DE1549608C3 - Korrelator mit mindestens zwei Korrelationsschaltungen - Google Patents
Korrelator mit mindestens zwei KorrelationsschaltungenInfo
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- DE1549608C3 DE1549608C3 DE19671549608 DE1549608A DE1549608C3 DE 1549608 C3 DE1549608 C3 DE 1549608C3 DE 19671549608 DE19671549608 DE 19671549608 DE 1549608 A DE1549608 A DE 1549608A DE 1549608 C3 DE1549608 C3 DE 1549608C3
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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-
3 4
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 τΜΐη 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
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
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 τΜ 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
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 τΜ 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 τΜ.
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)-
^i κΡι) —/(Λ) ·J(Λ + Pi)-
In diesem Ausdruck ist
ο _ tan — g\ t = (t—Θ)
* ^ I )> 1
* ^ 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-
•500
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 τΜ 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 = τΜ 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 = τΜ. Die Kurven b und c entsprechen r kleiner
als τΜ. 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 xmin 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-
11 12
beziehung bezüglich einer in der Frequenz stabilisier- t = tt 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.
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)
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
τΜ der Dauer des im zu verarbeitenden Signal
vorhandenen kürzesten Impulses entspricht und deren Minimaldauer xmin 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 xmin
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).
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR86597A FR1517817A (fr) | 1966-12-08 | 1966-12-08 | Perfectionnements aux procédés et dispositifs de corrélation électronique détectant, en signe et grandeur, des retards entre deux signaux temporels |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1549608A1 DE1549608A1 (de) | 1971-02-04 |
DE1549608B2 DE1549608B2 (de) | 1973-04-19 |
DE1549608C3 true DE1549608C3 (de) | 1973-12-06 |
Family
ID=8622136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19671549608 Expired DE1549608C3 (de) | 1966-12-08 | 1967-12-08 | Korrelator mit mindestens zwei Korrelationsschaltungen |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1549608C3 (de) |
FR (1) | FR1517817A (de) |
NL (1) | NL6716754A (de) |
-
1966
- 1966-12-08 FR FR86597A patent/FR1517817A/fr not_active Expired
-
1967
- 1967-12-08 NL NL6716754A patent/NL6716754A/xx unknown
- 1967-12-08 DE DE19671549608 patent/DE1549608C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL6716754A (de) | 1968-06-10 |
FR1517817A (fr) | 1968-03-22 |
DE1549608B2 (de) | 1973-04-19 |
DE1549608A1 (de) | 1971-02-04 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EGA | New person/name/address of the applicant | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |