DE1462731B2

DE1462731B2 - Korrelationsverfahren

Info

Publication number: DE1462731B2
Application number: DE19661462731
Authority: DE
Inventors: Frank Steven Wayne N J Gutleber (V St A)
Original assignee: International Standard Electric Corp , New York, NY (V St A )
Priority date: 1965-12-27
Filing date: 1966-12-23
Publication date: 1971-06-03
Also published as: SE335371B; NL6618225A; BE691763A; US3518415A; ES335008A1; GB1140590A; DE1462731A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Korrelationsverfahren, wenn diese korrelieren Ausgangssignale miteinander

bei dem eine örtlich erzeugte Impulsfolge sowohl aus- korreliert werden, ausgenommen dann, wenn die erste

gesendet als auch über eine Verzögerungseinrichtung und zweite Folge von codierten Impulsen in Zeitkoinzi-

mit einstellbarer Verzögerungszeit einer Korrelations- denz mit der Wiederholung der ersten Folge von co-

anordnung zugeführt und dort mit der von einem 5 dierten Impulsen ist. Beim zweiten Vorschlag zur Er-

refiektierenden Objekt reflektierten Echo-Impulsfolge zeugung einer Impulskorrelationsfunktion wird eine

korreliert wird. Folge von codierten Impulsen erzeugt, die ein vorge-

Die Korrelationstechnik wird in Systemen verwen- gebenes Muster hat, so daß, wenn diese Folge von

det, die mit Signalen in der Form eines Impulses oder codierten Impulsen und ihre Wiederholung korreliert

einer Impulsfolge arbeiten. Solche Impulssignalisier- io werden, sich zu allen Zeiten ein Ausgangssignal Null

systeme sind z. B. Systeme mit Reflexion ausgestrahlter ergibt, ausgenommen dann, wenn die Folge von

Energie, wie z. B. Radar, Peiler, Radiohöhenmesser codierten Impulsen und ihre Wiederholung in exakter

u. ä., und Impulsnachrichtensysteme, wie z. B. Über- Zeitkoinzidenz sind.

horizontsysteme, die verschiedene Arten von Scatter- Der Nachteil des ersten, oben beschriebenen VorTechnik verwenden, Satelliten-Nachrichtensysteme u.a. 15 Schlages besteht darin, daß man eine zweite Folge von Wenn die Korrelationstechnik bei Systemen mit codierten Impulsen erzeugen muß, um sicher zu stellen, Reflexion ausgestrahlter Energie verwendet wird, daß dann, wenn die erste Folge von codierten Impulsen steigert sie die Auflösung von nahe beieinanderliegen- und ihre Wiederholung korreliert sind und ein endden reflektierenden Oberflächen und zusätzlich, ins- liches Ausgangssignal ergeben, die Korrelation zwibesondere, wenn große Impulssignallängen verwendet 20 sehen der zweiten Folge von codierten Impulsen und werden, vergrößert sie die mittlere übertragene Lei- der Wiederholung der ersten Impulsfolge Null ist, um stung. Bei Verwendung der Korrelationstechnik in ein Nullausgangssignal in einem dritten Korrelations-Impulsnachrichtensystemen erhält man ein vergrößer- prozeß zu erzeugen.

tes Verhältnis Signal zu Geräusch, ohne die Sender- Beim zweiten Vorschlag ist die Arbeitsweise optimal,

leistung vergrößern zu müssen, und verkleinerte 25 wenn man nicht eine extrem lange Folge von codierten

Mehrfachwegeffekte (fading). Impulsen verwenden will, um die mittlere übertragene

Nach der bekannten Art der Korrelationstechnik Leistung zu vergrößern. Man benötigt dann eine komwird das empfangene Signal verarbeitet, indem man. plexe Codieranordnung zur Erzeugung des Codes, der das Produkt der Codeelemente des empfangenen Signals die gewünschte Impulskorrelationsfunktion und die und der Codeelemente eines örtlich erzeugten Signals 30 vergrößerte mittlere Sendeleistung liefert,
gleicher Wellenform und Periode wie das empfangene Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom geSignal bildet, und das resultierende Produkt integriert. nannten Stand der Technik, ein Verfahren zur Er-Der optimale Ausgang für eine solche Korrelation ist zeugung einer Impulskorrelation zu schaffen, das die eine einzelne Spitze großer Amplitude, deren Breite Nachteile der obengenannten Vorschläge vermeidet schmaler als die Impulsbreite des empfangenen Signals 35 und das die Verwendung relativ einfacher Codierist. Die meisten heute verwendeten Korrelationssysteme kreise ermöglicht.

erzeugen jedoch die gewünschte optimale Wellenform Diese Aufgabe ist bei Verfahren der eingangs ge-

nicht, sondern liefern ein Ausgangssignal, dessen nannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

Wellenform zusätzlich zu der gewünschten Spitze mit zwei Impulsfolgen örtlich erzeugt und jeweils mit ihrer

hoher Amplitude unechte Spitzen aufweist. Das A.uf- 40 Echo-Impulsfolge korreliert werden, die so ausgebildet

treten dieser unechten Spitzen ist nicht erwünscht, da sind, daß außer bei Phasengleichheit zwischen den

die Auflöseleistung bei Systemen mit reflektierter aus- örtlich erzeugten Impulsfolgen und ihren Echo-Impuls.-

gestrahlter Energie verringert wird und das Signal-zu- folgen mindestens eine der Korrelationsfunktionen

Geräusch-Verhältnis, und die Verringerung des Mehr- gleich Null ist, während bei Phasengleichheit beide

wegeffektes bei Impulsnachrichtensystemen wird auf 45 Korrelationsfunktionen von Null verschiedene Werte

einen Pegel verringert, der unter dem optimalen Wert annehmen, und daß die beiden Korrelationsfunktionen

liegt. miteinander korreliert werden.

Mit dem Ausdruck »Impulskorrelationsfunktion« Durch die zwei Impulsfolgen kann der Aufwand bei *

wird eine Wellenform bezeichnet, die nur eine einzelne der Codeerzeugung verringert werden, und man behält

Spitze mit hoher Amplitude hat und vollkommen frei 50 den Vorteil, eine lange Folge von codierten Impulsen

von unechten Spitzen mit niedrigen Amplituden an zu haben,

anderen Stellen der Wellenform ist. Die Erfindung wird nun an Hand der in den Zeich-

Es sind schon zwei Korrelationstechniken vorge- nungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erschlagen, die eine Impulskorrelationsfunktion er- läutert. Es zeigt

geben. Beim ersten Vorschlag benötigt man eine erste 55 F i g. 1 ein Blockdiagramm eines Systems unter Ver-Folge von codierten Impulsen, eine Wiederholung Wendung eines Generators zur Erzeugung der Korredieser ersten Folge von codierten Impulsen und eine lationsfunktion (Korrelationsgenerator) gemäß der zweite Folge von codierten Impulsen. Die zwei Folgen Erfindung, in dem die ersten und zweiten Folgen von von codierten Impulsen werden jede getrennt mit der codierten Impulsen und ihre entsprechenden WiederWiederholung der ersten Folge von codierten Impulsen 60 holungen auf einer Zeitbasis getrennt werden,
korreliert, um von jeder Korrelation getrennte Korre- F i g. 2 ein Zeitdiagramm für die Anordnung nach lationsausgangssignale zu erhalten, die wiederum F i g. 1,

korreliert werden, um die Impulskorrelationsfunktion F i g. 3 ein Blockdiagramm eines Systems mit einem

zu erzeugen. Die zwei Folgen von codierten Impulsen Korrelationsgenerator gemäß der Erfindung, in dem

haben unterschiedliche Codemuster, so daß dann, 65 die Impulsfolgen und ihre Wiederholungen auf Fre-

wenn eines der korrelierten Ausgangssignale einen end- quenzbasis getrennt werden,

liehen Wert hat, das andere korrelierte Ausgangssignal F i g. 4 ein Zeitdiagramm für die Anordnung nach

den Wert Null hat, und man ein Ausgangssignal erhält, F i g. 3,

F i g. 5 die Korrelationsfunktion der ersten Folge von codierten Impulsen und ihre Wiederholung, die in den Systemen nach den F i g. 1 und 3 verwendet werden kann,

F i g. 6, 7, 8 und 9 Diagramme, die die Korrelation der ersten Folge von codierten Impulsen nach F i g. 5 mit ihren Wiederholungen für die verschiedenen Werte von T darstellen.

F i g. 10 die Korrelationsfunktion einer zweiten Folge von codierten Impulsen und ihre Wiederholungen, die bei einem System nach F i g. 1 oder 3 verwendet werden kann, ·

F i g. 11, 12, 13 und 14 sind wiederum Diagramme zur Darstellung der Korrelation der zweiten Folge für verschiedene Werte von T,

Fig. 15 ein Blockdiagramm einer Form eines Coders, der verwendet werden kann, um die Impulsfolgen in einem System nach F i g. 1 oder 3 zu erzeugen, F i g. 16 und 17 Darstellungen von zusätzlichen ersten und zweiten Folgen von codierten Impulsen, die in einem System nach F i g. 1 oder 3 verwendet werden können,

F i g. 18 eine Tabelle, die die Summierung der Korrelationsprodukte der Codes nach den F i g. 16 und 17 zeigt, um das gewünschte Impulskorrelätionsfunktions-Ausgangssignal bei einem System nach F i g. 1 oder 3 zu erhalten, und '.'.·. ..'·'..."'

F i g. 19 ein Blockdiagramm eines Coders, der verwendet werden kann, um die Code nach den F i g. 16 und 17 zu erzeugen, der in einem System nach F i g. 1 oder 3 verwendet wird.

. Für das Ausführungsbeispiel ist ein Radarsystem gewählt. Das Prinzip einer derartigen Anordnung kann jedoch auch für andere Systeme, angewendet werden, z. B. für Peiler-, Radiohöhenmesser und Radionachrichtensysteme mit Überhorizontreichweite, für Satelliten-Nachrichtensysteme u. a., die eine Impulscode-. modulation verwenden, und zwar insbesondere eine orthogonale Impulscodemodulation.

Die Korrelationsanordnung 1 (F i g. 1) empfängt erste und zweite Folgen von codierten Impulsen von . den Ausgängen der Modulatoren 2 und 3 und Wieder-. holungen dieser ersten und zweiten Folgen von codierten. Impulsen vom. Ausgang, des Empfängers 4. - Die . ersten und zweiten Folgen von codierten Impulsen an. den Ausgängen der Modulatoren 2 und 3 und ihre" Wiederholungen an den Ausgängen des Empfängers 4 werden zeitlich getrennt und bilden somit ein Zeitmultiplexsystem. Die zwei Folgen von codierten Im-■; pulsen haben unterschiedliche Codemuster, die untereinander jedoch in einer solchen Beziehung stehen, daß dann, wenn die eine Folge mit ihrer Wiederholung korreliert wird, die andere Folge mit ihrer Wiederholung, wenigstens ein resultierender korrelierter Ausgang für . alle Zeitiagen, ausgenommen für T.— 0 den Wert Null hat, so daß dann, wenn diese korrelierten Ausgänge miteinander korreliert werden, der resultierende Ausgang der Korrelationsanordnung 1 den Ausgang 0 für alle Zeitlagen hat, ausgenommen, wenn die erste und zweite Folge von codierten Impulsen in Zeitkoirizidenz • mit ihren zugeordneten Wiederholungen sind.

Der Taktimpulsgenerator 5 überträgt. sein. Taktsignal über die normal offene Torschaltung. 6 zum Coder 7, um die erste Folge von codierten Impulsen .: zu erzeugen, mit denen dasTrägersigrial imModülator2 moduliert wird, das von der Trägerquelle 8 erzeugt ist. ; Die Taktimpulse des Generators 5 werden auch ah den ; Binärzähler 9 angelegt, um den Schaltimpuls vom Generator 5 so lange zu verzögern, daß man die gewünschte Zeittrennung zwischen der ersten und zweiten Folge von codierten Impulsen in dem System nach F i g. 1 erhält. Wenn ein Ausgangssignal vom Binärzähler 9 anliegt, wird die Torschaltung 6 gesperrt und der Coder 10 betätigt, um die zweite Folge von codisrten Impulsen zu erzeugen, mit denen der Träger von der Quelle 8 im Modulator 3 moduliert wird. Die Torschaltung 6 kann die Form einer Inhibitionstorschaltung haben. Die Ausgangssignale von den Modulatoren 2 und 3 werden an die lineare Addierstufe 11 angelegt, die diese zwei Signale linear addiert, um sie dann an den Leistungsverstärker 12 für die Aussendung über die Antenne 13 anzulegen. Die reflektierten oder Echosignale, die von einem reflektierenden Objekt zurückgeschickt werden, werden in der Antenne 14 empfangen und an den Empfänger 4 angelegt, in dem die in Zeitabstand liegenden ersten und zweiten Folgen von codierten Impulsen für das Anlegen an die Korrelationsanordnung 1 zur Verfugung stehen.

Die erste Folge von codierten Impulsen vom Ausgang des Modulators 2 wird über eine veränderliche Verzögerungsanordnung 15 an einen Eingang der Multipliziereinrichtung 16 angelegt und die zweite Folge von Impulsen vom Ausgang des Modulators 3 über die variable Verzögerungsanordnung 15 an einen Eingang der MultipJiziereinrichtung 17. Der andere Eingang der Multipliziereinrichtung 16 ist mit dem Ausgang des Empfängers 4 verbunden und der andere Eingang der Multipliziereinrichtung 17 ebenfalls mit dem Ausgang des Empfängers 4. Infolge der Zeitbeziehungen zwischen den ersten und zweiten Folgen von codierten Impulsen am Ausgang der Modulatoren 2 und 3 und der entsprechenden Zeitbeziehung zwischen den beiden Wiederholungen am Ausgang des Empfängers 4 korreliert die Multipliziereinrichtung 16 nur die erste Folge von codierten Impulsen mit ihrer Wiederholung und die Multipliziereinrichtung 17 nur die zweite Folge von Impulsen mit ihrer Wiederholung. Die Multipliziereinrichtung 16 führt also Jceine Korrelation zwischen der ersten Folge von codierten Impulsen und der. Wiederholung von der zweiten Folge von Impulsen durch, entsprechend korreliert auch die Multipliziereinrichtung 17 nicht zwischen der zweiten Folge und der Wiederholung der ersten Folge. ^;

Der Ausgang der Multipliziereinrichtung 16 ist mit einem Integrator 18 verbunden, der die resultierende Korrelation über eine große Zahl von Impulsen, die die erste Folge von Codeimpulsen enthält; integriert und speichert. Der Integrator 19 hat die gleiche Funktion für die Multipliziereinrichtung 17 für die zweite Folge von codierten Impulsen. Die Integratoren 18 und 19 integrieren jeweils über gleich große Zeitintervalle und liefern deshalb Korrelationsfunktionen auf der gleichen Zeitbasis.

Wie schon oben erwähnt, sind die Codes der codierten Folgen unterschiedlich, haben aber zueinander eine solche Beziehung, daß dann, wenn der Integrator 18 zu einer Zeitlage ein Ausgangssignal abgibt, das einen endlichen Wert hat, der Ausgang des Integrators 19 den Wert Null hat. Die umgekehrte Bedingung gilt gleichfalls. Wenn also die Ausgangssignale der Integratoren 18 und 19 an die Multipliziereinrichtung 20 angelegt werden, ist das resultierende Ausgangssignal der Multipliziereinrichtung 20 Null und wird im Integrator 21 integriert. Die Multipliziereinrichtung 20 gibt immer ein Ausgangssignal Null, unabhängig davon, welcher der Integratoren 18 oder 19 ein Ausgangs-

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signal Null hat, ausgenommen, wenn T=O ist, wobei schied zwischen den Anordnungen nach F i g. 1 und 3

T gleich der relativen Zeitverschiebung zwischen den besteht darin, daß die Coder 7 und 10 gleichzeitig

Folgen von codierten Impulsen und ihren Wieder- durch das Ausgangssignal vom Generator 5 geschaltet

holungen ist. Wenn T=O ist, ist die erste Folge von werden und ihre codierten Impulse an die Modulatoren

codierten Impulsen in Zeitkoinzidenz mit ihrer Wieder- 5 2 und 3 anlegen, um die Folge von codierten Impulsen

holung und auch die zweite Folge mit ihrer Wiederho- zu erzeugen, die in den Impulsen 23 der Kurven A und

lung. B, F i g. 4 enthalten sind. Eine Trägerquelle 24 legt an

F i g. 2 stellt ein Zeitdiagramm zum besseren Ver- den Modulator 2 ein Trägersignal mit der Frequenz/l

ständnis der Arbeitsweise nach F i g. 1 dar. Die Buch- an und eine entsprechende Quelle 25 an den Modula-

staben an den einzelnen Kurven sind auch in der io tor 3 ein Trägersignal mit der Frequenz /2. Die Aus-

F i g. 1 angegeben und bezeichnen die Stellen, an gangssignale der Modulatoren 2 und 3 werden deshalb

denen die in F i g. 2 dargestellten Signale auftreten. gleichzeitig an die lineare Addierstufe 11 angelegt. Sie

Die Kurve A stellt das Ausgangssignal des Modulators 2 unterscheiden sich jedoch durch die Frequenz, und

dar, das die erste Folge von codierten Impulsen ist, man erhält ein Impulsausgangssignal gemäß Kurve C

die Kurve B das Ausgangssignal von Modulator 3, das 15 in F i g. 4. Dieses Frequenzvervielfachsignal wird dann

die zweite Folge ist. über den Verstärker 12 an die Antenne 13 angelegt und

Es sei hier noch darauf hingewiesen, daß sowohl in zu einem entfernten Ziel übertragen. Die Reflexion von

den Kurven A und B die Folge von codierten Impulsen diesem Ziel empfängt man über die Antenne 14, und

innerhalb eines breiten Impulses 22 enthalten ist, wobei die Wiederholungen der ersten und zweiten Folge von

die Zahl der Bits von der Länge der beiden Folgen ab- 20 codierten Impulsen liegen am Ausgang des Emp-

hängig ist. Kurve C zeigt das resultierende Multiplex- fängers 4 vor, um sie an die Korrelationsanordnung la

Ausgangssignal der Addierstufe 11, in dem die Folgen anlegen zu können.

von codierten Impulsen von den Ausgängen der , Das Ausgangssignal des Empfängers 4 ist in Modulatoren 2 und 3 zeitlich verschachtelt sind. Der Kurve D (F i g. 4) dargestellt und ist zeitlich gegenüber Empfänger 4 liefert an seinem Ausgang eine Wellen- 25 dem Signal in Kurve C in F i g. 4 infolge der Entferform, die in Kurve D dargestellt ist. Man erkennt, daß nüng, die der gesendete Impuls bis zum Ziel und wieder eine Zeitdifferenz zwischen den .Wellenformen der zurück durchlaufen muß, verschoben.
Kurven C und D vorhanden ist, die der doppelten Ent- Das Ausgangssignal vom Modulator 2 ist über eine fernung zu dem reflektierenden Ziel, zu dem die Code- variable Verzögerungsanordnung 15 an die Multifolge gesandt wurde, entspricht. Die Kurven E und F 30 pliziereinrichtung 16 angelegt, während das Ausgangszeigen die Ausgangssignale der Verzögerungsanord- signal vom Modulator 3 über eine variable Vernung 15 für T = «, wobei η einen endlichen Wert einer zögerungsanordnung 15 an die Multipliziereinrichtung relativen Zeitverschiebung zwischen den Folgen der 17 angelegt ist. Das Ausgangssignal vom Empfänger 4 codierten Impulse und ihren Wiederholungen darstellt. wird gleichzeitig zu den Multipliziereinrichtungen 16 Vergleicht man die Kurven D und E, so erkennt man, 35 und 17 geleitet, wenn die Schalter 26, 27, 28 und 29 daß das erste Bit der Wiederholung der ersten Folge in' der dargestellten Lage sind. Die Korrelation zwivon codierten Impulsen am Ausgang des Empfängers 4 sehen der ersten Folge von codierten Impulsen und mit dem letzten Bit der ersten Folge von codierten Im- deren Wiederholung findet in der Multiplizierpulsen am Ausgang der Verzögerungsanordnung 15 einrichtung 16 statt und die Korrelation zwischen zusammentrifft. Die gleiche Beziehung trifft auch für 40 der zweiten Folge von Impulsen und ihrer Wiederdie Kurven D und F zu. Für jeden Wert von T, wie er holung in der Multipliziereinrichtung 17. Die Intez. B. in den Kurven E und F dargestellt ist, jedoch gratoren 18 und 19 sind mit den. Ausgängen der nicht für T = O, wie es in den Kurven G und H darge- Multipliziereinrichtungen 16 bzw. 17 verbunden und stellt ist, erhält man von der Kofrelationsanordnung 1 liefern Ausgangssignale, die auch den Wert Null anein Ausgangssignal 0. Wenn jedoch das Ausgangs- 45 nehmen können. Weiterhin haben die Integratoren 18 signal der Verzögerungsanordnung 15 die Beziehung und 19, dieTiefpaßfilter sind, Frequenzcharakteristiken, zur Kurve D hat, die in den Kurven G und H dargestellt die so gewählt sind, daß über den Integrator 28 nur^ ist, d. h., wenn die erste Folge von codierten Impulsen die Korrelation der ersten Folge von codierten Im- und ihre Wiederholung und die zweite Folge von pulsen mit ihren Wiederholungen mit der Frequenz /1 codierten Impulsen und ihre Wiederholung zeitlich 50 und über den Integrator 19 nur die Korrelation der übereinstimmen, erhält man von den Integratoren 18 . zweiten Folge mit den Wiederholungen mit der und 19 ein Ausgangssignal mit endlichem Wert und Frequenz /2 durchgelassen werden. Die Ausgangssomit auch ein endliches Ausgangssignal von der signale der Integratoren 18 und 19 sind an die Multi-Multipliziereinrichtung 20, und am Ausgang der Korre- pliziereinrichtung 20 angelegt und von dort an den lationsanordnung 1 liegt ein Impuls vor. Die gewünschte 55 Integrator 21, der ein Ausgangssignal für die Korre-Impulskorrelationsfunktion ist damit erzeugt. lationsanordnung la erzeugt.

In der F i g. 3 ist eine andere Multiplexanordnung . . Wie schon im Falle der Anordnung nach F i g. 1 unter Verwendung der verbesserten Korrelations- haben die zwei Codeimpulsfolgen unterschiedliche technik gemäß der Erfindung dargestellt. Die Korre- . Codimuster, so daß dann, wenn nicht T= 0 ist und lationsanordnung la empfängt vom Modulator 2 60 am Ausgang dss Integrators 18 ein Ausgangssignal die erste Folge von codierten Impulsen (F i g. 4, auftritt, das von Null abweicht, am Ausgang des Kurve A) und vom Modulator 3 die zweite Folge von Integrators 19 ein Ausgangssignal mit dsm Wert Null codierten Impulsen (F i g. 4, Kurve B). Weiterhin anliegt, und man dann, wenn diese zwei Werte in der empfängt die Korrelationsanordnung la die Wieder- Multipliziereinrichtung 20 wiederum korreliert werden, holung der ersten und zweiten Folge von codierten 65 von der Korrelationsanordnung la ein Ausgangs-Impulsen vom Ausgang des Empfängers 4. signal Null erhält. In gleicher Weise ist bei T = 0 bei

Gleiche Teile in den F i g. 1 und 3 sind mit den glei- einem Ausgangssignal vom Integrator 19 mit einem

chen Bezugszeichen versehen. Der wesentliche Unter- von Null abweichenden Wert das Ausgangssignal vom

Integrator 18 Null, so daß auch in diesem Fall die Multipliziereinrichtung 20 kein Ausgangssignal für die Korrelationsanordnung la abgibt. Bei T — 0, wenn also beide Integratoren 18 und 19 endliche Ausgangssignale abgeben, hat man ein Ausgangssignal von der Multipliziereinrichtung 20 und dem Integrator 21 und somit einen Impuls von der Korrelationsanordnung la. Die Korrelationsanordnung gibt also die gewünschte Impulskorrelationsfunktion.

Um sich nicht nur auf den Durchlaßbereich der Integratoren 18 und 19 für die Trennung der zwei im Frequenzmultiplex ausgesendeten Folgen von codierten Impulsen zu verlassen, können die Schalter 26 bis 29 in die andere Lage umgeschaltet werden und leiten jetzt die Ausgangssignale vom Empfänger 4 über die Bandpaßfilter 30 und 31. Bei dieser Anordnung läßt das Bandpaßfilter 30 nur die Wiederholung der zweiten Folge von codierten Impulsen mit einer Mittenfrequenz von /2 durch und das Bandpaßfilter 31 die Wiederholung der ersten Folge mit der Mittenfrequenz /1. Mit dieser Anordnung wird die Wiederholung der ersten und zweiten Folgen von codierten Impulsen schon vor dem Anlegen an die Multipliziereinrichtungen 16 und 17 getrennt, um die gewünschte Korrelation zwischen der ersten und zweiten Folge und ihren Wiederholungen durchführen zu können.

Die Kurven E und F (F i g. 4) stellen das Ausgangssignal der Verzögerungsanordnung 15 für die erste und zweite Folge von codierten Impulsen dar, wobei das letzte Bit dieser Folgen in Koinzidenz mit dem ersten Bit der Wiederholungen am Ausgang des Empfängers 4 ist. Wenn, die Kurven/) und E und die Kurven D und F in-den Multipliziereinrichtungen 16 bzw. 17 korreliert werden, erhält man von der Korrelationsanordnung la ein Ausgangssignal 0, da das Korrelationsprodukt wenigstens einer dieser Multipliziereinrichtungen ein Ausgangssignal 0 abgibt. Die Kurven G und H (F i g. 4) stellen das Ausgangssignal der Verzögerungsanordnung 15 für T = 0 für beide Folgen von codierten Impulsen dar. Zu dieser Zeit erhält man sowohl von dem Integrator 18 als auch von dem Integrator 19 ein Ausgangssignal, da die erste und zweite Folge von codierten Impulsen und ihre Wiederholungen in Zeitkoinzidenz sind, so daß man von der Multipliziereinrichtung 20 und dem Integrator 21 ein Ausgangssignal erhält und damit auch einen Impuls am Ausgang der Korrelationsanordnung la.

Die Systeme nach den F i g. 1 und 3 erzeugen die gewünschte Impulskorrelationsfunktion, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

+ T) -[S₁Q)

für alle Werte von T, ausgenommen wenn T = 0 ist und wenn

(r + T)-[S₁(O

Die F i g. 5 bzw. 10 stellen zwei unterschiedliche Folgen von codierten Impulsen dar, mit denen die Systeme nach den F i g. 1 und 3 die obengenannten Bedingungen erfüllen und die gewünschte Impulskorrelationsfunktion erzeugen. Der Code ist sowohl in Fig. 5 als auch in Fig. 10 als Koordinatenwert aufgetragen, wobei die Codebits mit den Werten +0, —0, +1 oder — 1 bezeichnet sind, die den verschiedenen . Phasen eines Bezugssignals wie folgt entsprechen:

+0 = + 90°
-O = - 90°
+1 = 0°
-1 = 180°
5

Der in Klammern angegebene Wert, neben der Phasenanzeige eines Codebits in F i g. 10 stellt die Größe dieses speziellen Bits im Code dar. Wenn kein Wert in Klammern in den F i g. 5 und 10 angegeben ίο ist, heißt dieses, daß das Codebit den Einheitswert hat. Die Korrelation der ersten Folge von codierten Impulsen mit ihren Wiederholungen ist für verschiedene Werte von T von T =9 bis T=O in F i g. 5 durch diagonale Reihen dargestellt, die die gleiche eingekreiste Nummer enthalten. Die Korrelation der zweiten Folge von codierten Impulsen mit ihren Wiederholungen ist für verschiedene Werte von T von T= 9 bis T= 0 in Fig. 10 ebenfalls durch diagonale Reihen dargestellt, die wiederum die gleiche eingekreiste Zahl enthalten. Durch Summierung der Werte in jeder diagonalen Reihe für jeden Wert von T ist es möglich, die Korrelätionsfunktion von jeder Folge von codierten Impulsen nach F i g. 5 oder 10 festzulegen. Nimmt man einen speziellen Wert von T und summiert die entsprechenden Diagonalreihen jeder Darstellung zusammen, so ist es möglich, das resultierende Ausgangssignal der Multipliziereinrichtungen 16 und 17 (F i g. 1 und 3) zum gewählten Wert von T auszurechnen. . *

. Das Korrelationsprodukt, das in jedem Quadrat der Darstellung nach F i g. 5 und 10 angezeigt ist, erhält man' entsprechend den folgenden logischen Gleichungen,, die nur Richtung oder die Nullstellen festlegen, jedoch nicht die Größe der Bits:

±1 · ±1 = +1
±ο·±ι= ο

±0 · ±0 = +1
±0 · TO = -1

το·±ι= ο

Die Größe der Bits ist das Produkt der Größe der korrelierten Bits mal dem Resultat der entsprechenden der obigen Gleichungen.

Die F i g. 6 bis 9 stellen die Beziehung zwischen der ersten Folge von codierten Impulsen nach F i g. 5 und ihrer Wiederholung für die angegebenen Werte von T dar, während die F i g. 11 bis 14 die Beziehung zwischen der zweiten Folge von codierten Impulsen nach F i g. 10 und ihrer Wiederholung für die gleichen Werte von T darstellen. Beide dieser Gruppen von Figuren werden verwendet, um darzustellen, wie die Korrelationsanordnung 1 nach F i g. 1 und 3 arbeitet, um eine Impulskorrelationsfunktion entsprechend dem Prinzip dieser Erfindung zu erhalten.
■ In F i g. 6 hat T den Wert von 9 Bit und der Code nach F i g. 5 ist in seiner Beziehung zu seiner Wiederholung dargestellt und man erhält, eine Summe 0 als Ausgangssignal des Integrators 18 in F i g. 1 bzw. 3.

Wenn dieser Wert in der Multipliziereinrichtung 20 in den F i g. 1 bzw. 3 mit einem beliebigen Ausgangssignal vom Ausgang des Integrators 20 multipliziert wird, erhält man von der Multipliziereinrichtung 20 das resultierende Ausgangssignal 0.

F i g. 11 zeigt die Beziehung zwischen der zweiten Folge von codierten Impulsen nach F i g. 10 und ihrer Wiederholung für T — 9 Bit, die ebenfalls einen Wert von Null ergibt. .

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In der F i g. 7 ist T= 4 Bit. Das Ausgangssignal F i g. 10 erzeugt. Durch die Schalter 32, 33 und 34 Sl(ί+Τ) der Verzögerungsanordnung 15 ist in Ee- werden verschiedene Amplituden einer ausgewählten ziehung zu seiner Wiederholung Sl(O ^am Ausgang Phase des Ausgangssignals des Oszillators 35 eindes Empfängers, nämlich dargestellt. Nimmt man jetzt geschaltet, um die gewünschte Amplitude für die die Produkte gemäß der oben aufgeführten Logik 5 spe2ielle Phase des Signals, das mit der linearen und addiert sie algebraisch, so erhält man die Summe Addierstufe 36 verbunden ist, zu erzeugen. Ein Impuls = —2. Dieser endliche Wert tritt am Ausgang des vom Generator 5 schaltet den Oszillator 35 ein, der Integrators 18 in den F i g. 1 und 3 auf. Um sicher- eine Ausgangsschwingung mit einer Bezugsphase von zustellen, daß kein Ausgangssignal von der Korre- 0° erzeugt. Diese Signalphase wird an die Verstärker 37, lationsanordnung 1 abgegeben wird, hat die zweite io 38 und 39 angelegt. Der Verstärker 37 erzeugt ein Folge von codierten Impulsen, d. h. der Code gemäß Ausgangssignal mit der Einheitsamplitude und einer F i g. 10, ein vorgegebenes Muster, um eine Summe Phasenverschiebung von 0° gegenüber dem Signal des von 0 für T = 4 Bit zu erzeugen. F i g. 12 stellt die Oszillators 35, während die Verstärker 38 und 39 ein Beziehung zwischen S2(t+T) und S2(t) dar und gibt Ausgangssignal mit der halben bzw. der dreifachen die resultierenden Korrelationsprodukte und ihre 15 Amplitude mit der gleichen Phasenverschiebung von 0° Summe an, die den Wert 0 annimmt. Dies ist dann das erzeugen, um die Ausgangssignale für die Bits 2 und 4 Ausgangssignal des Integrators 19 in Fig. 1 und 3. in dem in F i g. 10 dargestellten Code zu bilden. Die Der Wert 0 am Ausgang des Integrators 19 ergibt am Ausgänge der Verstärker 37, 38 und 39 sind mit den Ausgang der Multipliziereinrichturg 20 ein Ausgangs- Torschaltungen 40, 41 bzw. 42 verbunden. Bei dem signal 0, auch wenn vom Integrator 18 ein Ausgangs- 20 Verstärker ist der Verstärkungsgrad A in der Zeichnung signal —2 angelegt wird, und man hat kein Ausgangs- angegeben,
signal von der Korrelationsanordnung 1. Das Ausgangssignal vom Oszillator 35 ist weiterhin

F i g. 8 zeigt die Beziehung zwischen der eisten an einen 90°-Phasenschieber 43 angelegt, der die Folge von codierten Impulsen nach F i g. 5 und ihrer Bezugsphase des Ausgangssignals des Oszillators 35 Wiederholung, wenn T = 2 Bit ist. F i g. 13 zeigt die 25 um 90° verschiebt, bevor dieses Signal an die Verentsprechende Beziehung für den Code nach F i g. 10. stärker 44 und 45 angelegt wird. Das Ausgangssignal F i g. 8 zeigt, daß man vom Integrator 18 (F i g. 1 vom Verstärker 44 hat die Einheitsamplitude und wird und 3) ein Ausgangssignal+2 erhält und F i g. 13, an die Torschaltung 46 angelegt, während das Ausdaß man vom Integrator 19 ein Ausgangssignal 0 er- gangssignal von Verstärker 45 nur die halbe Amplitude hält in Abhängigkeit von der Summierung der 30 hat, die benötigt wird, um das neunte Bit im Code Korrelationsprodukte, die in den Multiplizierein- nach F i g. 10 zu erzeugen. Dieses Signal wird an die richtungen 16 und 17 erzeugt werden. Da der Inte- Torschaltung 47 angelegt. Weiterhin wird das Ausgrator 19 ein Ausgangssignal 0 abgibt, erzeugt die gangssignal vom Oszillator 35 an die Phasenschieber 48 Multipliziereinrichtung 20 ebenfalls ein Ausgangs- und 49 angelegt, die eine Phasenverschiebung von 180 signal 0, so daß man von der Korrelationsanordnung 1 35 bzw. 270° ergeben. Da beide Codes nach F i g. 5 kein Ausgangssignal erhält. und 10 nur eine Einheitsamplitude für die —1 und

Die F i g. 9 und 14 stellen die Zeitkoinzidenz — O-Phasenbedingung des Codes benötigen, ist für zwischen dem Code nach F i g. 5 und seiner Wieder- jeden dieser Phasenverschieber nur ein Verstärker 50 holung und zwischen dem Code nach F i g. 10 und bzw. 51 vorgesehen, der die Einheitsamplitude abgibt, seiner Wiederholung dar. Das Ausgangssignal des 4° Die Ausgänge der Verstärker 50 und 51 sind mit den Integrators 18 beträgt gemäß F i g. 9 +10 Einheiten, Torschaltungen 52 bzw. 53 verbunden,
und das Ausgangssignal des Integrators 19 beträgt Der Startimpuls vom Generator 5 wird auch an die

+10¹Z₂ Einheiten gemäß F i g. 14. Entsprechend gibt Verzögerungsleitung 54 angelegt, die nach einer durch die Multipliziereinrichtung 20 »einen Impuls von die Laufzeit bis zur ersten Anzapfung bedingten Ver-10 · IOV2 Einheiten am Ausgang der Korrelations- 45 zögerung Taktsignale an den zehn Ausgangsananordnung 1 ab. Schlüssen der Verzögerungsleitung 54 erzeugt, die

Im obigen ist dargestellt, wie der Code nach nacheinander die entsprechenden Torschaltungen 40, F i g. 10 mit dem Code nach F i g. 5 auf einer Vielfach- 46, 52 und 53 schalten, um den Code nach F i g. 5* basis zusammenarbeitet, die entweder Zeit- oder zu erzeugen, wobei die Schalter 32, 33 und 34 in der Frequenzvielfach sein kann, um sicherzustellen, daß 50 dargestellten Lage sind. So ist z. B. der Ausgang der eine Impulskorrelationsfunktion am Ausgang der ersten Anzapfung der Verzögerungsleitung 54 mit der Korrelationsanordnung 1 auftritt. Bei allen Werten Torschaltung 53 verbunden, um die —0-Phasenvon T muß wenigstens eine der Folgen von codierten bedingung zu erzeugen, die die Bedingung für das Impulsen ein Ausgangssignal 0 erzeugen, damit man erste Bit des Codes nach F i g. 5 ist. Der Ausgang von kein Ausgangssignal von der Korrelationsanrodnung 1 55 der zweiten Anzapfung der Verzögerungsleitung ist erhält, ausgenommen dann, wenn T = 0 ist, und beide mit der Torschaltung 40 verbunden, die die + 1-Phasen-Folgen von codierten Impulsen endliche Ausgangs- bedingung für das zweite Bit des Codes weitergibt, pegel abgeben. Durch diese Zusammenarbeit der Durch entsprechende Verbindungen der übrigen An-Vielfachfolgen von codierten Impulsen verringert man zapfung mit den Torschaltungen erhält man dann den die lästige und komplexe Arbeit der Erzeugung von 60 in F i g. 5 dargestellten Code.

langen Folgen von codierten Impulsen, die nach Um den Code nach F i g. 10 zu erzeugen, ist es nur

Korrelation mit ihren Wiederholungen ein Ausgangs- notwendig, die Schalter 32, 33 und 34 umzulegen und signal 0 für alle Zeiten erzeugen, außer bei T=O. dadurch die Torschaltungen 41, 42 und 47 an die ent-

F i g. 15 stellt eine Art des Coders 7 oder 10 nach sprechenden Anzapfungen der Verzögerungsleitung 54 den F i g. 1 bzw. 3 dar. Wenn die Schalter 32,33 und 34 65 anzulegen an Stelle der Torschaltungen 40 und 46, in der dargestellten Lage sind, wird der Code nach wie es hier dargestellt ist. Man kann auch jetzt wieder F i g. 5 erzeugt. Wenn die Schalter 32, 33 und 34 in die die Verbindungen der Anzapfung der Verzögerungsandere Lage umgeschaltet sind, wird der Code nach leitung zu den entsprechenden Torschaltungen 40, 41,

42, 46, 47 und 53 verfolgen, um die Erzeugung des Codes nach F i g. 10 zu erkennen, und es braucht deshalb nicht ausführlich erläutert zu werden, wie jedes Bit des Codes erzeugt wird.

Die F i g. 16 und 17 zeigen zwei andere Codes, die in den Anordnungen nach F i g. 1 bzw. 3 verwendet werden können, um die gewünschte Impulskorrelationsfunktion am Ausgang der Korrelationsanordnung 1 zu erhalten. Die F i g. 16 zeigt die Korrelationsprodukte der ersten Folge von codierten Impulsen, wobei die Nummern im Kreis den speziellen Wert von T angeben. F i g. 17 zeigt die entsprechende zweite Codegruppe, wobei auch hier die Nummern in den Kreisen die Werte von T angeben. Sowohl in F i g. 16 als auch in Fig. 17 kann man, wie schon an Hand der F i g. 5 und 10 beschrieben, eine diagonale Reihe nehmen, die die gleiche eingekreiste Ziffer hat und die Summe der Korrelationsprodukte für die in den F i g. 16 und 17 dargestellten Codes für verschiedene Werte von T bestimmen. Das Resultat der Aufsummierung der diagonalen Reihen der F i g. 16 und 17 ist in F i g. 18 dargestellt und zeigt eindeutig, daß wenigstens bei einem der Codes in F i g. 16 bzw. 17 die Summe für alle Werte von T, ausgenommen T=O, gleich Null ist. Wenn also in den F i g. 1 und 3 die Multipliziereinrichtung 20 die Ausgangssignale der Integratoren 18 und 19 bei verschiedenen Werten von T multipliziert, erhält man am Ausgang der Korrelationsanordnung 1 immer Null, ausgenommen für T=O, wenn man einen Impuls mit dem Wert +20 erhält.

Die Codes in F i g. 16 bzw. 17 sind einfache Binärcodes und können in einer in F i g. 19 dargestellten Anordnung erzeugt werden. Der Oszillator 55 wird durch das Ausgangssignal vom Taktimpulsgenerator 5 angeschaltet und ist ohne Phasenverschiebung direkt mit einem Verstärker 56 verbunden, der ein Ausgangssignal mit Einheitamplitude an die Torschaltung 57 abgibt. Das Ausgangssignal vom Oszillator 55 ist auch an den Phasenschieber 57 angelegt, der die Phase des Ausgangssignals des Oszillators 55 um 180° verschiebt. Dieses Signal wird dann an den Verstärker 59 und von dort an die Torschaltung 60 angelegt. Dieses Signal hat wiederum die Einheitsamplitude. »1« ist als Nullphase bezeichnet und liegt am Ausgang der Torschaltung 57, während »0« für eine Phasenverschiebung von 180° steht und am Ausgang der Torschaltung 60 anliegt. Die Codebits werden von den Toren 57 und 60, gesteuert durch die einzelnen Ausgänge der Verzögerungsleitung 61, abgegeben. Wenn die Schalter 62 und 63 in der dargestellten Lage liegen, erhält man den Code nach F i g. 16. In der ersten Zeitlage wird ein Ausgangssignal von der Torschaltung 60 abgegeben, in der zweiten Zeitlage eines von der Torschaltung 57 und in der dritten und vierten Zeitlage eines von der Torschaltung 60.

Wenn der in Fig. 17 dargestellte Code erzeugt werden soll, werden die Schalter 62 und 63 in ihrer anderen Lage umgeschaltet, so daß zur ersten Zeitlage ein Ausgangssignal von der Torschaltung 60, zur zweiten und dritten Zeitlage eines von der Torschaltung 57 und zur vierten und fünften Zeitlage eines von der Torschaltung 60 vorliegt. Die Ausgangssignale von den Torschaltungen 57 und 60 werden an eine lineare Addierstufe 64 angelegt, um den ausgewählten Code zu erzeugen, der in den F i g. 16 bzw. 17 dargestellt ist.

Bei der Beschreibung ist ein Multiplex aus zwei Codes gewählt worden. Dies ist aber nicht immer erforderlich, da die Impulskorrelationsfunktion durch die gleiche Technik mit N Codes erzeugt werden kann. Wenn N Codes korreliert werden, muß wenigstens einer der N Codes einen Nullwert für alle Werte von T außer T — 0 ergeben.

Claims

Patentan Sprüche:

ίο 1. Korrelationsverfahren, bei dem eine örtlich

erzeugte Impulsfolge sowohl ausgesendet als auch über eine Verzögerungseinrichtung mit einstellbarer Verzögerungszeit einer Korrelationsanordnung zugeführt und dort mit der von einem reflektierenden Objekt refbktiertsn Echo-Impulsfolge korreliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Impulsfolgen (s'l, s'2) örtlich erzeugt und jeweils mit ihrer Echo-Impulsfolge (si bzw. si) korreliert weiden, die so ausgebildet sind, daß außer bei Phasengleichheit zwischen den örtlich erzeugten Impulsfolgen (s'l, s'2) und ihren Echo-Impulsfolgen (si, s2) mindestens eine der Korrelationsfunktionen gleich Null ist, während bei Phasengleichheit beide Korrelationsfunktionen von Null verschiedene Werte annehmen, und daß die beiden Korrelationsfunktionen miteinander korreliert werden.
2. Korrelationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgen

und

-0 +1 -0 +1 +0 -1 +0 +1 +0 +1

-0 +1 -0 +1 +0 -1 +0 +1 +0 +1 (1/2) (3) (1/2)

verwendet werden, wobei die Zahlen ±0 und ±1 verschiedene Phasenwerte eines Bezugssignals kennzeichnen und die Werte in Klammern die Amplitudenwerte angeben, die bei den übrigen Impulsen gleich 1 sind, und daß bei der Korrelation die Produkte nach den logischen Gleichungen

±ι·±ι = +ι

±0·±1= 0
±0 · ±0 = +1
±0 · ψθ = -1

±ι·τι = -ι
το · ±1 = ο

gebildet werden.
3. Korrelationsverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die binären Impulsfolgen

0 10 0

und

0 110 0

verwendet werden.
4. Korrelationsverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Impulsfolgen nacheinander erzeugt und im Zeitmultiplexverfahren gesendetund empfangenwerden.
5. Korrelationsverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Impulsfolgen gleichzeitig erzeugt, mit verschiedenen Trägerzeichen moduliert und im Frequenzmultiplexverfahren gesendet und empfangen werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen