DE1549608C3 - Korrelator mit mindestens zwei Korrelationsschaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Korrelator mit mindestens zwei Korrelationsschaltungen, die aus je einem Vervielfacher und je einem Integrierglied bestehen und über Verzögerungsglieder zwei Eingangssignale erhalten, die gegeneinander um einen geringen, unbekannten Betrag zeitverschoben sind.

Ein Korrelator dieser Gattung ist aus dem Aufsatz von G. Winkler: »Ein Simultan-Korrelator«, Elektrotechnische Rundschau, Nr. 4/1963, S. 173 bis 175, bekannt. Dieser Simultan-Korrelator gestattet es, mit Hilfe ständiger Umschaltungen zur Einführung unterschiedlicher Verzögerungen den Verlauf und das Maximum der Korrelationskurve zu bestimmen.

Weiterhin ist aus USA.-Patentschrift 3 270 188 ein Korrelator bekannt, mit dem es gelingt, die Korrelationskurve in eine Gerade umzuformen, die durch Null geht, wenn die Korrelationsspitze erreicht ist. Dieses Ergebnis wird durch Verwendung einer Verzögerungsleitung erzielt, die Anzapfungen besitzt, an deren Anschlüssen Spannungen auftreten, die pro-

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portional zu den gewünschten Verzögerungen sind Eine besonders hohe Auflösung des Korrelators und die gleichzeitig einer Bewertung gehorchen, die läßt sich nach einer weiteren bevorzugten Ausfühdarin besteht, daß jeder einzelnen Spannung ein be- rungsform dadurch erreichen, daß dessen Eingängen stimmter Koeffizient hinzugefügt wird, der derart ein Impulsgenerator und eine veränderliche Stückebestimmt ist, daß das Ausgangssignal linear ist und 5 lungsschaltung für jeden Kanal vorgeschaltet ist, die im Maximum der Funktion durch Null geht. das zu verarbeitende Signal in Impulse umformt,

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe deren Maximaldauer τ μ der Dauer des im zu verzugrunde, einen Korrelator der eingangs genannten arbeitenden Signal vorhandenen kürzesten Impulses Art zu schaffen, der es gestattet, die zwischen zwei entspricht und deren Minimaldauer τ_Μΐη in Abhängig-Eingangssignalen etwa vorhandene zeitliche Ver- io keit von der gewünschten Meßgenauigkeit des Zeitschiebung mit großer Genauigkeit nach Betrag und abstandes der Eingangssignale wählbar ist.
Vorzeichen zu bestimmen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, sich aus den Unteransprüchen 6 bis 14.
daß das erste Eingangssignal unmittelbar an einer In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsersten Korrelationsschaltung und über ein erstes 15 formen des erfindungsgemäßen Systems in Block-Verzögerungsglied mit der Verzögerung Θ an einer Schaltbildern und Diagrammen veranschaulicht. Es zweiten Korrelationsschaltung anliegt und daß das zeigt

zweite Eingangssignal an den beiden Korrelations- Fig. 1 auf 0 und +1 normalisierte unipolare

schaltungen über ein zweites Verzögerunsglied mit Impulszüge, die zeitlich zueinander verschoben sind,

der Verzögerungs Θ/2 anliegt und daß ein Vergleicher 20 F i g. 2 die Grundstruktur eines erfindungsgemäßen

mit den Ausgängen der beiden Korrelationsschaltun- symmetrischen Korrelationssystems,

gen verbunden ist und von diesen die zwei Korre- F i g. 3 und 4 die durch die beiden den symme-

lationsfunktionen der beiden Eingangssignale erhält, irischen Korrelator bildenden Elementarkorrelatoren

wobei die beiden Korrelationsfunktionen symmetrisch gelieferten Korrelationsfunktionen,

zu beiden Seiten des durch die Verzögerungen <9 25 F i g. 5 den Uberlagerungsbereich der Diagramme

und Θ/2 definierten gemeinsamen Wertes liegen, und der Korrelationsfunktionen,

das Ausgangssignal des Vergleichers eine lineare F i g. 6 das durch die symmetrische Grundkorre-

Funktion ist, die durch Null geht, wenn die Verschie- lationsschaltung gelieferte Fehlersignal,

bung zwischen den beiden Eingangssignalen gleich F i g. 7 eine zur Veranschaulichung der Linearität

Null ist. 30 des Fehlersignals ε (/S₁) dienende Hilfszeichnung,

Durch diese Ausbildung des Korrelators wird F i g. 8 den Überlagerungsbereich der beiden Diazweierlei erreicht: Zum einen wird die übliche Kor- gramme der Korrelationsfunktionen in dem speziellen relationsfunktion, die eine gerade Symmetrie auf- Fall Θ — τ,

weist, in eine Funktion ungerader Symmetrie um- Fig. 9 ein Geradenbündel, das die Dynamik und gewandelt, wodurch die zeitliche Verschiebung zwi- 35 die Empfindlichkeit der Fehlerfunktion ε (,O₁) verschen den beiden Eingangssignalen bezüglich der anschaulicht,

Koinzidenz vorzeichenrichtig festgestellt werden Fig. 10 einen Aufbau der Eingangsschaltung des

kann. Zum anderen ergibt sich dadurch in dem erfindungsgemäßen Systems,

Gebiet um die Koinzidenz ein hohes Auflösungs- Fig. 11 ein Bündel abgebrochener Geraden, die

vermögen, das es gestattet, auch geringe zeitliche 40 das nach einer veränderlichen Stückelung erhaltene

Abstände mit hoher Genauigkeit festzustellen. Fehlersignal darstellen,

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Korrelators Fig. 12 eine Struktur der Eingangsschaltung, die

besteht darin, daß die Werte der Verzögerung Θ eine Information zu zwei verschiedenen Zeiträumen

bzw. Θ/2 der Verzögerungsglieder gleich r bzw. τ/2 empfängt,

gewählt sind, wobei τ die Dauer des kürzesten Impul- 45 Fig. 13 eine andere Ausführungsform der Ein-

ses in der ein Eingangssignal bildenden Impulsfolge gangsschaltung, die eine Information zu zwei ver-

ist. Durch diese Bemessung wird eine besonders schiedenen Zeiträumen empfängt,

große Dynamik des als Fehlerfunktion ε bezeichneten Beim Verarbeiten von Signalen in heutigen elek-

Ausgangssignals des Korrelators erreicht, d. h., daß ironischen Anwendungen tritt häufig das Problem

der Bereich in dem sich die Fehlerfunktion ε linear 50 auf, mit Präzision Abstände und sehr häufig geringe

in Abhängigkeit von der Zeitverschiebung β ändert, Abstände zwischen zwei zeitlich gleichen begrenzten

am größten wird. Funktionen auszuwerten. Diese Funktionen können

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des durch analoge Funktionen oder durch zwei Impuls-Korrelators zeichnet sich dadurch aus, daß die in folgen gebildet sein, deren Wiederholungsrate sowie den Korrelationsschaltungen enthaltenen Integrier- 55 deren Grunddauer nicht notwendig konstant sind,
glied eine Integrationsdauer besitzen, die zumindest Damit die Messung weder durch die durch die gleich der Gesamtdauer der Eingangssignale ist. Funktionen selbst herbeigeführten Amplitudenreliefs Hierdurch ergibt sich, daß die Basis, d. h. der Wert noch durch das überlagerte Rauschen oder durch der Abszisse jeder der Korrelationsfunktionen, etwa die auf Störsignale zurückzuführende Amplitudendoppelt so groß ist wie die Dauer τ_Μ des kleinsten 60 modulation beeinflußt wird, können die einfallenden Einzelimpulses und daß die Spitzenamplituden P (p) Funktionen, bevor sie die erfindungsgemäße Vor- und P (τ) der Korrelationsfunktionen proportional richtung erreichen, eingepegelt, begrenzt und mögder Gesamtdauer T des Eingangssignals ist. licherweise gestückelt werden. Diese Vorgänge

Eine weitere Ausführungsform des Korrelators, ändern nicht die zeitliche Verschiebung zwischen

die Korrelationskurven mit besonders hoher Flanken- 65 den Funktionen.

steilheit ergibt, besteht darin, daß dessen Eingängen Um solche Funktionen zu veranschaulichen, ist Schaltungen zum Begrenzen und Einpegeln der zu in F i g. 1 eine Folge unipolarer Impulse / (t) darverarbeitenden Signale vorgeschaltet sind. gestellt, die bei dem Zeitpunkt t₀ beginnen, eine

Gesamtdauer T und eine auf + 1 normalisierte Amplitude besitzen, nachdem sie zuvor eingepegelt und begrenzt wurden. Eine solche um Θ oder ein kürzeres Zeitintervall β verzögerte Funktion / (i) bewahrt ihre allgemeine Form und insbesondere den kürzesten Elementarimpuls der Dauer τ_Μ.

Im Rahmen der Zielsetzung der Erfindung liegt eine Vorrichtung, die mit Genauigkeit sowohl die Größe der geringen Verzögerung β als auch ihre Richtung auswertet, d. h. die ebenfalls feststellt, ob die verschobene Impulsfolge vorangeht oder als Bezugsfolge / (i) dient.

Im vorangehenden wurde erwähnt, daß zur Auswertung der Größe und der Richtung der geringen Verschiebung β die Erfindung sich der Korrelationstechnik und der Technik der symmetrischen Differentiation bedient. Im folgenden wird gezeigt, daß die neu verwendeten Mittel die Bildung einer empfindlichen Vorrichtung ermöglichen, die ein Signal liefert, das in einem bedeutenden Bereich praktisch proportional der gesuchten Verschiebung β ist und das durch Null geht, wenn Koinzidenz der beiden Eingangsfunktionen auftritt und der Abstand zu Null wird. Obgleich die Korrelationsfunktion der beiden Elementarimpulse eine Funktion P (ß) gerader Symmetrie ist, nimmt so das von der Vorrichtung gelieferte Signal die Haltung einer ungeraden Funktion ein, die praktisch die Form einer Geraden mit hohem Anstieg besitzt. Die Vorrichtung besitzt deshalb ein großes Auflösungsvermögen geringer zeitlicher Abstände.

Wenn die einfallenden Signale jeweils durch einen Impuls der Dauer τ gebildet sind, liefert ein elekironischer Korrelator 1,2 (Fig. 2), der aus einem Vervielfacher und einem Integrierglied gebildet ist, eine Korrelationsfunktion P (ß), deren Form in den Diagrammen der Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Wenn die Eingangsimpulse ideale Impulse mit steilen Flanken und mit einer Amplitude von Eins sind, besitzt die Korrelationsfunktion eine Dreiecksform mit der Basis 2 r und der HöheP(o) = l, einem Wert, der der Koinzidenz (ß = 0) der beiden Eingangssignale entspricht. Diese ideale Korrelationsfunktion besitzt eine gerade Symmetrie bezüglich ihres Maximalwertes und zeigt einen relativ betonten Niveauabfall, wenn man sich wenig von der Koinzidenz entfernt.

Praktisch haben die Impulse niemals ideale steile Flanken, so daß die Spitze der Korrelationsfunktion statt einen Winkelpunkt zu bilden, tatsächlich die Form einer kontinuierlichen Kurve hat, die sehr wenig veränderlich um die Koinzidenz herum ist. Diese Tatsache sowie die Unmöglichkeit, die Riehtung der Verschiebung β festzustellen, macht die Anwendung der Korrelation bei der Messung von geringen zeitlichen Abständen schwierig.

Der erfindungsgemäße Aufbau nach F i g. 2 ermöglicht unter anderen Vorteilen, die erwähnten Nachteile zu vermeiden. Aus dieser F i g. 2 ist ersichtlich, daß die einfallenden Signale S₁ = f (t) und 5., = / (t—ß) den Aufbau/1 speisen, der aus zwei elektronisehen Verzögerungsvorrichtungen 3 und 4 sowie aus zwei elektronischen Korrelatoren 1 und 2 aufgebaut ist, die den gemeinsamen Vergleicher 5 speisen. Das Signal S₁ speist direkt den Vervielfacher 20 des Korrelators 2 und indirekt den Vervielfacher 10 des Korrelators 1, nachdem es einer Verzögerung um Θ in der Verzögerungsvorrichtung 3 unterworfen wurde.

Das Signal S₂ speist indirekt die beiden erwähnten Vervielfacher, nachdem es in der Vorrichtung 4 einer Verzögerung um Θ/2 unterworfen wurde. Die durch die Vervielfacher gelieferten Signale werden jeweils in den Vorrichtungen 11 und 21 integriert. Die Integrationsdauer ist mindestens gleich dem Zeit-Intervall T, das durch jeden Impulszug S₁ und S₂ eingenommen wird. Der Vergleicher S, der die Signale vom Ausgang der Integrierglieder erhält, liefert dem Nutzkanal das Fehlersignal ε (β).

Mit einer derart aufgebauten Schaltung liefert der Korrelator 1 ein Signal P₁ (/J₁), das ein Ausdruck der Korrelationsfunktion ist, die folgendermaßen symbolisch dargestellt werden kann:

. ■——.-———
^i κΡι) —/(Λ) ·J(Λ + Pi)-

In diesem Ausdruck ist

ο _ tan — g\ t = (t—Θ)
* ^ I )> 1

Die waagerechte Linie über dem rechten Ausdruck der Gleichung stellt das über das Intervall (—τ, τ) erhaltene Mittel des während einer Dauer von mindestens T durchgeführten Integrationsresultates dar.

Ebenso kann das durch den Korrelator 2 gelieferte Signal folgendermaßen symbolisch ausgedrückt werden:

ρ / β) — f(t\ . f(t — β 1

2K P2) JK)-JK Pt),

wobei ß₂ = (Θ/2 + ß) ist.

Mit den angenommenen Bezeichnungen und hinsichtlich der geraden Symmetrie der Korrelationsfunktion kann man sagen, daß das um β bezüglich des Signals S₁ verschobene Signal S₂ am Ausgang des Korrelators 1 ein Signal des Wertes P₁ (Θ/2—ß) und am Ausgang des Korrelators 2 ein Signal

erzeugt. Diese beiden Werte sind durch die Punkte P₂ und P\ der F i g. 3 oder durch P₂ und P₁ jeweils auf den Diagrammen der F i g. 3 und 4 dargestellt, die die Korrelationsfunktionen der Korrelatoren 2 und 1 darstellen.

Es ist zu bemerken, daß der Maximalwert P (o) der Korrelationsfunktion der F i g. 4 um einen Wert bezüglich dem des Korrelators 2 der F i g. 3 verschoben ist, der gleich der Verzögerung Θ ist.

Die beiden Korrelationsfunktionen sind in derselben Fig. 5 dargestellt, um den gemeinsamen Bereich der überlagerten Funktionen sowie zu zeigen, daß die symmetrische Anordnung der beiden Punkte P₁ und P₂ der gleichen Verschiebung β entspricht. Die Ordinate MO, die den Schnittpunkt der beiden Korrelationsfunktionen P₁ und P₂ bestimmt, teilt das Diagramm in zwei Hälften.

F i g. 6 stellt das von dem Vergleicher 5 gelieferte Fehlersignal dar. Um das Fehlersignal

ε (β) = (P₁-P^)

auszuwerten, ist die Ordinatenachse in den gemeinsamen Punkt M der Fig. 5 verschoben. Indem man sich auf letztere bezieht, kann man für jeden bestimmten Wert β den entsprechenden Wert ε (β) ableiten. Man folgert insbesondere, daß die Fehlerfunktion bei genauer Koinzidenz (ß = 0) durch Null geht, daß die Kurve in Abhängigkeit von β um die Koinzidenz herum linear ist, daß der Anstieg der Kurve der doppelte jeder Korrelationsfunktion ist

und daß die Fehlerfunktion ε (β) eine ungerade Symmetrie hat, d. h., daß "der Fehler das Vorzeichen wechselt, wenn die verschobene Funktion f(t—ß) statt verzögert zu sein bezüglich der Bezugsfunktion / (t) vorausläuft.

Beim Untersuchen der F i g. 6 kann man ebenfalls feststellen, daß die Dynamik des Fehlersignals durch die Verzögerungswerte Θ und Θ/2 der Vorrichtungen 3 und 4 der F i g. 1 begrenzt werden kann. Tatsächlich zeigt die F i g. 6, die für Θ kleiner τ dargestellt wurde, daß sich das Fehlersignal nicht mehr ändert, wenn der Absolutwert der Verschiebung β durch das Zeitintervall Θ/2 geht. So ist es, um eine weitest mögliche Dynamik zu erhalten, wenn die kürzeste Impulsdauer r gegeben ist, interessant, Vorrichtungen 3 und 4 derart zu wählen, daß ihre Verzögerungen Θ und Θ/2 jeweils gleich τ und t/2 sind. Eine solche Möglichkeit ist in den F i g. 8 und 9 dargestellt.

Im vorhergehenden wurde gezeigt, indem man sich auf die idealisierten Korrelationsfunktionen der F i g. 5 stützte, daß das Fehlersignal ε (β) für geringe Verschiebungen die Form einer Geraden annimmt, die durch den Koordinatensprung geht.

Ebenso ist es leicht zu sehen, daß dank der _a5 symmetrischen Differentiation die reellen Korrelationsfunktionen zu einer Fehlerfunktion führen, die sich wenig von einer Geraden entfernt, die mit einer bedeutenden Steigung durch Null geht. Wenn man, wie in F i g. 7 dargestellt, annimmt, daß die Flanken der Korrelationsfunktionen gekrümmt sind, kann das Fehlersignal, das gleich P₂-P₁ ist, tatsächlich folgendermaßen dargestellt werden:

β G?) = P₁ (θ/2+ 0-P₁ (θ/2-/?).

Wenn man jeden Ausdruck der Gleichung in eine Reihe entwickelt, erhält man folgende Gleichung:

e(ß) = 2

wobei die Anzahl der Punkte über P₁ die Ordnung der Differentiation β der Korrelationsfunktion P₁ (ß) im Schnittpunkt M bedeutet.

Es ist zu bemerken, daß, wenn die symmetrische Differentiation die Fehlerfunktion linearisiert, indem die geraden Ableitungen unterdrückt werden und β klein ist, man die ungeraden Ableitungen höherer Ordnung bezüglich des ersten Ausdrucks der Reihenentwicklung vernachlässigen und nur letzteren bewahren kann.

Demzufolge ist, wenn mit den reellen Korrelationsfunktionen gearbeitet wird, das Fehlersignal immer praktisch eine ungerade Funktion, die proportional β ist und eine Steigung hat, die doppelt so groß wie die der Korrelationsfunktion im Schnittpunkt M ist.

Fig. 8 veranschaulicht, wie bereits erwähnt, den besonderen Fall, bei dem die Verzögerung Θ und Θ/2 der Vorrichtungen 3 und 4 der F i g. 2 gewählt wurden, um jeweils r und τ/2 gleich zu sein, τ ist durch die kürzeste Impulsdauer der einfallenden Signale^ und S₂ bedingt. Wenn man, indem man von diesen Kurven ausgeht, die Fehlerfunktion ε (β) zeichnet, erhält man die Kurve α der Fig. 9. Wenn man diese mit der der F i g. 6* vergleicht, leitet man ab, daß man, indem man die Verzögerung Θ = τ einhält, empfindlich die Dynamik vergrößert, d. h. den linearen Bereich des Fehlersignals, ohne dabei die Steigung des letzteren zu verringern. Es ist zu bemerken, daß das Diagramm der F i g. 8 durch die Tatsache gekennzeichnet ist, daß bei Koinzidenz der Eingangssignale S₁ und S₂ jeder Korrelator 1 und 2 der F i g. 2 ein Signal liefert, dessen Pegel die Mitte des Maximalwertes P (o) der Korrelationsfunktion ist. Dieser mittlere Pegel entspricht der Ordinate MO des SchnittpunktesM der Fig. 8.

Die durch F i g. 2 veranschaulichte Grundstruktur wurde im Detail analysiert. Durch die Vorteile, die sie hervorruft und die unter anderem die Linearität, die Empfindlichkeit und die Dynamik des Fehlersignals betreffen, bietet diese Struktur den zahlreichen technischen Problemen Antwort, die sich ergeben, wenn man entweder die elektrisch erzeugten Signale oder die durch Antennen aufgenommenen Funksignale verarbeitet. Insbesondere können eine Fehlerfunktion im Sättigungsbereich, wie die der Fig. 6, oder eine Fehlerfunktion ε (β) mit breiter Dynamik, wie die Kurve α der F i g. 9, genau festgelegten technischen Erfordernissen entsprechen.

Im vorhergehenden wurde der Fall erläutert, daß die Verzögerung Θ kleiner oder gleich der gegebenen Dauert ist. Es ergibt sich jedoch von selbst, daß die Schaltung der Fig. 2 ebenfalls in der Form benutzt werden kann, daß Θ und 0/2 jeweils größer als τ und r/2 sind.

Ebenfalls wurde im vorhergehenden als Vereinfachung angenommen, daß die einfallenden Signale f (t) und iit—ß) identische Formen besitzen, die Autokorrelationsfunktionen ergeben. Diese Vereinfachung stellt jedoch keine Beschränkung dar. Die Betriebsweise des symmetrischen Differentiationskorrelators ist selbst dann die gleiche, wenn die Eingangssignale Formen h (t) und f (t—ß) annehmen, die voneinander verschieden sind. Das Signal S₁ der Form h (t) kann beispielsweise einen Rechteckimpuls darstellen, der praktisch als ein idealer Impuls angenommen werden kann. Das Signal S₂, der Form f(t—ß) kann den gleichen Impuls nach seinem Durchgang durch eine elektronische Schaltung und unter Einnahme einer genau festgelegten Trapezform darstellen.

Bei der Untersuchung der Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde unterstrichen, daß die Steigung des Fehlersignals doppelt so groß wie die der Korrelationsfunktion ist. Die Steigerung der letzteren ist desto größer, je kürzer die Dauer r des einfallenden Impulses ist.

In vielen Anwendungen können die Eingangssignale, ohne eine Änderung bezüglich ihrer wechselseitigen Verschiebung β zu erleiden, in gleichen und genügend großen Zeitintervallen gestückelt werden, damit die elementaren Impulse voneinander unabhängig sind.

Fig. 10 stellt schematisch die dem symmetrischen Korrelator A der F i g. 2 vorausgehende Eingangsschaltung dar. Jedes Videosignal E₁ oder E₂, das die Schaltung speist, wird voneinander unabhängig behandelt. Diese Signale werden in den Vorrichtungen 31 und 32 eingepegelt und begrenzt, dann in der Schaltungsanordnung 33 und 34 gestückelt und darauf, bevor sie die Korrekturschaltung A speisen, in den Vorrichtungen 35 und 36 normalisiert und verstärkt. Die Dauer und die Wiederholungsperiode der gestückelten Impulse werden durch den Zeit-

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geber 7 gesteuert, der -durch einen Impulsgenerator veränderlicher Impulsdauer und veränderlicher Wiederholungsfrequenz gebildet sein kann.

Die Schaltungen 31 und 32 dämpfen, indem sie die Signale E₁ und E₂ einpegeln, bemerkenswert das Rauschen und die überlagerten Störsignale, wenn sie sie nicht ganz unterdrücken. Ebenfalls unterdrücken diese Schaltungen, indem sie die einfallenden Signale begrenzen, das Relief sowie die mögliche Amplitudenmodulation, die durch das Rauschen und Störsignale möglicherweise hervorgerufen werden. Die derart behandelten Nutzsignale ergeben am Ausgang der Schaltungen 33 und 34 Elementarimpulse, deren Amplituden konstant sind. Beim Durchgang durch die Schaltungen 35 und 36 können diese Elementarimpulse je nach Notwendigkeit auf zwei Pegel — Null und plus eins — digitalisiert werden, um unipolare Impulse zu ergeben, oder auf drei Pegel — minus eins, null und plus eins — digitalisiert werden, um bipolare Impulsfolgen zu bilden.

Der Aufbau der in F i g. 10 schematisch dargestellten Eingangsschaltung ermöglicht es, die Eingangsinformation in Elementarimpulse der Dauer τ zu zerlegen, die kleiner als die Dauer τ_Μ des kürzesten der die ursprünglichen einfallenden Signale zusammensetzenden Impulse ist. Die Korrekturschaltung .4, die zwei derart gestückelte Impulsfolgen Si und S₂ empfängt, gewährleistet so Korrelationsfunktionen P₁ und P₂, die Flanken mit höheren Steigungen haben und von einem Fehlersignal ε (β) mit ebenfalls höheren Steigungen als jene, die τ = τ_Μ entsprechen, ausgehen. Dies ist in Fig. 9 veranschaulicht, wobei angenommen wurde, daß die Verzögerungen Θ und Θ/2 in jedem Fall so gewählt wurden, daß sie jeweils gleich τ und τ/2 sind. Die Kurve a, deren Dynamik am größten · ist und deren Steigung am kleinsten ist, entspricht: Dauer der Elementarimpulse τ = τ_Μ. Die Kurven b und c entsprechen r kleiner als τ_Μ. Es ist ebenfalls interessant zu unterstreichen, daß selbst, wenn man die Dauer Θ festhält, die Steigung der Fehlerfunktiön in dem Maß wächst, wie sich die Dauer τ der gestückelten Impulse verringert. Wenn man der Verzögerung Θ einen Wert gibt, der nicht größer als die minimale Dauer x_min der Elementarimpulse ist, erhält man, indem man τ ändert, ein Kurvenbündel, das'in Fig. 11 schematisch dargestellt ist, mit einem- dem der F i g. 6 ähnlichen Verlauf. ^:;

Nach diesen Betrachtungen stellt man fest, daß zur Erhöhung der Präzision der Auswertung der Verschiebung β zwischen den einfallenden Signalen E₁ und E₂, der anfänglich bestimmten Verschiebung, wenn die Dynamik des Fehlersignals am größten ist, man die Dauer τ der gestückelten Impulse veränderlich halten kann. Gemäß den technischen Erfordernissen werden die Verzögerungen Θ und Θ/2 festgehalten oder entsprechend der Dauer r variabel gehalten.

Die durchgeführten Reihenentwicklungen zeigen ebenfalls, daß der erfindungsegmäße symmetrische Korrelator insbesondere gut zur Auswertung einer Verzögerung β anzuwenden ist, die durch ein Fortpflanzungs- oder Übertragungsmittel oder -Netz eingeführt ist. Zu diesem Zweck veranschaulicht die Fig. 12. schematisch einen Aufbau der Eingangsschaltung, die den Differentiationskorrelator A der F i g. 2 speist. Die Aufgabe einer solchen Eingangsschaltung besteht darin, eine einzige zu zwei verschiedenen Augenblicken geprüfte Information E in zwei augenblickliche Informationen S₁ und S₂ umzuformen. Die Information E, die beispielsweise zum Zeitpunkt t — t₀ erzeugt wurde, pflanzt sich während eines bestimmten Zeitintervalls in dem Übertragungsnetz oder -Mittel fort. Bevor die Korrelationsschaltung A durch einen Impulszug S ₁ gespeist wird, wird die Information in der Schaltung 31 eingepegelt und begrenzt, dann gestückelt und jeweils normalisiert in den Schaltungen 33 und 35, wobei die Stückelung durch den Zeitgeber? gesteuert wird.

Dazu parallel, bevor es die Schaltungsanordnung 42 durchquert und in Form eines Impulszuges S₂ die Korrelationsschaltung A speist, wird das ursprüngliche Signal E eingepegelt und begrenzt in der Schaltung 32, dann gestückelt und normalisiert in den Schaltungsanordnungen 34 und 36.

Wenn es die technischen Erfordernisse erlauben, kann man eine der Schaltungen der Vorrichtungen, die die Einpegelung, Begrenzung, Stückelung und Digitalisierung durchführen, wirtschaftlicher machen. In Fig. 13 ist eine solche Möglichkeit dargestellt. Das Signal wird in einer gemeinsamen Schaltungsanordnung behandelt, die die Einpegelungs- und Begrenzungsvorrichtung 31, die durch den Zeitgeber 7 gesteuerte Stückelungsvorrichtung 33 und die Verstärkungs- und die Digitalisierungsschaltung 35 enthält. Am Ausgang der Digitalisierungsschaltung wird der Zug sich wiederholender Impulse einerseits auf das Netz 41, das der Korrelationsschaltung A die Information S₁ liefert, und andererseits auf eine Schaltung 42 geleitet, die dem gleichen Korrelator A den Impulszug S₂ liefert.

Indem die Größenordnung des Zeitintervalls, die das Signal E zum Durchqueren des Netzes 41 benötigt, vermutet wird, führt man durch die Schaltungsanordnung 42 eine Verzögerung ein, deren Wert derart ist, daß die Informationen S₁ und S₂ nahe der Koinzidenz sind. Die Korrelationsschaltung A wertet nun die geringe zeitliche Differenz β aus, die die Impulse S₁ und S₂ trennt.

Die durch die Fig. 12 und 13 veranschaulichten Eingangsschaltungen bewerkstelligen so die angezeigte Umformung. Tatsächlich wird der Korrelator A durch die Informationen S₁ und S₂ gespeist, die quasi augenblicklich auftreten, selbst wenn im Moment der Messung das ursprüngliche Signal E nicht mehr besteht.

Die Schaltungsanordnung 42 der Fig. 12 und 13 kann durch eine Batterie von geeichten Verzögerungsleitungen oder einen elektronischen Speicher gebildet werden. Genauer gesagt kann ein solcher Speicher beispielsweise durch Schieberegister gebildet werden, die eine Vielzahl von bistabilen Kippstufen besitzen. Die gestückelten Impulse, die das durch den Verstärker 35 der Fig. 13 gelieferte Signal zusammensetzen, schreiben sich in das Register 42 ein und bleiben dort gespeichert. Im folgenden wird kurz die Anwendung eines Schieberegisters beschrieben.

Die Arbeitsweise des Registers 42 ist in bekannter Weise mit denen der von dem Zeitgeber 7 gesteuerten Stückelungsvorrichtungen 33 und 34 der F i g. 9 und 12" verknüpft. Der Zeitgeber, dessen Aufgabe es ist, eine Folge kurzer Impulse mit konstanter Frequenz hervorzurufen, setzt sich im wesentlichen aus einem gesteuerten Impulsgenerator zusammen, um sich wiederholende Impulse in bestimmter Phasen-

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beziehung bezüglich einer in der Frequenz stabilisier- t = t_t geschlossen, von dem man annimmt, daß er ten Sinusschwingung zu ergeben. Diese sich wieder- dem Moment entspricht, bei dem das Signal S₁ am holenden Impulse werden parallel auf alle Stufen Ausgang des Übertragungsnetzes 41 erscheint. Von des Registers gelegt, das durch seine bistabile Ein- diesem Augenblick ab speisen die Informationen S₁ gangsstufe ebenfalls die von dem Verstärker 36 der 5 und S₂ gleichzeitig den Detektor des zeitlichen Ab-Fig. 12 oder dem Verstärker35 der Fig. 13 ge- standest, der, indem er die elektronische Korrelalieferten elektrischen Signale empfängt. Dank den tion und die symmetrische Differentiation verwendet, Zeitimpulsen schreiten die gestückelten Impulse der dem Nutzkanal das Fehlersignal ε (β) liefert,
von dem Verstärker 35 der Fig. 13 gelieferten Die Verwendung von rückgeschleiften Registern Signale von einer Stufe zur anderen des Registers 10 wird besonders interessant, wenn die an der Klemme E entsprechend ihrer Ankunft fort. Auf diese Weise verfügbare Information ein sich wiederholendes ist die durch die Klemme E gelieferte Information Signal mit der Periode Tr ist.
am Ende einer Impulsfolge in das Register 42 ein- Wenn das Signal E der begrenzten Dauer T sich geschrieben und gespeichert. nicht wiederholt, kann die Eingangsschaltung der Die in das Register eingeschriebene Information 15 Fig. 12 und 13 ein zweites rückgeschleiftes Schiebekann gespeichert bleiben, wenn man das Register register aufweisen, das in Serie und dem Fortrückschleift, d. h., wenn man seinen Ausgang und pflanzungsmittel 41 nachgeschaltet ist. Auf diese seinen Eingang über den Schalter / elektrisch mit- Weise sind beide den Abstandsdetektor A speisenden einander verbindet. Diese Möglichkeit ist in den Signale durch Impulszüge gebildet, die sich peri-Fig. 12 und 13 dargestellt. Wenn man so verfährt, 20 odisch mit einer Wiederholungsperiode Tr, die nicht läuft die in das Register eingeschriebene Impulsfolge kleiner als die Dauer T des Eingangssignals ist, dauernd um. Der Schalter Z₁ wird zu dem Augenblick reproduzieren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Korrelator mit mindestens zwei Korrelationsschaltungen, die aus je einem Vervielfacher und je einem Integrierglied bestehen und über Verzögerungsglieder zwei Eingangssignale erhalten, die gegeneinander um einen geringen, unbekannten Betrag zeitverschoben sind, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Eingangssignal (S₁) unmittelbar an einer ersten Korrelationsschaltung (2) und über ein erstes Verzögerungsglied (3) mit der Verzögerung Θ an einer zweiten Korrelationsschaltung (1) anliegt und daß das zweite Eingangssignal (S₂) an den beiden Korrelationsschaltungen (2,1) über ein zweites Verzögerungsglied (4) mit der Verzögerung Θ/2 anliegt und daß ein Vergleicher (5) mit den Ausgängen der beiden Korrelationsschaltungen (2, 1) verbunden ist und von diesen die zwei Korrelationsfunktionen (P₁, P₀) der beiden Eingangssignale (S₁, S₂) erhält, wobei die beiden Korrelationsfunktionen (P₁, P.,) symmetrisch zu beiden Seiten des durch die Verzögerungen Θ und Θ/2 definierten gemeinsamen Wertes liegen und das Ausgangssignal des Vergleichers (5) eine lineare Funktion ist, die durch Null geht, wenn die Verschiebung (ß) zwischen den beiden Eingangssignalen (S₁, S₂) gleich Null ist.

2. Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Verzögerungen θ bzw. Θ/2 der Verzögerungsglieder (3, 4) gleich τ bzw. τ/2 gewählt sind, wobei τ die Dauer des kürzesten Impulses in der ein Eingangssignal bildenden Impulsfolge ist.

3. Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Korrelationsschaltungen (1, 2) enthaltenen Integrierglieder (11, 21) eine Integrationsdauer besitzen, die zumindest gleich der Gesamtdauer (T, Fig. 1) der Eingangssignale (E₁, E₂) ist.

4. Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Eingängen Schaltungen (31, 32 in Fig. 10, 12, 13) zum Begrenzen und Einpegeln der zu verarbeitenden Signale (E; E₁, E₂) vorgeschaltet sind.

5. Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Eingängen ein Impulsgenerator (7) und eine veränderliche Stückelungsschaltung (33, 34) für jeden Kanal vorgeschaltet ist, die das zu verarbeitende Signal (E; E₁, E₂) in Impulse umformt, deren Maximaldauer τ_Μ der Dauer des im zu verarbeitenden Signal vorhandenen kürzesten Impulses entspricht und deren Minimaldauer x_min in Abhängigkeit von der gewünschten Meßgenauigkeit des Zeitabstandes der Eingangssignale (S₁, S₂) wählbar ist.

6. Korrelator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsdauer des Verzögerungsgliedes (3) mit der größeren Verzögerung höchstens gleich der minimalen Dauer x_min der gestückelten Impulse ist.

7. Korrelator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungen Θ, Θ/2 der beiden Verzögerungsglieder (3, 4) sich synchron mit der Dauer τ der gestückelten Impulse ändern, wobei der Augenblickswert der größeren Verzögerung gleich der Elementarstückelungsdauer ist.

8. Korrelator nach Anspruch 4 zum Messen der Fortpflanzungsdauer eines Signals in einem Ubertragungsnetz, dadurch gekennzeichnet, daß ein geeichter elektronischer Speicher (42) vorgeschaltet ist, der das zu verarbeitende Signal um ein Zeitintervall verzögert, dessen Abweichung β von der Fortpflanzungsdauer die kürzere Verzögerung Θ/2 der Verzögerungsglieder dem Betrag nach nicht überschreitet.

9. Korrelator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Speicher aus einer Anzahl geeichter Verzögerungsleitungen besteht.

10. Korrelator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Speicher aus einem Schieberegister (42) und einem elektronischen Schalter (/) besteht und ein weiterer elektronischer Schalter (I₁) in dem vermuteten Augenblick des Erscheinens des das Übertragungsnetz durchlaufenden Signals an dessen Ausgang das Schieberegister mit dem Korrelator verbindet.

11. Korrelator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei periodischem Eingangssignal (E) das Schieberegister (42) durch den elektronischen Schalter (/) als Schleife geschaltet ist, in der das in dem Register gespeicherte Signal ständig mit einer vorbestimmten Periode umläuft, die gleich der Periodendauer des Eingangssignals (E) sein kann.

12. Korrelator nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere elektronische Schalter (I₁) das Schieberegister (42) mit dem Korrelator (^4) zu von einer Programmschaltung gesteuerten Augenblicken verbindet.

13. Korrelator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kanal ein elektronischer Speicher in Form eines rückgeschleiften Schieberegisters liegt.

14. Korrelator nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Kanälen gemeinsame Schaltungen zum Normieren und zur Stückelung und Digitalisierung vorgesehen sind (Fig. 13).