DE1541905A1

DE1541905A1 - Digitale Filteranordnung zur Auswertung der durch elektromagnetische Rueckstrahlortung erhaltenen Informationen

Info

Publication number: DE1541905A1
Application number: DE1967C0041234
Authority: DE
Inventors: Roland Carre
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1966-01-18
Filing date: 1967-01-17
Publication date: 1970-05-06
Also published as: SE344504B; US3371342A; FR1471219A; GB1176021A

Description

CSE-COHPAGNLB GENERALE DE [EELEGIiAPHIS SANS J¹Il 47, rue Dumont d'Urville, .!Paris

Digitale leiteranordnung ziir Auswertung der durch elektromagnetische Rückstrahlortung erhaltenen Informationen.

Die Erfindung bezieht sich auf sogenannte "Kammfilter", die beispielsweise bei der elektromagnetischen Rückstrahlortung (Radar) dazu verwendet werden, die Echos von bewegten Zielen von den l'estzielechos zu trennen oder die Echos der bewegten Ziele in Abhängigkeit von deren Radialgeschwindigkeit zu sortieren.

Es ist bekannt, zur Bildung solcher Euter mehrere Verzögerungsanordnungen zu verwenden und die Summe der entsprechend bewerteten Signale zu bilden, die den verschiedenen Verzögerungen entsprechen. Die Ungenauigkeit der ^erzögerungsanordnungen begrenzt jedoch die Leistung des erhaltenen Filters.

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-·■ π

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- ²- 1 5A 1905

Es ist auch "bereits bekannt, ein Digitalfilter zu bilden. Die Verzögerungen werden durch die Übertragung von abgetasteten und codierten Informationswerten in Digitalspeicher ersetzt. Die Bildung deir bewerteten Summen kann in einem arithmetischen Rechengerät erfolgen oder, nach Decodierung der gespeicherten Informationen in efaem algebraischen Analogaddierwerk. Wenn man ein arithmetisches Rechengerät verwendet, ist die erforderliche Rechenzeit oft mit der Häufigkeit der verarbeiteten Informationen nicht vereinbar. Die Decodierung mit nachfolgender Analogaddition kann ausreichend schnell sein, doch ist die damit erhaltene Genauigkeit im allgemeinen unzureichend.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer FiIteranordnung, die von den zuvor geschilderten Nachteilen frei ist, d.h. sowohl ausreichend schnell als auch ausreichend genau ist. Die Anordnung wird durch die Kombination aus einer DigitalfiliEcanordnung und einer Analoganordnung erhalten, wobei die Kombination so erfolgt, dass die Digitalfilterung praktisch ohne Rechenzeit durchgeführt wird und die Digital-Analog-Decodierung nur für die bei der ersten Filterung erhaltenen Reste durchgeführt wird; eine erste Filterung wird unter Verwendung eines digitalen Addierwerks mit Bewertungskoeffizienten durchgeführt, die man durch einfaohe KommaverSchiebung, also ohne jede Rechenzeit erhalten kann, beispielsweise mit Bewertungskoeffizienten, die im Fall eines Binärcodes einfachen binären Brüohen entsprechen.

Dia 009818/0650 ⁶^ o^q_JNal

Die dadurch erhaltene Filterung ist in dem gedämpften Band sehr gut, da die Nullstellen der Übertragung genau festliegen, jedoch ist das durchgelassene Band sehr grob. Eine zweite Filterung mit Decodierung und analoger Summenbildung vervollständigt die erste Filterung. Sie wird nur bei den Signalen angewendet, die durch die erste Filterung ausgefiltert worden sind, nicht dagegen mit den Eingangssignalen. Die relative Genauigkeit der analogen Summenbildung reicht dann aus, weil sie für die Amplituden der Reste und nicht wie bei der bekannten Technik, für die Amplituden der Eingangssignale gilt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigen:

Fig.1 das Blockschema eines bekannten Kammfilters mit Verzögerungsanordnung,

Fig.2a und 2b Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung von Fig.1,

Fig.3 das Blockschema eines bekannten Kammfilters mit digitaler Übertragung,

Fig.4 das Prinzipschema eines Filters nach der Erfindung,

Fig.5a» 5b, 5c Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise

der Anordnung von Fig.4, — *

n-.:j original 0 09819/0650 ⁶

Pig.6 das Blockschema einer Impulsradaranlage mit einer erfindungsgemässen leiteranordnung und

Fig.? Diagramme von kontinuierlichen Signalen, die mit der erfindungsgemässen Anordnung gefiltert werden können.

Das in Fig.1 dargestellte Kammfilter enthält im wesentlichen vier gleiche Verzögerungsleitungen 11, 12, 13, 14, die hintereinander an die Lingangsklemme 1 angeschlossen sind, der die zu "filternden" Signale zugeführt werden, d.h. im Fall eines Impulsempfängers die deraodulierten kohärenten ]i)chos. Jede Verzögerungsleitung erzeugt eine Verzögerung tT _y die im Fall eines Radargeräts gleich der Sendeimpulsperiode und im allgemeinen gleich der mittlerenPeriode der Schwankung der zu filt;£hdern Funktion ist.

Die Tingänge und Ausgänge de-r Verzögerungsleitungen 11 "bis 14 sind mit einer Bewertungs-Widerstandsbrücke verbunden, die das in Fig.2a dargestellte Nutzsignal liefert. Bei dem dargestellten Beispiel sind die Bewertungskoffizienten für die Klemme 1 und für die Ausgänge der Verzögerungsleitungen 11, 13, 14 negativ und kleiner als die Einheit und für den Ausgang der Verzögerungsleitung 12 positiv und gleich der Einheit.Die Bewertung erfolgt dadurch, dass die Klemme und die Ausgänge der Verzögerungsleitungen 11, 13, 14 jeweils

mit 009819/0650 "I:~- --.

mit einem Widerstand R11, E12, R13 "bzw.R14 verbunden sind, deren vviderstandswerte umgekehrt proportional zu dem Bewertungsfaktor sind, und deren gemeinsamer Punkt über sinen Widerstand R an Masse gelegt ist, während der gemeinsame Punkt und der ■" us gang der Verzögerungsleitung .sit den Eingängen einer Cubtraktiοnsschaltung 15, beispielsweise eines Differenzierstärkers verbunden sind, der an seinem Ausgang 2 das gefilterte Signal abgibt.

üiS kann natürlich auch eine andere Zahl von Verzögerungsleitungen vorgesehen sein. Die Zahl der Verzögerungsleitungen sowie die Bewertungskoifizienten hangen von der gewünschten Filterung ab.

Die A_mplifcuden-Freq.uenz-"Kennlinie des so gebildeten Filters ist in Fig.2b für das in Fig.2a dargestellte Bewertungsgesetz gezeigt. Sie weist eine Frequenzfolgeperiode auf, -lie gleich dem Kehrwert der Elementarverzögerung einer Verzögerungsleitung ist. Die jeden sich wiederholenden Abschnitt darstellende Funktion ist gleich der Fourier-Transformierten der B_ewertungsfunktion. Im allgemeinen bestimmt die Zahl der Verzögerungsleitungen die Tteilheit der Kurve, und die Bewertungskoeffizienten bestimmen deren Nullstellen.

.3 zeigt ein AusführungsbeiBpiel eines bekannten. Kamrafiltera mit Übertragung, Bewertung und digitaler

i>ummenbildang. ., -_Λ

BAD ORIGINAL

009819/0650 Jä

Diese Darstellung zeigt wieder die Eingangsklemme 1, der das zu filternde Signal zugeführt wird, und die Ausgangsklemme an, ,der das zu filternde Signal abgenommen wird.

Das Eingangssignal wird in dem Codierer 32 in eine digitale Form gebracht. Zu diesem Zweck wird es mit Hilfe von Signalen abgetastet, die von einem Taktgeber 31 zu einem Schalter 311 geliefert werden, der zwischen die Klemme 1 und den Codierer eingefügt ist. Die im Codierer 32 codierten Signale werden in digitalen Übertragungsschaltungen 331 bis 333 jeweils um

* versetzt, wobei die Übertragungen durch die Signale des Taktgebers 31 synchronisiert werden, die den Steuereingängen der Anordnungen 331 bis 333 zugeführt werden. Die Eingänge und Ausgänge der 'ibertragungsschaltungen sind mit einem arithmetischen Rechenwerk 34 in gleicher Weise verbunden, wie die Eingänge und Ausgänge der Verzögerungsleitungen der Anordnung von i'ig.1 mit einer Bewertungy- und Summierschaltung verbunden sind. Ein an den Ausgang des arithmetischen itgchenwerks 34 angeschlossener Decodierer 35 liefert das gefilterte Signal am Ausgang 2. Eine nicht dargestellte Abänderung dieser Anordnung enthält Decodierer, die am Ausgang des Cudierers bzw. an den Ausgängen der Übertragungsschaltungen angeordnet sind, und die bewertete Summe wird in gleicher Weise wie bei der Anordnung von Fig.1 erhalten.

Somit

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Somit bestehen zwei Möglichkeiten: ".entweder ergibt die mit der bewerteten Summe durchgeführte Decodierung eine brauchbare Genauigkeit, wobei aber dann dieRechenzeit für die bewertete Sutnmenbildung unzulässig gross ist, oder die Decodierung wird vor derBewertung durchgeführt, wobei dann die erhaltene Genauigkeit unzureichend ist.

Pig.4 zeigt das Prinzipschema einer leiteranordnung nach der Erfindung. Wie zuvor sind die Tingangsklemme 1 und die Ausgangsklemme 2 der leiteranordnung eine beispielsweise binäre digitale Codieranordnung 32, die -btastsehaltung und 311 sowie Übertragungsschaltungen 33i (bei dem dargestellten Beispiel i=1 bis 5) mit der Übertragungsseit "C , beispielsweise !Ferritspeicher dargestellt. Jedoch ist das Rechenwerk 34 von Fig.3» das die endgültige bewertete ' umme lieferte, d.h.

das bis auf die Decodierung endgültige gefilterte Signal, hier durch ein Rechenwerk 44 ersetzt, das nur eine bewertete Zwischensumme mit Bewertungskoeffizienten durchführt, die einer einfachen Kommaverschiebung entsprechen, d.h. im Falle eines Binärcodes einfachen binären Brüchen (oder begrenzten ' uratnen solcher Brüche). Dies ist als Beispiel in Fig.5a für den Fall von fünf Übertragungsanordnungen dargestellt, wobei die bezifferten Werte die Bewertungskoeffizienten für die Eingänge des Rechenwerks in der angegebenen Reihenfolge von links nach rechts bezeichnen, jjas am Ausgang des Rechenwerks 44 erhaltene gefilterte Zwischensignal hätte, falls es decodiert würde, die Form der in voller linie in Fig.5c gezeigten Kurve, Dabei zeigt das Diagramm von Fig.[je

009819/0 6 50 BAD qrjgjnäü£-

au^der Abszisse die frequenz des gefilterten Signals und auf der Ordinate die relativen Amplituden , wobei die Einheit der Amplitude des mittleren Abschnitts bei der Frequenz 1/2 ^ entspricht.

Das so erhaltene gefilterte cignal wird dann dem Eingang einer zweiten Übertragungsschaltung zugeführt, die gleichfalls fünf Übertragungsanordnungen 431 , 432, 433, 434, 435 enthält, die gleichfalls durch den Taktgeber 31 synchronisiert sind. Die Ausgänge dieser Übertragungsanordnungeu sowie der Eingang der ersten Übertragungsanordnung sind mit Decodierern 45j (j = O bis 6) verbunden, deren Ausgänge an eine analoge Bewertungs- und Summieranordnung 46 herkömmlicherArt angeschlossen sind, an deren Ausgang 2 das gefilterte Signal erhalten wird. Ein Beispiel für die bei dieser zweiten Filterung verwendeten Bewertungskoeffizienten ist in Fig.5c nach der gleichen Regel wie in Fig.5a dargestellt, so dass die von. links nach rechts angeführten Werte den Eingängen der Anordnung 46 in der gleichen Reihenfolge entsprechen. Die .kennlinie des Gesamtfilters ist in Fig.5b gestrichelt dargestellt.

Es ist zu erkennen, dass die zweite Filterung die Kurve sowohl steiler in der Nähe der zweiten Nullstelle als auch flacher in der nutzbaren Zone gemacht hat.

Fig. 6

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Fig.6 zeigt ein Impulsradargerät mit einer leiteranordnung nach der Erfindung. In dieser Darstellung sind die fiende-•nchaltungen E sowie die Sende-Ffflpfangs-Weiche H und die Antenne An, die in völlig herkömmlicher Weise ausgeführt sind, und der Smpfänger R dargestellt-*-

Die in üblicher Weise ausgeführte Syaichronisieranordnung S des Radargeräts enthält in üblicher Weise einen ersten Ausgang S, für die Bendesteuerung und wenigstens einen zweiten Ausgang ,S₂ ^ür &ΐ-^& Synchronisierung des Jömpfängers.

Je nach der Art der Sende-Lmpfangs-Weiche erfolgt deren Umschaltung entweder automatisch oder unter der Steuerung der iJynchronisieranordnung S.

Das am Ausgang 361 des in üblicher Weise ausgeführten Ηί¹-Ϊills des Empfängers R abgegebene kohärente bipolare Videosignal wird in einer ]?ilta?schaltung der in i'ig,4 beschriebenen Art weiter behandelt.Da nicht nur ein einziges Echo zu behandeln ist, sondern eine bestimmte Zahl η von Echos, die der gleichen Zahl *on Entfernungs kanälen entsprechen, verwendet man ein Übertragungssystem mit einem Speicher 63 mit ρ Zeilen, wobei ρ die Zahl der durchzuführenden Übertragungen ist, im vorliegenden !'all also fünf,und mit kn Zellen pro Zeile, dem ein Übertragungsregister 631 mit ρ Zellen zugeordnet ist.

Dabei BAD ORSGiNAL

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Dabei ist k die Zahl der Abtastungen pro Ziel, z.B. 2. Die Adressensteuerung erfolgt auf Grund der Signale, die vom Ausgang 613 eines Taktgebers 61 geliefert werden, der duroh die Ausgangssignale vom Ausgang S„ der Hauptsynchronisieranordnung S aynchronisiert wird. Die Ausgangsklemme 361 des HF-Teils ist mit dem digitalen Codierer über den ichalter 311 verbunden, der durch die Signale vom Ausgang 612 des Taktgebers 61 gesteuert wird.

Der Speicher ist symbolisch durch ein Rechteck mit fünf Zeilen dargestellt, von denen jede kn Zellen enthält, und die Lage einer Information in einer der kn Zellen einer Zeile ist durch die Adressensignale bestimmt.

Der Ausgang des Codierers 32 ist mit dem Eingang des Verschieberegisters 631 verbunden. Das vom Decodierer 32 gelieferte Signal wird in das Verschieberegister $31 eingegeben und automatisch in den Speicher 63 eingeschrieben, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. __

Die in den Fpeicher eingeschriebenen Signale werden in Zeitintervallen Έ wieder in das Verschieberegister 631 eingegeben. Bin mit dem Versohieberegister 631 verbundenes digitales Rechenwerk 64 führt die erste bewertete Summetbildung durch. Diese Summe wird in analoger Weise von dem Übertragungssystem 73-731 weiter verarbeitet, das dem System 63-631 ähnlioh ist, wobei die Zahl p¹ der Zeilen der Zahl ρ gleich aein kann oder nicht.

009819/0650 ^&AD

Dabei hängt ρ¹ nur von der zu erziel-snden Genauigkeit ab, d.h.. von der Korrektur, welche an den am Ausgang des Rechenwerks 64 erhaltenen Ergebnissen durchzuführen ist.

.uie Ausgänge der Decodierer 65 sind mit einem Analogreehenvjerk 66 verbunden. Dessen Ausgang speist einen Zweiweggleichrichter 67, der das Hutzsignal liefert, d.h. ein Signal, das frei ist von Festzielechos und gegebenenfalls von Echos von Zielen, deren Geschwindigkeit unter einer gegebenen Geschwindigkeit liegt. Dieses Signal kann auf verschiedene bekannte Weisen verwertet werden. Bei dem dargestellten Beispiel wird es beispielsweise dem hignaleingang einer Kathodenstrahl-Anzeigeröhre In zugeführt, die vom Ausgang Sp synchronisiert wird.

Die Anwendungen des Filters, dessen Prinzip an Hand von Fig.4 erläutert worden ist, sind offensichtlich nicht auf Bäadargeräte beschränkt. Insbesondere ist zu bemerken, dass das Prinzipschema der eigentlichen Filterschaltung (Teile 63, 631, 64, 73, 731, 65, 66,

67) , das an Hand von Fig. 6 für ein Radargerät mit η I atfernungskaaälen beschrieben worden ist, auch dazu verwendet werden kann, η kontinuierliche veränderliche Signale auszufiltern, vorausgesetzt, dass diese Signale eine gemeinsame ftSchwankungsfrequenz" haben, wie in Fig.7 dargestellt ist. In diesem Fall werden die Signale

009819/0650 * bad original

(n=3 in Sail von Pig.71 wo die Amplituden der Signale bei a, b "bzw. c als Punktion der Zeit t dargestellt sind) zyklisch durch η Schalter abgetastet, von denen jeweils eine Klemme mit dem Codierer 32 verbunden ist. Die Schalter werden durch die Signale eines Taktgebers gesteuert, der auch die Adressensignale zu den Speichern und 73 liefert.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht in der aufeinander folgenden Kombination einer digitalen bewerteten Summenbilüung mit Bewertungskoeffizienten, die einer einfachen Kommaverschiebung in dem gewählten Digitalcode entsprechen, und einer" analogen bewerteten Summenbildung, die mit den von der ersten Operation gelieferten Signalen durchgeführt wird.

Pat ent ejisprüohe

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Claims

Patentansprüc he

Verfahren zur l'^lterung von elektrischen Signalen mit periodischer Schwankung der P_eriode 1- , bei welchem ein Signal abgetastet, in einem gegebenen Code digital codiert und aufeinanderfolgenden "Übertragungen mit der elementaren Übertragungszeit £ unterworfen wird , so dass man gleichzeitig über ρ (ganze Zahl grosser §,s 1) aufeinanderfolgende Werte des Cignals in Intervallen"

^ verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste bewertete ßumm^ ( in 44 ) der gleichzeitig verfügbaren Werte mit Bewertungskoeffizienten gebildet wird, die einfachen Kommaverschiebungen in dem betreffenden Oode entsprechen, dass die bewertete Kumme aufeinanderfolgenden Übertragungen (in 431 bis 435) unterworfen wird, die den Übertragungen gleich sind, die mit dem zu verarbeitenden Signal durchgeführt werden, so dass man gleichzeitig über p¹ (ganze Zahl) aufeinanderfolgende Werte der Tumme verfügt, dass die p¹ aufeinanderfolgenden Werte decodiert werden ( in 451 bis 455), und dass die bewertete Summe der p¹ Werte nach der Decodierung analog gebildet wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Code der Binärcode ist, und dass die digitalen Bewertungskoeffizienten binäre Brüche und/oder begrenzte Summen solcher Brüche sind, (Fig.5a).

009819/0650 BADORiGINAL

Impulsradargerät zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch.1 oder Anspruch 2, mit einem Sender, einem Empfänger, der demodulierte kohärente Echos liefert, und mit einer Synchronisieranordnung für den Sender und den Empfänger, gekennzeichnet durch eine Anordnung zur Beseitigung von Pestzielechos mit einer Abtast- und Codiereinrichtung (61, 311, 32), der die kohärenten Echos zugeführt werden, und die von der Synchronisieranordnung synchronisiert wird, einem ersten Speicher (63) mit ρ Zeilen und kn Zellen pro Zeile, in welchem die ρ aufeinanderfolgenden Abtastwerte der η gleichzeitigen Echos gespeichert werden, wobei der Speicher einen .Adressiereingang aufweist, der mit der Synchronisieranordnung gekoppelt ist, und einen Signaleingang, der mit dem Ausgang der Codiereinrichtung gekoppelt ist, einem ersten Verschieberegister (631), das mit dem Speicher gekoppelt ist und den zeilenweisen Vorschub der gespeicherten Information in jedem Radarzyklus, sowie die Abnahme der ρ aufeinanderfolgenden Werte der gleichen Abtastung steuert, einem Digitalrechenwerk (64), das eine bewertete Summenbildung dieser ρ Werte mit Bewertungskoeffizienten durchführt, die einer einfachen Kommaverschiebung entsprechen, einen zweiten Tpeicher (73) und einem zweiten Verschieberegister (731), die in gleicher Weise wie deijerste Speicher und das erste Verschieberegister miteinander gekoppelt sind und vom Ausgang des Digitalrechenwerks (64) gespeist werden, einer Decodieranordnung (65), die an die p* Ausgänge des zweiten Speichers angeschlossen ist und mit einer Anordnung (66), welche eine bewertete Summe der p¹ gleichzeitig deoodierten Werte der ersten Summe bildet.

009819/0650 8AD o?vginal