe auszuführen vermag und zur Abzweigung der Signale eine zweite Anordnung aufweist, die einen Taktsignal-Generator (30) und ein mit dem Generator und der ersten Anordnung verbundenes Gatter (28) aufweist, das bei jedem Umlauf ein Signal der Signalfolge nach dem anderen passieren läßt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktsignalgenerator (30) auch zur Erzeugung von Löschsignalen ausgebildet ist, die einer mit dem Schwingkreis (38) gekoppelten Blockierschaltung zugeführt werden, um den Schwingkreis zu dämpfen und die Streckung der Signale zu beenden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6j dadurch gekennzeichnet, daß die einen Umlauf der Signalfolge bewirkende Anordnung (10, 12) eine Verzögerungsleitung (12) enthält.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Gatter (10) vorgesehen ist, dem über eine Eingangsleitung (16) die Signalfolge zugeführt wird, daß die Verzögerungsleitung (12) zwischen den Ausgang (20) des Gatters und die die Signalfolge zuführende Leitung (16) eingeschaltet ist, um die Signalfolge umlaufen zu lassen, daß an die Ein-

gangsleitung (16) ein zweites Gatter (28) angeschlossen ist, um die ausgewählten Impulse dem Schwingkreis (38) zuzuführen, daß die Gatter von dem Taktimpulsgenerator (30) gesteuert werden und daß an den Ausgang des Schwingkreises der Spektralanalysator (42) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8 in Verwendung bei einem Radargerät, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Zwischenfrequenzimpulsfolgen des Radargerätes zugeführt werden und der Taktimpulsgenerator (30) vom Radargerät synchronisiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 639/1498