DE1288170B - Die Amplitudeninformation aufrechterhaltender Impulsradarempfaenger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen die Amplitudeninformation aufrechterhaltenden Impulsradarempfänger, bei welchem das zwischenfrequente Signal einer Kette von η in Kaskade geschalteten Begrenzerverstärker-Stufen zugeführt wird (wobei η eine ganze Zahl ist, die größer als 1 ist) und an den Ausgang jeder Stufe parallel zum Eingang der gegebenenfalls folgenden Stufe eine Abzweigschaltung angeschlossen ist, die einen Detektor enthält, auf welchen eine Schwellenschaltung mit festem oder gegebenenfalls einstellbarem Schwellenwert folgt, und die eine gemeinsame Additionsschaltung speist..

Bei bekannten Impulsempfängern dieser Art arbeiten alle Begrenzerverstärker mit einer der Bandbreite des Nutzsignals entsprechenden schmalen Bandbreite. Dies hat zur Folge, daß die Falschsignalzahl verhältnismäßig groß ist und vor allem in Abhängigkeit von der Amplitude der Störsignale stark schwankt.

Unter »Falschsignalen« sind hierbei Signale zu verstehen, die am Ausgang des Empfängers als Nutzsignale gedeutet werden, aber von Störsignalen stammen. Die »Falschsignalzahl« ist die durchschnittliche Anzahl der Falschsignale pro Zeiteinheit.

Die zuvor angegebene unerwünschte Eigenschaft der bekannten Impulsempfänger beruht auf folgender Erscheinung: Die Störsignale großer Amplitude · haben bei vergleichbarem Energieinhalt eine wesentlich kürzere Dauer als die Nutzsignale und demzufolge auch eine wesentlich größere Bandbreite, denn bekanntlich ist die Breite des Frequenzspektrums eines Impulses umgekehrt proportional der Impulsdauer. Wenn ein solcher Störimpuls großer Amplitude und großer Bandbreite einem Filter oder einem Verstärker zugeführt wird, dessen Bandbreite wesentlich kleiner ist (beispielsweise der Nutzsignalbandbreite entspricht), erfolgt eine Stoßerregung, die zur Folge hat, daß die übertragene Impulsenergie wesentlich größer ist, als es dem der Filterbandbreite entsprechenden Anteil der Energie des Eingangsimpulses entspricht, Solche Störimpulse können daher häufig Falschsignale ergeben, und vor allem schwankt die Falschsignalzahl beträchtlich in Abhängigkeit von dem Störpegel.

Eine schwankende Falschsignalzahl ist aber sehr unerwünscht, denn gewöhnlich ist für die zulässigem Falschsignalzahl ein Maximum festgelegt, das nicht überschritten werden darf. Bei stark schwankender Falschsignalzahl muß daher die Empfindlichkeit des Empfängers so niedrig gehalten werden, daß die selten auftretenden Höchstwerte der Falschsignalzahl dieses zulässige Maximum nicht übersteigen. Die Empfänger arbeiten also für den größten Teil der Zeit mit einer im Hinblick auf die zulässige Falschsignalzahl viel zu kleinen Empfindlichkeit. Bei konstanter Falschsignalzahl kann dagegen die Empfindlichkeit des Empfängers dauernd auf einem Optimalwert gehalten werden, bei welchem die konstante Falschsignalzahl gerade dem zulässigen Maximum entspricht.

Es sind bereits die sogenannten »Dicke-Fixe«- Empfänger bekannt, bei denen die Falschsignalzahl einstellbar ist und unter gleichbleibenden Störbedingungen dann konstant bleibt. Diese enthalten im wesentlichen einen Zwischenfrequenz-Begrenzerverstärker mit großer Bandbreite, dem ein Filter bzw. ein weiterer Verstärker nachgeschaltet ist, dessen Bandbreite der Nutzsignalbandbreite entspricht, die wesentlich kleiner als die Bandbreite des Begrenzerverstärkers ist. Auf die schmalbandige Stufe folgt ein Detektor. Bei solchen Empfängern erfolgt in dem Begrenzerverstärker eine Amplitudenbegrenzung der Störsignale, ohne daß es zu einer Stoßerregung kommt, falls die Bandbreite des Begrenzerverstärkers ausreichend groß im Verhältnis zur Bandbreite der Störimpulse ist. Die Amplitudenbegrenzungsschwelle ist andererseits so bemessen, daß die Störimpulse auch keine Stoßerregung der nachgeschalteten schmalbandigen Stufe mehr bewirken können. Einesolche Schaltung ergibt eine Falschsignalzahl, die unter sonst gleichen Bedingungen von dem Verhältnis der beiden Bandbreiten des Begrenzerverstärkers und der schmalbandigen Stufe abhängt.

Diese bekanntenEmpfänger mit konstanterFalschsignalzahl weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Amplitudeninformation der Nutzsignale verlorengeht, weil diese gleichfalls auf eine konstante Amplitude begrenzt werden. In vielen Anwendungsfällen wird aber die Amplitudeninformation der empfangenen Impulse benötigt.

Es ist auch bekannt, bei einem Radarvideoverstärker mit großem Dynamikbereich einen Schwellenwert derart selbsttätig einzustellen, daß die mittlere Anzahl der pro Zeiteinheit zur Auswertung gelangenden Impulse unabhängig vom Signal-Rausch-Verhältnis ist. Nach einem älteren Vorschlag wird bei einem solchen Radarvideoverstärker zusätzlich die Amplitudeninformation dadurch aufrechterhalten, daß der Verstärker aus einer Kette von einzelnen Verstärkerstufen, deren Sättigungswerte, von der letzten zur ersten Stufe ansteigend, gegeneinander abgestuft sind, aus einer Addierschaltung sowie aus einer Reihe von die Eingänge aller Verstärkerstufen sowie den Ausgang der letzten Verstärkerstufe mit der Addierschaltung verbindenden Kopplungseinrichtungen besteht und daß jede Kopplungseinrichtung eine Speicherschaltung mit kurzer Auflade- und langer Entladezeit und einen dieser nachgeschalteten und hinsichtlich seiner Übertragungseigenschaften durch die Ladung des Speichers in dem Sinne vorspannungsgesteuerten Verstärker enthält, daß er im wesentlichen sperrt, wenn die Ladung des Speichers einem so hohen Wert der integrierten Eingangsenergie entspricht, daß der die jeweilige Kopplungseinrichtung speisende Verstärker der Kette sich sättigt.

Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, einen Impulsradarempfänger zu schaffen, der eine einstellbare und konstante Falschsignalzahl ergibt, aber die Amplitudeninformation aufrechterhält.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Begrenzerverstärkerstufen breitbandig ausgeführt sind, daß jede Abzweigschaltung vor dem Detektor ein Filter enthält, dessen Bandbreite an diejenige der Nutzsignale angepaßt ist, und daß das Verhältnis der Bandbreite der Begrenzerverstärker-Stufen zur Bandbreite der Filter entsprechend der höchstzulässigen Durchschnittsanzahl von Falschsignalen pro Zeiteinheit für den jeweiligen Anwendungszweck bemessen ist.

Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten Impulsradarempfänger wird die Falschsignalzahl in gleicher Weise wie bei den »Dicke-FixeÄ-Empfängern durch das Zusammenwirken jedes breitbandi-

,gen Begrenzerverstärkers mit dem schmalbandigen Filter in der an den Begrenzerverstärker angeschlossenen Abzweigschaltung beeinflußt. Die Störimpulse haben am Ausgang des Filters jeder Abzweigschaltung eine Amplitude, die wesentlich kleiner als die Amplitude der Nutzimpulse ist und unter einem durch das Bandbreitenverhältnis bestimmten Höchstwert liegt. Der Schwellenwert der Schwellenschaltung kann daher so eingestellt werden, daß diese Störimpulse gerade unterdrückt werden. Die Wahrscheinlichkeit, daß bestimmte Störimpulse den Schwellenwert übersteigen, bestimmt dann die Falschsignalzahl, die bei gleichbleibenden Störbedingungeii konstant bleibt. Für eine gegebene Falschsignalzahl kann der Schwellenwert wesentlich niediiger eingestellt werden, als es beim Fehlen des breitbandigen Begrenzerverstärkers möglich wäre, so daß die Empfindlichkeit des Empfängers entsprechend verbessert ist. Die Amplitudeninformation wird dagegen dadurch aufrechterhalten, daß die

Zahl der Schwellenschaltungen, durch die ein dem

Eingang zugeführtes Signal hindurchgeht, ,von., der· Amplitude dieses Signals abhängt. Durch die Addi-" '" tion der Ausgangssignale dieser Schwellenschaltungen erhält man daher ein Signal, dessen Amplitude nach einer annähernd logarithmischen Funktion von der Amplitude des Eingangssignals abhängt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, welche das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Impulsradarempfängers zeigt.

Bei der dargestellten Anordnung ist als Beispiel angenommen, daß die Zahl der in Kaskade geschalteten Begrenzerverstärker vier beträgt. Die aufgefangenen Impulse werden auf der Zwischenfre-•quenz dem Eingang 1 zugeführt, an welchen vier Begrenzerverstärker A1, Al, A3 und A4 mit gleicher Bandbreite in Kaskade angeschlossen sind. Die Bandbreite dieser Begrenzerverstärker ist wesentlich größer als die Nutzsignalbandbreite.

An den Ausgang jedes dieser Begrenzerverstärker A i (i = 1, 2, 3, 4) ist eine Abzweigschaltung mit drei Schaltungsblöcken Fi, Di, Ei angeschlossen. Jeder Schaltungsblock Fi enthält eine Trennstufe, der ein schmalbandiges Filter nachgeschaltet ist, dessen Bandbreite der Nutzsignalbandbreite entspricht. Der Schaltungsblock D i ist eine Detektorschaltung. An den Ausgang der Detektorschaltung D i ist der Signaleingang einer Schwellenschaltung Ei angeschlossen, die außerdem einen Steuereingang sz aufweist, welchem ein Steuersignal zugeführt wird, das beispielsweise von einer einstellbaren Gleichspannungsquelle kommt und den Schwellenwert der Kleinstwertbegrenzung bestimmt, welcher die Ausgangssignale der Detektorschaltung D i unterworfen -werden. Jede Schwellenschaltung Ei ist ein Kleinstwertbegrenzer, also eine Schaltung, welche den unter ■einem bestimmten Schwellenwert liegenden Teil ihrer Eingangssignale unterdrückt.

Die Ausgänge der vier Schwellenschaltungen Ei sind mit den Eingängen einer Video-Summierschaltung 5 verbunden, deren Ausgangssignal den Auswerteschaltungen zugeführt wird, gegebenenfalls über weitere Stufen, beispielsweise über einen Impulslängendiskriminator.

Die den Steuereingängen si, s2 und s3 zugeführten Steuersignale sind gleich groß und gegenüber dem Steuersignal am Steuereingangs 4 so groß, daß unter Berücksichtigung der Verstärkungen der Begrenzerverstärker der Pegel der am Eingang der Summierschaltung S erscheinenden Rausch- oder Störsignale im wesentlichen von dem Schwellenwert der Schwellenschaltung E 4 abhängt. Die Steuersignale an den Steuereingängen si, s2 und s3 bleiben während des Betriebs des Empfängers im Prinzip konstant, während das Steuersignal am Steuereingang s 4 gegebenenfalls während des Betriebs von Hand oder automatisch eingestellt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist die Arbeitsweise des Empfängers unmittelbar erkennbar.

Jeder der breitbandigen Begrenzerverstärker A1 bis A4 bestimmt mit der schmalbandigen Filterschaltung der ihm nachgeschalteten Abzweigschaltung eine konstante Falschsignalzahl am Ausgang der zugehörigen Schwellerischaltung, wobei diese Falschsignalzahl durch das Bandbreitenverhältnis bestimmt ist. Unter den gegebenen Voraussetzungen hinsichtlich der Werte der Steuersignale an den Steuereingängen si, s2, s3 und s4 der Schwellenschal tungenEl bis E4 ist die am Ausgang 2 erscheinende Falschsignalzahl im wesentlichen durch den Wert des Steuersignals am Steuereingangs4 bestimmt, welcher in Abhängigkeit von dem Pegel der Rauschoder Störsignale am Empfängereingang verändert werden kann.

Dabei geht die Amplitudeninformation nicht verloren. Die Zahl der Schwellenschaltungen, durch die ein dem Eingang 1 zugeführtes Signal hindurchgeht, hängt nämlich von der Amplitude dieses Signals ab, die außerdem offensichtlich auch für die Amplitude des Ausgangssignals jeder Schwellenschaltung maßgeblich ist.

Dies läßt sich genauer wie folgt erläutern: Unter einer bestimmten Amplitude gehen die dem Eingang 1 zugeführten Signale durch keine Schwellenschaltung hindurch. In einem zweiten Amplitudenintervall können sie nur durch die Schwellenschaltung E 4 hindurchgehen, weil in der vom Begrenzerverstärker A 4 gespeisten Abzweigschaltung die Verstärkung am größten und der Schwellenwert am kleinsten sind. In einem dritten Amplitudenintervall gehen die Signale durch die Schwellenschaltungen E 3 und E 4 hindurch, weil die Verstärkung am Ausgang des Begrenzerverstärkers A 3 größer als die Verstärkung am Ausgang des Begrenzerverstärkers A 2 ist und der Schwellenwert der Schwellenschaltung E 3 gleich dem Schwellenwert der Schwellenschaltung E 2 ist, usw.

Dies hat zur Folge, daß man durch Addition der Ausgangssignale der Schwellenschaltungen ein Signal erhält, dessen Amplitude nach einer annähernd logarithmischen Funktion von der Amplitude des Eingangssignals abhängt.

Dadurch, daß die Begrenzerverstärker y4 ζ eine größere Bandbreite als die durch die Filter in den Schaltungen Fi bestimmte nutzbare Bandbreite des Empfängers haben, kann in jeder Abzweigschaltung einzeln die Verbesserung ausgenützt werden, welche sich aus dem Bandbreitenverhältnis hinsichtlich der Rausch- oder Störsignalbegrenzung ergibt.

Die Zahl der Begrenzerverstärker und der Abzweigschaltung wird natürlich entsprechend der gewünschten Auflösung für die Wiederherstellung der Amplitudeninformation gewählt. Im übrigen entspricht das zuvor beschriebene Beispiel einer besonders einfachen Ausführung des Impulsempfängers.

Beispielsweise ist es nicht erforderlich, daß die η Begrenzerverstärker die gleiche Verstärkerkennlinie haben oder daß die Schwellenwerte der in — 1) ersten Schwellenschaltungen gleich sind. Wesentlich ist, daß das am Ausgang der Summierschaltung abgenommene Signal nach einer wachsenden Funktion von der Amplitude des Eingangssignals abhängt und daß die Schwellenwerte der (n— 1) ersten Schwellenschaltungen so hoch bemessen werden, daß die Falschsignalzahl durch Einwirkung auf den Schwellenwert der letzten Schwellenschaltung wählbar ist..

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Die AmpHtudeninformation aufrechterhaltender Impulsradarempfänger, bei welchem das zwischenfrequente Signal einer Kette von η in Kaskade geschalteten Begrenzerverstärker-Stufen zugeführt wird (wobei η eine ganze Zahl ist, die größer als 1 ist) und an den Ausgang jeder Stufe parallel zum Eingang der gegebenenfalls folgenden Stufe eine Abzweigschaltung angeschlossen ist, die einen Detektor enthält, auf welchen eine Schwellenschaltung mit festem oder gegebenenfalls einstellbarem Schwellenwert folgt, und die eine gemeinsame Additionsschaltung speist, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerverstärker-Stufen (A 1 bis A4) treitbandig ausgeführt sind, daß jede Abzweigschaltung vor dem Detektor (D 1 bis D 4) ein Filter (Fi bis F 4) enthält, dessen Bandbreite an diejenige der Nutzsignale angepaßt ist, und daß das Verhältnis der Bandbreite der Begrenzerverstärker-Stufea zur Bandbreite der Filter entsprechend der höchstzulässigen Durchschnittsanzahl von. Falschsignalen pro Zeiteinheit für den jeweiligen Anwendungszweck bemessen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zdefcntmgen